CN101089437A - 自动调整预设值的冷凝压力调节水阀 - Google Patents

Abstract

一种自动调整预设值的冷凝压力调节水阀，其中：一传动电机，其电机轴与水阀阀体中的弹簧压力调节螺杆相连接，且带动弹簧压力调节螺杆动作，传动电机电性连接一控制器；至少一弹簧预紧力传感器，反映弹簧的压缩量，将其输入控制器，并与该控制器的预设值进行比较，从而控制传动电机的动作；至少一测量机组热源温度的温度传感器，将测量的温度值输入控制器内，在该控制器内据此对冷凝压力预设值进行调整；一冷凝压力调节水阀阀体，通过调节机组的水流量对冷凝压力进行稳定控制，以保证机组恒定的出水温度。本发明能实现依据机组的热源温度，自动调整冷凝压力预设值，并依据此预设值，使机组既能保证恒定的出水温度，又始终工作在安全运行区域内。

Description

自动调整预设值的冷凝压力调节水阀

技术领域

本发明涉及一种热泵热水机组中一次加热式热泵热水机的冷凝压力调节水阀，具体地说，涉及一种可自动调整预设值的冷凝压力调节水阀。

背景技术

目前的热泵热水机组中，一次加热式热泵热水机是指使用侧进水流过热泵热水机一次，就被加热达到设定终止温度的热水机。在一次加热式热泵热水机中，位于机组进水口的流量调节水阀通过调节冷凝器的冷却水流量来保证冷却水出水(即机组用户侧出水)温度的恒定。

现有流量调节水阀包含以下两种类型：

1)温度调节水阀，带有控制器和感温元件，可设定出水温度。控制器依据感温元件感知的冷凝器冷却水出水(即用户侧出水)温度，调节冷却水流量，以保持恒定的出水温度。具体地说，就是实测出水温度较设定温度高，则开阀，增大水流量，使出水温度下降；反之，则关阀，减小水流量，使出水温度升高，通过不断地调整，使出水温度趋近于设定值。

该种温度调节水阀的优点是直接控制出水温度值，不会受水压变化，冷凝器结垢等因素影响，导致机组出水温度改变。其缺点是因水路存在循环过程，导致水流量调节相对于出水温度检测的滞后性，使得调整波动大，响应速度慢，周期长，不易稳定。

2)冷凝压力调节水阀，无控制器和感温元件，带有压力调节旋扭，可手动预设压力值，通过阀体上的旁通口与机组冷凝器的制冷剂侧连接，将冷凝压力传递给阀体，据此调节阀的开度，从而调节冷凝器冷却水流量，在机组工作过程中调节和维持冷凝压力的恒定，从而间接维持冷却水出水(即用户侧出水)温度的恒定。其工作原理图如图1所示。

该种冷凝压力调节水阀的优点是因机组的冷凝压力通过旁通管直接传递给阀体，不存在滞后性，使其对冷凝压力的调节响应速度快、精度高，波动小，保证机组冷凝压力的稳定。但其缺点是：压力值设定是手动的，不能自动调整，阀体的弹簧预紧力调定后，机组的冷凝压力也就随之固定了。为保证机组工作过程中发挥最大的制热能力，冷凝温度一般调定在压缩机最高允许冷凝压力。另外，压缩机存在安全运行范围，但热泵热水机全季制热运行，在某些时间段热源温度较低时，机组工作的蒸发压力较低，要求冷凝压力预设值依据热源温度进行相应的自动调整降低，否则，会因预设冷凝压力不能及时调整，而使机组工作状态超出压缩机安全运行区域(压缩机安全运行区域如图4所示)，从而给机组的运行造成隐患，甚至损害机组。

由上所述，在应用热泵热水机制造生活热水的整个过程中，一方面需要快速、精准地控制热泵热水机的出水温度，另一方面，要求机组的制热能力最大限度地发挥出来，同时，还要保证压缩机始终工作在安全运行范围之内，使机组的运行更稳定可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动调整预设值的冷凝压力调节水阀，以克服公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的自动调整预设值的冷凝压力调节水阀，由传动电机、弹簧预紧力传感器、冷凝压力调节水阀阀体、控制器、温度传感器组成，其中：

一传动电机，其电机轴与水阀阀体中的弹簧压力调节螺杆相连接，且带动弹簧压力调节螺杆动作；

上述的传动电机电性连接一控制器；

至少一弹簧预紧力传感器，反映弹簧的压缩量，并将其输入控制器内，并与该控制器内的对应的冷凝压力预设值进行比较，从而控制传动电机的动作；

一冷凝压力调节水阀阀体，通过调节机组的进水流量对冷凝压力进行稳定控制，以保证机组恒定的出水温度。

至少一测量机组热源温度的温度传感器，将测量的温度值输入控制器内，在该控制器内据此对冷凝压力预设值进行调整。

所述的冷凝压力调节水阀，其中，传动电机为步进电机、有刷电机、伺服电机、感应电机。

所述的冷凝压力调节水阀，其中，传动电机与弹簧压力调节螺杆之间通过一减速器连接。

所述的冷凝压力调节水阀，其中，其中，弹簧预紧力传感器为多圈电位器，通过传动机构与电机联动，以电阻值反映弹簧的压缩量；或者是电机编码盘，以电机转数编码反映弹簧的压缩量；或者是两个以上的行程开关、光电对管或霍耳开关，其多个触点固定于弹簧压缩行程通道中，多点间断式反映弹簧的压缩量，并将其输入控制器。

所述的冷凝压力调节水阀，其中，控制器为一计算机。

所述的冷凝压力调节水阀，其中，计算机为单片机。

所述的冷凝压力调节水阀，其中，其中，控制器内的预设值依据机组运行特性曲线得来，机组运行特性曲线是将机组的热源温度与蒸发温度之间的对应关系、压缩机安全运行区域内蒸发温度与冷凝温度之间的对应关系、冷凝温度与冷凝压力的对应关系拟合成的运行曲线。

本发明提供的自动调整预设值的冷凝压力调节水阀，具体效果如下：

1)本发明应用于一次加热式热泵热水机，可快速、恒定、精准、有效地控制机组的冷凝压力，从而控制和调节机组的出水温度。

2)本发明应用于一次加热式热泵热水机，能够依据热源温度的变化，自动调节冷凝压力调整目标值(即阀体预设压力值)，使热泵热水机的始终工作在压缩机安全运行区域之内，保证了机组运行的稳定性、安全性、可靠性。

附图说明

图1为公知的冷凝压力调节水阀工作原理示意图。

图2为本发明的(多圈电位器)冷凝压力调节水阀结构示意图。

图3为本发明的(行程开关)冷凝压力调节水阀结构示意图。

图4为压缩机安全运行区域示意图

图5为本发明的冷凝压力调节水阀在一次加热式热泵热水机中应用示意图。

图6为空气源热泵热水机中本发明的多圈电位器电阻值与机组热源温度(环境温度)关系曲线图。

具体实施方式

请结合附图2和附图3所示，为本发明提供的自动调整预设值的冷凝压力调节水阀结构示意图。

本发明的冷凝压力调节水阀，是在现有技术冷凝压力调节水阀的结构基础上，配备有温度传感器1、弹簧预紧力传感器3和传动电机4等，并分别电性连接一控制器2。其中：

传动电机4可以是步进电机、有刷电机、伺服电机或感应电机，其电机轴与阀体弹簧压力调节螺杆6之间通过一减速器5相连接(该阀体弹簧压力调节螺杆为公知结构，且不是本发明讨论的重点，因此不展开叙述)，通过传动电机4的传动带动阀体弹簧压力调节螺杆6以调节阀体内的弹簧7的预紧力，从而实现依据热源温度对水阀预设冷凝压力值的自动调节。

弹簧预紧力传感器3，包括连续式弹簧预紧力传感器和多点间断式位置传感器。

连续式弹簧预紧力传感器可以采用多圈电位器，也可以采用反映电机旋转圈数的电机编码盘。本实施例以WXD2-53型指针式精密多圈线绕电位器为例，参见附图2，该线绕电位器调整圈数为10圈。设水阀预紧力弹簧的压缩量为x，弹簧压紧螺杆旋转的圈数(等于减速电机轴旋转的圈数)为a，通过传动机构相连的多圈电位器的旋转圈数为b，把多圈电位器的电阻阻值设为R，各参数间存在线性关系，即x＝k1·a，a＝k2·b，b＝k3·R，得出x＝k1·k2·k3·R(式中的k1、k2、k3均为常数，其中：k1为弹簧压紧螺杆的螺距；k2为传动机构的转速比；k3表示多圈电位器的电阻值单位变化量所需旋转的圈数)，预紧力弹簧的压缩量x与水阀弹簧预紧力L的对应关系L＝f1(x)(此函数与弹簧的强度、设计形式相关，选定弹簧，依据弹簧选型参数或实测得到)，机组的冷凝压力P与水阀弹簧预紧力L的关系P＝f2(L)(此函数依据选定水阀的预紧力、水流量、压力降的性能曲线得到)，得出电位器电阻值R与机组冷凝压力P的对应关系：R＝f(P)(依据上述函数计算得到)；机组热源温度与蒸发压力的对应关系与机组的匹配，水阀的型号紧密相关，经机组性能测试可以得到其对应关系曲线，而压缩机安全运行区域决定机组的蒸发压力与对应最高冷凝压力的关系曲线，拟和两条曲线，得到机组冷凝压力P与热源温度T_热源之间的关系曲线，记作P＝F(T_热源)，最终得到电位器电阻值与机组热源温度的对应关系R＝f(F(T_热源))，参见附图6，写入控制程序，控制器2依据输入的热源温度，计算出与之相应的机组冷凝压力，即为机组冷凝压力预设值，还可计算出与此机组冷凝压力预设值对应的电位器电阻值，与输入控制器2的实测电位器电阻值相比较，去控制传动电机的运转，从而调整水阀的冷凝压力预设值。且通过时时检测与传动电机联动的多圈电位器的电阻值，将调整的信息反馈给控制器。电机正转加大弹簧预紧力，减小水阀冷凝压力预设值，反转减小弹簧预紧力，增大水阀冷凝压力预设值。

多点间断式位置传感器包括行程开关、光电对管或霍耳开关，以行程开关为例，参见附图3，选用两个以上行程开关固定于弹簧7的压缩行程通道中，其作用是感应到的弹簧7的压缩量分几段反映至控制器2，再通过温度传感器1感知输入至控制器2的热源温度，控制器以弹簧7的压缩量与机组冷凝压力对应关系和机组热源温度与冷凝压力的对应关系曲线调整水阀冷凝压力预设值。

控制器4为一计算机(比如单片机)，其储存有以热源温度为变量的机组冷凝压力预设值对应关系曲线。该曲线因机组匹配的不同，水阀型号的不同，水阀弹簧预紧力传感器的形式不同而改变，需对配置完整的机组进行性能测试，依据测试结果和计算分析得出，成为控制器控制冷凝压力预设值的依据。

在本发明安装在热泵热水机中时，温度传感器1放置在能够感知机组热源温度的位置并加以固定，通过温度传感器1测量热源温度(即空气源热泵热水机环境温度、土壤源热泵热水机土壤温度或水源热泵热水机水源温度)，并将该热源温度值输入至控制器2内。

请参阅图5，本发明的冷凝压力调节水阀在一次加热式热泵热水机中的安装连接与公知技术相同：本发明的冷凝压力调节水阀的A端连接机组进水口，B端与冷凝器进水口相连接，C端旁通冷凝器进氟口。

在实际运行时，其工作原理是：通过温度传感器感知机组的热源温度，实测弹簧预紧力传感器的弹簧缩进量参数，由控制器计算出热源温度对应的机组安全冷凝压力预设值，并据此对传动电机进行控制，正向或反向运转相应的圈数，对弹簧预紧力进行调整，完成水阀冷凝压力预设值的调定，并通过此自动调定的预设值与阀体旁通输入的机组实际冷凝压力值的比较，开大或关小水阀，调节机组水流量，实现对机组冷凝压力的稳定控制，以保证机组恒定的出水温度。

Claims (10)

1、一种自动调整预设值的冷凝压力调节水阀，由传动电机、弹簧预紧力传感器、冷凝压力调节水阀阀体、控制器、温度传感器组成，其中：

一传动电机，其电机轴与水阀阀体中的弹簧压力调节螺杆相连接，且带动弹簧压力调节螺杆动作；

上述的传动电机电性连接一控制器；

至少一弹簧预紧力传感器，反映弹簧的压缩量，并将其输入控制器内，并与该控制器内的对应的冷凝压力预设值进行比较，从而控制传动电机的动作；

一冷凝压力调节水阀阀体，通过调节机组的水流量对冷凝压力进行稳定控制，以保证机组恒定的出水温度；

至少一测量机组热源温度的温度传感器，将测量的温度值输入控制器内，在该控制器内据此对冷凝压力预设值进行调整。

2、如权利要求1所述的冷凝压力调节水阀，其中，传动电机为步进电机、有刷电机、伺服电机或感应电机。

3、如权利要求1或2所述的冷凝压力调节水阀，其中，传动电机与弹簧压力调节螺杆之间通过一减速器连接。

4、如权利要求1所述的冷凝压力调节水阀，其中，弹簧预紧力传感器为多圈电位器，通过传动机构与电机联动，以电阻值反映弹簧的压缩量。

5、如权利要求1所述的冷凝压力调节水阀，其中，弹簧预紧力传感器电机编码盘，以电机转数反映弹簧的压缩量。

6、如权利要求1所述的冷凝压力调节水阀，其中，弹簧预紧力传感器为两个以上的行程开关、光电对管或霍耳开关，其多个触点固定于弹簧压缩行程通道中，以多点间断式反映弹簧的压缩量。

7、如权利要求1所述的冷凝压力调节水阀，其中，控制器为一计算机。

8、如权利要求7所述的冷凝压力调节水阀，其中，计算机为单片机。

9、如权利要求1所述的冷凝压力调节水阀，其中，控制器内的预设值依据机组运行特性曲线得到。

10、如权利要求9所述的冷凝压力调节水阀，其中，机组运行特性曲线是将机组的热源温度与蒸发温度之间的对应关系、压缩机安全运行区域内蒸发温度与冷凝温度之间的对应关系、冷凝温度与冷凝压力的对应关系拟合成的运行曲线。

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