一种分体式低温热泵热水器机组及其控制方法与流程

文档序号：14193316阅读：231来源：国知局

本发明涉及热水器技术领域，具体地说，涉及一种分体式低温热泵热水器机组及其控制方法。

背景技术：

空气源热泵热水器是一种利用制冷剂将空气中低温热能吸收传递给水箱来实现高能效的制热水装置，现有的空气源热泵中，大部分机组的水路部分集成在机组内部，放置在室外，在-10～25℃的低温环境下，一旦机组断电或者发生故障，很容易发生水路结冰从而使管路破裂，水进入了机组的内部，压缩机、阀件等关键零部件就需要全部更换，造成较大的财产损失，而由于更换部件的周期较长，极大地影响了用户冬季的使用。

为解决上述问题则会采用分体式机组，但因内外机连管较长，机组容易存在润滑油回油不足的问题，压缩机一旦缺油，就会造成轴承磨损，最终损坏。常见的解决方案是增加一个内部含有浮球结构的油分离器，当油面达到了一定高度时油分离器即开始回油。这种方案是机械式的、被动的，不能根据机组的实际情况进行调节，出现问题时只能进行停机处理，长期如此会降低机组的寿命。

申请号为200820204879.1的中国专利公开了一种循环加热式空气源热泵热水器，包括由压缩机、储液罐、蒸发器、过滤器、电子膨胀阀、冷凝器、风扇电机、循环水泵、节流装置、循环水路连接管和带保温层的室内储热水箱；其特殊之处在于：压缩机、储液罐、蒸发器、过滤器、电子膨胀阀，风扇电机、节流装置构成室外机；室内机由室内储热水箱、冷凝器和循环水泵构成，室内储热水箱有一循环进水道、循环出水道，循环水泵接在循环出水道与冷凝器的进水端之间，冷凝器的出水端与循环进水道连通。由于采用这样的结构，将冷凝器和循环水泵安装在室内机内；一是相对减轻了室外机的重量，室外机安装方便；二是不仅消除了冷凝器和循环水泵，在冬季低温条件，受冻害的缺陷，而且维修、更换方便。但是该申请中并没有公开解决因内外机连管较长导致的回油不足的技术方案。

申请号为201410031735.0的中国专利公开了一种空气源热泵热水器及其电子膨胀阀的控制方法，属于空气源热泵热水器装置及其控制方法领域，为解决现有方法换热比差等问题而设计。本发明空气源热泵热水器电子膨胀阀的控制方法为根据影响空气源热泵热水器内热量传导的因素得到排气动态温差δt1，将排气动态温差δt1与水箱内水温数值相加得到目标排气温度tm，通过比较目标排气温度tm与压缩机排气温度td并通过比较结果来确定电子膨胀阀的开度和/或调阀速度。但上述发明并没有提供主动回油控制系统，因此在温度过高并且膨胀阀开度最大的情况下，只能做停机处理，无法正常运行。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本申请旨在提供一种分体式低温热泵热水器机组及其控制方法，该机组将冷凝管及水路设置于室内，设有油分离器，且具有主动回油控制系统，以达到可以在低温环境下使用的目的，同时通过控制方法提高了机组运行的可靠性。

为实现上述目的，本发明具体采用如下方案：

一种分体式低温热泵热水器机组，所述热水器机组的热泵系统包括设于室外的压缩机1、经济器7、膨胀阀、蒸发器4和四通阀3以及设于室内的冷凝器13、循环水路和水箱，其特征在于，所述压缩机1经四通阀3与冷凝器13连接形成排气管路、所述冷凝器13经过经济器7的主路和蒸发器4连接形成循环管路，所述蒸发器4经四通阀3与压缩机1连接形成进气管路，所述压缩机1经四通阀3与冷凝器13和经济器7的辅路循环连接形成喷气增焓回路；所述压缩机1与四通阀3间的排气管路上设有与进气管路相连的油分离器2。

本发明采用了分体式结构，将机组中的冷凝器13与循环水路置于室内，于寒冷环境中使用时，只要保证室内机所处环境的温度高于冰点，即可防止水路接冰损坏机组。

本发明的进一步方案是：所述油分离器2的油分离器进口201与压缩机排气口101与相连，油分离器出口202与四通阀第一接口301相连，油分离器被动回油口203与压缩机1的进气管路间设有毛细管14形成被动回油管道，油分离器主动回油口204与压缩机1的进气管路相连并设有第二电磁阀11形成主动回油管道。

由于采用了分体式结构，整机管路较长，因此本发明在压缩机排气口101增设了油分离器2提高了回油效率，并且在油分离器2上设置有被动回油管道和主动回油管道，其中被动回油管道通过毛细管14与压缩机进气回路相连，毛细管14通过虹吸作用稳定缓慢为压缩机供油，而当回油不足时，开启第二电磁阀11使油分离器2的主动回油管道开启，加大回油量防止压缩机1损伤。

本发明的进一步方案是：所述冷凝管13的冷凝管进口1301与四通阀第四接口304相连，冷凝管出口1302分别与经济器7的主路和辅路相连；所述经济器7的辅路与压缩机103相连，冷凝管出口1302至经济器7辅路的管路上依次设有第一电磁阀8和第二膨胀阀9；所述经济器7的主路与蒸发器4的进口相连，蒸发器4的出口与四通阀第二接口302相连，经济器7的主路至蒸发器4的进口的管路上依次设有过滤器5、第一膨胀阀6和过滤器5。

高温高压的气体工作介质在冷凝器13中将热能释放，同时自身变为高压液体工作介质，经过经济器7主路上的第一膨胀阀6使得工作介质的压力得到释放变成过热液体工作介质，并进入蒸发器4。

经济器7的辅路为本发明中的喷气增焓回路，与压缩机补气口103相连使压缩机效率提高，可在环境温度-25℃的条件下制热运行。

本发明的进一步方案是：所述压缩机1的进气管路由蒸发器4的出口、四通阀第二接口302、四通阀第三接口303、气液分离器10和压缩机进口102连接形成；所述被动回油管道和主动回油管道与进气管路的接口均设于气液分离器10与压缩机进口102之间。

本发明的进一步方案是：所述压缩机1为喷气增焓压缩机，所述压缩机排气口1设有排气温度传感器；所述水箱设有水温传感器。

普通空气源机组冬季防冻采取开启机组加热热水的方式，一旦断电或者机组出现故障，无法有效防冻。普通空气源机组只能在-10℃以上的环境温度下使用，本发明采用喷气增焓技术，可以在-25℃的环境温度下正常使用。

本发明还提供了一种分体式低温热泵热水器机组的控制方法，所述方法根据机组运行时排气温度传感器所检测的压缩机的排气温度，调节第一膨胀阀的开度和/或第二电磁阀的开关。

根据上述控制方法，所述排气温度检测值不高于t2时压缩机低负载运行，所述排气温度检测值高于t2并且不高于t1时压缩机中负载运行，所述排气温度检测值高于t1并且低于t3时压缩机高负载运行，所述排气温度检测值不低于t3时压缩机超负荷。优选的，t2为压缩机正常运行时的压缩机排气温度设定值，t1为压缩机供油不足时的压缩机排气温度设定值，t3为压缩机安全运行的最高排气温度设定值。

上述方法的步骤如下所示：

(1)机组开机运行；

(2)通过压缩机排气温度传感器获取排气温度，当该温度不高于t1时，执行步骤(10)；当该温度高于t1时，执行步骤(3)；

(3)检测第一膨胀阀的开度是否达到最大，若已达到最大，执行步骤(5)；若未达到最大，执行步骤(4)；

(4)以增幅n增大第一膨胀阀的开度后，通过压缩机排气温度传感器获取排气温度，当该温度不高于t2时，执行步骤(6)；当该温度高于t2时，重新执行步骤(3)；

(5)开启第二电磁阀后，过压缩机排气温度传感器获取排气温度，当该温度不高于t2时，执行步骤(7)；当该温度高于t2时，重新执行步骤(8)；

(6)降低第一膨胀阀的开度后执行步骤(10)；

(7)关闭第二电磁阀后执行步骤(10)；

(8)维持机组运行3min后，通过压缩机排气温度传感器获取排气温度升至t3，执行步骤(9)；

(9)机组发出报警信号，机组停机；

(10)水温达到设定值，机组停机。

根据上述控制方法的步骤，所述机组的运行方式包括第一模式、第二模式、第三模式和第四模式。

所述第一模式为：开启分体式低温热泵热水器机组，通过压缩机排气温度传感器获取的温度不高于t1，此时压缩机中负载运行，机组运行正常，水温传感器获取的水温达到预设值后停机；此时机组执行步骤(1)、步骤(2)和步骤(10)。

所述第二模式为：开启分体式低温热泵热水器机组，通过压缩机排气温度传感器获取的温度高于t1，此时压缩机高负载运行，检测第一膨胀阀的开度，若开度未达到最大，按照增幅n增大第一膨胀阀的开度，在开大第一膨胀阀的过程中，如果压缩机排气温度降低至不超过t2，此时压缩机低负载运行，机组回归正常状态，降低第一膨胀阀开度，水温达到设定值后自动停机；此时机组执行步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(6)和步骤(10)。

所述第三模式为：开启分体式低温热泵热水器机组，通过压缩机排气温度传感器获取的温度高于t1，此时压缩机高负载运行，检测第一膨胀阀的开度，若第一膨胀阀已经达到最大开度，压缩机排气温度仍然高于t1，此时压缩机仍处于高负载运行，开启第二电磁阀主动回油，压缩机排气温度降低至不超过t2，此时压缩机低负载运行，机组回归正常状态，关闭第二电磁阀，水温达到设定值后自动停机；此时机组执行步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(10)。

所述第四模式为：开启分体式低温热泵热水器机组和主动回油控制系统，通过压缩机排气温度传感器获取的温度高于t1，此时压缩机高负载运行，检测第一膨胀阀的开度，若第一膨胀阀已经达到最大开度，压缩机排气温度仍然高于t1，此时压缩机仍处于高负载运行，则开启第二电磁阀主动回油，机组在此状态下运行3min后，若压缩机排气温度继续升高至t3，此时压缩机超负荷，机组运行不正常，发出警报信号后自动停机；此时机组执行步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(5)、步骤(8)、步骤(9)。

根据上述控制方法，其特征在于，所述第二模式中在增大第一膨胀阀的开度之后检测压缩机排气温度，若排气温度高于t2，此时压缩机中负载运行，再次返回检测第一膨胀阀的开度是否达到最大并根据情况执行第二模式或第三模式。

根据上述控制方法，所述第二模式中的增幅n＝15步/次。

本发明提供的热泵热水器机组控制方法增加了电子膨胀阀控制和主动回油的控制，结合压缩机排气温度判断机组的回油状况，可以有效的降低回油不及时带来的损坏压缩机的风险。

本发明的有益效果为：

1.本发明的热泵热水器机组采用分体式结构，将循环水路和冷凝管置于室内，通过调节室内温度高于0℃，永久地避免了水路冻结损坏机组的风险；

2.本发明的压缩机采用喷气增焓技术，可以在温度为-25℃的低温环境下正常使用；

3.本发明的热泵热水器机设有油分离器装置，由于采用了室内室外的分体结构，导致连管较长造成润滑油回油困难，油分离器可以将润滑油直接回到压缩机进口，避免了因缺油造成的压缩机损毁；

4.本发明提供的热泵热水器机组的控制方法具有两种保护措施，其一是增大主循环膨胀阀开度从而增大制冷剂流量降低排气温度，另一措施是通过油分离器主动供油，保证油顺利的回到压缩机；上述两种保护措施协同作用极大地提高了机组运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明分体式低温热泵热水器机组的结构示意图。

图2为本发明分体式低温热泵热水器机组控制方法的流程图。

图中主要部件如下所示：1—压缩机，101—压缩机排气口，102—压缩机进口，103—压缩机补气口，2—油分离器，201—油分离器进口，202—油分离器出口，203—油分离器被动回油口，204—油分离器主动回油口，3—四通阀，301—四通阀第一接口，302—四通阀第二接口，303—四通阀第三接口，304—四通阀第四接口，4—蒸发器，5—过滤器，6—第一膨胀阀，7—经济器，8—第一电磁阀，9—第二膨胀阀，10—气液分离器，11—第二电磁阀，12—连接管，13—冷凝管，1301—冷凝管进口，1302—冷凝管出口，14—毛细管。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与发明有关的构成。

实施例1

如图1所示，一种分体式低温热泵热水器机组，所述热水器机组的热泵系统包括设于室外的压缩机1、经济器7、膨胀阀、蒸发器4和四通阀3以及设于室内的冷凝器13、循环水路和水箱，其特征在于，所述压缩机1经四通阀3与冷凝器13连接形成排气管路、所述冷凝器13经过经济器7的主路和蒸发器4连接形成循环管路，所述蒸发器4经四通阀3与压缩机1连接形成进气管路，所述压缩机1经四通阀3与冷凝器13和经济器7的辅路循环连接形成喷气增焓回路；所述压缩机1与四通阀3间的排气管路上设有与进气管路相连的油分离器2。

本实施例中，机组采用了分体式结构，将机组中的冷凝器13与循环水路置于室内，于寒冷环境中使用时，只要保证室内机所处环境的温度高于冰点，即可防止水路接冰损坏机组。连接室内机和室外机的连接管12和室外机的管路中均为制冷剂因此不会因外界环境温度过低导致冻结。

本实施例中，油分离器进口201与压缩机排气口101与相连，油分离器出口202与四通阀第一接口301相连，油分离器被动回油口203与压缩机1的进气回路间设有毛细管14形成被动回油管道，油分离器主动回油口204与压缩机1的进气回路相连并设有第二电磁阀11形成主动回油管道。

本实施例中，机组采用了分体式结构，整机连接管路较长，因此本发明在压缩机排气口101增设了油分离器2提高了回油效率，并且在油分离器2上设置有被动回油管道和主动回油管道，其中被动回油管道通过毛细管14与压缩机进气回路相连，毛细管14通过虹吸作用稳定缓慢为压缩机供油，而当单靠毛细管14回油不足时，开启第二电磁阀11使油分离器2的主动回油管道开启，加大回油量防止压缩机1损伤。

本实施例中，冷凝管进口1301与四通阀第四接口304相连，冷凝管出口1302分别与经济器7的主路和辅路相连；所述经济器7的辅路与压缩机补气口103相连，冷凝管出口1302至经济器7辅路的管路上依次设有第一电磁阀8和第二膨胀阀9；所述经济器7的主路与蒸发器4的进口相连，蒸发器4的出口与四通阀第二接口302相连，经济器7的主路至蒸发器4的进口的管路上依次设有过滤器5、第一膨胀阀6和过滤器5。

本实施例中，高温高压的气体工作介质在冷凝器13中将热能释放，同时自身变为高压液体工作介质，经过经济器7主路上的第一膨胀阀6使得工作介质的压力得到释放变成过热液体工作介质，并进入蒸发器4。

本实施例中，经济器7的辅路为本发明中的喷气增焓回路，与压缩机补气口103相连使压缩机效率提高，可在环境温度-25℃的条件下制热运行。

本实施例中，压缩机1的进气管路由蒸发器4的出口、四通阀第二接口302、四通阀第三接口303、气液分离器10和压缩机进口102连接形成；所述被动回油管道和主动回油管道与进气管路的接口均设于气液分离器10与压缩机进口102之间。