CN105972822B - 热泵热水器和热泵热水器的调节方法 - Google Patents

热泵热水器和热泵热水器的调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热泵热水器和热泵热水器的调节方法。热泵热水器包括：主回路，主回路包括顺次串联设置的压缩机、第一换热器、节流装置、第二换热器和气液分离器；储液器；第一支路，储液器通过第一支路连接至第一管路段，第一管路段为压缩机的排气口与第一换热器之间的管路段，第一支路上设置有增压阀；第二支路，储液器通过第二支路连接至第二管路段，第二管路段为气液分离器的进口与第二换热器之间的管路段，第二支路上设置有减压阀；第三支路，储液器通过第三支路连接至第三管路段，第三支路上设置有流量调节阀。本发明解决了现有技术中热泵热水器在***工况变化的情况下难以有效调节***内的冷媒量的问题。

Description

热泵热水器和热泵热水器的调节方法
技术领域
本发明涉及换热设备技术领域，具体而言，涉及一种热泵热水器和热泵热水器的调节方法。
背景技术
随着生活水平的提高，热水器已经走进了千家万户。
热泵热水器因其高效、节能的特点，得到了广泛地使用。
对于热泵热水器来说，随着环境温度或水温的变化，其***的工况也是随之变化的。高压侧，水温由低到高；低压侧，环境温度(或水温等)也是可变的。
由于***的工况不同，***对于冷媒的需求量也是不一样的。冷媒过少，导致***能力不足，能效降低；冷媒过多，导致***液体冷媒比例增加，占用换热器的换热面积，不利于***换热，也会导致***能力不足，能效降低。此外，冷媒太多，还会有压缩机10’液击的风险。
如图1所示，目前普遍的热泵热水器包括顺次串联设置的压缩机10’、冷凝器20’、节流装置30’、蒸发器40’和气液分离器50’。
还有一种热泵热水器，在上述的***内串联了一个储液器，以实现对冷媒的暂存或补充。但是，由于并未对储液器的工况进行有效地控制，因而不能保证热泵热水器内的冷媒处于合理地工作状态，导致热泵热水器的工作可靠性降低。
也就是说，现有技术中的热泵热水器在***工况变化的情况下难以有效调节***内的冷媒量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种热泵热水器和热泵热水器的调节方法，以解决现有技术中热泵热水器在***工况变化的情况下难以有效调节***内的冷媒量的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种热泵热水器，包括：主回路，主回路包括顺次串联设置的压缩机、第一换热器、节流装置、第二换热器和气液分离器；储液器；第一支路，储液器通过第一支路连接至第一管路段，第一管路段为压缩机的排气口与第一换热器之间的管路段，第一支路上设置有增压阀；第二支路，储液器通过第二支路连接至第二管路段，第二管路段为气液分离器的进口与第二换热器之间的管路段，第二支路上设置有减压阀；第三支路，储液器通过第三支路连接至第三管路段，第三管路段为第一换热器与节流装置之间的管路段，第三支路上设置有流量调节阀。
进一步地，第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器。
进一步地，第一支路和第二支路均与储液器的顶部连通；第三支路与储液器的底部连通。
进一步地，节流装置为电子膨胀阀。
进一步地，增压阀开启，流量调节阀开启，减压阀关闭，冷媒由储液器流向主回路；减压阀开启，流量调节阀开启，增压阀关闭，主回路内的冷媒流向储液器。
进一步地，热泵热水器还包括用于检测环境温度的第一温度检测部和用于检测水温的第二温度检测部；当检测环境温度不变时，随着水温逐渐升高，冷媒需求量降低，将减压阀开启，流量调节阀开启，增压阀关闭，主回路内的冷媒流向储液器；当水温不变，随着环境温度的升高，冷媒需求量增加，将增压阀开启，流量调节阀开启，减压阀关闭，冷媒由储液器流向主回路；当水温不变，随着环境温度的降低，冷媒需求量降低，将减压阀开启，流量调节阀开启，增压阀关闭，主回路内的冷媒流向储液器。
进一步地，热泵热水器还包括用于检测当前吸气过热度的过热度检测部，将检测得到的当前吸气过热度与目标吸气过热度进行比较，当当前吸气过热度大于目标吸气过热度时，确定冷媒量偏少，增压阀开启，流量调节阀开启，减压阀关闭，冷媒由储液器流向主回路；当当前吸气过热度小于目标吸气过热度时，确定冷媒量偏多，减压阀开启，流量调节阀开启，增压阀关闭，主回路内的冷媒流向储液器；当当前吸气过热度等于目标吸气过热度时，确定冷媒量合适，减压阀、增压阀和流量调节阀均关闭。
根据本发明的另一方面，提供了一种热泵热水器的调节方法，热泵热水器是上述的热泵热水器，热泵热水器还包括用于检测环境温度的第一温度检测部和用于检测水温的第二温度检测部，调节方法包括：当环境温度不变时，随着水温逐渐升高，冷媒需求量降低，将热泵热水器的减压阀开启，热泵热水器的流量调节阀开启，热泵热水器的增压阀关闭，热泵热水器的主回路内的冷媒流向热泵热水器的储液器；当水温不变，随着环境温度的升高，冷媒需求量增加，将增压阀开启，流量调节阀开启，减压阀关闭，冷媒由储液器流向主回路；当水温不变，随着环境温度的降低，冷媒需求量降低，将减压阀开启，流量调节阀开启，增压阀关闭，主回路内的冷媒流向储液器。
根据本发明的另一方面，提供了一种热泵热水器的调节方法，热泵热水器是上述的热泵热水器，热泵热水器还包括用于检测当前吸气过热度的过热度检测部，调节方法包括：将检测得到的当前吸气过热度与目标吸气过热度进行比较；当当前吸气过热度大于目标吸气过热度时，确定冷媒量偏少，增压阀开启，流量调节阀开启，减压阀关闭，冷媒由储液器流向主回路；当当前吸气过热度小于目标吸气过热度时，确定冷媒量偏多，减压阀开启，流量调节阀开启，增压阀关闭，主回路内的冷媒流向储液器；当当前吸气过热度等于目标吸气过热度时，确定冷媒量合适，减压阀、增压阀和流量调节阀均关闭。
进一步地，热泵热水器还包括用于检测环境温度的第一温度检测部和用于检测水温的第二温度检测部；在将检测得到的当前吸气过热度与目标吸气过热度进行比较之前，调节方法还包括根据环境温度和水温确定热泵热水器的节流装置的开度。
应用本发明的技术方案，通过在主回路内将压缩机、第一换热器、节流装置、第二换热器和气液分离器串联设置，并增加储液器，使储液器通过第一支路连接至第一管路段，第一支路上设置有增压阀；使储液器通过第二支路连接至第二管路段，第二支路上设置有减压阀；使储液器通过第三支路连接至第三管路段，第三支路上设置有流量调节阀，从而通过对增压阀、减压阀和流量调节阀的控制，以实现对***内冷媒量的控制，进而使热泵热水器在不同的工况下，有不同量的冷媒参与反应，以改善热泵热水器对于变工况所需不同冷媒量的适应能力差的情况。
也就是说，通过采用上述结构的热泵热水器，能够通过对增压阀、减压阀和流量调节阀的控制，增加***对于不同工况所需冷媒量的适应能力。使***冷媒量基本处于最佳状态，同时减少***冷媒灌注量，保证***性能的同时，大大增加***可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的热泵热水器的结构示意图；以及
图2示出了根据本发明的一个可选实施例的热泵热水器的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、压缩机；20、第一换热器；30、节流装置；40、第二换热器；50、气液分离器；60、储液器；70、第一支路；71、增压阀；80、第二支路；81、减压阀；90、第三支路；91、流量调节阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中热泵热水器在***工况变化的情况下难以有效调节***内的冷媒量的问题，本发明提供了一种热泵热水器和热泵热水器的调节方法。
如图2所示，热泵热水器包括主回路、储液器60、第一支路70、第二支路80和第三支路90，其中，主回路包括顺次串联设置的压缩机10、第一换热器20、节流装置30、第二换热器40和气液分离器50；储液器60通过第一支路70连接至第一管路段，第一管路段为压缩机10的排气口与第一换热器20之间的管路段，第一支路70上设置有增压阀71；储液器60通过第二支路80连接至第二管路段，第二管路段为压缩机10的进气口与第二换热器40之间的管路段，第二支路80上设置有减压阀81；储液器60通过第三支路90连接至第三管路段，第三管路段为第一换热器20与节流装置30之间的管路段，第三支路90上设置有流量调节阀91。
通过在主回路内将压缩机10、第一换热器20、节流装置30、第二换热器40和气液分离器50串联设置，并增加储液器60，使储液器60通过第一支路70连接至第一管路段，第一支路70上设置有增压阀71；使储液器60通过第二支路80连接至第二管路段，第二支路80上设置有减压阀81；使储液器60通过第三支路90连接至第三管路段，第三支路90上设置有流量调节阀91，从而通过对增压阀71、减压阀81和流量调节阀91的控制，以实现对***内冷媒量的控制，进而使热泵热水器在不同的工况下，有不同量的冷媒参与反应，以改善热泵热水器对于变工况所需不同冷媒量的适应能力差的情况。
也就是说，通过采用上述结构的热泵热水器，能够通过对增压阀71、减压阀81和流量调节阀91的控制，增加***对于不同工况所需冷媒量的适应能力。使***冷媒量基本处于最佳状态，同时减少***冷媒灌注量，保证***性能的同时，大大增加***可靠性。
可选地，节流装置30为电子膨胀阀。
在图2所示的具体实施方式中，第一换热器20为冷凝器，第二换热器40为蒸发器。
具体而言，第一支路70和第二支路80均与储液器60的顶部连通；第三支路90与储液器60的底部连通。且第三支路90与储液器60连通的位置位于冷媒液面下。
为了更好地进行说明，进行一下总结。
且第三支路90与储液器60连通的位置位于冷媒液面下。
减压阀81一端连至***低压，一端连至储液器60的顶部，通过低压来降低储液器60内的压力，当储液器60内的压力低于冷凝器的出口压力时，即可使冷凝器的出口的液体流入储液器60中。
增压阀71一端连至***高压，一端连至储液器60的顶部，通过高压来增加储液器60内的压力，当储液器60内的压力高于冷凝器的出口压力时，即可使储液器60内的液体流入***中，与冷凝器的出口的过冷液体冷媒汇合，参与***循环。
流量调节阀91一端连至***的冷凝器的出口管路，一端连至储液器60的底部，且第三支路90的伸入储液器60内的一端应没入储液器60的冷媒中。
在图2所示的具体实施例中，当增压阀71开启，流量调节阀91开启，减压阀81关闭，冷媒由储液器60流向主回路；而当减压阀81开启，流量调节阀91开启，增压阀71关闭，主回路内的冷媒流向储液器60。
为了提高热泵热水器的调节可靠性，热泵热水器还包括用于检测环境温度的第一温度检测部和用于检测水温的第二温度检测部；当检测环境温度不变时，随着水温逐渐升高，冷媒需求量降低，将减压阀81开启，流量调节阀91开启，增压阀71关闭，主回路内的冷媒流向储液器60；当水温不变，随着环境温度的升高，冷媒需求量增加，将增压阀71开启，流量调节阀91开启，减压阀81关闭，冷媒由储液器60流向主回路；当水温不变，随着环境温度的降低，冷媒需求量降低，将减压阀81开启，流量调节阀91开启，增压阀71关闭，主回路内的冷媒流向储液器60。
需要说明的是，对于热泵热水器来说，水温在一个加热过程中不断升高，导致***的高压不断升高，在环境温度不变的情况下，***冷媒需求量是逐渐减少的。而在同一个水温下，环境温度越低，一般来说，***的冷媒需求量也是逐渐减少的；相反环境温度越高，***冷媒需求量是逐渐增多的。因而通过检测环境温度和***的水温，并根据实际情况对增压阀71、流量调节阀91和减压阀81的工作状态进行调节，从而能够使热泵热水器内冷媒量得到优化，保证热泵热水器高效运行。
此外，还可以通过检测过热度的方式，对热泵热水器进行调节。也就是说，通过经验，可以让控制器判断高压与水温或吸气过热度与电子膨胀阀等与冷媒调节相关的参数关系，来判断***冷媒量是否合适。再通过调节减压阀81、增压阀71和流量调节阀91来调节***冷媒量。
具体而言，热泵热水器还包括用于检测当前吸气过热度的过热度检测部，将检测得到的当前吸气过热度与目标吸气过热度进行比较，当当前吸气过热度大于目标吸气过热度时，确定冷媒量偏少，增压阀71开启，流量调节阀91开启，减压阀81关闭，冷媒由储液器60流向主回路；当当前吸气过热度小于目标吸气过热度时，确定冷媒量偏多，减压阀81开启，流量调节阀91开启，增压阀71关闭，主回路内的冷媒流向储液器60；当当前吸气过热度等于目标吸气过热度时，确定冷媒量合适，减压阀81、增压阀71和流量调节阀91均关闭。
可选地，过热度检测部设置在压缩机10的进气口或蒸发器的出口处。
可选地，在将检测得到的当前吸气过热度与目标吸气过热度进行比较之前，调节方法还包括根据环境温度和水温确定热泵热水器的节流装置30的开度。
根据经验表明，最佳冷媒量下，最佳电子膨胀阀步数X与环境温度(Te)、水温(Tw)之间的关系如下：X＝f1(Te,Tw)；其中，最佳电子膨胀阀步数X与环境温度(Te)、水温(Tw)一一对应，由经验给出。
根据经验表明，最佳冷媒量下，最佳吸气过热度Tg(也就是上述的目标吸气过热度)与环境温度(Te)、水温(Tw)之间的关系如下：Tg＝f2(Te,Tw)；其中，最佳吸气过热度Tg与环境温度(Te)、水温(Tw)一一对应，由经验给出。
具体而言，调节时，先将电子膨胀阀调至X步附近，再根据Tg来判断冷媒量是否最佳。当当前吸气过热度Tgi大于最佳吸气过热度Tg时，表示冷媒量偏少；当当前吸气过热度Tgi小于最佳吸气过热度Tg时，表示冷媒量偏多；当当前吸气过热度Tgi等于最佳吸气过热度Tg时，表示冷媒量合适，即最佳冷媒量。
如果***冷媒量偏少，则可通过关闭减压阀81，打开增压阀71来增加储液器60内的压力，再通过调节流量调节阀91来调节储液器60冷媒流出量(即流入***冷媒量)的多少，以达到***所需最佳冷媒量。
相反，如果***冷媒量偏多，则可通过关闭增压阀71，打开减压阀81来减小储液器60内的压力，再通过调节流量调节阀91来调节储液器60冷媒流入量(即流出***冷媒量)的多少，以达到***所需最佳冷媒量。
综上所述，可以看出，本发明中的热泵热水器通过增加一个储液器60、一个减压阀81、一个增压阀71和一个流量调节阀91，根据***冷媒需求量的不同，通过控制减压阀81、增压阀71的开度来调节储液器60内的压力，再通过调节流量调节阀91的开度来调节流入或流出储液器60的冷媒量，以保证***的冷媒量处于最佳状态。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种热泵热水器，其特征在于，包括：
主回路，所述主回路包括顺次串联设置的压缩机(10)、第一换热器(20)、节流装置(30)、第二换热器(40)和气液分离器(50)；
储液器(60)；
第一支路(70)，所述储液器(60)通过所述第一支路(70)连接至第一管路段，所述第一管路段为所述压缩机(10)的排气口与所述第一换热器(20)之间的管路段，所述第一支路(70)上设置有增压阀(71)；
第二支路(80)，所述储液器(60)通过所述第二支路(80)连接至第二管路段，所述第二管路段为所述气液分离器(50)的进口与所述第二换热器(40)之间的管路段，所述第二支路(80)上设置有减压阀(81)；
第三支路(90)，所述储液器(60)通过所述第三支路(90)连接至第三管路段，所述第三管路段为所述第一换热器(20)与所述节流装置(30)之间的管路段，所述第三支路(90)上设置有流量调节阀(91)，所述增压阀(71)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述减压阀(81)关闭，冷媒由所述储液器(60)流向所述主回路；所述减压阀(81)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述增压阀(71)关闭，所述主回路内的冷媒流向所述储液器(60)，所述热泵热水器还包括用于检测环境温度的第一温度检测部和用于检测水温的第二温度检测部。
2.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述第一换热器(20)为冷凝器，所述第二换热器(40)为蒸发器。
3.根据权利要求1或2所述的热泵热水器，其特征在于，所述第一支路(70)和所述第二支路(80)均与所述储液器(60)的顶部连通；所述第三支路(90)与所述储液器(60)的底部连通。
4.根据权利要求1或2所述的热泵热水器，其特征在于，所述节流装置(30)为电子膨胀阀。
5.根据权利要求1或2所述的热泵热水器，其特征在于；
当检测所述环境温度不变时，随着所述水温逐渐升高，冷媒需求量降低，将所述减压阀(81)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述增压阀(71)关闭，所述主回路内的冷媒流向所述储液器(60)；
当所述水温不变，随着所述环境温度的升高，所述冷媒需求量增加，将所述增压阀(71)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述减压阀(81)关闭，所述冷媒由所述储液器(60)流向所述主回路；
当所述水温不变，随着所述环境温度的降低，所述冷媒需求量降低，将所述减压阀(81)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述增压阀(71)关闭，所述主回路内的冷媒流向所述储液器(60)。
6.根据权利要求1或2所述的热泵热水器，其特征在于，所述热泵热水器还包括用于检测当前吸气过热度的过热度检测部，将检测得到的所述当前吸气过热度与目标吸气过热度进行比较，
当所述当前吸气过热度大于所述目标吸气过热度时，确定冷媒量偏少，所述增压阀(71)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述减压阀(81)关闭，冷媒由所述储液器(60)流向所述主回路；
当所述当前吸气过热度小于所述目标吸气过热度时，确定所述冷媒量偏多，所述减压阀(81)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述增压阀(71)关闭，所述主回路内的冷媒流向所述储液器(60)；
当所述当前吸气过热度等于所述目标吸气过热度时，确定所述冷媒量合适，所述减压阀(81)、所述增压阀(71)和所述流量调节阀(91)均关闭。
7.一种热泵热水器的调节方法，其特征在于，所述热泵热水器是权利要求1至4中任一项所述的热泵热水器，所述热泵热水器还包括用于检测环境温度的第一温度检测部和用于检测水温的第二温度检测部，所述调节方法包括：
当所述环境温度不变时，随着所述水温逐渐升高，冷媒需求量降低，将所述热泵热水器的减压阀(81)开启，所述热泵热水器的流量调节阀(91)开启，所述热泵热水器的增压阀(71)关闭，所述热泵热水器的主回路内的冷媒流向所述热泵热水器的储液器(60)；
当所述水温不变，随着所述环境温度的升高，所述冷媒需求量增加，将所述增压阀(71)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述减压阀(81)关闭，所述冷媒由所述储液器(60)流向所述主回路；
当所述水温不变，随着所述环境温度的降低，所述冷媒需求量降低，将所述减压阀(81)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述增压阀(71)关闭，所述主回路内的冷媒流向所述储液器(60)。
8.一种热泵热水器的调节方法，其特征在于，所述热泵热水器是权利要求1至4中任一项所述的热泵热水器，所述热泵热水器还包括用于检测当前吸气过热度的过热度检测部，所述调节方法包括：
将检测得到的所述当前吸气过热度与目标吸气过热度进行比较；
当所述当前吸气过热度大于所述目标吸气过热度时，确定冷媒量偏少，所述增压阀(71)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述减压阀(81)关闭，冷媒由所述储液器(60)流向所述主回路；
当所述当前吸气过热度小于所述目标吸气过热度时，确定所述冷媒量偏多，所述减压阀(81)开启，所述流量调节阀(91)开启，所述增压阀(71)关闭，所述主回路内的冷媒流向所述储液器(60)；
当所述当前吸气过热度等于所述目标吸气过热度时，确定所述冷媒量合适，所述减压阀(81)、所述增压阀(71)和所述流量调节阀(91)均关闭。
9.根据权利要求8所述的调节方法，其特征在于，所述热泵热水器还包括用于检测环境温度的第一温度检测部和用于检测水温的第二温度检测部；在将检测得到的所述当前吸气过热度与所述目标吸气过热度进行比较之前，所述调节方法还包括根据所述环境温度和所述水温确定所述热泵热水器的节流装置(30)的开度。
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