CN113994159A - 热泵系统中的压力峰值防止 - Google Patents

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Abstract

一种用于热泵系统的压力峰值防止组件，包括热力膨胀阀，该热力膨胀阀包括第一端口和第二端口。第一端口被设计成流体连接到室内盘管，并且第二端口被设计成连接到室外盘管。压力峰值防止组件还包括多路阀，该多路阀包括入口端口、输出端口和液体管线端口。入口端口流体连接到第一端口。输出端口与第二端口流体连通。液体管线端口被构造成通过热泵系统的液体管线流体连接到热泵系统的填充补偿器。

Description

热泵系统中的压力峰值防止
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年2月27日提交的美国专利申请No.16/287944的优先权和根据35U.S.C.§119(e)的权益，该美国专利申请的全部内容在此通过引用并入，如同在下面完全阐述。
技术领域
本公开一般涉及热泵系统，并且更具体地涉及与来自填充补偿器的制冷剂相关的压力峰值的防止。
背景技术
一些热泵系统包括小容量盘管(诸如微通道盘管)作为室内和室外盘管。例如，微通道盘管可以提供改善的热性能和减小的制冷剂填充。微通道盘管具有相对较小的容积，这导致较低的冷凝器制冷剂填充。然而，在热泵系统中，诸如利用微通道盘管和单个双向热膨胀装置的封装的热泵单元，制冷剂流动系统的压力峰值可能在除霜循环期间出现。具体地，将液态制冷剂从填充补偿器引入到热膨胀装置下游(即，在热膨胀装置和室内盘管之间)的制冷剂管线会导致热膨胀装置关闭以补偿室内盘管中的过热的减小。热膨胀装置的关闭会引起该系统的排出管线中的压力变得过高，这会导致热泵系统停工。因此，希望有一种解决方案，该解决方案防止热泵系统的除霜模式操作期间的压力峰值，该热泵系统包括小容量盘管(例如，微通道盘管)和单个双向热膨胀阀。
发明内容
本公开一般涉及热泵系统，并且更具体地涉及与来自填充补偿器的制冷剂相关的压力峰值的防止。在一些例子实施例中，一种用于热泵系统的压力峰值防止组件包括热力膨胀阀，该热力膨胀阀包括第一端口和第二端口。第一端口被设计成流体连接到室内盘管，并且第二端口被设计成连接到室外盘管。压力峰值防止组件还包括多路阀，该多路阀包括入口端口、输出端口和液体管线端口。入口端口流体连接到第一端口。输出端口与第二端口流体连通。液体管线端口被构造成通过热泵系统的液体管线流体连接到热泵系统的填充补偿器。
在另一例子实施例中，热泵系统包括填充补偿器和热力膨胀阀，该热力膨胀阀包括第一端口和第二端口。热泵系统还包括多路阀，该多路阀包括入口端口、输出端口和液体管线端口。入口端口流体连接到第一端口。输出端口与第二端口流体连通。该液体管线端口通过该热泵系统的液体管线流体连接到该填充补偿器。
在另一例子实施例中，一种操作包括压力峰值防止组件的热泵系统的方法包括：在该热泵系统的加热模式操作期间，由控制单元控制多路阀以提供第一流动路径，以便制冷剂从室内盘管通过该多路阀的入口端口和该多路阀的液体管线端口流到填充补偿器。该方法还包括：在该热泵系统的冷却或除霜模式操作期间，由该控制单元控制该多路阀以提供第二流动路径，以便该制冷剂从该填充补偿器通过该多路阀的液体管线端口和该多路阀的出口端口流到热力膨胀阀。
根据以下描述和所附权利要求，这些和其他方面、目标、特征和实施例将是显而易见的。
附图说明
现在将参考附图，该附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1示出根据例子实施例的被构造用于热泵系统的除霜模式操作的压力峰值防止组件；
图2示出根据例子实施例的被构造用于热泵系统的加热模式操作的图1的压力峰值防止组件；
图3示出根据例子实施例的被构造用于除霜模式操作的热泵系统；
图4示出根据例子实施例的被构造用于加热模式操作的图3的热泵系统；并且
图5示出根据例子实施例的操作包括压力峰值防止组件的热泵系统的方法。
附图仅示出例子实施例，并且因此将不被认为是对范围的限制。附图中示出的元件和特征不一定是按比例的，而是侧重于清楚地示出例子实施例的原理。此外，某些尺寸或位置可能被放大以帮助在视觉上传达这种原理。在附图中，不同附图中使用的相同附图标记可以表示相似或对应的、但不一定相同的元件。
具体实施方式
在以下段落中，将参考附图进一步详细描述例子实施例。在描述中，熟知的部件、方法和/或处理技术被省略或简要描述。此外，对实施例的各种特征的参考不暗示所有实施例必须包括所参考的特征。
在一些例子实施例中，当系统操作模式从加热改变到除霜(除霜与冷却模式相同)时，结合热泵系统的换向阀操作的三路螺线管型阀可用于迫使从填充补偿器排出的液体制冷剂回到计量装置上游的系统的制冷剂管线中。三路螺线管型阀的使用使得计量装置能够控制来自填充补偿器的液体制冷剂的量，并且因此可以防止在除霜模式期间大量液体制冷剂流到室内盘管。
现在参考附图，附图描述了特别的例子实施例。图1示出根据例子实施例的被构造用于热泵系统的除霜模式操作的压力峰值防止组件100。在一些例子实施例中，压力峰值防止组件100包括热膨胀阀102和多路阀104。热膨胀阀102控制通过热膨胀阀102到达蒸发器盘管的液体制冷剂的量。例如，热膨胀阀102可以是双向流动热膨胀阀，它包括第一端口124和第二端口126，第一端口124和第二端口126均可以延伸到热膨胀阀102的腔中和/或在该腔外延伸。热膨胀阀102可以在一种操作模式中提供第一流动路径以便制冷剂从第一端口124流到第二端口126，并且在另一种操作模式中提供第二流动路径以便制冷剂从第二端口126流到第一端口124。例如，热膨胀阀102可以控制从第二端口126到达第一端口124的液体制冷剂的量。
在一些例子实施例中，多路阀104可以是三路阀。例如，多路阀104可以是三路螺线管阀。例如，多路阀104可以包括入口端口110、出口端口112和液体管线端口114，它们均可延伸到多路阀104的腔内和/或在该腔外延伸。第一端口110可以被设计成流体连接到热泵系统的室内盘管。第二端口112可以被设计成流体连接到热泵系统的室外盘管。液体管线端口114可以被设计成流体连接到热泵系统的填充补偿器。在图1中，靠近端口的箭头表示制冷剂流动的方向，并且X示出封闭的端口或流动路径。
在一些例子实施例中，热膨胀阀102的第一端口124可以与多路阀104的入口端口110流体连通。为了说明，制冷剂管108可以连接到热膨胀阀102的第一端口124，并且在一个端部连接到多路阀104的入口端口110的制冷剂管116可以连接到管108。
在一些例子实施例中，热膨胀阀102的第二端口126可以与多路阀104的出口端口112流体连通。为了说明，制冷剂管106可以连接到热膨胀阀102的第二端口126。连接到多路阀104的出口端口112的制冷剂管118可以连接到管106。
在一些例子实施例中，多路阀104如图1中所示被构造以便热泵系统的除霜模式下的操作。当多路阀104被构造用于除霜模式操作时，多路阀104可以提供流动路径以便液体制冷剂从液体管线端口114流到出口端口112，并且入口端口110可以被关闭使得通过第一端口124流出热膨胀阀102的制冷剂不流入多路阀104。
当压力峰值防止组件100被构造用于除霜模式操作(如图1中所示)时，出口端口112打开使得通过液体管线端口114流入多路阀104的液体制冷剂通过出口端口112和管118、106被引至热膨胀阀102。多路阀104的这种构造允许液体制冷剂在除霜模式操作期间进入热膨胀阀102上游的制冷剂管106。在包括压力峰值防止组件100的热泵系统的除霜模式操作期间，这种构造使得热膨胀阀102能够控制液体制冷剂流到热膨胀阀102下游的蒸发器/室内盘管。例如，如受益于本公开的本领域技术人员可以容易地理解的，热膨胀阀102可以基于由感测球120感测的过热控制通过热膨胀阀102的液体制冷剂的流动。
在一些例子实施例中，图1中所示的压力峰值防止组件100的构造在热泵系统的除霜和冷却操作中可以是相同的。在一些例子实施例中，当包括压力峰值防止组件100的热泵系统从加热模式切换到除霜模式时，多路阀104可以被构造成使得入口端口110关闭并且出口端口112和液体管线端口114打开(如图1中所示)。例如，阀控制电信号可以通过电连接122被提供给多路阀104，电连接122可以连接到热泵系统的控制单元。为了说明，控制单元可以控制在图1所示的除霜模式构造和图2所示的加热模式构造之间的多路阀104的构造的变化。
通过提供允许热膨胀阀102控制液体制冷剂从填充补偿器到蒸发器/室内盘管的流动的机构，压力峰值防止组件100可以防止热泵中的压力峰值并且避免系统停机。如下所述，压力峰值防止组件100可以在除霜模式操作期间防止压力峰值而不在加热模式操作期间中断系统制冷剂流动。
在一些例子实施例中，压力峰值防止组件100可以被包括在封装的热泵系统中。在一些替代实施例中，热膨胀阀102和多路阀104可以使用不同于图1所示的制冷剂管的构造被流体地连接而不偏离本公开的范围。在一些替代实施例中，在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用不同于三端口阀的多路阀来代替多路阀104。在一些例子实施例中，多路阀104可以在多路阀104的不同端口之间引导制冷剂而不关闭或打开端口的外部开口。例如，多路阀104可以引导多路阀104内的制冷剂的流动。在一些替代实施例中，热膨胀阀102和多路阀104可以被制造为单个装置而不偏离本公开的范围。
图2示出根据例子实施例的被构造用于热泵系统的加热模式操作的图1的压力峰值防止组件100。在图2中，靠近端口的箭头表示制冷剂流动的方向，并且X表示封闭的端口或流动路径。参考图1和2，与图1所示的压力峰值防止组件100的除霜模式构造相反，在图2中，多路阀104的入口端口110打开，并且多路阀104的出口端口112关闭。因为出口端口112在图2中是关闭的，所以通过入口端口110进入多路阀104的制冷剂被阻止通过出口端口112流出。因为液体管线端口114是打开的，所以多路阀104提供流动路径以便制冷剂从多路阀104的入口端口110流到多路阀104的液体管线端口114。也就是说，通过入口端口110进入多路阀104的制冷剂通过液体管线端口114流出多路阀104，当压力峰值防止组件100集成在热泵系统中时，液体管线端口114可以流体连接到填充补偿器。
在一些例子实施例中，当压力峰值防止组件100被包括在热泵系统中时，管108可以流体连接到室内盘管，并且管106可以流体连接到室外盘管。在图2所示的压力峰值防止组件100的构造中，热膨胀阀102在热膨胀阀102的第一端口124和热膨胀阀102的第二端口126之间提供流动路径以便制冷剂通过热膨胀阀102从管108流到管106。
在一些例子实施例中，制冷剂管116流体连接到制冷剂管108使得管108中的一些制冷剂可以通过多路阀104转移到填充补偿器，例如，直到填充补偿器充满。多路阀104的这种构造允许热泵系统的填充补偿器通过在加热模式操作期间保持一些系统制冷剂而如预期的那样操作。
通过在加热模式操作期间允许制冷剂流过热膨胀阀102和一些制冷剂流过多路阀104，压力峰值防止组件100允许热泵系统的正常加热模式操作，同时防止如参考图1描述的除霜模式操作期间的压力峰值。
图3示出根据例子实施例的被构造用于除霜模式操作的热泵系统300。在图3中，与热泵系统300的部件相关的箭头指示制冷剂流动的方向，并且X指示封闭的端口或流动路径。参考图1和3，在一些例子实施例中，热泵系统300包括图1的压力峰值防止组件100，其中压力峰值防止组件100被构造用于除霜模式操作。热泵系统300也包括室内盘管302和室外盘管304。例如，室内盘管302和室外盘管304可以是低容量盘管，例如微通道盘管。
在一些例子实施例中，热泵系统300也可以包括压缩机306、换向阀308和填充补偿器310。在图3所示的热泵系统300的除霜模式构造中，换向阀308可以被构造成使得制冷剂从室内盘管302通过换向阀308流到压缩机306的吸入端口，并且使得制冷剂通过换向阀308从压缩机306的排出端口流到填充补偿器310。填充补偿器310流体连接到室外盘管304使得来自压缩机306的制冷剂通过换向阀308和填充补偿器310流到室外盘管308。
在一些例子实施例中，填充补偿器310流体连接到多路阀104使得积聚在填充补偿器310中的制冷剂流到多路阀104。例如，填充补偿器310的液体管线端口可以通过液体管线312流体连接到多路阀104的液体管线端口114，并且制冷剂可以通过液体管线312从填充补偿器310流到多路阀104。为了说明，制冷剂可以在热泵系统300的加热模式操作期间积聚在填充补偿器310中，并且积聚的液体制冷剂可以在除霜模式操作期间流出填充补偿器310。因为多路阀104提供从液体管线端口114到出口端口112的流动路径，所以从填充补偿器310通过液体管线端口114流到多路阀104的制冷剂通过出口端口112流出多路阀104。通过出口端口112流出的制冷剂通过热膨胀阀102的第二端口126流入热膨胀阀102。
在一些例子实施例中，在热泵系统300的除霜模式操作期间基于制冷剂流动的方向，热膨胀阀102通过热膨胀阀102下游的制冷剂管318与室内盘管302流体连通。热膨胀阀102也通过热膨胀阀102上游的制冷剂管314与室外盘管304流体连通。为了说明，来自室外盘管304的制冷剂通过热膨胀阀102的第二端口126流入热膨胀阀102。
热膨胀阀102控制制冷剂通过热膨胀阀102从室外盘管304到室内盘管302的流动。热膨胀阀102也控制通过多路阀104和热膨胀阀102从填充补偿器310到室内盘管302的制冷剂的流动。因为多路阀104的入口端口110在压力峰值防止组件100的除霜模式构造中关闭，所以流出热膨胀阀102的制冷剂流到室内盘管302而不被多路阀104中断。热膨胀阀102可以基于过热感测(例如通过感测球120)调节从室外盘管304和填充补偿器310到室内盘管302的制冷剂流动。
在一些例子实施例中，控制单元316可以控制热泵系统300在加热模式和除霜/冷却模式之间的构造变化。例如，控制单元316可以向多路阀104和换向阀308提供一个或更多个电信号以改变多路阀104和换向阀308的构造。通过改变多路阀104和换向阀308的构造，控制单元316可以控制热泵系统300中制冷剂流动的方向。如受益于本公开的本领域技术人员可以容易地理解的，控制单元316可以基于来自一个或更多个恒温器的指示来控制构造变化。在一些例子实施例中，控制单元316可以包括控制器和部件，诸如微控制器和其他支持部件(例如，存储器装置)，以执行这里描述的控制单元316的操作。
借助于通过多路阀104将制冷剂从填充补偿器310输送到热膨胀阀102的上游侧，压力峰值防止组件100使得热膨胀阀102能够控制从填充补偿器310到室内盘管302的制冷剂的流动。因为到压缩机306的吸入管线中的过热取决于流过热膨胀阀102的制冷剂的量，并且因为来自填充补偿器310的制冷剂与来自室外盘管304的制冷剂一起被输送过热膨胀阀102，所以多路阀104使热膨胀阀102能够避免压力峰值，该压力峰值否则可能导致压缩机306停工。
图3所示的热泵系统300的相同构造用于冷却模式和除霜模式操作。在一些例子实施例中，热泵系统300可以包括比所示更多或更少的部件而不偏离本公开的范围。在一些替代实施例中，热泵系统300的一些部件可以以不同于图3所示的方式流体连接而不偏离本公开的范围。
图4示出根据例子实施例的被构造用于加热模式操作的图3的热泵系统300。在图4中，与热泵系统300的部件相关的箭头指示制冷剂流动的方向，并且X指示封闭的端口或流动路径。在图4中，热泵系统300包括被构造用于加热模式操作的图2的压力峰值防止组件100。与图3相反，在图4中，换向阀308被构造成使得制冷剂通过换向阀308从填充补偿器310流到压缩机306的吸入端口。换向阀308也构造成使得制冷剂通过换向阀308从压缩机306的排出端口流到室内盘管302。换向阀308的构造提供流动路径以便制冷剂通过填充补偿器310和换向阀308从室外盘管304流到室内盘管302。
在图4中，压力峰值防止组件100被构造成使得制冷剂从室内盘管302通过热膨胀阀102流回到室外盘管304。一些制冷剂也从室内盘管302通过多路阀104流到填充补偿器310，例如，直到填充补偿器310的容量。为了说明，多路阀104提供流动路径以便从室内盘管302流出的一些制冷剂通过多路阀104流到填充补偿器310。例如，通过入口端口110流入多路阀104的制冷剂通过液体管线端口114流出并且通过管312行进至填充补偿器310。如上面参考图2说明的，当压力峰值防止组件100被构造用来在如图2和4所示的加热模式下操作时，出口端口112关闭。
通过允许来自室内盘管302的制冷剂通过热膨胀阀102流到室外盘管304，并且通过允许一些制冷剂通过多路阀104流到填充补偿器310，压力峰值防止组件100使热泵系统300能够在正常加热模式下操作。
图5示出根据例子实施例的操作热泵系统300的方法500，该热泵系统300包括图1和图2的压力峰值防止组件100。参考图1-图5，在一些例子实施例中，方法500包括在步骤502，在热泵系统300的加热模式操作期间，由控制单元316控制多路阀104以提供第一流动路径以便制冷剂从室内盘管通过多路阀104的入口端口110和多路阀104的液体管线端口114 302流到填充补偿器310。
在步骤504，方法500可以包括在热泵系统300的冷却或除霜模式操作期间，由控制单元316控制多路阀104以提供第二流动路径以便制冷剂通过多路阀104的液体管线端口114和多路阀104的出口端口112从填充补偿器310流到热力膨胀阀102。
在一些例子实施例中，方法500可以包括在热泵系统300的冷却或除霜模式操作期间，由控制单元316控制换向阀308使得压缩机306的排出端口通过换向阀308流体连接到填充补偿器310。为了说明，在热泵系统300的冷却或除霜模式操作期间，来自压缩机306的排出端口的制冷剂通过换向阀308流到填充补偿器310。
在一些例子实施例中，方法500也可以包括在热泵系统300的加热模式操作期间，由控制单元316控制换向阀308使得压缩机306的排出端口通过换向阀308流体连接到室内盘管302。为了说明，在热泵系统300的加热模式操作期间，来自压缩机306的排出端口的制冷剂通过换向阀308流到室内盘管。
在一些替代实施例中，方法500可以包括比上述更多或更少的步骤。在一些例子实施例中，方法500的一些步骤可以以与上述不同的顺序被执行。
虽然特别实施例已经在这里被详细描述，但该描述是通过例子的方式。这里描述的实施例的特征是代表性的，并且在替代实施例中可以添加或省略某些特征、元件和/或步骤。此外，本领域技术人员可以作出这里描述的实施例的多个方面的修改而不偏离以下权利要求的精神和范围，权利要求的范围将被赋予最广泛的解释以便包括修改和等同结构。

Claims (20)

1.一种用于热泵系统的压力峰值防止组件，所述压力峰值防止组件包括：
热力膨胀阀，所述热力膨胀阀包括第一端口和第二端口，其中，所述第一端口被设计成流体连接到室内盘管，并且其中，所述第二端口被设计成流体连接到室外盘管；和
多路阀，所述多路阀包括入口端口、输出端口和液体管线端口，其中，所述入口端口流体连接到所述第一端口，所述输出端口与所述第二端口流体连通，并且所述液体管线端口被构造成通过所述热泵系统的液体管线流体连接到所述热泵系统的填充补偿器。
2.权利要求1所述的压力峰值防止组件，其中，在所述热泵的加热模式操作期间，所述入口端口是打开的并且所述输出端口是关闭的。
3.权利要求2所述的压力峰值防止组件，其中，在所述热泵系统的加热模式操作期间，所述多路阀提供从所述入口端口到所述液体管线端口的制冷剂流动路径。
4.权利要求1所述的压力峰值防止组件，其中，在所述热泵系统的除霜模式期间，所述入口端口是关闭的并且所述输出端口是打开的。
5.权利要求4所述的压力峰值防止组件，其中，在所述热泵系统的除霜模式操作期间，所述多路阀提供从所述液体管线端口到所述出口端口的制冷剂流动路径。
6.权利要求1所述的压力峰值防止组件，其中，在除霜模式操作期间，所述热力膨胀阀提供从所述第二端口到所述第一端口的、通过所述热力膨胀阀的流动路径。
7.权利要求1所述的压力峰值防止组件，其中，在加热模式操作期间，所述热力膨胀阀提供从所述第一端口到所述第二端口的、通过所述热力膨胀阀的流动路径。
8.一种热泵系统，所述热泵系统包括：
填充补偿器；
热力膨胀阀，所述热力膨胀阀包括第一端口和第二端口；和
多路阀，所述多路阀包括入口端口、输出端口和液体管线端口，
其中所述入口端口流体连接到所述第一端口，其中所述输出端口与所述第二端口流体连通，并且其中所述液体管线端口通过所述热泵系统的液体管线流体连接到所述填充补偿器。
9.权利要求8所述的热泵系统，其中，在所述热泵系统的加热模式操作期间，所述入口端口是打开的并且所述输出端口是关闭的，并且其中在所述热泵系统的除霜模式期间，所述入口端口是关闭的并且所述输出端口是打开的。
10.权利要求8所述的热泵系统，其中，在所述热泵系统的除霜模式操作期间，所述多路阀提供从所述填充补偿器通过所述液体管线端口和所述出口端口到所述热力膨胀阀的制冷剂流动路径。
11.权利要求8所述的热泵系统，还包括室内盘管，其中，所述入口端口和所述第一端口流体连接到所述室内盘管。
12.权利要求11所述的热泵系统，其中，在所述热泵系统的加热模式操作期间，所述多路阀提供从所述室内盘管通过所述入口端口和所述液体管线端口到所述填充补偿器的制冷剂流动路径。
13.权利要求11所述的热泵系统，还包括室外盘管，其中，所述输出端口和所述第二端口流体连接到所述室外盘管。
14.权利要求13所述的热泵系统，其中，在加热模式操作期间，系统制冷剂从所述室内盘管通过所述热力膨胀阀流到所述室外盘管。
15.权利要求13所述的热泵系统，其中，在除霜模式操作期间，所述系统制冷剂从所述室外盘管通过所述热力膨胀阀流到所述室内盘管。
16.权利要求8所述的热泵系统，还包括压缩机和换向阀，其中，在所述热泵系统的除霜模式操作期间，所述压缩机的排出端口通过所述换向阀流体连接到所述填充补偿器，并且其中在所述热泵系统的加热模式操作期间，所述压缩机的吸入端口通过所述换向阀流体连接到所述填充补偿器。
17.权利要求16所述的热泵系统，还包括控制单元，所述控制单元控制所述换向阀和所述多路阀的操作。
18.一种操作包括压力峰值防止组件的热泵系统的方法，所述方法包括：
在所述热泵系统的加热模式操作期间，由控制单元控制多路阀以提供第一流动路径，以便制冷剂从室内盘管通过所述多路阀的入口端口和所述多路阀的液体管线端口流到填充补偿器；和
在所述热泵系统的冷却或除霜模式操作期间，由所述控制单元控制所述多路阀以提供第二流动路径，以便所述制冷剂从所述填充补偿器通过所述多路阀的液体管线端口和所述多路阀的出口端口流到热力膨胀阀。
19.权利要求18所述的方法，还包括在所述热泵系统的冷却或除霜模式操作期间，由所述控制单元控制换向阀使得压缩机的排出端口通过所述换向阀流体连接到所述填充补偿器。
20.权利要求18所述的方法，其中，所述入口端口流体连接到所述热力膨胀阀的第一端口，其中所述输出端口流体连接到所述热力膨胀阀的第二端口，并且其中所述液体管线端口通过所述热泵系统的液体管线流体连接到所述填充补偿器。
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