CN106152643A - 空气源热泵热水器除霜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空气源热泵热水器的除霜方法，其特征在于：通过测量环境温度、蒸发器盘管温度、时间，计算传热温差和传热温差变化速率；利用环境温度、开机时间、传热温差和传热温差变化速率与除霜条件设定值的比较，当四个除霜条件都满足时发出除霜信号，通过除霜继电器的常闭和常开触头，控制系统的风机、压缩机的起、停，以及四通阀或除霜旁通电磁阀或除霜热水电磁阀的开、闭，实现除霜；利用除霜时间和盘管温度与除霜结束信号设定值的比较，给出结束除霜信号，执行除霜结束程序，系统恢复正常运行。除霜方式包括：四通阀换向反热泵循环、或旁通热气除霜、或热水除霜、或复合除霜。本发明除霜方法，除霜判断准确，逻辑清楚、探头廉价，信号测量容易，除霜快速彻底，节能，适用于所有包含吸取空气能制热水的各类空气源热泵热水器除霜之用。
Description
技术领域
本发明涉及制冷空调器、热泵热水器和节能技术领域。
背景技术
空气源热泵热水器是高效节能设备，但是，在冬季高湿地区，结霜严重，除霜时间长，严重时不能使用。冷暖空调器和空气源热泵热水器的除霜问题，已经过长时间广泛研究，归纳目前市场的空气源热泵热水器采用的除霜方法，有四种：第一种，制冷剂反热泵循环除霜：制冷剂回路设置四通阀，除霜时切换四通阀，制冷剂作反热泵循环，制冷剂从热水凝结器吸收热水热量，经压缩机压缩，送到室外风换热器放热除霜；第二种，旁通热气除霜：制冷剂回路从压缩机排气管增开一除霜旁路，避开节流器通到室外风换热器制冷剂入口，在除霜旁路上安装有除霜电磁阀，除霜时开启除霜电磁阀，制冷剂压缩机排气口直接送到室外风换热器放热除霜，制冷剂低压蒸气再被压缩机吸回；第三种，热水喷淋除霜：利用储热水箱的热水，通过安装有电磁阀的热水除霜管路，到室外风换热器翅片盘管上方，喷淋热水除霜；第四种，热气除霜：是用电加热器产生热风，向室外风换热器翅片盘管吹热风除霜；四种方法比较，第一种，制冷剂反热泵循环除霜方法，在冷暖空调器中常用，但是在空气源热泵热水器使用时，因为热水凝结换热器时水温高，制冷剂压力过高，再经压缩机压缩，压力更高，经常造成室外风换热器盘管破裂事故；第二种，制冷剂旁通热气除霜，如果储热水箱水温不高，除霜效率不高，一般除霜时间比第一除霜方法长；第三种，热水除霜，速度快，但是，霜融化后，盘管出翅片是湿度大，如果不经过干燥，就转入热泵循环，蒸发器盘管作为蒸发器使用，翅片的水分又会迅速结冰，所以格力电器否定这种除霜方法；第四种，电热风除霜，设备复杂，除霜能量利用率低，不常用。
除霜控制方法：除霜控制方法就是要判断除霜开始和停止时刻，并采取相应的除霜热源和程序进行除霜。追求的目标是除霜彻底，节能，控制方法简单。 除霜开始和停止需要由信号探测器提供信号。结霜后对热泵热水器的影响表现在制热量明显下降、蒸发器的风速明显降低、蒸发器制冷剂压力和风机盘管温度明显降低等，相关信号探测器有水流量计、风速仪、压力探测器和温度探头，成本最低是温度探头。目前最常用温度探头，布置在蒸发器盘管末端近压缩机吸气口。
空气源热泵工程中常用的有以下几种除霜方法。
①简单的时间周期法控制除霜开始和终止 ，但是如规定在结霜季节每隔30～40min进行一次除霜，每次除霜时间为3～6min。这种控制方法的缺点很明显，即不论有无霜、霜厚薄，均到时刻即除霜，能源浪费大。这是一种较初级的控制方法，但是控制方法简单，所以仍然有设备使用。
②以空气出蒸发器的温度(出风温度)作为除霜开始的判断依据,原理是当蒸发器的出风温度低于某一数值时，蒸发器表面就可能已开始结霜，过一段时间(如30min)后，如出风温度没有回升，则认为蒸发器表面的结霜已较多，可开始除霜。这种方法出风温度的设置较关键，设置过高则除霜过于频繁；设置过低则蒸发器积霜过厚，且合理的出风温度随室外空气的温度、相对湿度等均有关，往往不易掌握。
③以空气流过蒸发器的压降作为除霜开始的判断依据 该方法的原理是随蒸发器表面结霜的厚度，空气流过蒸发器的压降也相应变化，通过测量空气的压降，可作为除霜开始的判断依据。这种方法需精度较高的压差测量元件。
④以风机电流作为除霜开始的判断依据 随着蒸发器表面的结霜，空气流过蒸发器的阻力增大，风机的电流也增大，可由此判断何时可开始除霜。但引起风机电流变化的因素很多，以此确定除霜开始时机易导致误报。
⑤以蒸发器管对翅片的温度差值作为除霜开始的判断，依据蒸发器表面结霜情况不同，蒸发器管与翅片的温度也不同，但是实际上难以使用，因为该方法对温度传感器的可靠性及布放要求较高，误差很大。
⑥以蒸发器管内热泵工质的温度作为除霜开始的判断依据 蒸发器表面结霜时，通常会导致热泵工质的蒸发温度下降，且蒸发温度的下降幅度与霜层厚度有关，但该温度也受环境气温影响，非唯一相关因素。
⑦用热泵制热量作为除霜开始的判断依据，因为热泵制热量不仅仅与盘管霜层厚度有关，还与自来水流量，进、出水温度等因数有关，也非唯一相关因素。
⑧用不同判据的组合和模糊控制方法来确定是否开始除霜 。此模糊控制需要测量多种信号和复杂的数学模型处理，效果各异 ，没有见到有说服力的处理方法。
相对于除霜开始来说，除霜结束的判断要简单些，可采用除霜时间(通常3～6min)、蒸发器表面温度(通常<13℃)等因素的综合结果，作为除霜结束的判据。
发明内容
鉴于现有的上述空气源热泵热水器除霜方法的不足，本发明提出一种空气源热泵热水器的除霜方法，是以温度、时间等易于准确测量的信号，简单处理的信号数据：温差、时差、温差变化速率的综合参数为除霜起始的判据，采用简单逻辑电路，控制不同形式的空气源热泵热水器的热源导流除霜系统，从而实现准确、快速、彻底除霜，并且方法简单，成本低廉。本发明为解决空气源热泵热水器冬季除霜难题提供了有效技术方案，有助于提升空气源热泵热水器技术水平和推广应用。
本发明采用的技术方案是
空气源热泵热水器的除霜方法，是应用于由压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、气液分离器构成的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征是：所述的空气源热泵热水器，包括有除霜信号采集处理控制系统和热源导流除霜系统；所述的除霜信号采集处理控制系统，包括除霜信号采集，除霜信号处理，除霜起始和停止的基准参数的设定、除霜起始和停止的条件判别及其对系统除霜全过程的控制；所述的除霜信号采集包括：布置在室外机的环境气温探头T 1，测量室外空气温度T a；布置在风源翅片换热器盘管上的温度探头T 2，测量制冷剂蒸发温度T b；时钟，记录设备运行时间t；所述的除霜信号处理包括：连续计算环境气温与风换热器盘管温度的温差值ΔT ＝ T a － T b，温差值ΔT近似作为传热温差；计算单位时间传热温差的变化量，即传热温差变化速率τ；计算热泵开机运行时间Δt 1 ；所述的除霜起始基准参数设定包括：开机后不做除霜的时限Δt 1,0；当地结霜初始环境气温T a,0；结霜初期的传热温差值ΔT 0；霜层临界厚度的传热温差变化速率限定值，简单记为临界温差速率τ 0；所述的除霜停止基准参数设定包括：除霜限定时间Δt 2,0和停止除霜时的风换热器盘管温度值T b,0；除霜起始判别的条件是：室外空气温度低于当地结霜初始环境气温T a< T a,0, 传热温差值大于结霜初期的传热温差值ΔT>ΔT 0，以及传热温差变化速率大于临界温差速率τ>τ 0；压缩机起动后运行时间超过不做除霜的时限Δt 1>Δt 1,0；当除霜起始的四条件同时满足时，发出开始除霜指令；当除霜开始时，记录除霜所用的时间，记为Δt 2；除霜结束判别条件是：当除霜时间超过除霜限定时间Δt 2>Δt 2,0或风换热器盘管温度值超过停止除霜时的风换热器盘管温度值T b>
T b,0；当除霜结束的两个条件之一满足时，发出除霜结束指令；除霜信号采集处理控制系统发出除霜起始和停止的指令后，控制除霜继电器线圈的通电和断电，再通过除霜继电器的常开和常闭触头，控制空气源热泵热水器的压缩机、风机的起、停，以及四通阀或除霜旁通电磁阀或除霜热水电磁阀的开、闭。
所述的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征在于：所述的热源导流除霜系统，是一种利用空气源热泵热水器的四通阀切换制冷剂流向的反热泵循环除霜系统，或是一种引储热水箱的热水来除霜的热水喷淋除霜系统，或是一种利用空气源热泵热水器的压缩机排气通过与节流器旁通的管路来除霜的制冷剂热气除霜系统；或是一种热水喷淋除霜和制冷剂热气除霜相结合的复合除霜系统；
所述的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征在于：：所述的除霜信号采集处理控制系统，其除霜起始的四个条件：室外空气温度低于当地结霜初始环境气温T a< T a,0, 传热温差值大于结霜初期的传热温差值ΔT>ΔT 0，以及传热温差变化速率大于临界温差速率τ>τ 0，压缩机起动后运行时间超过不做除霜的时限Δt 1>Δt 1,0，是通过四个常开除霜起动信号触头T a、ΔT、τ和Δt 1，依序串联接在除霜继电器线圈N的通电线路上，当四个常开除霜起动信号触头全部闭合时，除霜继电器线圈N通电；其除霜结束的两个条件：除霜时间超过除霜限定时间Δt 2>Δt 2,0和风换热器盘管温度值T b>
T b,0的常闭除霜结束信号触头Δt 2和T b串联，并与四个除霜起动电位开关串联线路并联；除霜继电器根据不同的热源导流除霜系统，配备不同数目不同形式的触头，为表述方便，把本发明所用的除霜继电器的6个不同触头记为第1、2、3、4、5、6共六个触头，分别用符号N1、N2、N3、N4、N5、N6表示；第1触头N1为常开自锁触头，接在除霜继电器线圈断电控制线路上；第2触头N2为延时闭合常闭触头，接在压缩机继电器C的线圈电路上；第3触头N3为常闭触头，接在风机继电器P的线圈电路上；第4触头N4为延时开、闭的常闭触头，接在四通阀继电器STF的线圈电路上；第5触头N5为延时闭合常开触头，接在除霜旁通电磁阀继电器DCF1的线圈电路上；第6触头N6为常开触头，接在除霜热水电磁阀继电器DCF2的线圈电路上；根据不同热源导流除霜系统，对除霜继电器的触头进行取舍；
所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：所述的反热泵循环除霜系统，是一种增添有轻度节流反热泵循环除霜回路的空气源热泵热水器，包括有压缩机、四通阀、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱、轻度节流器、单向阀；所述的反热泵循环的除霜制冷剂流程是：压缩机→四通阀→风源翅片换热器→单向阀→轻度节流器→热水凝结换热器→四通阀→气液分离器→压缩机；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第2触头，即延时闭合常闭触头N2接在压缩机继电器C的线圈电路上；第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上；第4触头，即双向延时常开触头N4接在四通阀继电器STF的线圈电路上；四通阀继电器附带的常开触头STF1也接在压缩机继电器的线圈电路上，与除霜继电器的第2触头N2并联；当除霜开始时：除霜继电器的线圈N通电，其第1、2触头N2、N3打开，压缩机和风机停止运行；四通阀延时切换，当四通阀换向除霜后，四通阀附带的常开触头STF1闭合，使压缩机重新起动，制冷剂做反热泵循环，利用高温制冷剂凝结热除霜；当除霜结束指令发出时：除霜继电器的线圈N断电，第3触头N3重新闭合，风机立即重新运行；第4触头N4延时断开，四通阀延时切换；第2触头N2延时闭合，压缩机延时恢复运行，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行；
所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：所述的旁通制冷剂热气除霜系统，是一种增添除霜旁路的空气源热泵热水器，包括有包括压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱和除霜旁通电磁阀；所述的除霜旁路是连接压缩机排气口与风源翅片换热器的下端接口之间，安装有除霜旁通电磁阀，与节流器并联的管路；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上，除霜继电器的第5触头，即延时复位常开触头N5接在除霜旁通电磁阀继电器DCF1的线圈电路上；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，其第3触头N3打开，风机停止运行；第5触头N5闭合，除霜旁通电磁阀开启；压缩机继续运行，制冷剂热气从压缩机出口，经除霜旁路进入风源翅片换热器，放热除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，第3触头N3关闭，风机重新起动；第5触头N5延时恢复打开，除霜旁通电磁阀延时闭合，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行；
所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：所述的热水喷淋除霜系统，是一种增添除霜热水管路的空气源热泵热水器，包括有压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱，除霜热水电磁阀，喷水管；所述的除霜热水管路，是一端与储热水箱的出水口，或热水凝结换热器出口连接，另一端与风源翅片换热器上方的喷水管连接的单独除霜用的热水管路，在除霜热水管路上安装有除霜电磁阀，喷水管PS下侧钻有喷水孔；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第2触头，即延时闭合常闭触头N2接在压缩机继电器C的线圈电路上，其第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上，其第6触头，即常开触头N6接在除霜热水电磁阀的线圈DCF2的电路上；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，其第2、3触头N2、N3立即打开，压缩机和风机立即停止运行；第6触头N6闭合，除霜热水电磁阀开启，利用储热水箱的热水喷淋风源翅片换热器，快速除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，其第6触头N6打开，除霜热水电磁阀关闭；第3触头N3闭合，风机立即重新运行；第2触头N2延时闭合，压缩机延时起动，此期间风机吹着没有降温的风源翅片换热器，吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行；
所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：或是采用热水喷淋除霜和旁通制冷剂热气的复合除霜系统的空气源热泵热水器，包括有包括压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱，除霜旁通电磁阀和除霜热水电磁阀，喷水管；所述的除霜旁路是连接压缩机排气口与风源翅片换热器的下端接口之间，安装有除霜旁通电磁阀，与节流器并联的管路；所述的除霜热水管路，是一端与储热水箱的出水口，或热水凝结换热器出口连接，另一端与风源翅片换热器上方的喷水管连接的单独除霜用的热水管路，在除霜热水管路上安装有除霜热水电磁阀，喷水管下侧钻有喷水孔；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上，其第5触头，即延时闭合常开触头N5接在除霜旁通电磁阀继电器DCF1的线圈电路上，其第6触头，即常开触头N6接在除霜热水电磁阀继电器DCF2的线圈电路上；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，第3触头N3断开，风机停止运行，第5、6触头N5、N6立即闭合，除霜旁通电磁阀和热水电磁阀立即开启，同时进行热水和制冷剂热气快速除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，首先，第6触头N6打开，除霜热水电磁阀关闭；第3触头N3闭合，风机重新运行，第5触头N5延时打开，除霜旁通电磁阀延时关闭，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行；
所述的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征在于：所述的空气源热泵热水器，是利用空气能采用热泵循环制热水的空气源热泵热水器，可以是单一功能单源的空气源热泵热水器，或是多功能复合源的空气源热泵热水器。
本发明的创新点及其原理说明如下：
1. 采用三个除霜条件同时满足发出除霜指令的依据是：（1）是当地可能开始结霜的温度，一般蒸发器蒸发温度低于环境气温5-8℃，而结霜要在0℃以下，结霜温度还与空气湿度和流过翅片的风速有关，湿度大和风速低，结霜容易，真正结霜温度0℃不多，所以T a< T a,0是可能结霜的必要条件；（2）风换热器盘管温度T b近似代表风源翅片换热器内制冷剂的蒸发温度；ΔT表示传热温差，与传热流率、换热器结构和风速有关，ΔT 0为设计的在冬季传热流率正常的传热温差，ΔT>ΔT 0意味着霜层出现，因为当霜层中增厚，翅片间的风道变窄，风阻增大，风流速减小，风源翅片换热器传热温差增大，所以ΔT>ΔT 0是霜层变厚的判据，但是不能判断霜层有多厚；另外，热流率增大时也会出现ΔT>ΔT 0情况，但是，此情况发生在环境温度高的时候，所以ΔT>ΔT 0不能作为独立除霜开始条件；（3）结霜初期，传热温差的速率增大速度慢，即传热温差下降速率小，温差下降速率限定值τ 0是根据实验观察统计的确定值，因为霜层厚度增加到一定厚度后，相同的结霜速率却使换热器翅片间风道面积急剧减小，所以τ>τ 0是霜层严重的指标，但是，τ>τ 0 不能作为独立开始除霜指标，因为在开机初始时刻，传热温差下降速率也是很大的；所以，增加了压缩机起动后运行时间超过不除霜的时限Δt 1>Δt 1,0的条件；本发明提出的除霜判据，逻辑清楚，测量参数容易，控制设计简单，不必要复杂的模糊控制运算，可靠准确，有很强的创新性、先进性和实用性，将为空气源热泵热水器广泛使用解除回顾之忧。
2．在反热泵循环除霜系统中增添一条与节流器并联的轻度节流反流向旁路，其作用是使反热泵循环除霜时，制冷剂可以通过阻力较小的轻度节流反流向旁路，保持在风源翅片换热器管内一定压力，又不至于在风源翅片换热器管内压力过高，保护设备安全。
3. 采用热水喷淋除霜方法适用于空气源热泵热水器，热泵产生热水的热量消耗电量仅仅1/3，而且直接接触传热，还可借喷淋水冲力，快速除霜。
4.在执行除霜结束指令时，采取风机先恢复运行，而后起动压缩机的程序，利于吹干风源翅片换热器，防止重新运行时除霜残留在翅片上的水分，快速再结霜。
5.采用热水喷淋除霜和空气源热泵热水器的旁通制冷剂热气的复合除霜系统方法，效果最好，既节能，快速除霜。
附图说明
图1是本发明空气源热泵热水器除霜方法的控制原理说明示意图。
图2是本发明实施例1采用反热泵循环除霜的空气源热泵热水器的系统示意图。
图3是本发明实施例2采用旁通热气除霜的空气源热泵热水器的系统示意图。
图4是本发明实施例3的采用热水喷淋除霜的空气源热泵热水器系统示意图。
图5是本发明实施例5的采用热水喷淋和旁通热气相结合除霜的空气源热泵热水器系统示意图。
具体实施例：
下面结合附图和通过实施例进一步详细说明本发明的空气源热泵热水器的除霜方法。但本发明内容不仅限于附图所示。
图1是本发明空气源热泵热水器除霜方法的控制原理说明示意图。图1中第1行为除霜起始控制电路，第2行为除霜停止控制电路；除霜起始的四个条件：室外空气温度低于当地结霜初始环境气温T a< T a,0, 传热温差值大于结霜初期的传热温差值ΔT>ΔT 0，以及传热温差变化速率大于临界温差速率τ>τ 0，压缩机起动后运行时间超过不做除霜的时限Δt 1>Δt 1,0，是通过图1中第一行所示的四个常开信号触头T a、ΔT、τ和Δt 1串联连接在除霜继电器线圈N的通电线路上；除霜结束的两个条件：除霜时间超过除霜限定时间Δt 2>Δt 2,0和风换热器盘管温度值T b>
T b,0的两个除霜结束信号的常闭触头Δt 2和T b串联，如图1的第二行所示，与四个除霜起动电位开关串联线路并联，协同控制除霜继电器线圈的通电和断电；
所述的除霜起始基准参数设定，例如：开机后不做除霜的时限Δt 1,0设定为40分钟；当地结霜初始环境气温T a,0设定为5℃；结霜初期的传热温差值ΔT 0设定为6℃；霜层临界厚度的传热温差变化速率限定值τ 0设定为0.5℃/分钟，简称为临界温差速率；除霜停止基准参数设定，例如：除霜限定时间Δt 2,0设定为5分钟和停止除霜时的风换热器盘管温度值T b,0设定为13℃；
图1所示的除霜继电器有第1、2、3、4、5、6共六个触头，分别用符号N1、N2、N3、N4、N5、N6表示；第1触头N1为常开自锁触头，接在图1的第2行的除霜继电器线圈断电控制线路上；当除霜继电器线圈通电时闭合，防止因为除霜开始的信号触头在除霜过程中恢复常开状态而除霜又没有结束的误操作；第2触头N2为延时闭合常闭触头，接在图1的第3行的压缩机继电器C的线圈电路上；第3触头N3为常闭触头，接在图1的第4行的风机继电器P的线圈电路上；第4触头N4为延时开、闭的常闭触头，接在图1的第5行的四通阀继电器STF的线圈电路上；第5触头N5为延时闭合常开触头，接在图1的第6行的除霜旁通阀继电器DCF1的线圈电路上；第6触头N6为常开触头，接在图1的第7行的除霜热水电磁阀继电器DCF2的线圈电路上；
当四个常开除霜起动信号触头全部闭合时，除霜继电器线圈N通电，除霜继电器的常闭触头断开，常开触头闭合；又通过对压缩机、风机、四通阀、除霜旁通电磁阀、除霜热水电磁阀的继电器线圈的通电、断电控制，实现空气源热泵热水器的热源导流除霜系统的控制。
对于不同形式的空气源热泵热水器，可以根据所要控制的热源导流除霜系统，从图1中选择组合除霜继电器的触头回路。
图 2 是本发明实施例 1，采用反热泵循环除霜的空气源热泵热水器系统示意图。
实施例1的空气源热泵热水器系统，包括压缩机1、四通阀STF、热水凝结换热器2、节流器J1、风源翅片换热器3、风源翅片换热器的风机3a、气液分离器4、轻度节流器J2、单向阀D1、储热水箱6、循环水泵SB，其特征在于：布置有轻度节流反流向旁路与节流器J1并联，在旁路上安装有轻度节流器J2和单向阀，单向阀D1的流向指向热水凝结换热器；所述的反热泵循环除霜的制冷剂流程是：压缩机1→四通阀STF→风源翅片换热器3→单向阀D1→轻度节流器J2→热水凝结换热器2→四通阀→气液分离器4→压缩机；在风源翅片换热器的机壳上布置有环境气温探头T1, 测量环境气温Ta；在风源翅片换热器的盘管近压缩机吸口端布置有温度探头T2，测量制冷剂蒸发温度Tb；在储热水箱顶部布置有热水温度探头T3；系统的信号采集处理控制系统有时钟记录和数据处理功能；采用图1所示的除霜控制第1-5行的控制电路；当除霜信号采集处理计算控制系统的四个除霜条件都满足时，即四个常开信号触头T a、ΔT、τ和Δt 1都闭合时，发出开始除霜信号指令后，除霜开始：除霜继电器的线圈N通电，其第2、3触头N2和N3打开，压缩机和风机停止运行；第4触头延时闭合，四通阀延时切换，当四通阀换向除霜后，四通阀附带的常开触头STF1闭合，使压缩机重新起动，制冷剂做反热泵循环，利用高温制冷剂凝结热除霜；当除霜结束的常闭触头Δt 2和常闭触头T b之一断开时，发出除霜结束指令：除霜继电器的线圈N断电，第3触头N3闭合，风机立即重新运行；第4触头N4延时断开，四通阀延时切换；第2触头N2延时闭合，压缩机延时恢复运行，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行。
图 3 是本发明实施例 2，采用旁通热气除霜的空气源热泵热水器系统示意图。
实施例2的空气源热泵热水器系统，包括压缩机1、热水凝结换热器2、节流器J1、风源翅片换热器3、风源翅片换热器的风机3a、气液分离器4、储热水箱6，热水凝结换热器2置于储热水箱6内，除霜旁通阀DCF1；在压缩机排气口与风源翅片换热器的下端接口之间，增添一条安装有除霜旁通阀的除霜旁路, 与节流器并联；除霜信号采集处理计算与实施例1相同，除霜控制取图1所示的第1、2、4、6行的控制电路；当四个除霜条件都满足时，即四个常开信号触头T a、ΔT、τ和Δt 1都闭合时，系统发出开始除霜信号指令后，除霜开始，除霜继电器的线圈N通电，除霜继电器的第3触头N3打开，风机停止运行；第5触头N5闭合，除霜旁通电磁阀开启；压缩机继续运行，制冷剂热气从压缩机出口，经除霜旁路进入风源翅片换热器，放热除霜；当常闭触头Δt 2和常闭触头T b之一断开时，发出除霜结束指令，除霜继电器的线圈N断电，其第3触头N3关闭，风机重新起动；第5触头N5延时打开，除霜旁通电磁阀延时闭合，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行。
图 4 是本发明实施例 3，采用热水喷淋除霜的空气源热泵热水器系统示意图。
实施例3的空气源热泵热水器的制冷剂循环系统与实施例2的相同，区别在于采用热水喷淋除霜；所述的空气源热泵热水器增添除霜热水管路，除霜热水管路的是一端与储热水箱的出水口，或热水凝结换热器出口连接，另一端与风源翅片换热器上方的喷水管连接的单独除霜用的热水管路，在除霜热水管路上安装有除霜电磁阀DCF2，喷水管PS下侧钻有喷水孔；除霜信号采集处理计算与实施例1相同，除霜控制采用如图1所示的第1、2、3、4、7行的控制电路；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，除霜继电器的第2、3触头N2、N3立即打开，压缩机和风机立即停止运行；第6触头N6闭合，除霜热水电磁阀开启，利用储热水箱的热水喷淋风源翅片换热器，快速除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，第6触头N6打开，除霜热水电磁阀关闭；第3触头N3闭合，风机立即重新运行；第2触头N2延时闭合，压缩机延时起动，此期间风机吹着没有降温的风源翅片换热器，吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行。
图 5 是本发明实施例 4，采用热水喷淋和旁通热气相结合除霜的空气源热泵热水器系统示意图。
实施例4的空气源热泵热水器的制冷剂循环系统与图3所示的实施例2的相同，只是热水凝结换热器与储热水箱分离，采用循环水泵连接，如图2左半部分所示；所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：是采用热水喷淋除霜和空气源热泵热水器的旁通制冷剂热气的复合除霜系统；在采用复合除霜系统时，除霜控制取图1控制电路的第1、2、4、6、7行的控制电路；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，除霜继电器的第3触头N3断开，风机停止运行，第5、6触头N5、N6立即闭合，除霜旁通电磁阀DCF1和除霜热水电磁阀DCF2立即开启，同时进行热水和制冷剂热气快速除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，首先，第6触头N6打开，除霜热水电磁阀DCF2关闭；第3触头N3闭合，风机重新运行，第5触头N5延时打开，除霜旁通电磁阀DCF1延时关闭，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行。
Claims (8)
1.空气源热泵热水器的除霜方法，是应用于由压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、气液分离器构成的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征是：所述的空气源热泵热水器，包括有除霜信号采集处理控制系统和热源导流除霜系统；所述的除霜信号采集处理控制系统，包括除霜信号采集，除霜信号处理，除霜起始和停止的基准参数的设定、除霜起始和停止的条件判别及其对系统除霜全过程的控制；所述的除霜信号采集包括：布置在室外机的环境气温探头T 1，测量室外空气温度T a；布置在风源翅片换热器盘管上的温度探头T 2，测量制冷剂蒸发温度T b；时钟，记录设备运行时间t；所述的除霜信号处理包括：连续计算环境气温与风换热器盘管温度的温差值ΔT ＝ T a － T b，温差值ΔT近似作为传热温差；计算单位时间传热温差的变化量，即传热温差变化速率τ；计算热泵开机运行时间Δt 1 ；所述的除霜起始基准参数设定包括：开机后不做除霜的时限Δt 1,0；当地结霜初始环境气温T a,0；结霜初期的传热温差值ΔT 0；霜层临界厚度的传热温差变化速率限定值，简单记为临界温差速率τ 0；所述的除霜停止基准参数设定包括：除霜限定时间Δt 2,0和停止除霜时的风换热器盘管温度值T b,0；除霜起始判别的条件是：室外空气温度低于当地结霜初始环境气温T a< T a,0,
传热温差值大于结霜初期的传热温差值ΔT>ΔT 0，以及传热温差变化速率大于临界温差速率τ>τ 0；压缩机起动后运行时间超过不做除霜的时限Δt 1>Δt 1,0；当除霜起始的四条件同时满足时，发出开始除霜指令；当除霜开始时，记录除霜所用的时间，记为Δt 2；除霜结束判别条件是：当除霜时间超过除霜限定时间Δt 2>Δt 2,0或风换热器盘管温度值超过停止除霜时的风换热器盘管温度值T b>T b,0；当除霜结束的两个条件之一满足时，发出除霜结束指令；除霜信号采集处理控制系统发出除霜起始和停止的指令后，控制除霜继电器线圈的通电和断电，再通过除霜继电器的常开和常闭触头，控制空气源热泵热水器的压缩机、风机的起、停，以及四通阀或除霜旁通电磁阀或除霜热水电磁阀的开、闭。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征在于：所述的热源导流除霜系统，是一种利用空气源热泵热水器的四通阀切换制冷剂流向的反热泵循环除霜系统，或是一种引储热水箱的热水来除霜的热水喷淋除霜系统，或是一种利用空气源热泵热水器的压缩机排气通过与节流器旁通的管路来除霜的制冷剂热气除霜系统；或是一种热水喷淋除霜和制冷剂热气除霜相结合的复合除霜系统。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征在于：所述的除霜信号采集处理控制系统，其除霜起始的四个条件：室外空气温度低于当地结霜初始环境气温T a< T a,0,
传热温差值大于结霜初期的传热温差值ΔT>ΔT 0，以及传热温差变化速率大于临界温差速率τ>τ 0，压缩机起动后运行时间超过不做除霜的时限Δt 1>Δt 1,0，是通过四个常开除霜起动信号触头T a、ΔT、τ和Δt 1，依序串联接在除霜继电器线圈N的通电线路上，当四个常开除霜起动信号触头全部闭合时，除霜继电器线圈N通电；其除霜结束的两个条件：除霜时间超过除霜限定时间Δt 2>Δt 2,0和风换热器盘管温度值T b>T b,0的常闭除霜结束信号触头Δt 2和T b串联，并与四个除霜起动电位开关串联线路并联；除霜继电器根据不同的热源导流除霜系统，配备不同数目不同形式的触头，为表述方便，把本发明所用的除霜继电器的6个不同触头记为第1、2、3、4、5、6共六个触头，分别用符号N1、N2、N3、N4、N5、N6表示；第1触头N1为常开自锁触头，接在除霜继电器线圈断电控制线路上；第2触头N2为延时闭合常闭触头，接在压缩机继电器C的线圈电路上；第3触头N3为常闭触头，接在风机继电器P的线圈电路上；第4触头N4为延时开、闭的常闭触头，接在四通阀继电器STF的线圈电路上；第5触头N5为延时闭合常开触头，接在除霜旁通电磁阀继电器DCF1的线圈电路上；第6触头N6为常开触头，接在除霜热水电磁阀继电器DCF2的线圈电路上；根据不同热源导流除霜系统，对除霜继电器的触头进行取舍。
4.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：所述的反热泵循环除霜系统，是一种增添有轻度节流反热泵循环除霜回路的空气源热泵热水器，包括有压缩机、四通阀、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱、轻度节流器、单向阀；所述的反热泵循环的除霜制冷剂流程是：压缩机→四通阀→风源翅片换热器→单向阀→轻度节流器→热水凝结换热器→四通阀→气液分离器→压缩机；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第2触头，即延时闭合常闭触头N2接在压缩机继电器C的线圈电路上；第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上；第4触头，即双向延时常开触头N4接在四通阀继电器STF的线圈电路上；四通阀继电器附带的常开触头STF1也接在压缩机继电器的线圈电路上，与除霜继电器的第2触头N2并联；当除霜开始时：除霜继电器的线圈N通电，其第1、2触头N2、N3打开，压缩机和风机停止运行；四通阀延时切换，当四通阀换向除霜后，四通阀附带的常开触头STF1闭合，使压缩机重新起动，制冷剂做反热泵循环，利用高温制冷剂凝结热除霜；当除霜结束指令发出时：除霜继电器的线圈N断电，第3触头N3重新闭合，风机立即重新运行；第4触头N4延时断开，四通阀延时切换；第2触头N2延时闭合，压缩机延时恢复运行，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行2。
5.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：所述的旁通制冷剂热气除霜系统，是一种增添除霜旁路的空气源热泵热水器，包括有包括压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱和除霜旁通电磁阀；所述的除霜旁路是连接压缩机排气口与风源翅片换热器的下端接口之间，安装有除霜旁通电磁阀，与节流器并联的管路；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上，除霜继电器的第5触头，即延时复位常开触头N5接在除霜旁通电磁阀继电器DCF1的线圈电路上；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，其第3触头N3打开，风机停止运行；第5触头N5闭合，除霜旁通电磁阀开启；压缩机继续运行，制冷剂热气从压缩机出口，经除霜旁路进入风源翅片换热器，放热除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，第3触头N3关闭，风机重新起动；第5触头N5延时恢复打开，除霜旁通电磁阀延时闭合，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行。
6.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：所述的热水喷淋除霜系统，是一种增添除霜热水管路的空气源热泵热水器，包括有压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱，除霜热水电磁阀，喷水管；所述的除霜热水管路，是一端与储热水箱的出水口，或热水凝结换热器出口连接，另一端与风源翅片换热器上方的喷水管连接的单独除霜用的热水管路，在除霜热水管路上安装有除霜电磁阀，喷水管下侧钻有喷水孔；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第2触头，即延时闭合常闭触头N2接在压缩机继电器C的线圈电路上，其第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上，其第6触头，即常开触头N6接在除霜热水电磁阀的线圈DCF2的电路上；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，其第2、3触头N2、N3立即打开，压缩机和风机立即停止运行；第6触头N6闭合，除霜热水电磁阀开启，利用储热水箱的热水喷淋风源翅片换热器，快速除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，其第6触头N6打开，除霜热水电磁阀关闭；第3触头N3闭合，风机立即重新运行；第2触头N2延时闭合，压缩机延时起动，此期间风机吹着没有降温的风源翅片换热器，吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行。
7.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器除霜方法，其特征在于：或是采用热水喷淋除霜和旁通制冷剂热气的复合除霜系统的空气源热泵热水器，包括有包括压缩机、热水凝结换热器、节流器、风源翅片换热器、风源翅片换热器的风机、气液分离器、储热水箱，除霜旁通电磁阀和除霜热水电磁阀，喷水管；所述的除霜旁路是连接压缩机排气口与风源翅片换热器的下端接口之间，安装有除霜旁通电磁阀，与节流器并联的管路；所述的除霜热水管路，是一端与储热水箱的出水口，或热水凝结换热器出口连接，另一端与风源翅片换热器上方的喷水管连接的单独除霜用的热水管路，在除霜热水管路上安装有除霜热水电磁阀，喷水管下侧钻有喷水孔；所述的除霜信号采集处理控制系统，除霜继电器的第3触头，即常闭触头N3接在风机继电器P的线圈电路上，其第5触头，即延时闭合常开触头N5接在除霜旁通电磁阀继电器DCF1的线圈电路上，其第6触头，即常开触头N6接在除霜热水电磁阀继电器DCF2的线圈电路上；当除霜开始时，除霜继电器的线圈N通电，第3触头N3断开，风机停止运行，第5、6触头N5、N6立即闭合，除霜旁通电磁阀和热水电磁阀立即开启，同时进行热水和制冷剂热气快速除霜；当除霜结束指令发出时，除霜继电器的线圈N断电，首先，第6触头N6打开，除霜热水电磁阀关闭；第3触头N3闭合，风机重新运行，第5触头N5延时打开，除霜旁通电磁阀延时关闭，此期间风机吹着仍然有热度的风源翅片换热器，利于吹干换热器翅片；待各触头恢复初始状态，系统重新做热泵制热水运行。
8.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器的除霜方法，其特征在于：所述的空气源热泵热水器，是利用空气能采用热泵循环制热水的空气源热泵热水器，可以是单一功能单源的空气源热泵热水器，或是多功能复合源的空气源热泵热水器。
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