CN112781233A - 太空能热泵热水器控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太空能热泵热水器控制方法及***，太空能热泵热水器包括连接在冷凝器的出口与蒸发器的入口之间的主管路和连接在冷凝器的出口与蒸发器的出口之间的辅管路，主管路中设置有主节流元件，辅管路中设置有辅节流元件，控制方法包括以下步骤：检测主节流元件的开度，当主节流元件的开度最大时，获取压缩机的吸气过热度ΔTs和排气过热度ΔTp；当吸气过热度ΔTs≥T11，且排气过热度ΔTp≥T12时，开启辅节流元件。本方法通过控制当出现蒸发过热时，辅管路开启，冷媒一路经过辅管路进行节流降温，另一路经过蒸发器蒸发，蒸发过热冷媒和辅管路节流后低温冷媒混合汇总吸入到压缩机，从而降低吸气温度进而降低压缩机排气，使得机组运行更可靠。
Description
技术领域
本发明属于热泵技术领域，具体地说，涉及一种太空能热泵热水器控制方法及***。
背景技术
热泵热水器或者空调***，具有风机装置，通过风机降档或降速甚至是控制风机启停来控制蒸发器蒸发效果，从而蒸发过热度控制在合理的范围，防止排气过高。
目前一些太空能（太阳能和空气能）热泵热水器取消了风机，可以节约成本，其主要是通过翅片涂覆吸收太阳光涂层以及通过翅片管和空气自然对流进行换热。
在光照强烈或者室外风速大的高环温条件下，蒸发器换热过于充分，出现蒸发过热情况，导致压缩机吸气温度高，造成排气温度高达到保护温度值，报出排气过热故障。
发明内容
本发明针对现有技术中太空能热泵热水器的蒸发器依靠自然空气流动进行换热无法掌控空气流速，容易出现蒸发过热导致压缩机排气温度过高造成损坏或者频繁报故障的问题，提出了一种太空能热泵热水器控制方法，可以解决上述问题。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种太空能热泵热水器控制方法，所述太空能热泵热水器包括连接在冷凝器的出口与蒸发器的入口之间的主管路和连接在冷凝器的出口与蒸发器的出口之间的辅管路，所述主管路中设置有主节流元件，所述辅管路中设置有辅节流元件，所述控制方法包括以下步骤：
检测主节流元件的开度，当主节流元件的开度最大时，获取压缩机的吸气过热度ΔTs和排气过热度ΔTp；
当吸气过热度ΔTs≥T11，且排气过热度ΔTp≥T12时，开启辅节流元件，其中，4℃≤T11≤10℃；30℃≤T12≤38℃。
进一步的，开启辅节流元件后，包括：
当排气过热度ΔTp≥T12时，采用排气过热度调节所述辅节流元件的开度；
当排气过热度ΔTp＜T12时，所述辅节流元件保持现有开度，采用吸气过热度调节所述主节流元件的开度。
进一步的，所述辅节流元件的开度调节方法为：
计算辅节流元件的目标开度Pi+1；
其中，Pi+1= Pi+ΔP；
ΔP=ΔTp-ΔT；
Pi为辅节流元件的当前开度；
ΔT为目标排气过热度。
进一步的，目标排气过热度ΔT的确定方法为：
当冷媒为R134a时：ΔT=20℃；
当冷媒为R22时：ΔT=25℃；
当冷媒为R410A时：ΔT=28℃。
进一步的，压缩机的排气过热度ΔTp计算方法为：
检测压缩机排气温度T5；
检测温度T6；
检测环境温度T7；
ΔTp= T5-[(a1×T7+a2)×T6+a3×T7+a4]；
其中，a1、a2、a3、a4为常系数。
进一步的，所述主节流元件的开度的调节方法为：
检测压缩机的吸气温度T3；
检测蒸发温度T4；
调节主节流元件到目标开度Xi+1；
Xi+1=Xi+ΔX；
ΔX=(T3-T4)-Δt；
其中，Xi为主节流元件的当前开度；
Δt为目标吸气过热度。
进一步的，目标吸气过热度Δt的确定方法为：
检测压缩机排气温度T5;
当T5＞b1时，Δt=t1；
当b1≥T5＞b2时，Δt=t2；
当b2≥T5＞b3时，Δt=t3；
当b3≥T5＞b4时，Δt=t4；
当b4≥T5时，Δt=t5；
其中，100℃≥b1＞b2＞b3＞b4＞30℃，0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5。
本发明同时提出了一种太空能热泵热水器控制***，包括蒸发器、压缩机、冷凝器以及水箱，所述控制***按照前面任一条所记载的控制方法执行控制。
进一步的，所述主节流元件和辅节流元件分别为开度可调的电子膨胀阀。
进一步的，所述控制***还包括：
蒸发温度传感器，其用于检测蒸发器温度；
吸气温度传感器，其用于检测压缩机吸气温度；
排气温度传感器，其用于检测压缩机排气温度；
水箱温度传感器，其用于检测水箱中的水温。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过设置连接在冷凝器的出口与蒸发器的出口之间的辅管路，当出现蒸发过热时，辅管路开启，冷媒一路经过辅管路进行节流降温，另一路经过蒸发器蒸发，蒸发过热冷媒和辅管路节流后低温冷媒混合汇总吸入到压缩机，从而降低吸气温度进而降低压缩机排气，使得机组运行更可靠。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1 是本发明提出的太空能热泵热水器控制***的一种实施例原理图；
图2是本发明提出的太空能热泵热水器控制方法的一种实施例流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本实施例提出了一种太空能热泵热水器控制方法，该太空能热泵热水器可以利用太阳能和空气能进行制热水，如图1所示，包括压缩机11、冷凝器12以及蒸发器13，冷凝器11的出口与蒸发器13的入口之间连接有主管路14，连接在冷凝器11的出口与蒸发器13的出口之间的辅管路15，主管路14中设置有主节流元件16，辅管路15中设置有辅节流元件17，如图2所示，本实施例的太空能热泵热水器控制方法包括以下步骤：
检测主节流元件16的开度，当主节流元件16的开度最大时，获取压缩机11的吸气过热度ΔTs和排气过热度ΔTp；
热泵***运行时压缩机11时排出高温高压的冷媒进入冷凝器12，在冷凝器11中放热为水箱中的水加热，低温冷媒然后经主管路14 的主节流元件16进行节流降压，然后进入蒸发器13中再次吸热形成气态冷媒循环至压缩机11，当室外太阳辐照强度较强或者空气温度较高，或者风速较大时，蒸发器13的换热效率高，出现蒸发过热，导致从蒸发器13出去的冷媒压力较大，进入压缩机11后，造成压缩机11排气压力过大导致停机或者频繁报警等情况发生，目前的主要调节方式是通过加大主节流元件16的开度，使更多的冷媒进入蒸发器13进行换热，以降低蒸发器13的压力，但是主节流元件16的开度不能无限增加，因此，当检测到主节流元件16的开度到达最大时，说明***可以自动调节的能力达到限值。如果需要进一步调节降压的话，必须采取辅助的措施。
当主节流元件16开度到达最大时会出现两种情况，一种是可以将冷媒压力降低到安全范围，此时无需再进一步采取辅助降压措施。另外一种是压力仍然超出安全范围，需要再进一步采取辅助降压措施。
当吸气过热度ΔTs≥T11，且排气过热度ΔTp≥T12时，开启辅节流元件17，其中，4℃≤T11≤10℃；30℃≤T12≤38℃。
本方案中通过计算压缩机11的吸气过热度ΔTs和排气过热度ΔTp，当两者超过安全设定值时，则认为需要进一步降温，开启辅节流元件17，使从冷凝器12出来的低温冷媒其中一路进入辅管路15，经过辅节流元件17节流降压后，与从蒸发器13出来的高温冷媒混合，混合后的冷媒温度和压力降低，返回至压缩机11。
本实施例的太空能热泵热水器控制方法通过设置连接在冷凝器12的出口与蒸发器13的出口之间的辅管路15，当出现蒸发过热时，辅管路15开启，冷媒一路经过辅管路15进行节流降温，另一路经过蒸发器13蒸发，蒸发过热冷媒和辅管路15节流后低温冷媒混合汇总吸入到压缩机11，从而降低吸气温度进而降低压缩机排气，使得机组运行更可靠。
辅节流元件17起到控制辅管路15的旁通和节流作用，控制辅管路15冷媒流量，较主节流元件16节流口径要小，选型规格为1kW以下，并且该阀在开度调到0步时辅管路15无冷媒流通。主节流元件16和辅节流元件17可以采用电子膨胀阀实现。
本实施例中的太空能热泵热水器还应当具有吸气温度传感器18、排气温度传感器19、水箱温度传感器20、蒸发温度传感器21以及环境温度传感器22，吸气温度传感器18固定在压缩机11的吸气管上，用于检测压缩机吸气温度T3。蒸发温度传感器21固定于蒸发器13的分液毛细管上或者蒸发器13的某个U管上，该处和蒸发器13的蒸发压力所对应的温度接近，因此所检测的温度等效为蒸发温度T4。排气温度传感器19固定在压缩机11的排气管上，用于检测压缩机排气温度T5。水箱温度传感器20固定于水箱23中，用于检测水箱23中的水温，也即水箱温度T6。环境温度传感器22固定在蒸发器13的迎风面翅片管上，用支架（图中未示出）固定，不与翅片管接触。
开启辅节流元件17后，包括：
当排气过热度ΔTp≥T12时，采用排气过热度调节辅节流元件17的开度，同时保持主节流元件16的最大开度。
当排气过热度ΔTp＜T12时，辅节流元件17保持现有开度，采用吸气过热度调节主节流元件16的开度。T12为安全排气过热度值，与冷媒种类有关，对于R134a冷媒T12取值为15℃，R22冷媒T12取值为18℃，R410A冷媒T12取值为20℃
辅节流元件17的开度调节方法为：
计算辅节流元件的目标开度Pi+1；
其中，Pi+1= Pi+ΔP；
ΔP=ΔTp-ΔT；
Pi为辅节流元件的当前开度；
ΔT为目标排气过热度。
目标排气过热度ΔT的确定方法为：
当冷媒为R134a时：ΔT=20℃；
当冷媒为R22时：ΔT=25℃；
当冷媒为R410A时：ΔT=28℃。
压缩机的排气过热度ΔTp计算方法为：
检测压缩机排气温度T5；
检测温度T6；
检测环境温度T7；
ΔTp= T5-[(a1×T7+a2)×T6+a3×T7+a4]；
其中，a1、a2、a3、a4为常系数。
由于冷凝温度传感器难以布置到冷凝器上（原因为：温度传感器固定装配到水箱盘管困难，冷凝器在水箱发泡层内，冷凝温度传感器故障售后维修难以更换），因此水箱侧冷凝温度Tc通过经验获得，ΔTp= T5-Tc。
经过实验室测得Tc=(0.0011×T7+0.87)×T6+0.05×T7+13.4。
辅节流元件17的调节频率可以根据需要设定，如可以设定调节频率为60s。
主节流元件16的开度的调节方法为：
检测压缩机的吸气温度T3；
检测蒸发温度T4；
调节主节流元件到目标开度Xi+1；
Xi+1=Xi+ΔX；
ΔX=(T3-T4)-Δt；
其中，Xi为主节流元件的当前开度；
Δt为目标吸气过热度。
目标吸气过热度Δt的确定方法为：
检测压缩机排气温度T5;
当T5＞b1时，Δt=t1；
当b1≥T5＞b2时，Δt=t2；
当b2≥T5＞b3时，Δt=t3；
当b3≥T5＞b4时，Δt=t4；
当b4≥T5时，Δt=t5；
其中，100℃≥b1＞b2＞b3＞b4＞30℃，0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5。
为了防止从主管路14和辅管路15中进入压缩机含有液态冷媒，造成液击而损坏压缩机11，优选在压缩机11的进气口前端还设置有汽液分离器24，用于将汽液两相态的冷媒分离，起到保护压缩机的作用。
实施例二
本实施例提出了一种太空能热泵热水器控制***，如图1所示，包括压缩机11、冷凝器12以及蒸发器13，冷凝器11的出口与蒸发器13的入口之间连接有主管路14，连接在冷凝器11的出口与蒸发器13的出口之间的辅管路15，主管路14中设置有主节流元件16，辅管路15中设置有辅节流元件17，本实施例的太空能热泵热水器控制***的控制方法可以参见实施例一中记载，在此不做赘述。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种太空能热泵热水器控制方法，其特征在于，所述太空能热泵热水器包括连接在冷凝器的出口与蒸发器的入口之间的主管路和连接在冷凝器的出口与蒸发器的出口之间的辅管路，所述主管路中设置有主节流元件，所述辅管路中设置有辅节流元件，所述控制方法包括以下步骤：
检测主节流元件的开度，当主节流元件的开度最大时，获取压缩机的吸气过热度ΔTs和排气过热度ΔTp；
当吸气过热度ΔTs≥T11，且排气过热度ΔTp≥T12时，开启辅节流元件，其中，4℃≤T11≤10℃；30℃≤T12≤38℃。
2.根据权利要求1所述的太空能热泵热水器控制方法，其特征在于，开启辅节流元件后，包括：
当排气过热度ΔTp≥T12时，采用排气过热度调节所述辅节流元件的开度；
当排气过热度ΔTp＜T12时，所述辅节流元件保持现有开度，采用吸气过热度调节所述主节流元件的开度。
3.根据权利要求2所述的太空能热泵热水器控制方法，其特征在于，所述辅节流元件的开度调节方法为：
计算辅节流元件的目标开度Pi+1；
其中，Pi+1= Pi+ΔP；
ΔP=ΔTp-ΔT；
Pi为辅节流元件的当前开度；
ΔT为目标排气过热度。
4.根据权利要求3所述的太空能热泵热水器控制方法，其特征在于，目标排气过热度ΔT的确定方法为：
当冷媒为R134a时：ΔT=20℃；
当冷媒为R22时：ΔT=25℃；
当冷媒为R410A时：ΔT=28℃。
5.根据权利要求1-3任一项所述的太空能热泵热水器控制方法，其特征在于，压缩机的排气过热度ΔTp计算方法为：
检测压缩机排气温度T5；
检测温度T6；
检测环境温度T7；
ΔTp= T5-[(a1×T7+a2)×T6+a3×T7+a4]；
其中，a1、a2、a3、a4为常系数。
6.根据权利要求5所述的太空能热泵热水器控制方法，其特征在于，所述主节流元件的开度的调节方法为：
检测压缩机的吸气温度T3；
检测蒸发温度T4；
调节主节流元件到目标开度Xi+1；
Xi+1=Xi+ΔX；
ΔX=(T3-T4)-Δt；
其中，Xi为主节流元件的当前开度；
Δt为目标吸气过热度。
7.根据权利要求6所述的太空能热泵热水器控制方法，其特征在于，
目标吸气过热度Δt的确定方法为：
检测压缩机排气温度T5;
当T5＞b1时，Δt=t1；
当b1≥T5＞b2时，Δt=t2；
当b2≥T5＞b3时，Δt=t3；
当b3≥T5＞b4时，Δt=t4；
当b4≥T5时，Δt=t5；
其中，100℃≥b1＞b2＞b3＞b4＞30℃，0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5。
8.一种太空能热泵热水器控制***，包括蒸发器、压缩机、冷凝器以及水箱，其特征在于，所述控制***按照权利要求1-7任一项所述的控制方法执行控制。
9.根据权利要求8所述的太空能热泵热水器控制***，其特征在于，所述主节流元件和辅节流元件分别为开度可调的电子膨胀阀。
10.根据权利要求8所述的太空能热泵热水器控制***，其特征在于，所述控制***还包括：
蒸发温度传感器，其用于检测蒸发器温度；
吸气温度传感器，其用于检测压缩机吸气温度；
排气温度传感器，其用于检测压缩机排气温度；
水箱温度传感器，其用于检测水箱中的水温。
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- 2020-03-05 CN CN202010148533.XA patent/CN112781233A/zh active Pending
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