专利名称：热泵换热器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种热泵换热器，特别是一种热泵换热器及其控制方法。
背景技术：
目前，热泵换热技术在日常生活中使用很广泛，其换热源主要有地源、风源和水源；就热泵换热技术本身而言，换热面积大、热量传导性好的换热源是最理想的选择；地源换热在现有技术中使用最为广泛，但是，地源换热需要大范围的布置采暖设施，繁琐且成本较高，风源、水源方式则可避免以上问题，就热量传导效果和换热效率而言，水源优于风源。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、换热效率高、适用范围广的热泵换热器及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。按此目的设计的一种热泵换热器，包括构成冷冻循环的蒸发器和冷凝器以及压缩机，其结构特征是还包括通过连通管连通的冷水罐和热水罐，蒸发器设置在冷水罐内，冷凝器设置在热水罐内，连通管中串接有第一电磁阀和第三电磁阀，冷水入口管的一端接入第一电磁阀和第三电磁阀之间，冷水罐上设置有冷水温度传感器和冷水罐电加热，热水罐上设置有热水温度传感器和热水罐电加热；蒸发器上设置有蒸发器温度传感器。所述冷水罐上设置有带有第三电磁阀的第一生活用水出水管，以及带有第二电磁阀的第一排水管。所述热水罐上设置有带有第五电磁阀的第二排水管，以及带有第六电磁阀的第二生活用水出水管。所述冷水罐上设置有第一泄压阀，热水罐上设置有第二泄压阀。一种热泵换热器的控制方法，其特征是包括热泵换热程序，该热泵换热程序包括以下步骤步骤一，开始上电，步骤二，系统初始化，步骤三，首先分别向冷水罐和热水罐内充注自来水，接下来，判断冷水罐和热水罐是否分别充满，当其都充满时，进入步骤四，当其任一个没有充满时，继续充注，直至充满，步骤四，判断压缩机状态是否正常，当其正常时，进入步骤五，当其不正常时，进入步骤十二，步骤五，判断压缩机启动条件是否成立，当其成立时，进入步骤六，当其不成立时，进入步骤十三，步骤六，调用启动压缩机程序，进入步骤七，步骤七，判断是否满足电加热条件，当其满足时，进入步骤八，当其不满足时，进入步骤十四，步骤八，调用冷水罐或热水罐的电加热程序，进入步骤九，
步骤九，判断是否进入保护，当进入保护时，进入步骤十，当未进入保护时，进入步骤十一，当传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度保护中的一个以上被触发时，就进入保护，步骤十，调用保护处理程序，保护处理程序包括传感器故障处理程序、压缩机的高低压故障处理程序、压缩机的排气温度故障处理程序以及冷水温度处理程序，步骤十一，结束单次循环，返回步骤三，
步骤十二，报故障，然后进入步骤四，步骤十三，关闭压缩机程序，进入步骤七，步骤十四，关闭冷水罐或热水罐的电加热程序，进入步骤九。所述冷水温度处理程序包括以下步骤步骤a，当蒸发器温度传感器的温度< 5°C时，进入步骤b，否则进入步骤e，步骤b，强制关闭压缩机，进入步骤C，步骤C，当蒸发器温度传感器的温度> 7°C时，进入步骤d，否则进入步骤e，步骤d，恢复压缩机至允许开启状态，进入步骤f，步骤e，当压缩机强制关闭时，进入步骤C，否则进入步骤f，步骤f,返回步骤^--。所述电加热条件包括冷水罐的电加热启动条件为当热水罐的温度低于50°C且冷水罐的温度低于7V时，冷水罐的电加热关闭条件为热水罐的温度高于55°C或冷水罐的温度高于12°C时，热水罐的电加热启动条件为当压缩机开启5分钟后，热水罐的温度低于32°C时，热水罐的电加热关闭条件为当压缩机关机或热水罐的温度高于38°C时。本发明以城市生活用水，也就是自来水作为换热源，通过采用上述的技术方案，能够实现节约水能和电能，满足人们日常生活热水、冰水供应的需要。本发明可以同时给卫浴设备提供冷水源和热水源，与传统热泵换热器相比，通过技术该进和控制方法的突破，克服了传统热泵换热器只能在长江流域以南使用、和无法在冬季寒冷环境良好工作的缺陷。本发明将蒸发器设置在冷水罐内，冷凝器设置在热水罐内，冷媒在蒸发器与冷凝器之间流动，蒸发器和冷凝器分别浸泡在水中，故极大的提高了换热效率。本发明具有结构简单合理、换热效率高、适用范围广的特点。
图I为本发明一实施例结构示意图。图2为本发明的电路连接框图。图3为本发明的控制流程图。图4为保护处理程序的控制框图。
图中1为热水罐,2为冷凝器,3为热水罐电加热,4为第二生活用水出水管,5为第二排水管，9为压缩机，10为冷水入口管，11为电子膨胀阀，12为毛细管，Tb为回气温度传感器，T2为蒸发器温度传感器，16为冷水罐，Tl为冷水温度传感器，18为蒸发器，19为冷水罐电加热，20为第一生活用水出水管，21为第一排水管，22为回油罐，23为连通管，31为第一泄压阀,32为第二泄压阀,Al为第一电磁阀,A2为第二电磁阀,A3为第三电磁阀,BI为第四电磁阀，B2为第五电磁阀，B3为第六电磁阀，Th为热水温度传感器，Tp为排气温度传感器。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。参见图I-图4，本热泵换热器，包括构成冷冻循环的蒸发器18和冷凝器2以及压缩机9和膨胀阀等，还包括通过连通管23连通的冷水罐16和热水罐1，蒸发器18设置在冷 水罐16内，冷凝器2设置在热水罐I内，连通管23中串接有第一电磁阀Al和第三电磁阀BI，冷水入口管10的一端接入第一电磁阀Al和第三电磁阀BI之间，冷水罐16上设置有冷水温度传感器Tl和冷水罐电加热19，热水罐I上设置有热水温度传感器Th和热水罐电加热3。蒸发器18上设置有蒸发器温度传感器T2。冷水罐16上设置有带有第三电磁阀A3的第一生活用水出水管20，以及带有第二电磁阀A2的第一排水管21。热水罐I上设置有带有第五电磁阀B2的第二排水管5，以及带有第六电磁阀B3的第二生活用水出水管4。冷水罐16上设置有第一泄压阀31，热水罐I上设置有第二泄压阀32。 EEPROM和温度传感器将数据信息等传递到微电脑主控器，微电脑主控器通过控制电磁阀、热泵、电加热实现各种以下各种功能，并通过数码管进行故障显示和温度显示。温度传感器包括冷水温度传感器、热水温度传感器、蒸发器温度传感器、回气温度传感器和排气温度传感器。电加热包括冷水罐电加热和热水罐电加热。热泵换热器的控制方法，包括热泵换热程序，该热泵换热程序包括以下步骤步骤一，开始上电，步骤二，系统初始化，步骤三，首先分别向冷水罐16和热水罐I内充注自来水，接下来，判断冷水罐16和热水罐I是否分别充满，当其都充满时，进入步骤四，当其任一个没有充满时，继续充注，直至充满，步骤四，判断压缩机状态是否正常，当其正常时，进入步骤五，当其不正常时，进入步骤十二，步骤五，判断压缩机启动条件是否成立，当其成立时，进入步骤六，当其不成立时，进入步骤十三，步骤六，调用启动压缩机程序，进入步骤七，步骤七，判断是否满足电加热条件，当其满足时，进入步骤八，当其不满足时，进入步骤十四，
步骤八，调用冷水罐16或热水罐I的电加热程序，进入步骤九，步骤九，判断是否进入保护，当进入保护时，进入步骤十，当未进入保护时，进入步骤十一，当传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度保护中的一个以上被触发时，就进入保护，步骤十，调用保护处理程序，保护处理程序包括传感器故障处理程序、压缩机的高低压故障处理程序、压缩机的排气温度故障处理程序以及冷水温度处理程序，步骤十一，结束单次循环，返回步骤三， 步骤十二，报故障，然后进入步骤四，步骤十三，关闭压缩机程序，进入步骤七，步骤十四，关闭冷水罐16或热水罐I的电加热程序，进入步骤九。所述冷水温度处理程序包括以下步骤步骤a，当蒸发器温度传感器T2的温度< 5°C时，进入步骤b，否则进入步骤e，步骤b，强制关闭压缩机，进入步骤C，步骤c，当蒸发器温度传感器T2的温度> 7°C时，进入步骤d，否则进入步骤e，这里，蒸发器温度传感器T2的温度即为冷水温度。步骤d，恢复压缩机至允许开启状态，进入步骤f，步骤e，当压缩机强制关闭时，进入步骤C，否则进入步骤f，步骤f,返回步骤^--。所述电加热条件包括冷水罐16的电加热启动条件为当热水罐I的温度低于50°C且冷水罐16的温度低于TC时，冷水罐16的电加热关闭条件为热水罐I的温度高于55°C或冷水罐16的温度高于12°C时，热水罐I的电加热启动条件为当压缩机开启5分钟后，热水罐I的温度低于32°C时，热水罐I的电加热关闭条件为当压缩机关机或热水罐I的温度高于38°C时。一、压缩机控制。I)压缩机每次启动运行时，有3分钟延时保护，2)压缩机启机后,最少运行时间5min,3)压缩机根据热水温度传感器Th获得的水温来控制开停对于热水罐的设置水温TSl默认为55°C，该水温储存在系统的EEPROM中，可由用户或生产厂商更改；压缩机动作条件当热水罐内的温度高于55°C时，强制关闭压缩机，直到温度下降到50°C时，才允许再次开启压缩机；也就是说，压缩机开关条件保留5摄氏度的温差。当检测到故障时，压缩机立即停止运行；当出现其它状况停机时，压缩机有最少运行时间保护。这里的故障是指传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度故障保护。出现其它状况停机是指正常停机，系统关机；当热水罐温度达到55°C，系统待机。最少运行时间保护一般为5分钟。以下举例说明。I)初次上电，电子膨胀阀关闭600P，计数清零，进入待机状态，电子膨胀阀的开度为350P ;电子膨胀阀的调节范围存储在EEPROM中，电子膨胀阀的调节范围为8(Γ480Ρ，停机时的开度为0Ρ。其中，P为步；600Ρ为600步，350Ρ为350步。2)电子膨胀阀的初始开度控制根据冷水箱的温度判定电子膨胀阀的初始开度。当冷水温度传感器Tl的温度彡10°C时，电子膨胀阀的初始开度为200P ； 当30°0冷水温度传感器Tl的温度> 10°C时，电子膨胀阀的初始开度为300P ；当冷水温度传感器Tl的温度彡30°C时，电子膨胀阀的初始开度为350P ；3)实际过热度SH=回气温度传感器Tb的温度-蒸发器温度传感器T2的温度，目标过热度TSH=2度，这些数据均存储在EEPROM中，为可调数据。电子膨胀阀的调节当3°C> SH ^ 1°C时，电子膨胀阀保持当前开度，当SH < 1°C时，电子膨胀阀关小，当SH > 3 °C时，电子膨胀阀开大。电子膨胀阀的调节量为(SH-2) *8P。4)每60秒根据SH调节一次，每次最大调节24P。注压缩机启动后，以初始开度运行I分钟后，再根据SH实际过热度调节。5)排气温度控制当排气温度传感器TP的温度> 95°C时，不执行过热度调节，电子膨胀阀强制每30秒开大32P ;当排气温度传感器TP的温度<90°C时，退出排气温度控制，电子膨胀阀根据过热度调节。排气温度传感器TP的温度存储在EEPROM中。二、电加热控制。I)冷水罐的电加热控制当冷水罐内的温度低于7°C时，允许开电加热，当温度回升到12°C时，强制关闭电加热；电加热开关条件保留5摄氏度温差。冷水罐的电加热根据冷水罐内的水温来控制开停；冷水罐的电加热启动默认温度为7 V ;冷水罐的电加热关闭默认温度为12°C，这些温度都储存在系统的EEPROM中，可由用户或生产厂商更改；当热水罐内的温度< 50°c时，允许电加热运行；当热水罐内的温度> 55°C时，不允许电加热运行，强行关闭。当冷水罐内的温度低于TC时，而热水罐内的温度> 55°C时，冷水罐的电加热不启动，一切控制以热水罐的温度为准，到达55°C，压缩机停止，冷水罐和热水罐电加热停止。2)热水罐的电加热控制压缩机运行5min后根据检测到的热水罐内的水温来判定热水罐的电加热动作，热水罐的电加热动作条件为压缩机关闭时，热水罐的电加热与压缩机同时关闭。压缩机已开启并运行5分钟后，当热水罐内的温度低于32°C时，热水罐的电加热启动。压缩机已开启并运行5分钟后，在热水罐的电加热已启动的状态下，热水罐内的温度大于38°C时，热水罐的电加热关闭。也就是说，压缩机不运行时，热水罐的电加热不工作；当压缩机运行时间达到5分钟后，再检测热水罐的温度，当热水罐的温度低于32 °C时，开启热水罐的电加热；当热水罐的温度升高到38°C时，才停止热水罐的电加热。三、保护控制。I)传感器保护传感器包括冷水温度传感器、热水温度传感器、蒸发器温度传感器、回气温度传感器和排气温度传感器。当检测到传感器的输入电压在O. 05^4. 95V以外时，则认为传感器开路或短路，压缩机停止运行并检测相应传感器故障。当传感器的输入电压恢复到O. 05^4. 95V以内时，则恢复，详见图4。 2)压缩机高低压故障也就是高压压力开关故障和低压压力开关故障。当检测到任意的压力保护开关断开并持续3秒，则机组停机，当检测到开关闭合，机组开机恢复。其中，压缩机必须要满足3分钟延时的要求，压缩机包含在机组内。当连续在30分钟内检测到3次压缩机高低压故障时，则不可恢复，进入机组保护状态，显示相应的故障代码。故障排除后I小时可以自动恢复。详见图4。3)排气高温保护。当排气温度传感器TP的温度，也就是排气温度传感器TP采集的排气温度过110°并持续3秒时，则机组停机，当检测到排气温度低于90°时，机组开机恢复，其中，压缩机必须要满足3分钟延时的要求。当连续在30分钟内检测到3次排气高温保护时，则不可恢复，进入机组保护状态，显示相应的故障代码。故障排除后I小时可以自动恢复。4)冷水低温保护当蒸发器温度传感器T2的温度低于5°C时，强制关闭压缩机，直到蒸发器温度传感器T2的温度恢复到7V以上才允许开压缩机。当冷水低温保护时，允许电加热运行，只关闭压缩机。
权利要求
1.一种热泵换热器，包括构成冷冻循环的蒸发器(18)和冷凝器(2)以及压缩机(9)，其特征是还包括通过连通管(23 )连通的冷水罐(16 )和热水罐(I)，蒸发器(18 )设置在冷水罐(16 )内，冷凝器(2 )设置在热水罐(I)内，连通管(23 )中串接有第一电磁阀(Al)和第三电磁阀(BI)，冷水入口管(10)的一端接入第一电磁阀(Al)和第三电磁阀(BI)之间，冷水罐(16)上设置有冷水温度传感器(TI)和冷水罐电加热(19)，热水罐(I)上设置有热水温度传感器(Th)和热水罐电加热(3);蒸发器(18)上设置有蒸发器温度传感器(T2)。
2.根据权利要求I所述的热泵换热器，其特征是所述冷水罐(16)上设置有带有第三电磁阀(A3)的第一生活用水出水管(20)，以及带有第二电磁阀(A2)的第一排水管(21)。
3.根据权利要求I所述的热泵换热器，其特征是所述热水罐(I)上设置有带有第五电磁阀(B2)的第二排水管(5)，以及带有第六电磁阀(B3)的第二生活用水出水管(4)。
4.根据权利要求I至3任一所述的热泵换热器，其特征是所述冷水罐(16)上设置有第一泄压阀(31)，热水罐(I)上设置有第二泄压阀(32 )。
5.一种如权利要求I所述的热泵换热器的控制方法，其特征是包括热泵换热程序，该热泵换热程序包括以下步骤 步骤一，开始上电， 步骤二，系统初始化， 步骤三，首先分别向冷水罐(16)和热水罐(I)内充注自来水，接下来，判断冷水罐(16)和热水罐(I)是否分别充满，当其都充满时，进入步骤四，当其任一个没有充满时，继续充注，直至充满， 步骤四，判断压缩机状态是否正常，当其正常时，进入步骤五，当其不正常时，进入步骤十二， 步骤五，判断压缩机启动条件是否成立，当其成立时，进入步骤六，当其不成立时，进入步骤十三， 步骤六，调用启动压缩机程序，进入步骤七， 步骤七，判断是否满足电加热条件，当其满足时，进入步骤八，当其不满足时，进入步骤十四， 步骤八，调用冷水罐(16)或热水罐(I)的电加热程序，进入步骤九， 步骤九，判断是否进入保护，当进入保护时，进入步骤十，当未进入保护时，进入步骤i^一， 当传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度保护中的一个以上被触发时，就进入保护， 步骤十，调用保护处理程序， 保护处理程序包括传感器故障处理程序、压缩机的高低压故障处理程序、压缩机的排气温度故障处理程序以及冷水温度处理程序， 步骤十一，结束单次循环，返回步骤三， 步骤十二，报故障，然后进入步骤四， 步骤十三，关闭压缩机程序，进入步骤七， 步骤十四，关闭冷水罐(16)或热水罐(I)的电加热程序，进入步骤九。
6.根据权利要求5所述的热泵换热器的控制方法，其特征是所述冷水温度处理程序包括以下步骤 步骤a，当蒸发器温度传感器(T2)的温度< 5°C时，进入步骤b，否则进入步骤e， 步骤b，强制关闭压缩机，进入步骤C， 步骤c，当蒸发器温度传感器(T2)的温度> 7°C时，进入步骤d，否则进入步骤e， 步骤d，恢复压缩机至允许开启状态，进入步骤f， 步骤e，当压缩机强制关闭时，进入步骤C，否则进入步骤f， 步骤f，返回步骤^--。
7.根据权利要求5所述的热泵换热器的控制方法，其特征是所述电加热条件包括冷水罐(16)的电加热启动条件为当热水罐(I)的温度低于50°C且冷水罐(16)的温度低于TC时， 冷水罐(16)的电加热关闭条件为热水罐(I)的温度高于55°C或冷水罐(16)的温度高于12°C时， 热水罐(I)的电加热启动条件为当压缩机开启5分钟后，热水罐(I)的温度低于32°C时， 热水罐(I)的电加热关闭条件为当压缩机关机或热水罐(I)的温度高于38°C时。
全文摘要
一种热泵换热器及其控制方法，热泵换热器，包括构成冷冻循环的蒸发器和冷凝器以及压缩机，其结构特征是还包括通过连通管连通的冷水罐和热水罐，蒸发器设置在冷水罐内，冷凝器设置在热水罐内，连通管中串接有第一电磁阀和第三电磁阀，冷水入口管的一端接入第一电磁阀和第三电磁阀之间，冷水罐上设置有冷水温度传感器和冷水罐电加热，热水罐上设置有热水温度传感器和热水罐电加热。冷水罐上设置有带有第三电磁阀的第一生活用水出水管，以及带有第二电磁阀的第一排水管。热水罐上设置有带有第五电磁阀的第二排水管，以及带有第六电磁阀的第二生活用水出水管。本发明具有结构简单合理、换热效率高、适用范围广的特点。
文档编号F25B30/02GK102967081SQ20121048664
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者曾健, 陈少锋, 王雪冰, 朱海宝 申请人:周裕佳