[发明专利]对可逆热泵除霜控制的方法和系统

说明书

本发明涉及可逆热泵领域，尤其涉及在加热模式时对盘管除霜循环的控制。

热泵系统使用一制冷剂将热能从循环回路的相对较热侧带到循环回路的相对较冷侧。制冷剂的压缩发生在回路的较热侧，这里，压缩机使制冷剂的温度上升。制冷剂的蒸发发生在回路的较冷侧，这里，制冷剂被允许膨胀，从而引起温度下降。由于制冷剂分别与室内、室外媒质之间的温差，在回路一侧的制冷剂中加入热能，从另一侧的制冷剂中吸取热能，以将室外空气用作热能源或用作热能的散发和吸收。对于一空气一水的热泵(an air to water heatpump)，室外空气用作热能源，而水用作热能的散发和吸收。

工作过程是可逆的，热泵能用于加热或冷却。住宅用加热和冷却装置是双向的，其中，合适的阀和控制结构有选择地使制冷剂经过室内和室外热交换器，使得室内热交换器在制冷剂循环回路的热侧进行加热，在冷侧进行冷却。一循环鼓风机使室内空气经过室内热交换器，并经过输送管引向室内空间。返回管从室内空间中吸取空气并带到室内热交换器中。同样，一鼓风机使周围空气经过室外热交换器，并将热量释放到户外空气中，或从中吸取可用的热量。

这类热泵系统只有当在各自热泵中的制冷剂与空气之间有一适当的温差时才会运转，以保持热能的输送。对于加热，只要空气与制冷剂之间的温差能够使得可得到的热能大于操纵压缩机和各自鼓风机所需的电能，热泵就是有效的。对于冷却，即使在热天，空气与制冷剂之间的温差一般都是足够的。

在某些操作条件下，霜会积聚在热泵的盘管上。积霜的速度很大程度上取决于环境温度和湿度的比例。盘管积霜导致盘管效率下降，同时影响设备的总体性能(加热能力和性能系数(COP))。必须经常对盘管进行除霜，以提高设备的效率。在大多数情况下，盘管除霜是通过制冷剂的逆循环来完成的。盘管进行除霜时会影响设备的总体效率，因为设备中的提供所需热量的热的制冷剂实际上在盘管除霜过程中被冷却了。

传统设备的除霜周期通常每隔一固定的时间进行一次，在该固定时间内出现了多少霜是不予考虑的。为了使设备在加热模式时性能最优化，就必须找出盘管除霜的最佳时间。

简而言之，一控制算法通过储存代表一清洁盘管、即不积霜的盘管的性能的若干数据，以及随着时间的进展监控这些数据，来控制可逆热泵的盘管除霜循环。用这些数据产生“霜系数”，其值在表示清洁盘管的0％与表示重积霜盘管的100％之间变化。当霜系数达到接近100％的预定值时，热泵的制冷剂循环逆转(倒过来)进行盘管除霜。

根据本发明的一个实施例，在一使用制冷剂循环的可逆热泵系统中控制盘管除霜循环的方法包括：监控热泵系统中的多个性能变量；从该多个性能变量中确定最终的霜系数；以及在霜系数达到一预定值以及系统的一些条件满足之后对盘管进行除霜。

根据本发明的一个实施例，在一使用制冷剂循环的可逆热泵系统中控制盘管除霜循环的系统包括：监控热泵系统中的多个性能变量的装置；从该多个性能变量中确定最终的霜系数的装置；以及在霜系数达到一预定值以及系统的一些条件满足之后对盘管进行除霜的装置。

图1示出了一可逆热泵系统的示意图。

图2示出了本发明方法的流程图。

下面参阅图1，一热泵10包括一与返回水管14和一供水管16工作相连的室内盘管12。为了冷却或加热在系统中循环时经过室内盘管12的水，室内盘管12具有在其中循环的制冷剂。在冷却模式中，室内盘管12起到蒸发器的作用，以去掉返回水中的热量，在加热模式中，起到冷凝器的作用，为供水提供热量。在除霜模式过程中，系统从加热模式转换到冷却模式，用制冷剂将热量从返回水中传递到室外盘管，以利于除霜。

室内盘管12连接于一标准封闭循环制冷线路，该制冷线路包括压缩机22,24、一换向阀(reversing valve)26、一蒸发器盘管28、隔离安全阀32,38和一观察镜40。一接收器36储存系统中的制冷剂流体。一控制器18有选择地操纵换向阀26，以分别在相应的冷却、加热或除霜模式中起作用。图中示出一热膨胀阀(TXV)34在接收器36与蒸发器盘管28之间。TXV34由一被毛细管35连接的TXV球形体(bulb)控制。