CN103363707A - 热泵式空气调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热泵式空气调节装置，包括：空气调节主回路，包括通过制冷管路顺次连接的压缩机、四通换向阀、室外侧换热器、第一节流装置、闪蒸器、膨胀装置和室内侧换热器，四通换向阀的第一接口与压缩机的出口端连通、第二接口与室外侧换热器连通、第三接口与室内侧换热器连通、第四接口与压缩机的入口端连通；补气回路，一端与闪蒸器连接，另一端与压缩机连接，补气回路包括通过管路连接的补气阀门；除霜装置，除霜装置为具有支路阀门的除霜支路，除霜支路的第一端连接在压缩机的出口端和四通换向阀之间、第二端连接在室外侧换热器与第一节流装置之间。本发明的热泵式空气调节装置不需要压缩机停机便可以进行除霜，除霜及时且结构简单。

Description

热泵式空气调节装置

技术领域

本发明涉及空气调节领域，具体而言，涉及一种热泵式空气调节装置。

背景技术

现有技术中的热泵式空气调节装置一般采用双级压缩技术，双级压缩技术通过闪蒸器和节流装置进行制冷过程，本领域技术人员均知道在制热时，因为闪蒸器的存在，冷媒在流过闪蒸器的时候必定会被再次过冷，即流入室外换热器的冷媒必定处于相较于单级压缩技术来说更低的温度，那么其结霜情况会更严重、频繁。传统的除霜方式为在空调制热运行过程，四通换向阀切换到制冷循环流程，让压缩机排出的高温高压的冷媒经过四通换向阀排入到室外侧换热器中，以融化空调室外侧换热器上的霜层或冰层。传统的除霜方式首先需要压缩机停机，内风机经过一段时间吹余热后，四通换向阀才换向进行除霜。除霜完成后，压缩机再停滞一段时间，然后四通换向阀再次换向，进行制热。压缩机开启一段时间后，内管温升高至一定温度才能得到热风。这一个过程大约需要12～15min甚至更长，不能及时除霜。

发明内容

本发明旨在提供一种热泵式空气调节装置，本发明的热泵式空气调节装置不需要压缩机停机便可以进行除霜，除霜及时且结构简单。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种热泵式空气调节装置，包括：空气调节主回路，包括通过制冷管路顺次连接的压缩机、四通换向阀、室外侧换热器、第一节流装置、闪蒸器、膨胀装置和室内侧换热器，四通换向阀的第一接口与压缩机的出口端连通、第二接口与室外侧换热器连通、第三接口与室内侧换热器连通、第四接口与压缩机的入口端连通，四通换向阀具有使热泵式空气调节装置进行制热运行的第一状态和使热泵式空气调节装置进行制冷运行的第二状态；补气回路，一端与闪蒸器连接，另一端与压缩机连接，补气回路包括通过管路连接的补气阀门；除霜装置，用于对室外侧换热器进行除霜操作；除霜装置为具有支路阀门的除霜支路。

进一步地，除霜支路的第一端连接在压缩机的出口端和四通换向阀之间、第二端连接在室外侧换热器与第一节流装置之间。

进一步地，除霜支路的第一端连接在四通换向阀和室内侧换热器之间、第二端连接在室外侧换热器与第一节流装置之间。

进一步地，除霜支路还包括与支路阀门串联连接的第二节流装置。

进一步地，补气回路还包括与补气阀门串联设置的单向阀。

进一步地，热泵式空气调节装置还包括控制装置，控制装置控制热泵式空气调节装置在不同的除霜控制模式之间切换以对室外侧换热器进行除霜操作，除霜控制模式包括：第一除霜模式，在第一除霜模式下，支路阀门打开，四通换向阀处于第一状态；第二除霜模式，在第二除霜模式下，支路阀门关闭，四通换向阀处于第二状态。

进一步地，热泵式空气调节装置还包括室外侧换热风机；控制装置还包括用于检测室外环境温度的第一测温装置，在第一除霜模式下，当第一测温装置检测到室外环境温度大于第一预定温度时，控制装置控制室外侧换热风机开启，室外环境温度小于或等于第一预定温度时控制装置控制室外侧换热风机关闭。

进一步地，热泵式空气调节装置还包括室内侧换热风机；控制装置还包括用于检测室内侧换热器的盘管温度的第二测温装置，在第一除霜模式下，当第二测温装置检测到室内侧换热器的盘管温度大于或等于第二预定温度时，控制装置控制室内侧换热风机开启，检测到室内侧换热器的盘管温度小于第三预定温度时，控制装置控制室内侧换热风机关闭，其中，第三预定温度小于或等于第二预定温度。

进一步地，在第一除霜模式下压缩机持续运行。

进一步地，控制装置还包括检测热泵式空气调节装置在第一除霜模式下的运行时长的时间检测装置，当时间检测装置检测到运行时长大于预定时间段时，控制装置控制热泵式空气调节装置从第一除霜模式切换至第二除霜模式。

应用本发明的技术方案，热泵式空气调节装置，包括：空气调节主回路，包括通过制冷管路顺次连接的压缩机、四通换向阀、室外侧换热器、第一节流装置、闪蒸器、膨胀装置和室内侧换热器，四通换向阀的第一接口与压缩机的出口端连通、第二接口与室外侧换热器连通、第三接口与室内侧换热器连通、第四接口与压缩机的入口端连通，四通换向阀具有使热泵式空气调节装置进行制热运行的第一状态和使热泵式空气调节装置进行制冷运行的第二状态；补气回路，一端与闪蒸器连接，另一端与压缩机连接，补气回路包括通过管路连接的补气阀门；除霜装置，用于对室外侧换热器进行除霜操作；除霜装置为具有支路阀门的除霜支路。热泵式空气调节装置由于仅设置一条除霜支路即可以实现在制热的同时对室外侧换热器进行除霜的功能，相对于传统的热泵式空气调节装置来说具有除霜装置结构简单、除霜效率高的优点。另外，这样的设置，使本方案的除霜支路仅使用支路阀门和第二节流装置以及连接管路即可构成，结构简单。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的热泵式空气调节装置的第一实施例的系统示意图；

图2示出了图1的热泵式空气调节装置的制冷运行时的冷媒流向示意图；

图3示出了图1的热泵式空气调节装置的制热运行时的冷媒流向示意图；

图4示出了图1的热泵式空气调节装置的第一除霜模式下运行的冷媒流向示意图；

图5示出了图1的热泵式空气调节装置的第二除霜模式下运行的冷媒流向示意图；以及

图6示出了本发明的热泵式空气调节装置的第二实施例的系统示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本实施例的热泵式空气调节装置包括空气调节主回路、补气回路和除霜装置，空气调节主回路包括通过制冷管路顺次连接的压缩机1、四通换向阀2、室外侧换热器5、第一节流装置8、闪蒸器9、膨胀装置10和室内侧换热器13，四通换向阀2的第一接口与压缩机1的出口端连通、第二接口与室外侧换热器5连通、第三接口与室内侧换热器13连通、第四接口与压缩机1的入口端连通，四通换向阀2具有使热泵式空气调节装置进行制热运行的第一状态和使热泵式空气调节装置进行制冷运行的第二状态；补气回路的一端与闪蒸器9连接、另一端与压缩机1连接，补气回路包括通过管路连接的补气阀门14；除霜装置用于对室外侧换热器5进行除霜操作；除霜装置为具有支路阀门3的除霜支路，除霜支路的第一端连接在压缩机1的出口端和四通换向阀2之间、第二端连接在室外侧换热器5与第一节流装置8之间。

热泵式空气调节装置由于仅设置一条除霜支路即可以实现在制热的同时对室外侧换热器进行除霜的功能，相对于传统的热泵式空气调节装置来说具有除霜装置结构简单、除霜效率高的优点。另外，这样的设置，使本方案的除霜支路仅使用支路阀门3和第二节流装置4以及连接管路即可构成，结构简单。

优选地，除霜支路还包括与支路阀门3串联连接的第二节流装置4。第二节流装置4主要用于除霜过程中将压缩机1排出的热冷媒气体进行节流降压后旁通至室外侧换热器5中，第二节流装置4可选用毛细管、短管等。需要说明的是，如果支路阀门3本身的孔径小，满足节流降压的需要，除霜支路可以不设置第二节流装置4。

优选地，补气回路还包括与补气阀门14串联设置的单向阀15。其中补气阀门14为二通阀，单向阀15的设置使补气回路中的冷媒只能由闪蒸器9流向压缩机1。需要说明的是，单向阀15设置的原因取决于二通阀对流向的要求；如果二通阀对流向无要求则不需要设置单向阀，如果二通阀对流向有要求，则需要设置单向阀来协助二通阀。

如图2所示，本实施例的热泵式空气调节装置在制冷运行过程中，支路阀门3关闭，补气阀门14打开，四通换向阀2处于第二状态，具体地，四通换向阀2的第一接口与第二接口连通，四通换向阀2的第三接口与第四接口连通；冷媒在此过程中的流向为：压缩机1→室外侧换热器5→第一节流装置8→闪蒸器9→膨胀装置10→室内侧换热器13→四通换向阀2→压缩机1；其中，冷媒经过闪蒸器9后，有一部分进入补气回路再流入压缩机1中。

如图3所示，本实施例的热泵式空气调节装置在制热运行过程中，支路阀门3关闭，补气阀门14打开，四通换向阀2处于第一状态，具体地，四通换向阀2的第一接口与第三接口连通，四通换向阀2的第二接口与第四接口连通；冷媒在此过程中的流向为：压缩机1→室内侧换热器13→膨胀装置10→闪蒸器9→第一节流装置8→室外侧换热器5→四通换向阀2→压缩机1；其中，冷媒经过闪蒸器9后，有一部分进入补气回路再流入压缩机1中。

本实施例的热泵式空气调节装置还包括控制装置，控制装置控制热泵式空气调节装置在不同的除霜控制模式之间切换以对室外侧换热器5进行除霜操作，除霜控制模式包括：

第一除霜模式，在第一除霜模式下，支路阀门3打开，四通换向阀2处于第一状态；

第二除霜模式，在第二除霜模式下，支路阀门3关闭，四通换向阀2处于第二状态。

其中第一除霜模式具体为：

在第一除霜模式下，支路阀门3打开，补气阀门14打开，四通换向阀2处于第一状态。如图4所示，在第一除霜模式下冷媒按照以下的流动方向循环流动：压缩机1出口端的冷媒分为冷媒主流和冷媒支流。其中，冷媒支流先后流经二通阀和第二节流装置4后，与冷媒主流在进入室外侧换热器5前汇合。冷媒主流进入四通换向阀2并依次流经室内侧换热器13和膨胀装置10进入闪蒸器9，冷媒主流进入闪蒸器9后一部分流入补气回路最终进入压缩机1、另一部分流入第一节流装置8并与流经除霜支路中冷媒支流汇合后进入室外侧换热器5，再流经四通换向阀2后回到压缩机1的入口端。

如果控制装置判定空气调节装置需要进入第一除霜模式运行，则按照以下策略控制：

1：压缩机1持续运行。在本实施例中优选地为变频压缩机，在第一除霜模式下优选地采用高频运行，例如使压缩机1在60至120Hz的范围内运行。

2：四通换向阀2维持在使空气调节主回路处于制热运行的第一状态，不用换向。

3：支路阀门3开启导通，将压缩机1排出的热冷媒气体与膨胀装置10来的冷媒气体合流后输送至室外侧换热器5，以获得比制热运行时更高的通过室外侧换热器5的冷媒温度，从而对室外侧换热器5进行除霜。

4：第二节流装置4由于支路阀门3开启导通也处于导通状态，其作用是将压缩机1排出的热气进行节流降压后旁通至室外侧换热器5进行除霜。

5：热泵式空气调节装置还包括室外侧换热风机6和用于检测室外环境温度的第一测温装置。室外侧换热风机电机7用于驱动室外侧换热风机6。当第一测温装置检测到室外环境温度大于一个第一预定温度时，室外侧换热风机6可以选择持续开启，以充分利用环境中较高温度的空气对流传热进行融霜。当室外侧换热器5的盘管温度大于一个温度定值时，例如大于5℃时，可以选择关闭室外侧换热风机6。当第一测温装置检测到室外环境温度小于或等于前述第一预定温度时，室外侧换热风机6可以选择为立即关闭，以避免室外侧换热器5内部的除霜热量损失。该第一预定温度例如可以是在4至10℃之间的一个值，优选地为5℃。

6：膨胀装置10的开度宜确保适当的冷媒流量通过，进入室外侧换热器5进行融霜。

7：热泵式空气调节装置还包括室内侧换热风机12和用于检测室内侧换热器13的盘管温度的第二测温装置。室内侧换热风机电机11用于驱动室内侧换热风机12。室内侧换热风机12可以根据第二测温装置的测量结果关闭运行或维持一定的风速运行，确保适当的出风温度，确保室内温度的舒适性，并确保一部分热量能够进入室外侧换热器5进行融霜。具体地控制方式可以为：当第二测温装置检测到室内侧换热器13的盘管温度大于一个第二预定温度，控制装置控制室内侧换热风机12开启。该第二预定温度例如可以是在40至60℃之间的一个值，优选地为50℃。当第二测温装置检测到室内侧换热器13的盘管温度小于一个第三预定温度时，控制装置控制室内侧换热风机12关闭，其中，第三预定温度宜小于或等于第二预定温度。该第三预定温度可以是在例如20至40℃之间的一个值，优选地为30℃。当第二测温装置检测到室内侧换热器13的盘管温度介于第二预定温度和第三预定温度之间时，控制装置控制室内侧换热风机12保持原有运行状态。

8：补气阀门14关闭，补气回路不开启。

第二除霜模式具体为：

在第二除霜模式下，支路阀门3关闭，补气阀门14打开，四通换向阀2处于第二状态。如图5所示，在第二除霜模式下，冷媒按照以下的流动方向循环流动：压缩机1→四通换向阀2→室外侧换热器5→第一节流装置8→闪蒸器9→膨胀装置10→室内侧换热器13→四通换向阀2→压缩机1。

在热泵式空气调节装置的室外侧换热器5需要除霜时，优选地在第一除霜模式下运行。在环境温度过低，比如室内环境温度在20℃以下，室外环境温度在-20℃以下时，或者在第一除霜模式下经历一段时间后室外侧换热器5的盘管温度不能达到预定的温度值，例如在第一除霜模式下运行经历8分钟后室外侧换热器盘管温度仍不能达到10℃以上，则按照第二除霜模式运行。

为了控制热泵式空气调节装置从第一除霜模式到第二除霜模式的切换，控制装置还可以包括检测热泵式空气调节装置在第一除霜模式下的运行时长的时间检测装置，当时间检测装置检测到运行时长大于预定时间段时，控制装置控制热泵式空气调节装置切换至第二除霜模式。当然，此处预定时间段并不限于例举的8分钟，例如也可以是6至10分钟之间的一个值。

如果控制装置判定空气调节装置需要进入第二除霜模式运行，则按照以下策略控制：

1)在压缩机1为变频压缩机，进入第二除霜模式时，压缩机1需经过初次停机、初次启动、升频并高频(例如在60至120Hz的范围内)运行、除霜完成后再次停机、系统高低压压力平衡后再次启动的过程。

2)进入第二除霜模式时，四通换向阀2在压缩机1初次停机后一段时间内换向为使空气调节主回路制冷运行的第一状态，除霜完成后在压缩机1再次停机一段时间后切换为使空气调节主回路进行制热运行的第二状态。

3)支路阀门3关闭以切断除霜支路。

4)室外侧换热风机6在热泵式空气调节装置进入第二除霜模式后停机，以防止将室外侧换热器5内的除霜用热量带走。在第二除霜模式结束后再根据运行条件决定是否开启运行。

5)膨胀装置10的开度宜确保适当的冷媒流量通过，确保迅速除霜。

6)为了防止在第二除霜模式中快速减低室温，室内侧换热风机12在第二除霜模式中关闭运行。

7)除霜过程中，补气阀门14关闭，补气回路不开启。

需要说明的是，第二除霜模式是对第一除霜模式的有益补充，其作用是在恶劣的室外环境条件下或霜冻情况较严重的情况下增加除霜能力。但是，本领域技术人员可以预见到，以上空气调节装置即使在恶劣的环境条件下也可以只采用第一除霜模式进行除霜操作，只要除霜过程的时间足够长即可。

根据以上的描述，第一实施例的热泵式空气调节装置，在通常条件下，都可以采用在制热的同时除霜的第一除霜模式，从而，在部件较少、系统和控制方式简单、节约成本的前提条件下，基本实现如下效果：

1)由于通常的室外环境条件下可以在第一除霜模式下运行，即可以在制热的同时利用冷媒的显热进行除霜，具有如下优势：

四通换向阀不换向，压缩机不停机，直接将压缩机排出的高温冷媒通入室外侧换热器，因而能及时快速地实现除霜，可以在8～10min内完成除霜，由于除霜时内管温度较高，除霜完成后可以马上得到热风。采用传统的除霜模式时因压缩机停机，四通换向阀换向而导致的除霜总时间过长，一个完整的除霜过程需要大概12～15min甚至更长时间才能重新得到热风，对房间舒适性影响较大。

室内侧换热器的内管可以维持在较高的温度，不仅不会吸收房间的热量，在室内侧换热风机停机时，可以通过自然对流的方式向房间散热，在除霜的过程中，室内温度波动较小，对房间的舒适性贡献较大；也可以在除霜的过程中开启室内侧换热风机，持续对室内房间供热。可以避免传统除霜过程中因室内侧换热器的温度在-20℃以下而吸收房间热量所造成的室内温度较大的波动。

压缩机的吸气温度、吸气压力在进入除霜后获得较快提升，不容易造成压缩机液压缩，压缩机运行更可靠。可以避免传统除霜过程中，因大量的液态冷媒积聚在压缩机入口处而造成的压缩机液压缩。

2)进一步地，在室外环境恶劣的条件下，可以切换至第二除霜模式(与传统除霜模式相对应)进行除霜操作，可以强化除霜强度；同时，由于采用第二除霜模式可以有第一除霜模式的配合，因而不必在除霜全过程中全程采用第二除霜模式，可以最大程度上减少第二除霜模式造成用户不舒适的不利影响。

本发明还提供了热泵式空气调节装置的第二实施例，具体参见图6，第二实施例与第一实施例的区别仅在于除霜支路的第一端设置在四通换向阀2第三接口和室内侧换热器13之间。除霜支路还包括与支路阀门3串联连接的单向阀，其中支路阀门3为二通阀。需要说明的是，单向阀设置的原因取决于二通阀对流向的要求；如果二通阀对流向无要求则不需要设置单向阀，如果二通阀对流向有要求，则需要设置单向阀来协助二通阀。

需要特别说明的是，此实施例的热泵式空气调节装置的空气调节主回路中冷媒流向与控制方式均与第一实施例相同，同样可以解决待解决的问题，达到相同的技术效果，此处不再进行重复。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热泵式空气调节装置，包括：

空气调节主回路，包括通过制冷管路顺次连接的压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外侧换热器(5)、第一节流装置(8)、闪蒸器(9)、膨胀装置(10)和室内侧换热器(13)，所述四通换向阀(2)的第一接口与所述压缩机(1)的出口端连通、第二接口与所述室外侧换热器(5)连通、第三接口与所述室内侧换热器(13)连通、第四接口与所述压缩机(1)的入口端连通，所述四通换向阀(2)具有使所述热泵式空气调节装置进行制热运行的第一状态和使所述热泵式空气调节装置进行制冷运行的第二状态；

补气回路，一端与所述闪蒸器(9)连接，另一端与所述压缩机(1)连接，所述补气回路包括通过管路连接的补气阀门(14)；

除霜装置，用于对所述室外侧换热器(5)进行除霜操作；

其特征在于，

所述除霜装置为具有支路阀门(3)的除霜支路。

2.根据权利要求1所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述除霜支路的第一端连接在所述压缩机(1)的出口端和所述四通换向阀(2)之间、第二端连接在所述室外侧换热器(5)与所述第一节流装置(8)之间。

3.根据权利要求1所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述除霜支路的第一端连接在所述四通换向阀(2)和所述室内侧换热器(13)之间、第二端连接在所述室外侧换热器(5)与所述第一节流装置(8)之间。

4.根据权利要求2或3所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述除霜支路还包括与所述支路阀门(3)串联连接的第二节流装置(4)。

5.根据权利要求3所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述补气回路还包括与所述补气阀门(14)串联设置的单向阀(15)。

6.根据权利要求1所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述热泵式空气调节装置还包括控制装置，所述控制装置控制所述热泵式空气调节装置在不同的除霜控制模式之间切换以对所述室外侧换热器(5)进行除霜操作，所述除霜控制模式包括：

第一除霜模式，在所述第一除霜模式下，所述支路阀门(3)打开，所述四通换向阀(2)处于所述第一状态；

第二除霜模式，在所述第二除霜模式下，所述支路阀门(3)关闭，所述四通换向阀(2)处于所述第二状态。

7.根据权利要求6所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述热泵式空气调节装置还包括室外侧换热风机(6)；

所述控制装置还包括用于检测室外环境温度的第一测温装置，在所述第一除霜模式下，当所述第一测温装置检测到所述室外环境温度大于第一预定温度时，所述控制装置控制所述室外侧换热风机(6)开启，所述室外环境温度小于或等于所述第一预定温度时所述控制装置控制所述室外侧换热风机(6)关闭。

8.根据权利要求6所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述热泵式空气调节装置还包括室内侧换热风机(12)；

所述控制装置还包括用于检测所述室内侧换热器(13)的盘管温度的第二测温装置，在所述第一除霜模式下，当所述第二测温装置检测到所述室内侧换热器(13)的盘管温度大于或等于第二预定温度时，所述控制装置控制所述室内侧换热风机(12)开启，检测到所述室内侧换热器(13)的盘管温度小于第三预定温度时，所述控制装置控制所述室内侧换热风机(12)关闭，其中，所述第三预定温度小于或等于所述第二预定温度。

9.根据权利要求6所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，在所述第一除霜模式下所述压缩机(1)持续运行。

10.根据权利要求6所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述控制装置还包括检测所述热泵式空气调节装置在所述第一除霜模式下的运行时长的时间检测装置，当所述时间检测装置检测到所述运行时长大于预定时间段时，所述控制装置控制所述热泵式空气调节装置从所述第一除霜模式切换至所述第二除霜模式。

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