供暖、通风和空调热泵系统的除霜方式技术方案

一种热泵，具体地说用于加热热水供给源的热泵配备有改进的除霜方式。起动除霜方式来从户外蒸发器除去在寒冷气候操作期间可能积累的霜。当利用热泵来加热热水时，提供一些方法来避免留在热交换器中的水被过分加热。在一种方法中，可以定期地起动水泵以便使水流动。在第二种方法中，控制装置保证降低离开压缩机的致冷剂的排放压力，而且在温度降低到低于预定的最大值之前水泵（３６）不停止。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于确定何时启动热泵的除霜方式的几点改进，还涉及在除霜方式期间保护相关系统，诸如热水供应系统。供暖、通风和空调(HVAC)系统用来在建筑物内提供冷却和供暖。一般，压缩机把致冷剂送到热交换器，这是与建筑物内部相关联的热交换器。致冷剂通过热交换器下游的膨胀装置，并在膨胀装置的下游通过蒸发器。蒸发器一般是与外部环境交换热量的热交换器。当利用HVAC系统来供暖时，它可以说是处于热泵方式。在这样的状态下，蒸发器都可以处于非常冷的环境，诸如在冬天。可能出现这样的问题，在蒸发器热交换器盘管上可能形成霜。这降低通过蒸发器热交换器把热量从所述系统传输到外部环境的能力。因而，这样的系统具有除霜方式。在除霜方式下，使离开压缩机的热致冷剂直接旁路至蒸发器。所述旁路可以通过减少热交换器中带走的热量来实现，或者可以使一些致冷剂绕过所述热交换器。至今，很少以高级控制的方法确定如何和何时应该启动除霜方式。另外，当利用热泵系统来加热水时，诸如对于热水供暖系统，在除霜方式期间可能出现问题。具体地说，往往与停止通过热交换器泵送水相结合来采用除霜方式。之所以这样做是因为若水继续流动，致冷剂将在热交换器内被冷却。在这样的状态下，处于热交换器内的水便可能沸腾，这将是不希望有的。除霜方式将近结束时，可能出现另一个问题。此刻，大量的霜将融化。有小水滴留在盘管上。因为风扇停止了，没有空气除去这些小滴。让小滴留在盘管上，增大盘管在除霜方式结束之后再一次迅速结霜的可能性。另外，因为风扇不驱动盘管上的空气，所以几乎不从盘管中的致冷剂中除去热量。因而，离开蒸发器的致冷剂温度仍旧高于要求值。专利技术概要在本专利技术的公开的实施例中，公开一种确定启动除霜操作的最佳时间的方法。具体地说，画出用于加热水的系统容量的操作范围与某系统变量的关系曲线。然后通过考察容量与所述变量比较的曲线图用实验方法开发最佳操作算法。认为在最佳情况下除霜方式的启动出现在所提供的平均容量达到最大值的点上。另外，还公开了对在除霜方式期间留在热交换器中的水的保护。所述保护可以采取以下形式在除霜方式期间定期地启动水泵，以便除去热交换器中的水，使之不会在一段过分的时间长度内经受高的致冷剂热量。作为另一方案，所述水泵可以不停止，直到致冷剂温度降低到不致于使水沸腾的点为止。就是说，可以启动开始降低压缩机出口处的致冷剂温度的某些方法，使得在水泵停止以前，致冷剂温度已降低到水的沸点以下。在推荐的实施例中，致冷剂温度的调节是利用双(或嵌套)控制回路完成的。第一控制回路把实际温度与目标温度比较，并根据目标致冷剂温度和实际致冷剂温度之间的差值确定新的致冷剂的压缩机排放压力。控制回路的第二部分通过控制膨胀装置达到新的目标压力。双控制回路的使用提供比单一的直接控制回路提供的更平滑的转变。突然的压力变动得以避免，这将延长电路部件的寿命。另外，这控制回路将允许排放温度准确地保持在目标值附近，这将把除霜时间减到最小。利用另一个特征，具体地说，在除霜周期将近结束时，把空气吹过蒸发器的盘管。一般，在除霜周期过程中，风扇是停止的，随着空气吹过蒸发器的盘管往往把热量带到空气中，使空气得到较好的用来融霜。但是，通过至少在除霜周期将近结束时开始利用风扇，可以带走融化的小水滴。另外，当水开始消失时，若温度不降低，诸如通过空气，则离开蒸发器的致冷剂的温度可能开始达到不适当的高温。这可能在系统内的别处产生问题。最后，公开了在识别何时开始和结束除霜周期方面有用的若干不同的系统变量。从以下说明书和附图可以最佳地理解本专利技术的这些及其他特征，以下是简要的说明。附图的简要说明附图说明图1是用于提供热水的热泵系统的示意图。图2A是本专利技术的系统的能力曲线图。图2B是系统状态的曲线图。图3A表示控制特征的流程图。图3B是本专利技术的系统的流程图。优选实施例的详细说明图1中示意地图解说明热泵循环20。正如已知的，压缩机22压缩致冷剂并在下游向热交换器32排放致冷剂。如图中所示，传感器24设置在这下游管线上。另外，阀26选择性地允许流入旁路管线28，旁路管线28使致冷剂的一部分绕过热交换器32旁路至下游的点30。旁路管线28是任选的，而且是提供除霜功能的部件，如下面将要说明的。热水管线34以与致冷剂发生热交换的方式从热交换器32中穿过。热水泵36驱动水流过热交换器32。膨胀装置38设置在热交换器32的下游，而蒸发器40设置在膨胀装置38的下游。一般，蒸发器40包括传热盘管。风扇42把空气吹过蒸发器40来加热蒸发器中的致冷剂。在蒸发器40的下游，致冷剂返回压缩机22。如图中所示，可以任选地设置传感器44来检测接近压缩机22的致冷剂的状态。正如已知的，热泵循环起加热水供应管线34中的水的作用。致冷剂在压缩机22中被压缩，并且当进入热交换器32时被加热。在热交换器32内，这热致冷剂把热量传递给水供应管线34中的水。泵36驱动水通过热交换器32，在下游作为热水使用。离开热交换器32的致冷剂通过膨胀装置38膨胀，然后通过蒸发器40，在蒸发器40把热量传递到外部环境。本专利技术涉及在操作循环20时的某些挑战性问题的解决。具体地说，蒸发器40处于外部并暴露于环境。低温时，可能在传热盘管上累积霜。这降低从蒸发器40中的致冷剂中除去热量的能力，因而，降低系统20把热量传送给热水34的能力。因而，除霜方式是已知的。在除霜方式下，引导热致冷剂通过蒸发器40来融霜。以先有技术中两种基本方法之一把热致冷剂输送至蒸发器40。第一，可以打开阀26，使致冷剂通过管线28绕过蒸发器32而旁路。一般，不是全部致冷剂都被旁路，而是有些致冷剂继续通过蒸发器32移动。作为另一方案，(或与所述旁路方法结合)，可以停止泵36。因为水不再被驱动通过热交换器，穿过热交换器的致冷剂往往仍旧是热的。因而，热的致冷剂接近蒸发器40。一般，在先有技术除霜方式下，在除霜方式期间风扇42也停止。如上所述，存在利用除霜方式的设计的挑战性问题。具体地说，除霜方式一般一直不是以非常有效的方式运行。还存在以下的挑战性问题除霜方式期间不适当地加热管线34中的水，因而导致当除霜将近结束和霜已经融化时，离开蒸发器40时过分高的致冷剂温度。图2A示意地表示可以由系统20输送到水中的热量和其数量如何随着时间而变化。如图中所示，定期地启动除霜方式。在除霜方式期间一般几乎没有或没有热量传送。因而，除霜方式本身降低流入水中的总热量。另一方面，如从曲线图可以理解的，由于霜在蒸发器40上积累，输送入水中的热量随着时间下降。本专利技术力求通过优化除霜方式的定时以保证最大传热来使平均传热QAVG最大化，。如图2B所示，可以用实验方法画出某些系统量(诸如室外温度和传感器44所检测的温度之间的差值)与所提供的热量的关系曲线。如在图2B中可以看到的，随着室外温度To和传感器44上的温度Tx之间的差值增加，所提供传热下降。就是说，随着霜在所述蒸发器上积累，蒸发器中致冷剂的温度往往被降低到小于出现良好的传热时的值。诸如图2B所示的曲线图是用实验方法产生的，然后用来使平均传热最大化，诸如在图2A中图解说明的。一般地，若除霜周期太频繁，则系统损失可用的传热。另一方面，若除霜周期太不频繁，则传热的斜率下降，因此出现很小的传热。因而，利用诸如在图2A中的曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热泵环路包括：压缩机，用于压缩致冷剂；在所述压缩机下游的热交换器；在所述热交换器下游的主膨胀装置；在所述主膨胀装置下游的蒸发器，和致冷剂，所述致冷剂从所述压缩机流动到所述热交换器、流动到所述膨胀装置、流动 到所述蒸发器并回到所述压缩机；以及用于所述环路的控制装置，所述控制装置可以用来控制各部件并启动除霜方式，在所述除霜方式下，致冷剂从所述压缩机的排放侧以相对较热的温度循环进入所述蒸发器，为所述蒸发器除霜，所述控制装置可以用来根据为使从 所述热泵至待加热的环境的传热最大化而开发的算法来启动所述除霜方式。

【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：J康查，Y陈，YK朴，TH西内尔，
申请(专利权)人：开利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]