CN101233375B - 用于在热泵中防止溢流起动的方法和热泵 - Google Patents

用于在热泵中防止溢流起动的方法和热泵 Download PDF

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Abstract

提供一种当从加热/冷却模式切换到解冻模式时具有改进措施的热泵。在解冻模式启动之前,电子膨胀装置移动到打开位置,使得制冷剂可以在户内-户外的换热器之间移动。当解冻循环的运行启动时,存在溢流起动的更低的可能性和严重程度,因为在***停机时存在的压差作用下,制冷剂将移动到热交换器中,该热交换器在解冻模式下处于压缩机的下游。因此,在随后的压缩机启动情况下不会发生溢流起动问题。在解冻循环完成之后,在返回到传统的加热/冷却模式运行之前,电子膨胀装置再次打开。如果随后的起动处于同样的运行模式,在停机期间电子膨胀阀将保持关闭,以最小化循环的性能损失。

Description

用于在热泵中防止溢流起动的方法和热泵
技术领域
本申请涉及用来降低在热泵中溢流起动的发生率的方法和控制器,并且尤其是在传统的加热和解冻操作模式之间切换时。
背景技术
制冷剂***被用来控制在待调节的多样室内环境中空气的温度和湿度。在运行在冷却模式的通常的制冷剂***中,制冷剂在压缩机中被压缩并且输送到冷凝器(或者在此情况中的户外的热交换器)中。在冷凝器中,热量在外部的环境空气和制冷剂之间进行交换。从冷凝器开始,制冷剂传送到膨胀装置中,在此处,制冷剂膨胀到更低的压力和温度,然后输送到蒸发器(或者室内的热交换器)中。在此蒸发器中,热量在制冷剂和室内空气之间交换,以调节室内空气。当制冷剂***运行时,蒸发器冷却被供给到室内环境中的空气。此外,当室内的温度下降时,湿气通常还从该空气中抽出。如此,室内空气的湿度水平还得到控制。
上述描述是指利用在冷却运行模式下的制冷剂***。在加热模式下,流过***的制冷剂流基本上被反向。室内的热交换器变成冷凝器并且释放热量到待调节(在此情况下被加热)的环境中,并且户外的热交换器可充当蒸发器,其中热量从相对冷的室外空气传送到制冷剂中。热泵称为是使得流过冷却剂循环的制冷剂流可以反向的***,以便于运行在加热和冷却两种模式中。这通常可通过结合四通换向阀(或者相当的装置)到在压缩机排出口示意下游的***中实现。当该***分别处于加热或者冷却运行模式时,该四通换向阀可选择地引导制冷剂流过户内或者户外的热交换器。如果膨胀装置不能处理反向流,则例如替代地可采用每个均伴随有止回阀的一对膨胀装置。
通常结合入热泵中的一个控制特征是解冻循环。通常的,在一定情况下,冷却制冷剂的热交换器易遭受结冰。解冻循环意图是融化在蒸发器上的冰并且恢复有效和可靠的***运行。在运行在冷却模式的热泵情况下,可能潜在结冰的是户内热交换器,并且在运行在加热模式的热泵情况下,结冰的是户外热交换器,特别在较低的环境温度下。当希望启动解冻循环时,引导制冷剂在用于冷却/加热模式下的适当方向通过热泵的四通换向阀将被反向。因此,热的制冷剂将直接传送到已经遭受结冰情况下的热交换器中。实质上,对于在加热模式中的解冻运行,压缩机将在冷却模式方向驱动制冷剂,并且在冷却模式中的解冻,压缩机将在加热模式方向上驱动制冷剂。实际上,在热泵中的解冻循环大多频繁利用在加热运行模式下。
解冻循环提高在热泵中因为对多个***组件的损坏引起的可靠性问题,例如内部压缩机部件,以及位于排出管路中的***组件,诸如四通换向阀,止回阀等。这种损坏主要是由溢流起动所引起的。由于在热泵中传统的加热/冷却和解冻运行模式之间的交替过程,溢流起动会发生,因为当四通换向阀切换时,户内和户外的换热器的功能也切换。
举例来说,当从加热模式切换到解冻模式时,户内热交换器变成蒸发器。在解冻循环之前,它是冷凝器。户外的热交换器现在变成冷凝器,并且在解冻运行模式激活之前,其是蒸发器。
户外的热交换器现在暴露于热的排气中,并且将发生解冻。然而,在压缩机吸入处的溢流情况还可与此解冻运行开始相关联。当解冻循环首次起动时,由于大部分制冷剂将从加热模式的过去运行而位于户内盘管中,此溢流起动问题将发生。当四通换向阀切换到解冻模式时,该压缩机启动,储存在户内盘管中的液体制冷剂现在直接移动到压缩机吸入口中。这可以导致严重的溢流起动问题,并且如上所述,会导致永久的部件损害。
当***从解冻操作模式切换回加热模式时,具有溢流起动的可能性将再次发生。
而且,溢流起动还在冷却运行模式中观察到并且对***可靠性具有类似影响。
发明内容
本发明利用电子控制的膨胀阀,以解决上述溢流起动问题。当已经确定解冻循环将启动时,在***停机情况下并且在解冻循环开始之前,电子膨胀阀移动到打开位置。
举例来说,在加热模式的上述运行中,当电子膨胀阀在停机情况下 打开时,由于在***停机之后立即存在于***的高压和低压侧之间的压差,位于户内盘管中的制冷剂将移动到户外的盘管中。因为在停机之后,制冷剂已经移动到户外的盘管中,当***再次启动或者就在启动之前,四通换向阀被切换以启动解冻循环,将不再存在溢流起动情况或者它的严重程度将相当地降低。
还优选在解冻循环结束时,电子膨胀阀将再次打开,使得在停机时存在的压差驱动力的情况下,制冷剂从户外的盘管移动回户内的盘管。当***在它的正常加热模式下再次启动时,在户外的盘管将不存在或者存在极少的液体制冷剂,因为大多数的液体制冷剂已经转移到户内的盘管中,并且当制冷剂将从户外的盘管进入压缩机时不会发生溢流起动问题。
在公开的实施例中,在解冻循环启动之前和/或在解冻循环终止之后,电子膨胀阀移动到全开位置。特别地,在正常(非解冻)的***停机期间,电子膨胀阀可以关闭,以减少与高压和低压***侧之间的压力均衡相关的***损耗。
本发明的这些和其它特征将从下面的说明书和附图中更好的理解,下面的内容是简要的描述。
附图说明
图1是运行在加热模式下的制冷剂循环的示意图。
图2是运行在解冻模式下的制冷剂循环的示意图。
图3示出了在后续加热循环之间停机的***。
图4示出了停机的***,并且其将显示在图2的解冻循环前后的两种情况。
图5是本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了结合有压缩机22和四通阀24的制冷剂***20。如已知的,四通换向阀24可以在两个位置之间切换,并且在图1中示出为处于加热模式位置。在加热模式位置中,排出管路40从压缩机22中传送压缩的制冷剂蒸气到通向户内热交换器28的管路26中。制冷剂通过户内的热交换器28,并且到电子膨胀阀30。如示意地示出,阀元件32是可移动的, 以在膨胀装置30的内部提供所需的限制量。控制器42控制膨胀装置30和四通换向阀24。
膨胀装置30的下游是户外的热交换器34。户外的热交换器34下游的管路36再次传送通过四通换向阀24,并且当在图1所示的加热模式位置中时,管路36与吸入管路38连通,该吸入管路38传送制冷剂到压缩机22的吸入口中。
如在现有技术中已知的,在膨胀装置30内部的关闭元件32(例如活塞或者针)的位置将在加热模式下以及在冷却模式下变化,这将取决于环境条件和具体的运行模式。同样,如已知的,对控制器42编程以监控多个***运行参数并且控制电子膨胀阀,以在大范围的环境和潜在应用中保持这些参数在规定范围内。
在一定条件下,并且当处于加热模式时,户外的热交换器34可能遭受冻结。因此,对于解冻运行模式的需要会指示到控制器42中。如图2所示,当解冻模式被激活时,四通阀24的位置被反向。制冷剂现在从排出管路40出来,通过四通阀24,传送到管路36中,然后通过户外的热交换器34。在管路40中的制冷剂将是相对热的,并且因此将融化累积在户外的热交换器34上的冰。如此附图中所示,并且再次示意示出,在电子膨胀装置30内部的关闭元件32的位置与图1的加热模式位置相比,在此冷却/解冻模式中会改变。
应该理解的是当制冷剂***20运行在冷却模式(对待调节的空间进行冷却和除湿)下时,其将运行在图2中的位置,并且当解冻模式被激活时,其将移动到图1的位置。如此,在冷却模式期间,通过热的制冷剂从排出管路40直接传送到管路26并且因此通过户内热交换器28,已经累积在户内的热交换器28上的冰将被融化。换句话说,在冷却模式中***传统的和解冻运行与在加热模式下的它的运行相反。如上所述,解冻的这种应用对于冷却运行模式比加热模式更少发生。
在正常运行期间,并且当***的随后停止和起动全部处于相同的模式时,电子膨胀装置30会移动到完全关闭位置,其中关闭元件32关闭与换热器34和28之间的任何连通。此位置在图3中示出并且将避免由于在随后起动循环之间的压力均衡所引起的性能损失。
然而,如果确定解冻模式是需要的,***将停机,并且电子膨胀装置30会移动到完全打开位置或者比通常在图1或者图2的位置更开放的 位置。为了示意目的,在公开的实施例中,电子膨胀装置完全打开。经过一段时间之后,并且如上所述,制冷剂现在将从户内的盘管28传送到户外的盘管34中。这种制冷剂的转移是因为运行在加热运行模式的***停机之后,管路26的压力处于比管路36压力高得多的事实。
在选择为足以使***内部压力平衡和足以使制冷剂从户内的热交换器28移动到户外的热交换器34的时间段之后,该***再次重新起动并且移动到图2的位置。电子膨胀装置30也移动到图2的位置。该***20现在处于解冻运行模式下。上述选择的时间段通常大于30秒并且小于3分钟。取代具有在停机情况下用于压力均衡和制冷剂移动的预定时间段,当在运行模式之间切换时,传感器T可以设置在与高压和低压侧相关的***位置中,例如,在压缩机22的吸入和排出侧(见图2)上,以监控压力并且确保均衡。
希望的是,当解冻模式完成时,***再次停止,并且电子膨胀装置30返回到图4的位置。这允许制冷剂从户外的热交换器34移动回户内的热交换器28。然后,在加热模式下,该***回再次重新启动,而不会具有溢流起动的危险。
同样,运行在冷却模式仅仅需要使这些步骤反转。
图5是示出了结合入本发明的步骤的流程图。
虽然本发明的优选实施例已经公开,本领域技术人员将认识到特定修改将归入本发明的范围内。根据此理由,下面的权利要求应当被研究以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (19)

1.一种热泵,包括:
压缩机,阀门***,该阀门***用于可选择地引导制冷剂从所述压缩机的排出口到户内的热交换器和户外的热交换器中的一个,并且用于从所述户内的和户外的热交换器中的另一个移动制冷剂回到所述压缩机的吸入口,所述阀门***可操作以当处于加热模式时引导制冷剂从所述压缩机的排出口到所述户内的热交换器,并且当处于冷却模式时引导制冷剂从所述压缩机排出口到所述户外的热交换器;
膨胀装置,其位于所述户内的和户外的热交换器之间,所述膨胀装置是电子膨胀装置,其可运行在所述冷却模式和所述加热模式两者中;和
控制器,其用于运行所述热泵,所述控制器可操作以运行所述热泵在所述加热模式和所述冷却模式的一个中并且确定需要解冻模式,所述控制器可操作以停止热泵的运行并且使所述膨胀装置处于打开位置达一定时间段,从而使得制冷剂可以在所述户内的和户外的热交换器之间输送,然后所述控制器可操作以移动所述阀门***,从而使得制冷剂按照与所述加热模式和所述冷却模式的另一个相一致的方式流动达足以至少部分对所述户内和户外的热交换器中的一个解冻的时间段,其中使所述膨胀装置处于所述打开位置的时间段是在30秒和3分钟之间。
2.如权利要求1所述的热泵,其中在切换到所述解冻模式之前,当所述热泵停机时,所述膨胀装置移动到比用于所述冷却模式和所述加热模式中的一个的位置打开得更多的位置。
3.如权利要求2所述的热泵,其中所述膨胀装置的所述打开得更多的位置是全开位置。
4.如权利要求1所述的热泵,其中当所述解冻模式终止时,所述膨胀装置处于打开位置。
5.如权利要求4所述的热泵,其中在所述热泵操作在所述冷却和所述加热模式中的一个之前,当所述热泵停机时,所述膨胀装置移动到比用于所述解冻模式的位置打开得更多的位置。
6.如权利要求5所述的热泵,其中所述膨胀装置的所述打开位置是全开位置。
7.如权利要求1所述的热泵,其中所述阀门***包括四通换向阀。
8.如权利要求1所述的热泵,其中所述控制器确定所述解冻模式将终止,然后所述控制器再次关闭热泵,使所述膨胀装置处于打开位置达一定时间段,然后移动所述阀门***回到一个位置,使得对于所述冷却模式和所述加热模式之一制冷剂在适当的方向上流动。
9.如权利要求8所述的热泵,其中在所述热泵操作在所述冷却和所述加热模式中的一个之前,当所述热泵停机时,所述膨胀装置移动到比用于所述解冻模式的位置打开得更多的位置。
10.如权利要求9所述的热泵,其中所述膨胀装置的所述打开得更多的位置是全开位置。
11.如权利要求8所述的热泵,其中在控制器可操作以移动所述阀门***使得制冷剂以与所述加热模式和所述冷却模式中的一个相一致的方式流动之前,通过测量在热泵内部的压力确定是否已经经过足够的时间段,从而确定使所述膨胀装置打开的所述时间段。
12.如权利要求1所述的热泵,其中通过测量在热泵内部的压力以确定是否已经经过足够的时间段,来确定在控制器可操作以移动所述阀门***使得制冷剂以与所述加热模式和所述冷却模式中的另一个相一致的方式流动之前使所述膨胀装置打开的所述时间段。
13.一种运行热泵的方法,包括下面的步骤:
(1)提供包括压缩机的热泵,并且提供膨胀装置,该压缩机传送压缩的制冷剂到阀门***中,当处于冷却模式时,所述阀门***传送所述压缩制冷剂到户外的热交换器中,并且当处于加热模式时,所述阀门***传送所述压缩制冷剂到户内的热交换器中;
(2)运行所述热泵在所述加热模式和所述冷却模式的一个中,并且监控所述热泵的运行以确定何时需要解冻模式;
(3)当需要解冻模式时,停止热泵的运行,并且开启所述膨胀装置,以允许制冷剂在所述户内的和户外的热交换器的一个到另一个之间流动;
(4)通过运行所述热泵在所述加热模式和所述冷却模式的另一个中来开始所述解冻模式的运行;和
(5)停止所述解冻模式的运行,并且开始在所述加热和冷却模式的所述一个中运行;
其中用于步骤(3)中的开启所述膨胀装置的时间段是在30秒和3分钟之间。
14.如权利要求13所述的方法,其中在停止解冻模式之后并且在开始在所述冷却模式和所述加热模式的一个中运行之前的中间时间,所述膨胀装置也打开。
15.如权利要求13所述的方法,其中当所述解冻模式终止时,所述膨胀装置移动到全开位置。
16.如权利要求13所述的方法,其中在步骤(3)中所述膨胀装置移动到比用于所述冷却模式和所述加热模式的一个的位置打开得更多的位置。
17.如权利要求13所述的方法,其中所述阀门***是四通换向阀。
18.如权利要求13所述的方法,其中在步骤(3)中所述膨胀装置移动到全开位置。
19.如权利要求13所述的方法,其中通过测量在热泵内部的压力确定是否已经经过充分的时间段,从而确定用于步骤(3)的开启所述膨胀装置的时间段。
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