CN111322722A - 一种利用电辅热改善除霜和除湿效果的热泵型空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵型空调器，包括室外机、室内机、气管和液管，室外机和室内机通过气管和液管连接，室内机包括机壳，机壳上开设有进风口和出风口，机壳内设置有室内风机、室内换热器以及电加热器，进风口上设置有用于将进风口关闭或者开启的进风格栅，出风口上设置有用于将出风口关闭或者开启的出风格栅，空调器逆循环除霜时，控制将电加热器打开，且驱动进出风格栅将进出风口关闭，使得机壳里边的空气与室内空气隔绝。在风机的带动下，循环空气可将电加热器产生的热量通过翅片管换热器快速的传给低温冷媒，不仅能将霜快速的除掉除净，还能避免低温冷媒从室内吸热，提高了室内的舒适性，同时应用本发明也能改善空调器的除湿效果。

Description

一种利用电辅热改善除霜和除湿效果的热泵型空调器

技术领域

本发明涉及暖通空调热泵技术领域，具体地说，是涉及一种利用室内机的电辅热改善除霜和除湿效果的热泵型空调器。

背景技术

热泵型空调器在冬天制热运行时，室外换热器一般都会结霜，结霜会严重影响换热器的换热，所以需要周期性除霜以维持正常的制热运行，目前空调器上用的逆循环除霜方式在除霜时，为避免向室内吹冷风，室内风机一般都停止运转，由于自然对流换热效果较差，会造成除霜不净、压缩机低压停机保护以及室温下降剧烈（严重影响室内的舒适性）等一系列的问题，对于其它的除霜方式，如电加热除霜、蓄热除霜等，虽然除霜效果好，室温也有较大提高，但由于初投资较大、加工复杂等原因，导致其难以在结构紧凑的小型热泵空调器上应用，所以有必要研发新的除霜方式来解决这一难题。

目前空调器室内机的进风量一般都是分档调节，调节能力有限，无法实现风量与室内的冷、热或湿负荷很好的匹配，虽然通过变频调节可以实现，但由于其价格太贵、控制过于复杂，所以目前变频技术主要应用在多联机和大型空调系统上，现有的小型家用空调器基本都是定频设置，这使得空调器在部分负荷下能效较低，尤其在除湿时，由于一年四季室内空气的温湿度变化很大，而现有的除湿过程为了避免向室内吹冷风，室内风机都是以最低转速（风量不变）运行，这显然无法与室内的湿负荷相匹配，当湿负荷较大时，除湿速度慢会严重影响室内的舒适性， 所以有必要解决这一难题来提高空调器的制冷、制热和除湿性能。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种利用室内机的电辅热除霜的热泵型空调器，使其能够简单、快速和高效的把霜除掉除净，同时保证室内的舒适性，而且还能实现风量的无级调节，使其与室内的冷热以及湿负荷更好的匹配，提高空调器的能效比和除湿效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种利用室内机的电辅热除霜的热泵型空调器，包括室外机、室内机、气管和液管，室外机和室内机通过气管和液管连接，所述室内机包括机壳，所述机壳上开设有进风口和出风口，所述机壳内设置有室内风机、室内换热器以及电加热器，所述进风口上设置有用于将所述进风口关闭或者开启的进风格栅，所述出风口上设置有用于将所述出风口关闭或者开启的出风格栅，所述空调器逆循环除霜时，控制将所述电加热器打开，且驱动所述进风格栅和所述出风格栅分别将所述进风口和出风口关闭。

进一步的，所述空调器逆循环除霜时，所述室内风机正常运行。

进一步的，所述空调除霜运行时，所述室内风机的转向与空调制热运行时的转向相反。

进一步的，所述空调器逆循环除霜结束后开始计时，所述室内换热器的盘管温度达到设定值后控制所述进风格栅和出风格栅将所述进风口和出风口打开。

进一步的，所述进风格栅包括百叶，所述空调器还包括除湿运行，所述空调器除湿运行时，开启所述电加热器，同时检测所述室内机的进风温度T1和出风温度T2，根据T1与T2的差值来调整所述百叶的转动角度。

进一步的，所述空调器除湿运行时，计算△T=T2-T1，若△T小于设定值β，则将所述百叶与进风口所在平面的夹角调小，减小所述室内机的进风量。

进一步的，所述出风口处设置有湿度传感器，用于检测出风口相对湿度φ，所述空调器除湿运行时，百叶与进风口所在平面的夹角α与T1满足如下关系：

α= arc sin（H/（c×ρ×Q×(T1+β-T0)））;

式中：c为空气的比热容，ρ为空气的密度，Q为室内风机的额定风量，T0为出风口空气的露点温度，H为所述电加热器的功率；

通过上述公式计算得到夹角α，用于调节所述百叶的转动。

进一步的，室内风机各档位对应有一风量区间，所述空调器除湿运行时，还包括根据室内风机的额定风量Q和百叶与进风口所在平面的夹角α确定室内风机的运行档位：

计算A=Q×sinα，并判断A所在风量区间，获取与该风量区间所对应的档位，并以此档位调节所述室内风机的档位。

进一步的，所述空调器制冷运行时，计算进风口温度T1与设定温度的差值，当T1与设定温度的差值大于t5时，室内风机高速档运转；当T1与设定温度的差值不大于t5且大于t3时， 室内风机中速档运转；当T1与设定温度的差值不大于t3时，室内风机低速档运转，其中，t2＜t3，设定温度的值由用户自己设定。

进一步的，

当T1与设定温度的差值大于t5时，若：

T1与设定温度的差值大于t5且小于t6，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a1；

T1与设定温度的差值不小于t6，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a2；其中，0＜a1＜a2≤90°， t5＜t6；

当T1与设定温度的差值不大于t5且大于t3时，若：

T1与设定温度的差值不大于t5且大于t4，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a3；

T1与设定温度的差值不大于t4且大于t3，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a4；其中，0＜a4＜a3≤90°，t3＜t4＜t5;

当T1与设定温度的差值不大于t3时，若：

T1与设定温度的差值不大于t3且大于t2，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a5；

T1与设定温度的差值不大于t2，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a6；其中，0＜a6＜a5≤90°，t2＜t3。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

（1）、除霜期间由于室内机的进出风口关闭，室内机里面的低温循环空气与室内温度较高的空气隔绝，所以可避免低温冷媒从室内吸热，从而提高室内的舒适性，同时在室内风机的带动下，室内机里的循环空气可将电加热器产生的热量通过翅片管换热器快速的传给室内换热器里的低温冷媒，保证冷媒的充分吸热蒸发，从而将霜快速的除掉除净，保证系统稳定运行。

（2）、除湿运行时，不论室内的温湿度如何变化，本发明通过调节百叶的角度可实现进风量的无级调节，从而实现进风量、电辅热的热量和湿负荷更好的相匹配，在保证室内舒适性（出风温度）的前提下，将空气中的水蒸气快速的除掉，大大提高了空调器的除湿效果。

（3）制冷或制热运行时，通过调节百叶的角度可实现进风量的无级调节，从而实现进风量与冷、热负荷相匹配，大大提高了空调器在部分负荷下的能效比。

（4）、增加的百叶加工工艺成熟，控制简单，附加成本低，易与现有的空调器结合，具有很好的市场应用前景。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提出的热泵型空调器的除湿运行状态结构示意图；

图2是本发明所提出的热泵型空调器的制冷或制热运行状态结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，本实施例提出了一种利用室内机的电辅热除霜的热泵型空调器，如图1所示，包括室外机11、室内机12、气管13和液管14，室外机11和室内机12通过气管13和液管14连接，室内机12包括机壳121，机壳121上开设有进风口122和出风口123，机壳121内设置有室内风机15、室内换热器16以及电加热器17，进风口122上设置有用于将进风口122关闭或者开启的进风格栅124，出风口123上设置有用于将出风口123关闭或者开启的出风格栅。所述室外机内包括压缩机、节流阀和室外换热器等部件，这些部件与室内换热器16等部件按着空调器的运行原理，有顺序的连接起来，共同组成空调器。

所述空调器逆循环除霜时，控制将电加热器17打开，且驱动进风格栅124和出风格栅分别将进风口122和出风口123关闭，室内风机15正常运行。从压缩机出来的高温冷媒进到室外换热器放热融霜，放热后的低温冷媒经节流阀节流后，经液管14进到室内换热器16中，吸收循环空气的热量蒸发成气体后，经气管13被压缩机吸入。由于室内机12的进出风口关闭，室内机里面的低温循环空气与室内温度较高的空气隔绝，所以除霜期间可避免低温冷媒从室内吸热，从而提高室内的舒适性，同时在室内风机15的带动下，室内机12里的循环空气可将电加热器产生的热量快速的传给室内换热器16里的低温冷媒，保证冷媒的充分吸热蒸发，从而将霜快速的除掉除净，保证系统稳定运行。

空调器逆循环除霜结束后，四通阀换向，系统开始加热室内换热器16的盘管，当盘管温度达到设定值后（如25℃）后，控制进风格栅和出风格栅将进风口122和出风口123打开，同时将电加热器17关闭，系统恢复正常的供热运行，也即，不论空调器是制热还是除霜过程，室内风机15都一直运行，该过程可使换热盘管均匀受热，从而大幅缩短加热盘管的时间，加快系统恢复正常的供热运行。

本发明利用室内机自带的电辅热产生的热量作为除霜过程的低温热源，以循环空气作为传热介质，利用室内的翅片管换热器作为蒸发器，与现有的逆循环除霜（室内风机关闭）相比，不仅除霜速度快，除霜干净彻底，恢复供热（加热盘管）时间短，而且不从室内吸热，室内舒适性好；与现有的电加热除霜相比，不仅省去了一套电加热装置，也省去了一套换热装置，仅是增加了进风口的格栅，附加成本非常低，而且所使用的电加热器为陶瓷电加热器，安装方便、安全可靠，所以本发明非常容易与现有的空调器结合，具有非常广阔的市场应用前景。

空调除霜运行时，室内风机的转向与空调制热运行时的转向相反。

室内机12的进风口122处设有温度传感器，用于检测进风温度（室内环境温度）T1，出风口123处设有温度传感器，用于检测出风温度T2。空调器在春季、秋季或冬季除湿运行时，为了防止从室内机吹出来空气温度过低，造成室内环境温度下降，影响用户的舒适性，优选此时开启电加热器17，将室内机除湿后的冷空气经电加热器17加热后再送到室内，为了保证出风温度处在一个合理的范围内，同时最大程度的利用电加热器17产生的热量，将空气中的水蒸气快速的除掉，可根据T1与T2的差值（如T2-T1=5），调整所述进风格栅的转动角度来调整进风量，从而能在保证室内舒适性的前提下，使得湿负荷与进风量和电辅热的热量时时相匹配，将空气中的水蒸汽快速除掉，与现有的定速（室内风机以最低转速运行）定风量除湿运行相比，无论室内空气的温湿度如何变化（不同季节温湿度不同），本方案的除湿过程都能通过上面所述的控制方式来实现，不会出现传统除湿运行除湿速度慢、向室内吹冷风的现象，大大提高了空调器的除湿效果和除湿效率。

进风口122内侧还设置有滤网18，用于过滤掉进入室内机12的灰尘异物等。

作为一个优选的实施例，本实施例的进风格栅和出风格栅通过调节其转动角度实现对进风口和出风口的开度进行调节，如图2所示，以出风格栅为例，包括百叶1251、百叶连杆1252、转轴1253、传动轴1254、微型减速电机1255，出风口123设有若干个百叶1251，各百叶1251之间设有百叶连杆1252用于连接相邻百叶1251，每个百叶1251均带有一个转轴1253，百叶1251沿长度方向的一侧与转轴1253固连，其中的一个转轴1253与传动轴1254的一端传动连接，传动轴1254的另一端与微型减速电机1255传动连接，在微型减速电机1255的驱动和传动轴1254的传动下，各百叶1251在百叶连杆1252的带动下，可绕着转轴1253实现向任意方向的同步转动。

本方案通过调节百叶的角度可实现进风量的无级调节，从而实现风量与负荷更好的匹配，大大提高空调器的能效比和室内的舒适性。而且，百叶加工工艺成熟，控制简单，附加成本低，易与现有的空调器结合，具有很好的市场应用前景。

当百叶1251与出风口123所在的平面垂直，进风面积最大，室内机中的空气经出风口进到室内，当出风口123关闭时，百叶1251与出风口123所在的平面平行，室内机中的空气无法从出风口123进入室内。

进风口122和出风口123上的百叶1251可由一个传动轴1254和减速电机1255控制，实现联动，也具有打开和关闭功能。

优选空调器运行除湿模式时，百叶1251的位置可随着出风温度的变化而进行自动的调整，以保证出风温度满足舒适性要求。

空调器除湿运行时，计算△T=T2-T1，若△T不大于设定阈值，则将进风格栅的开度调小。

作为一个优选方案，出风口123处设置有湿度传感器，用于检测出风口的相对湿度φ，空调器除湿运行时，百叶与进风口所在平面的夹角α与T1满足如下关系：

c×ρ×Q×sinα×(T1+5-T0)=H，

式中：c为空气的比热容，ρ为空气的密度，Q为室内风机的额定风量，室内风机不同的档位时的额定风量不同，T0为出风口空气的露点温度，H为所述电加热器的功率；

现有空调器的除湿方式为冷却除湿，即除湿后的空气的含湿量与经电加热器加热后的空气的含湿量是一样的（相对湿度不一样），根据出风的温度和相对湿度以及进风温度，结合焓湿图即可查到T0的值。

通过上述公式计算得到夹角α用于调节百叶转动。

室内风机各档位对应有一风量区间，所述空调器除湿运行时，还包括根据室内风机的额定风量Q和百叶与进风口所在平面的夹角α确定室内风机的运行档位：

计算A=Q×sinα，并判断A所在风量区间，获取与该风量区间所对应的档位，并以此档位调节所述室内风机的转速。

空调器制冷运行时，计算进风口温度T1与设定温度的差值，当T1与设定温度的差值大于t5时，室内风机高速档运转；当T1与设定温度的差值不大于t5且大于t3时， 室内风机中速档运转；当T1与设定温度的差值不大于t3时，室内风机低速档运转，其中，t2＜t3，设定温度的值由用户自己设定。

当T1与设定温度的差值大于t5时，若：

T1与设定温度的差值大于t5且小于t6，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a1；

T1与设定温度的差值不小于t6，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a2；其中，0＜a1＜a2≤90°， t5＜t6；

当T1与设定温度的差值不大于t5且大于t3时，若：

T1与设定温度的差值不大于t5且大于t4，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a3；

T1与设定温度的差值不大于t4且大于t3，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a4；其中，0＜a4＜a3≤90°，t3＜t4＜t5。

当T1与设定温度的差值不大于t3时，若：

T1与设定温度的差值不大于t3且大于t2，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a5；

T1与设定温度的差值不大于t2，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a6；其中，0＜a6＜a5≤90°，t2＜t3。

如制冷运行时，当T1与设定温度相差大于2℃时，风机高速档运转，优选的，百叶与进风口所在平面夹角90℃；相差1.5~2℃时， 风机高速档运转，优选的，百叶与进风口所在平面夹角60℃；相差1~1.5℃时，风机中速档运转，优选的，百叶与进风口所在平面夹角90℃；相差0.5~1℃时，风机中速档运转，优选的，百叶与进风口所在平面夹角60℃；相差0.25~0.5℃时，风机低速档运转，优选的，百叶与进风口所在平面夹角90℃；相差小于0.25℃时，风机低速档运转，优选的，百叶与进风口所在平面夹角60℃。该技术方案与现有的风机只有高中低三档调节方式相比，风量调节的范围更大，能够使得室内机的进风量与冷负荷更好的相配，进一步提高空调器在部分负荷下的节能效果。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用电辅热改善除霜和除湿效果的热泵型空调器，其特征在于，包括室外机、室内机、气管和液管，室外机和室内机通过气管和液管连接，所述室内机包括机壳，所述机壳上开设有进风口和出风口，所述机壳内设置有室内风机、室内换热器以及电加热器，所述进风口上设置有用于将所述进风口关闭或者开启的进风格栅，所述出风口上设置有用于将所述出风口关闭或者开启的出风格栅，所述空调器逆循环除霜时，控制将所述电加热器打开，且驱动所述进风格栅和所述出风格栅分别将所述进风口和出风口关闭。

2.根据权利要求1所述的热泵型空调器，其特征在于，所述空调器逆循环除霜时，所述室内风机正常运行。

3.根据权利要求2所述的热泵型空调器，其特征在于，所述空调器逆循环除霜时，所述室内风机的转向与空调制热运行时的转向相反。

4.根据权利要求1所述的热泵型空调器，其特征在于，所述空调器逆循环除霜结束后开始计时，所述室内换热器的盘管温度达到设定值后控制所述进风格栅和出风格栅将所述进风口和出风口打开。

5.根据权利要求1所述的热泵型空调器，其特征在于，所述进风格栅包括百叶，所述空调器还包括除湿运行，所述空调器除湿运行时，开启所述电加热器，同时检测所述室内机的进风温度T1和出风温度T2，根据T1与T2的差值来调整所述百叶的转动角度。

6.根据权利要求5所述的热泵型空调器，其特征在于，所述空调器除湿运行时，计算△T=T2-T1，若△T小于设定值β，则将所述百叶与进风口所在平面的夹角调小，减小所述室内机的进风量。

7.根据权利要求5所述的热泵型空调器，其特征在于，所述出风口处设置有湿度传感器，用于检测出风的相对湿度φ，所述空调器除湿运行时，百叶与进风口所在平面的夹角α与T1满足如下关系：

α= arc sin（H/（c×ρ×Q×(T1+β-T0)））;

式中：c为空气的比热容，ρ为空气的密度，Q为室内风机的额定风量，T0为出风口空气的露点温度，H为所述电加热器的功率；

通过上述公式计算得到夹角α，用于调节所述百叶的转动。

8.根据权利要求7所述的热泵型空调器，其特征在于，室内风机各档位对应有一风量区间，所述空调器除湿运行时，还包括根据室内风机的额定风量Q和百叶与进风口所在平面的夹角α确定室内风机的运行档位：

计算A=Q×sinα，并判断A所在风量区间，获取与该风量区间所对应的档位，并以此档位调节所述室内风机的档位。

9.根据权利要求1-8任一项所述的热泵型空调器，其特征在于，所述空调器制冷运行时，计算进风口温度T1与设定温度的差值，当T1与设定温度的差值大于t5时，室内风机高速档运转；当T1与设定温度的差值不大于t5且大于t3时， 室内风机中速档运转；当T1与设定温度的差值不大于t3时，室内风机低速档运转，其中，t2＜t3，设定温度的值由用户自己设定。

10.根据权利要求9所述的热泵型空调器，其特征在于，当T1与设定温度的差值大于t5时，若：

T1与设定温度的差值大于t5且小于t6，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a1；

T1与设定温度的差值不小于t6，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a2；其中，0＜a1＜a2≤90°， t5＜t6；

当T1与设定温度的差值不大于t5且大于t3时，若：

T1与设定温度的差值不大于t5且大于t4，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a3；

T1与设定温度的差值不大于t4且大于t3，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a4；其中，0＜a4＜a3≤90°，t3＜t4＜t5;

当T1与设定温度的差值不大于t3时，若：

T1与设定温度的差值不大于t3且大于t2，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a5；

T1与设定温度的差值不大于t2，则百叶与进风口所在平面的夹角α为a6；其中，0＜a6＜a5≤90°，t2＜t3。

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