CN107228513A

CN107228513A - 蒸发器的霜管理

Info

Publication number: CN107228513A
Application number: CN201710178383.5A
Authority: CN
Inventors: P.特尔恩卡; P.麦克加罕
Original assignee: Honeywell sro
Current assignee: Honeywell sro
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2017-10-03
Also published as: EP3222939A1; EP3222939B1

Abstract

本文涉及蒸发器的霜管理。文中描述了用于蒸发器（106）的霜管理的方法、装置和系统。一个装置包括存储器（318）和处理器（320），所述处理器配置来执行存储在存储器（318）中的可执行指令，以接收热泵（104）的运行信息、确定热泵（104）的许多部件中的至少一个的第一设定点和第一运行温度、接收从蒸发器（106）的第一运行温度正偏移的蒸发器（106）的第二运行温度、基于第二运行温度确定热泵（104）的许多部件中的至少一个的第二设定点，以及将热泵（104）的许多部件中的至少一个的设定点修改为第二设定点使得热泵（104）的加热模式被启用达热泵（104）的加热时间间隔长度。

Description

蒸发器的霜管理

技术领域

本公开涉及用于蒸发器的霜管理的方法、装置和系统。

背景技术

通过使用机械能和/或电能输入到比如热泵的装置，热可从低温库，比如从周围的室外空气，被输送到高温库，比如到室内的建筑物空间。热泵可使用蒸发器来从空气中移除热。热泵蒸发器的蒸发器运行温度通常低于空气的温度。如果蒸发器的温度低于空气的露点，空气中的水分会凝结在蒸发器表面上。此外，如果空气温度低于冰点，凝结在蒸发器表面上的水分会转变成冰。

如果在蒸发器表面上发生结冰，热泵的效率会受损。也就是，由于冰结在热泵的蒸发器的表面上，热泵的效率会减小。当发生结冰时，会需要执行蒸发器表面的除霜，以融化已经形成的冰。

附图说明

图1图示根据本公开的一个或多个实施例的用于蒸发器的霜管理的系统。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的用于蒸发器的霜管理的方法的流程图。

图3是根据本公开的一个或多个实施例的用于蒸发器的霜管理的控制器的示意性结构图。

具体实施方式

本文中描述用于蒸发器的霜管理的方法、装置和系统。例如，一个或多个实施例包括了存储器和处理器，所述处理器构造成执行存储在存储器中的可执行指令，以接收热泵的运行信息、基于热泵的运行信息确定对应于热泵在第一运行能量效率下的运行的热泵的多个部件中的至少一个的第一设定点和蒸发器的第一运行温度、接收从与热泵的运行信息有关的蒸发器的第一运行温度正偏移的蒸发器的第二运行温度、基于热泵的运行信息确定对应于热泵在第二运行能量效率下的运行的热泵的多个部件中的至少一个的第二设定点，所述第二运行能量效率对应于热泵的蒸发器的第二运行温度，以及将热泵的多个部件中的至少一个的设定点修改为第二设定点使得热泵的加热模式被启用达热泵的加热时间间隔长度。

执行除霜时间间隔可从热泵的蒸发器的表面移除冰并使热泵的效率恢复到结冰之前的效率水平。尽管除霜时间间隔可通过从蒸发器移除冰来增加热泵的效率，但热泵会消耗额外的能量以执行除霜时间间隔，这增加了热泵的运行成本。

热泵运行的总体成本可由热泵的加热成本和除霜成本以及完整的加热时间间隔长度和除霜时间间隔长度的持续时间表征。根据本公开，蒸发器的霜管理可延长热泵的加热时间间隔长度，以减少热泵的除霜时间间隔的长度和/或除霜时间间隔的次数，从而减少热泵运行的总体成本。

在后面的详细描述中，对形成本文一部分的附图作出参考。图通过示例的方式示出本公开的一个或多个实施例可怎样来实施。

以充足的细节描述了这些实施例，以使本领域的普通技术人员能够实施本公开的一个或多个实施例。将理解的是，在不偏离本公开的范围的前提下，可利用其它的实施例并且可作出过程的、电气的和/或结构的改变。

同样将被理解地，在本文的多个实施例中示出的元件可被增加、交换、组合和/或除去，从而提供本公开的许多另外的实施例。提供在图中的元件的比例和相对尺度预期来图示本公开的实施例，并且不应该从限制意义上来理解。

本文中的图遵照编号惯例，其中第一数位或头几个数位对应于绘图的图编号，剩余数位标示绘图中的元件或部件。在不同图之间的相似的元件或部件可通过相同数字的使用来指示。例如，如图1中示出的控制器102可以是如图3中示出的控制器302。

如本文中使用的，“一个”或者“许多的”某物可指代一个或多个这些事物。例如，“许多部件”可指代一个或多个部件。

图1图示根据本公开的一个或多个实施例的用于蒸发器的霜管理的系统。如图1中所示，系统100可包括控制器102、热泵104和蒸发器106。

控制器102可接收热泵104的运行信息。热泵104的运行信息可包括热泵104的热需求。例如，热需求可指的是通过热泵104改变（例如，将被加热的）建筑物空间的温度的请求。也就是，建筑物空间的占有者可（例如，通过恒温器）将建筑物空间设定到期望的温度（例如，设定点），并且热泵104可基于达到设定点温度的热需求来将热提供给建筑物空间。

热泵104的运行信息可包括热泵104的瞬时运行状态。例如，热泵104的运行状态可包括热泵104可从中汲取热的周围空气（例如，室外空气）的当前实际温度。作为另一个例子，热泵104的运行状态可包括热泵104可将热散入其中（例如，将热传递给可被用来加热建筑物空间的制冷剂）的导热流体的当前实际温度。

热泵104的运行信息可通过网络联系发送给控制器102。例如，热泵104的运行信息可通过有线网络或无线网络发送给控制器102。

有线网络或无线网络可以是将热泵104连接到控制器102的网络联系。这样的网络联系的例子可包括局域网（LAN）、广域网（WAN）、个人域网（PAN）、分布式计算环境（例如，云计算环境）、存储域网（SAN）、城域网（MAN）、蜂窝通讯网络、和/或因特网，以及其它类型的网络联系。

控制器102可基于热泵104的运行信息确定对应于热泵104在第一运行能量效率（例如，瞬时运行能量效率）下的运行的热泵104的许多部件中的至少一个的第一设定点和蒸发器106的第一运行温度。蒸发器106的第一运行温度可以是可对应于热泵104的运行信息的第一运行能量效率的最佳运行温度。第一运行效率可以是热泵104的最高瞬时能量效率（例如，如区别于时间平均值）。也就是，基于热泵104的瞬时运行信息，对于（例如，如将在本文中进一步描述的）热泵104的许多部件存在关于热泵104的最高可能的瞬时性能系数（COP）的设定点（例如，第一设定点）。该最高瞬时COP可对应于蒸发器106的最佳运行温度。也就是，蒸发器106的第一（例如，最佳）运行温度可与基于热泵104的运行信息的热泵104的最佳COP有关。

控制器102可接收从与热泵104的运行信息有关的蒸发器106的第一运行温度正偏移的蒸发器106的第二运行温度。也就是，控制器102可接收从蒸发器106的最佳运行温度偏移的（例如，更暖和的）蒸发器106的偏移运行温度。

如本文中使用的，COP可以是由热泵104提供的加热能量与被消耗来提供该热能的电能的比。热泵104的最佳COP可指的是：对于热泵104的当前运行信息，热泵104运行在以最少的电能消耗输送的最大的加热能量下。

如本文中使用的，蒸发器可包括盘管，所述盘管包括制冷剂，其中从蒸发器流动的制冷剂从低温库（例如，周围空气）将热能携带到高温库（例如，建筑物空间）。如本文中使用的，正偏移运行温度可以是从蒸发器106的预定运行温度以定值正偏移的蒸发器106的运行温度。

冰结在蒸发器106的表面上可起到如同隔热的作用，这由于减小了蒸发器106的传热系数而减小了蒸发器106的效率。冰形成在蒸发器106上的速度可随着空气温度（例如，周围空气温度）和蒸发器106的运行温度之间的差异的减小而减小。因此，蒸发器106的第二（例如，偏移）运行温度可高于蒸发器106的第一运行温度以减慢冰的形成。

例如，蒸发器106的最佳运行温度可以是-13C，并且蒸发器106的正偏移运行温度可以是-10C。比蒸发器106的最佳运行温度更暖和的蒸发器106的运行温度可减慢在蒸发器106的表面上的冰形成速度。

尽管将正偏移运行温度描述成是比最佳运行温度暖和了三度，但本公开的实施例不是被这样限制。例如，正偏移运行温度可比蒸发器106的最佳运行温度暖和超过三度或暖或少于三度。

蒸发器106的正偏移运行温度可与低于最佳COP的COP有关，所述最佳COP与蒸发器106的最佳运行温度有关。例如，蒸发器106的正偏移运行温度可比蒸发器106的预定运行温度更暖和，以延长热泵104的加热时间间隔，但相应地降低了热泵104的COP。然而，蒸发器106的更暖和的偏移运行温度可允许热泵104有更长的加热时间间隔长度，这降低了热泵104运行的总体成本，如本文中将进一步描述地。

蒸发器106的正偏移运行温度可对于热泵104的所有运行状态是固定的。例如，对于热泵104的所有运行状态，蒸发器106的正偏移运行温度可比蒸发器106的最佳运行温度暖和三度，然而本公开的实施例不这样限制成在蒸发器106的正偏移运行温度和最佳运行温度之间的三度差异。也就是，即使比如流体温度和空气温度的运行状态（例如，本文中将进一步描述地）在热泵104的运行期间波动，对于热泵104的运行状态的变化，蒸发器106的正偏移运行温度可以是固定的。

控制器102可确定对应于热泵104在第二运行能量效率下的运行的热泵104的许多部件中的至少一个的第二设定点，所述第二运行能量效率对应于蒸发器106的第二（例如，正偏移）运行温度，其中，对于运行状态的不同组合，可确定或接收蒸发器106的正偏移运行温度。第二运行温度可对应于第二运行能量效率。也就是，第二运行能量效率可以是与比最佳COP低的COP有关的能量效率，所述最佳COP与蒸发器106的最佳运行温度有关。因此，第一运行能量效率可以是基于接收的热泵104的瞬时运行信息的最高瞬时能量效率，并且第二运行能量效率可以是基于蒸发器106的正偏移运行温度的最高瞬时能量效率，其中，第二运行能量效率与第一运行能量效率相比较低。

蒸发器106的正偏移运行温度可通过将除霜蒸发器106的时间平均成本与由热泵104加热的时间平均成本相加来确定。例如，优化的偏移温度可通过下面的等式确定：

其中τ_D是蒸发器106的除霜时间间隔，c_DEFROST是蒸发器106的除霜成本，c_E是用电成本，是热需求，U(t)是作为时间的函数的蒸发器106的传热系数，ΔT _E是蒸发器106的正偏移运行温度，COP*(U(t),ΔT _E)是基于作为时间的函数的蒸发器106的传热系数和蒸发器106的正偏移运行温度的热泵104的性能系数。

除霜的时间平均成本可利用除霜成本和除霜时间间隔长度确定。例如，等式1的可被用来通过将蒸发器106的除霜成本（例如，c_DEFROST）除以除霜时间间隔（例如，τ_D+τ），确定除霜的最小时间平均成本。

热泵104的运行信息可包括蒸发器106的传热系数，其中加热的时间平均成本利用蒸发器106的传热系数和蒸发器106的正偏移运行温度由热泵104的COP确定。例如，热泵104的COP是作为时间的函数变化的传热系数（例如，U(t)）和不作为时间的函数变化的正偏移运行温度（例如，ΔT _E）的函数。

基于蒸发器106的正偏移运行温度的热泵104的加热时间间隔长度可以比基于蒸发器106的预定运行温度的热泵104的加热时间间隔长度长。例如，基于-13C的蒸发器106的第一（例如，最佳）运行温度的热泵104的加热时间间隔长度可能是80分钟，基于-10C的蒸发器106的正偏移运行温度的热泵104的加热时间间隔长度可能是105分钟。

如本文中使用的，加热时间间隔长度可以是热泵104以加热模式运行的时间长度。例如，如果热泵104运行来加热室内建筑物空间达60分钟，那么热泵104的加热时间长度是60分钟。

尽管基于蒸发器106的第一（例如，最佳）运行温度和蒸发器106的正偏移运行温度的热泵104的加热时间间隔长度分别被描述成是80分钟和105分钟，但本公开的实施例不被如此限制。例如，基于蒸发器106的第一（例如，最佳）运行温度的热泵104的加热时间间隔长度可以长于或短于80分钟。此外，基于蒸发器106的正偏移运行温度的热泵104的加热时间间隔长度可以长于或短于105分钟。

热泵104运行的成本可由下面的等式确定：

运行的成本 = （加热时间间隔成本+除霜时间间隔成本）/（加热时间间隔的持续时间+除霜时间间隔的持续时间）（2）

如由等式2所阐明的，通过延长热泵104的加热时间间隔长度，可减小热泵104运行的成本。

控制器102可基于运行信息修改热泵104的许多部件中的至少一个的设定点，使得热泵104的加热模式启用达热泵104的加热时间间隔长度。例如，热泵104的部件的设定点可被修改为确定的第二设定点，使得热泵104以加热模式运行达热泵104的加热时间间隔长度。

所述热泵104的许多部件可包括压缩机。压缩机可对通过热泵104的导热流体加压并使其循环。例如，可通过压缩机对处在气态状态的导热流体加压并使其循环。如本文中使用的，压缩机可以是通过减少气体的体积来增加气体（例如，导热流体）的压力的机械装置。压缩机的设定点，比如压缩机速度，可被修改使得热泵104的加热模式被启用达热泵104的加热时间间隔长度。

所述热泵104的许多部件可包括水泵。水泵可使工作流体（例如，水）循环经过热泵104的冷凝器，使得冷凝器能够将热传递给工作流体，允许工作流体加热建筑物空间。水泵的设定点，比如水泵速度，可被修改使得热泵104的加热模式被启用达热泵104的加热时间间隔长度。

所述热泵104的许多部件可包括风扇。风扇可使工作流体循环经热泵104的冷凝器，使得冷凝器将热传递给工作流体，允许工作流体加热建筑物空间。风扇的设定点，比如风扇速度，可被修改使得热泵104的加热模式被启用达热泵104的加热时间间隔长度。

所述热泵104的许多部件可包括膨胀阀。导热流体在经过热泵104的冷凝器之后可经过膨胀阀，以降低导热流体的压力。如本文中使用的，膨胀阀可以是引起导热流体的压力下降的限流装置。膨胀阀的设定点，比如阀的位置，可被修改使得热泵104的加热模式被启用达热泵104的加热时间间隔长度。

与所述的热泵104的许多部件有关的设定点可在预定的范围内被修改。例如，膨胀阀定位可在热泵104的处理界限内被修改，以确保导热流体不会凝结成液体，因为允许液体进入热泵104的压缩机可灾难性地毁坏压缩机。

利用从第一运行温度正偏移的第二运行温度确定热泵的许多部件的第二设定点并且将热泵的许多部件中的至少一个的设定点修改为第二设定点使得热泵的加热模式被启用达热泵的加热时间间隔长度，可允许较低的热泵运行成本。通过相对于与预定运行温度和对应的最佳COP有关的加热时间间隔长度，延长热泵的加热时间间隔长度，可减少热泵的除霜间隔的次数和/或除霜时间间隔的长度。通过增加蒸发器的运行温度并牺牲一定量的热泵效率，可延长热泵的加热时间间隔长度，从而减少热泵的除霜循环的次数，并有效减小热泵运行的总体成本。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的用于蒸发器的霜管理的方法的流程图。方法208可通过例如分别结合图1和3描述的控制器102和302执行。

在210处，方法208可包括：接收热泵的运行信息。热泵（例如，之前结合图1描述的热泵104）的运行信息可包括用户需求，比如通过热泵调节的空间的热需求。热泵的运行信息还可包括热泵的运行状态。例如，热泵的运行状态可包括热泵可从中汲取热的周围空气（例如，室外空气）的温度，以及热泵可将来自周围空气的热散入其中的导热流体的温度。

在212处，方法208可包括：确定对应于热泵在第一运行能量效率下的运行的热泵的许多部件中的至少一个的第一设定点和蒸发器的第一运行温度。例如，热泵的运行信息可被用来确定热泵的许多部件的第一设定点，使得热泵的蒸发器可实现对应于热泵的第一运行能量效率的第一（例如，最佳）运行温度。如本文中使用的，热泵的第一运行能量效率可以是与热泵的最高瞬时性能系数（COP）相关的最高瞬时能量效率。也就是，基于热泵的瞬时运行信息和热泵的许多部件的设定点，热泵可具有与热泵的蒸发器的最佳运行温度有关的最佳COP。

方法可进一步包括：基于正偏移运行温度和热泵的运行信息确定热泵的性能系数（COP）。例如，当蒸发器处在正偏移运行温度时，热泵的运行信息和正偏移运行温度可被用来确定热泵的COP。

基于正偏移运行温度和热泵的运行信息的热泵的COP会低于基于最佳运行温度的热泵的COP。也就是，使用正偏移运行温度的热泵的COP会是较低的，使得蒸发器的正偏移运行温度较高从而减慢冰形成在蒸发器的表面上。

在214处，方法208可包括：确定从与热泵的运行信息有关的蒸发器的最佳运行温度正偏移的偏移运行温度。蒸发器的最佳运行温度会比蒸发器的正偏移运行温度更低（例如，更冷）。

在215处，方法208可包括：基于热泵在那个时间点的运行信息确定对应于热泵在第二运行能量效率下的运行的热泵的许多部件中的至少一个的第二设定点，所述第二运行能量效率对应于热泵的蒸发器的正偏移运行温度。例如，正偏移运行温度和热泵的运行信息可被用来确定热泵的许多部件的第二设定点，使得热泵的蒸发器可实现正偏移运行温度，其中，正偏移运行温度可对应于相对于蒸发器的最佳运行温度的热泵的稍微较低的COP。

在216处，方法208可包括：基于运行信息修改热泵的许多部件中的至少一个的设定点，使得热泵的加热模式被启用达热泵的加热时间间隔长度。例如，比如热泵的压缩机、水泵、风扇和/或膨胀阀的速度或位置的设定点可被修改为确定的第二设定点，使得热泵的蒸发器可实现偏移的运行温度。

方法可进一步包括：在热泵的加热时间间隔长度之后启用热泵的除霜模式。例如，在加热时间间隔长度之后，除霜模式可被启用以移除任何已经形成在热泵的蒸发器的表面上的冰。

方法可被持续重复。例如，由于热泵的运行信息，比如运行状态，随着时间改变，因此方法会被重复以基于热泵的变化运行信息来修改加热时间间隔长度。也就是，方法会被重复以按照需求延长或缩短加热时间间隔长度，以确保热泵的运行成本相对于使用与蒸发器的最佳运行温度有关的加热时间间隔长度的运行成本被减小。

图3是根据本公开的一个或多个实施例的用于群体舒适性的设定的控制器的示意性框架图。控制器可以是例如之前结合图1描述的控制器102。根据本公开，控制器302可包括构造用于蒸发器的霜管理的存储器320和处理器318。

存储器320可以是任何类型的存储介质，其可被处理器318访问以实施本公开的各个例子。例如，存储器320可以是具有存储于其上的计算机可读指令（例如，计算机程序指令）的非瞬态计算机可读介质，所述计算机可读指令可由处理器318执行以接收热泵的运行信息。此外，处理器318可执行存储在存储器320中的可执行指令，以在那个时间点基于热泵的运行信息确定对应于热泵在第一运行能量效率下的运行的热泵的许多部件中的至少一个的第一设定点和蒸发器的第一运行温度。此外，处理器318可执行存储在存储器320中的可执行指令，以接收从与热泵的运行信息有关的蒸发器的第一运行温度正偏移的蒸发器的第二运行温度，并基于在这个时间点热泵的运行信息确定对应于热泵在第二运行能量效率下的运行的热泵的许多部件中的至少一个的第二设定点，所述第二运行能量效率对应于热泵的蒸发器的第二运行温度。另外，处理器318可执行存储在存储器320中的可执行指令，以将热泵的许多部件中的至少一个的设定点修改为第二设定点，使得热泵的加热模式被启用达热泵的加热时间间隔长度。

存储器320可以是易失性存储器或非易失性存储器。存储器320还可以是可移动的（例如，便携的）存储器，或不可移动的（例如，内部的）存储器。例如，存储器320可以是随机存取存储器（RAM）（例如，动态随机存取存储器（DRAM）和/或相变随机存取存储器（PCRAM））、只读存储器（ROM）（例如，电可擦可编程只读存储器（EEPROM）和/或光盘只读存储器（CD-ROM））、闪速存储器、激光影碟、数字多功能光盘（DVD）或其它光学存储，和/或比如磁带盒、磁带或磁盘的磁介质，以及其它类型的存储器。

另外，尽管存储器320被图示成定位在控制器302内，但本公开的实施例不被如此限制。例如，存储器320还可定位到另一计算资源内部（例如，使计算机可读指令能够通过因特网或另一种的有线或无线连接被下载）。

如本文中使用的，“逻辑”是用以执行本文中描述的动作和/或功能等的替代的或另外的处理资源，与存储在存储器中并由处理器可执行的计算机可执行指令（例如，软件、固件等）相对，其包括硬件（例如，各种形式的晶体管逻辑、特定用途集成电路（ASICs）等）。出于本公开的实施例的目的，假定逻辑相似地执行指令。

尽管本文中已经图示并描述了特定的实施例，但本领域普通技术人员将理解的是：旨在实现相同技术的任何布置可代替示出的特定实施例。本公开意图覆盖本公开的各个实施例的任何以及所有的改型或变型。

将理解的是，以上的描述是以示例的方式，而非限制性的方式作出。当仔细研究以上的描述时，以上实施例的组合和未在本文中特别描述的其它实施例对于本领域的技术人员将是显见的。

本公开的各个实施例的范围包括其中使用了以上结构和方法的任何其它的应用。因此，本公开的各个实施例的范围的确定应参考所附的权利要求，连同这些权利要求被给予的等同物的全范围。

在前述具体实施方式中，为了使本公开简单化的目的，各种特征在图中图示的示例实施例中被归类在一起。本公开的方法不应理解成表达这样的意图：本公开的实施例要求比在各项权利要求中明确列举的更多的特征。

相反地，如后面的权利要求所表达地，发明的主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因而，后面的权利要求以此方式被并入到具体实施方式中，其中每项权利要求它自己作为一个单独的实施例。

Claims

1.一种用于蒸发器（106）的霜管理的控制器（102、302），其包含：

存储器（320）；

处理器（318），其配置来执行存储在存储器（320）中的可执行指令以：

接收热泵（104）的运行信息；

基于热泵（104）的运行信息确定对应于热泵（104）在第一运行能量效率下的运行的热泵（104）的许多部件中的至少一个的第一设定点和蒸发器（106）的第一运行温度；

接收从与热泵（104）的运行信息有关的蒸发器（106）的第一运行温度正偏移的蒸发器（106）的第二运行温度；

基于热泵（104）的运行信息确定对应于热泵（104）在第二运行能量效率下的运行的热泵（104）的许多部件中的至少一个的第二设定点，所述第二运行能量效率对应于热泵（104）的蒸发器（106）的第二运行温度；以及

将热泵（104）的许多部件中的至少一个的设定点修改为第二设定点，使得热泵（104）的加热模式被启用达热泵（104）的加热时间间隔长度。

2.如权利要求1所述的控制器，其中基于蒸发器（106）的第二运行温度的热泵（104）的加热时间间隔长度比基于蒸发器（106）的第一运行温度的热泵（104）的加热时间间隔长度长。

3.如权利要求1所述的控制器，其中第二运行温度比第一运行温度高。

4.如权利要求1所述的控制器，其中热泵（104）的运行信息包括热需求。

5.如权利要求1所述的控制器，其中热泵（104）的运行信息包括热泵的运行状态。

6.如权利要求1所述的控制器，其中与热泵（104）的许多部件有关的设定点在预定的范围内被修改。

7.如权利要求1所述的控制器，其中所述许多部件包括热泵（104）的压缩机。

8.如权利要求1所述的控制器，其中所述许多部件包括热泵（104）的水泵。

9.如权利要求1所述的控制器，其中所述许多部件包括热泵（104）的风扇。

10.如权利要求1所述的控制器，其中所述许多部件包括热泵（104）的膨胀阀。