CN101156030B - 热泵及操纵热泵的方法 - Google Patents

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Abstract

一种设置有单个膨胀装置和一对四通换向阀的热泵，其中一个换向阀引导制冷剂从压缩机流向室外热交换器和室内热交换器，并且引导该制冷剂返回到压缩机。第二四通换向阀接受来自其中一个热交换器的制冷剂并且适当地引导制冷剂沿单一方向流经共用的膨胀装置。依据热泵以冷却或供热模式运行来控制两个四通换向阀。单个膨胀装置传感器定位在吸气管路上，该吸气管路接受从第一四通换向阀返回到压缩机的制冷剂。本发明由此省去了现有技术所需的附加部件，并且改进了控制并降低了系统成本。

Description

热泵及操纵热泵的方法
技术领域
本发明涉及一种具有单个膨胀装置的热泵，该膨胀装置与流动控制装置连接以便依据该热泵以冷却模式或以供热模式工作从而适当地引导制冷剂流经该单个膨胀装置。
背景技术
制冷剂系统可用于控制在各种待调节的室内环境中的空气的温度和湿度。在以冷却模式工作的典型的制冷剂系统中，制冷剂在压缩机中被压缩并被输送到冷凝器(或者在这种情况下是室外的热交换器)。在冷凝器中，在外界的环境空气与制冷剂之间进行热量交换。制冷剂从冷凝器流向膨胀装置，制冷剂在该膨胀装置中膨胀为低压和低温，并随后流向蒸发器(或者在这种情况下是室内的热交换器)。在蒸发器中，在制冷剂与室内空气之间进行热量交换。当该制冷剂系统工作时，蒸发器冷却被输送到室内环境中的空气。此外，随着室内空气的温度下降，通常也除去了空气中的水分。以这种方式，还可控制室内空气的湿度水平。
以上描述了制冷剂系统以冷却模式运行的情况。在供热模式中，流经该制冷剂系统中制冷剂流动基本上是逆向的。室内的热交换器变成冷凝器并且向待调节的环境释放热量，(在这种情况下是加热待调节的环境)，并且室外的热交换器用作蒸发器并且与相对较冷的室外空气交换热量。热泵是公知的能够使得流经制冷剂循环的制冷剂流动逆向以便在供热和冷却模式中运行的系统。这通常借助在该系统中示意地位于压缩机排气端口的下游设置四通换向阀(或等效的装置)来实现。当该系统分别处于供热模式运行或冷却模式运行时，该四通换向阀选择性地引导制冷剂流经室内或室外的热交换器。一般而言，采用一对膨胀装置，每一膨胀装置与止回阀一起使用。
现有技术的热泵存在的一个问题在于，实现膨胀功能所产生的系统复杂性。由于在热泵中(依据运行的模式)制冷剂以相反的方向流动，因此提供单个满足要求的膨胀装置是困难的。此外，由于在该工业领域中提高可靠性和改善控制近来成为重要的考虑因素之一，因此在过去通常是标准配置的固定的孔口膨胀装置的应用场合中现在往往采用热力膨胀装置。
在本发明的受让人拥有的共同未决的美国专利申请No.10/693,93中披露了另一方案。在该技术构思中，所使用的单个膨胀装置具有一可移动的柱塞，依据运行的模式可移动到适当的位置。
另一方案是采用电子膨胀装置。然而，电子膨胀装置比较昂贵并需要额外的电子装置和传感器。
发明内容
在本发明所披露的实施例中，提供了一种用作热泵的制冷剂系统，该制冷剂系统设置有用于适当地引导来自压缩机的制冷剂流向室内和室外的热交换器的第一四通换向阀。第二四通换向阀在两个热交换器之间沿适当的方向引导制冷剂流经单个膨胀装置。TXV(热力膨胀阀)的感温包定位在第一四通换向阀的下游位于通向压缩机的吸气管路上。这样，无论制冷剂的流动方向如何，TXV感温包足以监控制冷剂在压缩机吸气口处的状态，并适当地控制该膨胀装置并连通返回到该膨胀装置。另外，第二四通换向阀确保制冷剂沿适当的方向流经该膨胀装置。用于该系统的控制装置使得两个四通换向阀切换到适当的位置，并且基于由TXV感温包感测到的制冷剂来控制该膨胀装置。
本发明因此提供了这样一种热泵，由于省去了额外的部件，因此其更可靠、更便宜、更容易制造。另外，还提供了改进的控制。
附图说明
参照对优选实施例的下列描述并结合附图，可以更好地理解本发明及其特征，在附图中：
图1是现有技术的制冷剂系统的示意图；和
图2是本发明的制冷剂系统的示意图。
具体实施方式
在常规的TXV(热力膨胀阀)中，感温包感测位于压缩机上游且蒸发器下游的制冷剂状态。该感温包还与TXV(热力膨胀阀)的柱塞并且控制TXV端口的开度。TXV明显比电子膨胀装置便宜，并且提供了优于固定的孔口膨胀装置的改进控制，然而，如上所述，在目前使用的热泵中通常需要两个这种TXV。
图1示出了现有技术的制冷剂系统20，其设置有压缩制冷剂并将该制冷剂输送到排气管路23的压缩机22。四通换向阀24定位成便于接受来自排气管路23的制冷剂并将该制冷剂引导到所需的热交换器。如果该制冷剂系统以冷却模式运行，该制冷剂最初经由管路26被引导到室外的热交换器28。该制冷剂随后流经止回阀32和冷却用的(cooling)热力膨胀装置30并流向室内的热交换器34。冷却用的TXV的感温包36可监控在室内热交换器34的下游的管路38上的状态，以便确保冷却用的热力膨胀装置30处于受控状态从而以所希望的过热度数值向压缩机吸气端口输送制冷剂。
管路38返回到第一四通阀24，并且制冷剂经由吸气管路39被引导返回到压缩机22。如果四通换向阀24移动到相反的位置以便热泵以供热模式运行，则制冷剂从排气管路23流入管路38，并流经室内热交换器34、止回阀42、供热用的热力膨胀装置40、室外热交换器28，并经由四通换向阀24返回到管路39。另外，TXV的感温包44可感测在管路39上的状态，并适当地控制该供热用的热力膨胀装置40，以便确保压缩机吸气的所希望的状态。
应当理解，图1所示的现有技术的简化的示意性的循环没有覆盖各式各样的不同的布置和系统构型。在系统设计中可设置其它的部件，例如吸气收集器、制冷剂存储接收器、制冷剂分配装置、制冷剂侧节能器、回热盘管、辅助的热交换器等。
尽管现有技术提供各式各样的冷却和供热的应用场合，但是其需要额外的部件。也就是说，需要采用两个不同的热力膨胀阀、两个不同止回阀、和两个不同的感温包。
本发明如图2所示。在该附图中，所示的热泵50具有将压缩后的制冷剂输送到排气管路54的压缩机52。第一四通换向阀56定位成便于选择性地将来自排气管路54的制冷剂引导到室外热交换器58或室内热交换器68中的之一。在冷却模式中，该制冷剂流经该四通换向阀56，并流向室外热交换器58并流向第二四通换向阀60。该制冷剂从第二四通换向阀60被引导到通向单个膨胀装置62的管路64中。从该膨胀装置62的下游，该制冷剂流经管路66，再流经第二四通换向阀60，并且流向室内热交换器68。制冷剂从室内热交换器68流向管路70，该管路70返回通向第一四通换向阀56。第一四通换向阀56引导该制冷剂流入管路72，在该管路72中制冷剂返回到压缩机52。单个TXV感温包74定位在管路72上，并控制热力膨胀装置62并连通回到该热力膨胀装置62。
如果该制冷剂系统以供热模式运行，两个四通换向阀56和60的工作则逆向。此刻，制冷剂从管路54流入管路70，流经室内热交换器68，并流向四通换向阀60。制冷剂可从四通换向阀60经由管路64、单个热力膨胀装置62、管路66，再经由四通换向阀60以便流向室外热交换器58，并返回到第一四通换向阀56。制冷剂可经由第一四通换向阀56流向管路72，并返回到压缩机52。
因此，在不需要至少两个独立的膨胀装置、两个止回阀、和两个感温包的情况下，本发明提供热泵的功能，并且以非常可靠且简化的方式提供了膨胀功能。
尽管已经描述本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员应当理解在本发明的范围内可作出特定的变型。因此，应当研读以下的权利要求以便确定本发明的实际内容和范围。

Claims (11)

1.一种热泵，其包括：
压缩机、室外热交换器、和室内热交换器、以及第一流动控制装置，当该热泵以冷却模式运行时，该第一流动控制装置选择性地引导来自该压缩机的制冷剂至该室外热交换器，并且当该热泵以供热模式运行时，引导制冷剂至该室内热交换器，制冷剂从该室内热交换器和该室外热交换器中的任一者流向第二流动控制装置，并且该第二流动控制装置定位成当该热泵以冷却模式运行时便于接受来自该室外热交换器的制冷剂并当该热泵以供热模式运行时便于接受来自该室内热交换器的制冷剂，并且定位成便于引导该制冷剂沿单一方向流经共用的膨胀装置，流经该共用的膨胀装置的制冷剂当该热泵以冷却模式运行时再经由该第二流动控制装置流向该室内热交换器，并且当该热泵以供热模式运行时再经由该第二流动控制装置流向该室外热交换器，所述制冷剂流经该第一流动控制装置并返回到该压缩机，吸气管路接受来自该第一流动控制装置的制冷剂并将该制冷剂输送到该压缩机的吸气端口，并且膨胀装置传感器设置在该吸气管路上，该膨胀装置传感器与该共用的膨胀装置连通。
2.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，该共用的膨胀装置是热力膨胀阀，该膨胀装置传感器是感温包。
3.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，该共用的膨胀装置是热力膨胀阀。
4.如权利要求1所述的热泵，其特征在于，该第二流动控制装置和该第一流动控制装置的功能均由相同类型的流动控制装置提供的。
5.如权利要求4所述的热泵，其特征在于，该第一流动控制装置是四通换向阀，该第二流动控制装置是四通换向阀。
6.一种操纵热泵的方法，其包括以下步骤：
(1)提供压缩机、室外热交换器、和室内热交换器、以及第一流动控制装置，当该热泵以冷却模式运行时，该第一流动控制装置选择性地引导来自该压缩机的制冷剂至该室外热交换器，并且当该热泵以供热模式运行时，引导制冷剂至该室内热交换器，制冷剂从该室内热交换器和该室外热交换器中的任一者流向第二流动控制装置，并且该第二流动控制装置定位成当该热泵以冷却模式运行时便于接受来自该室外热交换器的制冷剂并当该热泵以供热模式运行时便于接受来自该室内热交换器的制冷剂，并且定位成便于引导该制冷剂沿单一方向流经共用的膨胀装置，流经该共用的膨胀装置的制冷剂当该热泵以冷却模式运行时再经由该第二流动控制装置流向该室内热交换器，并且当该热泵以供热模式运行时再经由该第二流动控制装置流向该室外热交换器，所述制冷剂流经该第一流动控制装置并返回到该压缩机；
(2)确定以冷却模式或以供热模式来操纵该热泵；和
(3)基于所述确定步骤(2)来定位该第一和该第二流动控制装置。
7.如权利要求6所述的操纵热泵的方法，其特征在于，还包括以下步骤，提供吸气管路以便接受来自该第一流动控制装置的制冷剂并将该制冷剂输送到该压缩机的吸气端口，并且将膨胀装置传感器设置在该吸气管路上，该膨胀装置传感器与该共用的膨胀装置连通。
8.如权利要求7所述的操纵热泵的方法，其特征在于，该共用的膨胀装置是热力膨胀阀，该膨胀装置传感器是感温包。
9.如权利要求6所述的操纵热泵的方法，其特征在于，该共用的膨胀装置是热力膨胀阀。
10.如权利要求6所述的操纵热泵的方法，其特征在于，该第二流动控制装置由单个阀提供，该第一流动控制装置由相同类型的阀来提供。
11.如权利要求10所述的操纵热泵的方法，其特征在于，该第一流动控制装置是四通换向阀，该第二流动控制装置是四通换向阀。
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