CN116263263A - 改变热泵的除霜触发的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定何时启动热泵的除霜模式的方法，包括在热泵在加热模式下操作期间监测热泵的蒸发器的加热容量，确定与加热容量关联的阈值，以及当蒸发器的加热容量小于或等于阈值时启动除霜模式。

Description

改变热泵的除霜触发的方法

技术领域

本公开的实施例涉及加热、通风和空调（HVAC）系统领域，并且特别地，涉及HVAC系统的除霜循环。

背景技术

热泵用在各种设置中，例如，在设施中提供期望的空气温度的加热、通风和空调（HVAC）系统。这种热泵通常包括压缩机、蒸发器、膨胀装置和冷凝器。热泵例如通过驱动压缩机向制冷剂输入功，从而使得制冷剂能够将热从较冷的储热器移到较暖的吸热器。

一些热泵被提供为“分离”系统，其具有布置在要调节的建筑物内部的第一热交换器，以及位于要调节的建筑物外部的第二热交换器。当这种热泵在加热模式下操作时，作为蒸发器操作的第二热交换器被设置在建筑物外部。蒸发器的“结霜”是在这种热泵分离系统中见到的常见问题。结霜是由当蒸发器温度在冰点或低于冰点（例如在0℃或低于0℃）时，蒸发器上的水分积累所导致的。霜的积累阻碍空气流过蒸发器，并降低蒸发器和流过的空气之间的热传递，这两种情况都会降低操作效率。

可通过执行定期除霜循环来移除霜。除霜循环通常通过逆转热泵中制冷剂的流动来进行，使得冷凝器和蒸发器在概念上互换角色。结果是制冷剂温暖了蒸发器，从而消除或至少降低了任何积累的霜。

现有热泵通常响应于基于一个或多个控制参数的转变决定而执行除霜循环。该转变决定至少部分基于加热模式下的累计运行时间。然而，基于加热模式下的运行时间来触发除霜循环具有一些缺点。霜积累的速率可以基于许多条件而改变，例如诸如空气温度、露点、蒸发器相对于露点的操作温度、跨蒸发器热交换器的气流速率以及蒸发器热交换器的大小。

发明内容

根据实施例，一种用于确定何时启动热泵的除霜模式的方法，包括在所述热泵在加热模式下操作期间，监测所述热泵的蒸发器的加热容量，确定与所述加热容量关联的阈值，以及当所述蒸发器的所述加热容量小于或等于所述阈值时，启动除霜模式。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：监测所述蒸发器的所述加热容量进一步包括监测与所述加热容量关联的所述热泵的至少一个参数或操作条件。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：所述参数或操作条件是制冷剂质量流。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：所述至少一个参数或操作条件包括所述蒸发器出口处的压力、压缩机入口处的压力以及所述蒸发器出口和所述压缩机入口之间的压力中的至少一个，所述压缩机相对于通过所述加热模式下的所述热泵的流体流直接布置在所述蒸发器的下游。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：所述至少一个参数或操作条件包括所述蒸发器入口处的压力、膨胀装置出口处的压力以及所述膨胀装置出口和所述蒸发器入口之间的压力中的至少一个，所述膨胀装置相对于通过所述加热模式下的所述热泵的流体流直接布置在所述蒸发器的上游。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：所述至少一个参数或操作条件包括膨胀装置出口处的温度，所述膨胀装置相对于通过所述加热模式下的所述热泵的流体流直接布置在所述蒸发器的上游。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：所述至少一个参数或操作条件包括从所述蒸发器排放的空气的温度。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：确定与所述加热容量关联的阈值进一步包括：标识与所述加热容量关联的参考值，以及从所述参考值导出所述阈值。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：标识所述参考值进一步包括当所述蒸发器无霜时，测量与所述加热容量关联的所述热泵的参数或操作条件。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：所述蒸发器在加热循环开始时无霜。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：标识所述参考值进一步包括在表中查找所述参考值。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：包括调整所述参考值，以补偿在所述加热模式期间所述热泵的一个或多个操作条件的变化。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：确定所述阈值包括以下至少一个：（i）对参考值应用百分比降低；以及（ii）对所述参考值应用偏移。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：包括如果自从所述热泵在所述除霜模式下操作以来所述热泵的压缩机的操作的累计时间小于最小时间，则禁止在所述除霜模式下启动。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：包括一旦所述热泵的压缩机在处于空闲条件后操作，就在固定时间段内禁止在所述除霜模式下启动。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：包括当所述参数或操作条件的变化率指示瞬变操作条件时，禁止在所述除霜模式下启动。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：包括当所述参数或操作条件的变化率超过正阈值或落在负阈值以下时，禁止在所述除霜模式下启动。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：包括在所述参数的变化率高于所述正阈值或低于所述负阈值之后，当所述参数或操作条件的变化率在正阈值和负阈值之间小于阈值时间段时，禁止在所述除霜模式下启动。

根据实施例，用于调节空气的系统包括制冷电路，所述制冷电路包括压缩机、和膨胀阀以及热交换器。控制器被配置成在加热模式下操作期间监测所述系统的加热容量，确定与所述加热容量关联的阈值，以及当所述热交换器的所述加热容量小于或等于所述阈值时，启动除霜模式下的操作。

除了本文描述的特征中的一个或多个之外，或者作为备选，另外的实施例：包括至少一个传感器，可操作地耦合到所述控制器，所述传感器被配置成监测与所述加热容量关联的所述热泵的至少一个参数或操作条件。

附图说明

以下描述不应被视为以任何方式的限制。参考附图，相似的元件被相同地编号：

图1是根据实施例的示例性热泵的示意图；

图2A是根据实施例的第一模式下的示例性热泵的示意图；

图2B是根据实施例的第二模式下的示例性热泵的示意图；

图3是根据实施例的热泵的控制系统的示意图；

图4是根据实施例的在加热模式下操作期间比较蒸发器的质量流和加热容量的图表；

图5是根据实施例的在加热模式下操作期间比较蒸发器出口压力和蒸发器加热容量的图表；

图6是根据实施例的在加热模式下操作期间比较膨胀阀出口处的温度与蒸发器加热容量的图表；

图7是根据实施例的在加热模式下操作期间比较蒸发器处排放空气的温度和蒸发器加热容量的图表；

图8是根据实施例表示基于环境空气温度以及低和高压缩机速度的参考值的表格；以及

图9是根据实施例的在加热模式下操作期间比较蒸发器出口压力和蒸发器出口压力相对于多个阈值的变化率的图表；以及

图10是根据实施例响应于检测到热泵的加热容量降低而控制热泵在加热模式下操作的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本文参考附图，通过示例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。

现在参考图1，示出了空调系统20的基本蒸汽压缩循环的示例示意图。蒸汽压缩循环包括一个或多个压缩机22、第一热交换器24、膨胀装置26和第二热交换器。流体（例如诸如制冷剂）被配置成例如诸如沿逆时针方向循环通过蒸汽压缩循环。

在操作中，压缩机22从第二热交换器28接收制冷剂蒸汽，并将其压缩至高温和高压。相对较热的制冷剂蒸汽然后被输送到第一热交换器24，在此它经由与冷却介质C（诸如空气或水）的热交换关系被冷却并冷凝成液态。因此，当第一热交换器24接收从压缩机22输出的制冷剂时，第一热交换器充当冷凝器。冷却的液体制冷剂从第一热交换器24流到膨胀装置26，例如诸如膨胀阀，在此制冷剂被膨胀到较低的压力，在此温度被降低，并且制冷剂可以以两相液态/汽态存在。制冷剂从膨胀装置26被提供给第二热交换器28。因为热从次级介质（例如诸如空气）传递到第二热交换器28内的制冷剂，引起任何液相制冷剂蒸发，所以第二热交换器28充当蒸发器。低压蒸汽制冷剂从第二热交换器28返回到压缩机22，使得可以重复该循环。

在空调系统20为热泵的实施例中，制冷剂在蒸汽压缩机循环内的流动可以反向。在这样的实施例中，制冷剂可以按顺序从压缩机22顺时针流向第二热交换器28、膨胀装置26和第一热交换器24。在这种情况下，第二热交换器28内的制冷剂被冷却并冷凝成液态，并且第一热交换器内的制冷剂被加热以形成低压蒸汽。因此，当在该反向流动方向上操作时，第二热交换器28充当冷凝器，而第一热交换器24充当蒸汽压缩循环的蒸发器。

现参考图2A-2B，示出了空调系统（例如诸如热泵）的示意图。在所示的非限制性实施例中，热泵20包括定位在要调节的建筑物内部的第一或室内部分30和定位在建筑物外部的第二或室外部分32。应当理解，热泵20被安装在部分或完全位于建筑物内部或外部的单个外壳中的实施例也在本公开的范围内。

如图所示，至少一个压缩机22位于室外部分32内。一个或多个压缩机34可以是任何合适的单级或多级压缩机，包括但不限于螺杆式压缩机、往复式压缩机、离心式压缩机、涡旋式压缩机、旋转式压缩机或轴流式压缩机。（一个或多个）压缩机22可以由电动马达或另一合适的能源驱动。

第一热交换器24也被布置在第一或室内部分30内，并直接或间接流体耦合到一个或多个压缩机22。第一热交换器24可以是配置成成在制冷剂和空气或另一种介质之间传递热的任何合适类型的热交换器。例如，第一热交换器24可包括一个或多个导热材料（诸如铜、铝、其合金或其组合）线圈。在其它实施例中，第一热交换器24可以是壳管式热交换器、印刷电路热交换器、板翅式热交换器或其任意组合。在所示的非限制性实施例中，空气或其它介质经由第一移动机构34（例如诸如风扇）在第一热交换器24上移动（抽吸或吹送）。

热泵20包括至少一个膨胀装置26。尽管示出了单个膨胀装置26，但是应当理解，具有定位在室内部分内的单独的室内膨胀装置和定位在室外部分内的室外膨胀装置的实施例也在本文设想。第一热交换器24流体耦合到膨胀装置26。

第二热交换器28被布置在热泵20的第二或室外部分32内，并也流体耦合到膨胀装置26。在包括单独的室内膨胀装置和室外膨胀装置26的实施例中，第一热交换器24被流体耦合到第一（室内）膨胀装置，而第二热交换器28被流体耦合到第二（室外）膨胀装置。在这样的实施例中，制冷剂仅被配置成在流过制冷电路的每个方向上流过膨胀装置之一。

类似于第一热交换器24，第二热交换器28可为任何合适类型的热交换器，被配置成在制冷剂和空气或另一介质之间传递热。在所示的非限制性实施例中，第二热交换器28围绕室外部分32的外部范围设置。然而，本文也设想第二热交换器28被布置在另一位置（诸如在室外部分32内或接近室外部分32）的实施例。

第二热交换器28可具有任何合适的配置。例如，第二热交换器28可包括一个或多个导热材料（诸如铜、铝、其合金或其组合）线圈。在其它实施例中，第二热交换器28可以是壳管式热交换器、印刷电路热交换器、板翅式热交换器或其任意组合。

在示出的非限制性实施例中，室外部分32包括第二移动机构36，例如诸如风扇组合件，以在第二热交换器28上移动空气或另一介质。如图所示，第二移动机构36可以邻近室外部分32的顶部38布置，或者可以定位在室外部分的底部40附近，或者在顶部38和底部40之间的任何点，以推动或拉动空气通过室外部分。

热泵20此外包括换向阀42，该换向阀被配置成重新定向其中制冷剂R的流动。在所示实施例中，换向阀42被布置在室外部分32内，并且包括流体分离的第一流路径和第二流路径。在第一状态下，如图2A所示，第一流路径将一个或多个压缩机22的出口流体连接到第一热交换器24，而第二流路径将第二热交换器28流体连接到一个或多个压缩机22的入口。在第二状态下，第一流路径流体将一个或多个压缩机22的出口连接到第二热交换器28，而第二流路径将第一热交换器24流体连接到一个或多个压缩机22的入口（图2B）。应该理解的是，本文示出和描述的热泵20意图仅作为示例，并且具有另一种配置和/或沿着流体流路径布置的附加组件的热泵也在本公开的范围内。

在热泵20正常操作期间，热泵可在“加热”模式下操作（图2A）。当换向阀42处于第一状态时，制冷剂被配置成从压缩机22通过闭合制冷电路流到充当冷凝器的第一热交换器24。在第一热交换器24内，热通过第一移动机构34从制冷剂传递到移动穿过第一热交换器24的空气。该温暖的空气可用于加热建筑物内要调节的一个或多个区域。部分或完全冷凝的液体制冷剂从第一热交换器24提供给膨胀装置26，在此压力被降低，导致制冷剂膨胀并冷却到低于环境温度的温度。在第二热交换器28内，热通过第二移动机构36从移动穿过第二热交换器28的空气传递给制冷剂。该热导致制冷剂的液体部分蒸发成气相。从第二热交换器28，制冷剂经由换向阀42返回到压缩机22。

在热泵20正常操作期间，霜能积累在第二热交换器28上。当霜积累在第二热交换器28上时，霜妨碍了从空气到热交换器的热传递，并且因此给热交换器提供了不期望的绝热性质。不期望的绝热性质导致空气温度和热交换器温度之间的温差增加。随着霜的范围和厚度增加，霜的绝热性质程度也增加。因此，随着霜继续积累，第二热交换器28的温度将继续无限下降。

由于霜积累在第二热交换器28上，并且第二热交换器28的操作温度下降，因此作为结果，第二热交换器28内制冷剂的操作温度下降。给定固定量的过热，离开第二热交换器28的制冷剂蒸汽的密度随着蒸汽温度的下降而下降。对于给定体积流，蒸汽密度下降导致质量流下降，并且制冷剂系统的加热容量下降。因此，霜存在的范围和厚度将直接与质量流和加热容量的下降相关。

为消除或至少减轻这种霜，热泵20可转变至除霜模式，诸如通过将换向阀42切换至第二状态。在图2B所示的第二状态中，制冷剂通过闭合制冷剂回路的流动方向被反向。因此，从至少一个压缩机22输出的温暖的高压制冷剂被路由到第二热交换器28，使得第二热交换器28充当冷凝器而不是蒸发器。在除霜模式下，第二移动机构36可以被禁用，以防止空气移动通过第二热交换器28，从而使得第二热交换器28的温度能够升高。从第二热交换器28，制冷剂在膨胀装置26（诸如室内膨胀装置（未示出））中膨胀，并且然后被输送到第一热交换器24，第一热交换器24被配置成作为蒸发器操作。在第一热交换器24内，制冷剂能从经由第一移动机构34移动穿过第一热交换器24的介质中吸收热。在一个实施例中，热泵20包括辅助加热器44，辅助加热器44被配置成在除霜循环期间加热从第一热交换器24输出的冷空气，以满足被调节区域的加热需求。从第一热交换器24，制冷剂经由换向阀42返回到压缩机22。

如前所述，现有热泵20通常响应于热泵在加热模式下的运行时间，而在换向阀42处于第一状态的加热模式和换向阀42处于第二状态的除霜模式之间转变。确定何时在加热模式和除霜模式之间转变的过程能以若干方式改进。在一个实施例中，加热模式运行的运行时间在设备安装期间基于当地气候和特定安装的特性（即，接近湿气源等）来配置。这种配置可以通过调整设备控制板来执行。

备选地或附加地，加热模式的运行时间可通过在加热循环期间监测第二热交换器的加热容量来优化。在加热循环操作期间第二热交换器的加热容量和没有霜存在时第二热交换器的加热容量的比较将指示由于在第二热交换器上的霜积累而引起的加热容量的降低。

热泵的若干参数能用于观察加热容量的降低。加热容量与制冷剂质量流直接相关，并且主要发生在制冷剂相变时（即当它凝结成液体或蒸发成蒸汽时）。被吸收或排出的热主要由制冷剂相变的质量确定。在制冷剂连续流动的闭环系统中，制冷剂相变的质量由系统中制冷剂的质量流速率指示。另外，在稳态条件下，质量流速率在闭环系统中的任何点都是相同的。因此，在环路中的任何点测量的质量流将提供相同的结果。

通过在一个或若干测量点确定制冷剂的特性，诸如制冷剂的温度、压力和相，可在制冷剂环路内的多个位置确定质量流。例如，可以确定在第二热交换器28的出口和一个或多个压缩机22的吸入入口之间的质量流。进入一个或多个压缩机22的质量流可以由进入每个压缩机22的体积流（例如，立方厘米/秒）和一个或多个压缩机22中每个的吸入入口处的制冷剂蒸汽的密度（例如，克/立方厘米）来指示。在一些系统中，在第二热交换器28出口处的制冷剂蒸汽密度将指示一个或多个压缩机22入口处的蒸汽密度。在另一个示例中，可以使用膨胀阀26的入口和出口处的阀打开大小和制冷剂的温度和/或压力来确定膨胀阀26处的质量流。

压缩机22的体积流是压缩机操作速度（例如循环或转/秒）和压缩机22在入口处接收和在每个循环期间泵送的蒸汽体积的乘积。压缩机22泵送的体积被称为压缩机排量（例如，立方厘米/循环或转）。压缩机排量可以是固定的或可变的。压缩机速度可以是固定的或可变的。因此，体积流由热泵20中的一个或多个压缩机22中每个的体积流的总和来确定。

可通过测量一个或多个压缩机22中每个的吸入入口处的制冷剂压力和温度来确定制冷剂的蒸汽密度。由于一些控制机构，诸如热力膨胀阀26，蒸汽过热可以是已知的或假定在一定范围内。当蒸汽过热已知时，仅测量制冷剂温度或压力中的一个将允许另一个参数已知（即，制冷剂温度可根据制冷剂压力和过热确定，而制冷剂压力可根据制冷剂温度和过热来确定）。因此，当过热已知时，仅测量压力或温度中的一个就足以确定蒸汽密度。

在一个实施例中，热泵20包括控制系统50，控制系统50被配置成在加热模式期间监测热泵20的一个或多个操作条件。参考图3，热泵20的控制系统50包括控制器52，控制器52具有微处理器、微控制器、专用集成电路（ASIC）或本领域已知的任何其它形式的电子控制器中的一个或多个。控制器52可操作地耦合到压缩机22、第一移动机构34和第二移动机构36、换向阀42和任何其它合适的组件。在一个实施例中，控制系统50此外包括至少一个传感器S，该传感器可操作以监测与确定第二热交换器的加热容量相关或关联的热泵20的一个或多个操作参数或操作条件（本文统称为参数）。至少一个传感器S可以被配置成连续地监测相应参数并将其传达到控制器，或者备选地，可以被配置成间歇地监测相应参数并将其传达到控制器52。

控制系统50的至少一个传感器S可包括温度传感器，例如诸如安装在室外部分32内的传感器，并且可操作以感测室外部分32周围的环境温度。在另一个实施例中，至少一个传感器S被配置成监测从第二热交换器28输出的排放空气的温度。在至少一个传感器S包括温度传感器的实施例中，温度传感器可以是任何合适的装置，包括但不限于热敏电阻、热电偶、恒温器、红外传感器等。备选地，至少一个传感器可以是由任何合适的装置（例如包括但不限于应变计电桥）组成的压力传感器。

在一个实施例中，至少一个传感器S包括被配置成监测热泵20的制冷电路的一个或多个参数的传感器。至少一个传感器可包括压力传感器，该压力传感器被布置在连接到压缩机22的入口的吸入管线内、膨胀装置26的出口处或其下游、以及第二热交换器28的入口处或其上游中的至少一个处。

备选地，或此外，至少一个传感器S包括被配置成测量制冷剂温度的传感器，诸如在膨胀阀26出口附近的位置处。制冷剂的温度可以通过测量制冷剂本身的温度来确定，或者备选地，通过测量包含制冷剂的导管的温度来确定，该导管的温度被配置成表示或基本上等于包含在其中的制冷剂的温度。在另一个实施例中，至少一个传感器S包括质量流传感器。

可通过监测热泵20中的制冷剂质量流来检测由于霜积累引起的加热容量降低（见图4）。例如诸如在压缩机22入口处的制冷剂质量流可经由至少一个传感器S间接或直接测量。由至少一个传感器S收集的用于确定或运算质量流的信息类型可基于正在确定质量流的位置而改变。备选地，加热容量的降低可以通过监测指示制冷剂环路内质量流降低的另一个参数或操作条件来检测。

在一个实施例中，可通过观察指示向第二热交换器的热传递降低的一些其它操作参数的降低，来检测热泵20的加热容量的降低。因此，可以通过监测制冷剂压力的降低来检测由于霜积累引起的加热容量的降低。在一个实施例中，至少一个传感器S包括压力传感器，该压力传感器被配置成监测第二热交换器28的出口处的压力、压缩机22的入口处的压力、或第二热交换器28的出口和压缩机22的入口之间的任何位置处的压力中的一个或多个（见图5）。备选地或附加地，压力传感器可被布置成测量膨胀阀26出口处的压力、第二热交换器28入口处的压力、或膨胀阀26出口和第二热交换器28入口之间任何位置处的压力。膨胀阀26出口处的压力和/或温度条件与第二热交换器28入口处的条件基本相同。另外，对于给定的体积流和蒸汽密度，第二热交换器28的已知特性将指示第二热交换器28的入口和出口之间的压力差，并且因此可用于将膨胀阀26的出口和第二热交换器28的入口之间的压力与第二热交换器28的出口处的压力相关。

在一个实施例中，通过监测膨胀阀26出口处的制冷剂温度，检测由于霜积累引起的加热容量降低（见图6）。因为膨胀阀26出口处的制冷剂是液体和蒸汽的饱和混合物，所以其温度将与流体压力相关。备选地或附加地，可以通过监测从第二热交换器28（见图7）排放的空气的温度来检测由于霜积累引起的加热容量的降低。如前所述，当霜积累在第二热交换器28上时，第二热交换器的效率下降，导致从空气到第二热交换器28内的制冷剂的热传递较少。因此，排放空气温度的增加可用于指示第二热交换器28上霜积累。

在本文所述的每一个实施例中，控制器52被配置成将监测参数与相应阈值进行比较，以确定何时启动或触发除霜模式下的操作。如本文所用，术语“监测参数”意在包括经由一个或多个传感器测量的参数或操作条件，或者备选地，使用监测参数或操作条件运算的参数或操作条件。在一个实施例中，控制器52被配置成响应于监测参数越过阈值而自动将热泵20从加热模式转变到除霜模式。在另一个实施例中，当监测参数越过阈值并保持在阈值以上最小时间段时，除霜模式被启动。最小时间段的示例包括从大约零分钟到大约十分钟的任何时间。最小时间段可以基于参数（例如诸如压力或温度）而改变。

备选地或附加地，控制器52被配置成基于监测参数超过阈值并保持在阈值以上的净时间段，将热泵20从加热模式转变至除霜模式。净时间段可通过积累时间参数来运算，当监测参数超过指示需要除霜的阈值时，积累时间参数增加，而当监测参数不超过指示需要除霜的阈值时，积累时间参数下降。当监测参数小于阈值的累计时间超过监测参数超过阈值的累计时间量时，净时间段可被限制获得负值。净时间段的阈值可以是从大约零分钟到大约十分钟的任何值。

控制器52被配置成确定用于与监测参数关联的除霜模式下热泵20的启动操作的阈值。在一个实施例中，监测参数的阈值是从与第二热交换器28在相同条件下的操作关联的相同参数的参考值导出的，但是是在不存在霜的时候。该参数的参考值可以通过在第二热交换器28无霜的条件下测量或计算该参数来确定。在除霜循环之后的加热循环的最初几分钟内，第二热交换器28可被认为无霜或基本无霜。在第二热交换器28先前在已知高于冰点的温度下作为冷凝器操作的模式下操作后，第二热交换器28可被认为无霜或基本无霜。备选地或附加地，当环境空气温度高于冰点使得任何先前存在的霜融化时，第二热交换器28在不操作足够长的时间段后可以被认为无霜或基本无霜。

在另一个实施例中，可通过在加热循环开始前的时间段内观察参数来确定参数的参考值。测量时间周期可以在加热循环开始后从大约零到大约二十分钟（例如诸如在大约两分钟和大约五分钟之间）的任何时间开始。测量时间周期的持续时间可以是从大约零到大约十分钟的持续时间（例如诸如在大约一和大约三分钟之间）的任何时间。零分钟的持续时间指示在单个时间点进行的测量。参数的参考值可以由测量时间周期内参数的平均值、测量时间周期内参数的最大值或某种其它算术计算（诸如测量时间周期期间参数的滤波值的最大输出）来确定。

在又一实施例中，可在不进行直接测量的情况下确定参数的参考值。对于给定的一组条件，诸如环境温度、蒸汽体积流和穿过第二热交换器28的空气流，参数的参考值将在从一个循环到下一个循环的小裕度内可重复。这种参考值可以通过测量操作条件的各种组合中的特性并以控制器52可访问的方式存储与那些操作条件相关的参考参数值来确定。图8示出了基于压缩机22的速度和环境空气温度两者指示参考值的表的示例。在所示的非限制性实施例中，变速压缩机22的速度一般由低速和高速表示，其中参考值在与相应环境空气温度关联的低速和高速之间线性变化或以某种非线性函数变化。

参数的参考值可经由控制器52运行的算法确定，该算法在被提供有操作条件时计算参考值，或者备选地，可采用控制器52可访问的单维或多维查找表的形式，或所有这些的某种组合。

在一个实施例中，当热泵20的操作条件偏离获得参数参考值时的条件时，可调整参数的参考值。操作条件变化的示例包括环境温度的变化和体积流的变化，诸如由于停止或启动多个压缩机中的一个或多个或者变化多个压缩机中的一个或多个的操作速度引起。

与相应监测参数关联的阈值可以从参考值中导出。在一个实施例中，通过对参数的参考值应用百分比降低来确定阈值。该降低百分比可以是在没有霜积累的相同条件下操作的第二热交换器28的容量的30%至98%。

在另一个实施例中，通过对参数的参考值应用偏移，从参考值中导出阈值。当参数是质量流、第二热交换器28处的出口压力和第二热交换器28处的入口压力中的一个时，偏移可以是从参数参考值的大约2%到大约70%的任何值。当参数是第二热交换器28的入口温度时，偏移可以是大约2℉到大约40℉之间的任何位置。另外，当参数是第二热交换器28处的空气排放温度时，偏移可以在大约2℉到大约20℉之间的任何位置。

备选地，可通过对环境空气温度和参考空气排放温度之间的偏移应用百分比降低来确定阈值，该偏移是针对在其上没有霜积累的相同条件下操作的第二热交换器28确定的。该降低百分比可以是从偏移的大约2%到大约70%的任何值。例如，如果降低百分比被选取为50%，并且对于在没有霜积累的相同条件下操作的第二热交换器28，环境空气温度为30℉，而空气排放温度为22℉，则偏移被确定为（30 ℉- 22℉）×50% = 4℉。应用于30℉的环境空气温度，该偏移将产生30℉-4℉=26℉的阈值。备选地，阈值偏移可以被应用于当前环境温度。例如，如果环境空气温度为30℉，导致针对在如前所述没有霜积累的相同条件下操作的第二热交换器28确定的阈值偏移为4℉，并且在加热循环期间环境空气温度下降到28℉，则应用于当前环境空气温度的4℉的偏移将产生28℉-4℉= 24℉的阈值。

在又一实施例中，该阈值可以通过将期望方法（百分比降低、偏移等）应用于在第二热交换器28的预期操作条件的范围内没有霜积累的情况下操作的第二热交换器28的已知特性来确定。这些操作条件可包括环境温度、第二热交换器28内的制冷剂蒸汽体积流和穿过第二热交换器28的空气流中的一些或全部。

所有预期操作条件组合的阈值都能以控制器52可访问的方式存储。这种存储器的形式可以是计算参考值并且然后当提供有操作条件时计算相应阈值的算法，可以是与参考值关联的多维查找表，或者可以是它们的某种组合。

在一个实施例中，在某些操作条件下，禁止控制器52在除霜模式下启动热泵20的操作。例如，在处于空闲条件后热泵20的至少一个压缩机22已经开始操作后，除霜模式下的操作可被禁止固定时间段。在这样的实施例中，固定时间段可以在大约零分钟和大约十五分钟之间。

备选地或附加地，可基于自从前一除霜循环以来至少一个压缩机22在加热循环中已经操作的累计时间段，禁止控制器52在除霜模式下启动热泵20的操作。当一个或多个压缩机22没有一个可操作时，该累计时间在空闲周期期间不被重置。可以抑制除霜模式，直到累计时间达到最小值，从大约零分钟到大约六十分钟的任何值，例如诸如十五分钟。

在一个实施例中，可响应于监测参数而禁止控制器52启动热泵20的操作。在瞬变操作条件期间，监测的参数可以快速改变并在大范围内改变，使得监测的参数越过对应的阈值，即使第二热交换器28上的霜积累没有达到足以要求除霜循环的量。这种条件可以通过监测所监测的参数的变化率来检测，并且当监测的参数的变化率指示可能存在瞬变操作条件时，防止除霜模式下的启动（见图9）。

在另一个实施例中，当监测参数的变化率高于正阈值或落在负阈值以下时，禁止除霜模式下的启动。另外，当在监测的参数的变化率高于正阈值或低于负阈值之后的预定时间段内监测的参数的变化率在正阈值和负阈值之间时，可以禁止除霜模式下的启动。在一个实施例中，预定时间段在大约零分钟和大约5分钟之间。在一些实施例中，预定时间段小于大约一分钟。

当热泵20未如期望操作时，在某些条件下，监测的参数可能继续快速改变并在大范围内改变。这种条件可能由于系统中制冷剂充注量过多或过少、系统中某处制冷剂流动受限或许多其它潜在原因而发生。虽然这种操作方式不是优选的，但是它可能仍然以预计的容量或接近预计的容量提供加热。像这样，第二热交换器28可以以类似于正常操作的方式积累霜。在这种情况下，由于瞬变条件而抑制除霜模式下启动的决定可能无限继续，这将导致在第二热交换器28上过多霜积累，并且热泵20不能提供期望的加热容量。为了解决这种操作条件，可以实现禁止启动除霜循环的决定的最大时间限制。

现参考图9，该图表表示基于如上所述参数变化率禁止除霜操作模式下启动时的系统示例。在所提供的示例中，被监测的参数是蒸发器出口处的压力。v出口处的压力（标记为蒸发器压力）相对于图表左侧的垂直轴的刻度绘制。从图表中的第0分钟开始，蒸发器出口处的压力从高值快速下降，在70和85 psia的范围内短暂振荡，并且然后在图表中大约第7分钟达到近似稳态值。压力阈值由75 psia处的线表示。

图表上示出的压力触发参数与任一垂直轴上示出的值无关。当压力低于阈值时，压力触发示出高值以指示满足除霜启动条件，而当压力高于阈值时，示出低值以指示不满足除霜启动条件。期望的除霜启动发生在图表上的第52分钟。然而，在图表的第一分钟和第三分钟，压力短暂降落到阈值以下也可能导致除霜被启动，霜已经积累在第二热交换器28上。

继续参考图9，该图表包括表示从第二热交换器28出口处的压力导出的压力变化率的线。该参数相对于图表右侧的垂直轴绘制。还示出了表示具有0.05 psi/s值的正变化率阈值的线和表示具有-0.05 psi/s值的负变化率阈值的线。图表上显示的抑制触发参数与任一垂直轴上示出的值无关。抑制触发示出高值以指示由于压力变化率高于正阈值、低于负阈值或在前述任一情况为真的最短时间内，应该阻止启动条件。抑制触发示出低值以指示由于压力变化率在最小时间量内连续低于正阈值和高于负阈值而不应该阻止启动条件。如图所示，抑制触发参数可用于在图表的第七分钟之前阻止除霜启动，从而避免由于第二热交换器28出口处的压力振荡在第七分钟之前降到阈值以下而引起的不期望的除霜启动。

在一个实施例中，控制器52相对于能禁止除霜模式下的操作启动的连续时间长度具有限制。该限制可以是连续时间的最大量，诸如从大约30秒到大约2小时的任何时间。在抑制除霜启动的决定持续了最大时间量之后，控制器52将能够转变到除霜模式下操作。在一个实施例中，一旦已经过了最大连续时间量，禁止热泵20在除霜模式下操作被阻止了允许除霜发生的最短时间段。例如，禁止除霜模式下操作被阻止的时间段可以是大约30秒和大约30分钟之间的任何时间。

现在参考图10，示出了用于响应于检测到热泵20的加热容量降低而控制热泵20在加热模式下操作的方法100的流程图。在热泵20在加热模式下操作期间，在框102，控制器52经由传感器S监测热泵20的至少一个参数或操作条件。如前所述，合适的参数或操作条件的示例包括但不限于例如制冷剂质量流、第二热交换器28出口处的压力、膨胀阀26出口处的温度和/或压力、或从第二热交换器28排放的空气的温度。在框104，控制器52进一步标识与被监测的的参数关联的阈值。在一个实施例中，为了标识阈值，控制器52首先标识参考值，并且然后对参考值应用调整以达到阈值。如前所述，参考值可以通过观察已知无霜条件下的操作来确定，或者可以通过将操作条件应用于控制器52可访问的算法或查找表来确定。阈值可以通过对参考值应用降低因子或偏移来确定，或者可以通过对控制器52可访问的算法或查找表应用操作条件来直接确定。在框106，控制器52然后将热泵20的监测的参数与阈值进行比较。如果监测的参数保持在阈值以上，则该方法将返回到框102并继续监测。然而，如果监测的参数越过阈值，例如小于或等于阈值，则控制器52将通过将换向阀42从第一状态切换到第二状态来启动除霜模式下的操作，如框108所示。

本文所述的热泵或其它HVAC系统基于热泵20的加热容量，优化了热泵20在加热模式20下的操作时间长度。结果，热泵20更有效地操作。

术语“大约”意在包括与基于在提交申请时可用的设备的特定量的测量关联的误差度。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意在限制本公开。本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”当在本说明书中使用时，规定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件组件和/或其群组。

虽然已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但本领域技术人员将理解，可进行各种变化，并且可在不脱离本公开的范围的情况下用等同物替代元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情形或材料适于本公开的教导。因此，意图的是本公开并不限于设想用于实行本公开的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于确定何时启动热泵的除霜模式的方法，所述方法包括：

在所述热泵在加热模式下操作期间，监测所述热泵的蒸发器的加热容量；

确定与所述加热容量关联的阈值；以及

当所述蒸发器的所述加热容量小于或等于所述阈值时，启动除霜模式。

2.如权利要求1所述的方法，其中，监测所述蒸发器的所述加热容量进一步包括监测与所述加热容量关联的所述热泵的至少一个参数或操作条件。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述参数或操作条件是制冷剂质量流。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个参数或操作条件包括所述蒸发器出口处的压力、压缩机入口处的压力以及所述蒸发器出口和所述压缩机入口之间的压力中的至少一个，所述压缩机相对于通过所述加热模式下的所述热泵的流体流直接布置在所述蒸发器的下游。

5.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个参数或操作条件包括所述蒸发器入口处的压力、膨胀装置出口处的压力以及所述膨胀装置出口和所述蒸发器入口之间的压力中的至少一个，所述膨胀装置相对于通过所述加热模式下的所述热泵的流体流直接布置在所述蒸发器的上游。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个参数或操作条件包括膨胀装置出口处的温度，所述膨胀装置相对于通过所述加热模式下的所述热泵的流体流直接布置在所述蒸发器的上游。

7.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个参数或操作条件包括从所述蒸发器排放的空气的温度。

8.如权利要求1所述的方法，其中，确定与所述加热容量关联的阈值进一步包括：

标识与所述加热容量关联的参考值；以及

从所述参考值导出所述阈值。

9.如权利要求8所述的方法，其中，标识所述参考值进一步包括当所述蒸发器无霜时，测量与所述加热容量关联的所述热泵的参数或操作条件。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述蒸发器在加热循环开始时无霜。

11.如权利要求8所述的方法，其中，标识所述参考值进一步包括在表中查找所述参考值。

12.如权利要求8所述的方法，进一步包括调整所述参考值，以补偿在所述加热模式期间所述热泵的一个或多个操作条件的变化。

13.如权利要求8所述的方法，其中，确定所述阈值包括以下至少一个：（i）对参考值应用百分比降低；以及（ii）对所述参考值应用偏移。

14.如权利要求1所述的方法，进一步包括如果自从所述热泵在所述除霜模式下操作以来所述热泵的压缩机的操作的累计时间小于最小时间，则禁止在所述除霜模式下启动。

15.如权利要求1所述的方法，进一步包括一旦所述热泵的压缩机在处于空闲条件后操作，就在固定时间段内禁止在所述除霜模式下启动。

16.如权利要求2所述的方法，进一步包括当所述参数或操作条件的变化率指示瞬变操作条件时，禁止在所述除霜模式下启动。

17.如权利要求2所述的方法，进一步包括当所述参数或操作条件的变化率超过正阈值或落在负阈值以下时，禁止在所述除霜模式下启动。

18.如权利要求2所述的方法，进一步包括在所述参数的变化率高于所述正阈值或低于所述负阈值之后，当所述参数或操作条件的变化率在正阈值和负阈值之间小于阈值时间段时，禁止在所述除霜模式下启动。

19.一种用于调节空气的系统，包括：

制冷电路，包括压缩机、和膨胀阀以及热交换器；

控制器，被配置成：

在加热模式下操作期间监测所述系统的加热容量；

确定与所述加热容量关联的阈值；以及

当所述热交换器的所述加热容量小于或等于所述阈值时，启动除霜模式下的操作。

20.如权利要求19所述的系统，进一步包括至少一个传感器，可操作地耦合到所述控制器，所述传感器被配置成监测与所述加热容量关联的所述热泵的至少一个参数或操作条件。

Images