CN107166650A - 空调器及其除霜控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调领域，本发明旨在解决现有的空调器除霜控制方法存在的不能够在需要除霜的时机获得恰当的除霜模式的问题。为此目的，本发明提供了一种空调器及其除霜控制方法，该方法包括如下步骤：获取包含空调器所有运行工况的全集；通过第一分界线和第二分界线将所述全集划分为第一区域、第二区域和第三区域，并且，所述第一分界线和所述第二分界线均为折线；在所述空调器处于当前制热工况的情形下，获取所述空调器的当前工况；在所述当前工况处于第一区域的情形下，使所述空调器维持处于制热工况；在所述当前工况处于第二区域的情形下，使所述空调器进入第一除霜模式；在所述当前工况处于第三区域的情形下，使所述空调器进入第二除霜模式。本发明的技术方案通过第一分界线和第二分界线对包含空调器所有工况的全集进行分区，优化了除霜控制机制。

Description

空调器及其除霜控制方法

技术领域

本发明涉及空调领域，具体涉及一种空调器及其除霜控制方法。

背景技术

空调器(如家用空调器)作为一种能够调节室内环境温度的设备，其工作原理为：通过制冷剂在在循环管路之间通过高压/低压/气态/液态的状态转换来使得室内环境温度降低或者升高，即从空调室内机的角度来看，使空调器处于制冷或者制热循环。在空调器运行在制热循环的情形下，空调室外机作为蒸发器(低压液态的制冷剂在蒸发器内吸热蒸发后变为低压气态)而空调室内机作为冷凝器。当蒸发温度低于外界环境温度条件下的露点温度的时候，空调室外机的盘管便开始结霜，当室外机盘管外壁的霜结到一定的厚度后，空调器的制热能力会越来越低直至恶化。因此为了保证空调器的制热效果，必须对空调室外机进行除霜。

为解决空调器的结霜问题，现有技术中一般采用逆循环除霜(使四通阀换向，在除霜期间使空调室内机作为蒸发器而将空调室外机作为冷凝器，即使空调器运行在制冷循环)或者旁通除霜(从压缩机的高压端引出单独的旁通支路至空调室外机)的方式对空调室外机进行除霜。其中，采用逆循环除霜的方式对空调室外机进行除霜时，由于空调器运行在制冷循环，因此室内的环境温度必然会明显地下降，也就是说不可避免地会牺牲用户体验，不过，逆循环除霜的方式具有较高的除霜效率。而采用旁通除霜方式对空调室外机进行除霜时时，只需要将一部分冷媒旁通至空调室外机内即可，即可以使空调器仍然维持在制热工况。因此室内的环境温度不会明显地下降，也就是说在除霜的过程中较好地保证了用户体验。但是，旁通除霜的方式的除霜效率相对较低，即需要较长的除霜时间，适合在结霜不严重的情形下对空调室外机进行除霜。

为了尽可能地避免假除霜(满足除霜条件，但由于空气的湿度比较低等原因，此时的机组实际并没有结霜)以及除霜过度(满足继续除霜的条件，但由于空气的温度比较高等原因，此时的机组实际已经完成除霜)等现象的出现，选择恰当的除霜时机和合理的除霜方式显得至关重要。如公开号为(CN 103411290A)的发明专利公开了一种空调器及其除霜控制方法，该方案采用的是制冷除霜的方式。其中的除霜控制方法是通过判断室外环境温度与室外机盘管温度之间的关系来判定是否进行除霜控制。即在除霜方式确定的前提下，仅通过对比室外环境温度与室外机盘管温度之间的关系准确地判断进入除霜控制的最优化时间点。显然，在采用设定的除霜方式的情形下，必然无法回避该种除霜方式的技术缺陷。

相应地，本领域需要一种新的除霜控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的空调器除霜控制方法存在的不能够在需要除霜的时机获得恰当的除霜模式的问题，本发明提供了一种空调器除霜控制方法，旨在优化空调器的除霜控制机制。该空调器除霜控制方法包括如下步骤：获取包含空调器所有运行工况的全集；通过第一分界线和第二分界线将所述全集划分为第一区域、第二区域和第三区域，并且，所述第一分界线和所述第二分界线均为折线；在所述空调器处于当前制热工况的情形下，获取所述空调器的当前工况；在所述当前工况处于第一区域的情形下，使所述空调器维持当前制热工况不变；在所述当前工况处于第二区域的情形下，使所述空调器进入第一除霜模式；在所述当前工况处于第三区域的情形下，使所述空调器进入第二除霜模式。

在上述空调器除霜控制方法的优选技术方案中，所述第一除霜模式为旁通除霜模式，所述第二除霜模式为逆循环除霜模式。

在上述空调器除霜控制方法的优选技术方案中，所述第一分界线与所述第二分界线在同一竖直区间段均为水平线段。

在上述空调器除霜控制方法的优选技术方案中，所述第一分界线的各个水平线段之间的分界点与压缩机的工作频率的变化节点一致，所述第二分界线的各个水平线段之间的分界点与压缩机的工作频率的变化节点一致。

在上述空调器除霜控制方法的优选技术方案中，对应于同一个水平线段，所述第一分界线和所述第二分界线的室外机盘管温度的温差一致，对应于不同的水平线段，所述第一分界线和所述第二分界线的室外机盘管温度的温差相同或者不相同。

在上述空调器除霜控制方法的优选技术方案中，对应于不同的水平线段，所述第一分界线和所述第二分界线的室外机盘管温度的温差为3-8℃。

在上述空调器除霜控制方法的优选技术方案中，所述全集的形成过程包括：构建以外界环境温度为横坐标、所述空调室外机的室外机盘管温度为纵坐标的二维坐标系；以所述外界环境温度的最低阈值作为原点的横坐标，以所述室外机盘管温度的最低阈值作为原点的纵坐标；以所述二维坐标系的第一象限作为所述全集。

本发明还提供了一种空调器，包括压缩机、空调室外机、空调室内机、节流机构和四通阀，所述压缩机、所述空调室外机和所述空调室内机依次相连形成闭环，所述节流机构设置于所述空调室外机和所述空调室内机之间，所述四通阀能够通过换向的方式使所述空调器处于制冷工况或者制热工况，所述空调器还包括：旁通支路，其设置于所述压缩机和所述空调室外机之间，且所述旁通支路上设置有单向阀；以及控制部，其用于：在所述空调器处于制热工况的情形下，获取所述空调器的当前工况；判断所述当前工况处于第一区域、第二区域还是第三区域；并且在所述当前工况处于第一区域的情形下，使所述空调器维持当前制热工况不变；在所述当前工况处于第二区域的情形下，使所述空调器进入第一除霜模式；在所述当前工况处于第三区域的情形下，使所述空调器进入第一除霜模式。

在上述空调器的优选技术方案中，所述第一除霜模式为旁通除霜模式，所述第二除霜模式为逆循环除霜模式。

本发明的除霜控制方法中，通过以一组控制折线作为第一分界线和第二分界线，对包含空调器所有工况的全集进行分区，使得空调器在处于制热循环期间，根据工况点落入全集中的位置即可直接确定除霜与否，以及在需要除霜的情形下直接确定具体的除霜策略，优化了除霜控制机制，即通过本发明的除霜控制方法能够迅速地在恰当的除霜时机确定出合理的除霜方式。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

图1是空调器的结构示意图(在压缩机和空调室外机之间设置旁通支路，可采用逆循环除霜或者旁通除霜)；

图2是本发明的空调器除霜控制方法的区域划分的原理示意图；

图3是本发明一种实施例的空调器除霜控制方法的区域划分的示意图；

图4是空调器的(变频)压缩机的频率设置示意图。

附图标记列表

1、压缩机；2、空调室内机；3、空调室外机；4、四通阀；5、节流阀；6、旁通支路；61、单向阀。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。并且，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

首先参照图1，图1是本发明空调器的结构示意图。如图1所示，空调器主要包括压缩机1、空调室内机2、空调室外机3、四通阀4、节流机构(如节流阀5)和旁通支路6。其中，压缩机1、空调室内机2和空调室外机3依次相连形成闭环。通过四通阀4切换制冷剂在闭环中的流向，可以使空调器处于制冷或者制热循环。在空调器当前处于制热循环(非旁通除霜的正常制热工况)的情形下，通过切换四通阀4的方式使空调器转为制冷循环的情形下，即可实现对空调室外机3的逆循环除霜。节流阀5设置于空调室内机2和空调室外机3之间，主要用于调节制冷剂的流量。旁通支路6被配置于压缩机1的排气口和空调室外机3的进风口之间，且旁通支路6中设置有能够使旁通支路6在导通状态和非导通状态之间切换的单向阀61，在旁通支路6导通的情形下，即可对空调室外机3进行旁通除霜。

此外，空调器还设置有控制部(图中未示出)，本发明中主要描述控制部在除霜方面的功能，即控制部主要用于使空调器在恰当的除霜时机能够获得合理的除霜方式。具体而言，控制部能够根据预设的第一判定条件(是否需要除霜)，在空调室外机的室外机盘管需要除霜的情形下使空调器进入除霜模式，而在除霜结束之后使空调器退出除霜模式。并且能够根据预设的第二判定条件(采用哪种除霜模式)，使旁通支路6的单向阀61导通以进行旁通除霜，或者使四通阀4换向以进行逆循环除霜。第一判定条件和第二判定条件的限定的合理与否，直接决定了除霜控制方法能够确定出恰当的除霜时机和合理的除霜方式。恰当的除霜时机能够保证空调室外机3的室外机盘管在结霜的情形下能够获得及时的除霜策略，从而避免了由于室外机盘管结霜导致的制热效率下降甚至恶化的现象，保证了空调器的运行可靠性。而合理的除霜方式能够在除霜可靠性和用户体验之间取得平衡，因此可以在最大程度上优化空调器的使用性能。

旁通除霜(不停机除霜)和逆循环除霜(停机除霜)相结合的物理意义在于，在空调器处于制热循环期间，在结霜不严重或者不十分严重的情形下，使压缩机的排气(高压端)大部分直接输送到空调室内机(冷凝器)的入口，而少量排气通过旁通支路进入空调室外机，使室外机盘管的结霜可以在较短时间内被及时化掉。而在由于环境气候以及天气等外部原因以及空调器制热循环运行时间过长以及上次化霜不干净等内部原因导致结霜严重或者非常严重的情形下，利用旁通除霜的方式在短时间内很难或者不能将既存的结霜及时而可靠地化掉。具体而言，旁通除霜本质上是缺少蒸发器的制热循环，因此长时间运行将会导致压缩机的吸气温度和排气温度很低，产生的热量不足以继续进行化霜或者制热，因此当达到设定的上限条件时要进行逆循环除霜，即以舍弃用户体验的方式在短时间内迅速化霜，换取良性的制热循环。

参照图2，图2是本发明的空调器除霜控制方法的区域划分的原理示意图。如图2所示，可以首先获取空调器的若干个可以检测或者计算出的参数，并分别确定各个参数的最大范围，基于该最大范围，获得至少能够涵盖空调器所有运行工况的全集。通过对全集中的参数进行分析，划分出除霜与否以及采用何种除霜方式进行除霜的区域。其中，若干个参数可以是空调器自身的运行参数，也可以是与空调器的运行相关的外界参数。并且，该若干个参数需要与空调器实际的工况点相关，即运行参数和/或外界参数和/或运行参数与外界参数的对应关系需要随着工况点的变化而变化。

本领域的技术人员应当理解，全集I可以参考空调器的设计、根据仿真实验或者参照产品的历史运行数据确定。当然也可以通过其他任意合理且可获取的途径来确定，只要保证确定出的全集I能够包含空调器的所有运行工况即可。此外，关于如何划分出“除霜与否以及采用何种除霜方式进行除霜”的区域的方式，也可以根据实际情况进行合理调整。如参考引入现有的算法/模型计算得出、根据研发人员的经验确定、参考历史运行数据与空调器的使用性能的对应关系分析得出等。

继续参照图2，在一种可能的实施方式中，在全集I确定的基础上，通过进一步确定的第一分界线(对应于前述的第一判定条件)和确定的第二分界线(对应于前述的第二判定条件)将全集I划分为三个区域。具体而言，通过第一分界线将全集划分为两个区域，即划分为区域I₁和区域I₂。其中，区域I₁为无需除霜的区域，区域I₂为需要除霜的区域。进一步地，通过第二分界线将区域I₂划分为两个区域，即划分为区域I₂₁和区域I₂₂。其中，区域I₂₁为采用第一种除霜模式对室外机盘管进行除霜的区域，区域I₂₂为采用第二种除霜模式对室外机盘管进行除霜的区域。如本实施例中，第一种除霜模式为通过使旁通支路导通的方式对室外机盘管进行除霜的旁通除霜模式，第二种除霜模式为通过使四通阀换向的方式对室外机盘管进行除霜的逆循环除霜模式。

可以看出，通过全集、第一分界线和第二分界线的设定，使得空调器的任意当前工况点必然会在全集I内有一个对应的位置。控制部在全集的范围内，以第一分界线和第二分界线作为控制线，根据任意当前工况点对应的位置落入的区域，直接给出是否除霜的结论，以及在需要除霜的情形下直接获取采用哪种方式进行除霜的结论。因此，本发明的除霜控制方法能够使空调器根据当前工况点直接确定是否已达到恰当的除霜时机，以及在达到除霜时机的情形下直接获取最合理的除霜方式，提高了除霜策略的响应速度，优化了空调器的除霜控制。

需要说明的是，第一分界线和第二分界线的确定方式可以是不包含执行时机的单独确定的方式，如先以相对独立的方式分别确定出第一分界线和第二分界线，然后直接在全集中确定出区域(I₁、I₂₁、I₂₂)。也可以是包含执行时机的确定方式，如先确定出第一分界线，划分出区域I₁和区域I₂，在此基础上确定出第二分界线，并通过第二分界线将区域I₂进一步划分为区域I₂₁和区域I₂₂。当然，根据实际的应用场景，可以灵活地调整第一分界线和第二分界线的确定方式，只要保证确定出的第一分界线和第二分界线能够界定出精度达标的除霜策略。

参照图3，图3是本发明一种实施例的空调器除霜控制方法的区域划分的示意图。如图3所示，以外界环境温度为横坐标(X轴)、以室外机盘管温度为纵坐标(Y轴)构建出二维坐标系。其中，二维坐标系的原点(点O)的横坐标为包含空调器所有工况点的最低外界环境温度(即最低阈值)，原点的纵坐标为包含空调器所有工况点的最低室外机盘管温度(即最低阈值)，这样一来，则可以定义二维坐标系的第一象限为包含空调器的所有运行工况的全集I。举例而言，设计出的原点O的坐标为(-30℃，-20℃)。当然，最低阈值的设定可以灵活调整以便使全集能够更好地覆盖并制定除霜策略。并且，本领域技人员容易理解是，也可以令原点坐标为(0，0)，不过此时对应的全集I就不是第一象限，而是与前述的第一象限等同的范围，即前述的原点平移到了第三象限，全集属于第三象限的一部分。

需要说明的是，此处的“包含空调器的所有运行工况的全集I”应当理解为，在空调器当前处于制热工况(非旁通除霜)的情形下，无论空调器的实际工况点的各个运行参数如何，该实际工况点对应的室外机盘管温度和外界环境温度均包含在全集I内。

并且，本领域技人员容易理解是，也可以令原点坐标为(0，0)，不过此时对应的全集I就不是第一象限，而是与前述的第一象限等同的范围，即前述的原点平移到了第三象限，全集属于第三象限的一部分。

本领域技术人员可以理解的是，全集I只是第一象限的一部分，这是因为，根据结霜的机理，在室外机盘管温度大于外界环境空气的露点温度的情形下，室外机盘管便不会结霜，因此无论在X轴正向还是Y轴正向，全集I都不会在无限范围内延伸。但是本发明中可以假设边界已知，即在不考虑边界的情形下，对除霜控制方法的(第一、第二)分界线进行分析。

Y轴正向的右方和第一分界线的上方围设成的区域为区域I₁，即不除霜区域。第一分界线的下方和第二分界线的上方围设成的区域为区域I₂₁，即采用旁通回路模式进行除霜的区域。第二分界线的下方和X轴正向的上方围设成的区域为区域I₂₂，即采用逆循环模式进行除霜的区域。

继续参照图3，在一种可能的实施方式中，第一分界线和第二分界线分别采用折线(即第一控制折线和第二控制折线)，其中，若干个外界环境温度节点将(第一、第二)控制折线分别分割为若干段对应的区间段，每个区间段内形成一个旁通除霜的区域。

在一种较佳的实施方式中，每个区间段均为水平线段，即在同一个外界环境温度的区间段内采用相同的外盘管温度划分与除霜策略相关的区域。且位于不同水平区间段内的第一控制折线和第二控制折线之间在竖直方向上的高度差可以具有差别，即对于不同的外界环境温度区间而言，适用于旁通除霜和逆循环除霜的宽度有所区别。

参照图4，图4示出目前空调器的变频压缩机频率设置示意图。对应于每一个外界环境温度，压缩机的工作频率可以在该外界环境温度对应的频率下限折线和频率上限折线之间选取。可以看出，目前压缩机的频率变化的节点设置是由基于外界环境温度的分段进行划分的，不同的压缩机频率对应的空调室外机的结霜程度不同。而在某个外界环境温度区间内，压缩机的工作频率在选定之后往往是一定的，因此结霜的严重程度在此区间内相近。鉴于此，可以对应不同的压缩机频率的变化节点设置除霜策略的分界温度点，即折线的不同水平线段之间的分界点。

基于该机理，与前述的压缩机的频率设置相对应，第一分界线和第二分界线采用了对应的折线设置，即确定水平区间段的外界环境温度的节点与压缩机的频率变化的节点一致，即：频率下限折线(或频率上限折线)对应的不同水平线段之间的分界点，也就是第一控制折线(或第二控制折线)对应的不同水平线段之间的切换节点。以便可以更好地根据空调器室外机的制热结霜程度进行逆循环除霜和旁通除霜的划分。如在一种具体的实施方式中，进一步参照图4，可以使原点的横坐标为-15℃，之后的节点包括-7℃和0℃。根据机型的系统配置调试以及发明人的反复试验和分析等经验，得出对应于同一外界环境温度区间的第一控制折线和第二控制折线的室外机盘管温度的温差优选为3-8℃之间的某个值。具体的取值可以结合目标销售区域的气候特点确定。

并且，不同(如相邻)的水平线段之间的室外机盘管温度的温差也可以根据实际情况区别设置，即对应于不同的外界环境温度区间的室外机盘管温度的温差可以有所区别，并不一定相同。显然，同一竖直区间段的第一控制折线的截距(与Y轴的交点的纵坐标，界定了在该区间段是否进行除霜的最高室外机盘管温度)应当大于第二控制折线，这样才会形成一个旁通除霜的区域，即区域I₂₁。由于第一控制折线和第二控制折线的截距的差值ΔT为能够直接影响区域I₂₁范围的重要参数之一。因此在确定两条折线的参数的过程中，可以通过比对、分析和反复试验的方式进行调试和校准。并且，调试的方向应当为：尽量增大ΔT，以及尽量使第二分界线下移。这是因为，在能够保证可靠除霜的前提下，旁通除霜的不停机除霜方案对用户体验的损坏远远小于逆循环除霜。

需要说明的是，尽管以趋势一致的一组折线作为第一分界线和第二分界线的示例对全集进行区域划分，并在此基础上介绍了空调器除霜控制方法如上，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。事实上，完全可根据实际应用的场景以及结合产品的实验和拟合精度等情形，灵活地设定第一分界线和第二分界线的线型，以及在线型确定的基础上确定相应的参数等，如可以将第一分界线和第二分界线设置为差异化的两种线型，或者将第一分界线和/或第二分界线自身进行差异化的分段(线型、参数)设置等，只要能够保证基于第一分界线和第二分界线划分出的区域(I₁、I₂₁、I₂₂)能够准确地反映出空调器的除霜需求即可。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空调器除霜控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

获取包含空调器所有运行工况的全集；

通过第一分界线和第二分界线将所述全集划分为第一区域、第二区域和第三区域，并且，所述第一分界线和所述第二分界线均为折线；

在所述空调器处于制热工况的情形下，获取所述空调器的当前工况；

在所述当前工况处于第一区域的情形下，使所述空调器维持当前制热工况不变；

在所述当前工况处于第二区域的情形下，使所述空调器进入第一除霜模式；

在所述当前工况处于第三区域的情形下，使所述空调器进入第二除霜模式。

2.根据权利要求1所述的空调器除霜控制方法，其特征在于，所述第一除霜模式为旁通除霜模式，所述第二除霜模式为逆循环除霜模式。

3.根据权利要求2所述的空调器除霜控制方法，其特征在于，所述第一分界线与所述第二分界线在同一竖直区间段内均为水平线段。

4.根据权利要求3所述的空调器除霜控制方法，其特征在于，所述第一分界线的各个水平线段之间的分界点与压缩机的工作频率的变化节点一致，

所述第二分界线的各个水平线段之间的分界点与压缩机的工作频率的变化节点一致。

5.根据权利要求4所述的空调器除霜控制方法，其特征在于，对应于同一个水平线段，所述第一分界线和所述第二分界线的室外机盘管温度的温差一致，

对应于不同的水平线段，所述第一分界线和所述第二分界线的室外机盘管温度的温差相同或者不相同。

6.根据权利要求5所述的空调器除霜控制方法，其特征在于，对应于不同的水平线段，所述第一分界线和所述第二分界线的室外机盘管温度的温差为3-8℃。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的空调器除霜控制方法，其特征在于，所述全集的形成过程包括如下步骤：

构建以外界环境温度为横坐标、所述空调室外机的室外机盘管温度为纵坐标的二维坐标系；

以所述外界环境温度的最低阈值作为原点的横坐标，以所述室外机盘管温度的最低阈值作为原点的纵坐标；

以所述二维坐标系的第一象限作为所述全集。

8.一种空调器，包括压缩机、空调室外机、空调室内机、节流机构和四通阀，所述压缩机、所述空调室外机和所述空调室内机依次相连形成闭环，所述节流机构设置于所述空调室外机和所述空调室内机之间，所述四通阀能够通过换向的方式使所述空调器处于制冷工况或者制热工况，其特征在于，所述空调器还包括：

旁通支路，其设置于所述压缩机和所述空调室外机之间，且所述旁通支路上设置有单向阀；以及

控制部，其用于：

在所述空调器处于制热工况的情形下，获取所述空调器的当前工况；

判断所述当前工况处于权利要求1至7中任一项所述的全集的第一区域、第二区域还是第三区域；并且

在所述当前工况处于第一区域的情形下，使所述空调器维持当前制热工况不变；

在所述当前工况处于第二区域的情形下，使所述空调器进入第一除霜模式；

在所述当前工况处于第三区域的情形下，使所述空调器进入第二除霜模式。

9.根据权利要求8所述的空调器，其特征在于，所述第一除霜模式为旁通除霜模式，所述第二除霜模式为逆循环除霜模式。