CN101052848A - 冷冻空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明是装有包括：压缩机(3)、室内热交换器(6)、第一减压装置(10)、室外热交换器(11)及在采暖和制冷时切换致冷剂流动方向的切换器(4)的致冷剂回路，从所述室内热交换器(6)供给热量的冷冻空调装置。其设有提供对所述室外热交换器(11)的上霜判断的室外热交换器(11)的致冷剂温度检测传感器(14c)和大气温度检测传感器(14d)，根据上次除霜时间τ2的长度能设定多个连续进行采暖运转的两种除霜禁止时间τ1、τ3，装有控制进行除霜运转的控制装置(12)，在判断对所述室外热交换器(11)的上霜量少时设定所述除霜禁止时间长，在判断对所述室外热交换器(11)的上霜量多时设定所述除霜禁止时间短。

Description

冷冻空调装置

技术领域

本发明涉及进行制冷、采暖运转的空调机，是有关正确地判断室外机上霜以便进行除霜运转的冷冻空调装置的发明。

背景技术

已知一种现有的热泵式空调机等冷冻空调装置，所述装置检测大气温度和室外热交换器的致冷剂蒸发温度，对在采暖运转开始后规定时间的温度差和在预计上霜的规定时间的温度差进行比较，在其差超过设定值时进行除霜运转。

并且，该空调机等的冷冻空调装置检测在采暖运转开始经过约20分钟后室外温度和致冷剂温度，存储其温度差TA，其次，计算规定时间后的温度差TB，当TA和TB的温度差超过设定值TC时，开始除霜运转。另外，根据大气温度的高低，以TA＝大或小的值为基准判断有无上霜(例如参照专利文献1)。

并且，已知一种现有的另外的热泵式空调机等冷冻空调装置，装有设在室内热交换器和流路切换阀之间的致冷剂用温度传感器及大气用温度传感器，当由各个传感器检测出的温度的差达到规定值以上时，结束除霜。

并且，该空调机等冷冻空调装置，作为感知上霜的机构，具有室外热交换器的热交换器用温度传感器、感知通过室外热交换器的空气的压力的通过空气用压力传感器，当温度在规定值以下且压力在规定值以上时，开始除霜(例如参照专利文献2)。

并且，已知一种另外的空调机等冷冻空调装置，具有在采暖运转时感知室外热交换器的温度的室外配管温度感知装置和室外温度感知装置，依据室外热交换器的温度、大气温度和压缩机的运转时间来判断上霜状态。

并且，相对于室外温度将室外热交换器温度在L1水平以下维持20分钟以上，压缩机的运转时间经过35分钟时进行除霜运转(例如参照专利文献3)。

专利文献1：特开昭57-164245号公报(第2-3页、第3-5图)

专利文献2：特开昭60-218551号公报(第2-3页、第1图)

专利文献3：特开平11-23112号公报(第2-6页、第3图)

发明内容

然而，在上述那样构成的现有的空调机等冷冻空调装置中存在如下问题。例如：专利文献1中没有考虑由于空调负荷变化引起的规定时间后的温度差。另外，在压缩机的运转频率可变机种中是不充分的。在专利文献2中，由于在上霜感知装置中使用通过空气压力传感器，所以高价的装置是必要的，其计算处理也变得复杂，还存在必须区别向热交换器的尘埃附着和上霜等问题。另外，在专利文献3中，由于用检测出的室外热交换器的温度和室外温度的绝对值判断有无上霜，所以，尽管在大气温度低、低湿度的条件下几乎没有上霜，也会进入除霜动作，可能也会发生采暖运转率下降，舒适性受损等问题。

本发明是为了解决上述问题而提出来的，其目的在于提供一种冷冻空调装置，可以正确地检知室外热交换器有无上霜，实现采暖运转率和舒适性的提高。

根据本发明的冷冻空调装置配有致冷剂回路，所述致冷剂回路包括：压缩机、室内热交换器、第一减压装置、室外热交换器、以及在采暖时和制冷时切换致冷剂流动方向的切换器，以便从所述室内热交换器供给热量，在所述冷冻空调装置中，设有室外热交换器的致冷剂温度检测装置、和大气温度检测装置，用以对所述室外热交换器的上霜状态进行判断，能够根据上次除霜时间τ2的长度设定多个连续进行采暖运转的两种除霜禁止时间τ1、τ3，所述冷冻空调装置配有控制装置，该控制装置按下述方式进行控制：在判断为对所述室外热交换器的上霜量少的情况下，将所述除霜禁止时间设定得长，在判断为对所述室外热交换器的上霜量多的情况下，将所述除霜禁止时间设定得短，从而进行除霜运转。另外，除霜禁止时间τ1、τ3是根据除霜时间τ2的长度预先确定的。

根据本发明的冷冻空调装置，由于按照上述方式构成，所以，即使在由于低大气条件等使得采暖能力容易下降的条件下，也能确保足够的采暖能力，同时可以实现除霜运转时的高效率。

附图说明

图1是表示根据本发明实施方式1的冷冻空调装置的致冷剂回路图。

图2是关于根据本发明实施方式1的冷冻空调装置的除霜运转的控制流程图。

图3是根据本发明实施方式1的冷冻空调装置的除霜运转时的特性图，图(a)是判断为上霜量大的情况，图(b)是判断为上霜量小的情况。

图4是表示根据本发明实施方式1的冷冻空调装置的除霜时间τ2和除霜禁止时间τ1、τ3的关系的关系图。

符号说明

1室外机、2室内机、3压缩机、4四通阀、5气管、6室内热交换器、7液管、8第二膨胀阀、9中压接收器、9a热交换致冷剂、10第一膨胀阀、11室外热交换器、12计测控制装置、13吸入配管、13a贯通部配管、14a第一温度传感器、14b第二温度传感器、14c第三温度传感器、14d第四温度传感器、14e第五温度传感器、14f第六温度传感器、14g第七温度传感器。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示根据本发明实施方式1的冷冻空调装置的致冷剂回路(冷冻循环致冷剂回路)图。在图1中，在室外机1内装有：压缩机3；作为切换致冷剂流动的切换器、对采暖和制冷进行切换的四通阀4；室外热交换器11；作为第一减压装置的第一膨胀阀10；作为第二减压装置的第二膨胀阀8；中压接收器9。在该中压接收器9的内部贯通着压缩机3的吸入配管13，形成该吸入配管13的贯通部配管13a的致冷剂和中压接收器9内的热交换致冷剂9a能够进行热交换的结构。

所述压缩机3为由变换器控制转数、进行容量控制的类型，第一膨胀阀10、第二膨胀阀8是开度被可变地控制的电子膨胀阀。并且，室外热交换器11与用风扇(未作图示)等送风的大气进行热交换。在室内机2中装有室内热交换器6。气管5、液管7是连接室外机1和室内机2的连接配管。作为该冷冻空调装置的致冷剂，使用作为HFC系混合致冷剂的R410A。

在室外机1内设置计测控制装置12及各温度传感器14。第一温度传感器14a设在压缩机3的排出侧，第二温度传感器14b设在室外热交换器11中间部的致冷剂流路上，作为室外配管温度检测装置的第三温度传感器14c设在室外热交换器11和第一膨胀阀10之间，分别测量各个设置部位处的致冷剂温度。另外，作为大气温度检测装置的第四温度传感器14d是测量室外机1周围的大气温度的大气传感器。第二温度传感器14b和第三温度传感器14c用作室外热交换器11的致冷剂温度检测装置。

另外，在室内机2内设置有第五温度传感器14e、第六温度传感器14f、第七温度传感器14g，第五温度传感器14e设在室内热交换器6中间部的致冷剂流路上，第六温度传感器14f设在室内热交换器6和液管7之间，分别测量各个设置部位处的致冷剂温度。第七温度传感器14g测量被吸气到室内热交换器6中的空气温度。另外，在形成负荷的热介质是水等其它的介质的情况下，第七温度传感器14g测量该介质的流入温度。

第二温度传感器14b、第五温度传感器14e分别通过在热交换器中间检测成气液两相状态的致冷剂温度，可以检测出高低压的致冷剂饱和温度。

另外，室外机1内的计测控制装置12根据第一至第七各温度传感器14a～14g的测量信息或由冷冻空调装置使用者指示的运转内容，控制压缩机3的运转方法、四通阀4的流路切换、室外热交换器11的风扇送风量、第一膨胀阀10及第二膨胀阀8的开度等。

计测控制装置12，相对于致冷剂流，用中压接收器9的上游侧的减压装置(在制冷时第一膨胀阀10适用，在采暖时第二膨胀阀8适用)进行控制，使得作为冷凝器发挥作用的热交换器出口的过冷却度达到预定的目标值；用中压接收器9的下游侧的减压装置(在制冷时第二膨胀阀8适用，在采暖时第一膨胀阀10适用)进行控制，使得压缩机吸入的致冷剂过热度、作为蒸发器发挥作用的热交换器出口的致冷剂过热度、压缩机排出温度或压缩机排出的致冷剂过热度达到预定的目标值。

其次，对该冷冻空调装置中的运转动作进行说明。首先，对于采暖运转时的动作，以图1所示的致冷剂回路图为基础进行说明。在采暖运转时，四通阀4的流路沿着图1所示的虚线方向设定。而且，由压缩机3排出的高温、高压气体致冷剂经四通阀4流出室外机1，经气管5流入室内机2。并且，流入室内热交换器6，在成为冷凝器的室内热交换器6中一边放热一边冷凝、液化，形成高压低温的液态致冷剂。通过把由致冷剂放出的热供给负荷侧的空气或水等负荷侧介质来进行采暖。从室内热交换器6出来的高压低温的致冷剂经由液管7流入室外机1之后，在由第二膨胀阀8进行一定减压之后，形成气液两相致冷剂，流入中压接收器9。在中压接收器9内向压缩机3吸入的低温致冷剂供热并且被冷却，变成液态流出。其后，流入成为蒸发器的室外热交换器11，在此吸热、蒸发、并被气化。其后，经由四通阀4，在中压接收器9中与高压致冷剂进行热交换，进一步被加热，吸入压缩机3。

其次，根据图1所示的致冷剂回路图对制冷运转时的动作进行说明。在制冷运转时，四通阀4的流路沿着图1所示的实线方向设定。而且，由压缩机3排出的高温高压的气体致冷剂经过四通阀4流入成为冷凝器的室外热交换器11，在此一边放热一边冷凝液化，形成高压低温的致冷剂。从室外热交换器11出来的致冷剂在由第一膨胀阀10进行一定减压后，接着在中压接收器9内与吸入到压缩机3中的致冷剂进行热交换并被冷却。之后，在用第二膨胀阀8减压到低压、形成两相致冷剂后，流出室外机1，经过液管7流入室内机2。之后，流入成为蒸发器的室内热交换器6，在此，一边吸热、蒸发并气化，一边向室内机2侧的空气或水等负荷侧介质供给冷热(cold heat)。从室内热交换器6出来的低压气体致冷剂流出室内机2，经由气管5流入到室外机1中，在经过四通阀4后，在中压接收器9中与高压致冷剂进行热交换并被加热之后，被吸入压缩机3。

下面，对通过该实施方式1的回路结构及控制实现的作用效果进行说明。对在该实施方式1中的中压接收器9内的压缩机3吸入配管13的贯通配管13a和热交换致冷剂9a的作用效果进行说明。在中压接收器9中，在中压接收器9内通过压缩机3吸入配管13的贯通配管13a和热交换致冷剂9a的热交换而被冷却，变成液态流出。在制冷运转时，由于通过从第一膨胀阀10出来的气液两相致冷剂流入、在中压接收器9内被冷却并变成液态流出，流入成为蒸发器的室内热交换器6中的致冷剂的焓变低，所以，蒸发器中的致冷剂焓差扩大。从而，在制冷运转时制冷能力增强。

另一方面，吸入压缩机3的致冷剂被加热，吸入温度上升。随之，压缩机3的排出温度也上升。另外，在压缩机3的压缩行程中，即使在相同升压的情况下，一般也需要比压缩高温致冷剂的程度更多的功。从而，在中压接收器9内由压缩机3吸入配管13的贯通配管13a和热交换致冷剂9a的热交换产生的效率方面的影响，表现为由蒸发器焓差扩大导致的能力增加、以及压缩功的增加的两个方面，在蒸发器焓差扩大导致能力增加的影响大的情况下，装置的运转效率上升。

另外，在中压接收器9内吸入配管13的贯通配管13a和热交换致冷剂9a的热交换，主要是气液两相致冷剂中的气态致冷剂与吸入配管13的贯通配管13a接触而冷凝液化、进行热交换。从而，滞留在中压接收器9内的液态致冷剂量越少，气态致冷剂和吸入配管13的贯通配管13a的热交换致冷剂9a接触的面积变多，热交换量增加。反之，滞留在中压接收器9内的液态致冷剂量多时，气态致冷剂和吸入配管13的贯通配管13a的热交换致冷剂9a接触的面积变少，热交换量减少。

这样，通过在中压接收器9内进行热交换，随着运转状态改变，热交换量变化自主地发生，结果，可以抑制中压接收器9内的压力变化。

另外，通过在中压接收器9内进行热交换，还具有装置运转稳定的效果。例如，在低压侧的状态变化、作为蒸发器的室外热交换器11出口的致冷剂过热度变大的情况下，由于在中压接收器9内的热交换时的温度差减少，所以热交换量减少，气态致冷剂难以凝结，因此，中压接收器9内的气态致冷剂量增加，液态致冷剂量减少。由于减少的液态致冷剂量移动到室外热交换器11，室外热交换器11内的液态致冷剂量增加，所以，抑制了室外热交换器11出口的致冷剂过热度变大，装置的运转变化受到抑制。反之，在低压侧的状态变化、作为蒸发器的室外热交换器11出口的致冷剂过热度变小的情况下，由于在中压接收器9内热交换时的温度差增加，所以热交换量增加，气态致冷剂容易凝结，因此，中压接收器9内的气态致冷剂量减少，液态致冷剂量增加。由于这部分液态致冷剂量从室外热交换器11移动、室外热交换器11内的液态致冷剂量减少，所以，抑制了室外热交换器11出口的致冷剂过热度变小，装置的运转变化受到抑制。

这种抑制过热度变化的作用也可以借助于通过在中压接收器9内进行热交换、随着运转状态变化使热交换量变化自主地发生来产生。

另外，第一膨胀阀10，以使压缩机3的吸入过热度达到目标值的方式进行控制，通过该控制使成为蒸发器的热交换器出口的过热度最合适，在确保蒸发器中的热交换性能高的同时，可以以确保致冷剂焓差也合适的方式运转，可以进行高效率的运转。

图2是表示关于上述冷冻空调装置的除霜运转的控制动作的一个例子的流程图。在该例中，当开始采暖运转时，在步骤S1中，首先，分别将压缩机3的容量、第一膨胀阀10的开度、第二膨胀阀8的开度设定为初始值。之后，在步骤S2中，在经过预先设定的除霜禁止时间τ1、τ3后(例如τ1＝90分、τ3＝40分)，根据运转状态进行以下的控制。

控制压缩机3的容量，基本上使得由室内机2的第七温度传感器14g测量的室内温度达到冷冻空调装置使用者设定的温度。

在步骤S3中，为了检测室外机1(特别是室外热交换器11)的上霜状态，对作为蒸发器致冷剂温度、用第三温度传感器14c检测出的室外机1的室外配管温度和预定的设定值进行比较。并且，如图3(a)所示，在室外配管温度与设定值相等或在设定值以下，例如在-5℃以下，且如由大气温度和室外配管温度的温度差ΔT表示的那样，室外配管温度比大气传感器(第四温度传感器14d)的温度高10℃以上，且经过除霜禁止时间τ3(例如30分钟)后的情况下，判定为向作为蒸发器的室外热交换器11的上霜量大，在步骤S4中使压缩机的频率下降至minHz、例如25Hz，以进入步骤S5。在步骤S5中，压缩机的频率一旦落到min频率，切换四通阀4，开始除霜运转，在步骤S6中把压缩机的频率固定在除霜频率、例如92Hz。其次，在步骤S7中，比较室外配管温度和预定的设定值，在室外配管温度与设定值相等或达到其以上(例如8℃)时，在步骤S8中使压缩机3停止1分钟，经过该时间后，在步骤S9中，切换四通阀4、再次起动压缩机3，再次开始采暖运转。之后，在步骤S10中，根据步骤S7中的除霜时间(上次的除霜时间)τ2设定除霜禁止时间τ1、τ3，禁止除霜、继续采暖运转。

在此，作为除霜时间τ2和除霜禁止时间τ1、τ3的关系，除霜时间τ2越长，下一次的除霜禁止时间(τ1、τ3)、即采暖运转持续时间越短，这在预计上霜量多的情况下，通过以比较短的间隔进行除霜运转，使蒸发器的性能下降尽快恢复，以图实现采暖性能的改善。反之，在预计上霜量少的情况下，即在除霜时间τ2短的情况下，通过改变下一次的除霜禁止时间(τ1、τ3)、将其设定得长，加长采暖运转持续时间，以图实现采暖舒适性的提高。图4表示根据除霜时间τ2设定除霜禁止时间τ1、τ3的例子，在除霜时间τ2短的情况下，例如τ2在3分钟以下的情况下，将τ1设定成150分钟、τ3设定成30分钟。另外，在除霜时间τ2长的情况下，例如在τ2为12分钟的情况下，将τ1设定成30分钟、τ3设定成20分钟。另外，除霜时间τ2最长规定到15分钟。另外，对于τ1、τ3，以τ1≥τ3的关系成立的方式设定。

在进行除霜运转时，进行与制冷同样的循环，由压缩机3排出的高压、高温致冷剂流向室外热交换器11，实施除霜运转。其后，在再次返回步骤S3的循环中进行运转控制。

另一方面，如图3(b)所示，在步骤3中，在室外配管温度和预定的设定值相等或在预定的设定值以下，温度差ΔT比10℃小、且经过除霜禁止时间τ1(例如150分钟)之后的情况下，例如，在室外配管温度变成-2℃的情况下，进入步骤4及步骤5，开始除霜运转。但是，在这种情况下，为了预先将除霜禁止时间τ1设定得比较长，进行长时间(150分钟)的采暖运转，以图提高舒适性。

另外，步骤S5～步骤S10如上所述。

在图3(a)所示的由于多湿条件等造成向室外热交换器11的上霜量多的情况下的特性图中，伴随着上霜，传热性能下降，另外，由于压力损失增加导致的风量下降，蒸发温度逐渐下降，因而，大气温度和室外配管温度的差变大。从而，在经过根据上次的除霜时间τ2设定的除霜禁止时间τ3(在此为30分钟)、室外配管温度为零下温度(例如-5℃以下)且比大气温度充分低的情况下(例如室外配管温度比大气温度低10℃的情况下)，判断为向室外热交换器的上霜多，切换到除霜运转，使上霜融化，以图实现作为蒸发器发挥作用的室外热交换器的传热性能的恢复。

与此相对，在图3(b)所示的由于低湿度等造成向室外热交换器11的上霜量少的情况下的特性图中，室外配管温度相对于大气温度的下降也少。在这种情况下，若经过根据上次的除霜时间τ2设定的除霜禁止时间τ1(在此为150分钟)、且室外配管温度是零下温度、例如-2℃以下，则切换到除霜运转。但是，由于在这种情况下除霜禁止时间τ1被设定成充分长的时间，所以长时间的采暖运转成为可能，以图改善运转效率。

下面对在采暖除霜运转时实现的作用效果进行说明。利用致冷剂的热使在采暖运转时向室外热交换器11的致冷剂配管的上霜融化的除霜运转，与切换四通阀4、进行制冷运转时一样，通过使致冷剂流动来实施。此时，压缩机3的频率固定在除霜频率，通过将该除霜频率设定成比额定频率还高的频率，从压缩机3排出的致冷剂流量增加，流入作为冷凝器的室外热交换器11的致冷剂流量增加，以图实现除霜时间的缩短。

另外，在除霜运转结束后向采暖运转切换时，通过一度使压缩机3停止，减小高低压的压差，切实地进行四通阀4的切换，另外，谋求对此时发生的振动、致冷剂音等加以抑制。

另外，在上述说明中，作为采暖运转时蒸发器致冷剂温度检测装置，对使用第三温度传感器14c的例子进行了说明，但是，不言而喻，使用或兼用第二温度传感器14b也可以得到同样的效果。另外，在上述说明中，对把R410 A作为使用致冷剂来使用的情况进行了说明，但是，不言而喻，使用其它致冷剂也可以得到同样的效果。

Claims (4)

1、一种冷冻空调装置，配有致冷剂回路，所述致冷剂回路具有：压缩机、室内热交换器、第一减压装置、室外热交换器、以及在采暖时和制冷时切换致冷剂流动方向的切换器，所述冷冻空调装置从所述室内热交换器供给热量，其特征在于，

设有提供对所述室外热交换器的上霜状态的判断的室外热交换器的致冷剂温度检测装置和大气温度检测装置，

能够根据上次的除霜时间τ2的长度设定多个连续进行采暖运转的两种除霜禁止时间τ1、τ3，

配有控制装置，该控制装置按下述方式进行控制：在判断为对所述室外热交换器的上霜量少的情况下，将所述除霜禁止时间设定得长，在判断为对所述室外热交换器的上霜量多的情况下，将所述除霜禁止时间设定得短，从而进行除霜运转。

2、如权利要求1所述的冷冻空调装置，其特征在于，所述两种除霜禁止时间τ1、τ3具有τ1≥τ3的关系，

当判断为对所述室外热交换器的上霜量少时，根据与所述室外热交换器的致冷剂温度对应的室外配管温度和除霜禁止时间τ1，判断向除霜运转的切换，

同时，当判断为对所述室外热交换器的上霜量多时，根据所述室外配管温度、室外温度及除霜禁止时间τ3，判断向除霜运转的切换。

3、如权利要求1或2所述的冷冻空调装置，其特征在于，在所述室内热交换器和第一减压装置之间装有中压接收器，在所述室内热交换器和中压接收器之间装有第二减压装置。

4、如权利要求3所述的冷冻空调装置，其特征在于，装有控制装置，该控制装置按下述方式进行控制：

对于致冷剂流，利用位于所述中压接收器下游侧的减压装置，使压缩机吸入的致冷剂过热度、作为蒸发器起作用的所述热交换器出口的致冷剂过热度、压缩机排出温度、或压缩机排出致冷剂过热度中的任一个达到预定的目标值；

对于致冷剂流，利用位于所述中压接收器上游侧的减压装置，使作为冷凝器起作用的所述热交换器出口的过冷却度达到预定的目标值。

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