一种热泵热水机和控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种热泵热水机及其控制方法，特别涉及一种带蓄冷结构的热泵热水机和控制方法。
背景技术
目前市场上，销售的空气源热泵热水机和带空调机功能的热泵热水机功能单一，需要在同一时段多种功能一起使用才体现节能的作用，不能将热泵循环所产生的能量完全利用。带蓄冷结构的热泵热水机可以最大限度的利用这些能量，把它通热水和冷冻冰的形式，在人们的日常生活中应用。
【发明内容】
本发明的目的是公开一种热泵热水机和控制方法，可以高效节能的利用资源、环保无污染。
本发明的热泵热水机，包括顺序连接且构成回路的压缩机、套管式换热器、室外蒸发器，还包括用于将液态制冷剂变为气态的蓄冷换热器，蓄冷换热器与室外蒸发器并联在回路中；蓄冷换热器为内外两层桶体结构，内外两层桶体结构中间设置有保温材料。
上述技术方案中，在内层桶体结构内设有与热泵热水机连通的蒸发盘管，蒸发盘管内流有液态制冷剂，蒸发盘管具体为铜管，蒸发盘管呈不规则排列。
上述技术方案中，内层桶体结构内、蒸发盘管外部加有蓄冷剂，蓄冷剂由水和冰点调节剂构成，冰点调节剂包括乙二醇、乙醇、氯化钠。
上述技术方案中，保温材料为硬质PU发泡保温材料；放热换热器为套管式换热器或钎焊板式换热器。
上述技术方案中，还包括智能模糊控制程序，所述智能模糊控制程序通过采集水箱、室外环境和蓄冷换热器的温度，自动判别热泵热水机是否进入正常制热水和蓄冷制热水状态。
本发明的热泵热水机的控制方法，包括以下步骤：对水箱、室外环境和蓄冷换热器的温度进行采样；如果水箱温度大于设定温度，则关闭所有输出，继续对水箱、室外环境和蓄冷换热器的温度进行采样；否则，放热换热器开始工作。
上述技术方案中，在放热换热器开始工作的情况下：如果蓄冷换热器温度小于设定温度，则室外蒸发器开始工作，蓄冷换热器结束工作；否则，蓄冷换热器开始工作。
本发明的热泵热水机，提高资源的利用效率、环保无污染，采用冰蓄冷方式，冰冻水温度可降至2～5℃，能实现低温送风，减少空调末端用电功率和设备费用；可实现一机多用的功能，可实现制冰、融冰、制冷、融冰制冷及制热五种运行模式，满足各种负荷需求。
【附图说明】
图1是本发明热泵热水机工作流程图；
图2是本发明蓄冷换热器结构示意图；
图3是本发明蓄冷换热器运行示意图；
图4是本发明蓄冷换热器原始状态俯视图；
图5是本发明蓄冷换热器蓄冷结冰状态俯视图；
图6是本发明蓄冷换热器控制流程图。
结合附图在其上标记以下附图标记：
1-压缩机，2-四通换向阀，3-套管式换热器，4-储液器，5-电子膨胀阀，6-毛细管，7-蓄冷换热器，8-风机盘管，9-液管电磁阀，10-气管电磁阀，11-室外蒸发器，12-气液分离器，13-第一水泵，14-第二水泵，15-离心风机，16-轴流风机，17-铜管接头，18-顶端盖，19-换热器法兰，20-蓄冷桶，21-蒸发盘管，22-硬质PU发泡隔热层，23-外桶体，24-进出水管接头，25-蓄冷剂，26-底端盖，27-温度水位传感器，28-固态冰晶体。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明热泵热水机包括顺序连接且构成回路的的压缩机1、四通换向阀2、套管式换热器3、储液器4、电子膨胀阀5、室外蒸发器11和气液分离器12，还包括蓄冷换热器7，蓄冷换热器7通过毛细管6与室外蒸发器11并联，由气管电磁阀10和液管电磁阀9分别控制蓄冷换热器7与室外蒸发器11与整个系统的连通，蓄冷换热器7外还设有风机盘管8和离心风机15，用于蓄冷换热器7的快速蓄冷。其中，套管式换热器可以用钎焊板式换热器替换，两者产生的技术效果相同，在本具体实施方式中，散热换热器以套管式换热器为例具体说明。
蓄冷换热器7包括铜管接头17、顶端盖18、换热器法兰19、进出水管接头24和底端盖26，蓄冷换热器7为内外两层桶体结构，内层为用不锈钢材料滚圆焊接而成的不锈钢蓄冷桶20，外层为用冷轧钢板制作的外桶体23，中间填硬质PU发泡隔热层22，硬质PU发泡隔热层22的材料具体为环戊烷聚胺酯，其密度为38kg/m3，该结构彻底避免了蓄冷剂与外界发生传导而导致结露和能量损失。蓄冷换热器7采用直膨式蓄冰蒸发盘管21，该蒸发盘管21具体为铜管，换热效率高。蒸发盘管21设计为特殊的不规则排列方式，铜管内为低温低压液态制冷剂，铜管外为蓄冷剂结冰空间，确保了冰水良好的扰动性。在不锈钢桶体内部，蒸发盘管外部加入通常由水和冰点调节剂制成的蓄冷剂25，其中冰点调节剂可以为乙二醇、乙醇或氯化钠等。一般地，对蓄冷剂的要求为：比热大，载冷量大，从而可减小载冷剂的循环量；粘度低、导热系数高；凝固点低且要适宜，因凝固点过低将导致比热减小、粘度增大；使用安全，且对金属的腐蚀性要小。蓄冷剂的成分：18％氯化钾+5％乙二醇+1％重镉酸钠+74％水；物理特性：冰点温度-10℃，比重1.10g/cm3，比热0.64cal/g℃(20℃)，粘度10.0cp，沸点147℃左右，闪点120℃，不易燃、不易挥发，低毒性，无异味，易溶于水。
由于冰晶的融解潜热大，使得冰浆具有较高的蓄冷密度，同时由于冰晶具有较大的传热面积，使其具有较快的供冷速率和较好的温度调节特性。蓄冷换热器7的蒸发盘管21内还设有温度水位传感器27，用于测量蒸发盘管21内制冷剂的液面高度。
本发明热泵热水机包括正常制热水和蓄冷制热水两种工作状态：
正常制热水
从压缩机1出来的高温高压的气态制冷剂通过四通换向阀2失电在套管式换热器3与水箱内的水不断进行循环换热制取热水，水箱内的冷水通过第一水泵13进入套管式换热器3，经过与气态制冷剂进行热交换后变为热水，此时的制冷剂已通过冷凝变成中温高压的液体，在储液器4内使液体和气体分离，在电子膨胀阀5的节流作用下变为低温低压的液体，此时液管电磁阀9得电、气管电磁阀10失电，使室外蒸发器11连入系统，在室外蒸发器11通过轴流风机16对空气的强制对流热交换吸收空气中的热能变成低温低压的气体，再回流到压缩机，从而完成一个正常制热水的工作循环。
蓄冷制热水
从压缩机1出来的高温高压地气态制冷剂通过四通换向阀2失电在套管式换热器3与水箱内的水不断进行循环换热制取热水，水箱内的冷水通过第一水泵13进入套管式换热器3，经过与气态制冷剂进行热交换后变为热水，此时的制冷剂已通过冷凝变成中温高压的液体，在储液器4内使液体和气体分离，在电子膨胀阀5的节流作用下变为低温低压的液体，此时液管电磁阀9失电、气管电磁阀10得电，使蓄冷换热器7连入系统，在蓄冷换热器7通过蒸发盘管内制冷剂的热量吸收将蓄冷换热器7内的蓄冷剂凝结成低温的固态冰晶体28。制冷剂吸收蓄冷剂内的热能变成低温低压的气体，再回流到压缩机，完成一个蓄冷制热水的工作循环。
如图6所示，本发明热泵热水机的控制流程具体为：首先采样水箱、室外环境和蓄冷换热器7的温度；如果水箱温度大于水箱设定温度，则关闭所有输出，继续对水箱、室外环境和蓄冷换热器7的温度进行采样；如果水箱温度小于等于水箱设定温度，则启动第一水泵13，从而套管式换热器3开始工作。然后判断室外环境温度与设定温度的大小，如果室外环境温度小于26℃，则开动轴流风机16，同时液管电磁阀9得电，从而室外蒸发器11开始工作，经过延时30秒后，气管电磁阀10失电，蓄冷换热器7结束工作；如果室外环境温度大于等于26℃，则同时判断蓄冷换热器温度与蓄冷设定温度的大小关系，如果蓄冷换热器温度小于蓄冷设定温度，从而液管电磁阀9得电，室外蒸发器11开始工作，延时30秒后，蓄冷换热器7结束工作；如果蓄冷换热器温度大于等于蓄冷设定温度，则启动第二水泵14，气管电磁阀10得电，液管电磁阀9失电，蓄冷换热器7开始工作。以上一系列动作结束后，启动压缩机1，转入上述步骤判断水箱温度与设定温度的大小，一个热泵热水机的控制流程结束。
通过逆卡诺循环原理，利用少量的电能驱动压缩机热泵循环，将空气中难以利用的低品位热能转化为可用的高品位热能，将热能释放到冷水中使其升温，加热成我们工作生活所需的热水。
蓄冷制热水状态性能系数的计算公式
ε＝Q/P＝(QC+QH)/P 其中ε为性能系数 Q为总换热量 QC为蓄冷量 QH为制热量 P为机组运行功率
根据以上公式可以计算得知本发明热泵热水机的蓄冷制热水状态性能系数较高，表明热泵热水机的蓄冷制热水效率较高。
本发明热泵热水机在制取热水时，套管式换热器3制取热水，蓄冷换热器7制取空调用的冷冻冰，将热泵循环所产生的能量完全利用，可以最大限度的利用这些能量，把它变成热水和冷冻冰的形式，在人们的日常生活中得以应用。
本发明还设置智能模糊控制程序
智能模糊程序，在一般运行状态下，采集水箱、室外环境和蓄冷换热器温度等传感器的状态参数，自动判别热泵热水机是否进入制热水和蓄冷制热水状态。
根据机组自身的运行特点和我国实际用电的现状，增加了绿色运行模式，如图6所示，在一般运行状态下又增加了绿色运行状态。在绿色运行状态下，机组将自动调整运行时间为22:00-8:00，在以上运行时间内可以有效避开对国家电网用电高峰，减少的电网的负荷。其简单的结构和显著的社会经济效益日益受到重视，它对我国的经济建设和电网的调峰节能具有重要的现实意义。
本发明热泵热水机具有同时蓄热和蓄冷的功用，在夜间用电低谷时制热水和蓄冰，具有移峰填谷、均衡用电负荷、提高电力建设投资效益的优点，能够减少电厂和输配电设备的建设，使用环保廉价能源以降低污染。
以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。