一次加热式热泵热水机控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用热泵的流体加热器的控制装置及其控制方法，尤其涉及一种用于具备温控切换的三水箱双回路循环热水结构的一次加热式热泵热水机控制的控制装置和用于该控制装置的控制方法。
【背景技术】
[0002]当前煤炭、石油、天然气等“化石类能源”的不可再生性及全球储量的高速减少，带来了世界性的能源短缺，加上地球生态环境的日益恶化，使得保护生态环境、加速开发和利用可再生能源，成为人类紧迫而艰巨的任务。蓬勃发展的中国经济、高速增长的热水需求，作为节能环保的热泵热水机也得到了国家和社会的认可，节能产品的美好市场前景，对传统制热水设备也产生了革命性的替代趋势。GB/T 21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》标准中将热泵热水产品分为一次加热式和循环加热式两个类型。一次加热式热泵热水机也称为直热式或即热式热泵热水机，一次加热式热泵热水机因为冷水不进储热水箱而热水稳定的优点，在长江以南市场大量推广。现有的一次加热式热泵热水机的基本结构如图1所示，包括压缩机1、翅片换热器2、冷凝器3、节流元件5和气液分离器6构成的热泵机组，冷凝器3用作水氟换热器，将翅片换热器2从空气中吸取的热量，通过循环泵4传送到储热水箱40中，利用水氟换热器进水管的水量调节阀30，调节冷水的进水流量使出水温度恒定。但是，由于现有的一次加热式热泵热水机的冷水直接进入冷凝器3，水流量的大小直接影响机组的制热量和能效，在环境温度低于O度时，为了保证产品的出水温度达到55度，进水流量会非常小，这导致冷凝器3的热交换效果差，热泵机组的制热量和能效严重下降，甚至会出现冷凝不了的现象，使机组不能正常制热水。由于水量调节阀的孔径很小，很容易被堵住，导致机组因水流量不正常而故障停机。同时，由于冷水进水水压经常变化，也会对机组正常制热产生比较大的影响，往往需要对冷水进水的水压进行升降压，以满足机组对水压的要求。再加上水量调节阀30及循环泵4的设置，一方面使机组成本提高、安装复杂；另一方面，当系统中出现故障后，需要同时检测水量调节阀30及循环泵4，检修点比较多，从而增加了维修维护的工作量。
[0003]中国发明专利“一种多级串联水路一次加热式热泵热水机”(中国发明专利号:ZL200710143443.6，授权公告号:CN100501267C)公开了一种多级串联水路一次加热式热泵热水机，由至少两个相对独立的热泵系统和多级串联水系统组成，在终级(即最髙级)热泵系统中加入冷凝液体制冷剂热回收器:其中:热水机组的进水连接至该制冷剂热回收器的进水口，该制冷剂热回收器的出水口连接至第一级热泵系统的冷凝器进水口，第一级热泵系统的冷凝器出水口连接至第二级热泵系统的冷凝器进水口，以此类推，直至终级热泵系统的冷凝器出水口 ；该制冷剂热回收器的氟侧进口接入终级热泵系统的冷凝器排出的液态制冷剂，该制冷剂热回收器的氟侧出口连接至终级热泵系统的节流装置进口。该方案通过多级串联水路提尚出水温度，但存在以下几方面缺点:1、当串联的水系统少时，机组制热量低、进水温度低，机组要保证低环境温度制取55度热水，水流量会变的很小，冷凝器热交换效果会很差，从而出现制热量差，能效低，甚至会出现冷凝效果差，机组不能正常工作的严重问题。2、当串联的部分机组除霜时，此台机组不制热或制冷，此时还要维持出水温度达到55度，则还在正常制热的机组会因为流量非常小出，冷凝不好，机组的制热效果和能效会受到很大影响，当除霜的机组台数多于正常制热的机组台数，制热的机组会出现冷凝压力过高的严重故障，而除霜的机组有可能会出现出水温度低于O度而产生冻结的严重故障。3、串联的最后一台机组，始终加热的是尚温热水，一直运彳丁在尚负载区，广品的寿命会受到较大的影响，而第一台机组一直运行在低负荷区，产品的能力得不到很好的利用，从而导致系统中机组不能均衡工作，设备利用率低。
[0004]中国实用新型专利“一次加热式热泵热水器出水温度控制装置”(实用新型专利号:ZL201420373457.2，授权公告号:CN203949362U)公开了一种一次加热式热泵热水机出水温度控制装置，包括储热水箱及其内的水位开关，以管线与储热水箱连接的水泵、制热冷凝器、及进水阀，其特征在于:管线依次连接储热水箱、制热冷凝器、水泵、三通比例温度调节阀；所述储热水箱和制热冷凝器连接管线上设置有出水温度探头；所述一次加热式热泵热水机出水温度控制装置还包括与水温度探头和三通比例温度调节阀连接的比例调节控制器。该实用新型虽然解决了在环境温度较低时进入冷凝器的水流量小，冷凝效果差的问题，但仍没有根本解决水量调节阀的孔径小易被堵住，导致机组因水流量不正常而故障停机的问题。而且机组在除霜时还会将大量的冷水送到水箱中，这样就不能保证热水的正常使用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是要提供一种用于一次加热式热泵热水机的控制装置，可以保证出水温度达到设定温度且不受进水流量的影响，取代现有的水量调节阀水温控制装置，在保证加热热水的稳定性和持续性的同时，解决现有水量调节阀在一次加热过程中带来的易堵塞、故障率高的技术问题。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0007]一种一次加热式热泵热水机控制装置，用于具备三水箱双回路循环热水结构的热泵热水机的水温控制，所述的热泵热水机包括与热泵机组冷凝器的水路连通的循环泵、第一循环水箱、第二循环水箱和储热水箱，并且通过第一电磁阀、第二电磁阀和三通阀的连接控制，构成温控切换的三水箱双回路循环热水结构；其特征在于:
[0008]所述的控制装置包括运行参数设定模块，水量检测控制模块，水温检测控制模块，热泵控制器和电磁阀驱动器；
[0009]所述运行参数设定模块连接到水量检测控制模块和水温检测控制模块，液位传感器连接到水量检测控制模块的输入端，水量检测控制模块的输出端连接到热泵控制器的输入端，热泵控制器的输出端连接到热泵机组的压缩机、翅片换热器风机和循环泵；水量检测控制模块还通过热泵控制器连接到电磁阀驱动器；
[0010]第一水温传感器、第二水温传感器和出水温度传感器连接到水温检测控制模块的输入端；水温检测控制模块的输出端，通过电磁阀驱动器，连接到第一电磁阀、第二电磁阀和三通阀的驱动线圈；
[0011]所述的一次加热式热泵热水机控制装置通过循环执行以下步骤连续制取恒温热水:
[0012]所述的水量检测控制模块检测储热水箱的液位，当液位低于水位下限值时，控制热泵机组启动，从第一加热循环回路开始制取热水；当液位到达水位上限值时，所述的水量检测控制模块控制热泵机组停止运行，同时关闭第一电磁阀和第二电磁阀，停止进水；
[0013]所述的一次加热式热泵热水机控制装置通过循环执行以下步骤连续制取恒温热水:
[0014]SlO:水温检测控制模块检测第一水箱水温，第二水箱水温和三通恒温热水管的出水温度；
[0015]S20:当第一水箱水温达到设定水温时，三通阀从a-b 口连通状态切换至a_c 口连通状态，进入第二加热循环回路运行状态；同时，第一电磁阀开启，利用冷水进水压力和冷热水温差重力，将第一循环水箱内完成加热的恒温热水，顶到储热水箱内；
[0016]S30:当第二水箱水温达到设定水温时，三通阀从a-c 口连通状态切换至a_b 口连通状态，返回第一加热循环回路运行状态；同时，第二电磁阀开启，利用冷水进水压力和冷热水温差重力，将第二循环水箱内完成加热的恒温热水，顶到储热水箱内；
[0017]S40:当进入第一循环水箱或第二循环水箱冷水使出水温度低于设定水温时，水温检测控制模块控制第一电磁阀和第二电磁阀关闭，停止冷水进水。
[0018]本发明的一次加热式热泵热水机控制装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的第一水温传感器和第二水温传感器，分别设置在第一循环水箱和第二循环水箱的下部；所述的出水温度传感器设置在三通恒温热水管的出口通道，所述的液位传感器设置在储热水箱的内部。
[0019]本发明的一次加热式热泵热水机控制装置的一种更好的技术方案，其特征在于所述的控制装置还包括除霜控制模块，所述的热泵机组还包括连接在制冷剂循环回路的四通阀，所述的除霜控制模块通过环境温度传感器获取环境温度，通过设置在翅片换热器上的翅片温度传感器获取翅片温度，根据环境温度和翅片温度判断翅片换热器的结霜状态，通过热泵控制器控制四通阀改变制冷剂的流向，执行除霜操作。
[0020]本发明的另一个目的是要提供一种用于上述一次加热式热泵热水机控制装置的控制方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0021]一种用于上述一次加热式热泵热水机控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤:
[0022]SlOO:运行参数设定模块获取水温设定值，水位上限值和水位下限值；
[0023]S200:水量检测控制模块检测储热水箱液位；
[0024]S220:若储热水箱液位彡水位下限值，关闭第一、二电磁阀，热泵机组停机，返回步骤S200 ;否则，转步骤S