CN116294272A - 一种热泵空调系统及其除霜控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵空调系统及其除霜控制方法，热泵空调系统包括依次形成冷媒回路的压缩机、第一四通阀、室内换热器、节流装置以及室外换热器；热泵空调系统还包括控制器，设置于室外换热器与第一四通阀之间的第二四通阀，以及用于检测室外换热器盘管温度的温度传感器；所述控制器包括室外机电机电流检测模块以及数据处理模块；应用于上述热泵空调系统的除霜控制方法是通过测取通过室外机风机电机的电流大小为判断，其中，电流值A为临界点，电流值小于等于A进入常规的除霜模式既第二除霜模式，电流值大于A进入第一除霜模式，该模式下通过配合第二四通阀的配合，冷媒先从室外机的底部进入上部出优先化除底部的霜层。

Description

一种热泵空调系统及其除霜控制方法

技术领域

本发明涉及热泵空调技术领域，尤其涉及一种热泵空调系统及其除霜控制方法。

背景技术

热泵空调系统在低温工况下运行时，空调器室外机翅片会因为表面温度低，产生结霜现象，时间久了，就会形成霜层，导致机组制热能力衰减。所以需要及时对空调外机换热器进行除霜。热泵机组自动除霜应用的最广泛的方法是将制热切换为制冷模式，利用压缩机的高温排气来进行化霜；但由于室外机换热器整体换热面积大，想要完全将霜化尽，往往需要5-8分钟甚至更长时间。

由于换热器的流路分布从上至下，制冷剂在换热器入口温度最高，随着不断换热，到换热器底部时温度逐渐降低。因此中上部的霜层会先化，化霜后的水又都会沿翅片下滑，此时底部未化的霜层不利于排水。当霜层过厚时，易导致化霜不干净，空调外机会出现换热器底部结冰的情况。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种除霜控制方法，能够获取通过室外换热器的盘管温度并判断室外机是否需要除霜，若需除霜则能够获取室外换热器风机电机的电流值并根据电流值的大小判断是需要正常除霜或是需从室外机的底部优先除霜将霜化干净，该方案结构简单，判断除霜条件及除霜效率可靠；本发明的第二目的在于提供一种热泵空调系统，具有上述的除霜控制方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种热泵空调系统除霜控制方法，应用于热泵空调系统，热泵空调系统包括依次形成冷媒回路的压缩机、第一四通阀、室内换热器、节流装置以及室外换热器；其特征在于：

热泵空调系统还包括控制器，设置于室外换热器与第一四通阀之间的第二四通阀，以及用于检测室外换热器盘管温度的温度传感器；所述控制器包括室外机电机电流检测模块以及数据处理模块；所述除霜控制方法包括如下步骤：

步骤1：

空调器按制热模式运行，控制器通过温度传感器获取室外换热器盘管温度THd，并判断空调器是否需要进入除霜模式；若不需要，空调器继续按制热模式运行；若需要，空调器进入除霜模式，控制器通过室外机电机电流检测模块获取室外换热器的风机电机电流值I；

步骤2：

控制器通过数据处理模块判断电流值I是否大于阈值A；

若I＞A，关闭第一四通阀，打开第二四通阀，空调器进入第一除霜模式，室外换热器从底部开始化霜；

若I≤A，关闭第一四通阀以及第二四通阀，空调器进入第二除霜模式，空调器进入第一除霜模式从中上部开始化霜；

步骤3：

I＞A，空调器处于第一除霜模式下，THd＞B或在该模式下持续运转时间T=t1，关闭第二四通阀，空调器进入第二除霜模式，在第二除霜模式下持续运转时间T=t2后，退出第二除霜模式；

I≤A，空调器处于第二除霜模式下，THd＞C或在该模式下持续运转时间T=t3，退出第二除霜模式。

作为优选，所述第一四通阀包括阀口C1、阀口D1、阀口E1和阀口S1；所述第二四通阀包括阀口C2、阀口D2、阀口E2和阀口S2；

所述第一四通阀处于关闭状态，阀口E1和阀口S1相通，阀口C1和阀口D1相通；所述第一四通阀处于打开状态，阀口D1和阀口E1相通，阀口C1和阀口S1相通；

所述第二四通阀处于关闭状态，阀口E2和阀口S2相通，阀口C2和阀口D2相通；所述第二四通阀处于打开状态，阀口D2和阀口E2相通，阀口C2和阀口S2相通。

作为优选，空调器处于制热模式下，冷媒依次经压缩机排气口、阀口D1、阀口E1、室内换热器进口、室内换热器出口、节流装置、阀口S2、阀口E2、室外换热器进口、室外换热器出口、阀口C2、阀口D2、阀口C1、阀口S1至压缩机吸气口；

空调器处于第一除霜模式下，冷媒依次经压缩机排气口、阀口D1、阀口C1、阀口D2、阀口E2、室外换热器进口、室外换热器出口、阀口C2、阀口S2、节流装置、室内换热器出口、室内换热器进口、阀口E1、阀口S1至压缩机吸气口；

空调器处于第二除霜模式下，冷媒依次经压缩机排气口、阀口D1、阀口C1、室外换热器出口、室外换热器进口、阀口E2、阀口S2、节流装置、室内换热器出口、室内换热器进口、阀口E1、阀口S1至压缩机吸气口。

作为优选，电流阈值A为室外换热器的霜层厚薄临界点的电流值。

一种热泵空调系统，应用于上述中任意一项所述的热泵空调系统除霜控制方法。

本发明采用上述技术方案，针对现有室外机底部结霜较厚，正常化霜措施无法将底部霜层化干净的情况，上述方案在冷媒回路中增加了一个四通阀既第二四通阀，通过直接测取室外机盘管温度来判断室外机是否需要除霜，若盘管表面温度较低，则需要除霜，控制器通过室外机电机电流检测模块测取通过室外机风机电机电流的大小，并判断室外换热器霜层的厚薄情况，进一步地，以电流值A为临界点，电流值小于等于A进入常规的除霜模式既第二除霜模式，电流值大于A进入第一除霜模式，该模式下通过配合第二四通阀的配合，冷媒先从室外机的底部进入上部出优先化除底部的霜层。

此处需要说明的是，室外机盘管上的温度传感器用来检测判断室外机盘管温度，其主要通过与室外环境温度值的差值来进行除霜条件判断；

此处还需要说明的是，室外机结霜导致室外风机的风叶转动的阻力增大，进而导致室外风机的负载增大，功率增大，在电压一定时，室外风机的功率变大，电流也变大，因此，可以通过电机电流来反应出换热器霜层的厚薄情况。

此外，THd的判定值B、C为判断室外换热器翅片表面结霜的参考值，需要注意的是由于温度传感器布置位置不同，温度测量可能存在偏差；不同的空调设备所使用的换热器翅片材料不同，THd的值不完全一致，需要按照实际测试结果来设定。

附图说明

图1为应用于本案除霜控制方法的热泵空调系统的系统图。

图2为本案空调器处于制热模式下的冷媒流程图。

图3为本案空调器处于第一除霜模式下的冷媒流程图。

图4为本案空调器处于第二除霜模式下的冷媒流程图。

图5为室外换热器（室外机）的简易结构示意图。

图6为本案的控制逻辑框线图。

实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1~5所示一种热泵空调系统，包括依次形成冷媒回路的压缩机1、第一四通阀2、室内换热器3、节流装置4以及室外换热器5；

热泵空调系统还包括控制器，设置于室外换热器5与第一四通阀2之间的第二四通阀6，以及用于检测室外换热器5盘管温度的温度传感器100；所述控制器包括室外机电机电流检测模块以及数据处理模块；

如图6所示一种热泵空调系统除霜控制方法，应用于上述图1~5中的热泵空调系统，该除霜控制方法包括如下步骤：

步骤1：

空调器按制热模式运行，控制器通过温度传感器100获取室外换热器5盘管温度THd，并判断空调器是否需要进入除霜模式；若不需要，空调器继续按制热模式运行；若需要，空调器进入除霜模式，控制器通过室外机电机电流检测模块获取室外换热器5的风机电机电流值I；

步骤2：

控制器通过数据处理模块判断电流值I是否大于阈值A；

若I＞A，关闭第一四通阀2，打开第二四通阀6，空调器进入第一除霜模式，室外换热器5从底部开始化霜；

若I≤A，关闭第一四通阀2以及第二四通阀6，空调器进入第二除霜模式，空调器进入第一除霜模式从中上部开始化霜；

步骤3：

I＞A，空调器处于第一除霜模式下，THd＞B或在该模式下持续运转时间T=t1，关闭第二四通阀6，空调器进入第二除霜模式，在第二除霜模式下持续运转时间T=t2后，退出第二除霜模式；

I≤A，空调器处于第二除霜模式下，THd＞C或在该模式下持续运转时间T=t3，退出第二除霜模式。

进一步地，所述第一四通阀2包括阀口C1、阀口D1、阀口E1和阀口S1；所述第二四通阀6包括阀口C2、阀口D2、阀口E2和阀口S2；

所述第一四通阀2处于关闭状态，阀口E1和阀口S1相通，阀口C1和阀口D1相通；所述第一四通阀2处于打开状态，阀口D1和阀口E1相通，阀口C1和阀口S1相通；

所述第二四通阀6处于关闭状态，阀口E2和阀口S2相通，阀口C2和阀口D2相通；所述第二四通阀6处于打开状态，阀口D2和阀口E2相通，阀口C2和阀口S2相通。

进一步地，空调器处于制热模式下，冷媒依次经压缩机排气口7、阀口D1、阀口E1、室内换热器进口8、室内换热器出口9、节流装置4、阀口S2、阀口E2、室外换热器进口10、室外换热器出口11、阀口C2、阀口D2、阀口C1、阀口S1至压缩机吸气口12；

空调器处于第一除霜模式下，冷媒依次经压缩机排气口7、阀口D1、阀口C1、阀口D2、阀口E2、室外换热器进口10、室外换热器出口11、阀口C2、阀口S2、节流装置4、室内换热器出口9、室内换热器进口8、阀口E1、阀口S1至压缩机吸气口12；

空调器处于第二除霜模式下，冷媒依次经压缩机排气口7、阀口D1、阀口C1、室外换热器出口11、室外换热器进口10、阀口E2、阀口S2、节流装置4、室内换热器出口9、室内换热器进口8、阀口E1、阀口S1至压缩机吸气口12。

进一步地，电流阈值A为室外换热器5的霜层厚薄临界点时的电流值。

在本具体实施例中，针对现有室外机底部结霜较厚，正常化霜措施无法将底部霜层化干净的情况，上述方案在冷媒回路中增加了一个四通阀既第二四通阀，通过直接测取室外机盘管温度来判断室外机是否需要除霜，若盘管表面温度较低，则需要除霜，控制器通过室外机电机电流检测模块测取通过室外机风机电机电流的大小，并判断室外换热器霜层的厚薄情况，进一步地，以电流值A为临界点，电流值小于等于A进入常规的除霜模式既第二除霜模式，电流值大于A进入第一除霜模式，该模式下通过配合第二四通阀的配合，冷媒先从室外机的底部进入上部出优先化除底部的霜层。

此处需要说明的是，室外机盘管上的温度传感器用来检测判断室外机盘管温度，其主要通过与室外环境温度值的差值来进行除霜条件判断；

此处还需要说明的是，室外机结霜导致室外风机的风叶转动的阻力增大，进而导致室外风机的负载增大，功率增大，在电压一定时，室外风机的功率变大，电流也变大，因此，可以通过电机电流来反应出换热器霜层的厚薄情况。

此外，THd的判定值B、C为判断室外换热器翅片表面结霜的参考值，需要注意的是由于温度传感器布置位置不同，温度测量可能存在偏差；不同的空调设备所使用的换热器翅片材料不同，THd的值不完全一致，需要按照实际测试结果来设定。

还需要注意的是，业内常用的除霜进入条件是判断外盘温度与环境温度的差值，本案中不对除霜进入条件做要求。

本案中室外机风机电机电流值I，会随着风机负载大小而变化，当换热器结霜，随着霜层逐渐加厚，风机电流会逐渐增大，故此可以通过电机电流来判断出霜层的厚度，其值根据空调器实际测试数据而定。需要注意是的，具体化霜效果会由于换热器翅片材料、间距、排数等差异有所不同，故此霜层的厚度定义以及A值需要按照具体机组设备情况结合实际测试情况来设定。

热泵空调系统制热正常运行，并判断除霜条件，当达到除霜条件后，根据风机电流值进行判断，若室外机风机电流值大于A值，进入第一除霜模式：

第一四通阀状态为关，第二四通阀状态为开，制冷剂由压缩机通过第一四通阀D1-C1口通道进入第二四通阀D2口，经过D2-E2通道流向室外换热器，从室外换热器下部向上部流动。在室外换热器与空气换热后经过第二四通阀C2-S2口通道流向节流装置，再通过室内换热器，经过室内换热后通过第一四通阀E1-S1口通道回到压缩机；该模式运行下，高温制冷剂从室外机换热器下部先进入，优先融化底部霜层，从而使得下半部不会有霜层阻碍水流；但是由于阻力损失，一直保持从下向上的流动状态，不利于快速化霜。因此当换热器下部1/3霜层化干净后，切换至正常除霜模式既第二除霜模式；既按照除霜逻辑运行至外盘温度THd＞B或持续时间T=t1时，关闭第二四通阀，进入第二阶段运行，持续时间T=t2后退出第二除霜模式；

若风机电流值小于或等于A值，进入第二除霜模式：

第一四通阀状态为关，第二四通阀状态也为关。制冷剂由压缩机通过第一四通阀D1-C1口通道进入第二四通阀D2口，经过D2-C2通道流向室外换热器，从室外换热器上部向下部流动。在室外换热器与空气换热后经过第二四通阀E2-S2口通道流向节流装置，再通过室内换热器，经过室内换热后通过第一四通阀E1-S1口通道回到压缩机；当外盘温度THd＞C或持续时间T=t3时，退出第二除霜模式。

上述两种情况下退出第二除霜模式后，关闭第一四通阀，关闭第二四通阀，空调器进入正常制热模式。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种热泵空调系统除霜控制方法，应用于热泵空调系统，热泵空调系统包括依次形成冷媒回路的压缩机（1）、第一四通阀（2）、室内换热器（3）、节流装置（4）以及室外换热器（5）；其特征在于：

热泵空调系统还包括控制器，设置于室外换热器（5）与第一四通阀（2）之间的第二四通阀（6），以及用于检测室外换热器（5）盘管温度的温度传感器（100）；所述控制器包括室外机电机电流检测模块以及数据处理模块；所述除霜控制方法包括如下步骤：

步骤1：

空调器按制热模式运行，控制器通过温度传感器（100）获取室外换热器（5）盘管温度THd，并判断空调器是否需要进入除霜模式；若不需要，空调器继续按制热模式运行；若需要，空调器进入除霜模式，控制器通过室外机电机电流检测模块获取室外换热器（5）的风机电机电流值I；

步骤2：

控制器通过数据处理模块判断电流值I是否大于阈值A；

若I＞A，关闭第一四通阀（2），打开第二四通阀（6），空调器进入第一除霜模式，室外换热器（5）从底部开始化霜；

若I≤A，关闭第一四通阀（2）以及第二四通阀（6），空调器进入第二除霜模式，空调器进入第一除霜模式从中上部开始化霜；

步骤3：

I＞A，空调器处于第一除霜模式下，THd＞B或在该模式下持续运转时间T=t1，关闭第二四通阀（6），空调器进入第二除霜模式，在第二除霜模式下持续运转时间T=t2后，退出第二除霜模式；

I≤A，空调器处于第二除霜模式下，THd＞C或在该模式下持续运转时间T=t3，退出第二除霜模式。

2.根据权利要求1所述的一种热泵空调系统除霜控制方法，其特征在于：所述第一四通阀（2）包括阀口C1、阀口D1、阀口E1和阀口S1；所述第二四通阀（6）包括阀口C2、阀口D2、阀口E2和阀口S2；

所述第一四通阀（2）处于关闭状态，阀口E1和阀口S1相通，阀口C1和阀口D1相通；所述第一四通阀（2）处于打开状态，阀口D1和阀口E1相通，阀口C1和阀口S1相通；

所述第二四通阀（6）处于关闭状态，阀口E2和阀口S2相通，阀口C2和阀口D2相通；所述第二四通阀（6）处于打开状态，阀口D2和阀口E2相通，阀口C2和阀口S2相通。

3.根据权利要求2所述的一种热泵空调系统除霜控制方法，其特征在于：空调器处于制热模式下，冷媒依次经压缩机排气口（7）、阀口D1、阀口E1、室内换热器进口（8）、室内换热器出口（9）、节流装置（4）、阀口S2、阀口E2、室外换热器进口（10）、室外换热器出口（11）、阀口C2、阀口D2、阀口C1、阀口S1至压缩机吸气口（12）；

空调器处于第一除霜模式下，冷媒依次经压缩机排气口（7）、阀口D1、阀口C1、阀口D2、阀口E2、室外换热器进口（10）、室外换热器出口（11）、阀口C2、阀口S2、节流装置（4）、室内换热器出口（9）、室内换热器进口（8）、阀口E1、阀口S1至压缩机吸气口（12）；

空调器处于第二除霜模式下，冷媒依次经压缩机排气口（7）、阀口D1、阀口C1、室外换热器出口（11）、室外换热器进口（10）、阀口E2、阀口S2、节流装置（4）、室内换热器出口（9）、室内换热器进口（8）、阀口E1、阀口S1至压缩机吸气口（12）。

4.根据权利要求1所述的一种热泵空调系统除霜控制方法，其特征在于：电流阈值A为室外换热器（5）的霜层厚薄临界点时的电流值。

5.一种热泵空调系统，其特征在于：应用于上述权利要求书1~4中任意一项所述的热泵空调系统除霜控制方法。

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