一种超低温热泵热水机动态流量控制法

王天舒

（江苏天舒电器股份有限公司，江苏 南通 226010）

1 技术设计的目的

由于蓬勃发展的中国经济、高速增长的热水需求、节能产品的美好市场前景，以及商用和工业用及类似用途的热泵热水机对传统制热水设备革命性的替代趋势，使众多敏锐的厂家和商家精英，纷纷投身该领域。目前国内从事热泵热水机生产的厂家已遍布大江南北，市场已形成激烈竞争的局面。

由于我国水资源，特别是地下水资源相对缺乏，这种情况在三北等传统的供热水地区更为严重，所以发展地下水源热泵受到了诸多条件的限制。同时因为水源热泵热水机是常年吸收地下的热量，因此地下可提供的热量会越来越少，最终会产生机组不能吸收到足够的热量，从而不能正常地制取热水。空气源热泵机组除了具有环保、节能的特点外，还有系统简单、初投资低、维护方便、调节灵活等特点，因此已得到了大面积的推广应用。市场上大量推广的普通空气源热泵机组不能在低温环境（-7℃以下）中去长期可靠的工作。

由于超低环境温度空气源热泵热水机即使在北方寒冷地区的综合能效比与水源热泵相当，而且外界供热的热源稳定，同时它几乎不占用土地面积，初投资较其它热泵产品低得多，因此，在寸土寸金的条件下，这种初投资低、占地少、调节方便的超低温空气源热泵热水机就成为今后取暖、洗浴最理想的加热设备。但是超低温热泵热水机在主辅回路流量分配和控制技术上很难解决完善，同时主辅节流装置都是依据空调工况而调定的过热度，因此产品的性能和稳定性得不到保证。

一种超低温热泵热水机动态流量控制法，通过设计1个三通比例分析调节阀，合理地调节主辅回路的流量，同时也能有效的改变主辅回路的过热度，从而保证超低温热泵热水机在高低环境温度、高低水温时，机组能够高效、稳定运行。

2 一种超低温热泵热水机动态流量控制法原理图

图1

3 技术说明

图1为一种超低温热泵热水机动态流量控制法原理图。运行流程为：低温补气压缩机排出高温高压的氟利昂气体经冷凝器进行热交换，将从冷凝器出来的制冷剂液体直接进入经济器，再到三通比例分析调节节流阀，然后分两路，一路到主路节流装置,另一路到辅路节流装置，到主路节流装置后再到蒸发器组件进行吸收热量，到辅路节流装置后再到经济器进行热交换，热交换后的气态制冷剂回到压缩机补气口。

在图1的系统原理图中，开机时，控制主板控制三通比例分析调节节流阀A-C直通，保证主制冷回路快速达到稳态，运行3min后，控制主板检测到环境温度，如环境温度不小于10℃时，控制主板控制三通比例分析调节节流阀A-C保持直通，B完全关闭，机组因为蒸发效果优越，不需要进行补气，将冷凝出来的制冷剂全部到蒸发器组件中进行蒸发，吸收空气中的免费热量。当环境温度低于10℃时，通过控制主板对温度探头a、温度探头b、温度探头c、温度探头d、温度探头e、温度探头f共6个温度进行检测、分析，具体动作情况如下：温度探头a检测到的温度设为Ta，温度探头b检测到的温度设为Tb，温度探头c检测到的温度设为Tc，温度探头d检测到的温度设为Td，温度探头e检测到的温度设为Te，温度探头f检测到的温度设为Tf。

（1）当Tf-Te≥5且Tb-Ta≤3,此时流入到蒸发器组件的流量偏小，流入到经济器的流量过大，从而会降低产品的制热量和能效。控制主板根据检测到的 Ta、Tb、Tc、Td、Te、Tf，控制主板控制三通比例分析调节阀进行比例调节，增加A-C的制冷剂流量，减少A-B的流量，直到达到3≤Tf-Te＜5、10＜Tb-Ta≤6、｜Tb-Td｜≤2的3个条件同时满足时，三通比例分析调节阀调节结束，产品维持此状态运行。

（2） 当 3≤ Tf-Te＜ 5、3≤ Tb-Ta＜ 8、 ｜Tb-Td｜≤2时,此时控制主板控制三通比例分析调节阀保持原开度，不进行调节结束，产品维持此状态运行。

（3）当Tf-Te＜3且8≤Tb-Ta时,流入到蒸发器组件的流量偏大，流入到经济器的流量过小，容易出现蒸发器组件蒸发不了，压缩机吸气量过低，甚至还可以出现回液的现象，而且由于流入经济器的流量过小，压缩机的补气量也会降低，造成制冷剂的循环流量大幅降低，流入到系统中的润滑油不能有效返回压缩机，压缩机因润滑不良而形成批量损坏。制冷剂循环流量降低时，制热量也会大幅下降。控制主板根据检测到的Ta、Tb、Tc、Td、Te、Tf，控制三通比例分析调节阀进行比例调节，增加A-C的制冷剂流量，减少A-B的流量，直到达到3≤Tf-Te＜5、10＜Tb-Ta≤6、｜Tb-Td｜≤2的3个条件同时满足时，三通比例分析调节阀调节结束，产品维持此状态运行。

（4）当Tf-Te＜3且Tb-Ta＜3时,此时参与循环的制冷剂流量都超过系统需求的流量，此时三通比例分析调节阀会自动关闭总进口的开度，降低制冷剂的总循环流量，满足主辅回路的流量需求。

（5）除霜时，控制主板控制三通比例分析调节节流阀A-C保持直通，B完全关闭，保证产品的除霜效果。

（6）除霜结束后，机组转入正常制热运行，环境温度≥5℃时，除霜结束后3min内，控制主板控制三通比例分析调节节流阀A-C保持直通，B完全关闭。3min后再按检测的温度进行比例分析调节；-5≤环境温度＜5℃时，除霜结束后5min内，控制主板控制三通比例分析调节节流阀A-C保持直通，B完全关闭。3min后再按检测的温度进行比例分析调节；环境温度＜-5℃时，除霜结束后7min内，控制主板控制三通比例分析调节节流阀A-C保持直通，B完全关闭。3min后再按检测的温度进行比例分析调节。

4 技术创新点

（1）创新出的三通比例分析调节阀具有的特性：①结构为一进两出结构装置，不同于空调中的电子膨胀阀，只有一个出口。②能够自动调节节流深度，调节范围比热力膨胀阀更稳定，调节范围更广，同时现在的热力膨胀阀主要是针对空调工况而设计，不适应热泵热水机全年的运行工况的需求，通过创新出的三通比例分析调节阀，更能适应热泵热水机的过冷和过热度的需求。③根据控制主板检测的各个温度参数，通过三通比例分析调节阀的调节，可以合理分配主辅回路的制冷剂循环量，调节后的主辅回路的制冷剂更符合蒸发和经济器的要求。

（2）创新的三通比例分析调节阀的动态流量控制法，通过对环境温度、进水温度、进出经济器的四路温度、进出蒸发器温度进行全面检测和分析，进行非线性控制，得出合理的主辅回路的制冷剂流量。

（3）创新出的超低温热泵热水机在开停、除霜、除霜转换为正常制热水的几种状态下，三通比例分析调节阀的控制方法，保证产品在上述特殊阶段，机组能稳定高效运行。