一种超低温变频热泵系统及其控制方法和装置与流程

本发明涉及热泵系统，尤其是一种超低温变频热泵系统及其控制方法和装置。

背景技术：

由于超低温喷气增焓热泵系统的出现，解决了我国大部分寒冷地区供暖制热遇到的制热能力差，能效低问题，使得空气源热泵技术在我国应用到达了新的高度。但是，目前市场上的超低温喷气增焓热泵系统在硬件上需要多个压力传感器，成本较高，且增加了部件老化失效的风险，大大影响超低温条件下热泵系统运行稳定性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种稳定性强且成本较低的超低温变频热泵系统及其控制方法和装置。

本发明所采取的第一种技术方案是：

一种超低温变频热泵系统，包括蒸发器、四通阀、换热水箱、板式换热器、增焓变频压缩机、增焓节流装置、风机、主节流装置、控制器以及第一至第七温度传感器；

所述第一温度传感器安装在增焓变频压缩机的排气出口；

所述第二温度传感器安装在换热水箱内；

所述第三温度传感器安装在板式换热器的增焓进口；

所述第四温度传感器安装在板式换热器的增焓出口；

所述第五温度传感器安装在蒸发器的蒸发进口；

所述第六温度传感器安装在蒸发器的蒸发出口；

所述第七温度传感器安装在系统的工作环境中；

所述控制器分别与第一至第七温度传感器、风机、增焓变频压缩机、增焓节流装置和主节流装置连接。

进一步，所述蒸发器的蒸发出口与四通阀的第一输入端连接，所述四通阀的第一输出端与换热水箱的输入端连接，所述换热水箱的输出端与板式换热器的输入端连接，所述板式换热器的输出端分别与增焓节流装置的输入端以及主路节流装置的输入端连接，所述主路节流装置的输出端与蒸发器的蒸发进口连接，所述增焓节流装置的输出端与板式换热器的增焓进口连接，所述板式换热器的增焓出口与增焓变频压缩机的增焓进口连接，所述增焓变频压缩机的排气出口与四通阀的第二输入端连接，所述四通阀的第二输出端与增焓变频压缩机的回气进口连接；所述风机用于产生吹向蒸发器的风。

进一步，所述控制器包括：

获取模块，用于获取第一温度传感器采集的增焓变频压缩机的排气出口的温度ta、第二温度传感器采集的换热水箱内的水的温度tb、第三温度传感器采集的板式换热器的增焓进口的温度tc、第四温度传感器采集的板式换热器的增焓出口的温度td、第五传感器采集的蒸发器的蒸发进口的温度te、第六温度传感器采集的蒸发器的蒸发出口的温度tf以及第七传感器采集的环境温度tg；

加热控制模块，用于根据tb启动或者停止制热；

所述加热控制模块包括：

风机控制单元，用于根据tb和tg调节风机的转速；

主路节流装置控制单元，用于根据te和tf调节主路节流装置的阀体开度；

增焓变频压缩机控制单元，用于根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率；

增焓节流装置控制单元，用于根据ta、tc、td和tg调节增焓节流装置的阀体开度。

本发明所采取的第二种技术方案是：

一种超低温变频热泵系统的控制方法，包括以下步骤：

获取增焓变频压缩机的排气出口的温度ta、换热水箱内的水的温度tb、板式换热器的增焓进口的温度tc、板式换热器的增焓出口的温度td、蒸发器的蒸发进口的温度te、蒸发器的蒸发出口的温度tf以及环境温度tg；

根据tb启动或者停止制热步骤；

所述制热步骤包括：

根据tb和tg调节风机的转速；

根据te和tf调节主路节流装置的阀体开度；

根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率；

根据ta、tc、td和tg调节增焓节流装置的阀体开度。

进一步，所述根据tb和tg调节风机的转速，其具体为：

根据tb和tg调节风机的转速，使风机的转速等于s；

其中，s＝风机最佳转速*环境水温影响系数*tg+风机最佳转速*水箱水温影响系数*(tb-15)，所述风机最佳转速、环境水温影响系数和水箱水温影响系数均为设定常数。

进一步，所述根据te和tf调节主路节流装置的阀体开度，其具体为：

根据tf和te之差，调节主路节流装置的阀体开度，使主路节流装置的阀体开度等于n1；

其中，n1＝节流初始步数+节流系数*(tf-te-蒸发目标温差)，所述节流初始步数、节流系数和蒸发目标温差均为设定常数。

进一步，所述根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率，其具体为：

根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率，使增焓变频压缩机的工作频率等于h；

其中，h＝初始频率+频率系数*(tb-初始水温)，所述初始频率、频率系数和初始水温均为设定常数。

进一步，所述根据ta、tc、td和tg调节增焓节流装置的阀体开度，其具体包括：

第一判断步骤：判断tg是否小于等于增焓最低启动温度，若是，则执行第二判断步骤；反之，则重新获取tg，并继续执行第一判断步骤；

第二判断步骤：判断ta是否大于等于增焓最低排气温度且ta小于等于增焓最高允许的排气温度，若是，则根据td和tc之差调节增焓节流装置的阀体开度，使增焓节流装置的阀体开度等于n2；反之，则重新获取tg和ta，并返回执行第一判断步骤；

其中，n2＝增焓初始步数+增焓系数*(td-tc-增焓目标温差)；所述增焓初始步数、增焓系数和增焓目标温差均为设定常数。

进一步，所述根据tb启动或者停止制热步骤，其具体包括：

启动检测步骤：当系统处于制热步骤未启动的状态时，判断目标水温与tb之差是否大于等于启动温差；若是，则启动制热步骤；反之，则重新获取tb，并重新执行启动检测步骤。

停止检测步骤：当系统处于制热步骤启动的状态时，判断tb是否大于等于目标水温，若是，则停止制热步骤；反之，则重新获取tb，并重新执行停止检测步骤。

本发明所采取的第三种技术方案是：

一种超低温变频热泵系统的控制装置，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于加载所述程序以执行一种超低温变频热泵系统的控制方法。

本发明的有益效果是：本发明通过采集温度数据来替代压力数据，从硬件上能够降低成本，同时温度传感器的稳定性较压力传感器强，使得在超低温条件下热泵系统运行稳定性增强。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例的超低温变频热泵系统的模块框图；

图2为本发明一种具体实施例的超低温变频热泵系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

参照图1，一种超低温变频热泵系统，包括蒸发器、四通阀、换热水箱、板式换热器、增焓变频压缩机、增焓节流装置、风机、主节流装置、控制器以及第一至第七温度传感器；

所述第一温度传感器安装在增焓变频压缩机的排气出口；所述第一温度传感器用于采集增焓变频压缩机的排气出口的温度，即点a的温度ta。

所述第二温度传感器安装在换热水箱内；所述第二温度传感器用于采集换热水箱内的水的温度，即点b的温度tb。

所述第三温度传感器安装在板式换热器的增焓进口；所述第三温度传感器用于采集板式换热器的增焓进口的温度，即点c的温度tc。

所述第四温度传感器安装在板式换热器的增焓出口；所述第四温度传感器用于采集板式换热器的增焓出口的温度，即点d的温度td。

所述第五温度传感器安装在蒸发器的蒸发进口；所述第五温度传感器用于采集蒸发器的蒸发进口的温度，即点e的温度te。

所述第六温度传感器安装在蒸发器的蒸发出口；所述第六温度传感器用于采集蒸发器的蒸发出口的温度，即点f的温度tf。

所述第七温度传感器安装在系统的工作环境中；所述第七温度传感器用于采集系统的工作环境的温度tg。

根据系统的实际设计需要，第一至第七温度传感器可以采用不同量程、不同型号或者不同品牌的温度传感器。

所述控制器分别与第一至第七温度传感器、风机、增焓变频压缩机、增焓节流装置和主节流装置连接。所述控制器可以通过有线或者无线等方式与第一至第七温度传感器、风机、增焓变频压缩机、增焓节流装置和主节流装置通信。其中，有线的方式包括i2c总线、串行总线或者局域网等形式，无线方式包括蓝牙、wifi或者zigbee等形式。

作为优选的实施例，本实施例提供一种超低温变频热泵系统的具体连接关系，所述蒸发器的蒸发出口与四通阀的第一输入端连接，所述四通阀的第一输出端与换热水箱的输入端连接，所述换热水箱的输出端与板式换热器的输入端连接，所述板式换热器的输出端分别与增焓节流装置的输入端以及主路节流装置的输入端连接，所述主路节流装置的输出端与蒸发器的蒸发进口连接，所述增焓节流装置的输出端与板式换热器的增焓进口连接，所述板式换热器的增焓出口与增焓变频压缩机的增焓进口连接，所述增焓变频压缩机的排气出口与四通阀的第二输入端连接，所述四通阀的第二输出端与增焓变频压缩机的回气进口连接；所述风机用于产生吹向蒸发器的风。

作为优选的实施例，为了解决现有技术存在低温增焓触发上经常发生误判或者进出频繁，错过最佳的增焓工作点，反而造成系统制热更差的问题，所述控制器包括：

获取模块，用于获取第一温度传感器采集的增焓变频压缩机的排气出口的温度ta、第二温度传感器采集的换热水箱内的水的温度tb、第三温度传感器采集的板式换热器的增焓进口的温度tc、第四温度传感器采集的板式换热器的增焓出口的温度td、第五传感器采集的蒸发器的蒸发进口的温度te、第六温度传感器采集的蒸发器的蒸发出口的温度tf以及第七传感器采集的环境温度tg；

加热控制模块，用于根据tb启动或者停止制热；

所述加热控制模块包括：

风机控制单元，用于根据tb和tg调节风机的转速；

主路节流装置控制单元，用于根据te和tf调节主路节流装置的阀体开度；

增焓变频压缩机控制单元，用于根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率；

增焓节流装置控制单元，用于根据ta、tc、td和tg调节增焓节流装置的阀体开度。

所述根据tb和tg调节风机的转速，其具体为：

根据tb和tg调节风机的转速，使风机的转速等于s；

其中，s＝风机最佳转速*环境水温影响系数*tg+风机最佳转速*水箱水温影响系数*(tb-15)，所述风机最佳转速、环境水温影响系数和水箱水温影响系数均为设定常数。其中，风机最佳转速可以从风机的产品手册上获取，环境水温影响系数和水箱水温影响系数均可以通过实验测得。

所述根据te和tf调节主路节流装置的阀体开度，其具体为：

根据tf和te之差，调节主路节流装置的阀体开度，使主路节流装置的阀体开度等于n1；

其中，n1＝节流初始步数+节流系数*(tf-te-蒸发目标温差)，所述节流初始步数、节流系数和蒸发目标温差均为通过实验测得的设定常数。

所述根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率，其具体为：

根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率，使增焓变频压缩机的工作频率等于h；

其中，h＝初始频率+频率系数*(tb-初始水温)，所述初始频率、频率系数和初始水温均为通过实验测定的设定常数。

所述根据ta、tc、td和tg调节增焓节流装置的阀体开度，其具体包括：

第一判断步骤：判断tg是否小于等于增焓最低启动温度，若是，则执行第二判断步骤；反之，则重新获取tg，并继续执行第一判断步骤；

第二判断步骤：判断ta是否大于等于增焓最低排气温度且ta小于等于增焓最高允许的排气温度，若是，则根据td和tc之差调节增焓节流装置的阀体开度，使增焓节流装置的阀体开度等于n2；反之，则重新获取tg和ta，并返回执行第一判断步骤；

其中，n2＝增焓初始步数+增焓系数*(td-tc-增焓目标温差)；所述增焓初始步数、增焓系数和增焓目标温差均为实验测得的设定常数。

所述根据tb启动或者停止制热，其具体包括：

启动检测步骤：当系统处于制热步骤未启动的状态时，判断目标水温与tb之差是否大于等于启动温差；若是，则启动制热；反之，则重新获取tb，并重新执行启动检测步骤。

停止检测步骤：当系统处于制热步骤启动的状态时，判断tb是否大于等于目标水温，若是，则停止制热；反之，则重新获取tb，并重新执行停止检测步骤。

本实施例公开了一种超低温变频热泵系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、获取增焓变频压缩机的排气出口的温度ta、换热水箱内的水的温度tb、板式换热器的增焓进口的温度tc、板式换热器的增焓出口的温度td、蒸发器的蒸发进口的温度te、蒸发器的蒸发出口的温度tf以及环境温度tg；

s2、根据tb启动或者停止制热步骤；

所述制热步骤包括：

s3、根据tb和tg调节风机的转速；

s4、根据te和tf调节主路节流装置的阀体开度；

s5、根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率；

s6、根据ta、tc、td和tg调节增焓节流装置的阀体开度。

其中s3-s6的顺序不分先后，可以同时进行，也可以按照任意次序进行。当tb符合一定的条件时，无论当前在执行s3-s6中的任一步骤，均停止执行。在本实施例中，参数ta、tb、tc、td、te、tf和tg可以是按照一定的周期获取的，并且步骤s2-s6也是可以按照一定的周期循环执行。例如，当tb和tg发生变化时，风机的转速也随之变化。当然，作为代替的实施例，所述步骤s3-s6也是可以一次性执行的，例如在步骤s3执行时，就按照当时的tb和tg调节风机的转速，再后面运行过程中，tb和tg发生变化时也不进行调节。

作为优选的实施例，所述s3，其具体为：

根据tb和tg调节风机的转速，使风机的转速等于s；

其中，s＝风机最佳转速*环境水温影响系数*tg+风机最佳转速*水箱水温影响系数*(tb-15)，所述风机最佳转速、环境水温影响系数和水箱水温影响系数均为设定常数。

作为优选的实施例，所述s4，其具体为：

根据tf和te之差，调节主路节流装置的阀体开度，使主路节流装置的阀体开度等于n1；

其中，n1＝节流初始步数+节流系数*(tf-te-蒸发目标温差)，所述节流初始步数、节流系数和蒸发目标温差均为设定常数。主路节流装置的阀体开度用步数表示，本实施例中一共480步，0步表示阀体关闭，480步表示阀体全开。

作为优选的实施例，所述s5，其具体为：

根据tb调节增焓变频压缩机的工作频率，使增焓变频压缩机的工作频率等于h；

其中，h＝初始频率+频率系数*(tb-初始水温)，所述初始频率、频率系数和初始水温均为设定常数。

作为优选的实施例，本实施例通过多个参数进行逻辑判断，确定增焓节流装置的开启时机，提升制热效率，所述s6，其具体包括：

第一判断步骤：判断tg是否小于等于增焓最低启动温度，若是，则执行第二判断步骤；反之，则重新获取tg，并继续执行第一判断步骤；

第二判断步骤：判断ta是否大于等于增焓最低排气温度且ta小于等于增焓最高允许的排气温度，若是，则根据td和tc之差调节增焓节流装置的阀体开度，使增焓节流装置的阀体开度等于n2；反之，则重新获取tg和ta，并返回执行第一判断步骤；

其中，n2＝增焓初始步数+增焓系数*(td-tc-增焓目标温差)；所述增焓最低启动温度、增焓最低排气温度、增焓最高允许的排气温度、增焓初始步数、增焓系数和增焓目标温差均为设定常数。增焓节流装置的阀体开度用步数表示，本实施例中一共480步，0步表示阀体关闭，480步表示阀体全开。

作为优选的实施例，所述s2，其具体包括：

启动检测步骤：当系统处于制热步骤未启动的状态时，判断目标水温与tb之差是否大于等于启动温差；若是，则启动制热步骤，即执行步骤s3至s6；反之，则重新获取tb，并重新执行启动检测步骤。

停止检测步骤：当系统处于制热步骤启动的状态时，判断tb是否大于等于目标水温，若是，则停止制热步骤，即停止执行s3至s6；反之，则重新获取tb，并重新执行停止检测步骤。

其中，启动温差和目标水温均为设定常数。

本发明通过采集温度数据替代压力数据，从硬件上减少了压力传感器的使用，降低了系统的成本并且提升了系统的稳定性。在低温喷气增焓进入条件上通过各个温度数据进行判断，使得增焓的触发更加精准可控，充分发挥超低温热泵的制热性能及提供系统稳定性。

图2示出了一种超低温变频热泵系统的控制方法，首先，在机组上电时，判断tb是否大于目标水温，若是，则停止制热；反之，则继续制热。在停止制热后，若目标水温与tb之差大于等于启动温差，则启动制热。

在制热启动时，首先配置风机的转速，然后配置主路节流装置的阀体开度，接着配置增焓变频压缩机的工作频率。

最后，判断是否满足第一条件和第二条件，若是，则打开增焓节流装置，反之则保护增焓节流装置关闭。其中第一条件是tg≤增焓低温启动温度；条件二是增焓启动最低排气温度≤ta≤增焓最高允许排气温度。其中，增焓低温启动温度、增焓启动最低排气温度和增焓最高允许的排气温度均为试验测得的参数。

当tb达到目标温度后系统关闭制热。

本实施例公开了一种超低温变频热泵系统的控制装置，包括：

存储器，用于存储程序；所述存储器可以是硬盘、光盘或者存储芯片等计算机可读存储介质。

处理器，用于加载所述程序以执行上述方法实施例的超低温变频热泵系统的控制方法。

本装置可以是带有存储器和处理器的电路板或者计算机。

对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。