專利名稱：具有水加熱的熱泵系統(tǒng)中的冷卻劑填充量控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種熱泵系統(tǒng)，并且特別是涉及包括輔助液體加熱的熱泵系統(tǒng)，包括例如加熱用于游泳池的水、家庭用水系統(tǒng)和類(lèi)似物。
背景技術(shù)：
可逆熱泵在本領(lǐng)域是公知的，并且通常用來(lái)冷卻和加熱住宅或建筑物的氣候受控適宜區(qū)域。傳統(tǒng)熱泵包括壓縮機(jī)、抽吸累積器、換向閥、具有相關(guān)風(fēng)扇的室外熱交換器、具有相關(guān)風(fēng)扇的室內(nèi)熱交換器、與室外熱交換器操作相關(guān)的膨脹閥以及與室內(nèi)熱交換器可操作相關(guān)的第二膨脹閥。所述的部件通常布置在采用公知的卡諾蒸氣壓縮循環(huán)的關(guān)閉冷卻劑回路泵系統(tǒng)中。在冷卻模式下操作時(shí)，在冷卻劑經(jīng)過(guò)室外熱交換器時(shí)通過(guò)穿過(guò)室內(nèi)熱交換器的冷卻劑吸收的過(guò)多熱量排放到環(huán)境。
本領(lǐng)域公知的是另外的冷卻劑-水熱交換器可添加在熱泵系統(tǒng)中，以便吸收過(guò)多熱量，從而加熱水，而不是將過(guò)多熱量簡(jiǎn)單排放到環(huán)境。另外，在用于加熱氣候受控區(qū)域的加熱模式下，熱泵通常具有未利用的加熱能力。例如，每個(gè)美國(guó)專利NO.3188829、4098092、4492092以及5184472披露一種熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輔助熱水熱交換器。但是這些系統(tǒng)沒(méi)有包括用于在冷卻劑回路中控制冷卻劑填充量的任何裝置。因此，雖然可以操作，這些系統(tǒng)不能在所有操作模式下最佳有效。
在熱泵系統(tǒng)中，根據(jù)所述模式和操作點(diǎn)，室外熱交換器和室內(nèi)熱交換器各自狀作為蒸發(fā)器、冷凝器或過(guò)冷器操作。因此，冷凝可以在任何熱交換器內(nèi)出現(xiàn)，并且抽吸管線可填充氣態(tài)或液態(tài)的冷卻劑。因此，為了確保在可接受效率范圍內(nèi)進(jìn)行操作，對(duì)于每種模式來(lái)說(shuō)，每種操作模式中所需的系統(tǒng)冷卻劑填充量將是不同的。
美國(guó)專利4528822披露一種熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括附加的冷卻劑-液體熱交換器，該熱交換器利用排放到環(huán)境的熱量來(lái)加熱液體。該系統(tǒng)可在四種獨(dú)立操作模式下操作空間加熱、空間冷卻、液體加熱以及空間冷卻和液體加熱同時(shí)進(jìn)行。在單獨(dú)的液體加熱的模式下，室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇關(guān)閉，而在空間冷卻和液體加熱模式下，室外熱交換器風(fēng)扇關(guān)閉。在單獨(dú)的液體加熱以及空間冷卻和液體加熱同時(shí)進(jìn)行過(guò)程中，設(shè)置冷卻劑填充儲(chǔ)槽，液體冷卻劑通過(guò)從冷卻劑到液體熱交換器的重力排入儲(chǔ)槽。但是，在所有操作模式下對(duì)于如何有效控制冷卻劑回路中的冷卻劑填充量來(lái)說(shuō)，沒(méi)有披露控制方法。另外，沒(méi)有披露空間加熱和液體加熱同時(shí)進(jìn)行的模式。
因此，希望的是在所有操作模式下提供有效控制冷卻劑填充量的系統(tǒng)，由此熱泵系統(tǒng)可在單獨(dú)的空氣冷卻模式、空氣冷卻和液體加熱模式、單獨(dú)的空氣加熱模式、空氣加熱和液體加熱模式以及單獨(dú)的液體加熱模式中有效操作。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明的目的在于在具有液體加熱能量的熱泵系統(tǒng)中提供改進(jìn)的冷卻劑填充量控制。
在一個(gè)方面，本發(fā)明的目的在于提供一種用于在具有液體加熱能量的熱泵系統(tǒng)中控制所有操作模式下的冷卻劑填充量的方法。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種用于在可逆熱泵中控制冷卻劑填充量的方法，該熱泵具有關(guān)閉回路冷卻劑循環(huán)回路以及與冷卻劑循環(huán)回路可操作相關(guān)以便存放冷卻劑容積的冷卻劑儲(chǔ)槽，其中熱泵可在單獨(dú)空氣冷卻模式、單獨(dú)空氣加熱模式、單獨(dú)輔助水加熱模式、組合空氣冷卻和輔助水加熱模式以及組合空氣加熱和輔助水加熱模式下操作。該方法包括如下步驟在這些模式之一下啟動(dòng)操作，將冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)冷卻劑從初始容積調(diào)節(jié)到用于所述特定模式的所需初始容積；在所述模式下感測(cè)操作期間的壓縮機(jī)排放溫度；將所感測(cè)的排放溫度與壓縮機(jī)排放溫度的預(yù)選上部極限比較；以及如果所感測(cè)排放溫度超過(guò)壓縮機(jī)排放溫度的預(yù)選上部極限，將液體冷卻劑從冷卻劑儲(chǔ)槽引導(dǎo)到冷卻劑循環(huán)回路。
在另一實(shí)施例中，如果所感測(cè)壓縮機(jī)排放溫度沒(méi)有超過(guò)壓縮機(jī)排放溫度的預(yù)選上部極限，并且當(dāng)前操作模式是固定膨脹模式，該方法包括如下其它步驟確定所述冷卻劑循環(huán)回路中冷卻劑顯示的當(dāng)前過(guò)熱程度；將所確定的過(guò)熱程度與過(guò)熱程度的預(yù)選可接受范圍比較；并且如果所確定的過(guò)熱程度小于過(guò)熱程度的可接受范圍，將冷卻劑從冷卻劑循環(huán)回路引導(dǎo)到冷卻劑儲(chǔ)槽，并且如果所確定的過(guò)熱程度大于過(guò)熱程度的可接受范圍，將冷卻劑從冷卻劑儲(chǔ)槽引導(dǎo)到冷卻劑循環(huán)回路。另外，如果所確定的過(guò)熱程度在過(guò)熱程度的所接受范圍內(nèi)，該方法還包括如下步驟確定所述冷卻劑循環(huán)回路中冷卻劑顯示的當(dāng)前過(guò)冷程度；將所確定的過(guò)冷程度與過(guò)冷程度的預(yù)選可接受范圍比較；并且如果所確定的過(guò)冷程度大于過(guò)冷程度的可接受范圍，將冷卻劑從冷卻劑循環(huán)回路引導(dǎo)到冷卻劑儲(chǔ)槽，并且如果所確定的過(guò)冷程度小于過(guò)冷程度的可接受范圍，將冷卻劑從冷卻劑儲(chǔ)槽引導(dǎo)到冷卻劑循環(huán)回路。將冷卻劑儲(chǔ)槽中的冷卻劑初始容積調(diào)節(jié)到特定操作模式所需初始容積的步驟可包括如果特定模式是沒(méi)有水加熱的模式，將液體冷卻劑從冷卻劑循環(huán)回路有選擇地引導(dǎo)到冷卻劑儲(chǔ)槽，以便為冷卻劑儲(chǔ)槽填充液體冷卻劑；并且如果特定模式是具有水加熱的模式，將氣態(tài)冷卻劑從冷卻劑回路有選擇地引導(dǎo)到冷卻劑儲(chǔ)槽，以便為冷卻劑儲(chǔ)槽填充氣態(tài)冷卻劑。將冷卻劑儲(chǔ)槽中的冷卻劑初始容積調(diào)節(jié)到特定操作模式所需初始容積的步驟可包括檢測(cè)冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)液體冷卻劑的高度；在特定模式下，將冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)的液體冷卻劑高度與上次穩(wěn)定狀態(tài)下操作時(shí)檢測(cè)的液體冷卻劑高度比較；以及在所述模式的一個(gè)模式下，根據(jù)需要調(diào)節(jié)冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)液體冷卻劑高度，以便將所檢測(cè)的冷卻劑高度等于上次穩(wěn)定操作時(shí)所檢測(cè)的液體冷卻劑高度。


為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的這些和其它目的，結(jié)合附圖，參考本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，附圖中圖1是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明單獨(dú)室內(nèi)空氣冷卻模式下的操作；圖2是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明室內(nèi)空氣冷卻和水加熱模式下的操作；圖3是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明單獨(dú)室內(nèi)空氣冷卻模式下的操作；圖4是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明室內(nèi)空氣冷卻和水加熱模式下的操作；圖5是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明單獨(dú)水加熱模式下的操作；
圖6是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明空氣冷卻模式下的操作；圖7是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明第一空氣加熱模式下的操作；圖8是表示本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖，說(shuō)明第二空氣加熱模式下的操作；圖9是表示用于本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的控制系統(tǒng)配置的實(shí)施例的示意圖；圖10是表示在新操作模式下啟動(dòng)時(shí)的冷卻劑填充量調(diào)節(jié)過(guò)程的第一實(shí)施例的方框圖；圖11是表示在新操作模式下啟動(dòng)時(shí)的冷卻劑填充量調(diào)節(jié)過(guò)程的第二實(shí)施例的方框圖；圖12是表示在新操作模式下啟動(dòng)時(shí)的冷卻劑填充量調(diào)節(jié)過(guò)程的第三實(shí)施例的方框圖；圖13是表示用于在啟動(dòng)之后調(diào)節(jié)冷卻劑填充量的排放溫度限制控制過(guò)程的方框圖；以及圖14是表示用于在啟動(dòng)之后調(diào)節(jié)冷卻劑填充量的填充量控制過(guò)程的方框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1-5的第一實(shí)施例和圖6-8的第二實(shí)施例所示，冷卻劑熱泵系統(tǒng)不僅為例如位于建筑物(未示出)內(nèi)的室內(nèi)區(qū)域的適宜區(qū)域提供加熱或冷卻空氣，而且提供輔助水加熱。該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)20、抽吸累積器22、換向閥30、室外熱交換器40以及位于建筑物外側(cè)并與周?chē)h(huán)境形成熱傳導(dǎo)關(guān)系的相關(guān)風(fēng)扇、室內(nèi)熱交換器50以及位于適宜區(qū)域內(nèi)的相關(guān)風(fēng)扇、與室外熱交換器40可操作相關(guān)的第一膨脹閥44以及與室內(nèi)熱交換器50可操作相關(guān)的第二膨脹閥54。包括冷卻劑管線35、45和55的冷卻劑回路以傳統(tǒng)方式為采用公知卡諾蒸氣壓縮循環(huán)的熱泵系統(tǒng)提供連接這些部件的關(guān)閉回路冷卻劑流動(dòng)路徑。另外，該系統(tǒng)10包括冷卻劑-水熱交換器60，冷卻劑以與將要加熱的水形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)該熱交換器。將要加熱的水從例如熱水存儲(chǔ)罐或游泳池的水儲(chǔ)槽64經(jīng)由水循環(huán)管線65通過(guò)循環(huán)泵63泵送，經(jīng)過(guò)熱交換器60并返回到儲(chǔ)槽64。
包括轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮機(jī)、螺旋壓縮機(jī)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)或任何其它類(lèi)型的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)20具有用于從抽吸累積器22接收冷卻劑的抽吸入口和用于排放壓縮冷卻劑的出口。換向閥30可包括有選擇定位的、雙位置、四孔口閥，該閥具有第一孔口30-1、第二孔口30-2、第三孔口30-3以及第四孔口30-4。換向閥30可定位在用于將第一孔口和第二孔口以流體連通的方式連接以及同時(shí)將第三孔口和第四孔口以流體連通的方式連接的第一位置。換向閥30可定位在用于將第一孔口和第三孔口以流體連通的方式連接以及同時(shí)將第二孔口和第四孔口以流體連通的方式連接的第二位置。有利的是，在第一和第二位置中形成的各自孔口對(duì)孔口的連接在閥30內(nèi)實(shí)現(xiàn)。壓縮機(jī)20的出口28經(jīng)由冷卻劑管線35以流體連通的方式連接到換向閥30的第一孔口30-1上。換向閥30的第二孔口30-2在閥的外部經(jīng)由冷卻劑管線45以冷卻劑流體連通的方式連接到換向閥30的第三孔口30-3上。換向閥30的第四孔口30-4以冷卻劑流體連通的方式連接到壓縮機(jī)20的抽吸入口26上。
室外熱交換器40和室內(nèi)熱交換器50可操作地布置在冷卻劑管線45內(nèi)。室外熱交換器50經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45A以流體連通的方式連接到換向閥30的第二孔口30-2上。室內(nèi)熱交換器50經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45C以流體連通的方式連接到換向閥30的第三孔口30-3上。冷卻劑45的區(qū)段45B將室外熱交換器40和室內(nèi)熱交換器50以冷卻劑流體連通的方式連接。抽吸累積器22可在壓縮機(jī)20的抽吸側(cè)上布置在冷卻劑管線55內(nèi)，使其入口經(jīng)由冷卻劑管線55的區(qū)段55A以冷卻劑流體連通的方式連接到換向閥30的第四孔口30-4上，并且使其出口經(jīng)由冷卻劑管線55的區(qū)段55B以冷卻劑流體連通的方式連接到壓縮機(jī)20的抽吸入口上。因此，冷卻劑管線35、45、55一起以冷卻劑流體連通的方式連接壓縮機(jī)20、室外熱交換器40和室內(nèi)熱交換器50，由此形成用于經(jīng)過(guò)熱泵系統(tǒng)10的冷卻劑流動(dòng)循環(huán)的關(guān)閉回路。
第一和第二膨脹閥44和54布置在冷卻劑管線45的區(qū)段45B內(nèi)。在附圖所示的實(shí)施例中，第一膨脹閥44與室外熱交換器40可操作地相關(guān)，并且第二膨脹閥54與室內(nèi)熱交換器50可操作地相關(guān)。每個(gè)膨脹閥44和54設(shè)置裝備有只允許在一個(gè)方向上流動(dòng)的止回閥的旁通管線。與室外熱交換器膨脹閥44相關(guān)的旁通管線43內(nèi)的止回閥46將從室外熱交換器40流出的冷卻劑傳送到室內(nèi)熱交換器50，由此旁通室外熱交換器膨脹閥44，并且將冷卻劑傳送到室內(nèi)熱交換器膨脹閥54。相反，與室內(nèi)熱交換器膨脹閥54相關(guān)的旁通管線53內(nèi)的止回閥56將從室內(nèi)熱交換器50流出的冷卻劑傳送到室外熱交換器40，由此旁通室內(nèi)熱交換器膨脹閥54，并且將冷卻劑傳送到室外熱交換器膨脹閥44。另外，冷卻劑-水熱交換器60與冷卻劑管線35可操作相關(guān)，由此流過(guò)冷卻劑管線35的冷卻劑與經(jīng)過(guò)水循環(huán)管線65的水形成熱交換關(guān)系地傳送。
在圖6、7和8所示的熱泵系統(tǒng)10的實(shí)施例中，除了所述的部件之外，該系統(tǒng)包括具有第一位置和第二位置的抽吸管線旁通閥90、具有閥打開(kāi)狀態(tài)和閥狀態(tài)的例如電磁閥的旁通流動(dòng)控制閥92、旁通管線93、旁通管線95以及止回閥94。有利地作為可選擇定位的雙位置四孔口閥的抽吸管線旁通閥90布置在室內(nèi)熱交換器50和換向閥30之間的冷卻劑回路中。冷卻劑管線51A在室內(nèi)熱交換器50和抽吸管線瀉放閥90的第一孔口90-1之間延伸，并且冷卻劑管線51B在換向閥30的第三孔口30-3和抽吸管線瀉放閥90的第二孔口90-2之間延伸，由此無(wú)論何時(shí)抽吸管線瀉放閥90位于其第一位置，管線51A和51B將以冷卻劑流體連通的方式連接。冷卻劑管線93在冷卻劑管線73和抽吸管線旁通閥90的第三孔口90-3之間以流體連通的方式延伸。冷卻劑管線95在抽吸管線旁通閥90的第四孔口90-4和冷卻劑管線51A之間以流體連通的方式延伸，在室內(nèi)熱交換器50和旁通流動(dòng)控制閥92之間的位置處通向冷卻劑管線51A，由此無(wú)論何時(shí)抽吸管線瀉放閥90位于其第一位置，管線93和95將同樣以冷卻劑流體連通的方式連接。
旁通流動(dòng)控制閥92布置在冷卻劑管線51A內(nèi)，并且可操作，以便在位于其閥關(guān)閉狀態(tài)時(shí)關(guān)閉經(jīng)過(guò)冷卻劑管線51A的流動(dòng)，并且在其閥打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，打開(kāi)經(jīng)過(guò)冷卻劑管線51A的流動(dòng)。止回閥94布置在冷卻劑管線95內(nèi)，以便使得冷卻劑從抽吸管線旁通閥90流過(guò)冷卻劑管線95進(jìn)入冷卻劑管線51A，但是阻止冷卻劑從冷卻劑管線51A流過(guò)冷卻劑管線95到抽吸管線旁通閥90。無(wú)論何時(shí)抽吸管線旁通閥90位于其第二位置，管線51A和93將以冷卻劑流體連通的方式連接，并且管線51B和95也將經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以冷卻劑流體連通的方式連接。
熱泵不僅用來(lái)加熱或冷卻去往適宜區(qū)域的空氣，而且根據(jù)需要加熱水。因此，該系統(tǒng)必須在單獨(dú)空氣冷卻模式、空氣冷卻和水加熱模式、單獨(dú)空氣加熱模式、空氣加熱和水加熱模式以及單獨(dú)水加熱模式下有效操作。由于根據(jù)模式和操作點(diǎn)，室外熱交換器40和室內(nèi)熱交換器50作為蒸發(fā)器、冷凝器或過(guò)冷器操作，冷凝可在一個(gè)或兩個(gè)熱交換器內(nèi)出現(xiàn)，并且抽吸管線可以填充氣態(tài)或液體的冷卻劑。因此，為了確保在可接受的效率范圍內(nèi)操作，對(duì)于每種模式來(lái)說(shuō)，每種模式下所需的系統(tǒng)冷卻劑填充量將不同。由于冷卻劑-水熱交換器60的熱虹吸現(xiàn)象的出現(xiàn)，在不需要水加熱時(shí)，所需的冷卻劑填充量將同樣受到熱交換量的影響。
因此，系統(tǒng)10還包括稱為填充罐的冷卻劑存儲(chǔ)儲(chǔ)槽70，其具有經(jīng)由冷卻劑管線71與冷卻劑管線45以流體連通方式連接的入口以及經(jīng)由冷卻劑管線73與冷卻劑管線55以流體連通方式連接的出口、布置在冷卻劑管線71內(nèi)的第一流動(dòng)控制閥72以及布置在冷卻劑管線73內(nèi)的第二流動(dòng)控制閥74。每個(gè)第一和第二流動(dòng)控制閥72和74具有打開(kāi)位置和關(guān)閉位置，使得經(jīng)過(guò)其中的流動(dòng)可有選擇地控制，由此冷卻劑回路中的冷卻劑填充量可以有選擇地控制。有利的是，每個(gè)第一和第二流動(dòng)控制閥72和74還可具有至少一部分打開(kāi)的位置，并且可以是脈沖寬度調(diào)整電磁閥。另外，例如傳感器的液位計(jì)80可以布置在填充罐70內(nèi)，以便監(jiān)測(cè)填充罐內(nèi)冷卻劑的高度。
現(xiàn)在參考圖9，為了以傳統(tǒng)方式響應(yīng)適宜區(qū)域的冷卻或加熱要求和/或水加熱要求，有利的是微處理器的系統(tǒng)控制器100控制壓縮機(jī)20、換向閥30以及例如室外熱交換器風(fēng)扇42以及室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52的其它熱泵部件的操作。在圖6、7和8所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器還控制抽吸管線旁通閥90和旁通流動(dòng)控制閥92的操作。另外，系統(tǒng)控制器100控制流動(dòng)控制閥72和74的打開(kāi)和關(guān)閉，以便調(diào)節(jié)冷卻劑填充量，從而與不同操作模式的系統(tǒng)要求協(xié)調(diào)。系統(tǒng)控制器100從多個(gè)感測(cè)器接收指示不同系統(tǒng)操作參數(shù)的輸入信號(hào)，感測(cè)器包括(不局限于)抽吸溫度感測(cè)器81、抽吸壓力感測(cè)器83、排放溫度感測(cè)器85、排放壓力感測(cè)器87、水溫感測(cè)器89、室外熱交換器冷卻劑溫度感測(cè)器82、室內(nèi)熱交換器冷卻劑溫度感測(cè)器84以及在膨脹閥44和54之間的位置處與冷卻劑管線45的區(qū)段45B可操作相關(guān)布置的冷卻劑溫度感測(cè)器86。
抽吸溫度感測(cè)器81和抽吸壓力感測(cè)器83以傳統(tǒng)方式靠近壓縮機(jī)20的抽吸入口與冷卻劑管線55可操作相關(guān)地布置，以便分別感測(cè)壓縮機(jī)抽吸入口處的冷卻劑溫度和壓力，并且將其指示信號(hào)分別傳送到系統(tǒng)控制器100。排放溫度感測(cè)器85和排放壓力感測(cè)器87以傳統(tǒng)方式靠近壓縮機(jī)的排放出口與冷卻劑管線35可操作相關(guān)布置，以便分別感測(cè)壓縮機(jī)排放出口處的冷卻劑溫度和壓力，并且將其指示信號(hào)分別傳送到系統(tǒng)控制器100。水溫感測(cè)器89與水儲(chǔ)槽64可操作相關(guān)布置，以便感測(cè)其中的水溫，并且將指示所感測(cè)的水溫信號(hào)傳送到系統(tǒng)控制器100。在室外熱交換器操作時(shí)，溫度感測(cè)器82在適用于測(cè)量經(jīng)過(guò)其中的冷卻劑的冷卻劑相變溫度的位置處與室外熱交換器40可操作相關(guān)布置，并且將指示所感測(cè)的溫度信號(hào)發(fā)送到系統(tǒng)控制器100，以便控制膨脹閥44的操作。類(lèi)似地，在室內(nèi)熱交換器操作時(shí)，溫度感測(cè)器84在用于測(cè)量經(jīng)過(guò)其中的冷卻劑的冷卻劑相變溫度的位置處與室內(nèi)熱交換器50可操作相關(guān)布置，并且將指示所感測(cè)的溫度信號(hào)發(fā)送到系統(tǒng)控制器100，以便控制膨脹閥54的操作。該系統(tǒng)控制器100確定由任何感測(cè)器82和84感測(cè)的來(lái)自于冷卻劑溫度的過(guò)熱程度是否與當(dāng)前操作模式下用作蒸發(fā)器的熱交換器是否相關(guān)。與冷卻劑管線45可操作相關(guān)的冷卻劑溫度感測(cè)器86感測(cè)膨脹閥44和54之間位置處的冷卻劑溫度，并且將指示所感測(cè)的溫度信號(hào)傳送到系統(tǒng)控制器100。系統(tǒng)控制器從由溫度感測(cè)器86接收的感測(cè)溫度確定過(guò)冷程度。
現(xiàn)在參考圖1，在單獨(dú)室內(nèi)空氣冷卻模式下，為了響應(yīng)冷卻的要求，系統(tǒng)控制器100啟動(dòng)壓縮機(jī)20、室外熱交換器風(fēng)扇42和室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52。來(lái)自于壓縮機(jī)20的高壓、過(guò)熱冷卻劑經(jīng)過(guò)冷卻劑管線35到換向閥30，其中冷卻劑引導(dǎo)經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45A到在空氣冷卻模式中用作冷凝器的室外熱交換器40。在室外熱交換器風(fēng)扇42操作時(shí)，環(huán)境空氣以與經(jīng)過(guò)其中的冷卻劑形成熱交換關(guān)系地流過(guò)室外熱交換器40，由此高壓冷卻劑冷凝成液體并過(guò)冷。高壓液體冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45B從室外熱交換器40傳送到在空氣冷卻模式下用作蒸發(fā)器的室內(nèi)熱交換器50。在經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45B過(guò)程中，高壓液體冷卻劑經(jīng)由旁通管線43和止回閥46旁通膨脹閥44，并且因此經(jīng)過(guò)膨脹閥54，其中高壓液體冷卻劑膨脹到較低壓力，由此在冷卻劑進(jìn)入室內(nèi)熱交換器50之前進(jìn)一步冷卻冷卻劑。在冷卻劑穿過(guò)室內(nèi)熱交換器時(shí)，冷卻劑蒸發(fā)。在室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52操作時(shí)，室內(nèi)空氣以與冷卻劑形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)室內(nèi)熱交換器50，由此蒸發(fā)冷卻劑并且冷卻室內(nèi)空氣。冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45C從室內(nèi)熱交換器傳送到換向閥30，并且在經(jīng)由連接到壓縮機(jī)20的抽吸入口上的冷卻劑管線55的區(qū)段55B返回壓縮機(jī)20之前，經(jīng)由冷卻劑管線55的區(qū)段55A引導(dǎo)到抽吸累積器22。
在經(jīng)過(guò)冷卻劑管線35的過(guò)程中，冷卻劑經(jīng)過(guò)熱交換器60，其中冷卻劑以與管線65中的水形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)。在單獨(dú)空氣冷卻的模式下，由于水泵62關(guān)閉，從冷卻劑到水的熱交換量小。因此，只有少量水流過(guò)熱交換器60。流過(guò)管線65的水通過(guò)熱虹吸效應(yīng)驅(qū)動(dòng)。但是，即使在單獨(dú)空氣冷卻模式下水流小，逐漸地，熱交換足以滿足冷卻劑的過(guò)熱降低。
現(xiàn)在參考圖2，在需要水加熱同時(shí)熱泵處于室內(nèi)空氣冷卻模式時(shí)，系統(tǒng)控制器100啟動(dòng)水泵60，并且水經(jīng)由水管線65從存儲(chǔ)罐64經(jīng)由熱交換器60以與流過(guò)冷卻劑管線35的高壓過(guò)熱冷卻劑形成熱交換關(guān)系地泵送。在冷卻劑經(jīng)過(guò)熱交換器60時(shí)，冷卻劑冷凝并且過(guò)冷，這是由于它給出熱量，以便以與冷卻劑形成熱交換關(guān)系地加熱流過(guò)熱交換器60的水。由于在這種空氣冷卻和水加熱模式下，在以與水形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)熱交換器60時(shí)，經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45A到室外熱交換器40的冷卻劑已經(jīng)冷凝和過(guò)冷，在室外熱交換器內(nèi)不需要任何顯著的冷卻。另外，附加的過(guò)冷將減小水加熱能力。因此，在這種室內(nèi)空氣冷卻和水加熱模式下，系統(tǒng)控制器100關(guān)閉室外熱交換器風(fēng)扇42，使得環(huán)境空氣不經(jīng)過(guò)室外熱交換器40，由此減小經(jīng)過(guò)其中的冷卻劑的熱量損失量，由此冷卻劑只經(jīng)受相對(duì)少量的附加過(guò)冷。但是，在儲(chǔ)槽64內(nèi)的水溫接近其設(shè)定點(diǎn)時(shí)，會(huì)希望啟動(dòng)室外風(fēng)扇52，以便改善系統(tǒng)的操作效率。
離開(kāi)室外熱交換器40的冷凝和過(guò)冷液體冷卻劑經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45B到在空氣冷卻模式下用作蒸發(fā)器的室內(nèi)熱交換器50。在經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45B的過(guò)程中，高壓液體冷卻劑經(jīng)由旁通管線43和止回閥46旁通膨脹閥44，并因此經(jīng)過(guò)膨脹閥54，其中高壓液體冷卻劑膨脹到較低壓力，由此在冷卻劑進(jìn)入室內(nèi)熱交換器50之前進(jìn)一步冷卻冷卻劑。在冷卻劑穿過(guò)室內(nèi)熱交換器時(shí)，冷卻劑蒸發(fā)。在室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52操作時(shí)，室內(nèi)空氣以與冷卻劑形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)室內(nèi)熱交換器50，由此蒸發(fā)冷卻劑并且冷卻室內(nèi)空氣。冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45C從室內(nèi)熱交換器傳送到換向閥30，并且在經(jīng)由連接到壓縮機(jī)20的抽吸入口上的冷卻劑管線55的區(qū)段55B返回壓縮機(jī)20之前，經(jīng)由冷卻劑管線55的區(qū)段55A引導(dǎo)到抽吸累積器22。
現(xiàn)在參考圖3，在單獨(dú)室內(nèi)空氣加熱模式下，為了響應(yīng)加熱的要求，系統(tǒng)控制器100啟動(dòng)壓縮機(jī)20、室外熱交換器風(fēng)扇42和室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52。來(lái)自于壓縮機(jī)20的高壓、過(guò)熱冷卻劑經(jīng)過(guò)冷卻劑管線35到換向閥30，其中冷卻劑引導(dǎo)經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45C到在空氣加熱模式中用作冷凝器的室內(nèi)熱交換器50。在室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52操作時(shí)，室內(nèi)空氣以與經(jīng)過(guò)其中的冷卻劑形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)室內(nèi)熱交換器50，由此高壓冷卻劑冷凝成液體并過(guò)冷，并且室內(nèi)空氣加熱。高壓液體冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45B從室內(nèi)熱交換器50傳送到在空氣加熱模式下用作蒸發(fā)器的室外熱交換器40。在經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45B過(guò)程中，高壓液體冷卻劑經(jīng)由旁通管線53和止回閥56旁通膨脹閥54，并且因此經(jīng)過(guò)膨脹閥44，其中高壓液體冷卻劑膨脹到較低壓力，由此在冷卻劑進(jìn)入室外熱交換器40之前進(jìn)一步冷卻冷卻劑。在室外熱交換器風(fēng)扇42操作時(shí)，環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)室外熱交換器，并在冷卻劑穿過(guò)室外熱交換器時(shí)，冷卻劑蒸發(fā)。冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45A從室外熱交換器40傳送到換向閥30，并且在經(jīng)由連接到壓縮機(jī)20的抽吸入口上的冷卻劑管線55的區(qū)段55B返回壓縮機(jī)20之前，經(jīng)由冷卻劑管線55的區(qū)段55A引導(dǎo)到抽吸累積器22。
在經(jīng)過(guò)冷卻劑管線35的過(guò)程中，冷卻劑經(jīng)過(guò)熱交換器60，其中冷卻劑以與管線65中的水形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)。在單獨(dú)空氣冷卻的模式下，由于水泵62關(guān)閉，從冷卻劑到水的熱交換量小。因此，只有少量水流過(guò)熱交換器60。流過(guò)管線65的水通過(guò)熱虹吸效應(yīng)驅(qū)動(dòng)。但是，即使在單獨(dú)空氣冷卻模式下水流小，逐漸地，熱交換足以滿足冷卻劑的過(guò)熱降低。
現(xiàn)在參考圖4，在需要水加熱同時(shí)熱泵處于室內(nèi)空氣加熱模式時(shí)，系統(tǒng)控制器100啟動(dòng)水泵60，并且水經(jīng)由水管線65從存儲(chǔ)罐64經(jīng)由熱交換器60以與流過(guò)冷卻劑管線23的高壓過(guò)熱蒸氣冷卻劑形成熱交換關(guān)系地泵送。在冷卻劑經(jīng)過(guò)熱交換器60時(shí)，主要根據(jù)水溫和室內(nèi)空氣溫度，冷卻劑局部冷凝或凝結(jié)并且局部過(guò)冷，這是由于它給出熱量以便以與冷卻劑形成熱交換關(guān)系地加熱流過(guò)熱交換器60的水。在這種空氣加熱和水加熱模式下，雖然經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45C到室內(nèi)熱交換器50的冷卻劑已經(jīng)部分冷凝或凝結(jié)，并部分過(guò)冷，在以與水形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)熱交換器60時(shí)，還需要加熱室內(nèi)空氣。因此，在這種室內(nèi)空氣加熱和水加熱模式下，系統(tǒng)控制器100啟動(dòng)室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52，使得室內(nèi)空氣以與經(jīng)過(guò)其中的冷卻劑形成熱交換關(guān)系地經(jīng)過(guò)室內(nèi)熱交換器50，由此加熱供應(yīng)到適宜區(qū)域的室內(nèi)空氣，并且進(jìn)一步冷卻和過(guò)冷冷卻劑。
從室內(nèi)熱交換器50經(jīng)過(guò)的高壓過(guò)冷液體冷卻劑經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45B到在空氣加熱模式中用作蒸發(fā)器的室外熱交換器40。在經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45B的過(guò)程中，高壓液體冷卻劑經(jīng)由旁通管線53和止回閥56旁通膨脹閥54，并且因此經(jīng)過(guò)膨脹閥44，其中高壓液體冷卻劑膨脹到較低壓力，由此在冷卻劑進(jìn)入室外熱交換器40之前進(jìn)一步冷卻冷卻劑。在室外熱交換器風(fēng)扇42操作時(shí)，環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)室外熱交換器，并在冷卻劑穿過(guò)室外熱交換器時(shí)，冷卻劑蒸發(fā)。冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45A從室外熱交換器40傳送到換向閥30，并且在經(jīng)由連接到壓縮機(jī)20的抽吸入口上的冷卻劑管線55的區(qū)段55B返回壓縮機(jī)20之前，經(jīng)由冷卻劑管線55的區(qū)段55A引導(dǎo)到抽吸累積器22。
現(xiàn)在參考圖5，在需要水加熱同時(shí)熱泵關(guān)閉時(shí)，即不是室內(nèi)空氣冷卻或加熱模式，系統(tǒng)控制器100啟動(dòng)水泵60、壓縮機(jī)20以及室外熱交換器風(fēng)扇42，但是不啟動(dòng)室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52。在泵60接通時(shí)，水經(jīng)由水管線65從存儲(chǔ)罐64經(jīng)由熱交換器60以與流過(guò)冷卻劑管線35的高壓過(guò)熱蒸氣冷卻劑形成熱交換關(guān)系地泵送。在冷卻劑經(jīng)過(guò)熱交換器60時(shí)，冷卻劑冷凝并且過(guò)冷，這是由于它給出熱量以便以與冷卻劑形成熱交換關(guān)系地加熱流過(guò)熱交換器60的水。離開(kāi)熱交換器60的水繼續(xù)經(jīng)由管線35到換向閥30，換向閥經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45C將冷卻劑引導(dǎo)到室內(nèi)熱交換器50。在這種單獨(dú)水加熱的模式下，由于不需要冷卻或加熱適宜區(qū)域內(nèi)的室內(nèi)空氣，室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52關(guān)閉，使得室內(nèi)空氣不經(jīng)過(guò)室內(nèi)熱交換器。因此，在單獨(dú)水加熱模式下在室內(nèi)熱交換器內(nèi)不出現(xiàn)進(jìn)一步的冷卻劑過(guò)冷。
已經(jīng)穿過(guò)室內(nèi)熱交換器50而不進(jìn)一步過(guò)冷，高壓過(guò)冷液體冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45B傳送到在空氣加熱模式下用作蒸發(fā)器的室外熱交換器40。在經(jīng)過(guò)冷卻劑管線45的區(qū)段45B的過(guò)程中，高壓液體冷卻劑經(jīng)由旁通管線53和止回閥56旁通膨脹閥54，并且因此經(jīng)過(guò)膨脹閥44，其中高壓液體冷卻劑膨脹到較低壓力，由此在冷卻劑進(jìn)入室外熱交換器40之前進(jìn)一步冷卻冷卻劑。在室外熱交換器風(fēng)扇42操作時(shí)，環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)室外熱交換器，并在冷卻劑穿過(guò)室外熱交換器時(shí)，冷卻劑蒸發(fā)。冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線45的區(qū)段45A從室外熱交換器40傳送到換向閥30，并且在經(jīng)由連接到壓縮機(jī)20的抽吸入口上的冷卻劑管線55的區(qū)段55B返回壓縮機(jī)20之前，經(jīng)由冷卻劑管線55的區(qū)段55A引導(dǎo)到抽吸累積器22。
現(xiàn)在參考描述本發(fā)明熱泵系統(tǒng)在單獨(dú)空氣冷卻模式下的第二實(shí)施例的圖6，抽吸管線瀉放閥90定位在圖6所示的第一位置，并且旁通流動(dòng)控制閥92位于其打開(kāi)位置。如此定位，冷卻劑管線51A和51B經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通的方式連接，并且冷卻劑跟隨相同的路徑經(jīng)過(guò)相對(duì)于圖1描述的冷卻劑回路的多種部件。另外，管線93和95同樣經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接，由此來(lái)自于填充罐70的冷卻劑可進(jìn)入冷卻劑回路，而無(wú)論管線73內(nèi)的電磁閥74何時(shí)通過(guò)系統(tǒng)控制器打開(kāi)。從管線51A進(jìn)入管線95的流動(dòng)通過(guò)止回閥94阻止。在空氣冷卻和水加熱模式下，抽吸管線瀉放閥90再次定位在其如圖6所示的第一位置，并且旁通流動(dòng)控制閥92位于其打開(kāi)位置。如此定位，冷卻劑管線51A和51B再次經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通的方式連接，并且冷卻劑跟隨相同的路徑經(jīng)過(guò)相對(duì)于圖2描述的冷卻劑回路的多種部件。
在單獨(dú)室內(nèi)空氣加熱模式下，根據(jù)穿過(guò)水熱交換器60經(jīng)受的熱虹吸效應(yīng)的程度，抽吸管線瀉放閥90可定位在其任何第一位置或第二位置上。如果熱虹吸效應(yīng)的影響相對(duì)小，抽吸管線瀉放閥90將如圖7所示通過(guò)系統(tǒng)控制器定位在其第一位置上。但是，如果熱虹吸效應(yīng)的影響調(diào)整成相對(duì)高，系統(tǒng)控制器將抽吸管線瀉放閥90定位在其如圖8所示的第二位置上。在抽吸管線旁通閥90在其第一位置時(shí)，系統(tǒng)控制器將旁通流動(dòng)控制閥92定位在其打開(kāi)狀態(tài)。在抽吸管線旁通閥90在其第二位置時(shí)，系統(tǒng)控制器將旁通流動(dòng)控制閥92定位在其打開(kāi)位置，系統(tǒng)控制器將旁通流動(dòng)控制閥定位在其關(guān)閉狀態(tài)。
現(xiàn)在參考圖7，在抽吸管線旁通閥90在其第一位置時(shí)的單獨(dú)空氣加熱模式下，冷卻劑管線51A和51B經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接，并且冷卻劑跟隨相同的路徑經(jīng)過(guò)相對(duì)于圖3描述的冷卻劑回路的多種部件。另外，管線93和95同樣經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接，由此來(lái)自于填充罐70的冷卻劑可進(jìn)入冷卻劑回路，而無(wú)論管線73內(nèi)的電磁閥74何時(shí)通過(guò)系統(tǒng)控制器打開(kāi)。由于從管線51A進(jìn)入管線95的流動(dòng)通過(guò)止回閥94阻止，止回閥94的抽吸側(cè)上的管線95內(nèi)任何殘留的冷卻劑將經(jīng)由管線73瀉放返回到壓縮機(jī)。
現(xiàn)在參考圖8，在抽吸管線旁通閥90在其第二位置時(shí)的單獨(dú)空氣加熱模式下，冷卻劑管線51A和51B經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接，并且冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線95而不是經(jīng)由管線51A繼續(xù)到室內(nèi)熱交換器50，但是冷卻劑以大致相同的順序流過(guò)相對(duì)于圖3描述的冷卻劑回路的多種部件。冷卻劑管線93和51A還經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接。一旦管線51A內(nèi)的旁通流動(dòng)控制閥92關(guān)閉，防止流過(guò)管線51A，在閥92的抽吸側(cè)上保留在管線51A內(nèi)的任何冷卻劑經(jīng)由管線93到管線73到壓縮機(jī)20。另外，由于冷卻劑管線93和51A經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接，來(lái)自于填充罐74的冷卻劑可進(jìn)入冷卻劑回路，而無(wú)論管線73內(nèi)的電磁閥何時(shí)通過(guò)系統(tǒng)控制器打開(kāi)。
在空氣加熱和水加熱的模式以及單獨(dú)水加熱模式下，抽吸管線旁通閥90如圖8所示保持定位在其第二位置上，冷卻劑管線51B和95經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接，并且冷卻劑經(jīng)由冷卻劑管線95而不是經(jīng)由管線51A繼續(xù)到室內(nèi)熱交換器50，但是冷卻劑以大致相同的順序流過(guò)相對(duì)于圖4和圖5分別描述的冷卻劑回路的多種部件。一旦管線51A內(nèi)的旁通流動(dòng)控制閥92關(guān)閉，防止流過(guò)管線51A，在閥92的抽吸側(cè)上保留在管線51A內(nèi)的任何冷卻劑經(jīng)由管線93到管線73到壓縮機(jī)20。另外，由于冷卻劑管線93和51A經(jīng)由抽吸管線旁通閥90以流體連通方式連接，來(lái)自于填充罐70的冷卻劑可進(jìn)入冷卻劑回路，而無(wú)論管線73內(nèi)的電磁閥何時(shí)通過(guò)系統(tǒng)控制器打開(kāi)。在空氣加熱和水加熱模式下，室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52將如圖4所示操作，同時(shí)在單獨(dú)水加熱模式下，室內(nèi)熱交換器風(fēng)扇52將不如圖5所示操作。
如上所述，本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)必須在單獨(dú)空氣冷卻模式、空氣冷卻和水加熱模式、單獨(dú)空氣加熱模式、空氣加熱和水加熱模式以及單獨(dú)水加熱模式下有效操作。由于根據(jù)模式和操作點(diǎn)，室外熱交換器40和室內(nèi)熱交換器50作為蒸發(fā)器、冷凝器或過(guò)冷器操作，冷凝可在一個(gè)或兩個(gè)熱交換器內(nèi)出現(xiàn)，并且抽吸管線可以填充氣態(tài)或液體的冷卻劑。因此，為了確保在可接受的效率范圍內(nèi)操作，對(duì)于每種模式來(lái)說(shuō)，每種模式下所需的系統(tǒng)冷卻劑填充量將不同。由于冷卻劑-水熱交換器60的熱虹吸現(xiàn)象的出現(xiàn)，在不需要水加熱時(shí)，所需的冷卻劑填充量將同樣受到熱交換量的影響。
因此，通過(guò)有選擇地打開(kāi)和關(guān)閉布置在冷卻劑管線71內(nèi)的第一流動(dòng)控制閥72和布置在冷卻劑管線73內(nèi)的第二流動(dòng)控制閥74，通過(guò)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)填充罐70內(nèi)的冷卻劑高度，系統(tǒng)控制器系統(tǒng)100控制任何時(shí)刻流過(guò)冷卻劑回路的冷卻劑量(即冷卻劑填充量)。
在最為有利的實(shí)施例中，填充罐70設(shè)置產(chǎn)生并傳遞指示填充罐70內(nèi)的冷卻劑高度的信號(hào)到系統(tǒng)控制器100的液位計(jì)80。液位計(jì)80可構(gòu)造成將液位信號(hào)連續(xù)傳遞、以特定間隔周期性傳遞、或者只在通過(guò)控制器提醒時(shí)傳遞到系統(tǒng)控制器100?，F(xiàn)在參考圖10，在操作中，在控制器從一種操作模式轉(zhuǎn)換到新操作模式時(shí)，控制器100在方框101處接通壓縮機(jī)20，并且接著在方框102處，控制器100將填充罐70內(nèi)的當(dāng)前液位與上次系統(tǒng)以等同于新操作模式的模式操作時(shí)所經(jīng)歷的液位比較，上次經(jīng)歷的液位存儲(chǔ)在控制器的存儲(chǔ)器內(nèi)。如果對(duì)于這種特定操作模式來(lái)說(shuō)，當(dāng)前液位與上次經(jīng)歷的液位相同，控制器100在方框105啟動(dòng)排放溫度控制過(guò)程和/或在方框106處啟動(dòng)正常填充量控制過(guò)程。
但是，如果對(duì)于這種特定操作模式來(lái)說(shuō)當(dāng)前液位不與上次經(jīng)歷的液位相同，控制器100將有選擇地調(diào)整電磁閥72和74以便根據(jù)需要打開(kāi)和關(guān)閉，從而對(duì)于這種特定操作模式來(lái)說(shuō)將當(dāng)前液位調(diào)節(jié)成等于上次經(jīng)歷的液位。如果當(dāng)前液位低于上次經(jīng)歷的液位，在方框103處，控制器100將關(guān)閉電磁閥74，并且調(diào)整電磁閥72打開(kāi)，以便將冷卻劑從冷卻劑回路排放到填充罐70，直到當(dāng)前液位達(dá)到上次經(jīng)歷的液位。相反，如果當(dāng)前液位高于上次經(jīng)歷的液位，控制器100在方框104處將關(guān)閉電磁閥72，并且調(diào)整電磁閥74打開(kāi)，以便將冷卻劑從填充罐70排放到冷卻劑回路中，直到當(dāng)前液位達(dá)到上次經(jīng)歷的液位為止。例如，控制器將適當(dāng)閥打開(kāi)短時(shí)間周期，例如2秒鐘，關(guān)閉該閥，重新檢查液位，并且重復(fù)這種過(guò)程，直到當(dāng)前液位等于上次經(jīng)歷的液位為止。一旦當(dāng)前液位等于上次經(jīng)歷的液位，控制器啟動(dòng)正常填充量控制過(guò)程和/或排放溫度控制過(guò)程。
該系統(tǒng)控制器100還采用不包括與填充罐70相關(guān)的液位感測(cè)器的本發(fā)明熱泵系統(tǒng)的實(shí)施例中描述的控制過(guò)程。但是，在熱泵系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到新操作模式時(shí)，系統(tǒng)控制器100首先根據(jù)所輸入的特定操作模式為填充罐填充液態(tài)冷卻劑或者氣態(tài)冷卻劑。
如果新操作模式不涉及水加熱，系統(tǒng)控制器將按照?qǐng)D11的方框圖描述的過(guò)程繼續(xù)，以便將冷卻劑罐70填充液體冷卻劑。在方框201處接通壓縮機(jī)20之后，系統(tǒng)控制器在方框202處關(guān)閉電磁閥74并打開(kāi)電磁閥72，使得液體冷卻劑從管線71流入填充罐70。在方框203處延遲足夠的預(yù)定時(shí)間(例如大約3分鐘)，使得填充罐70填充液體冷卻劑，在方框205處根據(jù)需要通過(guò)排放溫度控制過(guò)程和/或填充量控制過(guò)程，系統(tǒng)控制器根據(jù)需要繼續(xù)調(diào)節(jié)冷卻劑回路填充量。此時(shí)電磁閥72可定位成打開(kāi)或關(guān)閉。
但是，如果新操作模式不涉及水加熱，系統(tǒng)控制器將按照?qǐng)D12的方框圖描述的過(guò)程繼續(xù)，以便將冷卻劑罐70填充氣態(tài)冷卻劑。在方框211處接通壓縮機(jī)20之后，系統(tǒng)控制器在方框212處關(guān)閉電磁閥72并調(diào)整電磁閥74接通/斷開(kāi)長(zhǎng)達(dá)一定時(shí)間周期，例如打開(kāi)3秒鐘，關(guān)閉17秒鐘，重復(fù)2分鐘，使得氣態(tài)冷卻劑從管線73流入填充罐70。在方框213處延遲足夠的預(yù)定時(shí)間(例如大約3分鐘)，使得填充罐70填充氣態(tài)冷卻劑，在根據(jù)需要通過(guò)方框214處的排放溫度控制過(guò)程和/或方框215處的填充量控制過(guò)程，系統(tǒng)控制器根據(jù)需要繼續(xù)調(diào)節(jié)冷卻劑回路填充量。此時(shí)電磁閥74可定位成打開(kāi)或關(guān)閉。在任何水加熱模式下，控制器100將在溫度感測(cè)器89感測(cè)到水儲(chǔ)槽64內(nèi)的水溫達(dá)到所需極限數(shù)值(例如60度C)時(shí)關(guān)閉泵62。
按照如圖13的方框圖所示的排放溫度極限控制過(guò)程，在進(jìn)入固定膨脹模式時(shí)，在方框301處接通壓縮機(jī)20并延遲短暫時(shí)間之后，例如大約30秒鐘，系統(tǒng)控制器在方框302處將從溫度感測(cè)器85接收的當(dāng)前排放溫度TDC(即從壓縮機(jī)20排放的冷卻劑的溫度)與預(yù)先編程在控制器100內(nèi)的排放溫度極限TDL比較。典型的壓縮機(jī)排放極限可以是制造商應(yīng)用指南規(guī)定下的所需度數(shù)，例如大約7度C。典型的壓縮機(jī)排放溫度極限是大約128度C。如果當(dāng)前排放溫度TDC超過(guò)排放溫度極限，系統(tǒng)控制器100在方框303處中斷填充量控制過(guò)程(如果它當(dāng)前啟動(dòng))，并且接著在方框304處關(guān)閉電磁閥72并調(diào)整電磁閥74打開(kāi)，以便將冷卻劑從填充罐70經(jīng)由冷卻劑管線73排放到冷卻劑回路。如果從溫度感測(cè)器85接收的當(dāng)前排放溫度等于或低于排放溫度極限，系統(tǒng)控制器100在方框305處啟動(dòng)填充量控制過(guò)程(如果它當(dāng)前未啟動(dòng))，并且繼續(xù)進(jìn)行填充量控制過(guò)程，以便根據(jù)需要調(diào)節(jié)冷卻劑回路中的冷卻劑填充量。
在填充量控制過(guò)程中，如圖14所示，由于冷卻劑填充量最初設(shè)定，在方框400處確保壓縮機(jī)20接通時(shí)，系統(tǒng)控制器100在方框401處關(guān)閉兩個(gè)電磁閥72和74。在短暫延遲之后，例如大約1分鐘，根據(jù)當(dāng)前特定的操作模式，系統(tǒng)控制器將在方框403處將系統(tǒng)中當(dāng)前的過(guò)熱程度或過(guò)冷程度中的任一或兩種情況與預(yù)先編程到控制器100內(nèi)的許可范圍比較。例如，在單獨(dú)空氣冷卻以及空氣冷卻和水加熱模式下，過(guò)熱的許可范圍可以從0.5-20度C，并且過(guò)冷的許可范圍可以從2-15度C。在單獨(dú)空氣加熱、空氣加熱和水加熱以及單獨(dú)水加熱模式下，過(guò)熱許可范圍可以例如從0.5-11度C，并且過(guò)冷許可溫度范圍可以從0.5-10度C。
在方框402處確定系統(tǒng)在固定膨脹模式下操作之后，系統(tǒng)控制器在方框403處將當(dāng)前過(guò)熱程度與預(yù)先編程在控制器100內(nèi)的過(guò)熱許可范圍比較。如果當(dāng)前過(guò)熱程度低于許可范圍，在方框404處，系統(tǒng)控制器100將調(diào)整電磁閥72打開(kāi)，以便將冷卻劑從冷卻劑回路排放到填充罐70。如果當(dāng)前過(guò)熱程度高于許可范圍，在方框405處，系統(tǒng)控制器100將調(diào)整電磁閥74打開(kāi)，以便將冷卻劑從填充罐70排放到冷卻劑回路中。如果過(guò)熱程度落入過(guò)熱許可范圍內(nèi)，系統(tǒng)控制器繼續(xù)到方框406。
如果在沒(méi)有固定膨脹的模式下操作，系統(tǒng)控制器在方框407處將當(dāng)前過(guò)冷程度與預(yù)先編程到控制器內(nèi)的過(guò)冷許可范圍比較。如果當(dāng)前過(guò)冷程度高于許可范圍，在方框404處，系統(tǒng)控制器100將調(diào)整電磁閥72打開(kāi)，以便將冷卻劑從冷卻劑回路排放到填充罐70。如果當(dāng)前過(guò)冷程度低于許可范圍，在方框405處，系統(tǒng)控制器100將調(diào)整電磁閥74打開(kāi)，以便將冷卻劑從填充罐70排放到冷卻劑回路。如果過(guò)冷程度落入過(guò)冷的許可范圍，系統(tǒng)控制器繼續(xù)根據(jù)需要經(jīng)由填充量控制過(guò)程和排放溫度極限控制過(guò)程控制冷卻劑填充量。
這里作為實(shí)例提出的例如壓縮機(jī)排放溫度極限、多種時(shí)間延遲、所需過(guò)熱范圍、所需過(guò)冷范圍的多種控制參數(shù)是用于典型的5噸能力的分離系統(tǒng)熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有銅焊板式水-冷卻劑熱交換器60、具有4千克的液體冷卻劑存儲(chǔ)能力的冷卻劑儲(chǔ)槽(填充罐)70、8千克的系統(tǒng)冷卻劑填充量以及7米長(zhǎng)的總體冷卻劑管線。出于說(shuō)明的目的提出這些參數(shù)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到對(duì)于不同的熱泵構(gòu)造和能力來(lái)說(shuō)，這些參數(shù)可不同于所提出的實(shí)例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將選擇準(zhǔn)確的參數(shù)來(lái)將本發(fā)明應(yīng)用于任何特定熱泵系統(tǒng)的最適合的操作中。
雖然參考附圖描述的最佳模式特別描述和說(shuō)明了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到可以進(jìn)行細(xì)節(jié)上的多種變化，而不偏離權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在可逆熱泵中控制冷卻劑填充量的方法，該熱泵具有關(guān)閉回路冷卻劑循環(huán)回路以及與冷卻劑循環(huán)回路可操作相關(guān)以便存放冷卻劑容積的冷卻劑儲(chǔ)槽，其中熱泵可在單獨(dú)空氣冷卻模式、單獨(dú)空氣加熱模式、單獨(dú)輔助水加熱模式、組合空氣冷卻和輔助水加熱模式以及組合空氣加熱和輔助水加熱模式下操作；所述方法包括如下步驟在所述模式之一下啟動(dòng)操作，將冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)冷卻劑從初始容積調(diào)節(jié)到用于所述模式的一個(gè)所述模式的所需初始容積；在所述模式的所述一個(gè)模式下感測(cè)操作期間的壓縮機(jī)排放溫度；將所感測(cè)的排放溫度與壓縮機(jī)排放溫度的預(yù)選上部極限比較；以及如果所感測(cè)排放溫度超過(guò)壓縮機(jī)排放溫度的預(yù)選上部極限，將液體冷卻劑從所述冷卻劑儲(chǔ)槽引導(dǎo)到所述冷卻劑循環(huán)回路。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟如果所感測(cè)壓縮機(jī)排放溫度沒(méi)有超過(guò)壓縮機(jī)排放溫度的預(yù)選上部極限，并且當(dāng)前操作模式是固定膨脹模式，確定所述冷卻劑循環(huán)回路中冷卻劑顯示的當(dāng)前過(guò)熱程度；將所確定的過(guò)熱程度與過(guò)熱程度的預(yù)選可接受范圍比較；如果所確定的過(guò)熱程度小于過(guò)熱程度的可接受范圍，將冷卻劑從所述冷卻劑循環(huán)回路引導(dǎo)到所述冷卻劑儲(chǔ)槽，以及如果所確定的過(guò)熱程度大于過(guò)熱程度的可接受范圍，將冷卻劑從所述冷卻劑儲(chǔ)槽引導(dǎo)到所述冷卻劑循環(huán)回路。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如果所感測(cè)壓縮機(jī)排放溫度沒(méi)有超過(guò)壓縮機(jī)排放溫度的預(yù)選上部極限，并且當(dāng)前操作模式是固定膨脹模式，確定所述冷卻劑循環(huán)回路中冷卻劑顯示的當(dāng)前過(guò)熱程度；將所確定的過(guò)熱程度與過(guò)熱程度的預(yù)選可接受范圍比較；如果所確定的過(guò)熱程度在過(guò)熱程度的可接受范圍內(nèi)，確定所述冷卻劑循環(huán)回路中冷卻劑顯示的當(dāng)前過(guò)冷程度；將所確定的過(guò)冷程度與過(guò)冷程度的預(yù)選可接受范圍比較；如果所確定的過(guò)冷程度大于過(guò)冷程度的可接受范圍，將冷卻劑從所述冷卻劑循環(huán)回路引導(dǎo)到所述冷卻劑儲(chǔ)槽；以及如果所確定的過(guò)冷程度小于過(guò)冷程度的可接受范圍，將冷卻劑從所述冷卻劑儲(chǔ)槽引導(dǎo)到所述冷卻劑循環(huán)回路。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將冷卻劑儲(chǔ)槽中的冷卻劑初始容積調(diào)節(jié)到所述模式的所述一個(gè)模式所需初始容積的步驟包括如果所述模式的所述一個(gè)模式是沒(méi)有水加熱的模式，將液體冷卻劑從所述冷卻劑循環(huán)回路有選擇地引導(dǎo)到所述冷卻劑儲(chǔ)槽，以便為所述冷卻劑儲(chǔ)槽填充液體冷卻劑；以及如果所述模式的所述一個(gè)模式是具有水加熱的模式，將氣態(tài)冷卻劑從所述冷卻劑回路有選擇地引導(dǎo)到所述冷卻劑儲(chǔ)槽，以便為所述冷卻劑儲(chǔ)槽填充氣態(tài)冷卻劑。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述冷卻劑儲(chǔ)槽中的冷卻劑初始容積調(diào)節(jié)到所述模式的所述一個(gè)模式所需初始容積的步驟包括檢測(cè)所述冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)液體冷卻劑的高度；在所述模式的所述一個(gè)模式下，將冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)的液體冷卻劑高度與上次穩(wěn)定狀態(tài)下操作時(shí)檢測(cè)的液體冷卻劑高度比較；以及在所述模式的所述一個(gè)模式下，根據(jù)需要調(diào)節(jié)所述冷卻劑儲(chǔ)槽內(nèi)的液體冷卻劑高度，以便將所檢測(cè)的冷卻劑高度等于上次穩(wěn)定操作時(shí)所檢測(cè)的液體冷卻劑高度。
全文摘要
熱泵系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、換向閥、室外熱交換器和室內(nèi)熱交換器以及冷卻劑－水熱交換器。在空氣冷卻和水加熱模式、空氣加熱和水加熱模式以及單獨(dú)水加熱模式下，水從水儲(chǔ)槽經(jīng)過(guò)冷卻劑－水熱交換器。冷卻劑儲(chǔ)槽可設(shè)置用于冷卻劑填充量控制。冷卻劑管線(71)將儲(chǔ)槽連接到室外和室內(nèi)熱交換器之間的冷卻劑回路上，以便將液體冷卻劑引導(dǎo)到儲(chǔ)槽內(nèi)，并且冷卻劑管線(73)將抽吸入口上游的冷卻劑回路連接到壓縮機(jī)，以便將冷卻劑返回到冷卻劑回路?？刂破鹘?jīng)由管線(71)內(nèi)的控制閥(72)和管線(73)內(nèi)的控制閥(74)的有選擇打開(kāi)和關(guān)閉來(lái)控制進(jìn)入和離開(kāi)冷卻劑儲(chǔ)槽的流動(dòng)。
文檔編號(hào)F25B27/00GK101018993SQ200580026239
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
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