低温热泵系统及其换向阀的控制方法与流程

本发明属于制冷空调与低温热泵技术领域，尤其是涉及一种低温热泵系统及其换向阀的控制方法。

背景技术：

运用于北方冬冷夏温气温条件下的空调热泵机组，既要满足夏季制冷需要，又要满足冬天低温采暖要求，由于运行环境温度跨度较大，四通换向阀很难做到同时兼顾制冷及制热的冷媒循环流量要求，在低温下启动或化霜换向时，有可能出现导致换向阀换向不到位问题，目前普遍还没有检测系统中换向阀换向不到位的控制，换向不到位后吸气温度快速升高，压缩机发热量迅速增大，运行一段时间后出现压缩机内置保护器断开(即内保)，待内保恢复后再启动，严重影响用户使用体验。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，解决了制冷模式和制热模式在相互转换时不能检测换向阀的换向是否到位的问题的低温热泵系统。

本发明的第二个目的是针对上述问题，提供一种设计合理，操作效果好的低温热泵系统中的换向阀的控制方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的低温热泵系统，包括由冷媒管道连接的压缩机、安装于外室的空气换热器与安装于室内的水侧换热器，设于空气换热器和水侧换热器之间的节流器和储液器，压缩机上的冷媒进入端、冷媒流出端、空气换热器上的一个冷媒端口和水侧换热器上的一个冷媒端口分别与换向阀上的s端、d端、c端和e端一一连接，本系统还包括电路控制器，电路控制器分别与压缩机、换向阀电连接，其特征在于：压缩机的进气端与换向阀上的s端之间设于吸气温度传感器，水侧换热器上的进水端口设有进水温度传感器，靠近空气换热器侧设有环境温度传感器，所述电路控制器分别与吸气温度传感器、进水温度传感器、环境温度传感器和报警器电连接。吸气温度传感器、进水温度传感器、环境温度传感器和报警器的设置及其与电路控制器的设置，通过时时监测压缩机冷媒进入端的吸气温度和热源侧温度，即制冷时为进水温度传感器检测到的回水温度、制热时为环境温度传感器检测到的环境温度，当吸气温度与热源侧温度的温差值上升到设定值后由电路控制器控制干预换向阀通断电状态，由于换向阀换向不到位本身具有不确定性，通过换向阀的通断电动作使得换向不到位概率明显降低，若多次切换还是没法恢复过来则控制报警器发出报警“吸气温度过高保护，结构简单、便于安装。

在上述的低温热泵系统中，压缩机的冷媒进入端和换向阀上的s端之间设有气液分离器，吸气温度传感器设于压缩机的冷媒进入端和气液分离器之间。提高了吸气温度检测数据的准确性。

在上述的低温热泵系统中，水侧换热器上的出水端口设有出水温度传感器，该出水温度传感器与电路控制器电连接。便于更好的时时检测系统中的水侧换热器的运行状态。

在上述的压缩空气系统节能装置中，压缩机的冷媒流出端与换向阀上的d端之间设有排气温度传感器，该排气温度传感器与电路控制器电连接。便于更好的时时检测系统中的压缩机的运行状态。

在上述的压缩空气系统节能装置中，储液器与水侧换热器之间设有蒸发温度传感器，该蒸发温度传感器与电路控制器电连接。便于更好的时时检测系统中的空气换热器的运行状态。

在上述的低温热泵系统中，节流器的两端各设有一个过滤器，节流器为电子膨胀阀，该电子膨胀阀与电路控制器电连接。提高了节流效果，延长了本系统的使用寿命。

本低温热泵系统中的换向阀的控制方法，在制热模式下，包括下述步骤：

a、将换向阀设置为得电状态，将记录换向阀的连续不正常运行的次数设置为0，

b、先将温差△t1和温差△t2设置为0，然后将吸气温度传感器现时检测到的吸气温度的数据和环境温度传感器现时检测到的环境温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与环境温度之间的温差△t1，在预设的温度检测间隔时间后，再一次将吸气温度传感器现时检测到的吸气温度的数据和环境温度传感器现时检测到的环境温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与回水温度之间的温差△t2，

c、判断温差△t1和△t2是否同时都满足大于预设温差值△t0的条件，若是则进入步骤d，若不是则进入步骤e，

d、此时，换向阀处于运行不正常状态，并将连续不正常运行的次数加上1，若连续不正常运行的次数小于预设的不正常次数，则先使换向阀设置为失电状态、延时10秒再得电、再保持10分钟、然后进入步骤b，否则通过报警器发出“吸气过高保护”故障信息的报警、同时将连续不正常运行的次数的数值置为零、并停止低温热泵系统的运行，

e、换向阀运行正常，换向到位；

在制冷模式下，包括下述步骤：

f、将换向阀设置为失电状态，将记录换向阀的连续不正常运行的次数设置为0，

g、将通过吸气温度传感器现时检测到的吸气温度的数据和通过进水温度传感器现时检测到的回水温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与回水温度之间的温差△t1，在预设的间隔时间后，再一次将将吸气温度传感器现时检测到的吸气温度的数据和通过进水温度传感器现时检测到的回水温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与回水温度之间的温差△t2，

h、判断温差△t1和△t2是否同时都满足大于预设温差值△t0的条件，若是则进入步骤i，同时温差△t1和温差△t2设置为0，若不是则进入步骤j，同时温差△t1和温差△t2设置为0，

i、此时，换向阀处于运行不正常状态，并将连续不正常运行的次数加上1，若连续不正常运行的次数小于预设的不正常次数，则先使换向阀设置为失电状态、延时10秒再得电、再保持10分钟、然后进入步骤g，否则通过报警器发出“吸气过高保护”故障信息的报警、同时将连续不正常运行的次数的数值置为零、并停止低温热泵系统的运行，

j、换向阀运行正常，换向到位。上述的控制方法，逻辑简单，便于设置、操作。

在上述的低温热泵系统中的换向阀的控制方法中，所述的预设的不正常次数为3次至8次，所述的预设温差值△t0为20度至40度，所述的相邻两次的温度数据的检测的时间间隔为5秒至20秒。

与现有技术相比，本低温热泵系统及其换向阀的控制方法的优点在于：通过检测吸气温度与热源侧温度的对比情况来判断系统中的换气阀是否换向到位，可以及早的发现换向不到位问题并及时对换向阀执行通断电切换动作，由于换向阀换向不到位本身也是概率事件，该措施的实施可以将换向不到位的可能性进一步降低，即使通过该纠正措施还是没法阻止换向不到位的话也可以及时的报警，避免压缩机进入到内保而严重影响用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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提供了本发明实施例制冷循环时的工作原理图。

图2提供了本发明实施例制热循环时的工作原理图。

图3提供了本实用制冷模式下的换向阀的控制方法的流程图。

图4提供了本实用制热模式下的换向阀的控制方法的流程图。

图中，冷媒管道601、压缩机602、空气换热器603、水侧换热器604、节流器605、储液器606、换向阀607、吸气温度传感器608、环境温度传感器609、进水温度传感器611、气液分离器612、出水温度传感器613、排气温度传感器614、过滤器615。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1至2所示，本低温热泵系统，包括由冷媒管道601连接的压缩机602、安装于外室的空气换热器603与安装于室内的水侧换热器604，设于空气换热器603和水侧换热器604之间的节流器605和储液器606，压缩机602上的冷媒进入端、冷媒流出端、空气换热器603上的一个冷媒端口和水侧换热器604上的一个冷媒端口分别与换向阀607上的s端、d端、c端和e端一一连接，本系统还包括电路控制器，电路控制器分别与压缩机602、换向阀607电连接，其特征在于：压缩机602的进气端与换向阀607上的s端之间设于吸气温度传感器608，水侧换热器604上的进水端口设有进水温度传感器611，靠近空气换热器603侧设有环境温度传感器609，所述电路控制器分别与吸气温度传感器608、进水温度传感器611、环境温度传感器609和报警器电连接。吸气温度传感器608、进水温度传感器611、环境温度传感器609和报警器的设置及其与电路控制器的设置，通过时时监测压缩机602冷媒进入端的吸气温度和热源侧温度，即制冷时为进水温度传感器611检测到的回水温度、制热时为环境温度传感器609检测到的环境温度，当吸气温度与热源侧温度的温差值上升到设定值后由电路控制器控制干预换向阀607通断电状态，由于换向阀607换向不到位本身具有不确定性，通过换向阀607的通断电动作使得换向不到位概率明显降低，若多次切换还是没法恢复过来则控制报警器发出报警“吸气温度过高保护，结构简单、便于安装。

具体地，这里的压缩机602的冷媒进入端和换向阀607上的s端之间设有气液分离器612，吸气温度传感器608设于压缩机602的冷媒进入端和气液分离器612之间。提高了吸气温度检测数据的准确性；这里的水侧换热器604上的出水端口设有出水温度传感器613，该出水温度传感器613与电路控制器电连接。便于更好的时时检测系统水侧换热器604的运行状态；这里的压缩机602的冷媒流出端与换向阀607上的d端之间设有排气温度传感器614，该排气温度传感器614与电路控制器电连接。便于更好的时时检测系统压缩机602的运行状态；这里的节流器605的两端各设有一个过滤器615，节流器605为电子膨胀阀，该电子膨胀阀与电路控制器电连接。提高了节流效果，延长了本系统的使用寿命；这里的储液器606与水侧换热器604之间设有蒸发温度传感器616，该蒸发温度传感器616与电路控制器电连接，便于更好的时时检测系统中的空气换热器603的运行状态。

如图3至4所示，本低温热泵系统中的换向阀的控制方法，在制热模式下，包括下述步骤：a、将换向阀607设置为得电状态，将记录换向阀607的连续不正常运行的次数设置为0；b、先将温差△t1和温差△t2设置为0，然后将吸气温度传感器608现时检测到的吸气温度的数据和环境温度传感器609现时检测到的环境温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与环境温度之间的温差△t1，在预设的温度检测间隔时间后，再一次将吸气温度传感器608现时检测到的吸气温度的数据和环境温度传感器609现时检测到的环境温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与回水温度之间的温差△t2；c、判断温差△t1和△t2是否同时都满足大于预设温差值△t0的条件，若是则进入步骤d，若不是则进入步骤e；d、此时，换向阀607处于运行不正常状态，并将连续不正常运行的次数加上1，若连续不正常运行的次数小于预设的不正常次数，则先使换向阀607设置为失电状态、延时10秒再得电、再保持10分钟、然后进入步骤b，否则通过报警器发出“吸气过高保护”故障信息的报警、同时将连续不正常运行的次数的数值置为零、并停止低温热泵系统的运行；e、换向阀607运行正常，换向到位，再次转至步骤b。

在制冷模式下，包括下述步骤：f、将换向阀607设置为失电状态，将记录换向阀607的连续不正常运行的次数设置为0；g、先将温差△t1和温差△t2设置为0，然后将通过吸气温度传感器608现时检测到的吸气温度的数据和通过进水温度传感器611现时检测到的回水温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与回水温度之间的温差△t1，在预设的间隔时间后，再一次将将吸气温度传感器608现时检测到的吸气温度的数据和通过进水温度传感器611现时检测到的回水温度的数据传输至电路控制器，由电路控制器计算出此时的吸气温度与回水温度之间的温差△t2；h、判断温差△t1和△t2是否同时都满足大于预设温差值△t0的条件，若是则进入步骤i，若不是则进入步骤j；i、此时，换向阀607处于运行不正常状态，并将连续不正常运行的次数加上1，若连续不正常运行的次数小于预设的不正常次数，则先使换向阀607设置为失电状态、延时10秒再得电、再保持10分钟、然后进入步骤g，否则通过报警器发出“吸气过高保护”故障信息的报警、同时将连续不正常运行的次数的数值置为零、并停止低温热泵系统的运行；j、换向阀607运行正常，换向到位。上述的控制方法，逻辑简单，便于设置、操作。

具体地，这里的所述的预设的不正常次数为3次至8次，优选地为5次或7次，所述的预设温差值△t0为20度至40度，考虑传感器检测时的偏差，在设置温差值△t0时应给出足够余量，优选地为30度或36度，所述的相邻两次的温度数据的检测的时间间隔为5秒至20秒，优选地为7秒、11秒或16秒，当然上述的预设的不正常次数、预设温差值△t0的值的设置并非一定限制在上述的数值范围内，可以根据事实情况进行合理的设置其它的值。

换气阀607换向不到位的后果及其判断原理：低温热泵系统运行正常时，从压缩机602排气口排出的高温高压气态制冷剂通过向冷凝器(制冷时为水侧换热器604，制热时为空气换热器603)放热后变为常温高压过冷液态，然后经过节流器605变为低温低压饱和汽液两相制冷剂，由于这时制冷剂温度低于热源温度(制冷时为回水温度，制热时为环境温度)而热源侧吸收热量，制冷剂吸热后逐渐转化为过热气态进入到压缩机602再经过压缩变为高温高压气态，重复循环，根据热力学第二定律，节流后的低压低压制冷剂从热源侧吸收热量温度上升，但理论上不可能高于热源温度，考虑到实际各温度传感器检测时可能存在一定偏差，检测到的吸气温度有可能会稍微高于检测到的热源温度，但肯定不会超出很多，除非温度传感器有问题,假低温热泵系统中的换气阀607换向不到位，则从压缩机602排出的高温高压制冷剂会通过换气阀607的e口和c口直接窜流至s口管，流至压缩机602的进气端，由于制冷剂没有经过正常的冷凝器和蒸发器(制冷时为空气换热器603，制热时为水侧换热器604)的换热，换向不到位会导致吸气温度急剧升高甚至接近排气温度，居于上述考虑，若通过吸气温度与热源温度并作对比，若吸气温度与热源温度的温差值超过设定值时(考虑各温度传感器检测偏差，设定值已给出足够余量)，则可以判定换气阀607换向不到位。

工作原理：在压缩机602吸气管路上布置吸气温度传感器608、空气换热器603进风口处布置环境温度传感器609、水侧换热器604进水口布置进水温度传感器611，实时监测温度信号，并将检测的吸气温度及热源侧温度(制冷时为回水温度，制热时为环境温度)作对比，当吸气温度与热源侧温度的温差值上升到设定值后干预换向阀607通断电状态，由于换向阀607换向不到位本身具有不确定性，通过换向阀607的通断电动作使得换向不到位概率明显降低，即不易产生换向不到位，若多次切换还是没法恢复过来则通过报警器发出“吸气温度过高保护”的报警。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了冷媒管道601、压缩机602、空气换热器603、水侧换热器604、节流器605、储液器606、换向阀607、吸气温度传感器608、环境温度传感器609、进水温度传感器611、气液分离器612、出水温度传感器613、排气温度传感器614、过滤器615等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。