CN114322351A - 双旁通空调系统、化霜控制方法以及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双旁通空调系统、化霜控制方法以及空调器，双旁通空调系统包括：冷媒循环回路，其连接压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置以及室内换热器；液旁通支路，其与节流装置并联接在室内换热器和室外换热器之间；气旁通支路，其用于将压缩机排出的气态冷媒送到液旁通支路和/或送到室外换热器化霜时的出口侧；液旁通支路和气旁通支路的工作状态可调节。本发明采用液旁通加气旁通的双旁通支路设计，可实现不间断制热，以液旁通作为化霜的主要支路，气旁通用于消除吸气带液，减少制热量衰减，使化霜运行更安全可靠。

Description

双旁通空调系统、化霜控制方法以及空调器

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及双旁通空调系统、化霜控制方法以及空调器。

背景技术

目前的热泵型空调在低环境温度进行制热运行时，普遍存在外机出现结霜现象，考虑到传统的逆循环化霜（即通过四通阀换向）不仅会造成室内温度下降幅度大，还存在综合能效差的问题。现有技术虽然已有大量冷媒旁通化霜的方案，但都是采用单旁通化霜，气旁通化霜存在大量热量浪费，且室内温降相对也较大，系统时均能效低；液旁通虽然能够减小制热量衰减，但是存在吸气带液问题，会给系统运行带来安全隐患。

因此，如何设计可实现不间断制热、且化霜高效稳定的双旁通空调系统、化霜控制方法以及空调器是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术化霜时制热量衰减大、效率低等缺陷，本发明提出双旁通空调系统、化霜控制方法以及空调器，采用液旁通加气旁通的双旁通方案，其中液旁通作为化霜的主体，气旁通用于消除吸气带液，达到制热量低衰减、化霜运行安全可靠的目的。

本发明采用的技术方案是，设计双旁通空调系统，包括：

冷媒循环回路，其连接压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置以及室内换热器；

液旁通支路，其与节流装置并联接在室内换热器和室外换热器之间；

气旁通支路，其用于将压缩机排出的气态冷媒送到液旁通支路和/或送到室外换热器化霜时的出口侧；

其中，液旁通支路和气旁通支路的工作状态可调节。

进一步的，气旁通支路设有可切换冷媒流向的三通阀，三通阀的进口端连接压缩机的排气侧、第一出口端连接压缩机的吸气侧、第二出口端连接液旁通支路，三通阀的第一出口端安装有第一旁通阀，三通阀的第二出口端安装有第二旁通阀。液旁通支路安装有液旁通阀，所述液旁通阀位于第二出口端的出口侧。

进一步的，三通阀的进口端与室内换热器并联接在四通阀的一个端口上，三通阀的第一出口端与室外换热器并联接在四通阀的另一个端口上。

进一步的，双旁通空调系统具有化霜模式一和/或化霜模式二；

当进入化霜模式一时，冷媒循环回路制热运行，液旁通支路接通，气旁通支路将压缩机排出的气态冷媒送到压缩机的吸气侧；

当进入所述化霜模式二时，冷媒循环回路制热运行，液旁通支路接通，气旁通支路将压缩机排出的气态冷媒送到液旁通支路。

进一步的，双旁通空调系统还包括：控制模块，控制模块根据双旁通空调系统的实际运行参数选择是否进入化霜模式一或化霜模式二。

本发明还提出了上述双旁通空调系统的化霜控制方法，包括：

预先设定第一进入条件和/或第二进入条件；

检测双旁通空调系统的实际运行参数；

判断实际运行参数是否满足第一进入条件或第二进入条件；

若满足第一进入条件，则进入化霜模式一；

若满足第二进入条件，则进入化霜模式二。

进一步的，化霜模式二的优先级高于化霜模式一，若实际运行参数同时满足第一进入条件和第二进入条件，则进入化霜模式二。

进一步的，化霜控制方法还包括：

预先设定第一退出条件和/或第二退出条件；

若进入化霜模式一，则在双旁通空调系统的实际运行参数满足第一退出条件时退出化霜模式一；

若进入化霜模式二，则在双旁通空调系统的实际运行参数满足第二退出条件时退出化霜模式二。

进一步的，化霜控制方法还包括：

进入化霜模式一之后；

检测吸气过热度Ts，计算吸气过热度Ts减目标过热度Tt的过热度偏差dTs；

根据过热度偏差dTs调节气旁通支路的气态冷媒量。

进一步的，根据过热度偏差调节气旁通支路的气态冷媒量包括：

当过热度偏差dTs≥设定上偏差dTs_up时，减小进入气旁通支路的气态冷媒量；

当过热度偏差dTs≤设定下偏差dTs_down时，增大进入气旁通支路的气态冷媒量；

当设定下偏差dTs_down<过热度偏差dTs<设定上偏差dTs_up时，气旁通支路维持当前状态。

进一步的，化霜控制方法还包括：

预先设定第一蒸发温度范围和/或第二蒸发温度范围；

若进入化霜模式一，则检测室外换热器的蒸发温度，调节节流装置的开度，使实际蒸发温度处于第一蒸发温度范围；

若进入化霜模式二，则检测室外换热器的蒸发温度，调节节流装置的开度，使实际蒸发温度处于第二蒸发温度范围。

本发明还提出了采用上述双旁通空调系统的空调器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、采用液旁通加气旁通的双旁通支路设计，可实现不间断制热，以液旁通作为化霜的主要支路，气旁通用于消除吸气带液，减少制热量衰减，使化霜运行更安全可靠；

2、在结霜量较小时，调节气旁通支路的流量，与室外换热器流出的冷媒进行混合，消除可能携带的液相冷媒，在气旁通量尽可能小的情况下，即冷凝热衰减尽可能小的情况下，消除液旁通存在的吸气带液隐患；

3、在结霜量较大时，通过气旁通支路将气态冷媒通至液旁通支路中，将更多的冷媒热量集中在快速化霜上，同时提高混合冷媒流入室外换热器中的气相占比，有效降低吸气带液风险。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明中空调系统的连接示意图；

图2是本发明中化霜模式一的冷媒流向示意图；

图3是本发明中化霜模式二的冷媒流向示意图；

图4是本发明中化霜模式一的流程示意图；

图5是本发明中化霜模式二的流程示意图；

图6是本发明中化霜模式一的第一旁通阀调节流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提出双旁通空调系统应用在空调器中，包括但不限于热泵空调。双旁通空调系统具有冷媒循环回路、液旁通支路12以及气旁通支路13，冷媒循环回路连接压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置5以及室外换热器6，室内换热器3配置有室内风机4，室外换热器6配置有室外风机7，节流装置5串联在室内换热器3和室外换热器6之间，四通阀2具有四个端口，分别是端口C、端口D、端口E以及端口S，端口C连接室外换热器6，端口D连接压缩机1的排气口，端口E连接室内换热器3，端口S连接压缩机1的吸气口，切换四通阀2的接通状态可改变冷媒循环回路的冷媒流向。

冷媒循环回路制热运行时，端口D与端口E相通，端口C与端口S相通，冷媒从室内换热器3流向室外换热器6，冷媒循环回路的流向是：压缩机1的排气口——>四通阀2（端口D——>端口E）——>室内换热器3——>节流装置5——>室外换热器6——>四通阀2（端口C——>端口S）——>返回压缩机1的吸气口。

冷媒循环回路制冷运行时，端口D与端口C相通，端口E与端口S相通，冷媒从室外换热器6流向室内换热器3，压缩机1的排气口——>四通阀2（端口D——>端口C）——>室外换热器6——>节流装置5——>室内换热器3——>四通阀2（端口E——>端口S）——>返回压缩机1的吸气口。

液旁通支路12与节流装置5并联接在室内换热器3和室外换热器6之间，液旁通支路12安装有液旁通阀8，液旁通支路12接通时，室内换热器3流出的冷媒分别经过节流装置5与液旁通支路12进入室外换热器6中。气旁通支路13有两种设计，第一种是将压缩机1排出的气态冷媒送到压缩机1的吸气侧，第二种是将压缩机1排出的气态冷媒送到液旁通支路12，实际应用中两种设计可以单独选用或者同时选用。

应当理解的是，若压缩机1仅单独选用第一种设计，则空调系统仅有化霜模式一，若压缩机1仅单独选用第二种设计，则空调系统仅有化霜模式二。在本发明提出的优选实施例中，气旁通支路13同时具备上述两种设计，空调系统因此具有两种化霜速度不同的化霜模式，分别是化霜模式一和化霜速度高于化霜模式一的化霜模式二。

如图2所示，当进入化霜模式一时，冷媒循环回路保持制热运行，液旁通支路12接通，气旁通支路13将压缩机1排出的气态冷媒送到压缩机1的吸气侧，此时室内换热器3流出的高温液态冷媒一部分通过节流装置5，另一部分通过液旁通阀8直接进入室外换热器6，节流装置5流出的冷媒和液旁通支路12流出的冷媒在进入室外换热器6之前混合。另一小部分高温高压排气通过三通阀9和第一旁通阀10进入吸气管，通过吸气过热度判定第一旁通阀10的开度从而调节气旁通流量，当吸气管带液时可通过与适量高温排气混合将液态冷媒蒸发，保证运行可靠性。

如图3所示，当进入化霜模式二时，冷媒循环回路保持制热运行，液旁通支路12接通，气旁通支路13将压缩机1排出的气态冷媒送到液旁通支路12。此时部分排气送到液旁通支管12中，在保证旁通冷媒携带热量的同时，提高旁通冷媒的气态占比，之后混合的两相态旁通冷媒与节流后的冷媒共同进入室外换热器6。相比于化霜模式一，旁通的排气携带的热量也进入室外换热器6，可将室外换热器6的温度提升更高，从而化霜速度更快。

本发明的两种化霜模式均能保证室内换热器3正常供热，化霜期间无需停机换向，实现不间断制热，以液旁通支路12作为化霜的主要支路，气旁通支路13用于消除吸气带液，减少制热量衰减，使化霜运行更安全可靠。

如图2、3所示，气旁通支路13的连接结构有多种，例如设计两条分支管路，一条分支管路用于将气态冷媒送至液旁通支路12，另一条分支管路用于将气态冷媒送至压缩机1的吸气侧。为简化管路结构，气旁通支路13设有可切换冷媒流向的三通阀9，三通阀9具有一个进口端和两个出口端，两个出口端分别是第一出口端和第二出口端，三通阀9的进口端通过四通阀2连接压缩机1的排气侧，进口端与室内换热器3并联接在四通阀2的E端口上，第一出口端通过四通阀2连接压缩机的吸气侧，第一出口端与室外换热器6并联接在四通阀2的C端口上，第二出口端连接液旁通支路12，且第二出口端设于液旁通阀8的进口侧，三通阀9的第一出口端安装有第一旁通阀10，三通阀9的第二出口端安装有第二旁通阀11。

液旁通阀8、三通阀9、第一旁通阀10、第二旁通阀11、四通阀2、节流装置5等均与空调系统的控制模块连接，控制模块通过控制各个阀件的开度调节液旁通支路12和气旁通支路13的工作状态。当进入化霜模式一时，四通阀2的端口D与端口E相通，端口C与端口S相通，三通阀9的进口端与第一出口端相通、进口端与第二出口端断开，液旁通阀8打开，第一旁通阀打开至设定开度H。当进入化霜模式二时，四通阀2的端口D与端口E相通，端口C与端口S相通，三通阀9的进口端与第二出口端相通、进口端与第一出口端断开，液旁通阀8打开，第一旁通阀10关闭，第二旁通阀11打开。

在本发明提出的优选实施例中，液旁通阀8采用电磁阀，第一旁通阀10采用电子膨胀阀，第二旁通阀11采用仅允许冷媒向外流出的单向阀。空调系统在正常运行时，冷媒在冷媒循环回路中循环流动，液旁通支路12和气旁通支路13处于断开状态，即液旁通阀8和第一旁通阀10均处于断电关闭状态，三通阀9处于断电状态，三通阀9断电状态下进口端与第一出口端相通。

需要说明的是，在实际应用中，液旁通阀8可以采用电子膨胀阀，此好处是在化霜模式一、化霜模式二中均可调节液旁通流量，自由度更高，但是必须与节流装置5配合控制，系统稳定性对节流装置5和液旁通阀8的依赖性更强，控制难度更高。第一旁通阀10可以采用电磁阀，此时化霜模式一无法实现吸气过热度调节，自由度较低。第二旁通阀11可以采用电子膨胀阀，此好处是在化霜模式二中可以调节气旁通流量，自由度更高，但是由于化霜模式二要求较高的化霜速度，要求第二旁通阀11的流通面积较大，因此需要选用规格较大的电子膨胀阀，成本升高。

如图4、5所示，双旁通空调系统制热运行时，控制模块根据空调系统的实际运行参数选择是否进入化霜模式一或化霜模式二，其执行的控制方法如下。

预先设定第一进入条件、第二进入条件、第一退出条件以及第二退出条件，第一进入条件和第一退出条件对应化霜模式一，第二进入条件和第二退出条件对应化霜模式二；

空调系统开启制热模式，冷媒循环回路制热运行；

实时检测双旁通空调系统的实际运行参数；

判断实际运行参数是否满足第一进入条件或第二进入条件；

若满足第一进入条件，则进入化霜模式一，根据实时检测的实际运行参数判断是否满足第一退出条件，若是则退出化霜模式一，若否则继续运行化霜模式一；

若满足第二进入条件，则进入化霜模式二，根据实时检测的实际运行参数判断是否满足第二退出条件，若是则退出化霜模式二，若否则继续运行化霜模式二。

在本发明的优选实施例中，根据空调系统实际化霜速度需求，通过对蒸发温度Te的控制加快或减慢化霜速度，进入化霜模式一之后，可以通过调节节流装置5和第一旁通阀的开度调节蒸发温度Te，两者同时调节。进入化霜模式二之后，可以通过调节节流装置5的开度调节蒸发温度Te。

如图6所示，具体来说，第一旁通阀的调节逻辑如下：

进入化霜模式一之后；

检测吸气过热度Ts，计算吸气过热度Ts减目标过热度Tt的过热度偏差dTs；

当过热度偏差dTs≥设定上偏差dTs_up时，减小进入气旁通支路的气态冷媒量，即关小第一旁通阀10；

当过热度偏差dTs≤设定下偏差dTs_down时，加大进入气旁通支路的气态冷媒量，即开大第一旁通阀10；

当设定下偏差dTs_down<过热度偏差dTs<设定上偏差dTs_up时，气旁通支路维持当前状态，即第一旁通阀10维持当前开度。

其中，第一旁通阀10每次开大或减小都是设定固定值dH进行调节，如果第一旁通阀10已经开至最大，则保持上限开度，如果第一旁通阀10已经关至最小，则保持下限开度。

节流装置5的调节逻辑如下：

预先设定第一蒸发温度范围和第二蒸发温度范围，第一蒸发温度范围对应化霜模式一，第二蒸发温度范围对应化霜模式二，由于化霜模式一和化霜模式二的化霜速度快慢不同，因此化霜模式一的第一蒸发温度范围和第二蒸发温度范围不同，第一蒸发温度范围低于第二蒸发温度范围，在本发明的一些可行实施例中，第一蒸发温度范围为0℃~3℃，第二蒸发温度范围为10℃~15℃。

若进入化霜模式一，则检测室外换热器6的蒸发温度，调节节流装置5的开度，使实际蒸发温度处于第一蒸发温度范围；

若进入化霜模式二，则检测室外换热器6的蒸发温度，调节节流装置5的开度，使实际蒸发温度处于第二蒸发温度范围。

其中，节流装置5每次开大或减小都是设定固定值dX进行调节。

需要说明的是，化霜模式二的优先级高于化霜模式一，若实际运行参数同时满足第一进入条件和第二进入条件，则进入化霜模式二。另外，在空调系统进入化霜模式一或化霜模式二之后，仍保持实时检测空调系统的实际运行参数，以进入化霜模式一为例，当实际运行参数满足第二进入条件时，由化霜模式一切换到化霜模式二。同样，化霜模式二也可以根据实际运行参数的匹配情况切换到化霜模式一。

本发明旨在优化现有液旁通化霜方案，适用于各冷量范围，由于现有空调系统进入化霜模式和退出化霜模式的条件不尽相同，此处不作特殊限制。应当理解的是，化霜模式一属于小化霜模式，适用于结霜量较小的情况；化霜模式二属于大化霜模式，适用于结霜量较大（严重）的情况。因此第二进入条件必须严苛于第一进入条件，实际运行参数满足第二进入条件时必然满足第一进入条件，比如通过温度、压力、风量、功能等检测到结霜量高于限定值则进入化霜模式二，否则进入化霜模式一。

以下仅以进入条件的两种方案举例说明，第一种是通过室外换热器管温和室外风机电流判断进入化霜条件，第一进入条件为室外换热器管温低于-2℃且室外风机电流高于额定电流*1.2，第二进入条件为室外换热器管温低于-4℃且室外风机电流高于额定电流*1.4。第二种是通过视觉采集装置获取霜层厚度判断进入化霜条件，第一进入条件为霜层厚度大于2mm，第二进入条件为霜层厚度大于4mm。同样的，退出条件也可以采用室外换热器的管温或霜层厚度等来设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.双旁通空调系统，其特征在于，包括：

冷媒循环回路，其连接压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置以及室内换热器；

液旁通支路，其与所述节流装置并联接在所述室内换热器和所述室外换热器之间；

气旁通支路，其用于将所述压缩机排出的气态冷媒送到所述液旁通支路和/或送到所述压缩机的吸气侧；

所述液旁通支路和所述气旁通支路的工作状态可调节。

2.根据权利要求1所述的双旁通空调系统，其特征在于，所述气旁通支路设有可切换冷媒流向的三通阀，所述三通阀的进口端连接所述压缩机的排气侧、第一出口端连接所述压缩机的吸气侧、第二出口端连接所述液旁通支路，所述三通阀的第一出口端安装有第一旁通阀，所述三通阀的第二出口端安装有第二旁通阀；

所述液旁通支路安装有液旁通阀，所述液旁通阀位于所述第二出口端的出口侧。

3.根据权利要求2所述的双旁通空调系统，其特征在于，所述三通阀的进口端与所述室内换热器并联接在所述四通阀的一个端口上，所述三通阀的第一出口端与所述室外换热器并联接在所述四通阀的另一个端口上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的双旁通空调系统，其特征在于，所述双旁通空调系统具有化霜模式一和/或化霜模式二；

当进入所述化霜模式一时，所述冷媒循环回路制热运行，所述液旁通支路接通，所述气旁通支路将所述压缩机排出的气态冷媒送到所述压缩机的吸气侧；

当进入所述化霜模式二时，所述冷媒循环回路制热运行，所述液旁通支路接通，所述气旁通支路将所述压缩机排出的气态冷媒送到所述液旁通支路。

5.根据权利要求4所述的双旁通空调系统，其特征在于，还包括：控制模块，所述控制模块根据所述双旁通空调系统的实际运行参数选择是否进入所述化霜模式一或所述化霜模式二。

6.化霜控制方法，通过权利要求4或5所述的双旁通空调系统实现，其特征在于，所述化霜控制方法包括：

预先设定第一进入条件和/或第二进入条件；

检测所述双旁通空调系统的实际运行参数；

判断所述实际运行参数是否满足所述第一进入条件或所述第二进入条件；

若满足所述第一进入条件，则进入化霜模式一；

若满足所述第二进入条件，则进入化霜模式二。

7.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，所述化霜模式二的优先级高于所述化霜模式一，若所述实际运行参数同时满足所述第一进入条件和所述第二进入条件，则进入所述化霜模式二。

8.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，还包括：

预先设定第一退出条件和/或第二退出条件；

若进入所述化霜模式一，则在所述双旁通空调系统的实际运行参数满足所述第一退出条件时退出所述化霜模式一；

若进入所述化霜模式二，则在所述双旁通空调系统的实际运行参数满足所述第二退出条件时退出所述化霜模式二。

9.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，还包括：

进入所述化霜模式一之后；

检测吸气过热度Ts，计算所述吸气过热度Ts减目标过热度Tt的过热度偏差dTs；

根据所述过热度偏差dTs调节所述气旁通支路的气态冷媒量。

10.根据权利要求9所述的化霜控制方法，其特征在于，根据所述过热度偏差调节所述气旁通支路的气态冷媒量包括：

当所述过热度偏差dTs≥设定上偏差dTs_up时，减小进入所述气旁通支路的气态冷媒量；

当所述过热度偏差dTs≤设定下偏差dTs_down时，增大进入所述气旁通支路的气态冷媒量；

当设定下偏差dTs_down<所述过热度偏差dTs<设定上偏差dTs_up时，所述气旁通支路维持当前状态。

11.根据权利要求6至10任一项所述的化霜控制方法，其特征在于，还包括：

预先设定第一蒸发温度范围和/或第二蒸发温度范围；

若进入所述化霜模式一，则检测所述室外换热器的蒸发温度，调节所述节流装置的开度，使所述实际蒸发温度处于所述第一蒸发温度范围；

若进入所述化霜模式二，则检测所述室外换热器的蒸发温度，调节所述节流装置的开度，使所述实际蒸发温度处于所述第二蒸发温度范围。

12.空调器，其特征在于，所述空调器采用权利要求1至5任一项所述的双旁通空调系统。

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