宽工况高效三联供空调热水机系统控制方法及机组与流程

本发明涉及全新设计的热泵空调热水机机组系统所能实现的多功能模式能量交换所需的控制技术领域，更具体地说，是涉及一种高效多联共空调热水机机组控制方法及控制电路板设计制造机组。

背景技术：

利用空气能量的空调与热水机组合式热泵机组俗称“空气源三联供”，可以实现三种模式：空调、空调+热水、热水。

传统三联供是由一机(压缩机)一系统(同一制冷剂管道)组成，其主要问题是不能很好地解决三种模式情况下的效率低、适应工况差和不稳定性等问题，例如：不能兼顾三种模式都达到最佳配比导致制热水效率和空调效率低；工况敏感度大而难以适应环境的改变；不能供暖；管道及管道控制复杂；电气控制复杂；回油困难压缩机烧毁；故障多；难以修复等等技术问题，导致该类产品用户使用过程问题很多、无法正常运行，目前各热泵厂家停止生产该类产品。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多种功能模式的高效空调热水机机组控制方法及机组，通过冷热互补变功能高效蒸发冷凝器的设计使用，结合独立的两台压缩机形成独立运行的两个制冷循环回路，实现了冷热“阴阳互补”，为复叠式制冷、阶梯除湿、特别是应用在多联供创新产品的系统中实现换热面积倍增、互补除霜、蓄能供暖、空气源+水源利用等多种功能的转换提供必要的控制技术支持。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种宽工况高效三联供空调热水机系统控制方法，包括具有空气调节功能的第一制冷回路、能提供热水的第二制冷回路，其特征在于，所述第一制冷回路包括顺序连接的第一压缩机、第一四通电磁阀、蒸发冷凝器、第一节流元件、蒸发器；所述第二制冷回路包括第二压缩机、第二四通电磁阀、壳管换热器、第二节流元件、所述蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器设置两独立的换热支路分别连接第一、第二制冷回路；所述空调热水机控制方法包括以下步骤：

1)采集用户发出的不同功能模式设定指令；

2)接收不同功能模式设定指令，和存储的预设信息进行比对，以辨别用户指令所对应的多种功能模式中的某一种模式；

3)将处理结果进行存储；

4)将处理结果发送给空调热水机组，以指示机组启动用户设定模式所对应的功能；

5)将处理结果发送并指示显示单元，以显示当前用户所选择的模式。

所述空调热水机包括多联供空调模式、多联供热水模式、多联供混合模式、多联供辅助模式；所述多联供空调模式包括冷气模式、暖气模式、优先强化制冷模式、优先强化供暖模式。

所述多联供热水模式包括制热水模式、优先强化制热水模式。

所述多联供混合模式包括：冷气+热水模式、暖气+热水模式。

所述多联供辅助模式包括：制热水辅助除霜模式、暖气辅助除霜模式。

一种空调热水机，其特征在于：采用上述宽工况高效三联供空调热水机系统控制方法。

所述蒸发冷凝器包括翅片、穿插在翅片中间的直管，直管的两端连接以形成两个双s形交错穿行的所述制冷剂走向线路，蒸发冷凝器包括并列的两换热支路，每一换热支路的直管在换热器侧通过弯头按排伏接和交叉跨接，伏接侧形成多个同排u形管段，每一换热支路的同排u形管段按先后顺序相错轮流地从一排的直管排通过跨接的弯头进入另一排直管排。

每一换热支路分为上、中、下三分支并联排列，第一换热支路三分支的进口侧连接第一分液器、出口侧连接第一集液器；第二换热支路三分支的进口侧连接第二分液器、出口侧连接第二集液器，第一换热支路与第二换热支路互为逆流。

第一分液器与第一集液器连接在包括第一压缩机和蒸发冷凝器的制冷回路中，第二分液器与第二集液器连接在包括第二压缩机、蒸发冷凝器和壳管换热器的制冷回路中。

本发明的有益效果是：

本发明通过设计一个关键的高效冷凝换热器，进而在机组系统中设计了空调与热水机分两个相对独立又有机结合的系统，以解决传统三联供不稳定、效率低、适应工况能力差、压缩机烧坏等问题，在此基础上发明多功能模式的控制方式。

通过对多联供高效空调热水机机组控制方法的特别发明，保证了空调系统和热水系统实现多功能模式、高效、稳定，并且具备储能吞吐和互助能力，不仅利用了空气源，也可以利用水源能，保证了酷热天气和严寒条件的优越使用。

附图说明

图1是本发明空气源多联供空调热水机的控制流程图一。

图2是本发明空气源多联供空调热水机的控制流程图二。

图3是本发明空气源多联供空调热水机的控制流程图三。

图4是本发明的蒸发冷凝器结构示意图(主视图)。

图5是本发明的蒸发冷凝器结构示意图(侧视图)。

图6是本发明的蒸发冷凝器结构示意图(俯视图)。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包含一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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”应作广义理解，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，可以是两个元件内部的连通。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的具体含义。

如图1-图6所示，发明提供一种空调热水机控制方法，包括具有空气调节功能的第一制冷回路、能提供热水的第二制冷回路，所述第一制冷回路包括顺序连接的第一压缩机、第一四通电磁阀、蒸发冷凝器、第一节流元件、蒸发器；所述第二制冷回路包括第二压缩机、第二四通电磁阀、壳管换热器、第二节流元件、所述蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器设置两独立的换热支路分别连接第一、第二制冷回路；所述空调热水机控制方法包括以下步骤：

1)采集用户发出的不同功能模式设定指令；

2)接收不同功能模式设定指令，和存储的预设信息进行比对，以辨别用户指令所对应的多种功能模式中的某一种模式；

3)将处理结果进行存储；

4)将处理结果发送给空调热水机组，以指示机组启动用户设定模式所对应的功能；

5)将处理结果发送并指示显示单元，以显示当前用户选择是哪一种多联供模式。

所述多联供空调模式：包括冷气模式、暖气模式、优先强化制冷模式、优先强化供暖模式；所述多联供热水模式包括：制热水模式、优先强化制热水模式；所述多联供混合模式包括：空调+热水模式、暖气+热水模式；所述多联供辅助模式包括：制热水辅助除霜模式、暖气辅助除霜模式。在机器的控制界面上，可以设置有各模式的显示和模式按键的设立，用户可通过按键选择不同模式或不同模式的组合来完成命令的输入，关于操控方面，下面有详细的介绍。

以下，我们先重点描述蒸发冷凝器10的结构，参见图4-6，蒸发冷凝器10包括翅片21、穿插在翅片中间的u形制冷管道，u形制冷管道在换热器的一端通过弯头22连接以形成s形的制冷剂走向线路，其包括四排并排的直管排(25、26、27、28)，四排直管排包括两并排的换热支路(101、102)，每一换热支路以多个u形管在换热器左侧按排插入翅片21(参见图4、图6)、在换热器右侧交叉跨接，即从换热器的左侧看，每一个同排u形管段的两直管都是在同一竖排的直管排上的，包括直管排(25、26、27、28)，每一换热支路的同排u形管段按先后顺序相错轮流地从一排的直管排通过跨接的弯头进入另一排直管排。如图5所示，第一换热支路101的同排u形管段首先从直管排25通过大弯头221跨接到直管排26上的同排u形管段，然后通过小弯头222回到直管排25的同排u形管段，再通过大弯头221跨接到直管排26上，然后再回到直管排25，如此轮流变换。第二换热支路102首先从直管排26通过小弯头222跨接到直管排25上的同排u形管段，然后再通过大弯头221转移回直管排26，直到从上分支l1的底部离开换热器。同样的，位于直管排(27、28)的第一换热支路101和第二换热支路102也是轮流交错地在直管排27和直管排28之间交换。如此一来，使换热器的管道交错，通过翅片热量交换更彻底，从而提高冷热互补效率。第一换热支路与第二换热支路互为逆流。

每一换热支路分为上、中、下三分支并联排列。见图5，l1表示三个换热支路的上分支部分，l2表示三个换热支路的中分支，l3表示三个换热支路的下分支，三组分支并联，使换热器整体温度分布更均匀。

由于换热器采用了双排三进三出结构，因此，每一换热支路的三分支通过分液器、集液器连接，而且，由第一换热支路的三分支全部进口连接第一分液器、全部出口连接第一集液器；第二换热支路的三分支全部进口连接第二分液器、出口连接第二集液器。

第一分液器与第一集液器连接在第一制冷回路中，第二分液器与第二集液器连接在第二制冷回路中。所有换热支路分属两个独立的制冷回路。如图1所示，

第一制冷回路包括第一压缩机1、第一四通电磁阀2、蒸发冷凝器10、第一节流元件3、蒸发器4、及相应的管路附件(图未示)。第二制冷回路包括第二压缩机11、第二四通电磁阀12、外盘式或内盘式承压水箱14、第二节流元件13、蒸发冷凝器10、及相应的管路附件(图未示)。

本空气源多联供空调热水机可实现十个运行模式，分别列举如下：

参见图1，本空气源多联供空调热水机可实现冷气+制热水模式等六大模式：

模式一、冷气+制热水模式：制热水系统运行，其中电子膨胀阀(第二节流元件13)工作，第二四通电磁阀12不工作，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇不运转；空调系统运行，其中第一节流元件3工作、第一四通电磁阀2不工作，蒸发器4附近的轴流风扇常规运转。制冷剂在系统的流程走向见图1。

如图1所示，工作过程中，需要冷气同时制热水时，分解为①空调制冷和②制热水，两个过程同时进行：①第一压缩机1→高压气管→第一四通电磁阀2：a端连通b端→蒸发冷凝器10的f1支路→室内机电子膨胀阀(第一节流元件3)→液体管→蒸发器4(空调室内机)→第一四通电磁阀2：c端连通d端→低压气管→第一储液器→第一压缩机1。

②第二压缩机11→高压气管→第二四通电磁阀12：a1端连通b1端→壳管换热器14的制冷剂管道→第二节流元件13→液体管→蒸发冷凝器10的f2支路→第二四通电磁阀12：c1端连通d1端→低压气管→气液分离器(或第二储液器)→第二压缩机11。

模式二、制热水模式：空调系统不运行；蒸发冷凝器面积倍增；制热水系统运行，其中第二四通电磁阀12不工作、第二节流元件13工作，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇视高效换热器感温情况智能节能运转。在蒸发冷凝器10上设置感温头，视高效换热器感温情况智能节能运转，根据高效换热器监测的实时温度、同时计算运行时间积累，并按逻辑计算值选择高、低速运行模式，超过某一温度则停止风机运行，提高换热效率或节约能耗。

模式三、冷气模式：制热水系统不运行；蒸发冷凝器面积倍增；空调系统运行，其中，其中第一节流元件3工作、第一四通电磁阀2不工作，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇视高效换热器感温情况智能节能运转，蒸发器4附近的轴流风扇常规运转。

模式四、优先强化制热水模式(冬季超低温环境)：制热水系统运行，第二四通电磁阀12不工作，第二节流元件13工作，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇视高效换热器感温情况智能节能运转；制冷系统强制运行(智能保护)，第一四通电磁阀2不工作，电子第一节流元件3工作，蒸发器4附近的轴流风扇视温差情况智能运行。该模式通过空调系统强制运行以保证蒸发冷凝器10具有较合适的换热温差以实现冷热互补，从而保证热水系统正常运作。

模式五、优先强化制冷模式(夏季超高温环境)：制热水系统强制运行，第二四通电磁阀12不工作，第二节流元件13工作，启动温控电动阀15智控放出水，保证水箱温度不超过35℃，使第二压缩机保持工作，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇不运转；空调系统运转，第一四通电磁阀2不工作，电子第一节流元件3工作。该模式通过热水系统强制运行以适当降低蒸发冷凝器10的温度，防止超高温环境下空调系统保护停机并提高制冷效率。

模式六、制热水辅助除霜模式(冬季)：制热水系统根据热水温度、蒸发冷凝器监控温度进行逻辑比较，输出制热水系统停机信号，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇不运转；制冷系统强制运行，第一四通电磁阀2不工作，电子第一节流元件3工作，蒸发器4附近的轴流风扇视温差情况智能运行。为了防止冬季外界环境温度太低而无法启动压缩机，通过空调系统强制运行使蒸发冷凝器10的温度提高，从而保证彻底除霜。

参见图2，本空气源多联供空调热水机可实现暖气、制热水+暖气模式(冬季)等两大模式：

模式七、制热水+暖气模式(冬季)：制热水系统运行，其中第二四通电磁阀12不工作，第二节流元件13工作，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇高风运转；制冷系统运行，其中第一四通电磁阀2工作，电子第一节流元件3工作，蒸发器4附近的轴流风扇正常运行。由于第一四通电磁阀2工作，使压缩机的高温排气先进入蒸发器4，从而使房间进入暖气模式，蒸发冷凝器10的两组回路均与外界空气进行热交换，因此，需要控制风扇电机高风档运行。

如图2所示，工作过程中，需要暖气同时制热水时，分解为①空调制热和②制热水，两个过程同时进行：①第一压缩机1→高压气管→第一四通电磁阀2：a端连通d端→蒸发器4(空调室内机)→室内机电子膨胀阀(第一节流元件3)→液体管→蒸发冷凝器10的f1支路→第一四通电磁阀2：b端连通c端→低压气管→第一储液器→第一压缩机1。

②第二压缩机11→高压气管→第二四通电磁阀12：a1端连通b1端→壳管换热器14的制冷剂管道→第二节流元件13→液体管→蒸发冷凝器10的f2支路→第二四通电磁阀12：c1端连通d1端→低压气管→气液分离器(或第二储液器)→第二压缩机11。

模式八、暖气模式(冬季)：制热水系统停止运转；制冷系统运行，其中第一四通电磁阀2工作，电子第一节流元件3工作，蒸发器4附近的轴流风扇正常运行。在该模式下，由于热水系统停止运转，即蒸发冷凝器10仅一组回路参加换热，翅片结构相当于换热面积增加一倍，因此，其上的风扇电机可智能控制启停。

参见图3，本空气源多联供空调热水机还可实现优先强化供暖模式(冬季)：

模式九、优先强化供暖模式(冬季)：制热水系统运行视水箱温度智能运行：控制系统将根据室外环境温度是否＜3℃以及水箱中制备的热水温度是否＞50℃，决定是否开启优先辅助供暖模式，其中第二四通电磁阀12工作，第二节流元件13工作，蒸发冷凝器10的轴流风扇停止；空调系统运行供暖，其中第一四通电磁阀2工作，电子第一节流元件3工作，蒸发器4附近的轴流风扇正常运行。在该模式下，为了保证房间供暖量，将第二四通电磁阀12通电工作使热水箱14中热水的能力转移至蒸发冷凝器10中释放，另一方面，空调系统在蒸发冷凝器10中吸收热量，使制冷剂吸热蒸发，然后回第一压缩机1，以保证供暖气系统高效运行。

如图3所示，工作过程中，需要优先供暖时，分解为①空调制热和②制冷水(该过程根据壳管换热器的水箱水温控制启停)，两个过程：①第一压缩机1→高压气管→第一四通电磁阀2：a端连通d端→蒸发器4(空调室内机)→室内机电子膨胀阀(第一节流元件3)→液体管→蒸发冷凝器10的f1支路→第一四通电磁阀2：b端连通c端→低压气管→第一储液器→第一压缩机1。

②第二压缩机11→高压气管→第二四通电磁阀12：a1端连通d1端→蒸发冷凝器10的f2支路→第二节流元件13→液体管→壳管换热器14的制冷剂管道→第二四通电磁阀12：b1端连通c1端→低压气管→气液分离器(或第二储液器)→第二压缩机11。

模式十、供暖辅助除霜模式(冬季)：供暖运行中制冷系统运行，其中第一四通电磁阀2工作，电子第一节流元件3工作，蒸发器4附近的轴流风扇正常运行；当控制系统根据环境温度、蒸发冷凝器温度以及运行时间判断蒸发冷凝器结霜时，空调系统停止；此时制热水系统运行辅助除霜：第二四通电磁阀12不工作，第二节流元件13工作，蒸发冷凝器10附近的轴流风扇停止运转。

本发明的各模式控制的操作可按照以下步骤进行：

1)采集用户发出的空调模式设定指令和/或热水模式设定指令；

2)接收空调模式设定指令和/或热水模式设定指令，和存储的预设信息进行比对，以辨别用户指令所对应的空调模式和热水模式；

3)将处理结果进行存储；

4)将处理结果发送给空调热水机组，以指示机组启动用户设定模式所对应的功能。

5)将处理结果发送并指示显示单元，以显示当前用户选择的空调模式和/或热水模式。

以下是详细的说明：

控制模式的进入操作可以是这样的：

在控制界面中，设置有单独的模式控制键，用户在使用中通过不断按下该模式控制键来在不同的模式中进行切换，以选择相应的功能。用户在进行模式设定操作时，通过连续点按“模式设定键”在预设的几种模式中循环选择并设定。例如，当前为模式2，则屏幕显示“制热水模式”；点按一次“模式设定键”，则机组模式切换为模式3——“冷气模式”，机组提供空调模式；而当前为模式10时，点按一次模式设定键，则机组模式切换为模式1，机组提供冷气同时制热水模式等。这种方案不需要用户了解和记忆各个预设模式对应的机组功能，用户在选择运行模式的时候，机组可能没有响应，因为运行条件是否成立，是通过实时测试的室内外环境温度、热水温度、运行时间、模式的特性等，通过控制系统的智能控制自动实施。

另一种控制模式的进入操作可以是这样的：空调模式设定单元采集用户发出的空调模式设定指令并发送给处理单元进行处理。操作界面包括温度显示区、模式键区，模式显示区、时间显示区。

空调热水机组的控制器包括通讯单元、处理单元、显示单元、存储单元、空调模式设定单元和热水模式设定单元，其中，空调模式设定单元采集用户发出的空调模式设定指令并发送给处理单元进行处理，空调模式设定指令选自制冷、制热和优先强化制冷、优先强化供暖模式指令；热水模式设定单元采集用户发出的热水模式设定指令并发送给处理单元进行处理，热水模式设定指令选自热水、优先强化制热水和制热水辅助除霜模式指令；存储单元用于存储的预设的空调模式和热水模式信息，以及经处理单元处理的空调模式和热水模式信息；处理单元接收来自空调模式设定单元和热水模式设定单元发送的用户指令，和存储单元内存储的预设信息进行比对，以辨别用户指令所对应的空调模式和热水模式，并将处理结果发送给存储单元进行存储；通讯单元用于接收来自处理单元的处理结果并发送给空调热水机组，以指示机组启动用户设定模式所对应的功能。显示单元用于接收来自处理单元发出的指令，显示当前用户选择的空调模式和/或热水模式。

其中空调模式设定单元还包括制冷模式设定键和制热模式设定键、优先强化制冷模式设定键、优先强化供暖模式设定键，用于使用户通过设定键发出空调模式设定指令。

热水模式设定单元包括热水模式设定键和优先强化制热水模式设定键和制热水辅助除霜模式设定键，用于使用户通过设定键设定指令。室内机控制器用于设定室内机的的开/关机、运行模式、目标温度和风速等。

因此，客户可通过模式键的操作从而完成九大模式的设定命令。

现有的三联供冷热水热泵机系统中，是以一个压缩机驱动系统制冷剂循环，系统中配置热水换热器、蒸发器、冷水换热器，当单制热水或单冷热水时，冷水换热器或热水换热器不作冷凝系统容易不平衡状态，导致系统不稳定的问题。本发明按空调与热水机两个系统相对独立又互相牵扯辅助的思路，将空调的冷凝器与热水机的蒸发器合二为一，并分属于两个独立的制冷系统，相当于将两个独立的制冷系统的蒸发器与冷凝器结合在一起，使整体系统更优化。

而且，换热器规格为4排直列、叉排、25孔距，利用整体翅片桥接两套管路，并且通过设计小u弯及其连接方式，使这种换热器的管道交错，并且第一换热支路与第二换热支路互为逆流，这些设计提高冷热互补效率。为了保证制冷剂的均匀分布，换热器设计成双三进三出结构，整体性能达到最优。

换热器作为热水机的蒸发器，同时作为空调器的冷凝器，通过管路连接安装在室外机中。换热器应用在产品上还解决了系统机组的回油、过热、除霜、负荷调节等一系列问题。

本空气源多联供空调热水机为3匹定频空调热水机，可以拓展设计为变频、高温环境、低温环境、1-12hp等多种系列产品。该部件也可以用于复叠式制冷设备以及除湿机产品上。

本发明产品具有其科学性与先进性。

科学性：通过对美的、格力和热水机专业厂的三家同级别的空冷式翅片管式的冷凝器和蒸发器进行实际测试，再根据测试的参数进行依据传热和流体理论知识进行设计计算复核，计算结果包括换热系数、管长度、翅片数量、材料成本等，并进行综合对比，在此基础上优选出最佳管径、管距、片距、片宽、流向及流向路径要素参数等，按空气源三联供空调热水机的使用新的功能，设计出冷热桥接变功能蒸发冷凝器，并在新型空气源三联供空调热水机机组中进行实际应用。

先进性：该作品在普遍使用的翅片管式表面式换热器上设计出冷热互补变功能蒸发冷凝器，属于创新设计，与传统的复叠式蒸发冷凝器相比，后者的结构只能是套管式、管壳式以及淋洒淋洒式，仅仅用于复叠式制冷的冷热交换或中央空调上，而该作品通过翅片桥接和管道交错的设计，实现冷热互补高效换热，可以用于复叠式制冷、除湿机、特别是应用在新空气源三联供的系统中实现换热面积倍增、互补除霜、蓄能供暖等多种功能的转换，输入“蒸发冷凝换热器”、“高效换热器”、“复叠式换热器”、“多功能换热器”、“冷热互补换热器”等关键词搜索中国专利网和cnki中国知网，还没有任何该作品或类似该作品的发明和设计研究。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。