CN111895654A - 一种热泵热水器的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水器的控制方法，包括在执行除霜模式前，热泵热水器以制热自动控制模式运行，实时获取和存储热泵热水器的运行参数；在退出除霜模式后，热泵热水器以制热强制控制模式执行满足除霜条件前热泵热水器稳定运行状态的运行参数。本发明通过热泵热水器的控制方法，在退出除霜模式后，使热泵热水器快速恢复执行除霜模式前的稳定运行状态，避免水温剧烈波动，影响用户体验，同时热泵热水器快速达到稳定运行状态，能够有效解决以制热自动控制模式恢复稳定运行状态所需周期长，而导致能源浪费的问题。本发明还介绍了一种应用上述控制方法的热泵热水器的控制装置。

Description

一种热泵热水器的控制方法及控制装置

技术领域

本发明属于热泵领域，具体地说，涉及一种热泵热水器的控制方法及控制装置。

背景技术

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置，可充分利用大气环境中的低温能源，如空气、土壤、水中所含的热量，转换为可以利用的高位热能，对使用地区不产生污染，是一种高效环保的制热设备。

然而，在冬季低温高湿度的环境下，空气源热泵的空气侧蒸发器容易结霜，影响空气源热泵的制热效果，为保证从低位热源向高位热源的高效换热，常规空气源热泵均采用四通阀换向进行蒸发器除霜，除霜后，机器恢复制热时自动调节，温度波动较大，恢复周期长，影响用户体验。

申请号为201911220531.0的中国专利公开了一种变频式热泵机组的除霜方法，达到除霜条件，压缩机降频到最低频率保持5秒，进入除霜模式，压缩机频率提高到除霜频率，膨胀开度调整到除霜开度，随后每隔30秒，除霜频率下降5Hz，除霜开度减小4％，直到频率降至除霜下限频率，停止调整，同时监测风换温度，机组高压值和除霜时长，当这三者任一参数超过设定值，退出除霜，压缩机降频至最低频率并保持5秒，风机开启并等待5秒，四通阀切换回制热模式，压缩机和膨胀阀自动进行相应调节，但是退出除霜后，根据实际工况自动恢复正常工作状态，运行周期长，温度波动较大，影响用户体验。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种热泵热水器的控制方法及控制装置，实现退出除霜模式后热泵热水器快速恢复除霜前稳定运行的状态。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种热泵热水器的控制方法，执行除霜模式前，热泵热水器以制热自动控制模式运行，实时获取和存储热泵热水器的运行参数；退出除霜模式后，热泵热水器以制热强制控制模式执行满足除霜条件前热泵热水器稳定运行状态的运行参数。

进一步，具体步骤如下：

S1：热泵热水器以制热自动控制模式运行，实时获取和存储热泵热水器的运行参数；

S2：判断热泵热水器是否满足除霜条件；如果是，执行步骤S3；如果否，执行步骤S1；

S3：分析和选取满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的运行参数，同时执行步骤S4；

S4：执行除霜模式；

S5：判断热泵热水器是否满足退出除霜条件；如果是，执行步骤S6；如果否，执行步骤S4；

S6：热泵热水器以制热强制控制模式运行，强制运行时间T2，使热泵热水器的运行参数恢复至满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的运行参数。

进一步，执行除霜模式前，实时获取和存储的热泵热水器运行参数包括压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D；

退出除霜模式后，热泵热水器执行满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的压缩机频率P_T1、风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1。

进一步，步骤S6具体包括，热泵热水器直接执行满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态下的任一压缩机频率P_T1，和当前压缩机频率下对应的风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1，强制运行时间T2。

进一步，步骤S6具体包括，以压缩机频率P、风机转速N、电子膨胀阀开度D作为目标调节参数，获取强制运行时间T2变化与目标调节参数的线性关系，建立压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D的调节程序，使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

进一步，调节程序以时间变化量ΔT作为最小时间调节单元，每隔ΔT调节压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，压缩机频率、风机转速、电子膨胀阀开度的变化量分别为ΔP、ΔN和ΔD，使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

进一步，步骤S6还包括，在强制运行时间T2后，热泵热水器恢复执行满足除霜条件时间T1前压缩机频率P_T1、风机转速N_T1和电子膨胀阀开度D_T1，退出制热强制控制模式，执行制热自动控制模式继续运行。

进一步，执行除霜模式前，热泵热水器在制热自动控制模式下运行，若压缩机频率P在时间T3内保持不变，热泵热水器处于稳定运行状态。

一种热泵热水器的控制装置，应用上述热泵热水器的控制方法，包括：

第一检测模块，实时获取和存储压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D；

第一分析模块，执行除霜模式前，分析满足除霜条件时间T1前热泵热水器的压缩机频率P_T1、风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1是否满足稳定运行状态；

第一控制模块，退出除霜模式后，控制热泵热水器以制热强制控制模式运行，强制运行时间T2使热泵热水器的压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度恢复至满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态下的P_T1、N_T1、D_T1；

第一计时模块，强制运行时间T2后，停止计时，并反馈给第一控制模块。

进一步，第一检测模块和第一控制模块分别与压缩机、风机和电子膨胀阀连接，第一检测模块将检测数据反馈给第一分析模块；满足除霜条件后，第一分析模块记录时间T1前热泵热水器处于稳定运行状态的运行参数；退出除霜模式后，第一控制模块控制压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、在退出除霜模式后，热泵热水器能够快速恢复稳定运行状态的运行参数，避免水温剧烈波动，进而提高用户体验；

2、热泵热水器以制热强制控制模式执行满足除霜条件前热泵热水器稳定运行状态的运行参数，能够解决自动恢复热泵热水器的运行参数至稳定运行状态所需周期长，而导致能源浪费的问题；

3、热泵热水器快速达到稳定运行状态，不仅实现低位热源向高位热源的快速转化，还能提高设备的利用率，延长设备的使用寿命；

4、实时获取和存储热泵热水器的运行参数，特别压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，能够及时对热泵热水器核心组件的运行状态做出判断，有利于设备保养和维修。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明实施例中一种热泵热水器的控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中一种热泵热水器的控制装置的结构示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本发明实施例中提供了一种热泵热水器的控制方法，执行除霜模式前，热泵热水器以制热自动控制模式运行，实时获取和存储热泵热水器的运行参数；退出除霜模式后，热泵热水器以制热强制控制模式执行满足除霜条件前的热泵热水器的运行参数。

本实例中，在制热自动控制模式下，如果热水器的水温低于设定值，热泵机组就启动加热，自动调节压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，直至加热到用户设定温度退出；而在制热强制控制模式下，如果热水器的水温低于设定值，热泵机组就启动加热，以特定的压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D运行或在规定时间内达到特定的压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D。通过所述热泵热水器的控制方法，能够使热泵热水器快速恢复到执行除霜模式前稳定运行的状态，处于正常的制热模式，稳定地进行热交换，避免水温剧烈波动，影响用户的正常使用；同时热泵热水器快速达到稳定运行状态，能够解决自动恢复热泵热水器稳定运行状态的运行参数需要的周期长，造成能源浪费的问题。

本实施例中，热泵热水器的控制方法的具体步骤如下：

S1：热泵热水器以制热自动控制模式运行，实时获取和存储热泵热水器的运行参数；

S2：判断热泵热水器是否满足除霜条件；如果是，执行步骤S3；如果否，执行步骤S1；

S3：分析和选取满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的运行参数，同时执行步骤S4；

S4：执行除霜模式；

S5：判断热泵热水器是否满足退出除霜条件；如果是，执行步骤S6；如果否，执行步骤S4；

S6：热泵热水器以制热强制控制模式运行，强制运行时间T2，使热泵热水器的运行参数恢复至满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的运行参数。

本实施例中，步骤S1，热泵热水器以制热自动控制模式运行，根据实际工况自动调节热泵热水器的运行参数，能够最大限度的发挥热泵热水器自身的性能，更高效的将大气环境中的低温能源，如空气中的热量转换为高位能源，实现热量传递，同时提高热泵热水器的工作效率，避免无效的能耗。

本实施例中，步骤S1，执行除霜模式前，实时获取和存储的热泵热水器运行参数,特别是压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，能够及时对热泵热水器核心组件的运行状态做出判断，有利于设备保养和维修。

本实施例中，步骤S2，热泵热水器以制热自动控制模式运行，当设置在室外蒸发器翅片上的温度传感器检测到的温度低于除霜进入温度时，开始计时，当计时大于或等于除霜间隔周期设置的时间，即满足除霜条件，可以执行除霜模式。经过大量的实验证明，除霜间隔周期为45～50min，这样蒸发器结霜至一定程度影响热泵热水器正常工作的前提下，再执行除霜模式，避免反复除霜，保证热泵执行热水器高效率、稳定运行。

本实施例中，步骤S3，如果热泵热水器满足除霜条件，分析和选取满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的运行参数，同时执行步骤S4。

本实施例中，步骤S4，执行除霜模式，即四通阀换向后，关闭风机，调节电子膨胀阀至除霜开度D_F，提高压缩机提频率到除霜设定频率P_F，执行除霜。

本实施例中，执行除霜模式前，热泵热水器在制热自动控制模式下运行，若压缩机频率P在时间T3内保持不变，此时热泵热水器处于稳定运行状态，经过大量的实验证明，时间T3至少大于3min压缩机频率P保持不变，才能保证热泵热水器真正处于稳定运行状态。

本实施例中，步骤S5，判断热泵热水器是否满足退出除霜条件，当满足以下任一条件，即可退出除霜模式：

①当除霜时间≥最长除霜时间，热泵热水器退出除霜模式；

②当蒸发器翅片温度≥除霜退出温度，并持续除霜退出检测时间后，热泵热水器退出除霜模式；

③当换热器储水温度≤除霜出水温度，并持续10s，热泵热水器退出除霜模式；

④压缩机停机故障(除霜过程中，屏蔽低压保护，对于出现高压保护、过电流保护、排气温度过高保护等，则停机报故障)，热泵热水器退出除霜模式。

以上条件为“或”关系，满足其中之一就可以退出除霜模式。

本实施例中，步骤S6，在满足退出除霜条件的前提下，控制热泵热水器直接执行T1时间前运行参数，包括压缩机频率P_T1、风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1，强制***运行时间T2，有利于热泵热水器快速恢复到除霜前稳定运行的状态，特别是蒸发器和压缩机快速恢复除霜前稳定运行的状态，从而确保换热器的传热系数，避免温度的剧烈波动和换热周期长，降低用户的体验。

本实施例中，步骤S6还包括，热泵热水器按照执行除霜模式T1时间前热泵的运行参数运行时间T2后，根据实际工况，恢复制热自动控制模式运行，上述操作有利于热泵热水器的根据大气环境中的低温能源的影响因素，如环境温度、空气湿度、风速等因素，自动适应实际工况，充分发挥设备的自身性能，实现高效率工作。

结霜是一个缓慢的过程，在冬季或极端天气条件下，蒸发器处于易于结霜的工况下，一般除霜间隔周期为45～50min，当开始除霜的时候已经不是***运行比较好的时候，而退出除霜模式后，强制执行除霜前的热泵热水器的运行参数，必须是处于正常状态下的运行参数。

经过大量的实验证明，执行除霜模式前，时间T1一般取值为10～20min为宜，此时热泵热水器虽然处于除霜间隔周期，但是尚处于正常运行范围内，蒸发器、压缩机和风机的运行数据接近实际工况；控制热泵热水器直接执行T1时间前的运行参数，运行时间T2，时间T2的一般取值为3～10min为宜，满足蒸发器、压缩机和风机快速恢复与实际工况接近的稳定运行状态，再继续强制执行T1时间前热泵热水器的运行参数，不利于热泵充热水器分发挥最大的工作效率。

通过上述热泵热水器的控制方法，在退出除霜后，能够使热泵热水器快速恢复除霜前稳定运行的状态，避免温度的剧烈波动，进而提高用户体验；热泵快速达到稳定运行状态，能够解决自动恢复热泵的运行参数周期长，而导致能源浪费的问题；实时记录热泵热水器的运行参数，特别压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，及时对热泵热水器核心组件的运行状态做出判断，有利于设备保养和维修。

实施例二

如图1所示，本实施例与上述实施例一的区别在于：

本实施例中，步骤S6，以压缩机频率P、风机转速N、电子膨胀阀开度D作为目标调节参数，获取强制运行时间T2变化与目标调节参数的线性关系，建立压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D的调节程序，使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

本实施例中，调节程序以时间变化量ΔT作为最小时间调节单元，每隔ΔT调节压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，压缩机频率、风机转速、电子膨胀阀开度的变化量分别为ΔP、ΔN和ΔD，使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

通过上述热泵热水器的控制方法，退出除霜模式后，采用线性调节程序使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1，相对直接恢复执行满足除霜条件时间T1前稳定运行状态的运行参数，设备能更好的适应运行参数的变化进行自调节，降低对设备的损耗，同时还能够使热泵热水器在短时间内快速恢复执行除霜模式前稳定运行状态的运行参数，提高热泵热水器的制热效率，避免水温剧烈波动，影响用户体验。

实施例三

如图2所示，本实施例中提供了一种热泵热水器的控制装置，包括：

第一检测模块，用于按设定时间间隔获取压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D；

第一分析模块，执行除霜模式前，分析时间T1前热泵热水器的压缩机频率P_T1、风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1是否满足稳定运行状态；

第一控制模块，退出除霜模式后，退出除霜模式后，控制热泵热水器以制热强制控制模式运行，强制运行时间T2使热泵热水器的压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度恢复至执行满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态下的P_T1、N_T1、D_T1；

第一计时模块，强制运行时间T2后，停止计时，并反馈给控制模块。

本实施例中，第一检测模块分别与压缩机、风机和电子膨胀阀连接，第一检测模块按设定时间间隔实时将检测数据反馈给第一分析模块，所述检测数据涉及压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，第一分析模块筛选执行除霜模式前，时间T1前热泵热水器处于正常运行状态的运行参数，通过实时记录和分析热泵热水器的运行参数，特别压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，能够及时对热泵热水器核心组件，如蒸发器、压缩机和换热器的运行状态做出判断，有利于设备保养和维修。

本实施例中，第一控制模块分别与压缩机、风机和电子膨胀阀连接，能够随时控制其运行状态，其中退出除霜模式后，第一控制模块控制热泵热水器以制热强制控制模式运行，即第一控制模块根据第一分析模块提供的记录时间T1前热泵热水器处于正常运行状态的运行参数，直接执行时间T1前的压缩机频率P_T1、风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1，并强制运行时间T2，或者获取强制运行时间T2变化与目标调节参数的线性关系，建立压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D的调节程序，使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

本实施例中，时间T2后，第一计时模块反馈停止计时，第一控制模块控制热泵热水器以制热自动控制模式运行，根据实际工况，执行压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D。

通过上述热泵热水器的控制装置，能够实时检测热泵热水器的运行参数，并对热泵热水器的运行状态快速做出判断，有于有利于设备保养和维修，同时在退出除霜模式后，使热泵热水器快速恢复除霜前稳定运行的状态，提高热泵热水器制热效率，进而高效、稳定进行换热，提升用户体验。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：执行除霜模式前，热泵热水器以制热自动控制模式运行，实时获取和存储热泵热水器的运行参数；退出除霜模式后，热泵热水器以制热强制控制模式执行满足除霜条件前热泵热水器稳定运行状态的运行参数。

2.根据权利要求1所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：具体步骤如下：

S1：热泵热水器以制热自动控制模式运行，实时获取和存储热泵热水器的运行参数；

S2：判断热泵热水器是否满足除霜条件；如果是，执行步骤S3；如果否，执行步骤S1；

S3：分析和选取满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的运行参数，同时执行步骤S4；

S4：执行除霜模式；

S5：判断热泵热水器是否满足退出除霜条件；如果是，执行步骤S6；如果否，执行步骤S4；

S6：热泵热水器以制热强制控制模式运行，强制运行时间T2，使热泵热水器的运行参数恢复至满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的运行参数。

3.根据权利要求2所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：执行除霜模式前，实时获取和存储的热泵热水器运行参数包括压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D；

退出除霜模式后，热泵热水器执行满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态的压缩机频率P_T1、风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1。

4.根据权利要求3所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：步骤S6具体包括，热泵热水器直接执行满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态下的任一压缩机频率P_T1，和当前压缩机频率下对应的风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1，强制运行时间T2。

5.根据权利要求3所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：步骤S6具体包括，以压缩机频率P、风机转速N、电子膨胀阀开度D作为目标调节参数，获取强制运行时间T2变化与目标调节参数的线性关系，建立压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D的调节程序，使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

6.根据权利要求5所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：调节程序以时间变化量ΔT作为最小时间调节单元，每隔ΔT调节压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D，压缩机频率、风机转速、电子膨胀阀开度的变化量分别为ΔP、ΔN和ΔD，使压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

7.根据权利要求4或6所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：步骤S6还包括，在强制运行时间T2后，热泵热水器恢复执行满足除霜条件时间T1前压缩机频率P_T1、风机转速N_T1和电子膨胀阀开度D_T1，退出制热强制控制模式，执行制热自动控制模式继续运行。

8.根据权利要求7所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于：执行除霜模式前，热泵热水器在制热自动控制模式下运行，若压缩机频率P在时间T3内保持不变，热泵热水器处于稳定运行状态。

9.一种热泵热水器的控制装置，应用上述权利要求1至8任一所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于：包括：

第一检测模块，实时获取和存储压缩机频率P、风机转速N和电子膨胀阀开度D；

第一分析模块，执行除霜模式前，分析满足除霜条件时间T1前热泵热水器的压缩机频率P_T1、风机转速N_T1、电子膨胀阀开度D_T1是否满足稳定运行状态；

第一控制模块，退出除霜模式后，控制热泵热水器以制热强制控制模式运行，强制运行时间T2使热泵热水器的压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度恢复至满足除霜条件时间T1前热泵热水器稳定运行状态下的P_T1、N_T1、D_T1；

第一计时模块，强制运行时间T2后，停止计时，并反馈给第一控制模块。

10.根据权利要求9所述的一种热泵热水器的控制装置，其特征在于：第一检测模块和第一控制模块分别与压缩机、风机和电子膨胀阀连接，第一检测模块将检测数据反馈给第一分析模块；满足除霜条件后，第一分析模块记录时间T1前热泵热水器处于稳定运行状态的运行参数；退出除霜模式后，第一控制模块控制压缩机频率、风机转速和电子膨胀阀开度在强制运行时间T2内恢复P_T1、N_T1、D_T1。

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