CN114719435A - 一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，热泵热水机包括压缩机、经济器、四通换向阀、翅片蒸发器组件、储液器、电子膨胀阀、过滤器、套管式换热器、气液分离器、包括喷液电磁阀和喷液毛细管的喷液支路和包括喷焓电磁阀和喷焓毛细管的增焓支路，喷液支路的进口位于储液器和经济器之间的管路上，喷液支路的出口位于经济器和压缩机之间的管路上；增焓支路的进口位于翅片蒸发器组件和经济器之间的管路上，增焓支路的出口与经济器的第二进口相连通；本技术方案能够增加低温工况下压缩机的排气量从而提升制热量，同时也降低了排气温度，从而解决低温下的制热量衰减问题，以及解决低环境温度下高温度出水情况下排气较高问题。

Description

一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法

技术领域

本发明涉及热泵热水机技术领域，尤其涉及一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法。

背景技术

目前市场上大部分热泵热水机的使用环境范围为-7～45℃，-7℃以下热泵热水机吸气量锐减，制热量衰减比较大，能效差，而且压机随着水温升高排气温度较高，压机内部的漆包线冷却效果差，很容易出现烧机问题，对于机组的可靠性具有重大考验。

因此，在北方气候较冷的地区过冬时，热泵热水机的故障率急剧升高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，该方法能够增加低温工况下压缩机的排气量从而提升制热量，同时也降低了排气温度，从而解决低温下的制热量衰减问题，以及解决低环境温度下高温度出水情况下排气较高问题。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，所述热泵热水机包括压缩机、经济器、四通换向阀、翅片蒸发器组件、储液器、电子膨胀阀、过滤器、套管式换热器和气液分离器，所述压缩机与四通换向阀的第一接口相连，所述四通换向阀的第二接口、第三接口和第四接口分别与翅片蒸发器组件的出口、气液分离器的进口和套管式换热器的进口相连通，所述气液分离器的出口与压缩机相连，所述套管式换热器的出口经储液器后与经济器的第一进口相连通，所述经济器的第一出口与压缩机相连，所述经济器的第二出口经电子膨胀阀和过滤器后与翅片蒸发器组件的进口相连；

还设有包括喷液电磁阀和喷液毛细管的喷液支路和包括喷焓电磁阀和喷焓毛细管的增焓支路，所述喷液支路的进口位于储液器和经济器之间的管路上，所述喷液支路的出口位于经济器和压缩机之间的管路上；所述增焓支路的进口位于翅片蒸发器组件和经济器之间的管路上，所述增焓支路的出口与经济器的第二进口相连通；

其中，当压缩机启动后3秒，根据温度参数和/或时间参数决定是否开启增焓支路和/或喷液支路。

作为优选，当温度参数为5℃＜环境温度≤20℃；或者，温度参数为环境温度≤4℃，且进水温度≥30℃时，喷焓电磁阀打开，喷焓支路导通，喷焓毛细管向压缩机中间腔喷射饱和气体。

作为优选，当温度参数为20℃＜环境温度≤21℃；或者，温度参数为4℃＜环境温度≤5℃时；喷焓电磁阀的状态保持不变。

作为优选，当环境温度＞21℃时，或者环境温度≤4℃，且进水温度＜29℃时，喷焓电磁阀关闭。

作为优选，当压缩机进入化霜运行状态或压缩机停机前3秒，喷焓电磁阀关闭。

作为优选，当温度参数为排气温度≥108℃且持续时间达到3s时，喷液电磁阀打开。

作为优选，当温度参数为排气温度≤80℃且持续时间达到3s时，喷液电磁阀关闭。

作为优选，还设有高压开关和排气感温包，所述高压开关和排气感温包均位于压缩机与四通换向阀之间的管路上。

作为优选，还设有低压开关和吸气感温探头，所述低压开关和吸气感温探头均位于压缩机与气液分离器之间的管路上。

作为优选，还设有进水温度探头和出水温度探头，所述进水温度探头位于套管式换热器的出口处，所述出水温度探头位于套管式换热器的进口处。

作为优选，还设有环境温度探头，所述环境温度探头位于翅片蒸发器组件处。

本发明的有益效果为：采用喷焓毛细管和喷焓电磁阀串联组成喷焓回路，用来控制喷焓支路的开启与关闭，有效的补充机组制热量，控制上极易实现，而且成本低廉；

采用喷液毛细管和喷液电磁阀串联组成喷液回路，用来控制喷液支路的开启与关闭，有效的控制压缩机排气温度，尤其在低环温高出水工况下，效果更明显，而且成本低廉。

附图说明

图1为本发明热泵热水机的示意图；

图2为本发明热泵热水机的喷焓运行图；

图3为本发明热泵热水机在第一工况下的排气温度和制热量的曲线图；

图4为本发明热泵热水机在第二工况下的排气温度和制热量的曲线图；

图5为本发明热泵热水机在第三工况下的排气温度和制热量的曲线图。

附图标记说明：1、压缩机；2、吸气感温探头；3、低压开关；4、气液分离器；5、喷液电磁阀；6、喷液毛细管；7、喷焓电磁阀；8、喷焓毛细管；9、经济器；10、储液器；11、进水温度探头；12、出水温度探头；13、套管式换热器；14、四通阀；15、高压开关；16、排气感温包；17、翅片蒸发器组件；18、环境温度探头；19、电子膨胀阀；20、过滤器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一：

如图1所示的一种使用喷气增焓压缩机1的热泵热水机，包括压缩机1、经济器9、四通换向阀、翅片蒸发器组件17、储液器10、电子膨胀阀19、过滤器20、套管式换热器13和气液分离器4，所述压缩机1与四通换向阀的第一接口相连，所述四通换向阀的第二接口、第三接口和第四接口分别与翅片蒸发器组件17的出口、气液分离器4的进口和套管式换热器13的进口相连通，所述气液分离器4的出口与压缩机1相连，所述套管式换热器13的出口经储液器10后与经济器9的第一进口相连通，所述经济器9的第一出口与压缩机1相连，所述经济器9的第二出口经电子膨胀阀19和过滤器20后与翅片蒸发器组件17的进口相连；还设有包括喷液电磁阀5和喷液毛细管6的喷液支路和包括喷焓电磁阀7和喷焓毛细管8的增焓支路，所述喷液支路的进口位于储液器10和经济器9之间的管路上，所述喷液支路的出口位于经济器9和压缩机1之间的管路上；所述增焓支路的进口位于翅片蒸发器组件17和经济器9之间的管路上，所述增焓支路的出口与经济器9的第二进口相连通。

这样，采用喷焓毛细管8和喷焓电磁阀7串联组成喷焓回路，用来控制喷焓支路的开启与关闭，有效的补充机组制热量，控制上极易实现，而且成本低廉；

采用喷液毛细管6和喷液电磁阀5串联组成喷液回路，用来控制喷液支路的开启与关闭，有效的控制压缩机1排气温度，尤其在低环温高出水工况下，效果更明显，而且成本低廉。

在本申请实施例中，还设有高压开关15和排气感温包16，所述高压开关15和排气感温包16均位于压缩机1与四通换向阀之间的管路上；这样，通过排气感温包16测到的排气温度来决定是否开启喷液电磁阀5。

还设有低压开关3和吸气感温探头2，所述低压开关3和吸气感温探头2均位于压缩机1与气液分离器4之间的管路上；还设有进水温度探头11和出水温度探头12，所述进水温度探头11位于套管式换热器13的出口处，所述出水温度探头12位于套管式换热器13的进口处。

还设有环境温度探头18，所述环境温度探头18位于翅片蒸发器组件17处；这样通过环境温度来决定是否开启喷焓电磁阀7。

如图2所示为热泵热水机在运行过程中的喷焓运行图，具体说明如下：

1)、当环境温度大于21℃时，喷焓电磁阀7关闭。

2)、当机组处于制热水模式下，因环境温度可能存在波动，如果环境温度在区间(20℃,21℃]时，如果喷焓电磁阀7上一个状态是开启状态则继续保持开启状态，如果上一个状态是关闭状态则继续保持关闭；如此设置是因为热泵热水机在运行过程中由于受到外部环境温度的影响，环境温度采集的可能存在一定的偏差和波动，加上这个(20℃,21℃]区间的处理，可以使喷焓支路不会出现频繁波动启停的风险，从而造成机组的不稳定。

3)、当机组处于制热水模式下，且环境温度在区间(5℃,20℃]时，喷焓电磁阀7打开，喷焓毛细管8与压缩机1的中间腔相连，向腔体喷射气态制冷剂，增加压缩机1排气量，从而增加制热量；同时有降低压缩机1的排气作用；如此设置是因为机组在环境温度20℃以上，换热条件比较好，制热量充足能效COP都比较高，无需通过喷气增焓的投入来加大制热量，所以关闭喷焓支路；20℃环境温度以下，热泵热水机从空气中吸收的热量有限，需要补充制热量。

4)、当机组处于制热水模式下，因环境温度可能存在波动，如果环境温度在区间(4℃,5℃]时，如果喷焓电磁阀7上一个状态是开启状态则继续保持开启状态，如果上一个状态是关闭状态则继续保持关闭；如此设置是因为热泵热水机在运行过程中由于受到外部环境温度的影响，环境温度采集的可能存在一定的偏差和波动，加上这个(4℃,5℃]区间的处理，可以使喷焓支路不会出现频繁波动启停的风险，从而造成机组的不稳定。

5)、当机组处于制热水模式下，环境温度区间在(-∞℃,4℃]且进水温度在(0℃,29℃)区间，喷焓电磁阀7不开启，环境温度区间在(-∞℃,4℃]且进水温度在[30℃,∞℃)区间时，喷气电磁阀打开，环境温度区间在(-∞℃,4℃]且进水温度在[29℃,30℃)时如果上一个状态喷焓电磁阀7是开启状态，则现在仍保持开启状态，如果上一个状态喷焓电磁阀7是关闭状态，则喷焓电磁阀7仍处于关闭；在环境温度(-∞℃,4℃]且水温(0℃,29℃)时虽然环境温度满足喷焓电磁阀7开启条件，但是因为水温太低，而此时因为喷焓的降排气作用，导致排气温度低，制热量反而下降，所以选择喷焓不开启；一旦水温稍微高些就可以开启，增加喷焓支路，补充制热量；另一方面市场上热泵热水机实际都在水温比较高的范围内(40℃-55℃)运行，低进水温度出现的概率比较小，因为30℃的水温已满足不了用户需求。

喷液支路主要控制目标是压缩机1的排气温度，喷液电磁阀5控制方法如下：

当检测到排气温度≥108℃且持续时间3s，喷液电磁阀5打开，从套管式换热器13流出的液态制冷剂经过喷液电磁阀5流向压缩机1的中间腔体，因为液态制冷剂可以降低压缩机1的排气，从而可以让压缩机1的排气控制在合理范围内，保证了压缩机1的可靠运行，尤其是低环境温度下，高进水温温度时，该控制方法更奏效，在低环境温度下，高进水温度尤其在启动的2min内，压缩机1处于高压力比状态(排气压力÷低压压力)，排气温度经常出现飙升情况，从而出现机组报警，影响用户使用；

当检测到排气温度≥80℃且持续时间3s，排气温度已经处于较合理的范围，不能再下降，否则制热量会衰减。

以1台5匹低温热泵热水机为例，其中，喷液毛细管6规格为

喷焓毛细管8规格为

喷液电磁阀5和喷焓电磁阀7为常闭型且为孔径

选取3个工况进行测试验证，见下表：

图3为第一工况(环境温度-20℃)的排气温度(实线)和制热量(虚线)的曲线图；可以看出：压机启动后的前2min排气最高118℃，通过喷液支路作用排气最低降到102℃，完全满足压机使用要求，另外可以看出制热量有一个增加的趋势，支路开启之前制热量7.0kw,开启后制热量增加到7.765，增加比例11％；从而有效补充机组制热量以及控制压缩机排气温度。

图4为第二工况(环境温度-25℃)的排气温度(实线)和制热量(虚线)的曲线图；可以看出：压机启动后的前2min排气最高110℃，通过喷液支路作用排气最低降到80.2℃，完全满足压机使用要求，另外可以看出制热量有一个增加的趋势，增加比例大概10％-15％；从而有效补充机组制热量以及控制压缩机排气温度。

图5为第三工况(环境温度-30℃)的排气温度(实线)和制热量(虚线)的曲线图；可以看出：极限严寒天气-30℃时，水温51℃时，启动排气118℃，支路开启之后排气逐渐降低到92.8℃，控制在压缩机排气保护值范围内，另外制热量从开机前的5.5KW,增加到6.5KW,增长比例达到18％，制热量和机组的可靠性都得到了保证。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，所述热泵热水机包括压缩机(1)、经济器(9)、四通换向阀、翅片蒸发器组件(17)、储液器(10)、电子膨胀阀(19)、过滤器(20)、套管式换热器(13)和气液分离器(4)，所述压缩机(1)与四通换向阀的第一接口相连，所述四通换向阀的第二接口、第三接口和第四接口分别与翅片蒸发器组件(17)的出口、气液分离器(4)的进口和套管式换热器(13)的进口相连通，所述气液分离器(4)的出口与压缩机(1)相连，所述套管式换热器(13)的出口经储液器(10)后与经济器(9)的第一进口相连通，所述经济器(9)的第一出口与压缩机(1)相连，所述经济器(9)的第二出口经电子膨胀阀(19)和过滤器(20)后与翅片蒸发器组件(17)的进口相连；其特征在于，

还设有包括喷液电磁阀(5)和喷液毛细管(6)的喷液支路和包括喷焓电磁阀(7)和喷焓毛细管(8)的增焓支路，所述喷液支路的进口位于储液器(10)和经济器(9)之间的管路上，所述喷液支路的出口位于经济器(9)和压缩机(1)之间的管路上；所述增焓支路的进口位于翅片蒸发器组件(17)和经济器(9)之间的管路上，所述增焓支路的出口与经济器(9)的第二进口相连通；

其中，当压缩机(1)启动后3秒，根据温度参数和/或时间参数决定是否开启增焓支路和/或喷液支路。

2.根据权利要求1所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，当温度参数为5℃＜环境温度≤20℃；或者，温度参数为环境温度≤4℃，且进水温度≥30℃时，喷焓电磁阀(7)打开，喷焓支路导通，喷焓毛细管(8)向压缩机(1)中间腔喷射饱和气体。

3.根据权利要求1或2所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，当温度参数为20℃＜环境温度≤21℃；或者，温度参数为4℃＜环境温度≤5℃时；喷焓电磁阀(7)的状态保持不变。

4.根据权利要求2所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，当环境温度＞21℃时，或者环境温度≤4℃，且进水温度＜29℃时，喷焓电磁阀(7)关闭。

5.根据权利要求2所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，当压缩机(1)进入化霜运行状态或压缩机(1)停机前3秒，喷焓电磁阀(7)关闭。

6.根据权利要求1所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，当温度参数为排气温度≥108℃且持续时间达到3s时，喷液电磁阀(5)打开。

7.根据权利要求6所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，当温度参数为排气温度≤80℃且持续时间达到3s时，喷液电磁阀(5)关闭。

8.根据权利要求1所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，还设有高压开关(15)和排气感温包(16)，所述高压开关(15)和排气感温包(16)均位于压缩机(1)与四通换向阀之间的管路上；

还设有低压开关(3)和吸气感温探头(2)，所述低压开关(3)和吸气感温探头(2)均位于压缩机(1)与气液分离器(4)之间的管路上。

9.根据权利要求1所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，还设有进水温度探头(11)和出水温度探头(12)，所述进水温度探头(11)位于套管式换热器(13)的出口处，所述出水温度探头(12)位于套管式换热器(13)的进口处。

10.根据权利要求1所述的一种使用喷气增焓压缩机的热泵热水机的控制方法，其特征在于，还设有环境温度探头(18)，所述环境温度探头(18)位于翅片蒸发器组件(17)处。

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