CN102216700B - 热泵系统及操作方法 - Google Patents

Abstract

一种能够在冷却模式、加热模式和除霜模式下操作的热泵系统，所述热泵系统包括：位于制冷剂回路内的制冷剂压缩机（20）、换向阀（30）、第一换热器（40）和第二换热器（50），以及位于所述制冷剂回路内介于所述第一换热器（40）和所述第二换热器（50）之间的主膨胀设备（45）；所述换向阀（30）能够定位于第一位置以便所述热泵系统在冷却模式或除霜模式下的操作，并能够定位于第二位置以便所述热泵系统在加热模式下的操作；制冷剂旁通回路从第一位置处的制冷剂回路到在第二位置处位于所述制冷剂回路内的贮液器（70）建立制冷剂流动路径，所述第一位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备（45）上游并且在所述第一换热器（40）下游，所述第二位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备（45）下游。

Description

热泵系统及操作方法

技术领域

本发明一般涉及热泵，更具体地，涉及空气源热泵的制冷回路及操作方法。

背景技术

空气源热泵使用外界环境空气作为分别用于加热或冷却另一换热介质的热源或热沉。常规的空气源热泵包括以本领域公知的方式设置在制冷剂蒸气压缩循环制冷剂回路中的压缩机、换向阀、第一换热器、膨胀设备及第二换热器。空气源热泵一般通过选择性定位换向阀而在加热模式与冷却模式之间切换。在常规系统中，第一换热器位于室外，并且当热泵在冷却模式下操作时用作制冷剂排热换热器（例如制冷剂蒸气的冷凝器），而当热泵在加热模式下操作时用作制冷剂吸热换热器（例如制冷剂蒸发器）。相反，第二换热器当热泵在冷却模式下操作时用作制冷剂吸热换热器而当热泵在加热模式下操作时用作制冷剂排热换热器。

当空气源热泵在加热模式下操作时，根据室外环境条件，在加热模式下用作制冷剂吸热换热器的第一换热器的制冷剂盘管上会形成并堆积冰霜。通常的做法是，通过将热泵切换到在冷却模式下操作一段足够长的时间以加热盘管并熔化其上积累的冰霜然后再将热泵切换回在加热模式下操作，来周期性除霜。当将换向阀从除霜模式切换回加热模式时，过量的液体制冷剂迁移到压缩机的抽吸侧。因此，常规空气源热泵系中常在压缩机抽吸入口上游的压缩机抽吸侧上的制冷剂回路内包括受液器。受液器提供贮液器以收集液体制冷剂，从而防止液体制冷剂遗留到压缩机的抽吸入口中。由于压缩机内出现液体制冷剂对压缩机性能不利，希望避免液体制冷剂进入到压缩机内。对于常规的大容量热泵，抽吸受液器的尺寸必须能够处理大量液体制冷剂。因此，抽吸受液器通常是热泵系统中的高成本项。另外，制冷剂回路中抽吸受液器的出现给予了对于由此经过压缩机抽吸入口的制冷剂的制冷剂压降。此额外的压降对热泵系统的性能系数有不利的影响。

美国专利No. 4,843,838公开了一种空气到空气的热泵，其具有互相连接室内盘管和室外盘管的替代的制冷剂线路。这些制冷剂线路的每个都包括止回阀与浮阀。制冷剂在冷却模式操作期间流过这些线路之一并在加热模式操作期间流过其他线路。不需要并去除了通常的阱型受液器。

发明内容

一种能够在冷却模式、加热模式和除霜模式下操作的热泵系统，所述热泵系统包括：位于制冷剂回路内的制冷剂压缩机、换向阀、第一换热器和第二换热器，以及位于所述制冷剂回路内介于所述第一换热器和所述第二换热器之间的主膨胀设备。所述换向阀可定位于第一位置以便所述热泵系统在冷却模式下的操作，并可定位于第二位置以便所述热泵系统在加热模式下的操作。

在本发明的一个方面，所述热泵包括制冷剂旁通回路，所述制冷剂旁通回路从第一位置处的制冷剂回路到在第二位置处位于所述制冷剂回路内的贮液器建立制冷剂流动路径，所述第一位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备上游并且在所述第一换热器下游，所述第二位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备下游。

在一个实施例中，所述第二换热器限定包括所述贮液器的制冷剂收集室。所述第二换热器可为壳管式换热器，所述壳管式换热器具有限定所述制冷剂收集室的外壳以及位于所述制冷剂收集室内的管束换热器。在一个实施例中，所述贮液器包括位于所述制冷剂回路内介于所述主膨胀设备与所述第二换热器之间的制冷剂接收器。

所述旁通回路可包括：旁通制冷剂线路，其相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备上游和所述第一换热器下游的所述第一位置处与所述贮液器制冷剂流连通地互相连接所述制冷剂回路；以及置于所述制冷剂旁通线路内的旁通制冷剂流控制设备。所述旁通制冷剂流控制设备可包括具有第一位置和第二位置的流控制阀，在所述第一位置所述旁通制冷剂线路对制冷剂流打开，在所述第二位置所述旁通制冷剂线路对制冷剂流关闭。在一个实施例中，所述旁通制冷剂流控制设备包括打开位置/关闭位置螺线管阀。

在本发明的一个方面，提供一种在除霜模式下的操作期间操作所述热泵系统的方法。所述热泵系统包括位于制冷剂回路内的制冷剂压缩机、换向阀、第一换热器和第二换热器以及位于所述制冷剂回路内介于所述第一换热器与所述第二换热器之间的主膨胀设备。所述换向阀可定位在第一位置以便所述热泵系统在冷却模式或除霜模式下的操作，并可定位在第二位置以便所述热泵系统在所述加热模式下的操作。所述方法包括以下步骤：开始将所述换向阀从其第二位置切换到其第一位置以便在所述除霜模式下操作；在结束在所述除霜模式下的操作之前，使制冷剂流从所述制冷剂回路通过制冷剂旁通回路通向制冷剂贮液器；以及开始将所述换向阀切换到其第一位置之外。所述方法还可包括以下步骤：在所述旁通制冷剂回路内提供流控制阀，所述流控制阀具有打开位置和关闭位置，在所述打开位置所述旁通制冷剂线路对制冷剂流打开，在所述关闭位置所述旁通制冷剂线路对制冷剂流关闭。

使制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的所述步骤可包括打开所述流控制阀。在除霜过程中开始通过打开所述流控制阀使制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的所述步骤可包括当所述压缩机的排放压力超过第一预选排放压力设置点（例如1650 kPa），或冰霜因子下降到0%，或除霜时间（例如8分钟）已消耗时，打开所述流控制阀。如果满足这三个条件中的任意一个，流控制阀将会开始打开。

终止制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的步骤可包括关闭所述流控制阀。通过关闭所述流控制阀终止制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的步骤可包括在预定的时段已消耗后关闭所述流控制阀的步骤。取决于所述流控制阀的大小，所述预定时段的长度的范围可从一秒到四十五秒或更长。在一个实施例中，所述预定时段可为大约5秒。

附图说明

为进一步理解本发明，将参考联系附图阅读的本发明的下述具体描述，附图中：

图1是示出根据本发明的热泵系统的示范实施例的示意图，示出热泵系统在冷却模式下的操作；

图2是示出图1所示热泵系统的示意图，示出热泵系统在加热模式下的操作；

图3是示出图1所示热泵系统的示意图，示出热泵系统从除霜模式转换到加热模式的操作；

图4是示出根据本发明的热泵系统的另一示范实施例的示意图，示出热泵系统从除霜模式转换到加热模式的操作；

图5是示出用于在除霜模式下操作热泵系统的方法的示范实施例的示意框图；以及

图6是示出用于在加热模式下启动热泵系统的方法的示范实施例的示意框图。

具体实施方式

将参照图1-4所示制冷剂热泵系统10的示范实施例来说明本发明。在所有这些图中，制冷剂流的方向由制冷剂回路线路侧面的箭头表示。所示热泵系统10是通常被称作空气源热泵的类型。但是，要理解本发明不限于应用于空气源热泵。

热泵系统10包括压缩机20、换向阀30、第一换热器40和第二换热器50，其通过多个制冷剂线路而被制冷剂流连通地连接，形成闭环制冷剂回路。主膨胀设备45位于制冷剂回路内介于第一换热器40与第二换热器50之间。热泵系统10还可包括位于制冷剂回路内介于第一换热器40与第二换热器50之间的节约器换热器60。接收器70也可位于制冷剂回路内介于主膨胀设备45与第二换热器50之间。

换向阀30可包括可选择性定位的双位置四端口阀，其具有第一端口30-1、第二端口30-2、第三端口30-3和第四端口30-4。换向阀30定位在第一位置以便流体流连通地耦接第一端口30-1和第二端口30-2并同时流体流连通地耦接第三端口30-3和第四端口30-4，以便热泵系统在冷却模式下和除霜模式下的操作。换向阀30还定位在第二位置以便流体流连通地耦接第一端口30-1和第四端口30-4并同时流体流连通地耦接第二端口30-2和第三端口30-3，以便热泵系统在加热模式下的操作。在第一位置和第二位置中建立的上述各自的端口到端口的耦接可在换向阀30中内部地实现。为了便于说明，换向阀被视为在冷却模式下被供能，而在加热模式下不被供能。压缩机20的排放出口28通过制冷剂线路3流体流连通地连接到换向阀30的第一端口30-1。油分离器26可置于制冷剂线路3内排放出口28之间以将润滑油从经过制冷剂线路3的制冷剂中去除。压缩机20的抽吸入口22通过制冷剂线路5流体流连通地连接到换向阀30的第三端口30-3。

换向阀30的第二端口30-2在换向阀30外部通过一系列制冷剂线路制冷剂流连通地耦接到换向阀30的第四端口30-4。为了在冷却模式下操作热泵系统10，换向阀30选择性地定位在其第一位置，其中换向阀30的第二端口30-2通过制冷剂线路7、9A、11、13、15和17制冷剂流连通地耦接到换向阀30的第四端口30-4，所述制冷剂线路7、9A、11、13、15和17用对于流打开的止回阀92和94和对于流关闭的止回阀96和98以串行流关系连接。为了在加热模式下操作热泵系统10，换向阀30选择性地位于其第二位置，其中第四端口30-4通过制冷剂线路17、15、19、11、9B和7制冷剂流连通地连接到换向阀30的第二端口30-2，所述制冷剂线路17、15、19、11、9B和7用对于流打开的止回阀96和98及对于流关闭的止回阀92和94以串行流关系连接。

在冷却模式下，第一换热器40起到制冷剂排热换热器的作用。在加热模式下，第一换热器40起到制冷剂吸热换热器的作用。第一换热器40位于室外，通常在容纳气候受控空间的建筑物的房顶上或沿着建筑物侧面。一个或多个风扇42设置成与第一换热器40操作性相关联，以便使外界空气通过第一换热器，与通过制冷剂回路的制冷剂成换热关系。在一个实施例中，第一换热器40包括由翅片管阵列形成的换热盘管，制冷剂由此经过与在该管外部上和翅片表面上经过的外界空气成换热关系。

在冷却模式下，第二换热器50起到制冷剂吸热换热器的作用。在加热模式下，第二换热器50起到制冷剂排热换热器的作用。在所示实施例中，第二换热器50通过辅助换热环路耦接到空气侧单元80。第二换热器50还可位于气候受控空间的外部，通常是在建筑物外在建筑物房顶上或沿建筑物侧面。在穿过第二换热器50时，来自制冷剂回路的制冷剂与辅助换热流体（通常是水或乙二醇）成换热关系。辅助换热流体可穿过辅助换热环路，其中，辅助换热流体与从气候受控环境通过空气侧单元80抽取的空气成换热关系地经过，以在返回气候受控环境之前冷却或加热该空气。

在所示实施例中，第二换热器50包括壳管式换热器，所述壳管式换热器具有位于第二换热器50的外壳54的内部55内的换热管束52。外壳54的内部55限定制冷剂收集室。辅助换热流体与来自热泵系统10的制冷剂回路的制冷剂成换热关系地经过管束52。在操作时，外壳54的内部55充斥有来自制冷剂回路的制冷剂。该制冷剂在管束52的管道外部上流动并与经过该管束的管道的辅助换热流体成换热关系。该换热管束可部分或全部地浸在制冷剂内。在所示实施例中，管束52包括辅助换热环路的第一传热模块，辅助换热流体由此循环。辅助换热环路包括第二传热模块，其包括空气侧单元80（例如但不限于空气处理单元或风扇盘管单元）的换热器盘管82，其中辅助换热流体经过所述换热器盘管82与从气候受控空间抽取的室内空气成换热关系。在换热器盘管82上经过时，该室内空气在热泵系统10的冷却模式操作期间被冷却，并在热泵系统10的加热模式操作期间被加热。

如图1-4示出的热泵系统10的实施例中所示，热泵系统10可包括节约器换热器60。在所示实施例中，节约器换热器60可包括制冷剂到制冷剂的换热器，其具有以换热关系设置的第一制冷剂回路支线62和第二制冷剂回路支线64。第一制冷剂回路支线62包括制冷剂线路11的一部分。第二制冷剂回路支线64包括节约器制冷剂线路21的一部分，其在第一制冷剂回路支线62的上游位置处分接到制冷剂线路11中并从该点提供到压缩机20的中间压力端口24的制冷剂流通路，制冷剂蒸气由此可注入到压缩机20的中间压力室中，该中间压力是介于抽吸压力和排放压力之间的压力。辅助膨胀设备65位于节约器制冷剂线路21内在相对第二制冷剂回路支线64的制冷剂流的上游位置处。

节约器60通常在冷却模式和加热模式两者下操作，但一般不在除霜模式下操作。当节约器操作时，经过制冷剂线路的液体制冷剂的一部分被转移以流动经过制冷剂线路21并穿过辅助膨胀设备65。辅助膨胀设备65起到将从中经过的制冷剂从较高压力、较高温度的制冷剂液体膨胀到较低压力、较低温度的制冷剂蒸气或液体/蒸气混合物的作用。较低压力、较低温度制冷剂蒸气或蒸气/液体混合物经过第二制冷剂回路支线64与经过第一制冷剂回路支线62的较高压力、较高温度制冷剂液体成换热关系，由此制冷剂液体在穿过主膨胀设备45之前被进一步冷却，经过第二制冷剂回路支线64的制冷剂蒸气在注入到压缩过程的中间压力级之前被加热。主膨胀设备45位于制冷剂线路11内相对第一制冷剂回路支线62的制冷剂流的下游。

现具体参照图1，热泵系统10在冷却模式下操作时，从压缩机20经制冷剂线路3排放的热的高压制冷剂蒸气经过换向阀30从第一端口30-1到第二端口30-2，之后经过制冷剂线路7，之后经过第一换热器40，之后经过制冷剂线路9A，之后经过制冷剂线路11穿过节约器换热器60和主膨胀设备45，之后经过制冷剂线路13，之后经过制冷剂线路15穿过接收器70和第二换热器50，之后经过制冷剂线路17到换向阀30。当热泵系统10在冷却模式下操作时，辅助传热介质与第二换热器50内的制冷剂成换热关系地经过第二换热器50，由此制冷剂被蒸发并且辅助传热介质被冷却。在冷却模式下的操作中，离开第二换热器50并经过制冷剂线路17的制冷剂由制冷剂蒸气组成，具有很少或没有液体制冷剂遗留。制冷剂蒸气从制冷剂线路17进入换向阀30的第四端口30-4内，到换向阀30的第三端口30-3外，并进入然后通过制冷剂线路5以通过到压缩机20的抽吸入口22返回压缩机20。

现具体参照图2，热泵系统10在加热模式下操作时，从压缩机20经制冷剂线路3排放的热的高压制冷剂蒸气经过换向阀30从第一端口30-1到第四端口30-4，之后经过制冷剂线路17，之后经过第二换热器50，之后经过制冷剂线路15和19，穿过接收器70，之后经过制冷剂线路11穿过节约器换热器60和主膨胀设备45，之后经过制冷剂线路9B，之后与室外空气成换热关系地经过第一换热器40，之后经过制冷剂线路7到换向阀30。当热泵在加热模式下操作时，第一换热器40起到制冷剂蒸发器的作用，由此离开第一换热器40并经过制冷剂线路7的制冷剂由制冷剂蒸气组成，具有很少或没有液体制冷剂遗留。制冷剂蒸气从制冷剂线路7进入换向阀30的第二端口30-2内，到换向阀30的第三端口30-3外，并进入然后通过制冷剂线路5以通过到压缩机20的抽吸入口22返回压缩机20。

当热泵系统10在加热模式下操作时，第二换热器50接收从压缩机排放的热的高压制冷剂蒸气。随着辅助传热介质与第二换热器50内的制冷剂蒸气成换热关系地经过第二换热器50，制冷剂蒸气被冷凝并且辅助传热介质被加热。如此，在加热模式的操作时，第二换热器50被用作制冷剂排热换热器，也即制冷剂冷凝器。在加热模式的操作中，离开第二换热器50并经过制冷剂线路15的制冷剂由液相制冷剂组成。

在温带气候中应用热泵时，根据外界条件（例如室外空气温度和湿度），在热泵系统的加热模式操作期间，在第一换热器40的制冷剂输送换热盘管上会形成冰霜。因此，当在加热模式下操作热泵时，有必要周期性地打断加热模式下的操作并在冷却模式下操作热泵系统一段有限的时间，以便对第一换热器40的换热盘管除霜。在加热模式下操作预设的时段后可自动完成到除霜模式的切换，或可响应于冰霜传感器或响应于操作参数而完成该切换，冰霜传感器例如为但不限于操作性地与第一换热器40的换热盘管相关联的盘管温度传感器41。终止除霜模式并切换回加热模式也可在除霜模式下操作预设时段后自动完成，或者其可响应于操作性地与第一换热器40的换热盘管相关联的冰霜传感器或响应于操作参数而完成。

现具体参照图3和图4，热泵系统10装备有制冷剂旁通线路23，制冷剂旁通线路23在相对节约器60的制冷剂流的下游并在相对主膨胀设备45的制冷剂流的上游的位置处分接到制冷剂线路11中。在图3所示热泵系统10的示范实施例中，制冷剂旁通线路23通向接收器70的内室。在图4所示热泵系统10的示范实施例中，制冷剂旁通线路23通向由壳管式换热器50的外壳54的内部限定的制冷剂收集室55。旁通流控制设备75位于制冷剂旁通线路23内。旁通流控制设备75可选择性地定位在至少第一打开位置和第二关闭位置。在旁通流控制设备75定位在其打开位置的情况下，制冷剂通过制冷剂旁通线路23流到接收器70或壳管式换热器50，绕过主膨胀设备45。在旁通流控制设备75定位在其关闭位置的情况下，通过制冷剂旁通线路23的制冷剂流被阻挡，并且通过制冷剂线路11流动的制冷剂继续经过主膨胀设备45。在一个实施例中，旁通流控制设备75可包括，例如但不限于，双位置开/关螺线管阀。

在热泵系统10在加热模式或冷却/除霜模式下的稳定状态操作期间，旁通流控制设备75定位在关闭位置。在除霜模式下的操作终止时，换向阀30从冷却/除霜模式位置重定位到加热模式位置。在通过重定位换向阀30而将热泵系统10从除霜模式转换到加热模式之前，旁通流控制设备75被定位在打开位置以将通过制冷剂线路11流动的液体制冷剂通过制冷剂旁通线路23直接转移到接收器70或壳管式换热器50的制冷剂收集室55中，而不经过主膨胀设备45。由于经过旁通制冷剂线路23流动的制冷剂不通过主膨胀设备45，该制冷剂保持在液相。在转移出除霜期间，通过转移经过制冷剂旁通线路23的制冷剂流以收集在接收器70或壳管式换热器50的室55内，液体制冷剂被允许从第一换热器40直接传送到接收器70或壳管式换热器50的室55中。以这种方式，液体制冷剂从第一换热器40流出使得在从除霜模式转变结束回到加热模式操作时，很少或没有液体制冷剂留在第一换热器40中，由此使得当开始在加热模式下操作时，液相制冷剂通过抽吸入口22被引入到压缩机20中的可能性最低或消失。

通常，在加热模式循环完成且压缩机20被关闭后（例如如果加热需求已得到满足或在紧急停电的情况下），换向阀30保持定位在加热模式位置。在换向阀30保留在加热位置的情况下，当重启压缩机20时，第一换热器40的换热盘管内的液体制冷剂会涌入压缩机20内，这是因为当换向阀30定位在加热模式下时，换热器40的换热盘管与压缩机20的抽吸端口22流体连通地连接。由于将大量的液体制冷剂导入到具有抽吸入口22的压缩机20会对压缩机20不利，在热泵系统10内，并行配置的流控制阀43和流止回阀47被置于制冷剂线路9内位于第一换热器40的换热盘管以及制冷剂支线9A和9B的交点之间。如此，关于加热模式，流控制阀43和流止回阀47相对通过第一换热器40的回路的制冷剂流位于上游并且相对主膨胀设备45的制冷剂流位于下游。在冷却或除霜模式时，当流控制阀43关闭并且制冷剂正从第一换热器40流动通过制冷剂线路9时，流止回阀47为制冷剂流提供旁通回路以绕过流控制阀43。在加热模式时，当制冷剂正从制冷剂线路9通过流控制阀43流到第一换热器40内，流止回阀47对于流固有地关闭。

当压缩机20在加热模式下重启时，例如在完成除霜模式后，可为螺线管阀（例如具有打开位置和关闭位置的螺线管阀）的流控制阀43定位为关闭，使得没有液体制冷剂会流到第一换热器40的换热盘管内。由此，制冷剂压力并因此换热器40的换热盘管内的制冷剂的饱和蒸发温度SET将会下降。因此，换热盘管内的液体制冷剂将会开始蒸发成制冷剂蒸气。

当制冷剂液体几乎完全蒸发时，制冷剂压力及相应的饱和蒸发温度会进一步降低。一旦外界温度与饱和蒸发温度之间的温度差达到预定的温度差设置点，例如12开氏度（21.6华氏度）时，流控制阀43打开以允许来自制冷剂线路9的制冷剂进入并通过换热器40的换热盘管。当流控制阀43被最初打开时，通常会有液体制冷剂混夹在从第一换热器40的换热盘管通过抽吸入口22进入压缩机20的制冷剂蒸气中。由于在压缩机开始启动时压缩机20是在低容量下操作，在打开流控制阀43后一小段时间到压缩机20中的相对较小量的液体制冷剂遗留在压缩机20上不会有危害效果，并且是相对安全的。在压缩机重启后，只有在排放压力PD和抽吸压力PS之间的制冷剂压力差超过预定的压力差，例如350 kPa（千帕斯卡）时，换向阀才开始从除霜模式重定位到加热模式，实质地减少了重启时液体遗留的风险。如果在除霜模式下操作时压缩机20响应于警报条件而跳闸，压缩机20将会在复位后在除霜模式下重启。

现参照图5，以框图形式示出一种用于在除霜模式的操作中操作热泵系统10的方法。在如图5所示的方法的实施例中，要么响应于操作性地与室外换热器40的换热器盘管相关联的冰霜累积传感器（例如但不限于盘管温度传感器41，例如热敏电阻），要么响应于低制冷剂抽吸压力超驰（override）被启动，而启动在除霜模式下热泵系统10的操作周期。在步骤102-1，系统控制器（未示出）监视盘管温度传感器41的输出，并根据从盘管温度传感器接收的输出确定盘管冰霜因子的大小。如果冰霜因子达到100%，则系统控制器在步骤104将首先对螺线管阀75供能，然后启动换向阀30从加热模式位置到除霜模式位置的重定位。在步骤102-2，系统控制器监视通过抽吸入口22进入压缩机20的制冷剂的温度，并确定抽吸饱和温度是否小于下限设置点抽吸温度，例如负26.4摄氏度。如果抽吸饱和温度小于下限设置点抽吸温度达预设的一段时间，例如55秒，则系统控制器将会在步骤104首先对制冷剂旁通流控制设备75供能，然后启动换向阀30从加热模式位置到除霜模式位置的重定位。

在换向阀30定位在除霜模式的情况下，制冷剂将通过热泵系统10的制冷剂回路流动，如关于冷却模式所述及图1所示。在除霜模式期间，系统控制器持续地经由温度传感器41监视盘管温度，例如借助软件程序监视除霜消耗的时间，并且经由压力传感器（例如压力换能器）监视压缩机处的制冷剂压力，例如借助操作性地与压缩机制冷剂排放线路相关联的压力感测换能器（未示出）以便感测压缩机排放处的制冷剂压力。在步骤106-1，系统控制器将所感测的压缩机制冷剂排放压力与上限设置点制冷剂排放压力相比较，上限设置点制冷剂排放压力例如为但不限于1650 KPa（千帕斯卡）。在步骤106-2，系统控制器将所感测的盘管温度与设置点盘管温度（例如14摄氏度）相比较，或与由控制器基于预编程函数计算并表示零冰霜因子的温度值相比较。在步骤106-3，系统控制器将除霜模式下消耗的时间与预编程的除霜最大允许时段相比较。

如果满足三个条件中的任意一个，也即如果所感测的压缩机排放温度已经达到上限设置点，或所感测的盘管温度已达到盘管温度设置点，或除霜下所消耗的时间已达到除霜模式的最大时间限度，则系统控制器在步骤108打开螺线管打开制冷剂旁通流控制阀75。在旁通流控制阀75现在打开的情况下，制冷剂通过旁通制冷剂线路23直接流动到贮液器，即流到接收器70或第二换热器50的制冷剂收集室55，绕过主膨胀设备45。当旁通流控制阀75打开时，主膨胀阀45可在进入除霜模式时保持在初始固定开口设置，或在打开旁通流控制阀75时复位并保持在新的固定开口。在步骤110，系统控制器将会监视自从旁通流控制阀75被打开以来消耗的时间，并确定旁通流控制阀是否已打开预编程的时间段，例如5秒，此时系统将会在步骤112关闭旁通流控制阀75并在步骤114开始将换向阀30重定位在除霜模式之外。

当压缩机20处于待命模式下或在延迟状态时，换向阀30将会保持压缩机20最近操作的初始状态，除非在压缩机空闲时发生事故或紧急停电。如此，在通常的情况下，如果压缩机20停在加热模式下，则换向阀30将会保持在加热模式位置，并且如果压缩机20停在冷却或除霜模式下，则换向阀30将会继续保持在冷却/除霜模式位置。如果压缩机20在冷却模式下重启，到压缩机20中的制冷剂液体遗留不成为问题，因为由第二换热器的外壳54限定的内部55中存在足够容量以收集液体制冷剂并防止液体制冷剂直接前进到压缩机中。

现参照图6，如果系统控制器在步骤301预见压缩机20在加热模式下重启，为防止第一换热器40的换热盘管内的所有液体制冷剂通过制冷剂线路7和制冷剂线路5涌到抽吸入口22并直接进入压缩机20，系统控制器将会首先在步骤302关闭螺线管阀43，使得没有制冷剂流体能进入第一换热器40的换热盘管。系统控制器然后将会开启压缩机20。在压缩机20现在在步骤303下运行且螺线管阀43关闭的情况下，第一换热器40的换热盘管内的制冷剂的压力和饱和温度将会逐渐下降。如此，换热盘管内部的液体制冷剂将会通过从经过换热盘管上的外界空气吸热而蒸发成蒸气。随着制冷剂压力和饱和温度继续下降到越来越低，系统控制器将会监视饱和抽吸温度，并在步骤304将饱和抽吸温度与外界空气温度相比较。一旦定义为外界空气温度减去饱和抽吸温度的温度差超过了设置点温度差，例如12摄氏度，则系统控制器将会在步骤305打开螺线管阀43使得来自膨胀设备45的经膨胀的制冷剂现在可经过阀43进入第一换热器的换热盘管内。

根据上述在除霜模式期间的操作方法对热泵系统10的操作确保在除霜模式终止时留在第一（室外）换热器40的盘管和各种制冷剂回路线路内的所有或基本上所有液体制冷剂流到接收器70或第二换热器50的制冷剂收集室55内。因此，很少或没有液体制冷剂留在第一换热器40的盘管内或制冷剂回路线路内，在从除霜模式切换到加热模式时这些可能会被遗留到压缩机20的抽吸入口22中。因此，与具有可比较容量的常规现有技术热泵系统的受液器的典型尺寸相比，受液器74的尺寸可显著减少。在一些领域，用本发明的热泵系统，受液器74甚至可从制冷剂回路中除去，例如图4示出的热泵系统10的示范实施例中所示。

以上已关于装备有冰霜传感器（例如操作性地与第一（室外）换热器40相关联的盘管温度传感器41）的热泵系统说明了在除霜模式下的操作方法。但要理解，在不背离本发明操作方法的精神的情况下，本发明的热泵系统10也可在加热模式操作的周期性时间间隔处进入除霜模式下操作，并在回到加热模式之前在除霜模式下操作延续有限的时段。

本文所用术语是为了说明而不是限制的目的。本文公开的具体结构和功能性细节不应被理解为限制性的，而只是作为教导本领域技术人员使用本发明的基础。

尽管参照如图中所示示范实施例具体示出和说明了本发明，本领域技术人员将会认识到在不背离本发明精神和范围的情况下可做各种修改。本领域技术人员将会认识到等同物可代替参照本文公开的示范实施例所述的元件而不背离本发明的范围。因此，所意图是，本公开不限于所公开的（一个或多个）具体实施例，而是本公开将会包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (17)

1.一种能够在冷却模式、加热模式和除霜模式下操作的热泵系统，所述热泵系统包括：位于制冷剂回路内的制冷剂压缩机、换向阀、第一换热器和第二换热器，以及位于所述制冷剂回路内介于所述第一换热器和所述第二换热器之间的主膨胀设备，所述换向阀能够定位于第一位置以便所述热泵系统在所述冷却模式或除霜模式下的操作，并能够定位于第二位置以便所述热泵系统在所述加热模式下的操作，所述热泵系统的特征在于还包括：

制冷剂旁通回路，所述制冷剂旁通回路从第一位置处的制冷剂回路到在第二位置处位于所述制冷剂回路内的贮液器建立制冷剂流动路径，所述第一位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备上游并且在所述第一换热器下游，所述第二位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备下游。

2.如权利要求1所述的热泵系统，其特征还在于，所述第二换热器限定包括所述贮液器的制冷剂收集室。

3.如权利要求2所述的热泵系统，其特征还在于，所述第二换热器包括壳管式换热器，所述壳管式换热器具有限定所述制冷剂收集室的外壳以及位于所述制冷剂收集室内的管束换热器。

4.如权利要求1所述的热泵系统，其特征还在于，所述贮液器包括位于所述制冷剂回路内介于所述主膨胀设备与所述第二换热器之间的制冷剂接收器。

5.如权利要求1所述的热泵系统，其特征还在于，所述制冷剂旁通回路包括：

旁通制冷剂线路，其相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备上游和所述第一换热器下游的所述第一位置处与所述贮液器制冷剂流连通地互相连接所述制冷剂回路；以及

置于所述旁通制冷剂线路内的旁通制冷剂流控制设备。

6.如权利要求5所述的热泵系统，其特征还在于，所述旁通制冷剂流控制设备包括具有第一位置和第二位置的流控制阀，在所述第一位置所述旁通制冷剂线路对制冷剂流打开，在所述第二位置所述旁通制冷剂线路对制冷剂流关闭。

7.如权利要求5所述的热泵系统，其特征还在于，所述旁通制冷剂流控制设备包括打开位置/关闭位置螺线管阀。

8.如权利要求1所述的热泵系统，其特征还在于还包括：

相对在加热模式下通过所述制冷剂回路的制冷剂流位于所述制冷剂回路内在所述第一换热器上游和主膨胀设备下游的流控制阀；以及

位于所述制冷剂回路内与所述流控制阀成并行关系的流止回阀。

9.一种在除霜模式期间操作热泵系统的方法，所述热泵系统包括位于制冷剂回路内的制冷剂压缩机、换向阀、第一换热器和第二换热器以及位于所述制冷剂回路内介于所述第一换热器与所述第二换热器之间的主膨胀设备，所述换向阀能够定位在第一位置以便所述热泵系统在所述冷却模式或除霜模式下的操作，并能够定位在第二位置以便所述热泵系统在所述加热模式下的操作，所述方法的特征在于以下步骤：

开始将所述换向阀从其第二位置切换到其第一位置以便在所述除霜模式下操作；

在结束在所述除霜模式下的操作之前，使制冷剂流从所述制冷剂回路通过制冷剂旁通回路通向贮液器，所述制冷剂旁通回路从第一位置处的制冷剂回路到在第二位置处位于所述制冷剂回路内的贮液器建立制冷剂流动路径，所述第一位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备上游并且在所述第一换热器下游，所述第二位置相对所述除霜模式下的制冷剂流在所述主膨胀设备下游；

以及

开始将所述换向阀切换到其第一位置之外。

10.如权利要求9所述的方法，其特征还在于：

在所述制冷剂旁通回路内提供流控制阀，所述流控制阀具有打开位置和关闭位置，在所述打开位置所述制冷剂旁通回路对制冷剂流打开，在所述关闭位置所述制冷剂旁通回路对制冷剂流关闭；以及

使制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的所述步骤包括打开所述流控制阀。

11.如权利要求10所述的方法，其特征还在于，通过打开所述流控制阀使制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的所述步骤包括当所述压缩机的排放压力超过第一预选排放压力设置点时在除霜模式下打开所述流控制阀。

12.如权利要求10所述的方法，其特征还在于，通过打开所述流控制阀使制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的所述步骤包括当所述第一换热器的冰霜因子下降到0%时在除霜模式下打开所述流控制阀。

13.如权利要求10所述的方法，其特征还在于，通过打开所述流控制阀使制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的所述步骤包括当除霜模式下消耗的时间达到八分钟时在除霜模式下打开所述流控制阀。

14.如权利要求10所述的方法，其特征还在于，通过关闭所述流控制阀终止制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的步骤。

15.如权利要求14所述的方法，其特征还在于，终止制冷剂流从所述制冷剂回路通过所述制冷剂旁通回路的步骤包括在所述预选时段届满时关闭所述流控制阀。

16.如权利要求15所述的方法，其特征还在于，所述预选时段的范围从一秒到四十五秒。

17.如权利要求16所述的方法，其特征还在于，所述预选时段是5秒。

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