CN203964491U - 热泵系统化霜控制装置 - Google Patents
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Abstract
热泵系统化霜控制装置，包括环境温度传感器、蒸发器翅片温度传感器、湿度传感器、控制器和除霜机构，所述环境温度传感器、所述蒸发器翅片温度传感器、所述湿度传感器分别于控制器电信号连接，所述控制器与所述除霜机构连接。本案的控制系统设计和控制方式通过一个相对湿度参量从原理上解决了“时间－温度”方式的固有缺陷，可大大提高化霜时机判断的准确性，减少系统化霜的误操作；具有下述有益的效果：1.加强对压缩机和高压部件及管路的保护，大大提高热泵的工作寿命的工作寿命。2.减少因化霜误操作导致的能耗损失，提高系统能效比。3.系统供热运行的连续性强，提高用户体验。4.成本低廉，简单可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及热泵热水器技术领域，具体涉及热泵系统化霜控制装置。
背景技术
目前的空气源热泵系统普遍采用大面积的翅片式蒸发器和风机进行空气侧的强化换热(吸热)。当环境温度较低且空气中相对湿度较高时，翅片温度因换热温差(5度以上)原因可能低于该工况下露点温度，从而空气中水分在翅片上凝结形成露(即结露现象)。
在环境温度低于8左右的工况(低温工况)下，由于热泵系统制热效率的降低，换热温差进一步增大，导致翅片温度很大可能会低于0，因此翅片上的结露现象会变成结霜现象。霜的形成一般要经过结晶生长期、霜层生长期和霜层充分生长期三个阶段。在前两个时期，由于结晶间缝隙增大了与空气的换热面积对提高系统效率是有利的，但如果在结晶间缝隙填满后不及时清除(即化霜)，则霜层最后会完全堵住翅片间隙，从而完全阻止空气流动，使热泵系统因蒸发器无法从空气中吸到热量而效率显著下降，直至出现高压保护系统停机。
因此，对于环境温度越低作用越显著的热泵系统来说，冬季化霜功能作用巨大。
对于化霜问题的研究，许多学者在实验上提出了自修正除霜控制法、空气压差除霜控制法、最大平均供热量法，甚至模糊智能除霜控制法、霜层传感器法、室内外双温感器除霜控制法等方法。但由于工艺实现的可行性、传感器及控制器成本、除霜效果等方面原因，目前广泛使用的还是最为简单的“时间－温度”控制方法。
该方法的判断准则是“当蒸发器翅片温度持续(设定值，一般为5分钟)低于某值且系统运行超过一段时间(5分钟)即开始启动化霜，当化霜时间超过某值(设定值)或蒸发器翅片温度高于某值(设定值)即结束化霜”。可以看出，该方法是一个极为粗略的经验方法，其原因是，由于忽略了空气相对湿度这一重要参数，启动化霜的时机极不准确。比如，在空气相对湿度较小时，露点温度低，很难结霜，如在环境温度(干球温度)D/T为-5、相对湿度RH<63％的工况时，5换热温差的热泵系统，翅片温度不会露点温度DP(如表所示)，所以不会出现结霜情况；这种情况在在我国北方地区极为普遍。
表：干球温度D/T＝-5时的相对湿度RH和露点温度DP
可见，上述化霜方法属于大致估计的方法，除霜时机判断的准确性差、误操作多。化霜的频繁误操作会导致较为严重的后果。
1能耗损失大。研究表明，这种方式的能耗超过系统总能耗的10％，误操作比率高达27％，所以冬季运行时系统COP大幅降低。
2导致压缩机轴功率高且上升快，最终会超过额定功率1倍；导致排气压力高，最终会超高压保护值70％；由此会产生对压缩机和高压部件及管路的极大损害，严重降低热泵的工作寿命。
3导致的高低压保护频繁引起供热间断，用户体验差。
该问题体现了现有热泵技术的不成熟性，大部分的热泵系统都存在着要命的“过冬”问题，所以在中国长江流域以北地区还鲜见可靠的热泵应用。
因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种精度高、效果好的热泵系统化霜控制装置的技术显得尤为重要。
发明内容
本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种精度高、效果好的热泵系统化霜控制装置。
本实用新型的发明目的通过以下技术方案实现：
提供热泵系统化霜控制装置，包括环境温度传感器、蒸发器翅片温度传感器、湿度传感器、控制器和除霜机构，所述环境温度传感器、所述蒸发器翅片温度传感器、所述湿度传感器分别于控制器电信号连接，所述控制器与所述除霜机构连接。
其中，设置有计时器，所述计时器与所述控制电信号连接。
其中，所述湿度传感器为精度为±5％RH的湿度传感器。
其中，所述湿度传感器的型号为DHT11。
其中，其中，所述湿度传感器设置为电阻式感湿元件。
其中，所述除霜机构设置为电加热式除霜机构或风循环式除霜机构。
本实用新型的有益效果：
热泵系统化霜控制装置，包括环境温度传感器、蒸发器翅片温度传感器、湿度传感器、控制器和除霜机构，所述环境温度传感器、所述蒸发器翅片温度传感器、所述湿度传感器分别于控制器电信号连接，所述控制器与所述除霜机构连接。
化霜控制方法如图X所示。在环境温度低于可能结霜的上限温度(如8度)时，控制器以一定时间间隔(轮询间隔，一般为5秒)读取环境温度传感器、蒸发器翅片温度传感器、湿度传感器之值，分别由Te、Tc、Hp表示，并由Te和Tc值通过查表的方法读出露点温度值Td。系统处于非化霜状态时(Cf＝0)，根据条件“Tc<0且Tc<Td”判断翅片是否会结霜；若结霜则启动计时器开始计时。当连续计时值(Ttimer)超过霜层生长时间(Tpmax)则指示系统进入化霜状态并开始化霜。化霜结束后重新判断下一次的化霜条件。
控制程序中，可能结霜的环境上限温度、轮询间隔、霜层生长时间等参量根据实际情况设定，露点表数据根据技术手册进行选择，系统上电程序初始化时系统牌为非化霜状态时(Cf＝0)，计时器在每状态转换中及时归零。
本案的控制系统设计和控制方式通过一个相对湿度参量从原理上解决了“时间－温度”方式的固有缺陷，可大大提高化霜时机判断的准确性，减少系统化霜的误操作；具有下述有益的效果。
1加强对压缩机和高压部件及管路的保护，大大提高热泵的工作寿命的工作寿命。
2减少因化霜误操作导致的能耗损失，提高系统能效比。
3系统供热运行的连续性强，提高用户体验。
4成本低廉，简单可靠。
附图说明
利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。
图1是本实用新型的热泵系统化霜控制装置的结构示意图。
在图1中包括有：
1——控制器、2——环境温度传感器、3——蒸发器翅片温度传感器、4——湿度传感器、5——计时器、6——除霜机构。
具体实施方式
结合以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1
热泵系统化霜控制装置，包括环境温度传感器2、蒸发器翅片温度传感器3、湿度传感器4、控制器1和除霜机构6，所述环境温度传感器2、所述蒸发器翅片温度传感器3、所述湿度传感器4分别于控制器1电信号连接，所述控制器1与所述除霜机构6连接。
在环境温度低于可能结霜的上限温度(如8度)时，控制器1以一定时间间隔(轮询间隔，一般为5秒)读取环境温度传感器2、蒸发器翅片温度传感器3、湿度传感器4之值，分别由Te、Tc、Hp表示，并由Te和Tc值通过查表的方法读出露点温度值Td。系统处于非化霜状态时(Cf＝0)，根据条件“Tc<0且Tc<Td”判断翅片是否会结霜；若结霜则启动计时器5开始计时。当连续计时值(Ttimer)超过霜层生长时间(Tpmax)则指示系统进入化霜状态并开始化霜。化霜结束后重新判断下一次的化霜条件。
控制程序中，可能结霜的环境上限温度、轮询间隔、霜层生长时间等参量根据实际情况设定，露点表数据根据技术手册进行选择，系统上电程序初始化时系统牌为非化霜状态时(Cf＝0)，计时器5在每状态转换中及时归零。
具体的，设置有计时器5，所述计时器5与所述控制电信号连接。设置计时器5控制除霜机构6工作时间。
其中，所述湿度传感器4为精度为±5％RH的湿度传感器4。
其中，所述湿度传感器4的型号为DHT11。
其中，其中，所述湿度传感器4设置为电阻式感湿元件。
其中，所述除霜机构6设置为电加热式除霜机构6或风循环式除霜机构6。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.热泵系统化霜控制装置，其特征在于：包括环境温度传感器、蒸发器翅片温度传感器、湿度传感器、控制器和除霜机构，所述环境温度传感器、所述蒸发器翅片温度传感器、所述湿度传感器分别于控制器电信号连接，所述控制器与所述除霜机构连接。
2.根据权利要求1所述的热泵系统化霜控制装置，其特征在于：设置有计时器，所述计时器与所述控制电信号连接。
3.根据权利要求1所述的热泵系统化霜控制装置，其特征在于：所述湿度传感器为精度为±5％RH的湿度传感器。
4.根据权利要求1所述的热泵系统化霜控制装置，其特征在于：所述湿度传感器的型号为DHT11。
5.根据权利要求1所述的热泵系统化霜控制装置，其特征在于：所述湿度传感器设置为电阻式感湿元件。
6.根据权利要求1所述的热泵系统化霜控制装置，其特征在于：所述除霜机构设置为电加热式除霜机构或风循环式除霜机构。
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2014
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