一次加熱式熱泵熱水機控制裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及利用熱泵的流體加熱器的控制裝置及其控制方法，尤其涉及一種用于具備溫控切換的三水箱雙回路循環熱水結構的一次加熱式熱泵熱水機控制的控制裝置和用于該控制裝置的控制方法。
【背景技術】
[0002]當前煤炭、石油、天然氣等“化石類能源”的不可再生性及全球儲量的高速減少，帶來了世界性的能源短缺，加上地球生態環境的日益惡化，使得保護生態環境、加速開發和利用可再生能源，成為人類緊迫而艱巨的任務。蓬勃發展的中國經濟、高速增長的熱水需求，作為節能環保的熱泵熱水機也得到了國家和社會的認可，節能產品的美好市場前景，對傳統制熱水設備也產生了革命性的替代趨勢。GB/T 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》標準中將熱泵熱水產品分為一次加熱式和循環加熱式兩個類型。一次加熱式熱泵熱水機也稱為直熱式或即熱式熱泵熱水機，一次加熱式熱泵熱水機因為冷水不進儲熱水箱而熱水穩定的優點，在長江以南市場大量推廣。現有的一次加熱式熱泵熱水機的基本結構如圖1所示，包括壓縮機1、翅片換熱器2、冷凝器3、節流元件5和氣液分離器6構成的熱泵機組，冷凝器3用作水氟換熱器，將翅片換熱器2從空氣中吸取的熱量，通過循環泵4傳送到儲熱水箱40中，利用水氟換熱器進水管的水量調節閥30，調節冷水的進水流量使出水溫度恒定。但是，由于現有的一次加熱式熱泵熱水機的冷水直接進入冷凝器3，水流量的大小直接影響機組的制熱量和能效，在環境溫度低于O度時，為了保證產品的出水溫度達到55度，進水流量會非常小，這導致冷凝器3的熱交換效果差，熱泵機組的制熱量和能效嚴重下降，甚至會出現冷凝不了的現象，使機組不能正常制熱水。由于水量調節閥的孔徑很小，很容易被堵住，導致機組因水流量不正常而故障停機。同時，由于冷水進水水壓經常變化，也會對機組正常制熱產生比較大的影響，往往需要對冷水進水的水壓進行升降壓，以滿足機組對水壓的要求。再加上水量調節閥30及循環泵4的設置，一方面使機組成本提高、安裝復雜；另一方面，當系統中出現故障后，需要同時檢測水量調節閥30及循環泵4，檢修點比較多，從而增加了維修維護的工作量。
[0003]中國發明專利“一種多級串聯水路一次加熱式熱泵熱水機”(中國發明專利號:ZL200710143443.6，授權公告號:CN100501267C)公開了一種多級串聯水路一次加熱式熱泵熱水機，由至少兩個相對獨立的熱泵系統和多級串聯水系統組成，在終級(即最髙級)熱泵系統中加入冷凝液體制冷劑熱回收器:其中:熱水機組的進水連接至該制冷劑熱回收器的進水口，該制冷劑熱回收器的出水口連接至第一級熱泵系統的冷凝器進水口，第一級熱泵系統的冷凝器出水口連接至第二級熱泵系統的冷凝器進水口，以此類推，直至終級熱泵系統的冷凝器出水口 ；該制冷劑熱回收器的氟側進口接入終級熱泵系統的冷凝器排出的液態制冷劑，該制冷劑熱回收器的氟側出口連接至終級熱泵系統的節流裝置進口。該方案通過多級串聯水路提尚出水溫度，但存在以下幾方面缺點:1、當串聯的水系統少時，機組制熱量低、進水溫度低，機組要保證低環境溫度制取55度熱水，水流量會變的很小，冷凝器熱交換效果會很差，從而出現制熱量差，能效低，甚至會出現冷凝效果差，機組不能正常工作的嚴重問題。2、當串聯的部分機組除霜時，此臺機組不制熱或制冷，此時還要維持出水溫度達到55度，則還在正常制熱的機組會因為流量非常小出，冷凝不好，機組的制熱效果和能效會受到很大影響，當除霜的機組臺數多于正常制熱的機組臺數，制熱的機組會出現冷凝壓力過高的嚴重故障，而除霜的機組有可能會出現出水溫度低于O度而產生凍結的嚴重故障。3、串聯的最后一臺機組，始終加熱的是尚溫熱水，一直運彳丁在尚負載區，廣品的壽命會受到較大的影響，而第一臺機組一直運行在低負荷區，產品的能力得不到很好的利用，從而導致系統中機組不能均衡工作，設備利用率低。
[0004]中國實用新型專利“一次加熱式熱泵熱水器出水溫度控制裝置”(實用新型專利號:ZL201420373457.2，授權公告號:CN203949362U)公開了一種一次加熱式熱泵熱水機出水溫度控制裝置，包括儲熱水箱及其內的水位開關，以管線與儲熱水箱連接的水泵、制熱冷凝器、及進水閥，其特征在于:管線依次連接儲熱水箱、制熱冷凝器、水泵、三通比例溫度調節閥；所述儲熱水箱和制熱冷凝器連接管線上設置有出水溫度探頭；所述一次加熱式熱泵熱水機出水溫度控制裝置還包括與水溫度探頭和三通比例溫度調節閥連接的比例調節控制器。該實用新型雖然解決了在環境溫度較低時進入冷凝器的水流量小，冷凝效果差的問題，但仍沒有根本解決水量調節閥的孔徑小易被堵住，導致機組因水流量不正常而故障停機的問題。而且機組在除霜時還會將大量的冷水送到水箱中，這樣就不能保證熱水的正常使用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是要提供一種用于一次加熱式熱泵熱水機的控制裝置，可以保證出水溫度達到設定溫度且不受進水流量的影響，取代現有的水量調節閥水溫控制裝置，在保證加熱熱水的穩定性和持續性的同時，解決現有水量調節閥在一次加熱過程中帶來的易堵塞、故障率高的技術問題。
[0006]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:
[0007]一種一次加熱式熱泵熱水機控制裝置，用于具備三水箱雙回路循環熱水結構的熱泵熱水機的水溫控制，所述的熱泵熱水機包括與熱泵機組冷凝器的水路連通的循環泵、第一循環水箱、第二循環水箱和儲熱水箱，并且通過第一電磁閥、第二電磁閥和三通閥的連接控制，構成溫控切換的三水箱雙回路循環熱水結構；其特征在于:
[0008]所述的控制裝置包括運行參數設定模塊，水量檢測控制模塊，水溫檢測控制模塊，熱泵控制器和電磁閥驅動器；
[0009]所述運行參數設定模塊連接到水量檢測控制模塊和水溫檢測控制模塊，液位傳感器連接到水量檢測控制模塊的輸入端，水量檢測控制模塊的輸出端連接到熱泵控制器的輸入端，熱泵控制器的輸出端連接到熱泵機組的壓縮機、翅片換熱器風機和循環泵；水量檢測控制模塊還通過熱泵控制器連接到電磁閥驅動器；
[0010]第一水溫傳感器、第二水溫傳感器和出水溫度傳感器連接到水溫檢測控制模塊的輸入端；水溫檢測控制模塊的輸出端，通過電磁閥驅動器，連接到第一電磁閥、第二電磁閥和三通閥的驅動線圈；
[0011]所述的一次加熱式熱泵熱水機控制裝置通過循環執行以下步驟連續制取恒溫熱水:
[0012]所述的水量檢測控制模塊檢測儲熱水箱的液位，當液位低于水位下限值時，控制熱泵機組啟動，從第一加熱循環回路開始制取熱水；當液位到達水位上限值時，所述的水量檢測控制模塊控制熱泵機組停止運行，同時關閉第一電磁閥和第二電磁閥，停止進水；
[0013]所述的一次加熱式熱泵熱水機控制裝置通過循環執行以下步驟連續制取恒溫熱水:
[0014]SlO:水溫檢測控制模塊檢測第一水箱水溫，第二水箱水溫和三通恒溫熱水管的出水溫度；
[0015]S20:當第一水箱水溫達到設定水溫時，三通閥從a-b 口連通狀態切換至a_c 口連通狀態，進入第二加熱循環回路運行狀態；同時，第一電磁閥開啟，利用冷水進水壓力和冷熱水溫差重力，將第一循環水箱內完成加熱的恒溫熱水，頂到儲熱水箱內；
[0016]S30:當第二水箱水溫達到設定水溫時，三通閥從a-c 口連通狀態切換至a_b 口連通狀態，返回第一加熱循環回路運行狀態；同時，第二電磁閥開啟，利用冷水進水壓力和冷熱水溫差重力，將第二循環水箱內完成加熱的恒溫熱水，頂到儲熱水箱內；
[0017]S40:當進入第一循環水箱或第二循環水箱冷水使出水溫度低于設定水溫時，水溫檢測控制模塊控制第一電磁閥和第二電磁閥關閉，停止冷水進水。
[0018]本發明的一次加熱式熱泵熱水機控制裝置的一種較佳的技術方案，其特征在于所述的第一水溫傳感器和第二水溫傳感器，分別設置在第一循環水箱和第二循環水箱的下部；所述的出水溫度傳感器設置在三通恒溫熱水管的出口通道，所述的液位傳感器設置在儲熱水箱的內部。
[0019]本發明的一次加熱式熱泵熱水機控制裝置的一種更好的技術方案，其特征在于所述的控制裝置還包括除霜控制模塊，所述的熱泵機組還包括連接在制冷劑循環回路的四通閥，所述的除霜控制模塊通過環境溫度傳感器獲取環境溫度，通過設置在翅片換熱器上的翅片溫度傳感器獲取翅片溫度，根據環境溫度和翅片溫度判斷翅片換熱器的結霜狀態，通過熱泵控制器控制四通閥改變制冷劑的流向，執行除霜操作。
[0020]本發明的另一個目的是要提供一種用于上述一次加熱式熱泵熱水機控制裝置的控制方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:
[0021]一種用于上述一次加熱式熱泵熱水機控制裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟:
[0022]SlOO:運行參數設定模塊獲取水溫設定值，水位上限值和水位下限值；
[0023]S200:水量檢測控制模塊檢測儲熱水箱液位；
[0024]S220:若儲熱水箱液位彡水位下限值，關閉第一、二電磁閥，熱泵機組停機，返回步驟S200 ;否則，轉步驟S