一種熱泵熱水器的除霜系統及其控制方法
2023-09-17 03:26:50 1
一種熱泵熱水器的除霜系統及其控制方法
【專利摘要】一種熱泵熱水器的除霜系統及其控制方法，系統包括依次連接的壓縮機、冷凝器、節流元件、儲液器、蒸發器和氣液分離器，儲液器內焊接有第一電加熱管，第一電加熱管和置於儲液器內的第一溫控器串聯後和控制器連接，氣液分離器內焊接有第二電加熱管，第二電加熱管和置於氣液分離器內的第二溫控器串聯後和控制器連接，壓縮機的排氣管管壁布置有壓縮機排氣溫度傳感器，所述蒸發器出口管路內布置有蒸發器出口溫度傳感器，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，所述節流元件也與控制器連接；本發明還提供了上述系統的控制方法；能夠解決除霜過程中水溫低，除霜時間長，除霜效率低、控制除霜開始和結束的判斷不準確等問題。
【專利說明】一種熱泵熱水器的除霜系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於熱泵熱水器【技術領域】，具體涉及一種熱泵熱水器的除霜系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]空氣源熱泵熱水器是利用熱泵的工作原理，工質從環境空氣中吸收低溫位的熱量來製取生活熱水的熱泵裝置。熱泵熱水器具有使用安全、節能、運行費用低等優點。但是，空氣源熱泵熱水器也存在著低溫環境下制熱量衰減和結霜問題，影響了它的推廣使用。在冬季室外氣溫過低時，熱泵系統蒸發溫度過低，極易在蒸發器表面結霜。結霜不僅增大了空氣的阻力，減少了空氣流量，而且增大了室外側空氣與製冷劑的傳熱熱阻，降低了換熱效果，導致系統制熱量明顯減小、COP急劇下降，甚至不能正常啟動。因此，熱泵熱水器需要及時的除霜。目前熱泵熱水器主要的除霜方式包括:逆向循環除霜，電加熱除霜，熱氣旁通除霜等。四通閥逆向循環除霜時會影響到空氣源熱泵熱水器的供水，即在除霜期間，無法提供有效水溫的熱水，同時經過除霜後，原有的熱水溫度會降低，並且，四通閥頻繁換向會影響其可靠性及壽命。電熱融霜即通過電加熱的方式融霜，這種方法簡單易行，但卻是以消耗高品位的電能為代價的，不符合熱泵環保節能的理念。熱氣旁通除霜時，簡單的旁通迴路可能產生壓縮機液擊現象，同時，在除霜過程中，因壓縮機的排氣量減少，會影響加熱熱水的效果，無法滿足正常熱水量的需求，並且除霜時間較長。
[0003]目前常用的熱泵熱水器除霜的控制方法是時間-溫度法，通過蒸發器換熱管表面溫度、除霜時間和除霜周期來綜合判斷控制除霜的開始和結束。但是這種方式對傳感器的安裝位置依賴性較強，常見的中部安裝容易造成除霜結束不準確，除霜不淨。
【發明內容】
[0004]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種熱泵熱水器的除霜系統及其控制方法，能夠解決除霜過程中水溫低，除霜時間長，除霜效率低、控制除霜開始和結束的判斷不準確等問題。
[0005]為達到以上目的，本發明採用如下技術方案:
[0006]一種熱泵熱水器的除霜系統，包括依次連接的壓縮機1、冷凝器2、節流元件3、儲液器4、蒸發器5和氣液分離器6，氣液分離器6也和壓縮機I連接；所述儲液器4內焊接有第一電加熱管8，第一電加熱管8和置於儲液器4內的第一溫控器9串聯後和控制器7連接，所述氣液分離器6內焊接有第二電加熱管10，第二電加熱管10和置於氣液分離器6內的第二溫控器11串聯後和控制器7連接，所述壓縮機I的排氣管管壁布置有壓縮機排氣溫度傳感器13，所述蒸發器5出口管路內部布置有蒸發器出口溫度傳感器12，所述冷凝器2中布置有與水接觸的水溫傳感器14，所述壓縮機排氣溫度傳感器13、蒸發器出口溫度傳感器12和水溫傳感器14均與控制器7連接，所述節流元件3也與控制器7連接。
[0007]所述控制器7具有計時器的功能。[0008]上述除霜系統的控制方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1:熱泵熱水器正常運行時，壓縮機I啟動，控制器7開始對壓縮機I的運行時間進行計時，當控制器7檢測到壓縮機I的運行時間A > t2，t2為設定的除霜周期，範圍為60~300min，或者當控制器檢測到壓縮機I的排氣溫度T1與水溫T2的差值Λ T1≤T3,T3為設定除霜溫度差值，範圍為3~30°C，進入除霜過程；
[0010]步驟2:除霜時，控制器7接通儲液器4底部的第一電加熱管8，同時控制器7開始對除霜時間進行計時t3 ;第一電加熱管8將熱量傳遞給儲液器4內的製冷劑，從而提升製冷劑溫度到0°C以上，製冷劑流入蒸發器5內的換熱管後，通過傳導和對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，從霜層的內部開始融化除霜；在除霜過程中，當控制器7檢測到壓縮機I排氣溫度T1下降值AT2 > T4時，T4為設定值，範圍為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中的製冷劑液體蒸發為氣體，被壓縮機I吸入，第二電加熱管10加熱的同時，控制器7調整節流元件3的開度，控制製冷劑的流量；
[0011]步驟3:當第二溫控器11的檢測溫度T5≤T6時，T6為設定值，範圍為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；當控制器7檢測到蒸發器5的蒸發器出口溫度T7≤T8時，T8為設定的結束除霜溫度，範圍為5~50°C ;或者當除霜時間t3 ^ t4時，t4為設定的除霜時間，範圍為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，除霜時間t3清零，壓縮機連續運行時間h清零，退出除霜過程；[0012]在步驟3中，當控制器7切斷第二電加熱管10加熱電路的操作出現故障時，第二溫控器11斷開；當控制器7切斷第一電加熱管8加熱電路的操作出現故障時，第一溫控器9斷開。
[0013]本發明儲液器和氣液分離器中分別焊接電加熱管，當控制器接通儲液器中的電加熱管後，電加熱的熱量直接傳遞給儲液器中的製冷劑，製冷劑流入蒸發器內，熱量傳遞給蒸發器換熱管管壁及肋片，從而除霜。除霜過程中，開啟氣液分離器中的電加熱管，提高吸排氣溫度，防止壓縮機液擊，同時調整節流元件開度，調劑製冷劑流量。除霜程序的開始是根據壓縮機排氣溫度和水溫差值判斷的，除霜結束是根據除霜時間和蒸發器出口溫度來判斷的。
[0014]與現有技術相比，上述除霜系統及其控制方法有如下優點:
[0015]1.電加熱管直接加熱製冷劑，製冷劑把熱量傳遞給管壁及肋片，從而使附著在蒸發器表面的霜層吸收熱量融化，從霜層的內部開始除霜，除霜時間短，除霜效率高，除霜更徹底。
[0016]2.除霜時熱泵熱水器能夠正常運行，並且氣液分離器中電加熱管能防止壓縮機吸氣帶液，保證壓縮機的吸排氣溫度，提高系統的制熱量，從而保證熱泵熱水器加熱熱水的效果，滿足用戶對熱水的需求，同時也能加快除霜過程。
[0017]3.除霜程序是根據壓縮機排氣溫度和水溫的差值小於設定值時開始的，判斷簡單有效，能夠有效保證及時除霜。除霜結束是根據蒸發器出口溫度或者除霜時間判斷的，退出除霜及時。除霜控制方法能有效地避免除霜誤動作導致的能量損失，提高了供熱效率。結束除霜後，熱泵熱水器能很快的恢復至除霜前工作性能。[0018]本發明具有明顯的特點和優勢，針對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及其控制方法，有效的解決了，除霜時不能保證熱水溫度，除霜效率低，除霜時間長，除霜結束後恢復速度慢，對水溫影響大等問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明熱泵熱水器除霜系統的結構圖。
[0020]圖2為本發明熱泵熱水器除霜系統的控制方法流程圖。【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步的詳細描述。
[0022]如圖1所示，本發明一種熱泵熱水器的除霜系統，包括依次連接的壓縮機1、冷凝器2、節流元件3、儲液器4、蒸發器5和氣液分離器6，氣液分離器6也和壓縮機I連接；所述儲液器4內焊接有第一電加熱管8,第一電加熱管8和置於儲液器4內的第一溫控器9串聯後和控制器7連接，所述氣液分離器6內焊接有第二電加熱管10，第二電加熱管10和置於氣液分離器6內的第二溫控器11串聯後和控制器7連接，所述壓縮機I的排氣管管壁布置有壓縮機排氣溫度傳感器13，所述蒸發器5出口管路內部布置有蒸發器出口溫度傳感器12，所述冷凝器2中布置有與水接觸的水溫傳感器14，所述壓縮機排氣溫度傳感器13、蒸發器出口溫度傳感器12和水溫傳感器14均與控制器7連接，所述節流元件3也與控制器7連接。所述控制器7具有計時器的功能。
[0023]如圖2所示，本發明還提供了上述除霜系統的控制方法，包括如下步驟:
[0024]步驟1:熱泵熱水器正常運行時，壓縮機I啟動，控制器7開始對壓縮機I的運行時間進行計時，當控制器7檢測到壓縮機I的運行時間A > t2，t2為設定的除霜周期，範圍為60~300min，或者當控制器檢測到壓縮機I的排氣溫度T1與水溫T2的差值Λ T1≤T3,T3為設定除霜溫度差值，範圍為3~30°C，進入除霜過程；
[0025]步驟2:除霜時，控制器7接通儲液器4底部的第一電加熱管8，同時控制器7開始對除霜時間進行計時t3 ;第一電加熱管8將熱量傳遞給儲液器4內的製冷劑，從而提升製冷劑溫度到0°C以上，製冷劑流入蒸發器5內的換熱管後，通過傳導和對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，從霜層的內部開始融化除霜；在除霜過程中，當控制器7檢測到壓縮機I排氣溫度T1下降值AT2 > T4時，T4為設定值，範圍為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中的製冷劑液體蒸發為氣體，被壓縮機I吸入，防止吸氣帶液，提高壓縮機I的吸排氣溫度，提高循環中製冷劑的流量，提高制熱量，加快除霜過程；第二電加熱管10加熱的同時，控制器7調整節流元件3的開度，控制製冷劑的流量；
[0026]步驟3:當第二溫控器11的檢測溫度T5≥T6時，T6為設定值，範圍為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；當控制器7檢測到蒸發器5的蒸發器出口溫度T7≥T8時，T8為設定的結束除霜溫度，範圍為5~50°C ;或者當除霜時間t3 ^ t4時，t4為設定的除霜時間，範圍為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，除霜時間t3清零，壓縮機連續運行時間h清零，退出除霜過程；[0027]在步驟3中，當控制器7切斷第二電加熱管10加熱電路的操作出現故障時，第二溫控器11斷開，起到保護作用，防止溫度過高；當控制器7切斷第一電加熱管8加熱電路的操作出現故障時，第一溫控器9斷開，起到保護作用，防止溫度過高。
【權利要求】
1.一種熱泵熱水器的除霜系統，其特徵在於:包括依次連接的壓縮機(I)、冷凝器(2)、節流元件(3)、儲液器(4)、蒸發器(5)和氣液分離器(6)，氣液分離器(6)也和壓縮機(I)連接；所述儲液器(4)內焊接有第一電加熱管(8)，第一電加熱管(8)和置於儲液器(4)內的第一溫控器(9)串聯後和控制器(7)連接，所述氣液分離器(6)內焊接有第二電加熱管(10)，第二電加熱管(10)和置於氣液分離器(6)內的第二溫控器(11)串聯後和控制器(7)連接，所述壓縮機(I)的排氣管管壁布置有壓縮機排氣溫度傳感器(13)，所述蒸發器(5)出口管路內部布置有蒸發器出口溫度傳感器(12)，所述冷凝器(2)中布置有與水接觸的水溫傳感器(14)，所述壓縮機排氣溫度傳感器(13)、蒸發器出口溫度傳感器(12)和水溫傳感器(14)均與控制器(7)連接，所述節流元件(3)也與控制器(7)連接。
2.根據權利要求1所述的一種熱泵熱水器的除霜系統，其特徵在於:所述控制器(7)具有計時器的功能。
3.權利要求1或2所述的除霜系統的控制方法，其特徵在於:包括如下步驟: 步驟1:熱泵熱水器正常運行時，壓縮機(I)啟動，控制器(7)開始對壓縮機(I)的運行時間進行計時，當控制器(7)檢測到壓縮機(I)的運行時間h ^ t2，t2為設定的除霜周期，範圍為60~300min，或者當控制器檢測到壓縮機(I)的排氣溫度T1與水溫T2的差值AT1≤T3，T3為設定除霜溫度差值，範圍為3~30°C，進入除霜過程； 步驟2:除霜時，控制器(7)接通儲液器(4)底部的第一電加熱管(8)，同時控制器(7)開始對除霜時間進行計時t3 ;第一電加熱管(8)將熱量傳遞給儲液器(4)內的製冷劑，從而提升製冷劑溫度到0°C以上，製冷劑流入蒸發器(5)內的換熱管後，通過傳導和對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，從霜層的內部開始融化除霜；在除霜過程中，當控制器(7)檢測到壓縮機(I)排氣溫度T1下降值AT2ST4時，T4為設定值，範圍為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)中的製冷劑液體蒸發為氣體，被壓縮機(I)吸入，第二電加熱管(10)加熱的同時，控制器(7)調整節流元件(3)的開度，控制製冷劑的流量； 步驟3:當第二溫控器(11)的檢測溫度T5≥T6時，T6為設定值，範圍為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；當控制器(7)檢測到蒸發器(5)的蒸發器出口溫度T7 ST8時，T8為設定的結束除霜溫度，範圍為5~50°C ;或者當除霜時間t3 ^ t4時，t4為設定的除霜時間，範圍為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，除霜時間t3清零，壓縮機連續運行時間h清零，退出除霜過程； 在步驟3中，當控制器(7)切斷第二電加熱管(10)加熱電路的操作出現故障時，第二溫控器(11)斷開；當控制器(7)切斷第一電加熱管(8)加熱電路的操作出現故障時，第一溫控器(9)斷開。
【文檔編號】F25B47/00GK103727714SQ201310699443
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】陳旗, 晏剛, 陳曉園 申請人:西安交通大學