一種超低溫熱泵熱水機動態流量控制法

王天舒

（江蘇天舒電器股份有限公司，江蘇 南通 226010）

1 技術設計的目的

由于蓬勃發展的中國經濟、高速增長的熱水需求、節能產品的美好市場前景，以及商用和工業用及類似用途的熱泵熱水機對傳統制熱水設備革命性的替代趨勢，使眾多敏銳的廠家和商家精英，紛紛投身該領域。目前國內從事熱泵熱水機生產的廠家已遍布大江南北，市場已形成激烈競爭的局面。

由于我國水資源，特別是地下水資源相對缺乏，這種情況在三北等傳統的供熱水地區更為嚴重，所以發展地下水源熱泵受到了諸多條件的限制。同時因為水源熱泵熱水機是常年吸收地下的熱量，因此地下可提供的熱量會越來越少，最終會產生機組不能吸收到足夠的熱量，從而不能正常地制取熱水。空氣源熱泵機組除了具有環保、節能的特點外，還有系統簡單、初投資低、維護方便、調節靈活等特點，因此已得到了大面積的推廣應用。市場上大量推廣的普通空氣源熱泵機組不能在低溫環境（-7℃以下）中去長期可靠的工作。

由于超低環境溫度空氣源熱泵熱水機即使在北方寒冷地區的綜合能效比與水源熱泵相當，而且外界供熱的熱源穩定，同時它幾乎不占用土地面積，初投資較其它熱泵產品低得多，因此，在寸土寸金的條件下，這種初投資低、占地少、調節方便的超低溫空氣源熱泵熱水機就成為今后取暖、洗浴最理想的加熱設備。但是超低溫熱泵熱水機在主輔回路流量分配和控制技術上很難解決完善，同時主輔節流裝置都是依據空調工況而調定的過熱度，因此產品的性能和穩定性得不到保證。

一種超低溫熱泵熱水機動態流量控制法，通過設計1個三通比例分析調節閥，合理地調節主輔回路的流量，同時也能有效的改變主輔回路的過熱度，從而保證超低溫熱泵熱水機在高低環境溫度、高低水溫時，機組能夠高效、穩定運行。

2 一種超低溫熱泵熱水機動態流量控制法原理圖

圖1

3 技術說明

圖1為一種超低溫熱泵熱水機動態流量控制法原理圖。運行流程為：低溫補氣壓縮機排出高溫高壓的氟利昂氣體經冷凝器進行熱交換，將從冷凝器出來的制冷劑液體直接進入經濟器，再到三通比例分析調節節流閥，然后分兩路，一路到主路節流裝置,另一路到輔路節流裝置，到主路節流裝置后再到蒸發器組件進行吸收熱量，到輔路節流裝置后再到經濟器進行熱交換，熱交換后的氣態制冷劑回到壓縮機補氣口。

在圖1的系統原理圖中，開機時，控制主板控制三通比例分析調節節流閥A-C直通，保證主制冷回路快速達到穩態，運行3min后，控制主板檢測到環境溫度，如環境溫度不小于10℃時，控制主板控制三通比例分析調節節流閥A-C保持直通，B完全關閉，機組因為蒸發效果優越，不需要進行補氣，將冷凝出來的制冷劑全部到蒸發器組件中進行蒸發，吸收空氣中的免費熱量。當環境溫度低于10℃時，通過控制主板對溫度探頭a、溫度探頭b、溫度探頭c、溫度探頭d、溫度探頭e、溫度探頭f共6個溫度進行檢測、分析，具體動作情況如下：溫度探頭a檢測到的溫度設為Ta，溫度探頭b檢測到的溫度設為Tb，溫度探頭c檢測到的溫度設為Tc，溫度探頭d檢測到的溫度設為Td，溫度探頭e檢測到的溫度設為Te，溫度探頭f檢測到的溫度設為Tf。

（1）當Tf-Te≥5且Tb-Ta≤3,此時流入到蒸發器組件的流量偏小，流入到經濟器的流量過大，從而會降低產品的制熱量和能效。控制主板根據檢測到的 Ta、Tb、Tc、Td、Te、Tf，控制主板控制三通比例分析調節閥進行比例調節，增加A-C的制冷劑流量，減少A-B的流量，直到達到3≤Tf-Te＜5、10＜Tb-Ta≤6、｜Tb-Td｜≤2的3個條件同時滿足時，三通比例分析調節閥調節結束，產品維持此狀態運行。

（2） 當 3≤ Tf-Te＜ 5、3≤ Tb-Ta＜ 8、 ｜Tb-Td｜≤2時,此時控制主板控制三通比例分析調節閥保持原開度，不進行調節結束，產品維持此狀態運行。

（3）當Tf-Te＜3且8≤Tb-Ta時,流入到蒸發器組件的流量偏大，流入到經濟器的流量過小，容易出現蒸發器組件蒸發不了，壓縮機吸氣量過低，甚至還可以出現回液的現象，而且由于流入經濟器的流量過小，壓縮機的補氣量也會降低，造成制冷劑的循環流量大幅降低，流入到系統中的潤滑油不能有效返回壓縮機，壓縮機因潤滑不良而形成批量損壞。制冷劑循環流量降低時，制熱量也會大幅下降。控制主板根據檢測到的Ta、Tb、Tc、Td、Te、Tf，控制三通比例分析調節閥進行比例調節，增加A-C的制冷劑流量，減少A-B的流量，直到達到3≤Tf-Te＜5、10＜Tb-Ta≤6、｜Tb-Td｜≤2的3個條件同時滿足時，三通比例分析調節閥調節結束，產品維持此狀態運行。

（4）當Tf-Te＜3且Tb-Ta＜3時,此時參與循環的制冷劑流量都超過系統需求的流量，此時三通比例分析調節閥會自動關閉總進口的開度，降低制冷劑的總循環流量，滿足主輔回路的流量需求。

（5）除霜時，控制主板控制三通比例分析調節節流閥A-C保持直通，B完全關閉，保證產品的除霜效果。

（6）除霜結束后，機組轉入正常制熱運行，環境溫度≥5℃時，除霜結束后3min內，控制主板控制三通比例分析調節節流閥A-C保持直通，B完全關閉。3min后再按檢測的溫度進行比例分析調節；-5≤環境溫度＜5℃時，除霜結束后5min內，控制主板控制三通比例分析調節節流閥A-C保持直通，B完全關閉。3min后再按檢測的溫度進行比例分析調節；環境溫度＜-5℃時，除霜結束后7min內，控制主板控制三通比例分析調節節流閥A-C保持直通，B完全關閉。3min后再按檢測的溫度進行比例分析調節。

4 技術創新點

（1）創新出的三通比例分析調節閥具有的特性：①結構為一進兩出結構裝置，不同于空調中的電子膨脹閥，只有一個出口。②能夠自動調節節流深度，調節范圍比熱力膨脹閥更穩定，調節范圍更廣，同時現在的熱力膨脹閥主要是針對空調工況而設計，不適應熱泵熱水機全年的運行工況的需求，通過創新出的三通比例分析調節閥，更能適應熱泵熱水機的過冷和過熱度的需求。③根據控制主板檢測的各個溫度參數，通過三通比例分析調節閥的調節，可以合理分配主輔回路的制冷劑循環量，調節后的主輔回路的制冷劑更符合蒸發和經濟器的要求。

（2）創新的三通比例分析調節閥的動態流量控制法，通過對環境溫度、進水溫度、進出經濟器的四路溫度、進出蒸發器溫度進行全面檢測和分析，進行非線性控制，得出合理的主輔回路的制冷劑流量。

（3）創新出的超低溫熱泵熱水機在開停、除霜、除霜轉換為正常制熱水的幾種狀態下，三通比例分析調節閥的控制方法，保證產品在上述特殊階段，機組能穩定高效運行。