專利名稱：熱泵空調(diào)器的供熱控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于致冷/供熱作業(yè)或者專門供熱作業(yè)的熱泵空調(diào)器的供熱作業(yè)的控制方法，特別是涉及一種熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，該空調(diào)器根據(jù)外部溫度的變化適當控制供熱的空氣流量。
由熱力學定律可知，熱氣流從高溫處自然流向低溫處，然而，如果想要使熱氣流從低溫處流向高溫處，就必須施加外部作用，這就是熱泵原理。
利用熱泵原理的熱泵空調(diào)器通過可逆轉(zhuǎn)地對傳熱機構(gòu)施加作用來執(zhí)行供熱和致冷作業(yè)，它是一個由致冷劑的壓縮、冷凝、膨脹和蒸發(fā)組成的循環(huán)。


圖1是一現(xiàn)有熱泵空調(diào)器的循環(huán)示意圖，它包括一壓縮機10、四通閥20、一內(nèi)部熱交換器30、一內(nèi)部風扇40、一膨脹器50、一外部熱交換器60以及一外部風扇70。
更具體地說，該壓縮機10具有一抽吸口10a和一排放口10b。從抽吸口10a吸入的低壓氣態(tài)致冷劑被壓縮，并從排放口10b以高壓氣態(tài)的形式排出。
四通閥20設(shè)有彼此分開的通道20a、20b，通道20a把壓縮機10的抽吸口10a連接到外部熱交換器60，而通道20b把排放口10b連接到內(nèi)部熱交換器30。在這里，四通閥20按照用戶所選擇的致冷或者供熱工作方式進行切換以改變致冷劑的流動方向。
此外，設(shè)置在內(nèi)部的內(nèi)部熱交換器30在致冷工作方式下可用作蒸發(fā)器，用于將低溫低壓液態(tài)致冷劑蒸發(fā)成高溫高壓的氣態(tài)致冷劑，該熱交換器30在供熱工作方式下也可用作冷凝器，用于將高溫高壓氣態(tài)致冷劑冷凝成室溫、高壓的液態(tài)致冷劑，該熱交換器還可根據(jù)致冷劑的焓變與周圍空氣交換熱量。
內(nèi)部風扇40可促進用作蒸發(fā)器或冷凝器的內(nèi)部熱交換器30進行熱交換作業(yè)，并可運行以產(chǎn)生所需的冷空氣和熱空氣。
同時，連接在內(nèi)部熱交換器30和外部熱交換器60之間的膨脹器50是一毛細管，該毛細管可通過使在其內(nèi)流動的室溫、高壓的液態(tài)致冷劑膨脹進行降壓，這些致冷劑從熱交換器30、60中的一個冷凝成兩相致冷劑，低溫低壓的液態(tài)組份和低溫低壓的氣態(tài)組份混合在一起。
與內(nèi)部熱交換器30相反，該外部熱交換器60設(shè)置在外部并與周圍的空氣進行熱交換，它在致冷工作方式下用作冷凝器，在供熱工作方式下用作蒸發(fā)器。另外，外部風扇70運行可促進外部熱交換器60的熱交換，即起冷凝器或蒸發(fā)器的作用。
圖1中，實線箭頭表示供熱工作方式下致冷劑的流動方向，而虛線箭頭表示致冷工作方式下致冷劑流動方向。根據(jù)用戶所選擇的工作方式，可按照四通閥20的切換來改變致冷和供熱工作方式。
更具體地說，在供熱工作方式下，致冷劑從壓縮機10排出后，通過四通閥20流向內(nèi)部熱交換器30，然后從內(nèi)部熱交換器30通過膨脹器50流向外部熱交換器60，再通過四通閥20流向壓縮機10。同樣，如果切換到致冷工作方式，致冷劑的流動方向與供熱工作方式下致冷劑的流動方向相反，正如虛線箭頭方向所示。
此時，在供熱工作方式下，外部熱交換器60需要熱量，以便使液態(tài)的致冷劑變成氣態(tài)，該熱量從外部空氣獲取。也就是說，液態(tài)致冷劑蒸發(fā)成氣態(tài)，由此通過攝取外部熱量完成熱量交換。
但是，如果外部空氣為低溫狀態(tài)，就會在外部熱交換器的外表面結(jié)霜，從而由于結(jié)霜使吸熱能力降低。因此，內(nèi)部熱交換器30和外部熱交換器60的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度相應地降低，如圖2所示，致冷劑的致冷循環(huán)線(Ⅰ)如虛線所示向下移動，于是，致冷劑的排出溫度降低，基本上感覺不出在供熱。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，當外部溫度測定為很低時，供熱作業(yè)進行一定時間之后，如圖3所示，如果由于結(jié)霜過程使供熱性能削弱，就會進行除霜作業(yè)。
在此，除霜作業(yè)就是利用外部熱交換器60的冷凝作業(yè)所產(chǎn)生的熱量融化附著在外部熱交換器60上的冰霜，通過切換四通閥20將致冷劑的流動改變成與致冷工作方式下的致冷劑流動方向相同，外部熱交換器60就可作為冷凝器工作。這種除霜作業(yè)隨結(jié)霜程度而變化，結(jié)霜程度取決于冷凝溫度或者蒸發(fā)溫度的變化與一個正常時間的比率，例如，在現(xiàn)有技術(shù)中其除霜時間最少需要9-12分鐘。
在這種熱泵空調(diào)器中，在外部低溫狀態(tài)下進行供熱作業(yè)時，外部熱交換器結(jié)霜，根據(jù)除霜情況，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度降低，從而使供熱性能大大降低。另外，如果外部溫度下降到0℃以下，就幾乎不可能進行供熱作業(yè)。
進一步說，熱泵運行的冷凝溫度和壓縮機排出的致冷劑流過的內(nèi)部管道的溫度之間的溫差大約是5-7°。此時，由于外部溫度的變化引起冷凝溫度的改變時，考慮到冷凝溫度的變化，使用適量的空氣運行熱泵是所希望的。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中沒有根據(jù)外部溫度的變化控制空氣流量的功能，熱泵空調(diào)器的運行只是由使用者來控制，因此，降低了供熱性能，也對應地在溫度降低時促進了結(jié)霜積淀現(xiàn)象，而這種結(jié)霜積淀現(xiàn)象需要頻繁的除霜作業(yè)，從而使最少除霜時間延長，這導致了能源消耗和負荷的增加。
因此，本發(fā)明就是提出一種熱泵空調(diào)器供熱控制方法，它能克服現(xiàn)有技術(shù)的問題和缺陷。
本發(fā)明的一個目的就是提供一種熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，該方法可按照外部溫度控制供熱空氣流量，以便即使外部溫度很低情況下，延遲外部熱交換器的結(jié)霜積淀并保持內(nèi)部排出的空氣溫度較高。
如上面概述，為達到上述及其它效果，并根據(jù)本發(fā)明的目的，在專門執(zhí)行供熱作業(yè)或者執(zhí)行供熱和致冷作業(yè)的熱泵空調(diào)器中，連接有致冷劑管道，并具有包括內(nèi)部、外部熱交換器的致冷循環(huán)，每一熱交換器設(shè)有一溫度傳感器，和內(nèi)部、外部風扇，該風扇用于吹送由內(nèi)、外部熱交換器產(chǎn)生的冷風和熱風，提供一種該熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，包括起動供熱作業(yè)時，用外部熱交換器的溫度傳感器檢測外部熱交換器所設(shè)部位的外部溫度；并且，如果檢測的外部溫度低于預定的設(shè)定溫度，就檢測內(nèi)部風扇的當前設(shè)定空氣流量和內(nèi)部管道溫度，從而按照所檢測的內(nèi)部管道溫度保持或者減少內(nèi)部風扇的空氣流量。
附圖是為了幫助理解本發(fā)明，其構(gòu)成本說明書的一部分，并圖示了本發(fā)明的實施例，它與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
附圖中圖1是說明現(xiàn)有技術(shù)中熱泵空調(diào)器工作循環(huán)的示意圖；圖2是一壓力一焓曲線圖，表示致冷劑的冷卻循環(huán)隨著熱泵空調(diào)器的外部溫度降低而變化，其中水平軸代表焓，垂直軸代表絕對壓力；圖3是一時間曲線圖，表示熱泵空調(diào)器的供熱過程以及結(jié)霜和除霜過程，其中垂直軸表示供熱性能，水平軸表示時間；圖4是一示意圖，表示按照本發(fā)明所述連接有控制回路的熱泵空調(diào)器的一個致冷循環(huán)；圖5是控制按照本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器的控制回路的框圖；圖6是按照本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器供熱過程中空氣流量的控制算法流程圖；圖7是一曲線圖，表示供熱性能的變化，在熱泵空調(diào)器的供熱過程中它的空氣流量分成“高”和“低”，其中垂直軸表示供熱性能，水平軸表示時間；圖8是一曲線圖，表示在熱泵空調(diào)器的結(jié)霜積淀中，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度的變化，其中垂直軸表示冷凝溫度和蒸發(fā)溫度，水平軸表示時間。
下面詳細描述本發(fā)明的最佳實施例，其實施例表示在附圖中。
如圖4所示，本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器包括一壓縮機110，用于通過一抽吸口110a吸入低溫低壓的致冷劑，并從一排放口110b排出生成的致冷劑；一設(shè)有兩個通道120a、120b的四通閥120，其中通道120a、120b分別連接抽吸口110a和排放口110b，用于按照用戶所選擇的致冷或供熱工作模式切換每個通道120a、120b的連接位置；一設(shè)置在內(nèi)部的內(nèi)部熱交換器130，用于在致冷工作方式下，作為蒸發(fā)器把流入壓縮機110的低溫、低壓的液態(tài)致冷劑蒸發(fā)成氣態(tài)致冷劑，同時在供熱工作方式下，作為冷凝器把從壓縮機110排出的高溫、高壓的氣態(tài)致冷劑冷凝成室溫、高壓的液態(tài)致冷劑，從而與周圍空氣進行熱交換以便與致冷劑的焓變相對應；一促進內(nèi)部熱交換器130熱交換操作、產(chǎn)生并吹動冷或熱空氣的內(nèi)部風扇140；一膨脹器150，通過使室溫、高壓的液態(tài)致冷劑膨脹而降低致冷劑的壓力，該致冷劑是通過交換器之一冷凝成兩相狀態(tài)后再流動的，所謂兩相狀態(tài)是指低溫低壓的液態(tài)組份和氣態(tài)組份相混合；一設(shè)置在外部的外部熱交換器160，用于在供熱工作方式下作為冷凝器，在致冷工作方式下作為蒸發(fā)器，從而實現(xiàn)與周圍空氣的熱交換；一吹動空氣促進外部熱交換器160進行熱交換操作(冷凝器或者蒸發(fā)器的操作)的外部風扇170；一設(shè)置在外部熱交換器160一側(cè)的外部溫度傳感器180，用于檢測外部空氣溫度；一內(nèi)部溫度傳感器190，用于檢測內(nèi)部熱交換器130內(nèi)部管道的溫度；以及一控制回路200，用于根據(jù)由外部溫度傳感器180和內(nèi)部溫度傳感器190檢測的溫度控制內(nèi)部風扇140。
在描述本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器的控制回路200之前，需要指出的是，利用最新的技術(shù)，對于包括壓縮機、內(nèi)、外部風扇的各個單元來說，利用微機的各種處理設(shè)備，和通過運用微機工作原理，可設(shè)計出控制回路200，一般能夠達到更好的控制操作方式。
現(xiàn)在描述本發(fā)明所述的控制回路200。參照圖5和6，圖5和圖6分別是控制熱泵空調(diào)器的控制回路框圖和本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器在供熱工作方式時空氣量的控制算法流程圖。
圖5中的控制單元210是一微機，微機所編的程序控制和處理每一單元的控制狀態(tài)，這些單元包括圖6所述的控制算法，控制單元210與一空氣流量控制鍵輸入單元220、一溫度檢測單元230、一指示單元240和一負載驅(qū)動單元250連接。
更具體地，控制單元210安裝了預定程序；控制單元210通過溫度檢測單元230讀取由每一單元的傳感器感應到的信號，這些傳感器單元包括內(nèi)、外溫度傳感器190、180，然后把該信號與用戶從空氣流量控制鍵輸入單元220輸入的設(shè)定值進行比較，由預設(shè)程序通過負載驅(qū)動單元250控制壓縮機110、內(nèi)、外部風扇的荷載。這里的溫度檢測單元230把每一傳感器實時感應的信號模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，該數(shù)字值傳輸?shù)娇刂茊卧?10，負載驅(qū)動單元250根據(jù)控制單元210的指令向每一負載提供、切斷或者改變電源。
在本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器中，如果要起動供熱工作方式，需要確定一定的延遲時間是否到時(S1)。該步驟S1就是感應正常狀態(tài)時每一單元的溫度，因為在供熱作業(yè)期間每一單元的起始狀態(tài)很不穩(wěn)定。
延遲一定的時間后，下一步(S2)檢測由圖2中的外部溫度傳感器180感應的外部溫度，判定所檢測的外部溫度是否下降到一預定的溫度限值之下，最好是低于7℃(S3)。此時，應注意如果所檢測的外部溫度在預定溫度限值之上，就要重復先前的步驟(S2)，然而，如果該溫度在預定溫度之下，就要進行下一步驟(S4)，在步驟(S4)中，從用戶設(shè)定的空氣流量和圖4中內(nèi)部溫度傳感器190感應的溫度中檢測當前內(nèi)部管道的溫度。很容易實現(xiàn)預定空氣流量的檢測，例如，測量通過負載驅(qū)動單元250提供給內(nèi)部風扇140的電壓值，或者檢測內(nèi)部風扇140的轉(zhuǎn)動速度。
下一步，按照下面的步驟(S5-S13)，進行檢測設(shè)定空氣流量和內(nèi)部管道溫度的步驟(S4)，然后重復步驟(S2)、步驟(S5-S13)控制空氣流量和管道溫度完成操作。
更進一步說，檢測內(nèi)部管道溫度和控制空氣流量的步驟(S4)可分成三組，其中第一組包括步驟(S5、S8)，通過把空氣流量分成三種程度，即‘高’、‘中’和‘低’，來判斷所檢測的空氣流量的大?。坏诙M包括步驟(S6、S9、S11)，把根據(jù)相應的空氣流量所檢測的內(nèi)部管道溫度與“高溫”、“中溫”和“低溫”中的一個溫度梯度相比較，上述溫度梯度與每一設(shè)定空氣流量有關(guān)；第三組包括步驟(S7、S10、S12、S13)，根據(jù)上述比較的結(jié)果控制空氣流量大小，從而進行過程控制。
可更詳細地描述步驟(S4)，首先，如果在判斷空氣流量大小的步驟(S5)中判定所檢測的空氣流量為‘高’，就接著判斷所檢測的內(nèi)部管道溫度是否高于‘高溫’限值，該‘高溫’限值與預定的‘高’空氣流量(S6)相對應。因此，如果內(nèi)部管道溫度高于‘高溫’限值，熱泵空調(diào)器就保持在當前空氣流量為‘高’(S7)的程度上進行工作；如果內(nèi)部管道溫度界于‘高溫’和‘中溫’限值之間(S9)，就把設(shè)定空氣流量程度降到‘中’(S10)，使空調(diào)器繼續(xù)工作；如果內(nèi)部管道溫度界于‘中溫’和‘低溫’限值之間(S11)，就把設(shè)定空氣流量程度從‘高’降到‘低’(S12)，使空調(diào)器繼續(xù)工作；如果內(nèi)部管道溫度低于‘低溫’限值，就把空氣流量程度再降到‘低-低’(S13)。
第二步，在步驟(S5)中，如果判定所檢測的設(shè)定空氣流量低于‘高’程度，就判斷設(shè)定空氣流量是否為‘中’程度(S8)。然后，當判定所檢測的設(shè)定空氣流量為‘中’程度時，就繼續(xù)判斷內(nèi)部管道溫度是否在‘中溫’以上(S9)。于是，如果判定內(nèi)部管道溫度高于‘中溫’程度，當前的空氣流量就保持在‘中’程度(S10)；同時，如果判定內(nèi)部管道溫度界于‘中溫’和‘低溫’之間(S11)，空氣流量就下降到‘低’程度(S12)。最后，如果判定內(nèi)部管道溫度低于‘低溫’程度，空氣流量就下降到‘低-低’程度(S13)。
第三步，當判斷到設(shè)定空氣流量不在‘中’程度時，就判斷當前空氣流量是否在‘低’程度或者低于該程度，從而直接判斷內(nèi)部管道溫度是否高于‘低溫’程度(S11)。此時，如果判定內(nèi)部管道溫度高于‘低溫’程度，空氣流量就下降到‘低’程度(S12)，如果判定的內(nèi)部管道溫度低于‘低溫’程度，空氣流量就下降到更低的‘低-低’程度(S13)。
綜上所述，在圖6所示的控制算法中，內(nèi)部管道溫度可被設(shè)定在一恒定的范圍內(nèi)，而不用考慮設(shè)定空氣流量的大小，或者根據(jù)產(chǎn)品的性能或使用該產(chǎn)品的環(huán)境條件，按照設(shè)定流量的大小改變設(shè)定值。進一步地，根據(jù)檢測的外部溫度，也可以用另一標準代替，比如致冷劑排出、冷凝或者蒸發(fā)的溫度。
另外，圖7和8表示在低溫外部環(huán)境狀態(tài)下，運行本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器的供熱工作方式所得出的試驗結(jié)果，其中圖7表示供熱性能，而圖8表示結(jié)霜中冷凝溫度與蒸發(fā)溫度的比較結(jié)果。應指出的是，圖7和圖8中的‘Ⅱ’表示現(xiàn)有技術(shù)中不控制空氣流量的情況，而‘Ⅲ’表示按照本發(fā)明所述空調(diào)器工作時控制空氣流量的情況。
具體說，在圖7中，執(zhí)行供熱作業(yè)之后，一旦預定時間到時(大約是40分鐘)，可以看出用按照本發(fā)明所述的方法控制空氣流量，與現(xiàn)有技術(shù)中沒有控制空氣流量的供熱過程相比，供熱性能提高了10％。
進一步分析，在圖8中，在不控制空氣流量的現(xiàn)有技術(shù)中，考慮到冷凝溫度Cond(Ⅱ)的變化，大約30分鐘之后，冷凝溫度Cond(Ⅱ)，即從壓縮機排出的溫度下降到低于40℃的致冷劑的溫度，這樣的溫度實際上已可能感覺到在供熱。但是，按照本發(fā)明所述控制了空氣流量，使排出的致冷劑溫度Cond(Ⅲ)可保持在高于現(xiàn)有技術(shù)大約7℃的水平。
另外，也如圖8所示，考慮到蒸發(fā)溫度Eva(Ⅱ)、Eva(Ⅲ)的變化，現(xiàn)有技術(shù)中蒸發(fā)溫度Eva(Ⅱ)下降到低于-10℃，需要大約40分鐘，該溫度是結(jié)霜的時間點，而對于蒸發(fā)溫度Eva(Ⅲ)下降到同樣的水平，卻需要大約55分鐘。換句話說，相對于蒸發(fā)器、外部熱交換器，本發(fā)明通過對空氣流量的控制供熱作業(yè)時可延長結(jié)霜時間，可延長15分鐘之多。
因此，供熱作業(yè)期間，一旦外部溫度下降，就不必強制操作熱泵空調(diào)器，但可以根據(jù)內(nèi)部管道溫度的變化相應地控制空氣流量從而進行作業(yè)，因而即便在外部低溫狀態(tài)下，也能保持較好的供熱性能，并可延遲結(jié)霜積淀。
綜上所述，本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，由于延遲了結(jié)霜時間，減少了除霜時間，可提高產(chǎn)品的性能和可靠性，從而可改進供熱性能，提高供熱效率，進而可拓寬熱泵空調(diào)器的使用范圍，由于減少了負載工作率，也能延長產(chǎn)品的使用壽命。
很明顯，不超出本發(fā)明的精神和保護范圍，本技術(shù)中的各種改進和改變的技巧，可運用到本發(fā)明所述的熱泵空調(diào)器中去。因此，本發(fā)明覆蓋不超出附屬權(quán)利要求書及其等同的范圍之內(nèi)所提出的改進和改變。
權(quán)利要求
1．一種用于熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，所述熱泵空調(diào)器專門執(zhí)行供熱作業(yè)或者執(zhí)行供熱和致冷作業(yè)，它連接有致冷劑管道，并具有包括內(nèi)部、外部熱交換器的致冷循環(huán)，每一熱交換器設(shè)有一溫度傳感器，和內(nèi)部、外部風扇，該風扇用于吹送由內(nèi)、外部熱交換器產(chǎn)生的冷風和熱風，所述方法包括如下步驟開始供熱作業(yè)時，用外部熱交換器的溫度傳感器檢測外部熱交換器所設(shè)部位的外部溫度；并且如果檢測的外部溫度低于預定的設(shè)定溫度，檢測內(nèi)部風扇的當前設(shè)定空氣流量和外部管道溫度，從而按照所檢測的內(nèi)部管道溫度保持或者減少內(nèi)部風扇的空氣流量。
2．按照權(quán)利要求1所述的用于熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，其特征在于把所檢測設(shè)定的空氣流量分成三種梯度，即‘高’、‘中’和‘低’，與設(shè)定的空氣流量梯度相對應，把內(nèi)部管道溫度分成‘高溫’、‘中溫’和‘低溫’，如果內(nèi)部管道溫度高于與相應梯度的設(shè)定空氣流量相對應的溫度，就保持所設(shè)定的空氣流量，如果內(nèi)部管道溫度低于相應的溫度，就按照相應的溫度把空氣流量降低一個梯度。
3．按照權(quán)利要求2所述的用于熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，其特征在于如果判定內(nèi)部管道溫度低于‘低溫’程度，就降低內(nèi)部風扇設(shè)定空氣流量，使之減少到低于‘低’的程度。
4．按照權(quán)利要求2所述的用于熱泵空調(diào)器的供熱控制方法，其特征在于內(nèi)部管道溫度的設(shè)定范圍與按照所設(shè)定的空氣流量的每一梯度而建立的范圍不同。
全文摘要
一種用于熱泵空調(diào)器的供熱控制方法,包括如下步驟:開始供熱作業(yè)時,用外部熱交換器的溫度傳感器檢測外部熱交換器所設(shè)部位的外部溫度;如果檢測的溫度低于預定的設(shè)定溫度,檢測內(nèi)部風扇的當前設(shè)定空氣流量和外部管道溫度,從而按照所檢測的內(nèi)部管道溫度保持或者減少內(nèi)部風扇的空氣流量。因此,本方法可延遲結(jié)霜積淀,保持外部熱交換器所排出的內(nèi)部空氣溫度較高。
文檔編號F25B49/02GK1231409SQ9910310
公開日1999年10月13日 申請日期1999年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月23日
發(fā)明者柳承光 申請人:Lg電子株式會社