CN103162384A - 热泵运行的风机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于热泵系统控制室外风机的方法，所述热泵系统包括通过循环管路连接的压缩机、四通阀、室外盘管和室外风机、节流装置和换热器，所述方法包括如下步骤：a）热泵系统的控制器发出换向指令指示所述四通阀从化霜模式切换到制热模式；b）所述四通阀收到换向指令后进行切换动作，由化霜模式切换为制热模式；c）所述四通阀切换完成后，所述室外风机上电并启动运行。根据本发明的热泵系统的风机控制方法可以适用于热泵系统从化霜模式转成制热模式的控制过程中。保护了压缩机的正常运行；不会因为风机的过早运行将盘管上的热量吹走，盘管上大部分的热量将回收到系统中，提高了系统的运行效率。

Description

热泵运行的风机控制方法

技术领域

本发明涉及空调用的室外风机控制技术，尤其是热泵运行过程中从化霜模式转成制热模式过程中和转换后的风机控制方法。

背景技术

空气源热泵是一种将低温热源(如空气)的热能转移到高温热源的装置。在寒冷气候条件下，使用热泵进行制热的过程中，空气源热泵的机组盘管上很容易出现结霜的现象，这对整个空气源热泵机组的正常供热极其不利。为了解决空气源热泵机组盘管在低温环境下容易结霜这一问题，在热泵空调中通常采用四通阀反向来解决化霜的问题。在需要化霜时，空气源热泵通过四通阀将系统从制热模式切换为制冷模式，在制冷模式下，系统开始运转对机组盘管进行化霜，化霜结束后再通过四通阀重新转换到制热模式进行制热。具体地，在冬季供热的时候，室内热交换器就是冷凝器，室外热交换器就是蒸发器。由于冬季往外出冷风，换热器会结霜。当结霜到一定程度时，四通换向阀切换，空调变成夏季制冷工况，室外热交换器得到热量，进行化霜。化霜完毕后，四通阀再切换回制热模式。

在从化霜模式转换成制热模式前，空气侧换热器是高压，而空气更可能是低温空气，如果过早地开启室外风机，将会迅速将空气侧换热器的盘管中的气态制冷剂冷凝成液体，这部分液体将在四通阀切换后进入压缩机，从而造成吸气带液。但是，如果风机过晚开启，盘管上没有来得及流走的水滴又会结冰，给接下来空气侧换热器的换热带来不利的影响。

在现在技术中，对室外风机的控制都是在给出四通阀从化霜模式切换成制热模式的指令同时或之前，给出化霜回路的所有风机运转指令。风机运转后，会看到大量的水蒸气从盘管上面冒出来，然后才会听得到四通阀切换的声音，系统才完成切换。在现有的从化霜模式切换成制热模式过程中，风机一般都提前运行或与四通阀同时上电运行，由于四通阀切换一般需要5-10秒的时间，在这非常短的几秒钟内，盘管中的高压气体正在进行快速的冷凝形成液体，即便有排液控制，由于排液后，四通阀和风机才开始动作，也就是说，盘管中的液体是排液后重新形成的，因此这些液体会随着吸气过程返回到压缩机中，这对压缩机而言具有比较大的损害风险。同时，热的盘管上的热量由于风机的运行，很快被空气带走，造成的热量损失也比较大。

具体而言，在化霜过程中，由于水温比较高，化霜时候的吸气压力是比较高的，亦即化霜时候的质量流量比较大。如果按一个中型的螺杆压缩机来计算，假设质量流量是3千克/秒，再假设四通阀切换花费了6秒钟，那么在盘管中就会至少产生18kg的液体，这18kg的液体将全部进入压缩机。随着压缩机的增大和系统的增大，液体会越来越多。如果在该工况下的质量流量为5kg/s，那么，6秒的切换时间将形成30kg的液态制冷剂返回到压缩机。这对于压缩机造成的损害来说，是不小的风险。

因此，需要一种合理的风机控制方法，可以解决上述在化霜模式切换到制热模式过程中产生的吸气带液的现象对压缩机造成的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于热泵系统控制室外风机的方法，所述热泵系统包括通过循环管路连接的压缩机、四通阀、室外盘管和室外风机、节流装置和换热器，所述方法包括如下步骤：a)热泵系统的控制器发出换向指令指示所述四通阀从化霜模式切换到制热模式；b)所述四通阀收到换向指令后进行切换动作，由化霜模式切换为制热模式；c)所述四通阀切换完成后，所述室外风机上电并启动运行。

优选地，在步骤b和步骤c之间还进一步包括步骤：b1)判断所述四通阀是否完成切换。

优选地，在步骤b1中通过设定从所述四通阀收到换向指令到完成切换的时间来判断所述四通阀是否完成切换。

优选地，所述四通阀完成切换的时间为2-8秒。

优选地，所述步骤b1中通过监测压缩机的排气口的排气压力和吸气口的吸气压力之差的变化来判断所述四通阀是否完成切换。

优选地，当排气压力和吸气压力之差在一定时间内变小，即可判断所述四通阀已完成切换。

优选地，当排气压力和吸气压力之差的变化在5秒钟之内超过2bar以上或吸排气压差变化超过20％。

优选地，在步骤b1后还进一步包括步骤：b2)当所述四通阀完成切换后，监测所述压缩机吸气口的吸气压力并判断所述吸气压力是否达到阈值压力，当监测到所述吸气压力达到阈值后，执行步骤c。

优选地，所述阈值压力为制冷剂在饱和温度接近零时对应的饱和压力。

优选地，所述饱和温度的范围是大于-4℃。

优选地，所述饱和温度的范围是0℃-2℃。

优选地，所述制冷剂选自R32、R134a、R22、R410A和其他可以用于热泵系统的所有制冷剂。

根据本发明的另一方面，提供了一种热泵系统控制室外风机的方法，所述热泵系统包括通过循环管路连接的压缩机、四通阀、室外风机、节流装置和换热器，所述方法包括如下步骤：e)热泵系统的控制器发出换向指令指示四通阀从化霜模式切换到制热模式的同时开始计时，当经过第一时间后，执行步骤f；f)室外风机上电并启动运行。

优选地，发出四通阀换向指令开始到启动风机的所述第一时间的范围为1-30秒。

优选地，所述第一时间根据四通阀种类和所监测的吸气压力变化来确定。

根据本发明的热泵系统的风机控制方法可以适用于热泵系统从化霜模式转成制热模式的控制过程中。根据本发明的方法，风机不会过早开启，避免导致盘管中的高压气体冷凝成液体，在四通换向阀切换回制热后，造成压缩机吸气带液。根据本发明的方法，室外风机是通过检测系统的参数的变化，如吸气压力等，并在监测该参数达到阈值后延时启动运行。另外，根据本发明的方法可以避免过晚的开启室外风机所带来的一方面会使四通换向阀切换回制热模式后，盘管中节流后的液体无法完全蒸发造成压缩机吸气带液，另一方面，避免盘管上化霜遗留下来的水滴迅速结成冰块，不利于盘管换热的问题。

根据本发明的方法不会在四通阀切换的短暂过程中在盘管中冷凝成大量液体，保护了压缩机的正常运行；不会因为风机的过早运行将盘管上的热量吹走，盘管上大部分的热量将回收到系统中，提高了系统的运行效率。另外，根据本发明的风机控制方法仍然可以在化霜过程中盘管上存在的水滴在结冰前被风机运行产生的气流带走，确保了换热器盘管的有效制热运行。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出根据本发明的热泵系统的工作原理框图；

图2示出了根据本发明热泵系统从化霜模式切换到制热模式后开启风机的过程；

图3示出了根据本发明第一实施例的在热泵系统从化霜模式切换到制热模式时控制风机的方法流程图。

图4示出了根据本发明的第二实施例，即延时结合吸气压力判断的方法流程图。

图5示出了根据本发明的第三实施例，即采用完全延时的方法流程图。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

图1示意性示出根据本发明的热泵系统的工作原理框图。所述热泵系统100包括第一换热器101、压缩机102、四通阀103、室外风机104、节流装置105和第二换热器106。第一换热器101、压缩机102、四通阀103、室外风机104、节流装置105和第二换热器106之间通过循环管路连接。第二换热器106为风冷换热器，并配备有室外风机104和室外盘管。在热泵系统100进行制热运行时，第二换热器106会产生霜，因此需要对第二换热器106进行化霜。图中的箭头示出了化霜过程中冷媒循环的方向。根据本发明，当热泵系统100要从化霜模式切换到制热模式时，控制器会发出换向指令指示所述四通阀103从化霜模式切换到制热模式。所述四通阀103在收到换向指令后进行切换动作，由化霜模式切换为制热模式。在所述四通阀103切换完成后，所述室外风机104才上电并启动运行。

图2示出了根据本发明的在热泵系统从化霜模式切换到制热模式时控制风机的方法流程图。如图2所示，

在步骤S201，热泵系统从化霜模式切换到制热模式，控制器发出指令让四通阀进行切换，从化霜模式切换到制热模式；

在步骤S202，四通阀在收到换向指令后进行切换；

在步骤S203，四通阀切换完成后，热泵系统的控制器发出启动风机的控制信号，启动风机，整个切换过程结束。

具体地，当热泵系统100在对第二换热器106进行化霜的过程中达到化霜结束条件的时候，对正在化霜的第二换热器106的盘管由于化霜所产生的液体进行排液。排液可以通过开启排液阀门进行。在关闭排液阀门后，热泵系统100的控制器(图中未示出)发出将四通阀103从“化霜模式”切换回“制热模式”的控制信号。

根据本发明的一个实施例，判断四通阀103是否完成切换可以通过监测压缩机的排气压力和吸气压力之差的变化来进行。图3示出了根据本实施例的在热泵系统从化霜模式切换到制热模式时控制风机的方法流程图。

具体地，在步骤S301发出四通阀103的换向指令后，在步骤S302四通阀收到换向指令后进行切换。在步骤S303，控制器会开始读取压缩机102的吸气口上设置的吸气压力传感器和压缩机102的排气口上设置的排气压力传感器分别感测到的压力，通过减法运算获得吸气压力和排气压力之差。如果发现吸排气压差在一定时间内急剧变小，如在5秒之内吸排气压差变化2bar以上或吸排气压差变化超过20％，说明四通阀103已经切换成功。四通阀103切换完成之后，关闭或关小节流装置105。

进一步的，在步骤S304，监测压缩机102的吸气口的吸气压力，待吸气压力降低到一定阈值时，开启回路中的室外风机104，如吸气口的阙值压力达到制冷剂在饱和温度接近零时对应的饱和压力时，则开启回路中的室外风机104。

最后，进行正常的压缩机102的能力调节和节流装置105的控制。具体的，通过控制压缩机的增载和卸载，使系统的出水温度达到预设定的目标，比如，制热的时候，假设出水温度预设定为45℃，并且化霜后的水温为35℃，离目标水温还有10℃的温差，则控制器就会要求压缩机增载，使水温达到45℃，但是，一旦水温超过45℃，控制器就会要求压缩机卸载，使水温维持在45℃附近。节流装置的控制主要是根据压缩机的吸气过热度来控制，假设吸气过热度设定点为5K，如果实际吸气过热度为8K(即＞5K)，则节流装置会开大，反之，如果吸气过热度为2K(即＜5K)，则节流装置就会关小，其目的是为了保持合适的供液量。

根据本发明的第二实施例，判断四通阀是否完成切换也可以采用延时控制的方法。图4示出了根据本发明的第二实施例，即延时结合吸气压力判断的方法流程图。在步骤S401发出四通阀103的换向指令后，在步骤S402四通阀收到换向指令后进行切换。在步骤S403，在四通阀收到换向指令后(热泵系统的控制器发出换向指令到四通阀收到换向指令之间通常没有延时)，通过设定从四通阀收到换向指令到完成切换的时间来判断所述四通阀是否完成切换。四通阀完成切换的时间通常为2-8秒。在实际中，根据实际采用的四通阀种类来决定延时的多少。例如有的四通阀在得到换向指令信号后2-3秒之内就可以完成切换，而有的四通阀要5-8秒左右才能完成四通阀的完全切换，比如活塞式四通阀，其延时时间一般为7秒。

然后，在步骤S404，监测压缩机102的吸气口的吸气压力，待吸气压力降低到一定阈值时，开启回路中的室外风机104，如吸气口的阙值压力达到制冷剂在饱和温度接近零时对应的饱和压力时，则开启回路中的室外风机104。

当热泵系统100的控制器发出四通阀103从化霜模式切换成制热模式指令时，室外风机104并不立即运行，而是继续维持停止状态。等到四通阀103完成切换时，压缩机的排气口上通过压力传感器测得的排气压力和压缩机的吸气口上通过压力传感器测得的吸气压力都会急剧变化。具体地，在四通阀103切换的过程中，排气压力和吸气压力会趋同，即排气压力降低，吸气压力升高。但是，在四通阀切换完成后，排气压力开始上升，吸气压力开始下降。同时，第二换热器106变成了蒸发器，其中的压力持续降低。当吸气压力降低到接近制冷剂在饱和温度0℃对应的饱和压力时(例如，采用R32制冷剂的热泵系统在表压降低到约713kPa时，采用R22制冷剂的热泵系统在表压降低到约398kPa时，采用R134a制冷剂的热泵系统在表压降低到约193kPa时)，开启室外风机104。这时，一方面第二换热器106的盘管上的水滴还没来得及结冰，可以被空气带走；另一方面，即便当时的环境温度很低，其冷凝效果也是非常有限的，不会产生大量的冷凝液体，从而一方面继承了利用空气流动吹干盘管的好处，也避免了由于盘管中高压制冷剂气体冷凝产生大量的液体导致压缩机吸气带液的风险。

具体的，以采用R134a制冷剂的热泵系统来示例性地说明对室外风机的控制过程。R134a制冷剂在饱和温度0℃对应的饱和压力为193kPa，在193kPa附近，可以选择200kPa作为室外风机104开启的信号。当四通阀103从化霜模式切换成制热模式后，当吸气压力降低到200kPa后，化霜回路的所有风机才容许开启。当然，在选择风机控制吸气压力阈值的时候，尽可能的要使饱和吸气温度大于-4℃，优选为0℃-2℃范围内，目的是为了保证第二换热器106的盘管上的化霜水不至于因为盘管温度过低迅速结冰。

根据本发明的风机控制方法也可以采用完全延时的方法控制。图5示出了根据本发明的第三实施例，即采用完全延时的方法流程图。在步骤S501，热泵系统的控制器发出换向指令指示四通阀从化霜模式切换到制热模式，同时在步骤S502开始计时。在步骤S503，当经过所设定的延时时间后，再开启室外风机。这种延时控制方法要根据热泵系统中采用的四通阀的类型和系统中吸气压力下降的速度来决定延时的多少。在四通阀收到换向指令后(热泵系统的控制器发出换向指令到四通阀收到换向指令之间通常没有延时)，通过设定从四通阀收到换向指令到完成切换的时间来判断所述四通阀是否完成切换。四通阀完成切换的时间通常为2-8秒。在实际中，根据实际采用的四通阀种类来决定延时的多少。例如有的四通阀在得到换向指令信号后2-3秒之内就可以完成切换，而有的四通阀要5-8秒左右才能完成四通阀的完全切换，比如活塞式四通阀，其延时时间一般为7秒。

热泵系统在四通阀切换后，有的系统中压缩机的吸气压力在很短的时间内就可以降低到规定的风机控制吸气压力，而有的系统需要比较长的时间才能降低到规定的风机控制吸气压力。根据本发明的风机控制方法，可以将风机的延时控制在1-20秒之内，即，从控制器发出四通阀换向指令开始到启动风机的时间的范围为1-30秒，并根据实际的四通阀种类和测试吸气压力变化数据决定延时的多少。

例如，在热泵系统中，在测试中发现四通阀在得到换向指令后，需要3秒钟可以完成四通阀的切换，切换后，吸气压力下降到200kPa需要约10秒的时间，因此，可以采用13秒的延时控制。即在热泵系统的控制器给四通阀发送换向指令(从化霜切成制热模式)的时候开始计时，13秒后开启该回路所有的风机。当工况发生变化时，根据装置的性能参数和监测压力变化的数据来调节该延时时间。通常，在热泵系统的控制器给四通阀发送换向指令开始到启动风机的时间范围在1-30秒之间。

可选地，还可以采用其他可以表示第二换热器的盘管状态的系统参数来控制开启室外风机的延时，这在热泵系统中配备的传感器的可靠性较高的情形下更为适用。例如，可以监测换热器盘管的制冷剂进、出口压力，进、出口温度等。例如，当热泵系统在化霜过程中达到化霜结束条件的时候，开启排液阀门(如果有)对正在化霜的盘管进行排液，关闭排液阀门，给出将四通阀切换回“制热模式”信号，判断吸排气压差的变化，如果吸排气压差急剧变小，说明四通阀已经切换成功，同时，关闭或关小节流装置。接着，通过温度传感器监测换热器盘管的进、出口冷媒温度，待温度达到某一阈值时，开启该回路的所有风机，最后进行正常的压缩机能力调节和节流装置控制。

根据本发明的热泵系统中的室外风机控制方法适用于各种空气源热泵系统，不仅适用于上述单双风机热泵系统，还可适用于多风机热泵系统，以及多联式空调机组。而且，本发明的室外风机控制方法不限于制冷剂的类型，例如可以适用于制冷剂R32、R134a、R22、R410A和其他可以用于热泵系统的所有纯制冷剂或混合制冷剂，因此具有很好的通用性。

有益效果

根据本发明的热泵系统的风机控制方法可以适用于热泵系统从化霜模式转成制热模式的控制过程中。根据本发明的方法，风机不会过早开启，而是通过判断四通阀的切换状态或检测系统的参数的变化，如吸气压力等，并在监测该参数达到阈值后才延时开启。根据本发明的方法不会在四通阀切换的短暂过程中在盘管中冷凝成大量液体，保护了压缩机的正常运行；不会因为室外风机的过早运行将盘管上的热量吹走，盘管上大部分的热量将回收到系统中，提高了系统的运行效率。另外，根据本发明的风机控制方法仍然可以在化霜过程中盘管上存在的水滴在结冰前被风机运行产生的气流带走，确保了换热器盘管的有效制热运行。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是显而易见的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (15)

1.一种用于热泵系统控制室外风机的方法，所述热泵系统包括通过循环管路连接的压缩机、四通阀、室外盘管和室外风机、节流装置和换热器，所述方法包括如下步骤：

a)热泵系统的控制器发出换向指令指示所述四通阀从化霜模式切换到制热模式；

b)所述四通阀收到换向指令后进行切换动作，由化霜模式切换为制热模式；

c)所述四通阀切换完成后，所述室外风机上电并启动运行。

2.如权利要求1所述的方法，在步骤b和步骤c之间还进一步包括步骤：

b1)判断所述四通阀是否完成切换。

3.如权利要求2所述的方法，在步骤b1中通过设定从所述四通阀收到换向指令到完成切换的时间来判断所述四通阀是否完成切换。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述四通阀完成切换的时间为2-8秒。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述步骤b1中通过监测压缩机的排气口的排气压力和吸气口的吸气压力之差的变化来判断所述四通阀是否完成切换。

6.如权利要求5所述的方法，当排气压力和吸气压力之差在一定时间内变小，即可判断所述四通阀已完成切换。

7.如权利要求6所述的方法，当排气压力和吸气压力之差的变化在5秒钟之内超过2bar以上或吸排气压差变化超过20％。

8.如权利要求2所述的方法，在步骤b1后还进一步包括步骤：

b2)当所述四通阀完成切换后，监测所述压缩机吸气口的吸气压力并判断所述吸气压力是否达到阈值压力，当监测到所述吸气压力达到阈值后，执行步骤c。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述阈值压力为制冷剂在饱和温度接近零时对应的饱和压力。

10.如权利要求9所述的方法，所述饱和温度的范围是大于-4℃。

11.如权利要求10所述的方法，所述饱和温度的范围是0℃-2℃。

12.如权利要求9所述的方法，所述制冷剂选自R32、R134a、R22、R410A和其他可以用于热泵系统的所有制冷剂。

13.一种热泵系统控制室外风机的方法，所述热泵系统包括通过循环管路连接的压缩机、四通阀、室外风机、节流装置和换热器，所述方法包括如下步骤：

e)热泵系统的控制器发出换向指令指示四通阀从化霜模式切换到制热模式的同时开始计时，当经过第一时间后，执行步骤f；

f)室外风机上电并启动运行。

14.如权利要求13所述的方法，其中发出四通阀换向指令开始到启动风机的所述第一时间的范围为1-30秒。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述第一时间根据四通阀种类和所监测的吸气压力变化来确定。

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