用于热泵系统的制冷剂充注和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了用于热泵系统的制冷剂充注和控制方法。热泵系统包括压缩机、至少一个膨胀阀、用于在其中存储液态制冷剂的体积的储器、连接到该储器以指示在冷却和加热模式下的适当制冷剂充注量的液态制冷剂指示器以及控制器。该控制器配置为基于所测量到的室外气温确定目标压缩机排出压力，并且通过调节该至少一个膨胀阀的位置来控制压缩机排出压力，其中，该目标排出压力瞄准的目标越高，在储器中留下的液态制冷剂越少。储器尺寸确定为总是有能力在加热操作期间保持过剩的制冷剂，并且可以包括充注量位指示器，以便允许系统在现场的恰当充注而不用额外的工具。

【技术实现步骤摘要】

本文件总体涉及利用储器的热泵系统(但不是作为限制)，并且更具体地，本文件涉及热泵系统中的制冷剂充注量控制。
技术介绍
一些常规热泵系统可以通过与储器相结合地利用室内热交换器和室外热交换器进行室内空间的加热和冷却。例如，为了进行冷却，室内热交换器作为蒸发器工作，而室外热交换器作为冷凝器工作。室外冷凝器与膨胀装置相结合地用于降低该随后用于冷却室内空间的空气的制冷剂的温度。用蒸发器内的室内区域的温暖室内空气加热制冷剂，然后吸入到压缩机以循环回冷凝器。冷凝器在室外的放置允许从制冷剂中释放热量到室外空气中。为了进行加热，该系统反向工作。由于进行加热和冷却时的热力差异的缘故，在冷却和加热季节期间，需要不同制冷剂充注量来让系统工作在最佳性能下。由于使用不同尺寸的热交换器的缘故，可能出现额外的制冷剂充注量差异。例如，室内热交换器由于被调节空间所施加的尺寸限制，而内部体积一般较小。这些因素导致系统对于加热和冷却最佳地主要工作在两种不同最佳制冷剂充注量下。此外，随着室内和室外温度在冷却或加热季节内变化，会出现小的制冷剂充注量差异。因此，为了让热泵以最佳性能进行操作，理想的是随着条件改变而具有多个不同制冷剂充注量。制冷剂充注量不仅可以影响性能(诸如冷却/加热能力或能量效率)，而且也可以影响热泵操作。例如，如果在冬季将制冷剂充注量添加到系统，则该系统可能在夏季出现故障。制冷剂充注量对于热泵安装人员来说可能是一个难题，尤其是在住宅空气源热泵市场中。在夏天，常规方法之一是测量室外环境温度，并添加制冷剂到系统，直到一定的系统参数落入所需要的范围内为止。这种方法需要现场安装者携带传感器和查找表。在其它系统中，额外的仪器可以内置于系统或提供给安装人员，作为将有助于确定充注量位的工具。在冬天期间，充注制冷剂变得更加困难。在许多情况下，安装人员不得不在冷却季节开始时回来检查制冷剂充注量，以防止制冷剂充注量的相关问题。可逆热泵系统时常包括被定位在压缩机的低压侧上的储器。储器在防止液态制冷剂吸入到压缩机方面有用。如果液态制冷剂被吸入压缩机的移动部件，会造成损坏。储器一般不用于仅冷却热泵系统。此外，为了维持在系统中的制冷剂的恰当充注量位，可以在高压室外冷凝器侧上使用充注量补偿器。例如，典型的充注量补偿器可以包括在屏蔽层或贮存器内的管道。在加热操作中，通过该管道的冷却制冷剂的流动使得液态制冷剂累积在储器中。在冷却操作期间，在管内的热的制冷剂导致液态制冷剂在储存器以蒸掉入蒸汽。这样的一个系统被描述在Lenarduzzi的美国专利第5136855号中。通过添加充注量补偿器，制冷剂充注量可以更加均衡。然而，系统在现场中的恰当充注量仍然没有解决。冬季的恰当充注量不能保证是夏天的恰当充注量。其它充注量控制装置描述在Buckley等的美国专利申请公开第2008/0127667号、Jin的美国专利第8578731号、Smolinsky的美国专利第6227003号和Derryberry的美国专利第5937670号。
技术实现思路
本公开的系统和方法通过提供用于热泵系统的制冷剂充注方法来解决上述问题。当前公开的系统和方法还提供了一种系统控制方法，以允许热泵系统随着室内温度、室外温度或操作模式改变，都能在最佳制冷剂充注量下操作。本专利技术人已认识到，除其他事项外，在热泵系统中要解决的问题可以包括在加热模式操作期间容纳相比于冷却模式操作期间过剩的制冷剂。在一个实施例中，本主题可以诸如通过使用具有可以被加宽来允许更多液态制冷剂被储存在储器或可以变窄来煮沸液态制冷剂的可控孔尺寸的膨胀装置，提供对这个问题的一种解决方式。本专利技术人已认识到，除其他事项外，在热泵系统中要解决的问题可以包括在夏季和冬季操作期间容纳在制冷剂充注量要求上的差异。在一个实施例中，本主题可以诸如通过使用储器作为制冷剂存储装置和充注量位指示器，提供对这个问题的一种解决方式。储器具有定位成在夏季以及冬季指示恰当充注量位的一个或多个填充水平指标器。在另一实施例中，本主题提供了一种控制方法来优化热泵性能，同时允许过剩的制冷剂被储存在储器中而不过量填充储器，并且防止储器在冷却操作期间干运行。热泵系统包括压缩机、至少一个膨胀阀、用于在其中存储液态制冷剂的储器、连接到该储器以指示在冷却和加热模式下的适当制冷剂充注量的液态制冷剂指示器以及控制器。该控制器配置为基于所测量到的室外气温确定目标压缩机排出压力，并且通过调节该至少一个膨胀阀的位置来控制压缩机排出压力，其中，该目标排出压力瞄准的目标越高，在储器中留下的液态制冷剂越少。储器尺寸确定为总是有能力在加热操作期间保持过剩的制冷剂，并且可以包括充注量位指示器，以便允许系统在现场的恰当充注量而不用额外的工具。此概述意欲提供对本专利申请的主题的概述。其并不旨在提供对本主题的排他性或穷尽的说明。包括详细描述来提供关于本公开内容的进一步信息。附图说明在不必成比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同视图中描述类似部件。具有不同字母后缀的相同附图标记可以代表类似部件的不同实例。附图总体上作为实施例，而不是作为限制，来说本文件所讨论的各种实施方式。图1是具有配置为控制储器中的充注量位的制冷剂膨胀装置的热泵系统的示意图。图2A是示出以低于目标水平的排出压力操作在加热模式下的系统的图1的热泵系统的示意流程图。图2B是示出以高于目标水平的排出压力操作在冷却模式下的系统的图1的热泵系统的示意流程图。图3是适合用作图1的制冷剂膨胀装置的双向电子膨胀阀的示意图。图4是示出在中间充注量位置上具有充注量位指示器窗口的储器的示意图。图5是示出在夏季和冬季充注量位置上具有充注量位指示器窗口的储器的示意图。图6是示出在储器中合并了用于加热水的热交换器和水平传感器的热泵系统的示意图。图7是图示用于在图1-图6的热泵系统中控制排出压力和制冷剂的体积的步骤的流程图。图8A和图8B示出作为冷却和加热季节中室外和室内气温的函数的目标排出压力。图9示出作为冷却和加热季节中室外气温的函数的目标排出压力。具体实施方式图1是热泵系统10的示意图，该热泵系统10具有换向阀12、第一温度传感器14A、第二温度传感器14B、压缩机16、储器18、室外热交换器20、膨胀装置22和室内热交换器24，它们通过制冷剂管路25A-25G串联连接，以形成调节空间26的室内空气AI的蒸发压缩回路。系统10连接到数字控制系统，该数字控制系统包括控制器28、室外风扇30和室内风扇32。基于诸如分别由传感器14A和14B感测到的室外气温T1和室内气温T2、可以通过温度T1和T2来确定的所测量到的排出压力PD和目标排出压力PT之类的因素，控制器28操作风扇30和32、压缩机16、阀12和膨胀装置22，以提供经调节的空气到空间26。尽管未示出，但系统10还可以包括可用于各种目的其它阀，诸如用于控制流体从系统10排出的伺服阀、配置为防止流体通过系统10回流的止回阀，或用于确定在储器18中的流体量的水平传感器。如参照图6所讨论的那样，系统10也可以包括其它部件，诸如操作以从制冷剂中除去水分的干燥器或水加热器热交换器。如业界公知，诸如R-410A制冷剂之类的任何合适制冷剂都可以与系统10一起使用。系统10配置为分离系统，在该系统中，室内热交换器24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热泵系统，包括：压缩机；至少一个膨胀阀；液态制冷剂指示器，其连接到储器，以在冷却和加热模式下指示适当制冷剂充注量；储器，在其中连续存储一定体积的液态制冷剂；以及控制器，其配置为基于室外气温确定目标压缩机排出压力，并且通过调节该至少一个膨胀阀的位置来控制压缩机排出压力，其中，该目标排出压力瞄准的目标越高，在储器中留下的液体制冷剂越少。

【技术特征摘要】
2015.07.14 US 14/798,9491.一种热泵系统，包括：压缩机；至少一个膨胀阀；液态制冷剂指示器，其连接到储器，以在冷却和加热模式下指示适当制冷剂充注量；储器，在其中连续存储一定体积的液态制冷剂；以及控制器，其配置为基于室外气温确定目标压缩机排出压力，并且通过调节该至少一个膨胀阀的位置来控制压缩机排出压力，其中，该目标排出压力瞄准的目标越高，在储器中留下的液体制冷剂越少。2.根据权利要求1所述的热泵系统，还包括：室内热交换器；以及与室内热交换器流体连通的室外热交换器，其中，该至少一个膨胀阀布置在室内热交换器和室外热交换器之间并调节制冷剂在室内热交换器和室外热交换器之间的流动。3.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，调节所述至少一个膨胀阀的位置包括打开和/或关闭所述至少一个膨胀阀以使得该阀的孔尺寸增大或减小。4.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，所述储器具有配置为指示关于储器内的液体制冷剂的体积的期望量的元件。5.根据权利要求4所述的热泵系统，其中，所述元件定位成使得液体制冷剂在填充到该期望量时的体积包括至少在系统操作的冷却模式和系统操作的加热模式之间的充注体积差和用以防止储器变干或溢出的保留体积。6.根据权利要求5所述的热泵系统，其中，所述元件定位成指示无论系统操作的当前模式如何并且无论制冷剂预期要添加到系统中的季节如何，都合适的液体制冷剂的体积。7.根据权利要求4所述的热泵系统，其中，所述元件包括相互间隔的两个元件，所述两个元件中的每一个元件指示储器中基于系统操作的当前模式和制冷剂预期要添加到系统中的一个季节两者都适合的液体制冷剂的体积。8.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，该储器中液体制冷剂的体积包括在系统操作的冷却模式和系统操作的加热模式之间由系统使用的制冷剂的体积差的至少两倍的制冷剂。9.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，所述控制器被进一步配置成确定室内气温并且压缩机排出压力从室内气温导出。10.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，在系统操作的加热模式中，室内气温用于控制压缩机排出压力，并且其中，在系统操作的冷却模式中，室外气温用于控制压缩机排出压力。11.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，该控制器进一步配置为确定对于溢出储器的可能性，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洁，A·D·赫尔佐，A·R·恩布里，
申请(专利权)人：诺泰克环球HVAC有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US