專利名稱：運行熱水系統(tǒng)中的熱泵的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用在熱水系統(tǒng)中的熱泵的運行，并尤其涉及這樣的熱泵在低環(huán)境溫 度條件下的運行。
背景技術(shù)：
熱泵是通過做功將熱從“源”位置中轉(zhuǎn)移到“散熱”位置的設(shè)備或系統(tǒng)。熱泵通過 利用稱之為制冷劑的蒸發(fā)和凝結(jié)液體的物理性質(zhì)來運行。壓縮機使高壓縮氣體狀態(tài)下的制 冷劑循環(huán)經(jīng)過熱泵回路。在壓縮機的排出側(cè)，熱的并被高度壓縮的氣體在稱之為冷凝器的 熱交換器中被冷卻，直到氣體在相對更適中的溫度下凝結(jié)成為高壓液體。被凝結(jié)的制冷劑 然后通過例如恒溫膨脹閥或毛細(xì)管的降壓設(shè)備，該降壓設(shè)備將低壓的且僅為液體的制冷劑 傳遞到稱之為蒸發(fā)器的另一個熱交換器，在這里制冷劑通過熱的吸收而蒸發(fā)為氣體。然后， 制冷劑被返回到壓縮機，并且該循環(huán)被重復(fù)。在采用熱泵來加熱水體的熱水系統(tǒng)中，水溫與環(huán)境空氣溫度差別越大，則壓縮制 冷劑流體所需的壓差和能量就越大。性能系數(shù)(COP)是用于描述能量效率的量度，也就是 每單位的功轉(zhuǎn)移的熱量。因此，當(dāng)環(huán)境空氣溫度比熱水系統(tǒng)中的水溫低很多或高很多時， COP的值相對更高。當(dāng)環(huán)境空氣溫度比實際或所要求的水溫低很多或高很多時(即，COP值 相對較高時)，熱泵變得要經(jīng)受過多的勞損。在這樣的溫度條件下的一種常規(guī)運行方法，是 關(guān)閉熱泵，并采用升壓器(booster)(比如，輔助電加熱元件)來加熱水。當(dāng)環(huán)境空氣溫度比水溫低得多時表現(xiàn)出的另一個不利效果，是空氣中的濕氣在蒸 發(fā)器上冷凝和形成了冰。這在蒸發(fā)器通常被置于室外的熱水系統(tǒng)中尤其嚴(yán)重。轉(zhuǎn)到升壓運 行，如上所述，改善了這個問題。然而，升壓器需要持續(xù)的動力，并且違背了使用熱泵本來的 環(huán)境動機。此外，電加熱元件在安裝到熱水系統(tǒng)的水罐內(nèi)時易被侵蝕。因此，需要提供可選的和/或改進的方法和設(shè)備，用于在極端的環(huán)境溫度條件下， 特別是在環(huán)境溫度低的條件下運行熱泵。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了用于在低環(huán)境空氣溫度下運行熱泵的方法。該方 法包括以下步驟周期性地或暫時地停止經(jīng)過熱泵的蒸發(fā)器的制冷劑流；以及在制冷劑流 被停止時提供穿過蒸發(fā)器的強制氣流。周期性地或暫時地停止經(jīng)過蒸發(fā)器的制冷劑流的步驟，可包括重復(fù)地將熱泵的壓縮機關(guān)閉第一預(yù)定時間段和將熱泵的壓縮機開啟第二預(yù)定時間段。第二預(yù)定時間段比第一 預(yù)定時間段長。本發(fā)明的另一個方面提供了一種設(shè)備，該設(shè)備包括熱泵回路、風(fēng)扇、溫度傳感器 和電子控制器。該熱泵回路包括壓縮機、冷凝器、減壓裝置和蒸發(fā)器；風(fēng)扇用于產(chǎn)生穿過蒸 發(fā)器的氣流；溫度傳感器用于測量環(huán)境空氣溫度；電子控制器連接到壓縮機、風(fēng)扇和溫度 傳感器。熱泵回路用于保持制冷劑的充注。電子控制器用于從溫度傳感器獲取環(huán)境空氣 溫度值；當(dāng)環(huán)境空氣溫度值低于第一預(yù)定溫度值時，重復(fù)地開啟和關(guān)閉壓縮機；以及當(dāng)壓 縮機被關(guān)閉時，運行風(fēng)扇來提供穿過蒸發(fā)器的強制氣流。電子控制器可用于通過重復(fù)地將壓縮機關(guān)閉第一預(yù)定持續(xù)時間和將壓縮機開啟第 二預(yù)定持續(xù)時間，來循環(huán)地運行壓縮機。第二預(yù)定時間持續(xù)時間比第一預(yù)定時間持續(xù)時間長。本發(fā)明的再另一個方面提供了一種熱水系統(tǒng)，其包括用于貯水的水罐；熱泵回 路，其包括壓縮機、減壓裝置、蒸發(fā)器和與水罐內(nèi)的水成熱交換關(guān)系的冷凝器；用于生成穿 過蒸發(fā)器的氣流的風(fēng)扇；用于確定環(huán)境空氣溫度的第一溫度傳感器；以及連接到壓縮機、 風(fēng)扇和第一溫度傳感器的電子控制器。該電子控制器用于從溫度傳感器獲取環(huán)境空氣溫 度值；當(dāng)環(huán)境空氣溫度值低于第一預(yù)定溫度值時重復(fù)地將壓縮機開啟和關(guān)閉；以及當(dāng)壓縮 機被關(guān)閉時，運行風(fēng)扇來提供穿過蒸發(fā)器的強制氣流。熱水系統(tǒng)可還包括第二溫度傳感器，該第二溫度傳感器連接到電子控制器，并用 于確定水罐中的水的溫度。在這種情況下，電子控制器還適用于從第二溫度傳感器獲取水 溫值；以及當(dāng)水溫超出第三預(yù)定溫度時關(guān)閉壓縮機和風(fēng)扇。電子控制器可用于通過重復(fù)地將壓縮機關(guān)閉第一預(yù)定持續(xù)時間和將壓縮機開啟 第二預(yù)定持續(xù)時間，來循環(huán)地運行壓縮機。第二預(yù)定持續(xù)時間比第一預(yù)定持續(xù)時間長。本發(fā)明的又一個方面提供了運行熱水系統(tǒng)中的熱泵的方法。該方法包括以下步 驟當(dāng)熱泵在運行中對熱水系統(tǒng)的水罐內(nèi)的水進行加熱的同時，提供穿過熱泵的蒸發(fā)器的 強制氣流；以及當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，暫時地停止經(jīng)過蒸發(fā)器的制冷劑流，并 將穿過蒸發(fā)器的強制氣流的方向反轉(zhuǎn)。當(dāng)熱泵在運行中對熱水系統(tǒng)的水罐內(nèi)的水進行加熱 并且環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，可周期性地執(zhí)行所述暫時地停止經(jīng)過蒸發(fā)器的制冷 劑流并將穿過蒸發(fā)器的強制氣流的方向反轉(zhuǎn)的步驟。可以每隔2小時就將經(jīng)過蒸發(fā)器的制 冷劑流停止并將風(fēng)扇的方向反轉(zhuǎn)約30分鐘的時間段。風(fēng)扇的方向可被反轉(zhuǎn)成，向蒸發(fā)器不 易受影響而結(jié)冰的一側(cè)上提供強制氣流。本發(fā)明的又一個方面提供了一種熱水系統(tǒng)，包括水罐、熱泵回路、風(fēng)扇、溫度傳感 器，和電子控制器。其中，水罐用于貯水；熱泵回路包括壓縮機、減壓裝置、蒸發(fā)器，和與水罐 內(nèi)的水成熱交換關(guān)系的冷凝器；風(fēng)扇用于提供穿過蒸發(fā)器的強制氣流；溫度傳感器用于確 定環(huán)境空氣溫度；電子控制器連接到壓縮機、風(fēng)扇和溫度傳感器。該電子控制器適用于從 溫度傳感器獲取環(huán)境空氣溫度值；當(dāng)熱泵在運行中對水罐內(nèi)的水進行加熱時，運行風(fēng)扇來 提供穿過蒸發(fā)器的強制氣流；以及當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，暫時地停止經(jīng)過蒸 發(fā)器的制冷劑流，并將穿過蒸發(fā)器的強制氣流的方向反轉(zhuǎn)。


在下文中通過參考附圖描述了實施例，這些實施例只作為例子，在各附圖中
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圖1是熱泵實施例的示意性框圖；圖2是在熱水系統(tǒng)中運行熱泵，例如圖1中的熱泵的方法的流程圖；圖3是用于運行熱泵，例如圖1中的熱泵的電子控制器的示意性框圖；以及圖4是熱泵的另一個實施例的示意性框圖。
具體實施例方式在下文中描述了低環(huán)境溫度的條件下運行熱泵的方法和設(shè)備的實施例。雖然各實 施例是通過參考用于在熱水系統(tǒng)中加熱水的熱泵來描述的，但并非意圖將本發(fā)明限制在此 方式下。例如，下文中描述的實施例可應(yīng)用于為例如建筑物加熱系統(tǒng)(比如逆循環(huán)空調(diào)) 的其他目所用的熱泵。在此說明書中涉及的熱水系統(tǒng)意圖將家用的和工業(yè)用的水加熱系統(tǒng)兩者都包括 進來。圖1示出了熱泵100的實施例。參考圖1，熱泵100具有熱泵回路，該熱泵回路包 括蒸發(fā)器170、壓縮機150、冷凝器140和例如恒溫膨脹閥(TX閥)的減壓設(shè)備130。該熱 泵回路被配置成使得，壓縮機150的出口被連接到冷凝器140的入口，冷凝器140的出口被 連接到減壓設(shè)備130的入口，減壓設(shè)備130的出口被連接到蒸發(fā)器170的入口，并且蒸發(fā)器 170的出口被連接到壓縮機150的入口。熱泵回路適用于保護制冷劑的充注，壓縮機150使 該制冷劑按照箭頭190所示的方向循環(huán)通過熱泵。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，上述的熱 泵100的組件運行產(chǎn)生制冷劑循環(huán)。風(fēng)扇160用于生成穿過蒸發(fā)器170的氣流180。風(fēng)扇160可包括單速的、多速的 或可變速度的風(fēng)扇。壓縮機150和風(fēng)扇160的運行由連接至通常為干線電力供應(yīng)(mains power)的電源(未示出)的電子控制器120控制。溫度傳感器110也連接到電子控制器 120，用于確定環(huán)境溫度值并將其提供給電子控制器120。當(dāng)熱泵100用在熱水系統(tǒng)中時，冷 凝器140 —般被安置在與熱水系統(tǒng)的水罐145中的水成熱交換關(guān)系的位置上。如在上文中所描述的，當(dāng)環(huán)境空氣溫度比實際或要求的水溫低很多或高很多時， 熱泵100可變得要經(jīng)受過多的勞損。此外，當(dāng)環(huán)境空氣溫度比水溫低很多時，空氣中的濕氣 在蒸發(fā)器和用于將蒸發(fā)器連接到熱泵回路的其他承載制冷劑的組件上冷凝和形成冰。本發(fā)明的實施例提供了用于在低環(huán)境空氣溫度下運行熱泵100的方法。該方法包 括暫時地或永久地停止制冷劑流通過熱泵100的蒸發(fā)器170，并在制冷劑流被停止時從風(fēng) 扇160提供穿過蒸發(fā)器170的強制氣流。優(yōu)選地，在制冷劑流被停止的整個期間，都提供來 自風(fēng)扇160的強制氣流。但是，這不是必需的，因為可只需在制冷劑流被停止的大體部分時 間內(nèi)維持強制氣流。可通過關(guān)閉壓縮機150來停止通過蒸發(fā)器170的制冷劑流。停止制冷 劑流的效果是，來自風(fēng)扇160的強制氣流導(dǎo)致蒸發(fā)器170中的靜止制冷劑被加熱，這導(dǎo)致制 冷劑與環(huán)境空氣之間的溫度差異顯著減小，繼而導(dǎo)致在蒸發(fā)器170及關(guān)聯(lián)的連接組件上結(jié) 的冰融化。通過采用單壁的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)可幫助除冰。在上文中參考圖1描述的實施例中，風(fēng)扇160適用于吸氣來加熱蒸發(fā)器170內(nèi)的 制冷劑。換句話說，圖1中如箭頭180所示的強制氣流的方向是穿過蒸發(fā)器170吹向風(fēng)扇 160。在此配置中，強制氣流首先觸及蒸發(fā)器170最易受低的環(huán)境溫度條件影響而導(dǎo)致結(jié)冰 的一側(cè)。
但是，發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，與以圖1中的箭頭180所示的方向運行風(fēng)扇160相比，在經(jīng) 過蒸發(fā)器170的制冷劑流被暫時停止的同時反方向運行風(fēng)扇160致使來自風(fēng)扇160的強制 氣流吹向蒸發(fā)器170較少受影響而結(jié)冰的一側(cè)(即，強制氣流在與圖1中箭頭180所指的 方向相反的方向上)，充分地改善了除冰效率。這繼而改善了熱泵100的總加熱效率。在一種實施例中，風(fēng)扇160適用于在正常運行(即非除冰)過程中提供箭頭180的 方向的強制氣流，并在除冰運行過程中被反轉(zhuǎn)來提供與箭頭180相反的方向的強制氣流。在另一個實施例中，風(fēng)扇160可適用于總是(即在正常運行的和除冰運行兩個過 程中)提供與箭頭180相反的方向的強制氣流。雖然正常運行過程(即壓縮機150運行) 中移動制冷劑的效果可導(dǎo)致蒸發(fā)器170的結(jié)冰增加，但是可額外地致使強制氣流經(jīng)過壓縮 機150附近，從而提供溫度升高的強制氣流，這將有助于除冰。圖2是運行熱泵，例如圖1中的熱泵100的方法的流程圖。圖2中的方法可實施 為由圖1中的電子控制器120執(zhí)行的計算機程序。該方法從步驟210開始，在這一步電子控制器120的硬件和/或軟件被初始化。例 如，可為持續(xù)時間測量的目的初始化計數(shù)器。主程序循環(huán)包括步驟270，并且大概每分鐘執(zhí)行一次。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可體 會到其他主程序循環(huán)延遲間隔可以可替代地實施。在步驟212，判斷環(huán)境空氣溫度是否低于預(yù)定的溫度值4°C，低于該預(yù)定的溫度值 時要執(zhí)行除冰。如果否(N)，則不需要除冰，并且熱泵的正常運行繼續(xù)進行到步驟220。在步驟220，判斷壓縮機是否是在運行中的。如果否(N)，則在步驟222判斷熱水 系統(tǒng)的水罐中的水的溫度是否低于預(yù)定值53°C。因為橫跨水罐通常存在溫差，并且為了消 耗的目的熱水被從水罐的頂部抽走，因此在步驟222中用來判斷的水溫優(yōu)選地是接近水罐 頂部的水的溫度(Tt)。如果熱水系統(tǒng)的水罐中的水的溫度低于預(yù)定值53°C⑴，則在步驟224罐中的水 需要加熱，并且壓縮機和風(fēng)扇都被開啟。步驟224有效地開啟了熱泵。方法于是繼續(xù)進行 到主循環(huán)的步驟270。如果罐中的水不需要加熱(N)，在步驟222，方法不開啟熱泵而直接繼 續(xù)進行到主循環(huán)的步驟270。如果壓縮機在步驟220是在運行中的(Y)，則在步驟226判斷熱水系統(tǒng)的水罐頂部 的水溫Tt是否高于預(yù)定值58°C。如果是(Y)，罐里的水不需要進一步加熱，并且壓縮機、風(fēng) 扇和計數(shù)器在步驟228被關(guān)閉。步驟228有效地關(guān)閉了熱泵。本方法繼續(xù)進行到主循環(huán)的 步驟270。如果罐里的水需要進一步加熱(Y)，在步驟226，本方法不關(guān)閉熱泵而直接繼續(xù)進 行到主循環(huán)的步驟270?，F(xiàn)在返回步驟212，如果環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定值4°C，則需要除冰，且方法繼續(xù) 進行到步驟230。在步驟230判斷環(huán)境空氣溫度是否低于預(yù)定值-5°C。如果是(Y)，則從 步驟232起，有效地關(guān)閉熱泵。在步驟232，判斷壓縮機是否在運行中。如果是(Y)，在步驟 234關(guān)閉壓縮機。在步驟236等待30分鐘的延遲之后，在步驟238關(guān)閉計數(shù)器，并且在步驟 240關(guān)閉風(fēng)扇。此后，本方法繼續(xù)進行到主循環(huán)的步驟270。如果壓縮機在步驟232已經(jīng)關(guān) 閉(N)，本方法直接進行至主循環(huán)的步驟270。如果在步驟230環(huán)境溫度不低于預(yù)定的值_5°C (N)，則執(zhí)行除冰。在步驟250判 斷計數(shù)器是否在運行中，如果否(N)，則在步驟252開啟計數(shù)器，并如前文所述那樣處理繼
8續(xù)到步驟220。但是，如果在步驟250計數(shù)器是在運行中的(Y)，則在步驟254判斷是否計 數(shù)器指示從最近一次被開啟已經(jīng)經(jīng)過了長于2小時的時間。如果還沒有過去長于2小時的 時間(N)，則如前文所述那樣處理從步驟220繼續(xù)進行。相反，如果已經(jīng)經(jīng)過了長于2小時 的時間，在步驟256關(guān)閉壓縮機。在步驟258等待30分鐘延遲之后，在步驟260關(guān)閉計數(shù) 器，并且在步驟262再次開啟壓縮機。此后，本方法進行到主循環(huán)的步驟270。如在前文中參考圖2的描述，當(dāng)執(zhí)行除冰時，壓縮機被重復(fù)循環(huán)地開啟2小時和關(guān) 閉30分鐘(即，當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于4°C且高于或等于_5°C時。但是在整個除冰周期期 間，保持開啟風(fēng)扇。環(huán)境空氣溫度在4°C或更高時，不需要除冰。在環(huán)境空氣溫度低于_5°C 時，熱泵被完全關(guān)閉(即壓縮機和風(fēng)扇兩者都關(guān)閉)，因為熱泵在這樣低的溫度下運行是不 可行的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將體會到，在以上參考圖2所作的描述中所涉及的值和范圍 (比如溫度和時間的值和范圍)僅僅是為了描述本發(fā)明的特定的實施例，可替換實施其他 預(yù)設(shè)定值和/或范圍。例如，可在不同的環(huán)境溫度范圍內(nèi)執(zhí)行除冰。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可體會到，在除冰操作期間對于運行壓縮機的開啟和關(guān)閉時間可分別不同于圖2實施例 中所用的2小時和30分鐘。除冰時間(即，壓縮機開啟和關(guān)閉時間)取決于濕度，且通常 在15分鐘到30分鐘的范圍內(nèi)?？赏ㄟ^增強穿過蒸發(fā)器的氣流來加速除冰，這可以通過采 用多速風(fēng)扇來實現(xiàn)。多速風(fēng)扇還可用于在高環(huán)境溫度或高水溫下，通過減小氣流并從而降 低制冷劑壓強來輔助熱泵性能。優(yōu)選地在壓縮機關(guān)閉的整個期間都維持來自風(fēng)扇的強制氣 流。然而，這不是必需的，可以只需在壓縮機關(guān)閉的大部分時間內(nèi)維持強制氣流。如前文所描述的，風(fēng)扇可用于在除冰期間向蒸發(fā)器最易受影響而結(jié)冰的一側(cè)吹風(fēng) 來改善除冰效率。這可通過在除冰期間反轉(zhuǎn)風(fēng)扇方向或在正常運行和除冰期間使風(fēng)扇向蒸 發(fā)器的內(nèi)表面吹風(fēng)來達到。圖3是圖1中的電子控制器120的實施例的示意性框圖。對熱泵100的控制通過 駐留在微控制器310的存儲器內(nèi)的軟件控制程序執(zhí)行。在一個特定實施例中，微控制器310 包括Microchip PIC16F676CM0S 8-比特微控制器。PIC16F676具有1792字節(jié)的基于閃存 的程序存儲器、64字節(jié)的RAM和128字節(jié)的EEPR0M，并還包括機載10比特模擬數(shù)字(A/D) 轉(zhuǎn)換器。但是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易體會到的，可在控制器310中可替換地實施其他微 控制器或微處理器。也可實施各種存儲器和外圍配置，例如機載和機外存儲器的組合。微控制器310經(jīng)由輸出端口控制熱泵100的組件，該輸出端口依靠輸入/輸出接 口電路320連接到各裝置。在一個實施例中，經(jīng)由形成輸入/輸出接口電路320的一部分 的繼電器(relay)控制壓縮機150和風(fēng)扇160。但是，也可以實施其他的控制元件，包括例 如硅控晶體管(thyristors)和三端雙向可控硅元件(triaces)的固體開關(guān)。在一些實施 例中，用于風(fēng)扇的繼電器或控制元件使風(fēng)扇的方向能夠反轉(zhuǎn)。微控制器310經(jīng)由輸入端口從熱泵100和/或熱水系統(tǒng)的組件獲得數(shù)據(jù)，該輸入 端口依靠輸入/輸出接口電路320連接到各裝置。例如，從圖1中的溫度傳感器110獲得 環(huán)境空氣溫度數(shù)據(jù)。此外，微控制器310也可從溫度傳感器(在圖1中未示出)獲得與熱 水罐145頂部和/或底部處的水溫(分別是Tt和Tb)有關(guān)的數(shù)據(jù)，其中溫度傳感器通過輸 入/輸出接口電路連接到微控制器310的輸入端口。因此，微控制器310可以依照例如水 溫、環(huán)境空氣溫度等外部變量控制壓縮機150和風(fēng)扇160。
微控制器310還可通過RF通信接口 340連接到RF收發(fā)機350，以便從遠(yuǎn)程實體接 收信息和/或向遠(yuǎn)程實體發(fā)送信息。這樣的信息可以用于例如遠(yuǎn)程地監(jiān)控系統(tǒng)性能(例如 熱水溫度)和/或熱水的消耗。RF收發(fā)機350可包括用于蜂窩電話類型通信(比如GSM、 GPRS或CDMA)的通信模塊。可以可替代地實施其他類型的通信收發(fā)機，這些收發(fā)機可采用 例如超高頻(UHF)、甚高頻(VHF)或微波波段的通信信道。更進一步地，可以只實施接收機， 來代替RF收發(fā)機350。該RF收發(fā)機可用于與固定的或移動的、手持的RF通信裝置通信。微控制器310還可連接到RS-232通信接口 330，以提供到計算機設(shè)備(未示出) 的通信鏈路?？蓪嵤└鞣N其他類型的通信接口來替代RS-232接口，例如RS-485接口、平行 接口、紅外接口、通用串行總線(USB)接口，或任意其他公共可用的或?qū)Ｓ玫耐ㄐ沤涌?。?算機設(shè)備可包括個人電腦(PC)、個人數(shù)字輔助設(shè)備(PDA)、移動電話，或任意其他非定制的 產(chǎn)品或?qū)Ｓ糜嬎銠C設(shè)備。用于控制器310運行的參數(shù)可從這樣的計算機設(shè)備經(jīng)由RS-232 通信接口 330由控制器310調(diào)整，和/或下載到控制器310。在某些實施例中，安裝在微控 制器310的程序存儲器中的引導(dǎo)裝入程序軟件使得新的和/或修改后的控制軟件能夠經(jīng)由 RS-232通信接口 330下載到控制器310。微控制器310、RF通信接口 340、RF收發(fā)機350和RS-232通信接口 330由電源360 供電，電源360通常從市電電源(mains supply)接收輸入功率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將體會到，在前文中參照圖3描述的電子控制器，是可用于實 現(xiàn)本發(fā)明的實施例的電子控制器的例子。可以可替換地實施各種其他類型的電子控制器， 這些電子控制器包括電子電路，該電子電路不包括微處理器或微控制器。圖4示出了熱泵400的另一個實施例。熱泵400與圖1中的熱泵100相類似，因 為在圖1和圖4中具有同樣的參考標(biāo)識符的組件是相似的或基本相同的。例如，在圖1和 圖4中的蒸發(fā)器170、風(fēng)扇160、壓縮機150、冷凝器140和減壓設(shè)備130在功能性上是等同 的或相似的。然而，圖4的實施例中的風(fēng)扇160被用于以箭頭480的方向朝向蒸發(fā)器170 吹氣。蒸發(fā)器170包括兩個用于熱交換的主運行側(cè)或表面，命名為172側(cè)和174側(cè)。其中 一側(cè)，例如，由于被暴露于更低的空氣溫度下，通常更易受影響而結(jié)冰。來自風(fēng)扇160的強 制氣流觸及蒸發(fā)器170的較不易受影響而結(jié)冰的一側(cè)174。也就是說，蒸發(fā)器170的172側(cè) 更易受影響而結(jié)冰。在特定實施例中，風(fēng)扇160被操作以便每隔2小時以箭頭480的方向吹氣0. 5小 時的時段，來執(zhí)行除冰。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將體會到，可以可替代地實施其他的時段
和/或數(shù)值。在本發(fā)明的某些實施例中，風(fēng)扇160通常僅在水加熱的期間被開啟，來提供穿過 蒸發(fā)器170的強制氣流，以對蒸發(fā)器170內(nèi)的制冷劑進行加熱。然而，當(dāng)環(huán)境空氣溫度降到 比預(yù)定溫度值(比如8°C )更低時，蒸發(fā)器170變得可能會結(jié)冰。結(jié)果，經(jīng)過蒸發(fā)器170的 制冷劑流被暫時停止(例如，壓縮機150被關(guān)閉)，并且風(fēng)扇160的方向被暫時反轉(zhuǎn)(例如， 用于以圖4中箭頭480的方向提供或指引強制氣流)。通常在熱泵被用來加熱熱水系統(tǒng)的 水罐里的水以及環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，周期性地執(zhí)行將經(jīng)過蒸發(fā)器170的制冷 劑流停止和反轉(zhuǎn)風(fēng)扇160的方向(即，穿過蒸發(fā)器170的強制氣流的方向)的操作。在特定的實施例中，每隔2小時就在近似30分鐘的時段內(nèi)持續(xù)將經(jīng)過蒸發(fā)器170 的制冷劑流停止并將風(fēng)扇160的方向反轉(zhuǎn)。
在風(fēng)扇160的方向被反轉(zhuǎn)的期間，強制氣流被提供到或指引向蒸發(fā)器170較不易 受影響而結(jié)冰的一側(cè)上(例如參考圖4，由箭頭480指示的強制氣流的方向，到達與蒸發(fā)器 170的較易受影響而結(jié)冰的一側(cè)172相比，蒸發(fā)器170的較不易受影響而結(jié)冰的一側(cè)174 上)。在前文中描述的實施例有利地使熱泵能夠在低環(huán)境溫度下運行。前文中描述的實 施例還提供了在低環(huán)境溫度下運行時為熱泵的組件(比如蒸發(fā)器)除冰的裝置。本實施例 的效果顯著的優(yōu)點是不需要附加的除冰設(shè)備或能量。本實施例尤其適用于的具有置于室外 的蒸發(fā)器的熱泵，例如家用或工業(yè)用的水加熱系統(tǒng)。前文的詳細(xì)描述只是提供了示范性實施例，并非意圖限制本發(fā)明的范圍、適用性 或配置。該示范性實施例的描述為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了能夠用于實現(xiàn)本發(fā)明實施例的描 述。在元件的功能和布置上可做出各種改變，而不會背離在權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的精 神和范圍。在本文中涉及的特定特征、元件和步驟在本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域中具有被熟知的 等同物的情況下，這樣的熟知的等同物被視作如同獨立闡述一樣被合并于此。此外，除非特 別作出相反陳述，關(guān)于特定實施例涉及的特征、元件和步驟可視情況構(gòu)成任意其他實施例 的部分。在本說明書的上下文中，所采用的措辭“包括”意思是“原則上包含但不必單一地 包含”或“具有”或“包括”，而并非指“僅由……組成”。措辭“包括”的變型，例如“正包括” 和“包括了”相應(yīng)地具有各種意思。
權(quán)利要求
一種在低環(huán)境空氣溫度下運行熱泵的方法，該方法包括以下步驟周期性地停止經(jīng)過所述熱泵的蒸發(fā)器的制冷劑流；以及當(dāng)所述制冷劑流被停止時，提供穿過所述蒸發(fā)器的強制氣流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述周期性地停止經(jīng)過蒸發(fā)器的制冷劑流的步驟包 括重復(fù)地將所述熱泵的壓縮機關(guān)閉第一預(yù)定時間段，和將所述熱泵的壓縮機開啟第二預(yù)定 時間段，所述第二預(yù)定時間段比所述第一預(yù)定時間段長。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)環(huán)境空氣溫度降到預(yù)定溫度值以下時，執(zhí)行所述 方法。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱泵用于加熱熱水系統(tǒng)中的水，并且所述熱泵 的冷凝器被放置成與所述熱水系統(tǒng)中的水體成熱交換關(guān)系。
5.一種設(shè)備，包括熱泵回路，其包括壓縮機、冷凝器、減壓裝置和蒸發(fā)器，所述熱泵回路用于保持制冷劑 的充注；風(fēng)扇，其用于產(chǎn)生穿過所述蒸發(fā)器的氣流； 溫度傳感器，其用于測量環(huán)境空氣溫度；以及電子控制器，其連接到所述壓縮機、所述風(fēng)扇和所述溫度傳感器，所述電子控制器用于從所述溫度傳感器獲取環(huán)境空氣溫度值；當(dāng)所述環(huán)境空氣溫度值低于第一預(yù)定溫度值時，重復(fù)地將所述壓縮機開啟和關(guān)閉；并且當(dāng)所述壓縮機被關(guān)閉時，運行所述風(fēng)扇來提供穿過所述蒸發(fā)器的強制氣流。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述電子控制器通過重復(fù)地將所述壓縮機關(guān)閉第一 預(yù)定持續(xù)時間和將所述壓縮機開啟第二預(yù)定持續(xù)時間，來循環(huán)地運行所述壓縮機，所述第 二預(yù)定持續(xù)時間比所述第一預(yù)定持續(xù)時間長。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述電子控制器還用于在所述環(huán)境空氣溫度值小于 第二預(yù)定溫度值時，關(guān)閉所述壓縮機并關(guān)閉所述風(fēng)扇。
8.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述電子控制器還用于在所述環(huán)境空氣溫度值大于 或等于所述第一預(yù)定溫度值時，連續(xù)地運行所述風(fēng)扇和所述壓縮機。
9.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述減壓裝置包括恒溫膨脹閥(TX閥)。
10.一種熱水系統(tǒng)，其包括 水罐，其用于貯水；熱泵回路，其包括壓縮機、減壓裝置、蒸發(fā)器，和與所述水罐中的水成熱交換關(guān)系的冷 凝器；風(fēng)扇，用于產(chǎn)生穿過所述蒸發(fā)器的氣流； 第一溫度傳感器，其用于確定環(huán)境空氣溫度；以及電子控制器，連接到所述壓縮機、所述風(fēng)扇和所述第一溫度傳感器，所述電子控制器用于從所述溫度傳感器獲取環(huán)境空氣溫度值；當(dāng)所述環(huán)境空氣溫度值低于第一預(yù)定溫度值時，重復(fù)地將所述壓縮機開啟和關(guān)閉；以及當(dāng)所述壓縮機被關(guān)閉時，運行所述風(fēng)扇以提供穿過所述蒸發(fā)器的強制氣流。
11.如權(quán)利要求10所述的熱水系統(tǒng)，還包括第二溫度傳感器，該第二溫度傳感器連接 到所述電子控制器，并用于確定所述水罐中的水的溫度，所述電子控制器還用于從所述第二溫度傳感器獲取水的溫度值；以及當(dāng)所述水的溫度超過第三預(yù)定溫度時，關(guān)閉所述壓縮機和所述風(fēng)扇。
12.如權(quán)利要求10所述的熱水系統(tǒng)，其中所述電子控制器用于通過重復(fù)地將所述壓縮 機關(guān)閉第一預(yù)定持續(xù)時間和將所述壓縮機開啟第二預(yù)定持續(xù)時間，來循環(huán)地運行所述壓縮 機，所述第二預(yù)定持續(xù)時間比所述第一預(yù)定持續(xù)時間長。
13.如權(quán)利要求10所述的熱水系統(tǒng)，其中所述電子控制器還用于在所述環(huán)境空氣溫度 值小于第二預(yù)定溫度值時，關(guān)閉所述壓縮機和所述風(fēng)扇。
14.如權(quán)利要求10所述的熱水系統(tǒng)，其中所述電子控制器還用于在所述環(huán)境空氣溫度 值大于或等于所述第一預(yù)定溫度值時，連續(xù)地運行所述風(fēng)扇和所述壓縮機。
15.如權(quán)利要求10所述的熱水系統(tǒng)，其中所述減壓裝置包括恒溫膨脹閥(TX閥)。
16.一種用于在低環(huán)境空氣溫度下運行熱泵的方法，所述方法包括以下步驟暫時地停止經(jīng)過所述熱泵的蒸發(fā)器的制冷劑流；并且在所述制冷劑流被停止時提供穿過所述蒸發(fā)器的強制氣流。
17.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求16所述的方法，其中提供強制氣流的步驟包括迫使氣流 流動到所述蒸發(fā)器不易受影響而結(jié)冰的一側(cè)。
18.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述電子控制器用于控制所述風(fēng)扇向所述蒸發(fā)器 不易受影響而結(jié)冰的一側(cè)上吹氣。
19.如權(quán)利要求10所述的熱水系統(tǒng)，其中所述電子控制器用于控制所述風(fēng)扇向所述蒸 發(fā)器不易受影響而結(jié)冰的一側(cè)上吹氣。
20.一種用于運行熱水系統(tǒng)中的熱泵的方法，所述方法包括以下步驟當(dāng)所述熱泵在運行中加熱所述熱水系統(tǒng)的水罐中的水時，提供穿過所述熱泵的蒸發(fā)器 的強制氣流；以及當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，暫時地停止經(jīng)過所述蒸發(fā)器的制冷劑流，并將穿 過所述蒸發(fā)器的所述強制氣流的方向反轉(zhuǎn)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中當(dāng)所述熱泵在運行中加熱所述熱水系統(tǒng)的所述水 罐中的水并且環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，暫時地停止經(jīng)過所述蒸發(fā)器的制冷劑流和 將穿過所述蒸發(fā)器的所述強制氣流的方向反轉(zhuǎn)的所述步驟被周期性地執(zhí)行。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，每隔2小時就將經(jīng)過所述蒸發(fā)器的所述制冷劑流 停止并將所述風(fēng)扇的方向反轉(zhuǎn)約30分鐘的時段。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述風(fēng)扇的方向被反轉(zhuǎn)，來向所述蒸發(fā)器不易受 影響而結(jié)冰的一側(cè)提供強制氣流。
24.一種熱水系統(tǒng)，其包括水罐，其用于貯水；熱泵回路，其包括壓縮機、減壓裝置、蒸發(fā)器和與所述水罐中的水成熱交換關(guān)系的冷凝器；風(fēng)扇，其用于提供穿過所述蒸發(fā)器的氣流； 溫度傳感器，其用于確定環(huán)境空氣溫度；以及電子控制器，其連接到所述壓縮機、所述風(fēng)扇和所述溫度傳感器，所述電子控制器用于從所述溫度傳感器獲取環(huán)境空氣溫度值；當(dāng)所述熱泵在運行中加熱所述水罐中的水時，運行所述風(fēng)扇來提供穿過所述蒸發(fā)器的 強制氣流；并且當(dāng)環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，暫時地停止經(jīng)過所述蒸發(fā)器的制冷劑流，并將穿 過所述蒸發(fā)器的所述強制氣流的方向反轉(zhuǎn)。
25.如權(quán)利要求24所述的熱水系統(tǒng)，其中當(dāng)所述熱泵在運行中加熱所述水罐中的水并 且環(huán)境空氣溫度低于預(yù)定溫度值時，所述電子控制器周期性地停止經(jīng)過所述蒸發(fā)器的制冷 劑流并將穿過所述蒸發(fā)器的所述強制氣流的方向反轉(zhuǎn)。
26.如權(quán)利要求25所述的熱水系統(tǒng)，其中每隔2小時就將經(jīng)過所述蒸發(fā)器的所述制冷 劑流停止并將所述風(fēng)扇的方向反轉(zhuǎn)約30分鐘的時間段。
27.如權(quán)利要求24所述的熱水系統(tǒng)，其中所述風(fēng)扇的方向被反轉(zhuǎn)，來向所述蒸發(fā)器不 易受影響而結(jié)冰的一側(cè)上提供強制氣流。
全文摘要
一種在低環(huán)境空氣溫度下運行熱泵(100)的方法，包括周期性地或暫時地停止經(jīng)過熱泵(100)的蒸發(fā)器(170)的制冷劑流，并在制冷劑流被停止時提供穿過蒸發(fā)器(170)的強制氣流。該方法使熱泵(100)能夠在低環(huán)境溫度下運行，并提供了在低環(huán)境溫度下運行時為蒸發(fā)器(170)除冰的裝置。本方法尤其適用于蒸發(fā)器被置于室外的熱泵，例如家用的和工業(yè)用的水加熱系統(tǒng)。
文檔編號F24H4/00GK101932892SQ200880125955
公開日2010年12月29日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者帕特里克·普塞爾 申請人:達克斯制造有限公司