用于热泵的除湿系统的制作方法

本申请是一项国际专利申请，其要求2016年7月25日提交的美国专利申请序列号62/366,356的优先权权益，该美国专利申请的文本和附图据此整体以引用方式并入。

本发明公开的实施方案整体涉及除湿系统，更具体地讲，涉及用于热泵的除湿系统。

背景技术：

热泵系统通常可以以制冷模式或制热模式操作。典型地，在制冷模式下，制冷剂在压缩机中被压缩并被输送到室外热交换器。在室外热交换器中，在外部环境空气与制冷剂之间进行热交换。从室外热交换器，制冷剂流到膨胀装置，在膨胀装置中制冷剂膨胀到较低的压力和温度，然后到达室内热交换器。在室内热交换器中，在制冷剂与室内空气之间进行热交换以调节室内空气。在制热模式中，流过系统的制冷剂基本上是反向的。室内热交换器变成冷凝器并将热量释放到环境中，而室外热交换器变成蒸发器并与相对冷的室外空气进行热交换。

在热泵系统中，根据环境和操作条件，目标室内空气温度可低于理想温度，以提供理想的湿度水平。在此类情况下，可以利用再热热交换器(例如再热盘管)来再热空气并接近理想温度。再热热交换器可以放置在室内热交换器下游的室内空气流的路径中，以在其被制冷以除去水分之后升高空气温度。

技术实现要素：

根据本公开的实施方案，提供了用于热泵的除湿系统。该系统包括：压缩机，其被构造为使制冷剂在制冷剂回路中循环；室外热交换器；室内热交换器；流量控制装置，其用于在处于制热模式时将制冷剂从压缩机选择性地引导到室内热交换器或在处于制冷模式时引导到室外热交换器；以及再热热交换器，其被构造为在再热模式期间接收制冷剂并在制热模式和制冷模式的启动期间调节制冷剂量。

再热热交换器可被构造为在制热模式或制冷模式的启动期间在制冷剂绕过再热热交换器之前，接收和储存该制冷剂量达预定时间段。该系统还可包括排放通路，该排放通路在制热模式或制冷模式下从再热热交换器选择性地传送制冷剂。排放通路可将制冷剂选择性地传送到压缩机上游的位置。该系统还可包括室外热交换器旁路装置，以选择性地控制制冷剂绕过室外热交换器。

提供了操作热泵系统的方法。该方法包括以下步骤：使制冷剂在具有压缩机的制冷剂回路中循环，在制热模式期间将制冷剂从压缩机选择性地传送到室内热交换器或在制冷模式或再热模式期间将制冷剂选择性地传送到室外热交换器，在再热模式期间将制冷剂选择性地传送到再热热交换器，以及调节再热热交换器中的制冷剂量。

调节制冷剂量可包括在制热模式或制冷模式的启动期间在接收和储存该制冷剂量达预定时间段之后绕过再热热交换器。调节制冷剂量可包括在制热模式或制冷模式期间从再热热交换器排放制冷剂。从再热热交换器排放制冷剂可包括将制冷剂从再热热交换器排放到压缩机上游的位置。该方法可包括选择性地绕过室外热交换器。

根据本公开的实施方案，提供了操作制冷系统的方法。该方法包括以下步骤：使制冷剂在制冷剂回路中循环，在制冷模式下用室外热交换器和室内热交换器对室内空气进行制冷，在再热模式下用室外热交换器、室内热交换器和再热热交换器对空气进行制冷和除湿，以及在制冷模式期间调节再热热交换器中的制冷剂量。

调节制冷剂量可包括在制热模式或制冷模式的启动期间接收和储存该制冷剂量达预定时间段之后制冷剂绕过再热热交换器。调节制冷剂量可包括在制冷模式下从再热热交换器排放制冷剂。从再热热交换器排放制冷剂可包括将制冷剂从再热热交换器排放到压缩机上游的位置。该方法可包括在制热模式下对室内空气进行制热，并在制热模式期间调节再热热交换器中的制冷剂量。调节制冷剂量可包括在制热模式的启动期间在接收和储存该制冷剂量达预定时间段之后制冷剂绕过再热热交换器。调节制冷剂量可包括在制热模式下从再热热交换器移除制冷剂。从再热热交换器移除制冷剂可包括将制冷剂从再热热交换器排放到压缩机上游的位置。该方法还包括选择性地绕过室外热交换器。

附图说明

通过参考下面结合附图对本公开的各种示例性实施方案的描述，本文包含的实施方案和其他特征、优点和公开内容以及实现它们的方式将变得显而易见，并且本公开内容将得到更好的理解，在附图中：

图1示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图2示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图3示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图4示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图5示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图6示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图7示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图8示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图9示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图10示出了根据本公开的一个实施方案的用于热泵的除湿系统；

图11示出了根据本公开的一个实施方案的操作热泵系统的方法；以及

图12示出了根据本公开的一个实施方案的操作制冷系统的方法。

具体实施方式

为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中所示的实施方案，并且将使用特定的语言来描述这些实施方案。然而，应理解的是，无意因而限制本公开的范围。

现在参考附图，图1示出了根据一个实施方案的热泵系统10。热泵系统10包括压缩机12，该压缩机将制冷剂输送到排出管线14，并且通常被构造为使制冷剂在制冷剂回路中循环。吸入管线24将制冷剂返回压缩机12。在系统10中提供蓄积器40或本领域普通技术人员公知的类似装置，其与吸入管线24直接连通，以防止压缩机因可能从吸入管线12进入压缩机12的液体制冷剂和油的突然激增而损坏。系统10还包括设置在制冷剂回路中的室外热交换器16和室内热交换器18。流量控制装置20(诸如换向阀、四通阀或非限制性示例中的等效装置)当在制热模式下操作时将制冷剂从压缩机12的排出管线14选择性地引导到室内热交换器18(如图2所示)，或者当在制冷模式下操作时引导到室外热交换器16(如图1所示)。

在图1所示的制冷模式下，制冷剂回路被构造为使得流量控制装置20将制冷剂通过室外热交换器16引导到再热阀102。图1中所示的膨胀装置22在制冷模式和再热模式下被绕过，诸如用止回阀或其他装置(未示出)绕过，以防止本领域普通技术人员已知的过早蒸发。

再热阀102引导制冷剂通过管线32，然后通过膨胀装置106再通过室内热交换器18。随着空气经过室内热交换器18，制冷剂在通过室内热交换器18时蒸发，从而将冷空气输送到室内空间。然后，制冷剂通过流量控制装置20和吸入管线24返回到压缩机12。再热阀102或本公开中描述的任何其他控制阀在一个实施方案中可以是三通阀，而在另外的实施方案中，可以是一个或多个电磁阀、止回阀或本领域普通技术人员已知的任何类似装置。膨胀装置106或本公开中描述的任何其他膨胀装置是调节膨胀阀，而在另外的实施方案中，是一个或多个文丘里管、毛细管或本领域普通技术人员已知的任何类似装置。

现在参考图2，在制热模式下，制冷剂流过系统10的方向基本上反向，制冷剂从压缩机12流过排出管线14和流量控制装置20，并通过室内热交换器18、膨胀阀106、和管线30的阀104。然后，制冷剂流过主膨胀装置22到达室外热交换器16，然后，再次流过流量控制装置20并通过吸入管线24返回到压缩机12。随着室内空气经过室内热交换器18，制冷剂在通过室内热交换器18时冷凝，从而将热空气输送到室内空间。

如从图1和图2中可以看出，对流量控制装置20进行控制以实现制冷操作模式或制热操作模式。在一个或多个实施方案中，主膨胀装置22是一个或多个调节膨胀阀、毛细管、文丘里装置，或具有或不具有止回阀的任何等效装置，如本领域普通技术人员所认识到的。

系统10还包括室外热交换器旁路装置112，以选择性地控制制冷剂通过室外绕过管线34从室外热交换器16周围绕过。绕过室外热交换器16基于预定的设计标准(诸如在非限制性示例中，目标再热热交换器温度)而发生，以根据需要使流向再热热交换器26的制冷剂保持较高的温度，如本领域普通技术人员所理解的。系统10被构造为以再热热交换器26提供的再热模式操作。在一个实施方案中，再热热交换器26设置在室内热交换器18内。在另一个实施方案中，再热热交换器26设置在风机盘管(未示出)内。在另一个实施方案中，再热热交换器26设置为与室内热交换器18和风机盘管联接或间隔开的单独单元。再热阀102(诸如在非限制性示例中三通阀或任何一个等效装置或多个等效装置)由热泵系统10中的控制器(未示出)控制，并且当需要再热模式时，通过再热热交换器26选择性地输送制冷剂。在一个实施方案中，当湿度水平高于预定阈值并且降低室内热交换器18处的湿度水平所需的制冷剂温度低于目标空气温度时，需要再热模式。再热热交换器26被定位成与室内热交换器18气流连通，使得将空气在室内热交换器18和再热热交换器26上方引导。当需要除湿时，并且在许多情况下，当在空气离开室内热交换器18之后需要再热空气以改善室内空气舒适性时，操作再热热交换器26。然后，该空气中的至少一部分经过再热热交换器26，在那里空气温度升高。再热热交换器26被构造为在再热模式期间接收制冷剂。再热阀102选择性地控制通过管线42和再热热交换器26的制冷剂流，诸如在再热模式期间。控制器(未示出)根据控制算法通过以下方式控制再热阀102：打开管线42以使制冷剂流向再热热交换器26，同时关闭管线32以防止制冷剂绕过再热热交换器26。提供阀110以防止在再热模式期间制冷剂的反向流动。

在制冷剂不通过再热热交换器循环的某些制热模式和制冷模式期间，一定量的制冷剂可以保留在再热热交换器或与再热热交换器相邻的制冷剂管线中。在此类情况下，保留在再热热交换器中或与再热热交换器相邻的制冷剂管线中的制冷剂可能会降低热泵系统的效率和/或性能。

因此，仍然需要用于热泵的除湿系统，其选择性地控制再热热交换器或与再热热交换器相邻的制冷剂管线中的制冷剂量，以提高热泵系统的效率和/或性能。此外，还需要操作热泵系统的方法，其包括调节再热热交换器中或与再热热交换器相邻的制冷剂管线中的制冷剂量，以提高热泵系统的效率和/或性能。

在本公开的实施方案中，系统10在制热模式和制冷模式期间调节再热热交换器26中的制冷剂量。在特定实施方案中，系统10通过以下方式调节再热热交换器26中的制冷剂量：在制热或制冷模式启动时使制冷剂顺序地循环通过室外热交换器16和再热热交换器26预定的一段时间，如下文进一步详细解释的。

根据图1和图2所示的实施方案，再热热交换器26被构造为在制热或制冷模式的初始操作时，在制热模式或制冷模式下在制冷剂绕过再热热交换器26之前接收制冷剂达预定时间段。在一个实施方案中，在制热或制冷模式的初始操作时，阀108打开达预定时间段，以允许再热热交换器26在再热阀102关闭以允许制冷剂绕过再热热交换器26之前接收和储存一定量的制冷剂。在一个实施方案中，室外热交换器旁路装置112被关闭，装置20在制热或制冷模式的初始操作的预定时间段内将制冷剂引导到室外热交换器16以允许制冷剂冷凝，并允许再热热交换器26可靠地接收和储存一致的液体制冷剂量。在一个实施方案中，该预定时间段是五分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段在两分钟与十分钟之间。在另一个实施方案中，该预定时间段小于两分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段大于十分钟。在此类实施方案中，在控制制冷剂以绕过再热热交换器26之前，允许制冷剂循环进入再热热交换器26并基本上将其完全填满。然后，系统10使用预定且一致的制冷剂量进行操作，以提高效率、性能和可靠性。

在另外的实施方案中，室外热交换器旁路装置112在再热模式下选择性地控制制冷剂通过室外绕过管线34从室外热交换器16周围绕过。在系统10满足期望的目标时，在结束再热模式之前，装置112关闭达预定时间段。在一个实施方案中，该预定时间段是五分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段在两分钟与十分钟之间。在另一个实施方案中，该预定时间段小于两分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段大于十分钟。换句话说，系统10在装置112关闭时继续以再热模式操作达预定时间段。在此类实施方案中，在控制制冷剂以在下一模式(诸如制冷模式或制热模式)下绕过再热热交换器26之前，允许制冷剂循环进入再热热交换器26并基本上将其完全填满。然后，系统10使用预定且一致的制冷剂量进行操作，以提高效率、性能和可靠性。

现在参考图3和图4，根据本公开的另一个实施方案，系统10包括再热阀120，诸如在非限制性示例中三通阀或任何一个等效装置或多个等效装置，该再热阀在需要再热功能时将制冷剂选择性地输送通过再热热交换器26。在一个实施方案中，再热阀120在构造或操作上与图1和图2中所示的再热阀102类似或相同。在制冷模式下，如图3所示，再热阀120对管线36是打开的，而对管线38是关闭的。在再热模式下，再热阀120对管线38打开，以允许制冷剂循环通过再热热交换器26，并对管线36关闭。在制热模式下，如图4所示，再热阀120对管线36打开，以允许制冷剂绕过再热热交换器26。

在图3和图4所示的本公开的实施方案中，系统10在制热模式和制冷模式期间调节再热热交换器26中的制冷剂量。在特定实施方案中，调节再热热交换器26中的制冷剂量包括在制热或制冷模式启动时使制冷剂顺序地循环通过室外热交换器16和再热热交换器26预定的一段时间和/或在制热或制冷模式操作期间从再热热交换器26移除制冷剂，如下面进一步详细解释的。

根据图3和图4所示的实施方案，再热热交换器26被构造为在制热或制冷模式的初始操作时，在制热模式或制冷模式下在制冷剂绕过再热热交换器26之前接收制冷剂达预定时间段。在一个实施方案中，在制热或制冷模式的初始操作时的预定时间段内，再热阀120对管线38打开，而对管线36关闭，以允许再热热交换器26在再热阀120对管线38关闭而对管线36打开以允许制冷剂绕过再热热交换器26之前，接收和储存一定量的制冷剂。在一个实施方案中，室外热交换器旁路装置112被关闭，装置20在制热或制冷模式的初始操作的预定时间段内将制冷剂引导到室外热交换器16以允许制冷剂冷凝，并允许再热热交换器26可靠地接收和储存一致的液体制冷剂量。在一个实施方案中，该预定时间段是五分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段在两分钟与十分钟之间。在另一个实施方案中，该预定时间段小于两分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段大于十分钟。在此类实施方案中，在控制制冷剂以绕过再热热交换器26之前，允许制冷剂循环进入再热热交换器26并基本上将其完全填满。然后，系统10使用预定且一致的制冷剂量进行操作，以提高效率、性能和可靠性。

在另外的实施方案中，室外热交换器旁路装置112在再热模式下选择性地控制制冷剂通过室外绕过管线34从室外热交换器16周围绕过。在系统10满足期望的目标时，在结束再热模式之前，装置112关闭达预定时间段。在一个实施方案中，该预定时间段是五分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段在两分钟与十分钟之间。在另一个实施方案中，该预定时间段小于两分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段大于十分钟。换句话说，系统10在装置112关闭时继续以再热模式操作达预定时间段。在此类实施方案中，在控制制冷剂以在下一模式(诸如制冷模式或制热模式)下绕过再热热交换器26之前，允许制冷剂循环进入再热热交换器26并基本上将其完全填满。然后，系统10使用预定且一致的制冷剂量进行操作，以提高效率、性能和可靠性。

现在参考图5和图6，根据本公开的另一个实施方案，系统10包括再热阀130，诸如在非限制性示例中三通阀或任何一个等效装置或多个等效装置，该再热阀在需要再热功能时将制冷剂选择性地输送通过再热热交换器26。在一个实施方案中，再热阀130在构造或操作上与图1和图2中所示的再热阀102或者图3和图4中的再热阀120类似或相同。在制冷模式下，如图5所示，再热阀130对管线50是打开的，而对管线52是关闭的。在再热模式下，再热阀130对管线52打开，以允许制冷剂循环通过再热热交换器26，并对管线50关闭。在制热模式下，如图6所示，再热阀130对管线50打开，以允许制冷剂绕过再热热交换器26。

在图5和图6所示的本公开的实施方案中，系统10在制热模式和制冷模式期间调节再热热交换器26中的制冷剂量。根据图5和图6所示的实施方案，再热热交换器26被构造为在制热模式或制冷模式下在制冷剂绕过再热热交换器26之前接收制冷剂达预定时间段。在一个实施方案中，在制热或制冷模式的初始操作时的预定时间段内，再热阀130对管线52打开，而对管线50关闭，以允许再热热交换器26在再热阀130对管线52关闭而对管线50打开以允许制冷剂绕过再热热交换器26之前，接收和储存一定量的制冷剂。在一个实施方案中，室外热交换器旁路装置112被关闭，装置20在制热或制冷模式的初始操作的预定时间段内将制冷剂引导到室外热交换器16以允许制冷剂冷凝，并允许再热热交换器26可靠地接收和储存一致的液体制冷剂量。在一个实施方案中，该预定时间段是五分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段在两分钟与十分钟之间。在另一个实施方案中，该预定时间段小于两分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段大于十分钟。在此类实施方案中，在控制制冷剂以绕过再热热交换器26之前，允许制冷剂循环进入再热热交换器26并基本上将其完全填满。提供阀132(在一个或多个非限制性示例中包括止回阀、电磁阀或类似的阀)以将制冷剂保持在管线52中的再热热交换器26中。然后，系统10使用预定且一致的制冷剂量进行操作，以提高效率、性能和可靠性。

在另外的实施方案中，室外热交换器旁路装置112在再热模式下选择性地控制制冷剂通过室外绕过管线34从室外热交换器16周围绕过。在系统10满足期望的目标时，在结束再热模式之前，装置112关闭达预定时间段。在一个实施方案中，该预定时间段是五分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段在两分钟与十分钟之间。在另一个实施方案中，该预定时间段小于两分钟。在另一个实施方案中，该预定时间段大于十分钟。换句话说，系统10在装置112关闭时继续以再热模式操作达预定时间段。在此类实施方案中，在控制制冷剂以在下一模式(诸如制冷模式或制热模式)下绕过再热热交换器26之前，允许制冷剂循环进入再热热交换器26并基本上将其完全填满。然后，系统10使用预定且一致的制冷剂量进行操作，以提高效率、性能和可靠性。

现在参考图7和图8，根据本公开的另一个实施方案，系统10包括排放管线60，该排放管线允许制冷剂从再热阀130处的管线52排放到压缩机12上游的吸入管线24。排放管线60允许制冷剂从管线52和再热热交换器26逸出，使得管线52和/或再热热交换器26不保留未知量的制冷剂，从而实现系统10的有效且可靠的操作。在制冷模式下，如图7所示，再热阀130对管线50是打开的，而对管线52是关闭的。保留在再热热交换器26中的制冷剂通过再热阀130和排放管线60排放到吸入管线24。制冷剂通过排放管线60排放，因为在再热阀130处或管线52中，制冷剂的压力显著大于吸入管线24中的压力。压力差迫使任何制冷剂从管线52流向吸入管线24。在再热模式下，再热阀130对管线52打开，以允许制冷剂循环通过再热热交换器26，并对管线50关闭。在再热模式下，再热阀130对排放管线60关闭，以防止制冷剂从管线52循环到吸入管线24。在制热模式下，如图8所示，再热阀130对管线50打开，以允许制冷剂流过室内热交换器18、绕过再热热交换器26、流过再热阀130并流过膨胀装置22和室外热交换器16。然后，制冷剂流过流量控制装置20而流向吸入管线24。在图8所示的制热模式下，保留在再热热交换器26中的制冷剂通过再热阀30和排放管线60排放到吸入管线24。

现在参考图9和图10，根据本公开的另一个实施方案，系统10包括排放管线70，该排放管线允许制冷剂从再热阀130与再热热交换器26之间的管线52选择性地循环或排放到压缩机12上游的吸入管线24。排放阀140控制制冷剂通过排放管线70的循环。在制冷模式下，如图9所示，再热阀130对管线50是打开的，而对管线52是关闭的。排放阀140在制冷模式下打开，以允许保留在再热热交换器26中的制冷剂通过排放管线70排放到吸入管线24。在再热模式下，再热阀130对管线52打开，以允许制冷剂循环通过再热热交换器26，并对管线50关闭。在再热模式下，排放阀140关闭以防止制冷剂从管线52流向吸入管线24。在制热模式下，如图10所示，再热阀130对管线50打开，以允许制冷剂循环通过膨胀阀106并绕过再热热交换器26。排放阀140在制热模式下打开，以允许保留在再热热交换器26中的制冷剂通过排放管线70排放到吸入管线24。

根据图11中所示的本公开的实施方案，提供了操作热泵系统10的方法200。方法200包括以下步骤：在步骤210中，使制冷剂在具有压缩机12的制冷剂回路中循环；以及在步骤212中，在制热模式期间，将制冷剂从压缩机12选择性地传送到室内热交换器18，或者在制冷模式或再热模式期间，选择性地传送到室外热交换器16。方法200还包括在步骤214中在再热模式期间将制冷剂选择性地传送到再热热交换器26，以及在步骤216中调节再热热交换器26中的制冷剂量。

一个或多个另外的实施方案的方法200包括在制热模式或制冷模式期间将制冷剂循环到再热热热交换器26预定时间段之后，通过绕过再热热交换器26来调节制冷剂量，如上所述。在另外的实施方案中，调节制冷剂量包括在制热模式或制冷模式期间从再热热交换器26排放制冷剂。在一个实施方案中，从再热热交换器26排放制冷剂包括将制冷剂从再热热交换器26排放到压缩机12上游的位置，包括但不限于吸入管线24。一个或多个实施方案的方法200包括选择性地绕过室外热交换器16。

现在参考图12，根据本公开的实施方案，提供了操作制冷系统(诸如系统10)的方法300。方法300包括以下步骤：在步骤310中，使制冷剂在制冷剂回路中循环；以及在步骤312中，在制冷模式下，利用室外热交换器16和室内热交换器18对室内空气进行制冷。方法300还包括在步骤314中，在再热模式下，利用室外热交换器16、室内热交换器18和再热热交换器26对空气进行制冷和除湿；以及在步骤316中，在制冷模式期间调节再热热热交换器26中的制冷剂量。

在一个或多个另外的实施方案中，调节制冷剂量包括在制冷模式期间将制冷剂循环到再热热交换器26达预定时间段之后，制冷剂绕过再热热热交换器26。在一个或多个实施方案中，调节制冷剂量包括在制冷模式下从再热热交换器26排放制冷剂。从再热热交换器26移除制冷剂包括将制冷剂从再热热交换器26排放到压缩机12上游的位置，该位置在一个或多个实施方案中包括但不限于吸入管线24。

另外的实施方案的方法300还包括在制热模式下制热室内空气，以及在制热模式期间调节再热热交换器26中的制冷剂量。在另外的实施方案中，调节制冷剂量包括在制热模式期间将制冷剂循环到再热热交换器26达预定时间段之后，制冷剂绕过再热热交换器26。在一个实施方案中，调节制冷剂量包括在制热模式下从再热热交换器26移除制冷剂。方法300还包括选择性地绕过室外热交换器16。

应当理解，本公开中提供的实施方案提供具有再热功能的hvac、热泵或制冷系统10，其增强了对再热热交换器26中容纳的或从其中排空的制冷剂量的控制。通过对制冷剂量的控制，系统10和方法200、300由于知道并控制在整个系统10中循环的制冷剂而提高了系统10的效率、可靠性和性能。

虽然在附图和前面的描述中已经详细说明和描述了本公开，但是这将被认为是说明性的而非限制性的，应当理解，仅示出和描述了某些实施方案，并且希望落入本公开的精神内的所有变化和修改都得到保护。