[發(fā)明專利]一種熱泵熱水器的除霜系統(tǒng)及其控制方法

有效

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• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103727714A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳旗;晏剛;陳曉園
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F25B47/00
• 分類號: F25B47/00;F25B49/02
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會俠

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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。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)霜問題，影響了它的推廣使用。在冬季室外氣溫過低時，熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)溫度過低，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。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(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(jīng)過除霜后，原有的熱水溫度會降低，并且，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(huán)保節(jié)能的理念。熱氣旁通除霜時，簡單的旁通回路可能產(chǎn)生壓縮機(jī)液擊現(xiàn)象，同時，在除霜過程中，因壓縮機(jī)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，并且除霜時間較長。

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(fā)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(jié)束。但是這種方式對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

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，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，能夠解決除霜過程中水溫低，除霜時間長，除霜效率低、控制除霜開始和結(jié)束的判斷不準(zhǔn)確等問題。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

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)1連接；所述儲液器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)1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具有計時器的功能。

上述除霜系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

步驟1：熱泵熱水器正常運(yùn)行時，壓縮機(jī)1啟動，控制器7開始對壓縮機(jī)1的運(yùn)行時間進(jìn)行計時，當(dāng)控制器7檢測到壓縮機(jī)1的運(yùn)行時間t₁≥t₂，t₂為設(shè)定的除霜周期，范圍為60～300min，或者當(dāng)控制器檢測到壓縮機(jī)1的排氣溫度T₁與水溫T₂的差值ΔT₁≤T₃，T₃為設(shè)定除霜溫度差值，范圍為3～30℃，進(jìn)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(jìn)行計時t₃；第一電加熱管8將熱量傳遞給儲液器4內(nèi)的制冷劑，從而提升制冷劑溫度到0℃以上，制冷劑流入蒸發(fā)器5內(nèi)的換熱管后，通過傳導(dǎo)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(nèi)部開始融化除霜；在除霜過程中，當(dāng)控制器7檢測到壓縮機(jī)1排氣溫度T₁下降值ΔT₂≥T₄時，T₄為設(shè)定值，范圍為10～30℃，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)1吸入，第二電加熱管10加熱的同時，控制器7調(diào)整節(jié)流元件3的開度，控制制冷劑的流量；