一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)包括依次連接的壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件、儲(chǔ)液器、蒸發(fā)器和氣液分離器，儲(chǔ)液器內(nèi)焊接有第一電加熱管，第一電加熱管和置于儲(chǔ)液器內(nèi)的第一溫控器串聯(lián)后和控制器連接，氣液分離器內(nèi)焊接有第二電加熱管，第二電加熱管和置于氣液分離器內(nèi)的第二溫控器串聯(lián)后和控制器連接，壓縮機(jī)的排氣管管壁布置有壓縮機(jī)排氣溫度傳感器，所述蒸發(fā)器出口管路內(nèi)布置有蒸發(fā)器出口溫度傳感器，冷凝器中布置有與水接觸的水溫傳感器，上述傳感器均與控制器連接，所述節(jié)流元件也與控制器連接；本發(fā)明還提供了上述系統(tǒng)的控制方法；能夠解決除霜過(guò)程中水溫低，除霜時(shí)間長(zhǎng)，除霜效率低、控制除霜開始和結(jié)束的判斷不準(zhǔn)確等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱泵熱水器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣源熱泵熱水器是利用熱泵的工作原理，工質(zhì)從環(huán)境空氣中吸收低溫位的熱量來(lái)制取生活熱水的熱泵裝置。熱泵熱水器具有使用安全、節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但是，空氣源熱泵熱水器也存在著低溫環(huán)境下制熱量衰減和結(jié)霜問(wèn)題，影響了它的推廣使用。在冬季室外氣溫過(guò)低時(shí)，熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)溫度過(guò)低，極易在蒸發(fā)器表面結(jié)霜。結(jié)霜不僅增大了空氣的阻力，減少了空氣流量，而且增大了室外側(cè)空氣與制冷劑的傳熱熱阻，降低了換熱效果，導(dǎo)致系統(tǒng)制熱量明顯減小、COP急劇下降，甚至不能正常啟動(dòng)。因此，熱泵熱水器需要及時(shí)的除霜。目前熱泵熱水器主要的除霜方式包括:逆向循環(huán)除霜，電加熱除霜，熱氣旁通除霜等。四通閥逆向循環(huán)除霜時(shí)會(huì)影響到空氣源熱泵熱水器的供水，即在除霜期間，無(wú)法提供有效水溫的熱水，同時(shí)經(jīng)過(guò)除霜后，原有的熱水溫度會(huì)降低，并且，四通閥頻繁換向會(huì)影響其可靠性及壽命。電熱融霜即通過(guò)電加熱的方式融霜，這種方法簡(jiǎn)單易行，但卻是以消耗高品位的電能為代價(jià)的，不符合熱泵環(huán)保節(jié)能的理念。熱氣旁通除霜時(shí)，簡(jiǎn)單的旁通回路可能產(chǎn)生壓縮機(jī)液擊現(xiàn)象，同時(shí)，在除霜過(guò)程中，因壓縮機(jī)的排氣量減少，會(huì)影響加熱熱水的效果，無(wú)法滿足正常熱水量的需求，并且除霜時(shí)間較長(zhǎng)。
[0003]目前常用的熱泵熱水器除霜的控制方法是時(shí)間-溫度法，通過(guò)蒸發(fā)器換熱管表面溫度、除霜時(shí)間和除霜周期來(lái)綜合判斷控制除霜的開始和結(jié)束。但是這種方式對(duì)傳感器的安裝位置依賴性較強(qiáng)，常見的中部安裝容易造成除霜結(jié)束不準(zhǔn)確，除霜不凈。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)及其控制方法，能夠解決除霜過(guò)程中水溫低，除霜時(shí)間長(zhǎng)，除霜效率低、控制除霜開始和結(jié)束的判斷不準(zhǔn)確等問(wèn)題。
[0005]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)，包括依次連接的壓縮機(jī)1、冷凝器2、節(jié)流元件3、儲(chǔ)液器4、蒸發(fā)器5和氣液分離器6，氣液分離器6也和壓縮機(jī)I連接；所述儲(chǔ)液器4內(nèi)焊接有第一電加熱管8，第一電加熱管8和置于儲(chǔ)液器4內(nèi)的第一溫控器9串聯(lián)后和控制器7連接，所述氣液分離器6內(nèi)焊接有第二電加熱管10，第二電加熱管10和置于氣液分離器6內(nèi)的第二溫控器11串聯(lián)后和控制器7連接，所述壓縮機(jī)I的排氣管管壁布置有壓縮機(jī)排氣溫度傳感器13，所述蒸發(fā)器5出口管路內(nèi)部布置有蒸發(fā)器出口溫度傳感器12，所述冷凝器2中布置有與水接觸的水溫傳感器14，所述壓縮機(jī)排氣溫度傳感器13、蒸發(fā)器出口溫度傳感器12和水溫傳感器14均與控制器7連接，所述節(jié)流元件3也與控制器7連接。
[0007]所述控制器7具有計(jì)時(shí)器的功能。[0008]上述除霜系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1:熱泵熱水器正常運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)I啟動(dòng)，控制器7開始對(duì)壓縮機(jī)I的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)控制器7檢測(cè)到壓縮機(jī)I的運(yùn)行時(shí)間A > t2，t2為設(shè)定的除霜周期，范圍為60~300min，或者當(dāng)控制器檢測(cè)到壓縮機(jī)I的排氣溫度T1與水溫T2的差值Λ T1≤T3,T3為設(shè)定除霜溫度差值，范圍為3~30°C，進(jìn)入除霜過(guò)程；
[0010]步驟2:除霜時(shí)，控制器7接通儲(chǔ)液器4底部的第一電加熱管8，同時(shí)控制器7開始對(duì)除霜時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)t3 ;第一電加熱管8將熱量傳遞給儲(chǔ)液器4內(nèi)的制冷劑，從而提升制冷劑溫度到0°C以上，制冷劑流入蒸發(fā)器5內(nèi)的換熱管后，通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流的方式把熱量傳遞給換熱管管壁及肋片，從而使管壁及肋片表面的霜層吸收熱量，從霜層的內(nèi)部開始融化除霜；在除霜過(guò)程中，當(dāng)控制器7檢測(cè)到壓縮機(jī)I排氣溫度T1下降值A(chǔ)T2 > T4時(shí)，T4為設(shè)定值，范圍為10~30°C，控制器7接通氣液分離器6中第二電加熱管10的電路，使氣液分離器6中的制冷劑液體蒸發(fā)為氣體，被壓縮機(jī)I吸入，第二電加熱管10加熱的同時(shí)，控制器7調(diào)整節(jié)流元件3的開度，控制制冷劑的流量；
[0011]步驟3:當(dāng)?shù)诙乜仄?1的檢測(cè)溫度T5≤T6時(shí)，T6為設(shè)定值，范圍為10~50°C，控制器7斷開氣液分離器6中第二電加熱管10的電路，停止電加熱；當(dāng)控制器7檢測(cè)到蒸發(fā)器5的蒸發(fā)器出口溫度T7≤T8時(shí)，T8為設(shè)定的結(jié)束除霜溫度，范圍為5~50°C ;或者當(dāng)除霜時(shí)間t3 ^ t4時(shí)，t4為設(shè)定的除霜時(shí)間，范圍為10~50min，控制器7切斷第一電加熱管8和第二電加熱管10的電路，停止電加熱，除霜時(shí)間t3清零，壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間h清零，退出除霜過(guò)程；[0012]在步驟3中，當(dāng)控制器7切斷第二電加熱管10加熱電路的操作出現(xiàn)故障時(shí)，第二溫控器11斷開；當(dāng)控制器7切斷第一電加熱管8加熱電路的操作出現(xiàn)故障時(shí)，第一溫控器9斷開。
[0013]本發(fā)明儲(chǔ)液器和氣液分離器中分別焊接電加熱管，當(dāng)控制器接通儲(chǔ)液器中的電加熱管后，電加熱的熱量直接傳遞給儲(chǔ)液器中的制冷劑，制冷劑流入蒸發(fā)器內(nèi)，熱量傳遞給蒸發(fā)器換熱管管壁及肋片，從而除霜。除霜過(guò)程中，開啟氣液分離器中的電加熱管，提高吸排氣溫度，防止壓縮機(jī)液擊，同時(shí)調(diào)整節(jié)流元件開度，調(diào)劑制冷劑流量。除霜程序的開始是根據(jù)壓縮機(jī)排氣溫度和水溫差值判斷的，除霜結(jié)束是根據(jù)除霜時(shí)間和蒸發(fā)器出口溫度來(lái)判斷的。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述除霜系統(tǒng)及其控制方法有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.電加熱管直接加熱制冷劑，制冷劑把熱量傳遞給管壁及肋片，從而使附著在蒸發(fā)器表面的霜層吸收熱量融化，從霜層的內(nèi)部開始除霜，除霜時(shí)間短，除霜效率高，除霜更徹底。
[0016]2.除霜時(shí)熱泵熱水器能夠正常運(yùn)行，并且氣液分離器中電加熱管能防止壓縮機(jī)吸氣帶液，保證壓縮機(jī)的吸排氣溫度，提高系統(tǒng)的制熱量，從而保證熱泵熱水器加熱熱水的效果，滿足用戶對(duì)熱水的需求，同時(shí)也能加快除霜過(guò)程。
[0017]3.除霜程序是根據(jù)壓縮機(jī)排氣溫度和水溫的差值小于設(shè)定值時(shí)開始的，判斷簡(jiǎn)單有效，能夠有效保證及時(shí)除霜。除霜結(jié)束是根據(jù)蒸發(fā)器出口溫度或者除霜時(shí)間判斷的，退出除霜及時(shí)。除霜控制方法能有效地避免除霜誤動(dòng)作導(dǎo)致的能量損失，提高了供熱效率。結(jié)束除霜后，熱泵熱水器能很快的恢復(fù)至除霜前工作性能。[0018]本發(fā)明具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，針對(duì)目前熱泵熱水器除霜的不足，提出了一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)及其控制方法，有效的解決了，除霜時(shí)不能保證熱水溫度，除霜效率低，除霜時(shí)間長(zhǎng)，除霜結(jié)束后恢復(fù)速度慢，對(duì)水溫影響大等問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明熱泵熱水器除霜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2為本發(fā)明熱泵熱水器除霜系統(tǒng)的控制方法流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)，包括依次連接的壓縮機(jī)1、冷凝器2、節(jié)流元件3、儲(chǔ)液器4、蒸發(fā)器5和氣液分離器6，氣液分離器6也和壓縮機(jī)I連接；所述儲(chǔ)液器4內(nèi)焊接有第一電加熱管8,第一電加熱管8和置于儲(chǔ)液器4內(nèi)的第一溫控器9串聯(lián)后和控制器7連接，所述氣液分離器6內(nèi)焊接有第二電加熱管10，第二電加熱管10和置于氣液分離器6內(nèi)的第二溫控器11串聯(lián)后和控制器7連接，所述壓縮機(jī)I的排氣管管壁布置有壓縮機(jī)排氣溫度傳感器13，所述蒸發(fā)器5出口管路內(nèi)部布置有蒸發(fā)器出口溫度傳感器12，所述冷凝器2中布置有與水接觸的水溫傳感器14，所述壓縮機(jī)排氣溫度傳感器13、蒸發(fā)器出口溫度傳感器12和水溫傳感器14均與控制器7連接，所述節(jié)流元件3也與控制器7連接。所述控制器7具有計(jì)時(shí)器的功能。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明還提供了上述除霜系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0024]步驟1:熱泵熱水器正常運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)I啟動(dòng)，控制器7開始對(duì)壓縮機(jī)I的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)控制器7檢測(cè)到壓縮機(jī)I的運(yùn)行時(shí)間A > t2，t2為設(shè)定的除霜周期，范圍為60~300min，或者當(dāng)控制器檢測(cè)到壓縮機(jī)I的排氣溫度T1與水溫T2的差值Λ T1≤T3,T3為設(shè)定除霜溫度差值，范圍為3~30°C，進(jìn)入除霜過(guò)程；
[0025]步驟2:除霜時(shí)，控制器7接通儲(chǔ)液器4底部的第一電加熱管8，同時(shí)控制器7開始對(duì)除霜時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)t3 ;第一電加熱管8將熱量傳遞給儲(chǔ)液器4內(nèi)的制冷劑，從而提升制冷劑溫度到0°C以上，制冷劑流入蒸發(fā)器5內(nèi)的換熱管后，通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流的方式把熱量傳遞給換熱管管壁及肋片，從而使管壁及肋片表面的霜層吸收熱量，從霜層的內(nèi)部開始融化除霜；在除霜過(guò)程中，當(dāng)控制器7檢測(cè)到壓縮機(jī)I排氣溫度T1下降值A(chǔ)T2 > T4時(shí)，T4為設(shè)定值，范圍為10~30°C，控制器7接通氣液分離器6中第二電加熱管10的電路，使氣液分離器6中的制冷劑液體蒸發(fā)為氣體，被壓縮機(jī)I吸入，防止吸氣帶液，提高壓縮機(jī)I的吸排氣溫度，提高循環(huán)中制冷劑的流量，提高制熱量，加快除霜過(guò)程；第二電加熱管10加熱的同時(shí)，控制器7調(diào)整節(jié)流元件3的開度，控制制冷劑的流量；
[0026]步驟3:當(dāng)?shù)诙乜仄?1的檢測(cè)溫度T5≥T6時(shí)，T6為設(shè)定值，范圍為10~50°C，控制器7斷開氣液分離器6中第二電加熱管10的電路，停止電加熱；當(dāng)控制器7檢測(cè)到蒸發(fā)器5的蒸發(fā)器出口溫度T7≥T8時(shí)，T8為設(shè)定的結(jié)束除霜溫度，范圍為5~50°C ;或者當(dāng)除霜時(shí)間t3 ^ t4時(shí)，t4為設(shè)定的除霜時(shí)間，范圍為10~50min，控制器7切斷第一電加熱管8和第二電加熱管10的電路，停止電加熱，除霜時(shí)間t3清零，壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間h清零，退出除霜過(guò)程；[0027]在步驟3中，當(dāng)控制器7切斷第二電加熱管10加熱電路的操作出現(xiàn)故障時(shí)，第二溫控器11斷開，起到保護(hù)作用，防止溫度過(guò)高；當(dāng)控制器7切斷第一電加熱管8加熱電路的操作出現(xiàn)故障時(shí)，第一溫控器9斷開，起到保護(hù)作用，防止溫度過(guò)高。
【權(quán)利要求】
1.一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)，其特征在于:包括依次連接的壓縮機(jī)(I)、冷凝器(2)、節(jié)流元件(3)、儲(chǔ)液器(4)、蒸發(fā)器(5)和氣液分離器(6)，氣液分離器(6)也和壓縮機(jī)(I)連接；所述儲(chǔ)液器(4)內(nèi)焊接有第一電加熱管(8)，第一電加熱管(8)和置于儲(chǔ)液器(4)內(nèi)的第一溫控器(9)串聯(lián)后和控制器(7)連接，所述氣液分離器(6)內(nèi)焊接有第二電加熱管(10)，第二電加熱管(10)和置于氣液分離器(6)內(nèi)的第二溫控器(11)串聯(lián)后和控制器(7)連接，所述壓縮機(jī)(I)的排氣管管壁布置有壓縮機(jī)排氣溫度傳感器(13)，所述蒸發(fā)器(5)出口管路內(nèi)部布置有蒸發(fā)器出口溫度傳感器(12)，所述冷凝器(2)中布置有與水接觸的水溫傳感器(14)，所述壓縮機(jī)排氣溫度傳感器(13)、蒸發(fā)器出口溫度傳感器(12)和水溫傳感器(14)均與控制器(7)連接，所述節(jié)流元件(3)也與控制器(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器(7)具有計(jì)時(shí)器的功能。
3.權(quán)利要求1或2所述的除霜系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:熱泵熱水器正常運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)(I)啟動(dòng)，控制器(7)開始對(duì)壓縮機(jī)(I)的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)控制器(7)檢測(cè)到壓縮機(jī)(I)的運(yùn)行時(shí)間h ^ t2，t2為設(shè)定的除霜周期，范圍為60~300min，或者當(dāng)控制器檢測(cè)到壓縮機(jī)(I)的排氣溫度T1與水溫T2的差值A(chǔ)T1≤T3，T3為設(shè)定除霜溫度差值，范圍為3~30°C，進(jìn)入除霜過(guò)程； 步驟2:除霜時(shí)，控制器(7)接通儲(chǔ)液器(4)底部的第一電加熱管(8)，同時(shí)控制器(7)開始對(duì)除霜時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)t3 ;第一電加熱管(8)將熱量傳遞給儲(chǔ)液器(4)內(nèi)的制冷劑，從而提升制冷劑溫度到0°C以上，制冷劑流入蒸發(fā)器(5)內(nèi)的換熱管后，通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流的方式把熱量傳遞給換熱管管壁及肋片，從而使管壁及肋片表面的霜層吸收熱量，從霜層的內(nèi)部開始融化除霜；在除霜過(guò)程中，當(dāng)控制器(7)檢測(cè)到壓縮機(jī)(I)排氣溫度T1下降值A(chǔ)T2ST4時(shí)，T4為設(shè)定值，范圍為10~30°C，控制器(7)接通氣液分離器(6)中第二電加熱管(10)的電路，使氣液分離器(6)中的制冷劑液體蒸發(fā)為氣體，被壓縮機(jī)(I)吸入，第二電加熱管(10)加熱的同時(shí)，控制器(7)調(diào)整節(jié)流元件(3)的開度，控制制冷劑的流量； 步驟3:當(dāng)?shù)诙乜仄?11)的檢測(cè)溫度T5≥T6時(shí)，T6為設(shè)定值，范圍為10~50°C，控制器(7)斷開氣液分離器6中第二電加熱管(10)的電路，停止電加熱；當(dāng)控制器(7)檢測(cè)到蒸發(fā)器(5)的蒸發(fā)器出口溫度T7 ST8時(shí)，T8為設(shè)定的結(jié)束除霜溫度，范圍為5~50°C ;或者當(dāng)除霜時(shí)間t3 ^ t4時(shí)，t4為設(shè)定的除霜時(shí)間，范圍為10~50min，控制器(7)切斷第一電加熱管(8 )和第二電加熱管(10 )的電路，停止電加熱，除霜時(shí)間t3清零，壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間h清零，退出除霜過(guò)程； 在步驟3中，當(dāng)控制器(7)切斷第二電加熱管(10)加熱電路的操作出現(xiàn)故障時(shí)，第二溫控器(11)斷開；當(dāng)控制器(7)切斷第一電加熱管(8)加熱電路的操作出現(xiàn)故障時(shí)，第一溫控器(9)斷開。
【文檔編號(hào)】F25B47/00GK103727714SQ201310699443
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】陳旗, 晏剛, 陳曉園 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)