CN1231731C

CN1231731C - 包括附加的加热器的热泵空调系统及其操纵方法

Info

Publication number: CN1231731C
Application number: CNB031079571A
Authority: CN
Inventors: 李元熙; 崔昶民; 黄尹提; 许德; 金哲民
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: KR20040009076A; US6808119B2; CN1470820A; US20040011064A1

Abstract

本发明公开了一种带有附加加热器的热泵空调系统以及操纵其的方法，其中，附加加热器在同时使所有多个压缩机工作的全致动待机时间内被驱动，以便快速满足增大的加热负荷。当探测到加热负荷增大到超过从多个压缩机中选出的一些压缩机的总容量时，由于在全致动待机时间内附加加热器被驱动，而可以快速满足增长的加热负荷，因此，该空调系统提高了加热效率，并均匀地保持室温，由此改善了用户舒适度。

Description

包括附加的加热器的热泵空调系统及其操纵方法

技术领域

本发明涉及一种包括附加的加热器的热泵空调系统及其操纵方法，并尤其是涉及一种如下的包括附加加热器的空调系统，该加热器在同时操纵所有多个压缩机需要的待机时间内被驱动，以便迅速满足增长的加热负荷，并涉及操纵这种空调系统的方法。

背景技术

下面，参照图1和2描述包括附加加热器的传统空调系统及其操纵方法。

图1是说明普通空调系统加热循环的方块图，而图2是说明操纵包括附加加热器的传统空调系统的方法的流程图。

具有制冷和加热功能的现代空调器包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。热循环是由制冷剂穿过压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器而建立的。在此，通过变换制冷剂的流动方向，热循环分成用于在制冷模式下排出冷空气的制冷循环以及用于在加热模式下排出热空气的加热循环。由此，空调器作用为调节室内空气。上述具有制冷和加热功能的空调器被称为热泵空调器。

这种热泵空调器利用传统制冷装置内安装的四通阀，以用来选择制冷剂的流动方向，由此颠倒制冷装置各部件的功能，从而将制冷循环变换为加热循环，在加热循环中，热空气从室内单元中排出，而冷空气从室外单元排出。

传统空调系统经由图1所示的加热循环而以加热模式工作如下。

多个用于将制冷剂从低温低压状态变换为高温高压状态的压缩机10包括第一压缩机11和第二压缩机12。第一和第二压缩机11和12同时工作，或者第一压缩机11工作而第二压缩机12停止，由此可变地改变制冷剂的压缩容量。

在制冷模式下，四通阀20将多个压缩机10排出的制冷剂传导到室外热交换器50，而在加热模式下，传导到室内热交换器30，由此改变制冷剂的流动方向。

室内热交换器30作用为冷凝装置，用于将高温高压状态的气态制冷剂冷凝成液态制冷剂。室内单元39包括室内热交换器30、以及室内鼓风机(未示出)，鼓风机安装在室内热交换器附近，以便将热空气或冷空气排出到房间内部。室内鼓风机包括马达31和室内风扇32。

膨胀阀40将冷凝装置所冷凝的液态制冷剂膨胀成低温低压状态下的固相和液相的两相制冷剂。

室外热交换器50作用为蒸发装置，用于通过吸收外部热量而将两相制冷剂转变为气态制冷剂。室外单元99包括室外热交换器50和室外鼓风机(未示出)，该鼓风机安装在室外热交换器50附近，以便将空气排向室外热交换器50并提高热交换效率。室外鼓风机包括室外风扇(未示出)和马达(未示出)。

由此，建立了压缩、冷凝、膨胀和蒸发构成的加热循环。

当上述空调系统在加热模式下工作时，为了有效加热房间，必须高效实现室外热交换器50和接触室外热交换器50的外部冷空气之间的热交换。外部空气和通过室外热交换器50的制冷剂之间的温差非常低，因此，额外使用诸如电炉、锅炉、加热器等的其他加热装置，以便在寒冷区域内加热房间内部，由此导致用户的经济负担加重。

此外，当外部冷空气接触室外热交换器50时，在外部热交换器50的表面上会形成霜，而其内部具有相对高的温度，由此阻碍了制冷剂的循环并降低的压缩机效率。因此，具有不充分加热功能的传统空调器被局限于在夏天使用，从而对用户造成不便。

参照图2，用于操纵上述传统空调器的方法描述如下：

在工作的早期阶段，多个压缩机同时工作以便发出100％的制冷剂压缩容量(S1)。

用于整体控制空调器的控制单元(未示出)探测房间内加热负荷的变化，并然后判断加热负荷是否增大(S2)。

当加热负荷增大时，所有多个压缩机同时工作，以便制冷剂的压缩容量为100％，而当加热负荷降低时，第一压缩机继续工作，但第二压缩机停止，以便通过加热循环(S3)的制冷剂的压缩容量为40％。

在房间温度由于只有第一压缩机工作而降低或由于用户设定更高的期望室温时，加热负荷增大，那么，控制单元判断加热负荷是否增大(S4)。

当加热负荷未增大时，只有第一压缩机继续工作。另一方面，当加热负荷增大时，控制单元向第二压缩机输出一个信号，来使停止的第二压缩机再次工作，并同时判断用于使停止的压缩机再次工作的待机时间是否消逝(S5)。以下，该信号称为全致动(full activation)信号，而待机时间称为全致动待机时间。

全致动待机时间标示从使停止的第二压缩机再次工作开始到停止的第二压缩机完全再次工作以便同时操纵所有多个压缩机而使制冷剂压缩容量成为100％所用的时间。

因此，在全致动待机时间内，控制单元继续保持第一压缩机工作，从而制冷剂的压缩容量为40％(S6)。在全致动待机时间消逝后，控制单元同时操纵所有多个压缩机，从而制冷剂的压缩容量为100％。

然而，由于上述传统空调器在全致动待机时间内不能满足增长的加热负荷，因此，室温快速下降，由此导致用户不适或不便。

发明内容

因此，本发明鉴于上述问题而提出，且本发明的目的是提供一种热泵空调系统，该系统包括附加的加热器，还提供了一种操纵该空调系统的方法，其中，在同时操纵所有多个压缩机需要的全致动待机时间内附加的加热器被自动驱动，而不需用户手动操纵，以便快速满足增长的加热负荷，由此为用户提供方便，并防止室温降低，从而改善了用户的舒适度。

根据本发明一个方面，上述和其他目的可以通过提供一种具有附加加热器的热泵空调系统予以实现，该系统包括：

空调器，其用于调节室内空气，以通过将制冷剂经压缩、冷凝、膨胀和蒸发构成的加热循环而循环来满足加热负荷；

附加的加热器，其安装在空调器之内并被驱动，以快速满足加热负荷；以及

控制单元，用于根据加热负荷控制制冷剂的压缩容量，并控制附加加热器的工作。

根据本发明另一方面，提供了一种操纵带有附加加热器的热泵空调系统的方法，该方法包括：

选择性操纵多个压缩机的第一步骤；

探测加热负荷的增大是否超过第一步骤中选择性操纵的压缩机的总容量的第二步骤；

将全致动指令输入到系统中以用来指令所有多个压缩机工作，并同时驱动附加加热器的第三步骤；以及

停止附加加热器的工作并同时操纵所有多个压缩机的第四步骤。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种带有附加加热器的热泵空调系统，包括：

空调器，其用于调节室内空气，以通过将制冷剂经压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器而形成的加热循环来满足加热负荷；

控制单元，用于根据加热负荷控制制冷剂的压缩容量，并控制附加加热器的工作；

所述空调器包括：

多个压缩机，用于压缩低温低压状态的气态制冷剂，以便将其转变为高温高压状态；

冷凝器，用于冷凝高温高压状态下的气态制冷剂，从而将其转变为中温高压状态的液态制冷剂；

膨胀阀，用于膨胀中温高压状态的液态制冷剂，以便将其转变为低温低压状态；以及

蒸发器，用于蒸发低温低压状态的液态制冷剂，以便将其转变为低温和低压状态的气态制冷剂；

所述控制单元包括：

探测单元，用于探测加热负荷是否增大；

压缩机驱动单元，用于根据增长的加热负荷选择性或同时使多个压缩机工作，以便可变的控制制冷剂的压缩容量；

测量单元，用于测量使多个压缩机同时工作所需的全致动待机时间；以及

附加加热器驱动单元，用于在测量单元所测得的全致动待机时间内驱动附加加热器；

在全致动待机时间消逝后，附加加热器驱动单元关闭附加加热器。

为实现本发明的目的，还提供一种操纵具有多个压缩机并带有附加加热器的热泵空调系统的方法，包括：

选择性操纵多个压缩机的第一步骤；

将全致动指令输入到系统中以用来指令所有多个压缩机工作，并同时驱动附加加热器，其中，附加加热器在同时使所有多个压缩机工作需要的全致动待机时间内被驱动的第三步骤；以及

在全致动待机时间消逝后，停止附加加热器的工作并同时操纵所有多个压缩机的第四步骤。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特征和其他优点将从以下参照附图给出的详细描述中变得更易于理解，图中：

图1是说明传统空调系统的加热循环的方块图；

图2是说明用于操纵包括附加加热器的传统空调系统的流程图；

图3是根据本发明的带有附加加热器的空调系统的方块图；以及

图4是说明操纵根据本发明的包括附加加热器的空调系统的方法的流程图。

具体实施方式

现在，将参照附图描述本发明的优选实施例。

图3是根据本发明的包括附加加热器的空调系统的方块图。图3所示的本发明空调系统的加热循环与图1中的相似。然而，本发明的空调系统包括附加的加热器，用来快速满足增长的加热负荷，并包括控制单元，用来整体控制空调系统并控制附加加热器的工作。实线箭头标示控制信号从控制单元向每个部件的流动，而虚线箭头标示制冷剂在空调器各部件之间的流动。

首先，空调器的压缩机100吸入由蒸发器蒸发的气态制冷剂，并然后压缩所吸入的气态制冷剂，从而将其转变为高压状态。因此，气态制冷剂内分子的动能增大，由此导致分子之间碰撞。然后，分子之间碰撞所产生的能量使气态制冷剂的温度升高，从而气态制冷剂转变为高温和高压状态。由于上述气态制冷剂每单位体积内的分子数增大，因此，气态制冷剂容易在室温下液化。

空调器的压缩机100包括第一压缩机110和第二压缩机120。第一和第二压缩机110和120中每一个具有额定的制冷剂压缩容量，以便压缩制冷剂总容量(100％)中的预定百分比。在此，第一和第二压缩机110和120的制冷剂压缩容量由制造者设定。根据本发明优选实施例，第一压缩机110具有40％的制冷剂压缩容量，而第二制冷剂120具有60％的制冷剂压缩容量。然而，每个压缩机的压缩容量不局限于此。

从压缩机100排出的高温高压状态的气态制冷剂由四通阀200引入到室内热交换器。冷凝器300用作室内热交换器。冷凝器300从高温高压状态下的气态制冷剂中除去出热量，由此使气态制冷剂液化，即，冷凝气态制冷剂，从而将其转变为中温高压状态的液态制冷剂，并将热容量与上述制冷剂冷凝所产生的潜热相对应空气排出。从而，加热房间。

膨胀阀400膨胀中温高压状态下的液态制冷剂，由此减小液态制冷剂的压力。然后，液态制冷剂转变为低温和低压状态，而经转变的制冷剂供给到蒸发器500。

蒸发器500用作室温热交换器。在此，从膨胀阀400供给的低温低压状态的液态制冷剂从外部空气吸收蒸发所需的热量，由此转变为气态制冷剂。然后，气态制冷剂再次吸入到压缩机100内，并然后被压缩，以便再次转变为高温高压制冷剂。

附加加热器700安装在空调器内，并根据加热负荷的增大，而在同时操纵多个压缩机100所需的全致动待机时间内被驱动。即，当加热负荷在第一压缩机110工作情况下增长时，为了满足增长的加热负荷，空调器的控制单元600输出控制信号，以另外使停止的第二压缩机120再次工作。通常，在第一压缩机110的入口和出口压力平衡时，压缩机100压缩制冷剂。下面，平衡压缩机入口和出口压力所需的时间称为全致动待机时间。

在停止的第二压缩机120的全致动待机时间内，附加的加热器700与具有40％的制冷剂压缩容量的第一压缩机工作一起被驱动。由此，通过从附加加热器700发出的热量，更快速满足增长的加热负荷。

用于控制空调器各部件100到500以及附加加热器700的控制单元600调制四通阀200，以便根据制冷和加热模式控制制冷剂的循环方向，由此在制冷模式下形成制冷循环并在加热模式下形成加热循环。此外，控制单元600控制制冷剂的压缩容量，以便根据制冷和加热负荷选择性或同时操纵多个压缩机100，并控制附加加热器700的开启/关闭，以便快速满足增长的加热负荷。

控制单元600包括探测单元610、压缩机驱动单元620、测量单元630、以及附加的加热器驱动单元640。探测单元610探测加热负荷是否增长。压缩机驱动单元620根据探测单元610所探测到的加热负荷的增长选择性或同时操纵多个压缩机100，由此可变地控制制冷剂的压缩容量。测量单元630测量同时使多个压缩机100工作所需的全致动待机时间。附加加热器驱动单元640在测量单元630所测得的全致动待机时间内驱动附加加热器700。

探测单元610将理想温度和实际室温之间的差值与基准值相比较，当温度差超过基准值时，探测单元610探测到加热负荷增大，然后输出控制信号，用于指令压缩机驱动单元610同时使所有多个压缩机100工作。

测量单元630从全致动指令输入到测量单元630时开始测量全致动待机时间。由于平衡压缩机100入口和出口压力所需的全致动待机时间根据所采用的压缩机不同而为不同值，因此，全致动待机时间由制造者预定。

因此，在全致动指令输入到测量单元630的时刻，测量单元630将该指令告知附加加热器驱动单元640，从而开启附加加热器700。然后，测量单元630测量时间，并然后在所有多个压缩机开始工作实现时，关闭附加加热器700。

附加加热器驱动单元640控制附加加热器700，从而附加加热器700在全致动待机时间内被驱动，并然后在全致动待机时间消逝之后被关闭。然后，附加加热器700停止，而所有多个压缩机100同时工作，以便制冷剂压缩容量为100％，而制冷剂经由加热循环而循环。

图4是说明操纵根据本发明的包括附加加热器的空调系统的方法的流程图。本发明的空调系统的空调器采用两个压缩机。第一压缩机具有制冷剂40％的压缩容量，而第二压缩机具有制冷剂60％的压缩容量。然而，每个压缩机的压缩容量不局限于此，而是可以由制造者可变化地预定。

当所需室温和加热指令同时输入到空调系统中时，为了消除所需室温和实际室温之间的差异，包括第一和第二压缩机的所有压缩机同时工作，以便制冷剂的压缩容量为100％。由此，本发明的空调系统经由加热循环排出热空气(L1)。

在实际室温低于或高于用户设定的所需室温情况下，实际室温和所需室温之间的差增大，并因此加热负荷增大。另一方面，当室温通过同时工作的压缩机压缩的制冷剂的循环而达到所需室温时，实际室温和所需室温之间的差减小，并从而加热负荷也减小。

因此，安装在空调器内以整体控制空调系统的控制单元判断加热负荷是否增大，由此根据加热负荷的变化来可变的控制压缩机的工作状态(L2)。

为了判断加热负荷是否增大，获取所需室温和实际室温之间的差，且所获得的差值与基准值相比较，当所获得的差值超过基准值时，探测到加热负荷增大。

当加热负荷增大时，所有多个压缩机同时工作。然而，当加热负荷不增大时，第一压缩机继续工作，而第二压缩机停止，从而压缩机100具有40％的制冷剂压缩容量，且制冷剂通过加热循环而循环(L3)。在此，同时使所有多个压缩机工作的状态称为全致动，而仅从多个压缩机中选取的部分工作的状态称为选择性致动。

在只有第一压缩机工作以便具有40％压缩容量的制冷剂经由加热循环而循环时，如果室温降低或用户设定了更高的所需温度，加热负荷增大。

因此，控制单元判断加热负荷是否增大(L4)，当加热负荷未增大时，只有第一压缩机继续工作。另一方面，当加热负荷增大时，全致动指令传递到多个压缩机，以便第二压缩机与第一压缩机一起附加地工作。

全致动待机时间表示从停止的第二压缩机再次工作开始到停止的第二压缩机完全再次工作从而所有多个压缩机同时工作所需的时间。全致动待机时间由制造者根据空调器采用的压缩机型号而预定，并且预定的全致动待机时间输入到空调器的控制单元中。全致动待机时间由测量单元自全致动指令从控制单元输出的时刻开始测量。

测量单元判断全致动待机时间是否消逝(L5)。在全致动待机时间内，第一压缩机继续工作，以便制冷剂的压缩容量为40％(L6)，此时，由于增长的加热负荷不能够被制冷剂40％的压缩容量所快速满足，因此，附加加热器被驱动(L7)。在此，当用于附加地使第二压缩机工作的全致动指令输入到空调系统中时，附加加热器即被驱动，而与加热负荷的增长程度无关。

在全致动待机时间消逝后，即，在第二压缩机完全工作使得所有多个压缩机都同时工作时，附加加热器停止(L8)。在此，具有100％压缩容量的制冷剂通过加热循环而循环。

如从上面描述可以理解到的，本发明提供了一种包括附加加热器的热泵空调系统以及一种操纵该空调系统的方法，其中，附加加热器在同时使所有多个压缩机工作所需的全致动待机时间内被驱动，从而快速满足增长的加热负荷，并在全致动待机时间消逝后，停止附加加热器，从而快速并可变地满足加热负荷的变化，由此防止室温降低，并使用户舒适，且改善了空调系统的加热容量和效率。

虽然为了说明的目的已经公开了本发明优选实施例，但是本领域技术人员可以理解到在不背离所附权利要求书限定的本发明范围和精髓前提下可以对其作出各种改进、添加和替换。

Claims

1.一种带有附加加热器的热泵空调系统，包括：

所述空调器包括：

其特征在于，所述控制单元包括：

探测单元，用于探测加热负荷是否增大；

2.如权利要求1所述的带有附加加热器的热泵空调系统，其特征在于，探测单元判断所需室温和实际室温之间的差是否超过基准值，并在温度差超过基准值时探测到加热负荷增大。

3.一种操纵具有多个压缩机并带有附加加热器的热泵空调系统的方法，包括：

选择性操纵多个压缩机的第一步骤；

4.如权利要求3所述的操纵带有附加加热器的热泵空调系统的方法，其特征在于，第二步骤包括：

获取所需室温和实际室温之间的差的第一子步骤；

将第一子步骤获得的温度差与基准值相比较的第二子步骤；以及

当温度差超过基准值时探测到加热负荷增大的第三子步骤。