TWM493660U - 熱水加熱系統之除霜控制裝置 - Google Patents

Description

熱水加熱系統之除霜控制裝置

一種熱水加熱系統之除霜控制裝置，尤指具有可自動進行除霜，以確保熱水加熱系統正常運作之除霜控制裝置。

按，習知熱水加熱系統請參閱第一圖所示包含壓縮機A、熱水加熱裝置B、膨脹閥C以及蒸發器D等。其加熱原理係利用壓縮機A將冷媒壓縮至高溫高壓狀態，再流入熱水加熱裝置B，藉由熱交換之作用，將高溫高壓冷媒之熱量，熱傳給所欲加熱之熱水以達加熱之目的。其後，續使冷媒進入膨脹閥C中進行降壓降溫並流入蒸發器D吸收熱能後，再回流到壓縮機A進行升壓升溫過程。而冷媒於流入蒸發器D吸收熱能時，係藉由風扇E使外氣流經蒸發器D，讓蒸發器D吸收外氣之熱能，以對冷媒進行蒸發熱交換，而也因此大量吸熱之作用，降低包括蒸發器D之蒸發器冷媒管、盤管鰭片及流出蒸發器D氣流之溫度。然而，若在相對低溫環境溫度且氣流是處於高相對濕度之條件下，即可能造成氣流中水分子之冷凝結露，若加上因蒸發器D溫度之持續溫度下降，且使鰭片表面溫度達攝氏零度之下，則將持續造成蒸發器D表面之結霜現象，若此結霜現象未適時進行除霜動作，則此匹覆於鰭片表面之結霜層，將大大降低了蒸發器D與外氣之熱交換能力，致流經蒸發器D之冷媒無法得到足夠之熱能，以進行完全之蒸發。若以此狀態冷媒流進壓縮機A，輕者，因流入壓縮機A冷媒過熱度不足所衍生之額外壓縮負擔，而產生不必要之耗功損 失。又若讓尚未完全蒸發之液態冷媒流入壓縮機A，嚴重的狀況，將是可能造成冷媒之液壓縮現象，而導致壓縮機A泵浦機構零件之損毀與壓縮機A壓縮功能之無法正常運作。因此，大多數業者會於蒸發器A處設置有電熱器F，讓使用者於發現蒸發器D表面結霜時，可利用電熱器F進行手動操作除霜，此種方式相當的耗費人力，且當使用者未即時發現時，往往會造成系統效能之降低。甚而，無法運作或當機之發生。再者，亦有相關業者以壓縮吸入口冷媒之壓力偵測作為自動啟動電熱器F之判斷依據，但此種作法，其電熱器F之判斷與作動開始時機之正確性不易精準掌控，而且需外加電力能量以進行除霜。若就功能與節能性而言，上述習知技藝之傳統除霜機制，尚非理想之解決手段。是以，要如何改善上述習知技藝除霜機制之功能與節能性問題及其缺失，即為相關業者所亟欲研發與尋求改善之課題。

本創作之主要目的乃在於，熱水加熱系統利用除霜控制裝置控制蒸發裝置於結霜尚未發生，或開始發生時，即進行除霜，以避免一旦蒸發裝置出現結霜，或結霜一段時間以後，再啟動除霜動作，導致因冷媒在尚未完全蒸發前，即流入壓縮機進行壓縮，使壓縮機徒增因不完全蒸發冷媒過熱度不足所衍生之額外壓縮耗功，也連帶增加可能產生的液態冷媒液壓縮所造成機構元件破壞之風險。最後，更影響整個熱水加熱系統製熱效能之降低或喪失。

為達上述目的，本創作熱水加熱系統之除霜控制裝置係設置有壓縮機、熱水加熱裝置、蒸發裝置、熱氣旁通裝置以及除霜控制裝置，該壓縮機係設置有冷媒吐出口以及冷媒吸入口；該熱水加熱裝置係設置有第一冷媒入口、第一冷媒出口、冷水入口以及熱水出口，且冷媒入口係連通於壓縮機之冷媒吐出口；該蒸發裝 置係設置有鰭片式蒸發器以及風扇，風扇係用以增加空氣流經鰭片式蒸發器之流量，且鰭片式蒸發器具有第二冷媒入口與第二冷媒出口，第二冷媒入口連通於熱水加熱裝置之第一冷媒出口，且第二冷媒出口連通於壓縮機之冷媒吸入口；該熱氣旁通裝置係具有熱氣旁通管路，熱氣旁通管路係連通於壓縮機之冷媒吐出口與蒸發裝置之第二冷媒入口，且熱氣旁通管路上設置有用以導通或截止熱氣旁通管路之電磁閥；該除霜控制裝置係設置有控制器，控制器係連接於電磁閥，且控制器連接有用以偵測蒸發裝置第二冷媒入口處冷媒溫度之第一溫度偵測器、用以偵測蒸發裝置第二冷媒出口處冷媒溫度之第二溫度偵測器，以及用以感測流經鰭片式蒸發器空氣之相對濕度的相對濕度感測器，而控制器內設定有複數組溫差設定值；藉上，當本創作於運作時，控制器會持續接收第一溫度偵測器、第二溫度偵測器以及濕度感測器之溫度與濕度，控制器會依據濕度感測器所感測之濕度選擇相對之溫差設定值，而於第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測到的溫度差值小於控制器所選定之溫差設定值時，控制器即會控制電磁閥作動導通熱氣旁通管路，當第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測到的溫度差值大於控制器所選定之溫差設定值時，控制器即會控制電磁閥停止導通熱氣旁通管路。

前述熱水加熱系統之除霜控制裝置，其中該控制器內進一步設置有邏輯運算單元，邏輯運算單元會將第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測到的溫度差值，比對上一次所接收到第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測的溫度差值，若溫度差值小於上一次溫度差值，且此次溫度差值未小於控制器所選定之溫差設定值時，控制器即會控制電磁閥作動導通熱氣旁通管路。

前述熱水加熱系統之除霜控制裝置，該控制器內設定有最低 壓力值，且控制器連接有用以偵測測蒸發裝置第二冷媒出口處冷媒壓力之壓力偵測器，當壓力偵測器所偵測之壓力小於控制器所設定之最低壓力值時，控制器即會使電磁閥導通熱氣旁通管路。

1‧‧‧壓縮機

11‧‧‧冷媒吐出口

12‧‧‧冷媒吸入口

2‧‧‧熱水加熱裝置

21‧‧‧第一冷媒入口

22‧‧‧第一冷媒出口

23‧‧‧冷水入口

24‧‧‧熱水出口

3‧‧‧蒸發裝置

31‧‧‧鰭片式蒸發器

311‧‧‧第二冷媒入口

312‧‧‧第二冷媒出口

32‧‧‧風扇

4‧‧‧熱氣旁通裝置

41‧‧‧熱氣旁通管路

42‧‧‧電磁閥

5‧‧‧除霜控制裝置

51‧‧‧控制器

511‧‧‧溫差設定值

512‧‧‧邏輯運算單元

513‧‧‧最低壓力值

52‧‧‧第一溫度偵測器

53‧‧‧第二溫度偵測器

54‧‧‧相對濕度感測器

55‧‧‧壓力偵測器

6‧‧‧膨脹閥

A‧‧‧壓縮機

B‧‧‧熱水加熱裝置

C‧‧‧膨脹閥

D‧‧‧蒸發器

E‧‧‧風扇

F‧‧‧電熱器

第一圖係為習知技藝之系統圖。

第二圖係為本創作之系統圖。

請參閱第二圖所示，由圖中可清楚看出，本創作係設置有壓縮機1、熱水加熱裝置2、蒸發裝置3、熱氣旁通裝置4以及除霜控制裝置5，其中：該壓縮機1係設置有冷媒吐出口11以及冷媒吸入口12。

該熱水加熱裝置2係設置有第一冷媒入口21、第一冷媒出口22、冷水入口23以及熱水出口24，且冷媒入口21係連通於壓縮機1之冷媒吐出口11。

該蒸發裝置3係設置有鰭片式蒸發器31、風扇32，風扇32係用以增加空氣流經鰭片式蒸發器31之流量，且鰭片式蒸發器31具有第二冷媒入口311與第二冷媒出口312，且第二冷媒入口311連通於熱水加熱裝置2之第一冷媒出口22，第二冷媒出口312連通於壓縮機1之冷媒吸入口12，並於熱水加熱裝置2之第一冷媒出口22與蒸發裝置3之第二冷媒入口311之間設置有用以控制冷媒流量之膨脹閥6。

該熱氣旁通裝置4係設置於壓縮機1與蒸發裝置3之間，熱氣旁通裝置4係具有熱氣旁通管路41，熱氣旁通管路41係連通於壓縮機1之冷媒吐出口11與蒸發裝置3之第二冷媒入口311，且熱氣旁通管路41上設置有用以導通或截止熱氣旁通管路41之電磁閥42。

該除霜控制裝置5係設置有控制器51，控制器51連接有用以偵測蒸發裝置3第二冷媒入口311處冷媒溫度之第一溫度偵測器52、用以偵測蒸發裝置3第二冷媒出口312處冷媒溫度之第二溫度偵測器53、用以感測進入鰭片式蒸發器31氣流相對濕度之相對濕度感測器54，以及用以偵測蒸發裝置3第二冷媒出口312處冷媒壓力之壓力偵測器55，熱氣旁通裝置4之電磁閥42連接於控制器51，並於控制器51內設置有複數組溫差設定值511、邏輯運算單元512以及最低壓力值513。

藉上，當本創作於運作時，控制器51會持續接收第一溫度偵測器52與第二溫度偵測器53所偵測到的溫度，以及相對濕度感測器54所感測到進入鰭片式蒸發器31空氣之相對濕度，且控制器51會依據相對濕度感測器54所感測到之相對濕度選擇相對之溫差設定值511，當第一溫度偵測器52與第二溫度偵測器53所偵測到的溫度差值小於溫差設定值511時，也就是鰭片式蒸發器31表面即將產生結霜之前兆，此時，控制器51即會控制電磁閥42作動，以導通熱氣旁通管路41，引導從壓縮機1直接吐出之高溫冷媒，直接進入鰭片式蒸發器31，以對鰭片式蒸發器31進行加熱與除霜之動作，而於第一溫度偵測器52與第二溫度偵測器53所偵測到的溫度差值大於控制器51所設定之溫差設定值511時，也就是鰭片式蒸發器31之熱交換效能正常，已經清除鰭片式蒸發器31表面之結霜，控制器51同樣會控制電磁閥42停止導通熱氣旁通管路41，回復鰭片式蒸發器31之正常運作，並確保系統之正常製熱功能。

再者，若控制器51所設置之邏輯運算單元512，會將第一溫度偵測器52與第二溫度偵測器53所偵測到的溫度差值，比對上一次所接收到第一溫度偵測器52與第二溫度偵測器53所偵測的 溫度差值，若此次偵測之溫度差值雖大於上一次所偵測之溫度差值，但此次溫度差值仍小於控制器51所選擇之溫差設定值511，則同樣判定其鰭片式蒸發器31之效能是逐漸下降達鰭片式蒸發器31產生結霜之臨界點，持續以往，鰭片式蒸發器31表面將同樣會逐漸產生結霜之情形。因此，控制器51亦會控制電磁閥42作動，以導通熱氣旁通管路41，引導從壓縮機1直接吐出之高溫冷媒，直接進入鰭片式蒸發器31，以對鰭片式蒸發器31進行加熱與預防結霜之發生。又，邏輯運算單元512將第一溫度偵測器52與第二溫度偵測器53所偵測到的溫度差值，比對上一次所接收到第一溫度偵測器52與第二溫度偵測器53所偵測的溫度差值大於上一次之溫度差值時，同樣控制器51會再控制電磁閥42停止導通熱氣旁通管路41；回復鰭片式蒸發器31之正常運作，並確保系統之正常製熱功能。

另，當壓力偵測器55所偵測之壓力小於控制器51所設定之最低壓力值513時，即同樣表示蒸發器之鰭片表面已產生結霜現象。因此控制器51即會使電磁閥42導通熱氣旁通管路41，讓壓縮機1冷媒吐出口11所流出之冷媒，經由熱氣旁通管路41流入蒸發裝置3之第二冷媒入口311，利用壓縮機1流出之高溫冷媒，迅速的對鰭片式蒸發器31進行加熱與進行除霜之動作。藉此而快速恢復鰭片式蒸發器31之運轉效能。

是以，本創作為可解決習知技術之不足與缺失，並可增進功效，其關鍵技術在於：

(一)本創作利用控制器51所設置之複數組溫差設定值511，並利用相對濕度感測器54所感測到進入鰭片式蒸發器31空氣之相對濕度選擇相對之溫差設定值511，判斷鰭片式蒸發器31表面是否產生結霜之徵兆，進而預先進行針對鰭片式蒸發器31進行加熱 與防止結霜之產生，以確保鰭片式蒸發器31之可較長時間之維持正常之運轉效能，並防止習知技藝所採用電熱方式或人工作業除霜之耗能損失或人力消耗。

(二)本創作利用邏輯運算單元512來判斷鰭片式蒸發器31之效能是否下降，讓鰭片式蒸發器31表面產生結霜之初期，即可有效的的清除結霜，以避免結霜情形更加嚴重。

1‧‧‧壓縮機

11‧‧‧冷媒吐出口

12‧‧‧冷媒吸入口

2‧‧‧熱水加熱裝置

21‧‧‧第一冷媒入口

22‧‧‧第一冷媒出口

23‧‧‧冷水入口

24‧‧‧熱水出口

3‧‧‧蒸發裝置

31‧‧‧鰭片式蒸發器

311‧‧‧第二冷媒入口

312‧‧‧第二冷媒出口

32‧‧‧風扇

4‧‧‧熱氣旁通裝置

41‧‧‧熱氣旁通管路

42‧‧‧電磁閥

5‧‧‧除霜控制裝置

51‧‧‧控制器

511‧‧‧溫差設定值

512‧‧‧邏輯運算單元

513‧‧‧最低壓力值

52‧‧‧第一溫度偵測器

53‧‧‧第二溫度偵測器

54‧‧‧相對濕度感測器

55‧‧‧壓力偵測器

6‧‧‧膨脹閥

Claims (3)

1. 一種熱水加熱系統之除霜控制裝置，係設置有壓縮機、熱水加熱裝置、蒸發裝置、熱氣旁通裝置以及除霜控制裝置，其中：該壓縮機係設置有冷媒吐出口以及冷媒吸入口；該熱水加熱裝置係設置有第一冷媒入口、第一冷媒出口、冷水入口以及熱水出口，且冷媒入口係連通於壓縮機之冷媒吐出口；該蒸發裝置係設置有鰭片式蒸發器以及風扇，風扇係用以增加空氣流經鰭片式蒸發器之流量，且鰭片式蒸發器具有第二冷媒入口與第二冷媒出口，第二冷媒入口連通於熱水加熱裝置之第一冷媒出口，且第二冷媒出口連通於壓縮機之冷媒吸入口；該熱氣旁通裝置係具有熱氣旁通管路，熱氣旁通管路係連通於壓縮機之冷媒吐出口與蒸發裝置之第二冷媒入口，且熱氣旁通管路上設置有用以導通或截止熱氣旁通管路之電磁閥。該除霜控制裝置係設置有控制器，控制器係連接於電磁閥，且控制器連接有用以偵測蒸發裝置第二冷媒入口處冷媒溫度之第一溫度偵測器、用以偵測蒸發裝置第二冷媒出口處冷媒溫度之第二溫度偵測器，以及用以感測流經鰭片式蒸發器空氣之相對濕度的相對濕度感測器，而控制器內設定有複數組溫差設定值；藉上，當本創作於運作時，控制器會持續接收第一溫度偵測器、第二溫度偵測器以及濕度感測器之溫度與濕度，控制器會依據濕度感測器所感測之濕度選擇相對之溫差設定值，而於第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測到的溫度差值小於控制器所選定之溫差設定值時，控制器即會控制電磁閥作動導通熱氣旁通管路，當第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測到的溫度差值大於控制器所選定之溫差設定值時，控制器即會控制電磁閥停止導 通熱氣旁通管路。
2. 如申請專利範圍第1項所述熱水加熱系統之除霜控制裝置，其中該控制器內進一步設置有邏輯運算單元，邏輯運算單元會將第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測到的溫度差值，比對上一次所接收到第一溫度偵測器與第二溫度偵測器所偵測的溫度差值，若此次偵測之溫度差值雖大於上一次所偵測之溫度差值，但此次溫度差值並未大於控制器所選定之溫差設定值時，控制器即會控制電磁閥作動導通熱氣旁通管路。
3. 如申請專利範圍第1項所述熱水加熱系統之除霜控制裝置，該控制器內設定有最低壓力值，且控制器連接有用以偵測蒸發裝置第二冷媒出口處冷媒壓力之壓力偵測器，當壓力偵測器所偵測之壓力小於控制器所設定之最低壓力值時，控制器即會使電磁閥導通熱氣旁通管路。