CN106524389A - 一种空调器除霜方法及其空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调器除霜方法及其空调器，其中，空调器除霜方法包括：在制热模式下，当室外机处于易结霜工况时，启动室内机中的电加热器，降低压缩机转速，提高蒸发温度和所述室外机中的盘管温度；以及在除霜模式下，所述室内机的电加热器和风扇均保持运转，加速所述换热器与所述电加热器之间的空气流动。空调器包括执行上述空调器除霜方法的控制模块。本发明的空调器除霜方法通过在除霜模式下，打开电加热器和室内风扇，使室内机换热器制冷剂吸收电加热的热量，能提高室内机换热器出口制冷剂干度，减少压缩机吸气带液量，提高压缩机稳定运行；还可以加快除霜过程，可提高冬季使用空调器的室内舒适度。

Description

一种空调器除霜方法及其空调器

技术领域

本发明涉及一种空调器除霜方法，尤其是一种延缓结霜和缩短除霜时间的空调器除霜方法及其空调器。

背景技术

冬季使用空调器时，当室外空气温度在-2℃至5℃之间，特别是在1℃至2℃，若此时室外空气湿度较大，如相对湿度在75％以上时，当室外换热器外壁温低于0℃时，室外机会开始结霜。结霜会在翅片上形成热阻，降低传热效果，管内的制冷剂难以吸热进行蒸发；且随着结霜厚度与范围增加，导致翅片间隙被堵，室外空气难以进入换热器进行换热，换热效率迅速下降，直至蒸发过程难以进行，导致室外机出口液体制冷剂过多，造成压缩机吸入过多液体，危害压缩机的可靠运行。

为了使空调器继续运行，市场上现有的空调器会根据结霜情况控制空调器除霜方法进入除霜模式，即空调器除霜方法进入类似“制冷”的模式。压缩机出口的高温高压制冷剂进入室外机进行融霜，而后进入膨胀机构节流成为低温低压的气液混合物后进入室内机。在除霜模式下，由于室内机侧的制冷剂温度较低，为防止吹出冷风，现有的空调器关闭室内风扇。从图2可以看出，室内机出口的制冷剂带液量可能较大，会影响压缩机的可靠运行。

另外，对于冬季制热，目前市场上的空调器几乎都在室内机盘管侧装有辅助电加热元件(如PTC)，辅助电加热量一般设计在额定制热量的1/4至1/3。主要是为了在冬季低温时，起到辅助加热功能，弥补制热量不足，另外由于PTC电加热元件换热效率高、启动快，在开机初期压缩机还未运转时，可以迅速加热出风温度。PTC材料为陶瓷体，本身的发热量会根据其环境温度自动进行调节，当周围温度低时，PTC阻值会下降，温升迅速；而当周围温度高时，PTC阻值会成倍地增长，直至接近绝缘而切断电源，停止加热。因此不会出现过热现象，起到了风扇风量过小或者发生堵转时防止过热的自保护功能。但是对于市场上现有的空调器，一般只在低温制热如室外温度为0℃以下工作或制热开机时启动电加热功能，而且在低温制热过程中，一般由用户在感觉制热量不够时利用控制器进行选择电加热器开启，在除霜过程中，空调器关闭电加热器和室内风扇。

从空调产品性能考虑，如果可以延缓结霜和/或缩短除霜时间这两个过程，就可以提高空调器的低温制热能力，在国标计算空调器在各季节气温变化下运行整体效率时，使用了APF这一指标来衡量空调器的随着全年季节变化的综合能耗效率。如果通过延缓结霜和/或缩短除霜时间来提高低温制热工况下空调器的能效，不仅可以为用户带来更好的经济利益，也可以提高室内的出风温度。所以，不同的空调器厂商和研究设计人员都尝试了不同的方法来实现延缓结霜或者缩短除霜时间的效果。以下汇总了现有的主要解决方案：

1.通过室外机换热器翅片设计及管路布置延缓结霜；

1.1增大翅片间隙；

1.2不同排数翅片可采用变间隙组合；

1.3对翅片进行表面处理，加上亲水聚合物的涂层。

2.通过系统热气旁通设计提高室外机温度延缓除霜

2.1将压缩机出口分流的高温蒸汽与膨胀阀出口的制冷剂直接混合后送入室外机入口；

2.2将压缩机出口分流的高温蒸汽与各盘管制冷剂分段混合。

3.辅助加热设计

3.1电加热安装在室外机侧，预热室外低温空气，延缓结霜；

3.2在储液器外侧安装电加热装置起到延缓结霜和缩短除霜时间的效果。在最容易结霜的室外温度如1℃至2℃时，开启储液器外安装的辅助电加热装置，通过提高压缩机进口温度和压力，来提高室外机的温度，延缓结霜。外机结霜严重时，空调器切换到除霜模式，室内风扇关闭，开启储液器外安装的辅助电加热装置，制冷剂在室内机换热器中不蒸发吸热，室内机换热器出口的液体制冷剂吸收电加热的热量进行蒸发，储液器相当于起到了室内机的蒸发作用。

从上述总结的现有方法可以看出，无论是单独实现延缓结霜还是既延缓结霜又缩短除霜时间的效果，都是通过对现有的空调器进行较大的改动，特别对于可以实现缩短除霜时间的储液器外侧电加热方法，也需要在系统中增加额外的电加热装置。

有鉴于此，发明人提供了一种能够既延缓结霜又缩短除霜时间的空调器除霜方法及其空调器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空调器除霜方法及其空调器，克服了现有技术的困难，能提高室内机换热器出口制冷剂干度，减少压缩机吸气带液量，提高压缩机稳定运行；还可以加快除霜过程，提高冬季使用空调的室内舒适度。

根据本发明的一个方面，提供一种空调器除霜方法，包括：

在制热模式下，当室外机处于易结霜工况时，启动室内机中的电加热器，降低压缩机转速，提高蒸发温度和所述室外机中的盘管温度；以及

在除霜模式下，所述室内机的电加热器和风扇均保持运转均保持运转，加速所述换热器与所述电加热器之间的空气流动。

优选地，在制热模式下，降低压缩机转速至预设制热模式下压缩机转速的50％到80％。

优选地，在制热模式下，提高所述室外机中的盘管温度大于等于零度。

优选地，所述易结霜工况为空气处于-2℃至5℃并且室外的相对湿度大于75％。

优选地，在除霜模式下，所述风扇倒转自出风口吸入空气。

优选地，所述风扇倒转的风量为预设制热模式下风扇风量的10％至30％。

优选地，所述空调是挂壁式空调，所述空气自出风口进入，依次经过风扇、电加热器以及室内换热器。

优选地，所述空调是立柜式空调，所述空气自出风口进入，依次经过电加热器、室内换热器以及风扇。

优选地，调整出风口叶片，使得所述风扇自出风口向上吹出加热后的空气。

优选地，关闭所述出风口。

优选地，所述电加热器是PTC电加热元件。

根据本发明的另一个方面，还提供一种空调器包括执行上述空调器除霜方法的控制模块。

由于使用了以上技术，本发明的空调器除霜方法及其空调器通过在除霜模式下，打开电加热器和室内风扇，使室内机换热器制冷剂吸收电加热的热量，能提高室内机换热器出口制冷剂干度，减少压缩机吸气带液量，提高压缩机稳定运行；还可以加快除霜过程，可提高冬季使用空调的室内舒适度。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。

图1为主动开启电加热器延缓结霜的和不开启电加热器的系统压焓对比图；

图2为除霜状态中开启电加热器的和不开启电加热器的系统压焓对比图；

图3为运用本发明的挂壁式空调系统开启电加热加快除霜的示意图；

图4为运用本发明的立柜式空调系统开启电加热加快除霜的示意图；

图5为运用本发明的挂壁式空调系统室内风扇倒转并开启电加热加快除霜的示意图；以及

图6为运用本发明的立柜式空调系统室内风扇倒转并开启电加热加快除霜的示意图。

附图标记

A 开启电加热器的空调的压焓变化曲线

B 不开启电加热器的空调的压焓变化曲线

e 流经室内机的制冷液

f 流经压缩机的制冷液

g 流经室外机的制冷液

h 流经节流装置的制冷液

J 制冷液流向

K 空气流向

x 焓

y 压力

1 室外机

2 节流装置

3 室内机

31 室内机换热器

32 电加热器

33 风扇

4 压缩机

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的结构和部件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

第一实施例

通常的空调器主要包括室内机、室外机、压缩机、节流装置，室内机包括电加热器和风扇。室内机的管路经过压缩机连接到室外机，室外机的管路经过节流装置连接到室内机，形成回路。在常规的制热模式下，室外机中的制冷液经过室外换热后，经过压缩机加压后进入室内机，并在室内机进行换热后经由节流装置降压后返回到室外机。

本发明的空调器还包括执行下述空调器除霜方法的控制模块。本发明的空调器除霜方法可以在除霜模式下快速除霜，而且可以在制热模式下(或者未启动除霜模式的情况下自动使用)预防或者是延缓结霜。

现有空调器都只在制热量不足时开启电加热作为辅助加热，不是针对延缓结霜。而本发明在制热模式下，当室外机处于易结霜工况(例如：室外的空气处于-2℃至5℃并且室外的相对湿度大于75％，但不以此为限)时，启动室内机中的电加热器，降低压缩机转速至预设制热模式下压缩机转速的50％到80％，但不以此为限。例如，在预设的空调制热模式下，压缩机的转速的6000RPM，则使用本实施例的空调器除霜方法时，需要将压缩机的转速降低到3600RPM至4800RPM之间。以此提高蒸发温度和室外机中的盘管温度，并达到同样或更高的制热量。通过在容易结霜的室外工况下，主动开启电加热功能，实现延缓结霜。而提高室外机中的盘管温度的最优选是提高盘管温度大于等于零度，能则保证盘管不会结霜。但鉴于节能、舒适性等的综合考虑，通常会提高盘管温度1℃至3℃。

其中，PTC热敏加热元件主要由镀锌外压板、不锈钢波纹状弹簧片、镀锌内压板、单层铝散热件、PTC发热片、双层铝散热件、镀镍铜电极端子和PPS高温塑胶电极护套所组成。该产品由于采用U型波纹状散热片，提高了其散热率，且综合了胶粘和机械式的优点，并充分考虑到PTC发热件在工作时的各种热、电现象，其结合力强，导热、散热性能优良，效率高，安全可靠。该类型PTC加热器有热阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器。它的一大突出特点在于安全性能上，即遇风扇故障停转时，PTC加热器因得不到充分散热，其功率会自动急剧下降，此时加热器的表面温度维持在居里温度左右(一般在250℃上下)，从而不致产生如电热管类加热器的表面“发红”现象。

当室外空气例如在-2℃至5℃之间，且湿度较大如相对湿度75％以上时，空调器自动开启电加热功能，相当于承担了1/4至1/3的制热负荷。以市场上最常见的额定制冷量为3500W，额定制热量为额定制冷量的1.25倍即4375W的空调器为例，电加热可以提供1094W至1458W的辅助制热量。对于一般空调器冬季制热在较大负荷工况下能效比为3至3.5，即制热量与压缩机功率的比值为3至3.5，如表1所示，相应地可以减少压缩机功率为313W-486W，对于目前越来越普及的变频空调器来说，可以降低其运行频率，近似于在部分负荷的制热工况下运行。

参考图1(其中x轴表示焓值、y轴表示压力值)可见，在循环制冷剂液分别流经室外机(流经室内机的制冷剂相当于e段)、压缩机(流经压缩机的制冷剂当于f段)、室内机(流经室外机的制冷剂当于g段)和节流装置(流经节流装置的制冷剂当于h段)。

本发明的开启电加热元件的焓压曲线(虚线表示不开启电加热元件的焓压曲线)与现有技术的不开启电加热元件的焓压曲线(实线表示不开启电加热元件的焓压曲线)相比，使用本发明的空调器，室外机的制冷剂的蒸发压力降低了，室内机的制冷剂的冷凝压力升高了。

这里以空调系统模拟软件进行计算，当室外干球4℃，湿球2℃，室外机风量2400m³/h，电加热制热量在1094W至1458W时，压缩机频率可以降低22Hz至30Hz，如表2所示，蒸发温度可以提高1.4℃至2.1℃。如果要提高3℃左右，电加热可以设计到制热量的45％左右。当室外机盘管表面温度在0℃以上时，结霜就不容易发生。

表1.开启电加热对减少压缩机功率的影响

	电加热热量为1094W时	电加热热量为1458W时
			EER	可减少压缩机输入功率	可减少压缩机输入功率
[W/W]	[W]	[W]
			3.0	365	486
3.1	353	470
			3.2	342	456
3.3	332	442
			3.4	322	429
3.5	313	417

表2.开启电加热，可减少压缩机功率，对室外机蒸发温度的影响

	制热工况，室外机盘管温度可以提高
		电加热为额定制热量的25％	1.4℃
电加热为额定制热量的33％	2.1℃

电加热为额定制热量的45％

2.9℃

第二实施例

现有的空调器，从制热模式切换到除霜模式有不同的控制策略，如根据室外盘管表面温度是否低于设置温度且温度保持的时间大于设定时间进行判断；也有的控制是根据排气温度或者排气压力是否低于设定目标进行判断。现有空调器通过切换四通换向阀调整到除霜模式，进行化霜，并关闭室内机风扇33。

而本发明中，当空调进入除霜模式，室内机3的电加热器32和风扇33均保持运转，降低压缩机转速至预设制热模式下压缩机转速的50％到80％，但不以此为限。风扇33加速换热器与电加热器32之间的空气流动。室内机3中的换热器的制冷剂吸收电加热器32的散热量后经过压缩机4回流到室外机1，提高室外机1中的盘管温度。在室外机1换热后，经节流装置2返回到室内机3。

本实施例中在除霜时，仍开启电加热器，开启电加热器的时间可以利用现有不同空调器的控制策略进行判断，系统压焓图如下图2(其中x轴表示焓值、y轴表示压力值)所示，在循环制冷剂分别流经室内机(流经室内机的制冷液相当于e段)、压缩机(流经压缩机的制冷液当于f段)、室外机(流经室外机的制冷液当于g段)和节流装置(流经节流装置的制冷液当于h段)。图中对比了不开电加热器和开启电加热器32的压焓图。电加热器32的散热量被制冷剂吸收，内机出口的制冷剂干度可以提高，一个优点是改善了压缩机4吸气带液的问题；另一个优点从压焓图可以看出，由于吸收了电加热的热量，室外机1的换热量提高，可以加快室外机1的除霜过程。

并且，还可以调节室内机3的出风口和风道情况来优化使用空调的舒适度。例如：维持现有室内机风扇33的风向，调整出风口叶片角度。

图3描述了挂壁式空调系统，室内机3由风扇33、室内机换热器31、电加热器32组成，空气流动顺序为：室内机换热器31—电加热器32—风扇33。而常见的立柜式空调如图4所示，空气流动顺序为：风扇33—室内机换热器31—电加热器32。

除霜时，开启电加热器32和风扇33，此时内机盘管温度较低，而室内回风温度相对较高，如20℃，但换热温差不大，在10℃至20℃间，经过换热后温度降低的空气再经过电加热器32提高送风温度，由于送风温度会低于一般舒适性要求如42℃以上，所以此时调整出口叶片角度，向上，使加热后的出风向空间上部吹出，避免直接吹向室内人员。

第三实施例

在第二实施例的基础上，本实施例在保持室内机3的电加热器32和风扇33工作，降低压缩机转速至预设制热模式下压缩机转速的50％到80％，但不以此为限。并且通过维持现有室内机风扇33的风向，关闭出风口来优化使用空调的舒适度。对于图3和图4中的布置，不改变各部件的布置和风向，保持室内机的电加热器32工作的情况下，但是关闭出风口。这时，空调器不对室内出风，从室内进入的回风经过风扇33的作用，在室内机3内部吸收电加热器32的散热并向室内机翅片放热，由于有空气流动，辅助PTC电加热元件温度不会急剧上升，再加上PTC电加热元件固有的温度和散热量保护控制，可以保证内机电加热器32可靠工作。

第四实施例

在第二实施例的基础上，本实施例在保持室内机3的电加热器32和风扇33工作，并且通过反转现有室内机风扇33的风向，向内吸风，来优化使用空调的舒适度。如图5和图6中的布置，使室内机3空气反方向流动，且风量较小。假设室内反方向风量为预设制热模式下风扇风量的10％至30％，例如，在预设的空调制热模式下，风扇风量600m³/h，则使用本实施例的空调器除霜方法时，需要将风扇倒转风量降低到100m³/h至180m³/h之间，但不以此为限。考虑标准大气压下，空气温度变化不大的情况下，密度和比热容都几乎不变。空气参数考虑干空气参数，以1个标准大气压下，20℃下的干空气的参数为标准。即密度假定为1.2[kg/m³]，比热容为1.005[kJ/kg K]，当电加热元件热量在1094W至1458W之间时，空气温度可以提高33℃至44℃。但实际电加热器32件散热量可能不会全部由空气吸收，当电加热器32热量在1094W至1458W之间，由于风量较小，可以使得空气温度迅速提高。这样先经过电加热提高空气的温度，空气与室内机换热器31中制冷剂之间的温差可以大幅度提高，强化换热效果，使得制冷剂出口干度进一步提高，减少吸气带液量。

但由于改变了室内机3的风向，若对进风口不进行改进，在进风口会将由滤网阻挡的灰尘反向吹出。考虑到现在智能家电的趋势，在冬季第一次除霜可以通过各种手段提示用户进行清扫，这也可以纳入空调器的常规功能，一般用户在空调器的长期使用中往往忽视对灰尘的清理。各种手段包括通过空调器上的显示屏进行文字等形式表示，或者通过空调器的音频提示，若将来手机和空调器数据可以连接，可以直接向手机发送各种提示信息。

与现有技术相比，本发明的空调器除霜方法具有以下优势：

1.在-2℃至5℃，高湿度的室外空气环境下，主动打开室内机电加热器，可以提高室外机盘管温度，延缓结霜过程，增加制热时间，减少系统频繁切换四通换向阀进行除霜，提高了各部件特别是压缩机的稳定性以及冬季使用空调的舒适度；

2.在除霜模式下，打开电加热器，使室内机换热器制冷剂吸收电加热的热量，提高室内机换热器出口制冷剂干度，减少压缩机吸气带液量，加快除霜过程，提高压缩机稳定运行以及冬季使用空调的舒适度；

3.不需要增加系统部件(无需在室外机安装电加热器)，不增加空调器制造成本，方案实施较为简单，可以解决空调器冬季低温制热普遍存在的问题，易于应用推广。

综上可知，本发明的空调器除霜方法及其空调器主要通过在除霜模式下，打开电加热器和室内风扇，使室内机换热器制冷剂吸收电加热的热量，能提高室内机换热器出口制冷剂干度，减少压缩机吸气带液量，提高压缩机稳定运行；还可以加快除霜过程，可提高冬季使用空调的室内舒适度。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种空调器除霜方法，其特征在于：

在制热模式下，当室外机处于易结霜工况时，启动室内机中的电加热器，降低压缩机转速，提高蒸发温度和所述室外机中的盘管温度；以及

在除霜模式下，所述室内机的电加热器和风扇均保持运转均保持运转，加速所述换热器与所述电加热器之间的空气流动。

2.如权利要求1所述的空调器除霜方法，其特征在于：在制热模式下，降低压缩机转速至预设制热模式下压缩机转速的50％到80％。

3.如权利要求1或2所述的空调器除霜方法，其特征在于：在制热模式下，提高所述室外机中的盘管温度大于等于零度。

4.如权利要求1所述的空调器除霜方法，其特征在于：所述易结霜工况为空气处于-2℃至5℃并且室外的相对湿度大于75％。

5.如权利要求1所述的空调器除霜方法，其特征在于：在除霜模式下，所述风扇倒转自出风口吸入空气。

6.如权利要求5所述的空调器除霜方法，其特征在于：所述风扇倒转的风量为预设制热模式下风扇风量的10％至30％。

7.如权利要求5所述的空调器除霜方法，其特征在于：所述空调是挂壁式空调，所述空气自出风口进入，依次经过风扇、电加热器以及室内换热器。

8.如权利要求5所述的空调器除霜方法，其特征在于：所述空调是立柜式空调，所述空气自出风口进入，依次经过电加热器、室内换热器以及风扇。

9.如权利要求1所述的空调器除霜方法，其特征在于：调整出风口叶片，使得所述风扇自出风口向上吹出加热后的空气。

10.如权利要求1所述的空调器除霜方法，其特征在于：关闭所述出风口。

11.如权利要求1所述的空调器除霜方法，其特征在于：所述电加热器是PTC电加热元件。

12.如权利要求1至11中任意一项所述的空调器除霜方法，其特征在于：所述电加热器的负荷为空调制热负荷的1/4至1/3。

13.一种空调器，其特征在于：包括执行如权利要求1至12中任意一项所述空调器除霜方法的控制模块。