TW522212B - Method and system for defrost control on reversible heat pumps - Google Patents

Description

522212 五、發明說明（1) 本發明係 熱模式中控 熱泵系統 侧與一循環 發生在迴路 。冷卻劑之 膨脹，如此 卻劑中，而 禾7室内和7室 與可逆 制線圈 使用一 迴路之 的較熱 揮發發 結果造 在其他 外之媒 為一熱能源或一熱 做為一 用室 程 宅加 擇性 熱交 及在 經由 室内 〆風 放空 這 空氣 加熱 熱能 外空氣 序是可 熱和冷 地經由 換器是 冷侧上 導皮室 空間中 扇在室 氣中， 些型式 之間有 來說， 大於操 逆的， 卻單元 室内和 在冷卻 以供冷 内空間 抽出空 外熱交 或從其 的熱泵 一足夠 只要在 作壓縮 熱泵 除霜 冷卻 相對 侧， 生在 成溫 側從 介間 能槽 熱能 因此 是雙 室外 劑循 卻之 的導 氣並 換器 中抽 系統 的溫 空氣 機和 之領 有關 劑來 較冷 在該 迴路 度下 冷卻 白勺溫 。在 源， 熱泵 向的 埶交 環迴 用。 管上 將空 上使 出可 只在 差時 和冷 各別 域有關，具體地說，係與在加 承載在 側之 處一 的較 降。 劑中 差所 一空 同時 可用 ，因 換引 路之 使室 氣帶 周圍 得的 冷卻 才操 卻劑 風扇 間的 壓縮 冷侧 熱能 取出 引起 氣至 使用 來供 為適 導冷 熱側 環風 内空 回室 空氣 熱。 劑和 作以 之間 所需 循環 熱能 機提 ，在 在迴 ，因 ，以 水熱 水做 加熱 當的 卻劑 上以 扇在 氣通 内熱 通過 迴路之 。冷卻 高冷卻 該處允 路的一 為在冷 利用室 泵之情 為一熱 或冷卻 閥和控 it匕4吏 侧以供 室内熱 過。返 交換器 ，並將 相對 劑之 劑之 許冷 側加 卻劑 外媒 況中 能槽 使用 制裝 得室 熱之 交換 回導 〇同 熱釋 較熱 壓縮 濕度 卻劑 入冷 分別 介做 ，使 0 。住 置選 内的 用以 器和 管從 樣地 至開 在各別熱交換器上的 維持熱能之轉移。對 的溫差為能使可得的 的電能’則熱果糸統

522212 五、發明說明（2) 為有效的。對冷卻來說，空氣和冷卻劑之間的溫差一般來 丨說是足夠的，即使是在熱天。 ； 在某些操作狀況下，霜會在熱泵之線圈上生成。霜生成； ；的速度與周圍溫度和濕度比是強烈相關的。線圈結霜會造| |成較低的線圈效率，同時影響單元的總性能（加熱能力和 I性能係數（COP))。有時，必須為線圈除霜以改善單元的效丨 率。在大多數的情況中，線圈除霜是經由冷卻劑循環倒置i 來達成的。線圈除霜所發生的時間會衝擊單元的總體效率 !，因為在單元中提供所需無之熱的冷卻劑實際上是在線圈 !除霜期間冷卻的。 | , I 傳統的單元一般而言使用除霜循環之間的一固定週期，^ !無論在固定週期内實際發生多少結霜。為了使單元性能最® |佳化同時在加熱模式中，使線圈除霜發生之時間最佳化是 丨必要的。 | 簡言之，一種控制演算法藉由儲存代表乾淨線圈之性能 I之值，以及當它們隨時間逐步生成時監視那些值來控制一 丨可逆熱泵上的線圈除霜循環。該等值是用來產生其值在表 示一乾淨線圈之〇 %以及表示一重結霜線圈之1 〇 〇 %間變化的 i "結霜因素"。當結霜因素到達一接近於100%之預先決定的 j |值，反向（逆向）熱泵的冷卻劑循環以實現線圈除霜。 I 根據發明之一實施例，一種用以使用一冷卻劑循控制在 一可逆熱泵系統中的線圈除霜循環之方法包括監視熱泵系Φ 統之多個性能變數；從多個性能變數決定一最後的結霜因i 丨素；以及在結霜因素到達一預先決定的值以及符合某些系！ ! ί

第6頁 522212 丨五、發明說明（3) I : 統的狀況後為線圈除霜。 根據發明之一實施例，一種使用一冷卻劑循環控制在一丨 可逆熱泵系統中的線圈除霜循環之系統包括用以監視熱泵I 系統之多個性能變數之裝置；用以從多個性能變數決定一 i 最後的結霜因素之裝置；以及用以在結霜因素到達一預先I 決定的值和符合某些系統的狀況後為線圈除霜之裝置。 | 圖1顯示一可逆熱泵系統之示意圖。 圖2 (包括圖2 A和2 B )顯示本發明之方法之流程圖。 現參考圖1 ，一熱泵1 0包括一有效地以一返回水線1 4和 一供應水線1 6連接之室内線圈1 2。室内線圈1 2具有經由其 循環之冷卻劑以當在室内線圈12上通過的水經由系統循環^ 時，將其冷卻或加熱之用。室内線圈1 2作用在冷卻模式中 如蒸發器以從返回的水中移除熱以及在加熱模式中作用如 冷凝器以提供熱給供應水。在除霜模式期間，系統從加熱 |模式切換至冷卻模式以使熱藉由冷卻劑從返回水轉移至室

I 外線圈以促進其之除霜。 室内線圈1 2連接至一標準閉迴路冷卻電路，其包括壓縮 •機2 2，2 4，一反向閥2 6 ，一蒸發器線圈2 8，隔離安全閥3 2 ，3 8，以及一觀看玻璃4 0。一接收器3 6將冷卻劑液體儲存 在系統中。反向閥2 6由一控制器1 8選.擇性地操作以分別在 冷卻，加熱，或除霜模式中運作。在接收器3 6和蒸發器線 圈28之間顯示一熱膨脹閥（TXV) 34。TXV 34由一由毛細管& 35所連接的TXV管所控制的。 i 經由三項測量來監視線圈結霜：飽和吸入壓力（S S P )，

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室外空氣溫度（oat)，以及當冷卻劑進入蒸發器線 其之冷卻劑液體溫度（R L T )。系統中介於壓縮機2 2，？ ^ 反向閥26之間的變換器46記錄SDP，亦已知為電路^山4 = 力。一介於反向閥26和壓縮機22，24之間的變換哭Λ端々壓 SSP，其被轉換成飽和吸入溫度（SST)。最好使用^ = 器而不用電熱調節器。因為其之較高的正確性。外部二， 溫度（0 AT )由一諸如一數位溫度計之感測器4 3來記錄。二广 卻劑液體溫度（RLT )由一除霜感測器4 2來記錄。線上的& 會影響RLT ’且因此用來決定霜之指示。另外，在返回水 線1 4中的進入水溫是由感測器1 5測量的。

變換器4 4，4 6和感測器1 5，4 2，4 3連接至控制器丨8。控 制器1 8儲存並執行一控制演算法，其儲存了代表一乾淨^ 圈（剛除霜後）之性能的值並當它們隨時間而生成時監視它 們。那些值被轉換成一"結霜因素"，其值可在〇 % (乾淨線 圈）和1 0 0%之間變化。當結霜因素接近;[〇 0%時，將冷卻劑 循環反向以達到線圈除霜。這是優於目前所使用的大多數 f算法的一項有意義的改善，目前的演算法是以在二個除 霜循環之間的固定時間為基礎。如此當覆蓋蒸發器線圈2 8 之霜影響了系統性能時，系統1 0執行一電路除霜作業。

根據本發明，結霜因素是當在一除霜作業後單元穩定時 ’由決定一電路參考差值（0AT減SST)來評估的。一直計算 目前的差值對參考值之發展並將之整合以提供一結霜因素 5平估（frost — i)。 一 1 0 0 %之結霜因素被認為是一完全結凍之交換器之指示 522212 五、發明說明（5) 。若結霜因素為1 0 0 %，若一最好為1 5分鐘之特 期已在二個電路除霜之間過去，以及若進入水 5 4 °F之特定的溫度，一電路除霜作業便執行。 未過去，除霜便延遲。 當電路進入除霜模式中時，最好停所有風扇 向閥反向以強迫電路進入冷卻模式。若在一除 電路前端壓力（S D P )到達一特定的壓力臨界（以 為基礎），電路風扇最好臨時重新啟動以避免E 引起的電路停機。當電路前端壓力降至臨界減 停止此風扇。 當最後的結霜因素到達10 0 %時，一電路除霜 為在運作，只要電路除霜順序之間的1 5分鐘延 及只要進入水大於一與所使用的壓縮機有關的 話。特定溫度一般是在5 0 °F至6 5 °F之範圍内， 除霜順序之間的時間最好至少為1 5分鐘。 當由感測器4 2決定的電路除霜溫度高於在本

I I 77 °F之除霜設定點之末端時，達成了除霜。若 中的進入水溫降至一與所使用的壓縮機之型式 5 0 °F之特定溫度的話停止除霜，無論其它狀況 除霜循環來說設定十分鐘為較好的最大持續期 鐘的除霜最大持續期間已過去的話，停止除霜 其他的狀況如何佔上風。若在一除霜作業期間 元停止的話，除霜作業持續進行直到完成為止 參考圖2，在步驟1 1 0中從最後的除霜循環二 定的延遲週 | 大於一最為 若延遲週期 階段並將反 霜作業期間 高壓失誤點 3高壓誤所 到3 0 p s i時 作業最好成 遲已過去以丨_ 特定溫度的 諸如5 4 T。 範例中為 在返回線1 4 有關的諸如 為何。對一 間。若1 0分 作業，無論 手動命令單· 0 分鐘過去後

522212 丨五、發明說明（6) \啟動一計時器。在步驟120，決定一參考值(^1_1'為(^1[減 丨SST。在步驟130，最好每10秒地週期性地測量OAT，SST， |和RLT之值。溫度差del —i計算為OAT減掉SST—i ，其中 丨88了_;1為時間丨上的881'。然後’根據(161_\^_;1=(161_1-(161_1': 丨來計算差值變化。在步驟140，檢查del_v_i以得知是否差 丨值變化超過5°C(9°F)，且若如此，在步驟150中應用積分 | _ i因素del —int。del — int之值是經由實驗室測試來決定並與； i線圈之幾何形狀，通過線圈的空氣速度等有關。對承載器i I 模型 30RH17 至 30RH2 4 0，de 匕 int 之值為 〇·5。 | 在步驟150中，frost-i ，時間i上的結霜因素設定為 | frost — int — i 一i承上力口至積分因素del — int中的del—v_i。 纏 丨Frost— int一i — i為時間i上的frost 一 int — i之值，其中 i frost —int —i為以％/°C為單位之乘數或增益因素，其之值 !通常總是〇·7。在一些情況中，值與〇·7不同，且 I ffost —int — i是經由根據線圈大小，壓縮機之大小和型式 | ’以及跨過線圈之氣流量之例行實驗來決定.的。然後比較 I fr〇st — i以預先決定結霜因素，即，在時間i — 1上，其中 i i 1是指在時間i之前的一測量週期的時間，其在此情況中 最好為時間i之前1 0秒。F r 〇 s t _ i和f r 〇 s t _ i - 1較大者變成 f Γ 〇 s t — i 之值。 I 在步驟160中，若差值改變不超過5^(9 T)，不應用積 分因素del— int且fro st — i設定為等於fro st 一 int 一 i-i乘以參 丨del—v—!。將1?]：〇31：一;[與&〇31：-卜1比較並將之設為較大的 丨值。

522212 五、發明說明（7) 在步驟1 7 0中檢查結霜因素以得知是否其超過100%，且 丨 若不是的話，在步驟130上再度開始循環。若結霜因素大 於100%，則在步驟180中檢查計時器以得知是否從最後的 ！ 除霜循環後已過了超過17分鐘（從步驟180之15分鐘加上從丨 步驟110之2分鐘）。若不是的話，在將控制轉到下一步驟 丨 之前，系統等待，直到計時器超過15分鐘。在於步驟190 | ! 中啟動除霜作業之前，在步驟1 8 5中，檢查進入水溫以確 保其大於一特定溫度。啟動除霜計時器並關掉所有冷凝器 風扇。在步驟192中，若SDP大於以高壓常誤點為基礎之特： 定臨界，在步驟194中臨時再度啟動風扇以將壓力拉降至 | 一最好為低於臨界3 0 p s i之值，如在步驟1 9 6中檢查的， ^ 在該時間上於步驟1 9 8中停止風扇。 在步驟2 0 0中檢查RLT以得知是否其超過一指派值，其對 由承載器模型30RH17至30RH240特性化之承載器設備之線 丨 最好為2 5 °C ( 4 5 °F )，且若是的話，在步驟2 2 0中停止除霜 作業。若在步驟2 0 0中RLT不等於25 °C(45 °F)，檢查除霜計 時器以得知除霜作業是否已執行超過1 0分鐘，且若如此的 話，在步驟2 2 0中停止除霜作業。程式控制返回步驟1 1 0且 再一次開始循環。

第11頁 522212 丨圖式簡單說明

Claims (1)

1. 522212 案號 90105126 % 修正 六、申請專利範圍 1. 一種使用一备卻晏,ί #藥來控制在一可逆熱泵系統中之 線圈除霜循環的方法，包括下列步驟： 之多個性能變數； 數決定一最後結霜因素；以及 到一預先決定的值並符合該系統之特 相 ， 定狀 除霜循 監視該 從該多 在該結 況後為 其中該 監視一在該 視該熱泵系 其中該 考； 度與 變； 為該 決定 因素 話’ 若該 以該 為該 2. 括： 大於 決定 該第 環的方法 熱果糸統 個性能變 霜因素達 該線圈除 監視步驟 線圈附近 統之飽和 決定步驟 弟二溫度 溫度差值 若該改變不大於 改變乘以一增益 該第一結霜因素 ;對每個隨後的 決定一第二結霜 改變大於該特定 增益因素加上該 第一結霜因素和 如申請專利範圍 當該第一計時器 一特定溫度時， 包括：開始一第一計時器；週期性地 之外部溫度（Ο AT );以及週期性地監 吸入溫度（SST); 包括：決定一第一溫度差值做為參 差值為OAT減掉SST ;藉由將該第二溫 比較以決定在該第二溫度差值中的改 一特定量的話，決定一第一結霜因素 因素，以及若該改變大於該特定量時 為該改變乘以該增益因素加上一積分 週期，若該改變不大於該特定量的 因素為該改變乘以該增益因素，以及 ΐ時決定該第二結霜因素為該改變乘 積分因素；及選擇該最後的結霜因素 該第二結霜因素中之較大者。 第1項之方法，其中該除霜步驟包 超過一特定的時間週期且該進入水溫 將在該熱泵系統中的該冷卻劑循環反

   O:\69\69666-910418.ptc 第13頁 522212 修正 案號 90105126 六、申請專利範圍 向； 關掉一冷凝器風扇；以及 啟動一第二計時器。 3 .如申請專利範圍第2項之方法，其中監視步驟包括週 期性地監視該系統之飽和放出壓力（S D P )。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中該除霜步驟進一 步包括： 若該S D P超過一特定臨界的話啟動該冷凝器風扇；以 及 當該SDP降低該特定臨界一特定量的話停止該冷凝器 風扇。 5.如申請專利範圍第4項之方法，其中監視步驟包括監 視進入該線圈之冷卻劑液體之冷卻劑液體溫度。 6 .如申請專利範圍第5項之方法，其中該除霜步驟進一 步包括當該RLT超過一除霜設定點或該第二計時器超過一 特定時間週期時停止該反向該冷卻劑循環之步驟。

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