对气动热泵装置中蒸发器除霜的控制制造方法及图纸

在一采用致冷循环并工作在一环境空气组成的冷源（Ｓ↓［ｆ］）和一热源（Ｓ↓［ｃ］）之间的热泵装置中，外部空气温度（ＴＬ）和蒸发器中冷却气体的压力（ＰＥ）和／或温度（ＴＥ）被当作参考参数，根据这些参数来进行蒸发器除霜。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热泵为采用冷却循环或致冷循环(逆卡诺循环)来产生中和高温热的机器。遵循这一循环的致冷机器采用呈外部机械形式(功-L)的能量，并最终将热能从一低温热源(TL)传递到一高温热源(TH)。一个热泵的效率表示为COP(性能系数)，并被定义为如下的比值COP＝EH/L，式中EH为产生给高温热源TH的热能。由于EH＝L+EL，式中EL为从低温热源TL排出的热能，因此COP＝(EL+L)/L＝1+EL/L。在一理想卡诺致冷循环中COP＝TH/(TH-TL)，TH和TL用开氏温度表达。这一关系式表示对热源的一相同温度TH值来说，两热源间的温差越小，热泵的COP便越大。附图说明图1示出用作为热泵的一基本冷却回路。它主要包括一压缩机CP、一高温热交换器(位于热源Sc上的冷凝器Co)、一低温热交换器(位于冷源Sf上的蒸发器Ev)、以及一膨胀阀VE。操作中·冷却机接收从冷源Sf来的热，其中热能EL从温度为TL的冷源，Sf流向温度为TE的蒸发器(TE≤TL以引起一热流)；·压缩机将机械能L提供给冷却循环；·冷却机产生热EH给热源Sc；热从温度为TC的冷凝器流至温度为TH的热源(TH≤TC)；·冷却流体的温度经过膨胀阀被降低。在一理想冷却机器中，冷凝器和蒸发器上的转换发生在与热源相同的温度上，与此相比，实际冷却机由于(热流的原因)必须以较大的温差来工作，因此具有更坏的COP。a)TC-TE＞TH-TL其中b)TC＞TH； c)TE＜TL。在构造致冷机或冷却机中，主要的目的是通过降低表达式b)和c)中各自的温差来降低式a)中第一项和第二项之间的差。式b)和c)表示的温差取决于在设计冷却机器中所涉及到的热交换器的尺寸以及技术上和经费方面的因素。一个无限大的热交换器显然将以加热流体和被加热流体间的零温差来工作。因此，每一冷却机根据其设计具有其自己的操作值TL-TE和TC-TH。如果在工作中能将这些温差保持在最小值上，冷却机当然能以最大可能的COP进行工作。在气动热泵中，冷源为外部环境空气而热源则为冷凝器中产生的热水或空间中被加热的空气。蒸发器上的热交换发生在蒸发的冷却剂流体和热含量减少的外部空气之间。这一点被描述为热含量的变化，因为在蒸发器中的转换过程中发生的空气冷却现象取决于温度和相对湿度等参数。热泵所采用的空气蒸发器由多组翅片式管子所组成。冷却液在管子内部流动，而外部环境空气在管子外流动。当空气遇到翅片式管子组的冷表面时，便会将其部分的含水量以冷凝水的形式沉积在管子表面。进入一组管子的空气绝对湿度越高，被沉积的冷凝水量便越大。图2示出一空气湿度图。在湿度图中表示为1-2的冷却转换中，在点1为主导的条件(冷却开始)下，空气绝对湿度高，而在点2(冷却结束)时，空气含水量较低；转换1-2发生，结果使冷凝水沉积在该组管子表面上。在冷却转换3-4中，冷却前空气含水量低，且并不给输出造成变化；因此转换3-4发生时并不造成冷凝水的沉积。当低于给定的外界空气温度和相对湿度值时，翅片式管子组(蒸发器)中的致冷剂或冷却流体获得负的温度值，该温度值将管子和翅片外表面的温度降到0℃和0℃以下。在这些条件之下，冷凝水结冰并以雪花状冰或霜的形式积集在翅片上。冰增加了热阻并使空气和冷却流体之间的热交换变坏；TL-TE差值增加，热泵的COP则变坏。在结霜过程中，蒸发温度TE降低，尽管此时外界空气温度TL仍保持不变。因此，为保持高的冷却机COP值，必须除去蒸发管上沉积的冰。在热泵冷却机器中，一种称之为“除霜循环”的功能被周期性地激发来熔化沉积在翅片式管子上的冰或霜。除霜可采取不同的方式进行(采用逆向循环，注入热空气或通风，采用电阻器等等)。在除霜循环中，冷却机在下述意义上可说是处于不活泼状态此时高温热的产生被完全或部分地中断。为保证热泵的正确操作，要紧的是量化和预报结霜的形成量并迅速激发除霜循环。如果除霜循环太频繁或太不频繁，热泵的COP以及每小时高温热能的输出都将减少。湿气以冷凝水形式沉积在蒸发器翅片上的现象取决于外部空气条件。这些条件与热泵所赖以工作的气候的、气象学的、季节的和环境的变化因素有关。这些变化因素间的关系是如此复杂，以致在实际中不可能来激活最佳的除霜循环。迄今已知的热泵通常采用定时除霜系统、温度操作系统、负压系统、以及组合上述三种形式全部或几种的混合系统。在定时系统中，除霜循环周期性地在一预置时间经过之后运作。冷却机控制系统通常允许该时间被设定。根据热泵要工作的气候条件可以合适地预置热泵。然而，该系统却无法考虑其它三个变量(气象学的、季节的和环境的条件)在翅片式管子上形成冰和霜过程中的影响作用。必须考虑所有三个变量的最坏状况条件，该条件意味着除霜循环将比一年中中间季节或当气象条件较好时所需的次数更频繁。在温度操作系统中，在蒸发器中的一温度计探头检测能引起结冰的温度状况并控制除霜。该系统要求对每一冷却机单独进行标定和设置。它可被用于批量生产的冷却机或与其它系统结合起来使用。它所表现出来的缺点是它假定在输出温度和结在蒸发器上的冰之间有一紧密的关系。然而，当空气温度低且空气湿度也低时，在装置上将不会形成冰，而系统却仍命令冷却机除霜。在负压系统中，由一标定过的差压开关来触发除霜循环。在蒸发器上的结冰不仅造成热阻的增加，也引起对流经蒸发器气流的阻力增加。该系统表现出来的缺点是易受风的影响；它也难于被应用于蒸发器上带轴流式风扇的热泵。本专利技术的目的是消除已有技术所存在的缺点并确保除霜仅当需要且如需要那样地发生。这一目的是用本专利技术权利要求1所述的方法来实现的。以下来说明这一方法。在前面已提到过的图中图1示意画出一热泵机器，图2为空气湿度图，其中x轴表示温度(单位为℃)，y轴表示绝对湿度(单位为g/kg)。组成本专利技术主题的新方法对任何气候的、气象的、季节的或环境的状况均采用两个温度来最佳地控制热泵除霜循环。两温度之一可用压力测量来检测。如前所述，热泵有效工作的前提条件之一是TL-TE项必须始终保持在最小值范围内。根据本专利技术的管理和控制热泵的方法涉及连续测量蒸发器中冷却气体的压力PE和外部空气温度TL。正如在任何流体的场合那样，蒸气压力PE和饱和温度TE在位相转变过程中是处于一种单义的关系；结果便可以从压力计读数来得到蒸发温度PE值。通过监测差值TL-TE(或引入系统检测)，便可确定何时在蒸发器上结霜。在紧接着一个除霜循环之后的几分钟内，霜尚未积聚在蒸发器的表面上，因而值TL-TE为可能的最小值，即δTi。该值包括冷却机器工作所处的有关气候、气象、季节和环境的条件的所有信息。一经启动冷却机(第一次启动)，新的管理和控制热泵的方法提供一第一除霜循环，当这一起始循环结束之后，则检测并存储发生在除霜之后第四和第五分钟之间的均值δTi。在上述条件之下，结冰尚未形成，或结冰量最多仅仅为很少一点尚不至于影响到冷却机的行为。随着霜在蒸发器上的形成，TL-TE逐渐增加超过起始值δTi。当冷却机的温度计探头检测到TL-TE＞δTi+δT增量时，到触发一个除霜循环。当除霜结束后，则重新检测和存储发生于第四和第五分钟间的新均值δTi。监测系统以这种方式连续地刷新δTi值，这样冷却机的行为便根据气象条件(雨、雾、风)以及季节和环境的条件(白天/夜晚、晴/阴)跟着变化。热泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制和管理在热泵装置中蒸发器除霜的方法，热泵装置工作在一环境空气组成的冷源（Ｓ↓［ｆ］）和一热源（Ｓ↓［ｃ］）之间，其特征在于：所用控制参数为外部空气温度（ＴＬ）以及蒸发器中冷却气体的压力（ＰＥ）和／或温度（ＴＥ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：路易吉罗索，罗伯托特雷卡特，
申请(专利权)人：RC集团股份公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]