CN1103037C - 热泵空调器的供热控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于热泵空调器的供热控制方法，包括如下步骤：开始供热作业时，用外部热交换器的温度传感器检测外部热交换器所设部位的外部温度；如果检测的温度低于预定的设定温度，检测内部风扇的当前设定空气流量和内部管道温度，从而按照所检测的内部管道温度保持或者减少内部风扇的空气流量。因此，本方法可延迟结霜积淀，保持外部热交换器所排出的内部空气温度较高。

Description

热泵空调器的供热控制方法

发明领域

本发明涉及一种用于制冷/供热作业或者专门供热作业的热泵空调器的供热作业的控制方法，特别是涉及一种热泵空调器的供热控制方法，该空调器根据外部温度的变化适当控制供热的空气流量。

相关技术

由热力学定律可知，热气流从高温处自然流向低温处，然而，如果想要使热气流从低温处流向高温处，就必须施加外部作用，这就是热泵原理。

利用热泵原理的热泵空调器通过可逆转地对传热机构施加作用来执行供热和制冷作业，它是一个由制冷剂的压缩、冷凝、膨胀和蒸发组成的循环。

图1是一现有热泵空调器的循环示意图，它包括一压缩机10、四通阀20、一内部热交换器30、一内部风扇40、一膨胀器50、一外部热交换器60以及一外部风扇70。

更具体地说，该压缩机10具有一抽吸口10a和一排放口10b。从抽吸口10a吸入的低压气态制冷剂被压缩，并从排放口10b以高压气态的形式排出。

四通阀20设有彼此分开的通道20a、20b，通道20a把压缩机10的抽吸口10a连接到外部热交换器60，而通道20b把排放口10b连接到内部热交换器30。在这里，四通阀20按照用户所选择的制冷或者供热工作方式进行切换以改变制冷剂的流动方向。

此外，设置在内部的内部热交换器30在制冷工作方式下可用作蒸发器，用于将低温低压液态制冷剂蒸发成高温高压的气态制冷剂，该热交换器30在供热工作方式下也可用作冷凝器，用于将高温高压气态制冷剂冷凝成室温、高压的液态制冷剂，该热交换器还可根据制冷剂的焓变与周围空气交换热量。

内部风扇40可促进用作蒸发器或冷凝器的内部热交换器30进行热交换作业，并可运行以产生所需的冷空气和热空气。

同时，连接在内部热交换器30和外部热交换器60之间的膨胀器50是一毛细管，该毛细管可通过使在其内流动的室温、高压的液态制冷剂膨胀进行降压，这些制冷剂从热交换器30、60中的一个冷凝成两相制冷剂，低温低压的液态组份和低温低压的气态组份混合在一起。

与内部热交换器30相反，该外部热交换器60设置在外部并与周围的空气进行热交换，它在制冷工作方式下用作冷凝器，在供热工作方式下用作蒸发器。另外，外部风扇70运行可促进外部热交换器60的热交换，即起冷凝器或蒸发器的作用。

图1中，实线箭头表示供热工作方式下制冷剂的流动方向，而虚线箭头表示制冷工作方式下制冷剂流动方向。根据用户所选择的工作方式，可按照四通阀20的切换来改变制冷和供热工作方式。

更具体地说，在供热工作方式下，制冷剂从压缩机10排出后，通过四通阀20流向内部热交换器30，然后从内部热交换器30通过膨胀器50流向外部热交换器60，再通过四通阀20流向压缩机10。同样，如果切换到制冷工作方式，制冷剂的流动方向与供热工作方式下制冷剂的流动方向相反，正如虚线箭头方向所示。

此时，在供热工作方式下，外部热交换器60需要热量，以便使液态的制冷剂变成气态，该热量从外部空气获取。也就是说，液态制冷剂蒸发成气态，由此通过摄取外部热量完成热量交换。

但是，如果外部空气为低温状态，就会在外部热交换器的外表面结霜，从而由于结霜使吸热能力降低。因此，内部热交换器30和外部热交换器60的冷凝温度和蒸发温度相应地降低，如图2所示，制冷剂的制冷循环线(I)如虚线所示向下移动，于是，制冷剂的排出温度降低，基本上感觉不出在供热。

因此，在现有技术中，当外部温度测定为很低时，供热作业进行一定时间之后，如图3所示，如果由于结霜过程使供热性能削弱，就会进行除霜作业。

在此，除霜作业就是利用外部热交换器60的冷凝作业所产生的热量融化附着在外部热交换器60上的冰霜，通过切换四通阀20将制冷剂的流动改变成与制冷工作方式下的制冷剂流动方向相同，外部热交换器60就可作为冷凝器工作。这种除霜作业随结霜水平而变化，结霜水平取决于冷凝温度或者蒸发温度的变化与一个正常时间的比率，例如，在现有技术中其除霜时间最少需要9-12分钟。

在这种热泵空调器中，在外部低温状态下进行供热作业时，外部热交换器结霜，根据除霜情况，冷凝温度和蒸发温度降低，从而使供热性能大大降低。另外，如果外部温度下降到0℃以下，就几乎不可能进行供热作业。

进一步说，热泵运行的冷凝温度和压缩机排出的制冷剂流过的内部管道的温度之间的温差大约是5-7°。此时，由于外部温度的变化引起冷凝温度的改变时，考虑到冷凝温度的变化，使用适量的空气运行热泵是所希望的。但是，在现有技术中没有根据外部温度的变化控制空气流量的功能，热泵空调器的运行只是由使用者来控制，因此，降低了供热性能，也对应地在温度降低时促进了结霜积淀现象，而这种结霜积淀现象需要频繁的除霜作业，从而使最少除霜时间延长，这导致了能源消耗和负荷的增加。

发明概述

因此，本发明就是提出一种热泵空调器供热控制方法，它能克服现有技术的问题和缺陷。

本发明的一个目的就是提供一种热泵空调器的供热控制方法，该方法可按照外部温度控制供热空气流量，以便即使外部温度很低情况下，延迟外部热交换器的结霜积淀并保持内部排出的空气温度较高。

如上面概述，为达到上述及其它效果，并根据本发明的目的，在专门执行供热作业或者执行供热和制冷作业的热泵空调器中，连接有制冷剂管道，并具有包括内部、外部热交换器的制冷循环，每一热交换器设有一温度传感器，和内部、外部风扇，该风扇用于吹送由内、外部热交换器产生的冷风和热风，提供一种该热泵空调器的供热控制方法，包括：起动供热作业时，用外部热交换器的温度传感器检测外部热交换器所设部位的外部温度；并且，如果检测的外部温度低于预定的设定温度，就检测内部风扇的当前设定空气流量和内部管道温度，从而按照所检测的内部管道温度保持或者减少内部风扇的空气流量。

本发明所述的热泵空调器的供热控制方法，由于延迟了结霜时间，减少了除霜时间，可提高产品的性能和可靠性，从而可改进供热性能，提高供热效率，进而可拓宽热泵空调器的使用范围，由于减少了负载工作率，也能延长产品的使用寿命。

附图说明

附图是为了帮助理解本发明，其构成本说明书的一部分，并图示了本发明的实施例，它与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1是说明现有技术中热泵空调器工作循环的示意图；

图2是一压力—焓曲线图，表示制冷剂的冷却循环随着热泵空调器的外部温度降低而变化，其中水平轴代表焓，垂直轴代表绝对压力；

图3是一时间曲线图，表示热泵空调器的供热过程以及结霜和除霜过程，其中垂直轴表示供热性能，水平轴表示时间；

图4是一示意图，表示按照本发明所述连接有控制回路的热泵空调器的一个制冷循环；

图5是控制按照本发明所述的热泵空调器的控制回路的框图；

图6是按照本发明所述的热泵空调器供热过程中空气流量的控制算法流程图；

图7是一曲线图，表示供热性能的变化，在热泵空调器的供热过程中它的空气流量分成“高”和“低”，其中垂直轴表示供热性能，水平轴表示时间；

图8是一曲线图，表示在热泵空调器的结霜积淀中，冷凝温度和蒸发温度的变化，其中垂直轴表示冷凝温度和蒸发温度，水平轴表示时间。

详细说明

下面详细描述本发明的最佳实施例，其实施例表示在附图中。

如图4所示，本发明所述的热泵空调器包括一压缩机110，用于通过一抽吸口110a吸入低温低压的制冷剂，并从一排放口110b排出生成的制冷剂；一设有两个通道120a、120b的四通阀120，其中通道120a、120b分别连接抽吸口110a和排放口110b，用于按照用户所选择的制冷或供热工作模式切换每个通道120a、120b的连接位置；一设置在内部的内部热交换器130，用于在制冷工作方式下，作为蒸发器把流入压缩机110的低温、低压的液态制冷剂蒸发成气态制冷剂，同时在供热工作方式下，作为冷凝器把从压缩机110排出的高温、高压的气态制冷剂冷凝成室温、高压的液态制冷剂，从而与周围空气进行热交换以便与制冷剂的焓变相对应；一促进内部热交换器130热交换操作、产生并吹动冷或热空气的内部风扇140；一膨胀器150，通过使室温、高压的液态制冷剂膨胀而降低制冷剂的压力，该制冷剂是通过交换器之一冷凝成两相状态后再流动的，所谓两相状态是指低温低压的液态组份和气态组份相混合；一设置在外部的外部热交换器160，用于在供热工作方式下作为冷凝器，在制冷工作方式下作为蒸发器，从而实现与周围空气的热交换；一吹动空气促进外部热交换器160进行热交换操作(冷凝器或者蒸发器的操作)的外部风扇170；一设置在外部热交换器160一侧的外部温度传感器180，用于检测外部空气温度；一内部温度传感器190，用于检测内部热交换器130内部管道的温度；以及一控制回路200，用于根据由外部温度传感器180和内部温度传感器190检测的温度控制内部风扇140。

在描述本发明所述的热泵空调器的控制回路200之前，需要指出的是，利用最新的技术，对于包括压缩机、内、外部风扇的各个单元来说，利用微机的各种处理设备，和通过运用微机工作原理，可设计出控制回路200，一般能够达到更好的控制操作方式。

现在描述本发明所述的控制回路200。参照图5和6，图5和图6分别是控制热泵空调器的控制回路框图和本发明所述的热泵空调器在供热工作方式时空气量的控制算法流程图。

图5中的控制单元210是一微机，微机所编的程序控制和处理每一单元的控制状态，这些单元包括图6所述的控制算法，控制单元210与一空气流量控制键输入单元220、一温度检测单元230、一指示单元240和一负载驱动单元250连接。

更具体地，控制单元210安装了预定程序；控制单元210通过温度检测单元230读取由每一单元的传感器感应到的信号，这些传感器单元包括内、外温度传感器190、180，然后把该信号与用户从空气流量控制键输入单元220输入的设定值进行比较，由预设程序通过负载驱动单元250控制压缩机110、内、外部风扇的荷载。这里的温度检测单元230把每一传感器实时感应的信号模拟值转换成数字值，该数字值传输到控制单元210，负载驱动单元250根据控制单元210的指令向每一负载提供、切断或者改变电源。

在本发明所述的热泵空调器中，如果要起动供热工作方式，需要确定一定的延迟时间是否到时(S1)。该步骤S1就是感应正常状态时每一单元的温度，因为在供热作业期间每一单元的起始状态很不稳定。

延迟一定的时间后，下一步(S2)检测由图2中的外部温度传感器180感应的外部温度，判定所检测的外部温度是否下降到一预定的温度限值之下，最好是低于7℃(S3)。此时，应注意如果所检测的外部温度在预定温度限值之上，就要重复先前的步骤(S2)，然而，如果该温度在预定温度之下，就要进行下一步骤(S4)，在步骤(S4)中，从用户设定的空气流量和图4中内部温度传感器190感应的温度中检测当前内部管道的温度。很容易实现预定空气流量的检测，例如，测量通过负载驱动单元250提供给内部风扇140的电压值，或者检测内部风扇140的转动速度。

下一步，按照下面的步骤(S5-S13)，进行检测设定空气流量和内部管道温度的步骤(S4)，然后重复步骤(S2)、步骤(S5-S13)控制空气流量和管道温度完成操作。

更进一步说，检测内部管道温度和控制空气流量的步骤(S4)可分成三组，其中第一组包括步骤(S5、S8)，通过把空气流量分成三种水平，即‘高’、‘中’和‘低’，来判断所检测的空气流量的大小；第二组包括步骤(S6、S9、S11)，把根据相应的空气流量所检测的内部管道温度与“高温”、“中温”和“低温”中的一个温度水平相比较，上述温度水平与每一设定空气流量有关；第三组包括步骤(S7、S10、S12、S13)，根据上述比较的结果控制空气流量大小，从而进行过程控制。

可更详细地描述步骤(S4)，首先，如果在判断空气流量大小的步骤(S5)中判定所检测的空气流量为‘高’，就接着判断所检测的内部管道温度是否高于‘高温’限值，该‘高温’限值与预定的‘高’空气流量(S6)相对应。因此，如果内部管道温度高于‘高温’限值，热泵空调器就保持在当前空气流量为‘高’(S7)的水平上进行工作；如果内部管道温度界于‘高温’和‘中温’限值之间(S9)，就把设定空气流量水平降到‘中’(S10)，使空调器继续工作；如果内部管道温度界于‘中温’和‘低温’限值之间(S11)，就把设定空气流量水平从‘高’降到‘低’(S12)，使空调器继续工作；如果内部管道温度低于‘低温’限值，就把空气流量水平再降到‘低-低’(S13)。

第二步，在步骤(S5)中，如果判定所检测的设定空气流量低于‘高’水平，就判断设定空气流量是否为‘中’水平(S8)。然后，当判定所检测的设定空气流量为‘中’水平时，就继续判断内部管道温度是否在‘中温’以上(S9)。于是，如果判定内部管道温度高于‘中温’水平，当前的空气流量就保持在‘中’水平(S10)；同时，如果判定内部管道温度界于‘中温’和‘低温’之间(S11)，空气流量就下降到‘低’水平(S12)。最后，如果判定内部管道温度低于‘低温’水平，空气流量就下降到‘低-低’水平(S13)。

第三步，当判断到设定空气流量不在‘中’水平时，就判断当前空气流量是否在‘低’水平或者低于该水平，从而直接判断内部管道温度是否高于‘低温’水平(S11)。此时，如果判定内部管道温度高于‘低温’水平，空气流量就下降到‘低’水平(S12)，如果判定的内部管道温度低于‘低温’水平，空气流量就下降到更低的‘低-低’水平(S13)。

综上所述，在图6所示的控制算法中，内部管道温度可被设定在一恒定的范围内，而不用考虑设定空气流量的大小，或者根据产品的性能或使用该产品的环境条件，按照设定流量的大小改变设定值。进一步地，根据检测的外部温度，也可以用另一标准代替，比如制冷剂排出、冷凝或者蒸发的温度。

另外，图7和8表示在低温外部环境状态下，运行本发明所述的热泵空调器的供热工作方式所得出的试验结果，其中图7表示供热性能，而图8表示结霜中冷凝温度与蒸发温度的比较结果。应指出的是，图7和图8中的‘II’表示现有技术中不控制空气流量的情况，而‘III’表示按照本发明所述空调器工作时控制空气流量的情况。

具体说，在图7中，执行供热作业之后，一旦预定时间到时(大约是40分钟)，可以看出用按照本发明所述的方法控制空气流量，与现有技术中没有控制空气流量的供热过程相比，供热性能提高了10％。

进一步分析，在图8中，在不控制空气流量的现有技术中，考虑到冷凝温度Cond(II)的变化，大约30分钟之后，冷凝温度Cond(II)，即从压缩机排出的温度下降到低于40℃的制冷剂的温度，这样的温度实际上已可能感觉到在供热。但是，按照本发明所述控制了空气流量，使排出的制冷剂温度Cond(III)可保持在高于现有技术大约7℃的水平。

另外，也如图8所示，考虑到蒸发温度Eva(II)、Eva(III)的变化，现有技术中蒸发温度Eva(II)下降到低于-10℃，需要大约40分钟，该温度是结霜的时间点，而对于蒸发温度Eva(III)下降到同样的水平，却需要大约55分钟。换句话说，相对于蒸发器、外部热交换器，本发明通过对空气流量的控制供热作业时可延长结霜时间，可延长15分钟之多。

因此，供热作业期间，一旦外部温度下降，就不必强制操作热泵空调器，但可以根据内部管道温度的变化相应地控制空气流量从而进行作业，因而即便在外部低温状态下，也能保持较好的供热性能，并可延迟结霜积淀。

综上所述，本发明所述的热泵空调器的供热控制方法，由于延迟了结霜时间，减少了除霜时间，可提高产品的性能和可靠性，从而可改进供热性能，提高供热效率，进而可拓宽热泵空调器的使用范围，由于减少了负载工作率，也能延长产品的使用寿命。

很明显，不超出本发明的精神和保护范围，本技术中的各种改进和改变的技巧，可运用到本发明所述的热泵空调器中去。因此，本发明覆盖不超出附属权利要求书及其等同的范围之内所提出的改进和改变。

Claims (3)

1.一种用于热泵空调器的供热控制方法，所述热泵空调器专门执行供热作业或者执行供热和制冷作业，它连接有制冷剂管道，并具有包括内部、外部热交换器的制冷循环，每一热交换器设有一温度传感器，和内部、外部风扇，该风扇用于吹送由内、外部热交换器产生的冷风和热风，所述方法包括如下步骤：

开始供热作业时，用外部热交换器的温度传感器检测外部热交换器所设部位的外部温度；并且

如果检测的外部温度低于预定的设定温度，检测内部风扇的当前设定空气流量和内部管道温度，从而按照所检测的内部管道温度保持或者减少内部风扇的空气流量，其特征在于把内部风扇设定的空气流量分成三种水平，即‘高’、‘中’和‘低’，与设定的空气流量水平相对应，把内部管道温度至少分成‘高温’、‘中温’和‘低温’，如果内部管道温度高于设定的空气流量水平相对应的温度，则保持所设定的空气流量，如果内部管道温度低于设定的空气流量水平相对应的温度，则把设定的空气流量降低一个水平。

2.按照权利要求1所述的用于热泵空调器的供热控制方法，其特征在于如果判定内部管道温度低于‘低温’水平，则改变内部风扇设定的空气流量，使之低于所述的‘低’水平。

3.按照权利要求1所述的用于热泵空调器的供热控制方法，其特征在于内部管道温度的设定范围不同于按照所设定的空气流量的每个水平而建立的范围。

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