CN115200180A - 一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，涉及空调技术领域，变频受热式热水机机组包括主控单元、信息采集元器件和执行单元；变频受热式热水机机组的控制系统通过信息采集元器件采集机组温度、压力、开关量等信号，并经过逻辑运算处理后输出控制信号，控制CO2双转子变频压缩机、电子膨胀阀、除霜电磁阀、压缩机油温加热带、中间压力旁通电磁阀、气液分离器电加热带、变频水泵、变频风机的运行。本发明为一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，解决了变频受热式热水机机组运行过程中出现中间腔压力高于排气压力的问题，保证了机组的可靠运行，提供最高至95℃的热水，可满足用户需求。

Description

一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统

技术领域

本发明涉及空气调节设备的技术领域，具体为一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统。

背景技术

随着人们对环境保护的日益重视，清洁环保的制冷剂越来越受人们的欢迎。CO2的ODP＝0，GWP＝1，热力性质极佳，制取容易，无毒不易分解，不可燃不爆炸，这些优点特性使得CO2十分适合作为制冷剂运用到空调系统中去。然而CO2临界压力相当高，且其临界点温度较低，因而其冷凝散热处于超临界区中，因此CO2空调系统的工作压力需高于其临界压力。因此，本方案选用了CO2双转子压缩机以达到排气压力高于CO2临界压力的目的。而实际测试中发现，机组运行过程中会出现CO2双转子压缩机中间腔压力高于排气压力的现象，此时机组的制热能力会下降，同时也会使压缩机使用寿命降低。

发明内容

本发明提出一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，变频受热式热水机机组包括主控单元、信息采集元器件和执行单元；

所述信息采集元器件包括温度传感器、压力传感器、高压压力开关、高液位开关、中液位开关和低液位开关；

所述执行单元包括CO2双转子变频压缩机、变频水泵、电子膨胀阀、进水三通阀、除霜旁通阀、中间压力旁通电磁阀、EC直流风机、水箱电加热、压缩机油温电加热和气液分离器电加热；

变频受热式热水机机组的控制系统通过信息采集元器件采集机组温度、压力、开关量等信号，并经过逻辑运算处理后输出控制信号，控制CO2双转子变频压缩机、电子膨胀阀、除霜电磁阀、压缩机油温加热带、中间压力旁通电磁阀、气液分离器电加热带、变频水泵、变频风机的运行，其包括CO2双转子变频压缩机的控制，变频水泵的控制，制热除霜的控制，压缩机油温加热带的控制，气液分离器电加热的控制，电子膨胀阀的控制，变频风机的控制以及中间腔压力旁通电磁阀的控制。

优选的，所述CO2双转子变频压缩机的控制具体为：

CO2双转子变频压缩机运行过程中需要保证:排气压力-中间腔压力＞S1Bar,而经试验发现，当压缩机频率变化较快、电子膨胀阀动作较快时，很容易产生中间腔压力大于排气压力的现象，针对这一问题，通过控制压缩机的升降频速度，当热水机出水温度与设定值相差不大时，压缩机频率以T1秒升频或降频nHz；当热水机出水温度与设定值相差较大时，压缩机转速以T2秒升频或降频nHz，此时还需检测排气压力-中间腔压力的差值S，若S大于S1，则T2秒内升频或降频nHz，若S小于S1，则在T1秒升频或降频nHz；压缩机启停根据人为手动启停信号或者在待机过程中根据液位开关控制启停，当高液位开关闭合时停压缩机，当中液位开关断开时开压缩机。

优选的，所述变频水泵的控制具体为：

为保证热水机出水温度能快速到达设定温度，因为压缩机升降频速率受限，故增加变频水泵的控制；热水机启动时，因为压缩机启动后升频速度较慢，为使出水温度能够迅速达到设定温度，故减小变频水泵输出，减小水流量以达到高出水温度的目的；当随着压缩机频率上升，机组出水温度升高，则加大变频水泵的输出，从而保持较高出水温度且较快的使水箱蓄满热水。

优选的，所述制热除霜的控制具体为：

机组进入除霜的条件为环境温度低于设定值，环境温度-翅片蒸发器温度(外盘管温度)大于设定值且压缩机运行时间大于压缩机最小运行时间，退出除霜条件为翅片蒸发器温度(外盘管温度)高于设定值，而CO2热水机采用热气旁通除霜，正常制热时制冷剂的流向为：压缩机—气冷器—回热器—电子膨胀阀—翅片蒸发器—回热器—气液分离器—压缩机；而当除霜运行时，当热水机达到除霜条件后，除霜旁通电磁阀打开，电子膨胀阀关闭(除霜旁通电磁阀和电子膨胀阀同时动作，压缩机不停机，可降低制冷剂循环系统产生气锤的概率，降低管路振裂的风险)；此时制冷剂的流向为压缩—除霜旁通电磁阀—翅片蒸发器—回热器—气液分离器—压缩机；变频水泵关闭、EC直流风机关闭，压缩机不停机除霜；这一系列动作的目的是保证压缩机制热运行时产生的热量尽量在蒸发器中产生换热，融化蒸发器上的积霜而不会与水系统中水和空气中的空气换热产生热量浪费；在除霜过程中压缩机进入除霜转速(低转速运行)，此目的是降低制冷剂系统中CO2的流速，增加CO2与积霜的换热效率，从而尽快除霜；且在气液分离器上安装有气液分离器电加热，当进入除霜控制时气液分离器电加热启动，为热水机组除霜提供额外热量。

优选的，所述进水三通阀的控制具体为：

当长时间不使用水箱中热水，主控单元检测到水箱中热水水温降低之后，主控单元会打开进水三通阀，使水箱、变频水泵、热水机之间构成循环水路，然后主控单元启动热水机机组制热、对水箱中水进行提温；

当冬季环境温度较低，尤其是北方地区零下十几二十几度时，需要对机组进行防冻保护，当检测到环境温度低于0℃，水箱温度或者出水温度中任一温度低于设定值则进入防冻模式，进水三通阀闭合，使水箱、变频水泵、热水机之间构成回路，然后主控单元给水泵信号启动水泵，水泵运行之后压缩机启动，进行制热，对水箱中水和管路中的水进行提温，当水温(水箱水温或者)高于退出防冻设定值，机组关闭、水泵关闭、进水三通阀关闭。

优选的，所述电子膨胀阀的控制具体为：

通过保持气冷器出口温度与进水温度之间的温差来调节电子膨胀阀，实现热水机稳定高效的运行，排气温度、排气压力等均能做正常范围之内；

本控制系统定义：气冷器出口温度-进水温度＝接近温度T；

通过设定的接近温度目标值TS与实际气冷器出口温度-进水温度的差值T1比较，通过PID计算，来调节电子膨胀阀的开度。

优选的，所述气液分离器电加热的控制具体为：

气液分离器电加热的作用在于除霜时防止压缩机存储的热量不足以充分除去蒸发器上的积霜；当进入除霜控制时，主控单元会启动气液分离器电加热，增加除霜时的热量，从而保证能够彻底除去蒸发器上的积霜。

优选的，所述中间压力旁通电磁阀的控制具体为：

CO2双转子变频压缩机运行过程中需要保证：排气压力-中间腔压力＞S1Bar；

中间压力旁通电磁阀的作用是当：排气压力-中间腔压力≤S1Bar时，主控单元输出信号，打开中间压力旁通电磁阀，使中间腔压力通过管路与CO2双转子变频压缩机回气管路联通，达到降低中间腔压力，重新建立压差(排气压力-中间腔压力的差值，大于S1)，中间压力旁通电磁阀运行一段时间t后关闭，电磁阀关闭之后仍能保证压差的差值大于S1。

优选的，所述气液分离器电加热的控制具体为：

气液分离器电加热的作用是为机组除霜时除压缩机的热量提供额外的热量用于除霜；

其控制方法为：机组正常运行时气液分离器电加热不启动，当机组进入除霜模式时，主控单元输出信号启动气液分离器电加热，当达到退出除霜模式条件之后，主控单元输出信号关闭气液分离器电加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，解决了变频受热式热水机机组运行过程中出现中间腔压力高于排气压力的问题，保证了机组的可靠运行，提供最高至95℃的热水，可满足用户需求。

附图说明

图1为本发明的工作原理流程图；

图2为本发明中主控单元的工作原理流程图。

图中：

1、压缩机；2、气冷器；3、回热器；4、电子膨胀阀；5、翅片蒸发器；6、气液分离器；7、除霜旁通电磁阀；8、变频水泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：

一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，变频受热式热水机机组包括主控单元、信息采集元器件和执行单元；

所述信息采集元器件包括温度传感器、压力传感器、高压压力开关、高液位开关、中液位开关和低液位开关；

所述执行单元包括CO2双转子变频压缩机、变频水泵、电子膨胀阀、进水三通阀、除霜旁通阀、中间压力旁通电磁阀、EC直流风机、水箱电加热、压缩机油温电加热和气液分离器电加热；

变频受热式热水机机组的控制系统通过信息采集元器件采集机组温度、压力、开关量等信号，并经过逻辑运算处理后输出控制信号，控制CO2双转子变频压缩机、电子膨胀阀、除霜电磁阀、压缩机油温加热带、中间压力旁通电磁阀、气液分离器电加热带、变频水泵、变频风机的运行，其包括CO2双转子变频压缩机的控制，变频水泵的控制，制热除霜的控制，压缩机油温加热带的控制，气液分离器电加热的控制，电子膨胀阀的控制，变频风机的控制以及中间腔压力旁通电磁阀的控制。

所述CO2双转子变频压缩机的控制具体为：

CO2双转子变频压缩机运行过程中需要保证:排气压力-中间腔压力＞S1Bar,而经试验发现，当压缩机频率变化较快、电子膨胀阀动作较快时，很容易产生中间腔压力大于排气压力的现象，针对这一问题，通过控制压缩机的升降频速度，当热水机出水温度与设定值相差不大时，压缩机频率以T1秒升频或降频nHz；当热水机出水温度与设定值相差较大时，压缩机转速以T2秒升频或降频nHz，此时还需检测排气压力-中间腔压力的差值S，若S大于S1，则T2秒内升频或降频nHz，若S小于S1，则在T1秒升频或降频nHz；压缩机启停根据人为手动启停信号或者在待机过程中根据液位开关控制启停，当高液位开关闭合时停压缩机，当中液位开关断开时开压缩机。

所述变频水泵的控制具体为：

为保证热水机出水温度能快速到达设定温度，因为压缩机升降频速率受限，故增加变频水泵的控制；热水机启动时，因为压缩机启动后升频速度较慢，为使出水温度能够迅速达到设定温度，故减小变频水泵输出，减小水流量以达到高出水温度的目的；当随着压缩机频率上升，机组出水温度升高，则加大变频水泵的输出，从而保持较高出水温度且较快的使水箱蓄满热水。

所述制热除霜的控制具体为：

机组进入除霜的条件为环境温度低于设定值，环境温度-翅片蒸发器温度(外盘管温度)大于设定值且压缩机运行时间大于压缩机最小运行时间，退出除霜条件为翅片蒸发器温度(外盘管温度)高于设定值，而CO2热水机采用热气旁通除霜，正常制热时制冷剂的流向为：压缩机1—气冷器2—回热器3—电子膨胀阀4—翅片蒸发器5—回热器6—气液分离器7—压缩机8；而当除霜运行时，当热水机达到除霜条件后，除霜旁通电磁阀打开，电子膨胀阀关闭(除霜旁通电磁阀和电子膨胀阀同时动作，压缩机不停机，可降低制冷剂循环系统产生气锤的概率，降低管路振裂的风险)；此时制冷剂的流向为压缩机1—除霜旁通电磁阀7—翅片蒸发器5—回热器3—气液分离器6—压缩机1；变频水泵关闭、EC直流风机关闭，压缩机不停机除霜；这一系列动作的目的是保证压缩机制热运行时产生的热量尽量在蒸发器中产生换热，融化蒸发器上的积霜而不会与水系统中水和空气中的空气换热产生热量浪费；在除霜过程中压缩机进入除霜转速(低转速运行)，此目的是降低制冷剂系统中CO2的流速，增加CO2与积霜的换热效率，从而尽快除霜；且在气液分离器上安装有气液分离器电加热，当进入除霜控制时气液分离器电加热启动，为热水机组除霜提供额外热量。

所述进水三通阀的控制具体为：

当长时间不使用水箱中热水，主控单元检测到水箱中热水水温降低之后，主控单元会打开进水三通阀，使水箱、变频水泵、热水机之间构成循环水路，然后主控单元启动热水机机组制热、对水箱中水进行提温；

当冬季环境温度较低，尤其是北方地区零下十几二十几度时，需要对机组进行防冻保护，当检测到环境温度低于0℃，水箱温度或者出水温度中任一温度低于设定值则进入防冻模式，进水三通阀闭合，使水箱、变频水泵、热水机之间构成回路，然后主控单元给水泵信号启动水泵，水泵运行之后压缩机启动，进行制热，对水箱中水和管路中的水进行提温，当水温(水箱水温或者)高于退出防冻设定值，机组关闭、水泵关闭、进水三通阀关闭。

所述电子膨胀阀的控制具体为：

通过保持气冷器出口温度与进水温度之间的温差来调节电子膨胀阀，实现热水机稳定高效的运行，排气温度、排气压力等均能做正常范围之内；

本控制系统定义：气冷器出口温度-进水温度＝接近温度T；

通过设定的接近温度目标值TS与实际气冷器出口温度-进水温度的差值T1比较，通过PID计算，来调节电子膨胀阀的开度。

所述气液分离器电加热的控制具体为：

气液分离器电加热的作用在于除霜时防止压缩机存储的热量不足以充分除去蒸发器上的积霜；当进入除霜控制时，主控单元会启动气液分离器电加热，增加除霜时的热量，从而保证能够彻底除去蒸发器上的积霜。

所述中间压力旁通电磁阀的控制具体为：

CO2双转子变频压缩机运行过程中需要保证：排气压力-中间腔压力＞S1Bar；

中间压力旁通电磁阀的作用是当：排气压力-中间腔压力≤S1Bar时，主控单元输出信号，打开中间压力旁通电磁阀，使中间腔压力通过管路与CO2双转子变频压缩机回气管路联通，达到降低中间腔压力，重新建立压差(排气压力-中间腔压力的差值，大于S1)，中间压力旁通电磁阀运行一段时间t后关闭，电磁阀关闭之后仍能保证压差的差值大于S1。

所述气液分离器电加热的控制具体为：

气液分离器电加热的作用是为机组除霜时除压缩机的热量提供额外的热量用于除霜；

其控制方法为：机组正常运行时气液分离器电加热不启动，当机组进入除霜模式时，主控单元输出信号启动气液分离器电加热，当达到退出除霜模式条件之后，主控单元输出信号关闭气液分离器电加热。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：变频受热式热水机机组包括主控单元、信息采集元器件和执行单元；

所述信息采集元器件包括温度传感器、压力传感器、高压压力开关、高液位开关、中液位开关和低液位开关；

所述执行单元包括CO2双转子变频压缩机、变频水泵、电子膨胀阀、进水三通阀、除霜旁通阀、中间压力旁通电磁阀、EC直流风机、水箱电加热、压缩机油温电加热和气液分离器电加热；

变频受热式热水机机组的控制系统通过信息采集元器件采集机组温度、压力、开关量等信号，并经过逻辑运算处理后输出控制信号，控制CO2双转子变频压缩机、电子膨胀阀、除霜电磁阀、压缩机油温加热带、中间压力旁通电磁阀、气液分离器电加热带、变频水泵、变频风机的运行，其包括CO2双转子变频压缩机的控制，变频水泵的控制，制热除霜的控制，压缩机油温加热带的控制，气液分离器电加热的控制，电子膨胀阀的控制，变频风机的控制以及中间腔压力旁通电磁阀的控制。

2.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述CO2双转子变频压缩机的控制具体为：

CO2双转子变频压缩机运行过程中需要保证:排气压力-中间腔压力＞S1Bar,而经试验发现，当压缩机频率变化较快、电子膨胀阀动作较快时，很容易产生中间腔压力大于排气压力的现象，针对这一问题，通过控制压缩机的升降频速度，当热水机出水温度与设定值相差不大时，压缩机频率以T1秒升频或降频nHz；当热水机出水温度与设定值相差较大时，压缩机转速以T2秒升频或降频nHz，此时还需检测排气压力-中间腔压力的差值S，若S大于S1，则T2秒内升频或降频nHz，若S小于S1，则在T1秒升频或降频nHz；压缩机启停根据人为手动启停信号或者在待机过程中根据液位开关控制启停，当高液位开关闭合时停压缩机，当中液位开关断开时开压缩机。

3.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述变频水泵的控制具体为：

为保证热水机出水温度能快速到达设定温度，因为压缩机升降频速率受限，故增加变频水泵的控制；热水机启动时，因为压缩机启动后升频速度较慢，为使出水温度能够迅速达到设定温度，故减小变频水泵输出，减小水流量以达到高出水温度的目的；当随着压缩机频率上升，机组出水温度升高，则加大变频水泵的输出，从而保持较高出水温度且较快的使水箱蓄满热水。

4.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述制热除霜的控制具体为：

机组进入除霜的条件为环境温度低于设定值，环境温度-翅片蒸发器温度(外盘管温度)大于设定值且压缩机运行时间大于压缩机最小运行时间，退出除霜条件为翅片蒸发器温度(外盘管温度)高于设定值，而CO2热水机采用热气旁通除霜，正常制热时制冷剂的流向为：压缩机(1)—气冷器(2)—回热器(3)—电子膨胀阀(4)—翅片蒸发器(5)—回热器(6)—气液分离器(7)—压缩机(8)；而当除霜运行时，当热水机达到除霜条件后，除霜旁通电磁阀打开，电子膨胀阀关闭(除霜旁通电磁阀和电子膨胀阀同时动作，压缩机不停机，可降低制冷剂循环系统产生气锤的概率，降低管路振裂的风险)；此时制冷剂的流向为压缩机(1)—除霜旁通电磁阀(7)—翅片蒸发器(5)—回热器(3)—气液分离器(6)—压缩机(1)；变频水泵关闭、EC直流风机关闭，压缩机不停机除霜；这一系列动作的目的是保证压缩机制热运行时产生的热量尽量在蒸发器中产生换热，融化蒸发器上的积霜而不会与水系统中水和空气中的空气换热产生热量浪费；在除霜过程中压缩机进入除霜转速(低转速运行)，此目的是降低制冷剂系统中CO2的流速，增加CO2与积霜的换热效率，从而尽快除霜；且在气液分离器上安装有气液分离器电加热，当进入除霜控制时气液分离器电加热启动，为热水机组除霜提供额外热量。

5.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述进水三通阀的控制具体为：

当长时间不使用水箱中热水，主控单元检测到水箱中热水水温降低之后，主控单元会打开进水三通阀，使水箱、变频水泵、热水机之间构成循环水路，然后主控单元启动热水机机组制热、对水箱中水进行提温；

当冬季环境温度较低，尤其是北方地区零下十几二十几度时，需要对机组进行防冻保护，当检测到环境温度低于0℃，水箱温度或者出水温度中任一温度低于设定值则进入防冻模式，进水三通阀闭合，使水箱、变频水泵、热水机之间构成回路，然后主控单元给水泵信号启动水泵，水泵运行之后压缩机启动，进行制热，对水箱中水和管路中的水进行提温，当水温(水箱水温或者)高于退出防冻设定值，机组关闭、水泵关闭、进水三通阀关闭。

6.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述电子膨胀阀的控制具体为：

通过保持气冷器出口温度与进水温度之间的温差来调节电子膨胀阀，实现热水机稳定高效的运行，排气温度、排气压力等均能做正常范围之内；

本控制系统定义：气冷器出口温度-进水温度＝接近温度T；

通过设定的接近温度目标值TS与实际气冷器出口温度-进水温度的差值T1比较，通过PID计算，来调节电子膨胀阀的开度。

7.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述气液分离器电加热的控制具体为：

气液分离器电加热的作用在于除霜时防止压缩机存储的热量不足以充分除去蒸发器上的积霜；当进入除霜控制时，主控单元会启动气液分离器电加热，增加除霜时的热量，从而保证能够彻底除去蒸发器上的积霜。

8.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述中间压力旁通电磁阀的控制具体为：

CO2双转子变频压缩机运行过程中需要保证：排气压力-中间腔压力＞S1Bar；

中间压力旁通电磁阀的作用是当：排气压力-中间腔压力≤S1Bar时，主控单元输出信号，打开中间压力旁通电磁阀，使中间腔压力通过管路与CO2双转子变频压缩机回气管路联通，达到降低中间腔压力，重新建立压差(排气压力-中间腔压力的差值，大于S1)，中间压力旁通电磁阀运行一段时间t后关闭，电磁阀关闭之后仍能保证压差的差值大于S1。

9.如权利要求1所述的一种稳定性高的变频受热式热水机控制系统，其特征在于：所述气液分离器电加热的控制具体为：

气液分离器电加热的作用是为机组除霜时除压缩机的热量提供额外的热量用于除霜；

其控制方法为：机组正常运行时气液分离器电加热不启动，当机组进入除霜模式时，主控单元输出信号启动气液分离器电加热，当达到退出除霜模式条件之后，主控单元输出信号关闭气液分离器电加热。

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