[发明专利]热泵热水器中的制冷剂充注量管理

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请是国际申请，其要求2012年7月12日提交的、题为“热泵热水器中的制冷剂充注量管理”的美国专利申请第13/548091号的优先权，此美国专利申请要求2011年12月21日提交的、题为“用于热泵热水器的制冷剂管理、设备及方法”的临时专利申请第61/578753号的优先权，其与当前的专利申请具有至少一个共同的发明人以及相同的受让人。这些优先权专利申请的内容通过引用并入本文。然而，某些术语可以不同地使用。

许可权利

本发明是在Nordyne与UT-Battelle,LLC(美国能源部橡树岭国家实验室的经营和管理承包商)之间的CRADA NFE-11-03561下进行的。美国政府对本发明具有一定的权利。

技术领域

本发明涉及加热和冷却空气并且还加热水的热泵，以及用于管理这种热泵中制冷剂充注量的系统和方法。

背景技术

热泵是一种机器或装置，其将热能从一个较低温度的位置传递到另一个更高温度的位置。因此，热泵使热能在与其通常流动的方向相反的方向上移动。某些类型的热泵专用于仅冷却，某些类型专用于仅加热，以及某些类型执行这两种功能，例如根据当时是否需要加热或冷却。一段时间以来，热泵HVAC单元已用来加热和冷却人居的空间，比如建筑物的内部。热泵还用于其他目的，比如加热水。热泵通常比另一种热源比如电阻加热更加有效，因为除了提供由消耗电功率所产生的热量之外，热泵从另一个来源比如环境中提取热量。另外，在某些情况下，加热和冷却同时都处于有利用途，比如加热水同时冷却空气用于空气调节。因此，与替代方案相比，热泵往往降低能源消耗。

热泵已用于加热和冷却建筑物内的封闭空间，并且还加热家用热水。然而，这种系统遇到的问题在于，用于一种操作模式的合适的制冷剂充注量在另一种操作模式中已经不合适(即，制冷剂充注量不足或制冷剂充注量过度)。例如，在特定热交换器不需要使用的期间，制冷剂被累积在这个热交换器中以至运行系统的制冷剂充注量减少到不适当的低水平。例如，这发生在不需要用于传递热量的室外热交换器，而水被加热且空间被冷却的条件下的期间。作为另一个示例，这也发生在不需要用于传递热量的室内热交换器，而水被加热且热量被从室外空气中提取的条件下的期间。在过去，必要的是，采用复杂且昂贵的制冷剂充注量管理硬件和系统在不同操作模式中纠正或补偿这些不合适的制冷剂充注量水平，否则有必要避免某些操作模式，比如刚刚提到的那些模式，或者热泵在这样的操作模式期间基本上以更低的效率运行。

因此，需要或潜在益处或改善存在用于也加热水的热泵的制冷剂充注量管理方法及系统，其不那么昂贵、更大程度上利用现有组件、提供热泵的多个操作模式、至少在特定的操作模式期间，提高热泵的效率，其不那么复杂、可以很容易地制造、易于安装、可靠、具有较长的寿命、结构紧凑、能够承受极端的环境条件，或它们的组合，作为示例。此外，需要或潜在益处或改善存在用于控制、制造和分配这样的热泵、HVAC单元、建筑物、系统、装置和设备的方法。其他需要或潜在益处或改善也可以在本文中描述，或者例如在HVAC、家用热水加热器、或热泵行业中是公知的。改进的余地存在于这些和其他领域的现有技术中，这对于研究本文件的本领域普通技术人员来说可能是显而易见的。

描述现有技术的某些方面及其中问题的进一步的背景信息包括92年8月25日授予Wayne R.Reedy的美国专利第5140827号。潜在益处存在于包括管理制冷剂充注量的现有技术之上，采用更少的组件、更低的成本，更加的可靠，或者它们的组合。

发明内容

除其他外，本发明提供了加热和冷却空间且还加热水(例如，家用热水)的热泵、管理在这种热泵中的制冷剂充注量的系统和方法、以及用于加热和冷却空间且用于加热水的系统和方法。特定实施例将热制冷剂气体输送至此时不需要用于传递热量的热泵的特定热交换器、将液体制冷剂驱动出该特定热交换器、且然后将该特定热交换器隔离以防另外的制冷剂流入该特定热交换器。然后，操作热泵，同时隔离该特定热交换器。在一些实施例中，调节制冷剂充注量，同时操作热泵。某些实施例包括数字控制器，其被编程以控制所述热泵，该实施例包括特定的组件，比如一个或多个膨胀装置和一个或多个制冷剂管理阀，它们用来隔离特定热交换器。此外，在一些实施例中，组件以特定方式布置，例如，某些制冷剂管道连接不同的组件。