一种热泵热水器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种热泵热水器，包括：CO2跨临界循环系统和控制器，所述控制器用于：在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力以达到所述预设最优排气压力，实时调节所述气体冷却器的出水温度以达到目标出水温度；在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力以达到所述实时最优排气压力。本发明专利技术还公开了相应的控制方法。采用本发明专利技术实施例，能够有效避免耦合因素对热泵热水器的循环系统带来的负面影响，减少循环系统进入稳定阶段需要等待的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种热泵热水器及其控制方法
本专利技术涉及热泵热水器领域，尤其涉及一种热泵热水器及其控制方法。
技术介绍
空气源热泵热水器作为一种节能产品，近年来获得了长足的发展。而冷媒CO2自然环保，无毒无污染，是21世纪最具前景的制冷剂，被广泛应用于热泵热水器。在热泵热水器的CO2跨临界循环系统中，高温高压的CO2冷媒在气体冷却器中被水冷却，放出热量，从而提高水的温度，通过对出水流量的控制可以完成对出水温度的调节。另外，对于CO2跨临界循坏系统，在蒸发温度和气体冷却器出口温度一定时，改变排气压力可以获得不同的COP值，使COP值最大的排气压力称为最优排气压力。为了节约能源，在热泵运行时，通过膨胀阀控制压缩机的排气压力达到最优排气压力。最优排气压力Pdopt与气冷器出口温度Tgc、空气温度Ta满足Pdopt＝f(Tgc，Ta)的关联式。在热泵热水器的启动阶段，循环系统处于非稳定状态，现有的控制策略通常采用多个控制参数同时调节的方法，经过一定时间后使各个参数达到稳定运行的状态。然而，在实施本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术至少存在如下问题：对于CO2跨临界循环系统，水流量的变化会影响气体冷却器出口温度，而最优排气压力的变化受气体冷却器出口温度的影响。当出水流量较小时，高压侧放热不完全，气体冷却器出口温度高，排气压力增大，对应的最优排气压力也较高。在热泵的启动阶段，由于循环系统中各个参数都处于动态变化中，在控制出水流量以调节出水温度过程中，出水流量的变化导致气体冷却器出口温度和最优排气压力发生变化，导致膨胀阀会根据气体冷却器出口温度去调节排气压力，而排气压力反过来又在很大程度上影响出水温度，也就是说，热泵热水器的最优排气压力、气冷器出口温度、出水流量三者之间存在高度耦合的关系。由此将导致系统调节过程中，出水温度降低，排气压力也降低，出水温度升高，排气压力也升高的周期性波动，使得控制系统陷入耦合因素带来的负面影响。因此，采用现有技术的控制策略，循环系统无法很快进入稳定状态，甚至可能进入周期性波动的不正常状态。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种热泵热水器及其控制方法，其能够有效避免耦合因素对热泵热水器的循环系统带来的负面影响，减少循环系统进入稳定阶段需要等待的时间。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种热泵热水器，包括：CO2跨临界循环系统，用于采用CO2冷媒对水进行加热；其中，所述CO2跨临界循环系统包括气体冷却器、节流机构、蒸发器和压缩机；控制器，与所述CO2跨临界循环系统电连接，其中，所述控制器包括：预设最优高压确定单元，用于在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；目标出水温度调节单元，用于通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；实际出口温度获取单元，用于在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；实时最优高压调节单元，用于根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。作为上述方案的改进，所述预设最优高压确定单元，具体包括：空气温度获取子单元，用于在所述热泵热水器启动后，获取当前的空气温度；预设出口温度确定子单元，用于确定所述气体冷却器的预设出口温度；预设最优高压计算子单元，用于根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系；预设最优高压调节子单元，用于实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。作为上述方案的改进，所述预设最优高压计算子单元，具体用于：根据所述空气温度、所述气体冷却器的预设出口温度，通过以下计算公式计算所述预设最优排气压力：Pdopt0＝(0.0025×Tgc0-0.065)×Tgc0+(Ta-27)×0.0245+9.0333；其中，Pdopt0为所述预设最优排气压力；Tgc0为气体冷却器的预设出口温度；Ta为所述空气温度。作为上述方案的改进，所述预设出口温度确定子单元，具体用于：在所述热泵热水器启动后，获取所述气体冷却器的进水温度；根据所述气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度与所述进水温度、目标出水温度的对应关系。作为上述方案的改进，所述预设的关系映射表中，在所述目标出水温度确定的情况下，当所述气体冷却器的进水温度小于预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为Ti+n；其中，Ti为所述气体冷却器的进水温度，n≥1；当所述气体冷却器的进水温度大于等于所述预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为预设的固定温度值。作为上述方案的改进，所述实时最优高压调节单元，具体用于：根据所述气体冷却器的实际出口温度和空气温度，通过以下计算公式计算所述循环系统的实时最优排气压力：Pdopt(t)＝[0.0025×Tgc(t)-0.065]×Tgc(t)+(Ta-27)×0.0245+9.0333；其中，Pdopt(t)为所述实时最优排气压力；Tgc(t)为气体冷却器的实际出口温度；Ta为所述空气温度；实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。本专利技术实施例还提供了一种热泵热水器的控制方法，包括：在所述热泵热水器的启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。作为上述方案的改进，所述确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力，具体包括：在所述热泵热水器的启动后，获取当前的空气温度；确定所述气体冷却器的预设出口温度；根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系；实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热泵热水器，其特征在于，包括：/nCO2跨临界循环系统，用于采用CO2冷媒对水进行加热；其中，所述CO2跨临界循环系统包括气体冷却器、节流机构、蒸发器和压缩机；/n控制器，与所述CO2跨临界循环系统电连接，其中，所述控制器包括：/n预设最优高压确定单元，用于在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；/n目标出水温度调节单元，用于通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；/n实际出口温度获取单元，用于在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；/n实时最优高压调节单元，用于根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。/n

【技术特征摘要】
1.一种热泵热水器，其特征在于，包括：
CO2跨临界循环系统，用于采用CO2冷媒对水进行加热；其中，所述CO2跨临界循环系统包括气体冷却器、节流机构、蒸发器和压缩机；
控制器，与所述CO2跨临界循环系统电连接，其中，所述控制器包括：
预设最优高压确定单元，用于在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；
目标出水温度调节单元，用于通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；
实际出口温度获取单元，用于在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；
实时最优高压调节单元，用于根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。


2.如权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设最优高压确定单元，具体包括：
空气温度获取子单元，用于在所述热泵热水器启动后，获取当前的空气温度；
预设出口温度确定子单元，用于确定所述气体冷却器的预设出口温度；
预设最优高压计算子单元，用于根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系；
预设最优高压调节子单元，用于实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。


3.如权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设最优高压计算子单元，具体用于：
根据所述空气温度、所述气体冷却器的预设出口温度，通过以下计算公式计算所述预设最优排气压力：
Pdopt0＝(0.0025×Tgc0-0.065)×Tgc0+(Ta-27)×0.0245+9.0333；
其中，Pdopt0为所述预设最优排气压力；Tgc0为气体冷却器的预设出口温度；Ta为所述空气温度。


4.如权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设出口温度确定子单元，具体用于：
在所述热泵热水器启动后，获取所述气体冷却器的进水温度；
根据所述气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度与所述进水温度、目标出水温度的对应关系。


5.如权利要求3所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设的关系映射表中，在所述目标出水温度确定的情况下，
当所述气体冷却器的进水温度小于预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为Ti+n；其中，Ti为所述气体冷却器的进水温度，n≥1；
当所述气体冷却器的进水温度大于等于所述预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为预设的固定温度值。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东方，夏兴祥，李东哲，高永坤，周敏，
申请(专利权)人：青岛海信日立空调系统有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37