CN103712363A - 逆循环热泵的多用途除霜控制方法及对应的热泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种逆循环热泵的多用途除霜控制方法及对应的热泵装置,该装置包括逆循环阀、第一热交换装置、第二热交换装置、压缩单元、第一制冷剂膨胀装置、第二制冷剂膨胀装置。逆循环阀分别连接压缩单元、第一热交换装置和第二热交换装置,第一热交换装置连接第一制冷剂膨胀装置,第二热交换装置连接第二制冷剂膨胀装置,第一制冷剂膨胀装置与第二制冷剂膨胀装置连接。该方法包括以下步骤:步骤一,在加热模式下,将逆循环阀转向,同时测定翅片管盘的温度;步骤二,在翅片管盘的温度达到设定值时,将逆循环阀回转;步骤三,打开旁通阀,使第一热交换装置的制冷剂流量维持在最小值。

Description

逆循环热泵的多用途除霜控制方法及对应的热泵装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种热泵模式的控制方法及对应的装置,更具体地说,涉及一种逆循环热泵的多用途除霜控制方法及对应的热泵装置。
背景技术
[0002] 传统的热泵系统存在在过渡季节或者冬季会发生结霜情况的缺点。当室外温度低于7度,空气流过翅片换热器,不仅温度下降而且会失去一部分湿度,从而在翅片表面结霜。为了除去翅片表面的霜(翅片结霜会降低制热量),需要采用逆循环的方法加热翅片。当除霜开始,压缩机的排气压力快速减小。因为压缩机的排出的制冷剂排到室外冷凝器中去了,而室外冷凝器表面温度是比较低的。而压缩机的吸气压力在除霜开始会迅速增加,因为制冷剂的蒸发是与水进行热交换,而水温因为除霜之前是制热工况,水温比较高,然后吸气压力会快速降低。而膨胀阀会调节制冷剂的流量,判断是否超出了压缩机的工作范围,从而保护电路或者低压报警。一旦进入逆循环,系统的加热能力会逐渐加热到翅片上,融化霜或者冰,随后提高温度和压力,以确保清洁彻底的表面和滴落的水全部从散热片。
[0003] 当达到设定的除霜限定,机组会返回到制热模式。在此阶段中,从反转短的时间后,液体,包含在翅片盘管的内部,开始移动到所述压缩机,因为翅片线圈工作作为蒸发器,并且由吸入管连接到压缩机。在此阶段中,液体的吸引流内的内容基本上是不受控制的,因为没有翅片盘管之间的调节元件-充满液体-和压缩机。另外一个缺点是当水温低于30度机组很难启动。在这种情况下因为上游低压膨胀阀的原因导致流经翅片管的制冷剂的流量减小。最后一个缺点是在冬季模式高压差的条件下,压缩机很难启动,无论是制冷还是制热。例如,当水温接近极限温度。在这种情况下,由于高压,压缩机很难启动,需要对电机更高的扭矩,因此,较高的启动电流。这可能造成电机过载、电线过热。
发明内容
[0004] 本发明的目的旨在提供一种逆循环热泵的多用途除霜控制方法及对应的热泵装置,来解决现有技术中传统结构的热泵除霜困难,容易造成电机过载、电线过热等问题。
[0005] 根据本发明,提供一种热泵装置,包括逆循环阀、第一热交换装置、第二热交换装置、压缩单元、第一制冷剂膨胀装置、第二制冷剂膨胀装置。逆循环阀分别连接压缩单元、第一热交换装置和第二热交换装置,第一热交换装置连接第一制冷剂膨胀装置,第二热交换装置连接第二制冷剂膨胀装置,第一制冷剂膨胀装置与第二制冷剂膨胀装置连接。
[0006] 根据本发明的一实施例,第一热交换装置包括翅片盘管,采用空气型载冷剂,用以交换空气型载冷剂和第一流体的热量;第二热交换装置采用水载冷剂,用以交换水载冷剂和第二流体的热量。
[0007] 根据本发明的一实施例,第一制冷剂膨胀装置包括第一膨胀阀和第一温度传感器,第一膨胀阀设置于第一热交换装置和第二制冷剂膨胀装置之间。
[0008] 根据本发明的一实施例,第二制冷剂膨胀装置包括第二膨胀阀和第二温度传感器,第二膨胀阀设置于第一制冷剂膨胀装置和第二热交换装置之间。
[0009] 根据本发明的一实施例,压缩单元的进口处设置气液分离器,气液分离器、压缩单元和逆循环阀形成压缩回路,气液分离器为压力容器。
[0010] 根据本发明的一实施例,压缩回路中,逆循环阀与压缩单元之间设置旁通阀,压缩单元和气液分离器之间设置旁通管。
[0011] 根据本发明的一实施例,第一热交换装置和第二热交换装置之间设置储液器,第一热交换装置、第二热交换装置与储液器的进口端分别设置有单向阀。
[0012] 根据本发明的另一方面,还提供一种利用热泵装置的逆循环除霜方法,包括以下步骤:步骤一,在加热模式下,将逆循环阀转向,同时测定翅片管盘的温度;步骤二,在翅片管盘的温度达到设定值时,将逆循环阀回转;步骤三,打开旁通阀,使第一热交换装置的制冷剂流量维持在最小值。
[0013] 根据本发明的一实施例,步骤一在逆循环阀转向后,打开旁通阀以保持吸气压力。
[0014] 根据本发明的一实施例,步骤一在逆循环阀转向后关闭膨胀阀,并且在步骤三打开旁通阀之后打开膨胀阀。
[0015] 采用了本发明的技术方案,能够通过一种新型的热泵装置结构来减少在除霜过程中对压缩单元、电源和电机启动的影响,并且提升除霜效果。
附图说明
[0016] 在本发明中,相同的附图标记始终表示相同的特征,其中:
[0017] 图1是本发明热泵装置的制冷模式的结构示意图;
[0018] 图2是本发明热泵装置的制热模式的结构示意图;
[0019] 图3是本发明逆循环热泵的多用途除霜控制方法的流程图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0021] 参照图1和图2,本发明热泵装置1的主要部件包括逆循环阀2、第一热交换装置
3、第二热交换装置4、压缩单元5、第一制冷剂膨胀装置6、第二制冷剂膨胀装置6’。下面来详细说明上述各个主要部件和其他辅助部件的连接方式。
[0022] 如图1和图2所示,逆循环阀2分别连接压缩单元5、第一热交换装置3和第二热交换装置4,第一热交换装置3连接第一制冷剂膨胀装置6,具体来说是第一热交换装置3设置于第一制冷剂膨胀装置6的上游。第二热交换装置4连接第二制冷剂膨胀装置6’,具体来说是第二热交换装置4设置于第二制冷剂膨胀装置6’的上游。第一制冷剂膨胀装置6与第二制冷剂膨胀装置6’互相连接。逆循环阀2可以是四通阀或其他适合于这样功能的装置。
[0023] 图1和图2分别表示了本发明热泵装置I的2种不同的工作状态结构,其中图1表示的为夏季的制冷模式,而图2表示的为冬季的制热模式,图1中的双箭头表示夏季的制冷模式下制冷剂在回路中的流向,图2中的单箭头表示冬季的制热模式下的制冷剂在回路中的流向。
[0024] 在图1的制冷模式中,第一热交换装置3作为冷凝器而第二热交换装置4作为蒸发器,在工作时第一膨胀阀7处于关闭状态而第二膨胀阀8处于开启状态。在图2的制热模式中,第一热交换装置3作为蒸发器而第二热交换装置4作为冷凝器。在工作时第一膨胀阀7处于开启状态而第二膨胀阀8处于关闭状态。
[0025] 作为本发明的一种优选实施方式,第一热交换装置3包括翅片盘管9,采用空气型载冷剂,用以交换空气型载冷剂和第一流体的热量;第二热交换装置4采用水载冷剂,用以交换水载冷剂和第二流体的热量。
[0026] 继续参照图1,第一制冷剂膨胀装置6包括第一膨胀阀7和第一温度传感器,第一膨胀阀7设置于第一热交换装置3和第二制冷剂膨胀装置6’之间。第二制冷剂膨胀装置6’包括第二膨胀阀8和第二温度传感器,第二膨胀阀8设置于第一制冷剂膨胀装置6和第二热交换装置4之间。第一热交换装置3和第二热交换装置4之间设置储液器14,第一热交换装置3、第二热交换装置4与储液器14的进口端分别设置有单向阀18、19。
[0027] 进一步地,第一膨胀阀7的温度通过第一传感器12测得,第二膨胀阀8的温度通过第二传感器13测得,第一膨胀阀7由第一热交换装置3控制,第二膨胀阀8由第二热交换装置4控制。第一膨胀阀7和第二膨胀阀8均可以是机械式或电动驱动型阀,以便更好地调节和控制操作过程中的开口。
[0028] 继续如图1所示,压缩单元5的进口处设置气液分离器15,气液分离器15、压缩单元5和逆循环阀2形成压缩回路。在压缩回路中,逆循环阀2与压缩单元5之间设置旁通阀11,压缩单元5和气液分离器15之间设置旁通管10。旁通阀11包括一个远程控制电磁阀或一个电动驱动调节阀,储液器14可以安装不同位置或根本不安装。压缩单元5之前的气液分离器15在系统中通常加入用以避免逆循环阀2之前所描述的切换后的液体制冷剂返回到压缩单元5中。气液分离器15通常是一个压力容器,它能分离气体和液体制冷剂,同时它还可以分离出一些油,让油回流到压缩单元5。
[0029] 进一步地,本发明的热泵装置I还包括多根冷剂管路16、17和20。在直接循环中,制冷剂管路20连接第一热交换装置3的出口与第二热交换装置4的入口,在反向循环中,制冷剂管路20连接在第二热交换装置4的出口和第一热交换装置3的入口。制冷剂管路16连接第二热交换装置4的出口和第一热交换装置3的入口。制冷剂管路17连接第一热交换装置3的出口和第二热交换装置4的入口。另外,制冷剂管路16包含一个单向阀18,制冷剂管路17包含一个单向阀19。
[0030] 参照图2,图2所示的冬季的制热模式在结构上与图1所示的夏季的制冷模式的结构基本相同,其区别仅在于制冷剂管路16和17之间存在一个汇合点21,其位于上游侧的公共入口到储液器14之间,以及一个支化点22,其位于下游的储液器14的共同出口。
[0031] 除了上述的热泵装置I的结构,本发明还提供一种利用上述热泵装置I的逆循环热泵的多用途除霜控制方法,包括以下几个主要步骤:
[0032] 步骤S1:在加热模式下,将逆循环阀2转向,同时测定翅片管盘的温度。
[0033] 步骤S2:在翅片管盘的温度达到设定值时,将逆循环阀2回转。
[0034] 步骤S3:打开旁通阀11,使第一热交换装置3的制冷剂流量维持在最小值。
[0035] 进一步,可以当步骤SI在逆循环阀2转向后,打开旁通阀11以保持吸气压力,并且当步骤SI在逆循环阀2转向后关闭膨胀阀,并且在步骤S3打开旁通阀11之后打开膨胀阀。[0036] 具体来说,步骤SI首先控制热泵机组来提高制冷和制热模式下的效率,包含取代气液分离器15功能(防止制冷剂液体回到压缩单元5),控制和减小压降。当冬季模式时,翅片盘管9会结霜,必须要进行除霜,控制器会给一个信号给逆循环阀2转向,然后过一段时间,根据需要打开旁通阀11以保持吸气压力,通过旁通使得一部分排气压力回到吸气端以增加吸气压力。此外,一部分油会离开压缩单元5 (尤其高流量低压排气操作时)能够通过再循环回到压缩单元5,增加压缩单元5的油量,因此保证运行安全。
[0037] 当翅片盘管9的压力和温度达到设定值,霜或者冰已经融化时,逆循环阀2回到原先的制热模式。在此阶段中,打开旁通阀11来减少从第一热交换装置3来的制冷剂流量。事实上,考虑到压缩单元5是固定的吸气流量,采用最高的旁通流量和最低的从第一热交换装置3来的流量,因此风险是液态制冷剂。此外,排气旁通气体,一部分液体是可以接受的,因为过热的气体可以使之蒸发。
[0038] 进一步的操作可按下述方法:
[0039] 如果该回路的压缩装置具有任何种类的容量控制系统,它可以被下载到降低甚至更多的蒸发器流量,并且对于一些特定类型(例如螺杆式压缩机),接受更多无风险的液体,并在同时提高排气温度。
[0040] 第一膨胀阀7可以被强制关闭,以避免通过它流进蒸发器的制冷剂,可将液体致冷剂压出。另外,在这种情况下,旁通阀11可以减少油的迁移从压缩单元5到其它组分制冷剂系统提闻了可罪性。
[0041] 从第一热交换装置3中除去过量的制冷剂后,第一膨胀阀7可以被打开,以控制蒸发压力,压缩装置可根据对水系统的负载增加的容量,并且通过旁通阀11可以关闭,在为了回到正常热泵运行。
[0042] 按照上述流程(或上述流程的一部分,根据系统配置,压缩机型等)的液体返回到压缩单元5被减小下压缩单元5的可接受的限度,因此,气液分离器15可以被删除,以通过直接连接取代旁通管10。
[0043] 旁通阀11也可以在压缩单元5起动期间打开以降低排出压力,这样电流主要取决于该制冷剂离开压缩单元5的阻力。
[0044] 此外,本发明的优点在于能够打开旁通以便更好控制系统压力,例如:
[0045] 当热泵模式时在低水温启动时,第一膨胀阀7的流量是不够的,而可以通过打开旁通阀11来解决,提供所需的额外流量。当机组在高水温、高空气温度条件启动,输入功率和制热量都很高,冷凝压力可能会超过限定值而导致机组保护停机。这时候,如果打开旁通阀11,此时流量进入冷凝器减少制热量和冷凝温度。当根据风扇控制逻辑蒸发压力减少,旁通阀11会被关闭。当负载和水流量不稳定时,压缩单元5会被频繁的开启和停止,从而增加水温的波动。这时候打开旁通阀11来控制系统的制冷量,直到水温稳定。
[0046] 本发明的技术方案可适用于任何制冷剂(包含R134a,R407C, R404A, R410A, R22,C02, NH3, R32 等等)。
[0047] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式,而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案,只要符合本发明的实质精神范围,都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种热泵装置,其特征在于,包括: 逆循环阀、第一热交换装置、第二热交换装置、压缩单元、第一制冷剂膨胀装置、第二制冷剂膨胀装置; 所述逆循环阀分别连接所述压缩单元、所述第一热交换装置和所述第二热交换装置,所述第一热交换装置连接所述第一制冷剂膨胀装置,所述第二热交换装置连接所述第二制冷剂膨胀装置,所述第一制冷剂膨胀装置与所述第二制冷剂膨胀装置连接。
2.如权利要求1所述的热泵装置,其特征在于,所述第一热交换装置包括翅片盘管,采用空气型载冷剂,用以交换所述空气型载冷剂和第一流体的热量;所述第二热交换装置采用水载冷剂,用以交换所述水载冷剂和第二流体的热量。
3.如权利要求1所述的热泵装置,其特征在于,所述第一制冷剂膨胀装置包括第一膨胀阀和第一温度传感器,所述第一膨胀阀设置于所述第一热交换装置和所述第二制冷剂膨胀装置之间。
4.如权利要求1所述的热泵装置,其特征在于,所述第二制冷剂膨胀装置包括第二膨胀阀和第二温度传感器,所述第二膨胀阀设置于所述第一制冷剂膨胀装置和所述第二热交换装置之间。
5.如权利要求1所述的热泵装置,其特征在于,所述压缩单元的进口处设置气液分离器,所述气液分离器、所述压缩单元和所述逆循环阀形成压缩回路,所述气液分离器为压力容器。
6.如权利要求5所述的热泵装置,其特征在于,所述压缩回路中,所述逆循环阀与所述压缩单元之间设置旁通阀,所述压缩单元和所述气液分离器之间设置旁通管。
7.如权利要求1所述的热泵装置,其特征在于,所述第一热交换装置和所述第二热交换装置之间设置储液器,所述第一热交换装置、所述第二热交换装置与所述储液器的进口端分别设置有单向阀。
8.一种利用权利要求1〜7中任意一项所述的逆循环热泵的多用途除霜控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一,在加热模式下,将逆循环阀转向,同时测定翅片管盘的温度; 步骤二,在翅片管盘的温度达到设定值时,将逆循环阀回转; 步骤三,打开旁通阀,使第一热交换装置的制冷剂流量维持在最小值。
9.如权利要求8所述的逆循环热泵的多用途除霜控制方法,其特征在于,所述步骤一在逆循环阀转向后,打开旁通阀以保持吸气压力。
10.如权利要求8所述的逆循环热泵的多用途除霜控制方法,其特征在于,所述步骤一在逆循环阀转向后关闭膨胀阀,并且在所述步骤三打开旁通阀之后打开所述膨胀阀。
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