CN1693796A - 空调的除霜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种空调的除霜方法，其通过在几乎不产生结霜的条件下尽可能长时间地为用户提供制热模式，能够提高制热模式的效率。为此目的，该空调的除霜方法包括下述步骤：设立空调的除霜起始温度；以及基于该设立的除霜起始温度，执行除霜操作。

Description

空调的除霜方法
技术领域
本发明涉及一种空调，并特别涉及一种使用热泵的空调除霜方法。
背景技术
作为用于描述根据现有技术的空调的除霜操作的例子，下面将描述近来常用的使用热泵的整体式空调(unitary air conditioner)。
整体式空调是一种集中的制热/制冷系统，在该系统中，使用热泵的制热/制冷设备安装在工厂、办公室、旅店、住宅等的墙脚处；通过使用该制热/制冷设备产生冷风或热风，并将该冷风或热风通过安装于建筑物的墙壁或天花板上的管道传递并提供给每一单独的空间。
该整体式空调将需要制热或制冷的地区和不需要制热或制冷的地区划分为单独的区域。在管道和制热/制冷设备之间安装区域控制器，以便将冷风或热风独立地供给到每一单独区域，或者根据区域的数量分别安装多个制热/制冷设备。
在下文中，将参考图1、图2描述现有技术的使用热泵的整体式空调的结构和操作。
图1是显示现有技术的安装于建筑物的使用热泵的整体式空调的立体图。
图2是显示现有技术的使用热泵的整体式空调的示意图。
参考图1和图2，例如二层建筑物的情况，现有技术的使用热泵的整体式空调包括：外部单元1，其固定安装于建筑物的外部；冷/热空气产生器2，其通过制冷剂管连接到外部单元1的外部热交换器1b，并且安装到例如建筑物的墙脚或侧屋(outshot)上；供气管3和排气管4，其连接到每一空气供应开口和空气排出开口，并且安装到建筑物的每一层的墙壁或天花板内；和区域控制器5a～5d，其安装于供气管3和排气管4及冷/热空气产生器2之间，用于识别和控制每一层的供气和排气。
外部单元1包括：安装在壳体中的一个或多个压缩机1a，用于压缩制冷剂气体；外部热交换器1b，其通过制冷剂管连接到该压缩机1a，用于在制冷模式过程中冷凝制冷剂气体并排出制冷剂气体的热，并用于吸收周围空气的潜热及使制冷剂气体蒸发；膨胀器1c，其用于使制冷剂气体减压-膨胀；四通阀1d，其连接到该压缩机1a和外部热交换器1b，用于切换制冷剂的循环方向；以及室外风扇(未示出)，其用于将外部空气供应到外部热交换器1b，并由此提高外部热交换器1b的热交换性能。
在该壳体内的冷/热空气产生器2包括：内部热交换器2a，其一端连接到该四通阀1d上，并且同时其另一端连接到该膨胀器1c；供气风扇(未示出)，用于将冷风或热风引导至该供气管3；空气供应开口(未示出)，连接到该供气管3；以及空气排出开口(未示出)，连接到该排气管4。
如上所述，该供气管3和排气管4连接到冷/热空气产生器2的空气供应开口和空气排出开口，并分别安装在建筑物的每一层Z1和Z2的墙壁或天花板中。在该供气管3和排气管4中形成有：用于将冷风或热风供应到每一层Z1和Z2的空间的出口3a，以及用于吸取室内空气的入口4a，以便使各自空间的室内空气循环。
区域控制器5a至5d是安装于供气管3中间和排气管4中间的一种阀，以便识别冷风或热风并将其供应到各自区域Z1和Z2。该区域控制器5a至5d连接到控制单元(未示出)或手动驱动；借此，检测相应区域的温度或湿度，以比较该检测的值和预设值，并由此可基于该比较的结果开/关控制该区域控制器5a至5d。
在下文中，将说明传统技术的使用热泵的整体式空调的操作。
在两层住宅的情况下，现有技术的空调检测每一层Z1和Z2的负载，并由此基于该检测的值识别冷风或热风，以通过每一供气管3供应冷风或热风。
例如，在制冷模式期间，外部单元1的压缩机1a被驱动，以压缩制冷剂气体，并使其成为高温高压的状态。然后，该压缩的制冷剂气体通过四通阀1d移动到外部热交换器1b。因此，移动到该外部热交换器1b的压缩的制冷剂气体在该外部热交换器1b中被冷却并被冷凝，变成低温态的液体。此时，该外部热交换器1b被用作冷凝器。然后，压缩的制冷剂穿过该膨胀器1c，以变成低温低压的状态，并因此进入冷/热空气产生器2的内部热交换器2a。在该内部热交换器2a中，该低温低压的制冷剂与通过排气管4吸入到空气通道的室内空气进行热交换。在该内部热交换器2a中，比该室内空气冷的制冷剂吸收来自该室内空气的潜热并由此冷却该室内空气，之后该制冷剂被蒸发。该冷却的室内空气借助冷/热空气产生器2的供气风扇穿过该空气供应开口移动到供气管3。此处，该冷/热空气产生器2的内部热交换器2a用作蒸发器。在此过程中，如果每一层Z1和Z2的每一负载值均大于预设值，则在自动模式的情况下，每一区域控制器通过自动控制单元自动地处于使用状态(on-state)，而在手动模式的情况下，每一区域控制器通过用户的操作变为使用状态。据此，从该冷/热空气产生器2供应来的冷空气通过每一供气管3的每一出口3a排出，由此冷却两个楼层。另一方面，从一个楼层检测的负载值低于预设值，具有大于预设值的检测负载值的区域控制器变为使用状态，并因此冷空气仅移动到与区域控制器开启的区域相应的楼层的供气管3，由此冷却相应的楼层。
另一方面，在制热模式期间，操作与制冷模式相同，但是，制冷剂是通过切换四通阀1d进行制热循环。也就是说，制冷剂沿与制冷模式下制冷剂的循环相反的顺序进行循环。因此，在现有技术的使用热泵的空调中，在制热模式期间，外部热交换器1b用作蒸发器，而内部热交换器2a用作冷凝器。
除了使用热泵的空调，在所有类型的具有内部和外部热交换器的使用热泵的制冷/制热空调中，在制冷模式期间，内部热交换器用作蒸发器而外部热交换器用作冷凝器。然而，在制热模式期间，内部热交换器用作冷凝器，外部热交换器用作蒸发器。
当使用热泵的整体式空调在制热模式下运行时，在室外空气的温度低而其湿度大的情况下，该外部热交换器1b用作蒸发器。据此，制冷剂吸收来自周围空气的潜热，然后蒸发，由此冷却外部热交换器1b的管道以及其周围的空气。结果，空气中的湿气在外部热交换器1b的管道上沉积。此时，空调防止由于结霜造成外部热交换器1b的管道的损坏，并执行除霜操作，以便防止由于外部热交换器1b中的制冷剂的蒸发温度的降低而引起热交换效率下降。
换句话说，在使用热泵的整体式空调中，在室外湿度大于预设湿度的情况下，当室外温度低于预设温度并且外部热交换器的管道温度降低到低于预设温度(即，作为启动除霜操作的基础的温度)时，四通阀从制热模式切换到制冷模式，以便停止制热循环的运行，而进行制冷循环。然后，在一定时间内，进行除霜操作，以去除外部热交换器的管道上的霜。例如，在现有技术的空调中，在室外湿度大于预设湿度的情形下，当预设温度是-15℃时，如果室外温度下降到低于-15℃的预设温度，则该四通阀从制热模式切换到制冷模式，从而使其运转。据此，该除霜操作执行一定时间。
如上所述，在现有技术的空调中，当外部热交换器的管道温度下降到低于预设温度时，在制热模式下执行除霜操作。此处，如果作为启动除霜操作的标准的预设温度设置得太高，则在室外温度低于该预设温度的情况下，该管道温度低于预设温度。其结果是：该管道温度总是低于该预设温度，因此，即使湿气没有沉积在外部热交换器的管道上的情况下，也可能执行除霜操作。另一方面，如果预设温度设置得太低，即使湿气在外部热交换器的管道上沉积，也可能不启动该除霜操作。这样，制冷剂蒸发温度和冷凝温度降低，从而降低了进入建筑物的空气的温度。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种空调的除霜方法，其通过基于室外温度、外部热交换器的管道温度、以及压缩机的压缩容量设立除霜起始温度，并基于该设立的除霜起始温度来执行除霜操作，该方法能够防止制冷剂的蒸发温度和冷凝温度降低，其中，该除霜起始温度用于在几乎不产生结霜的低温条件下尽可能长时间地为用户提供制热模式。
为了获得这些及其它的优点，根据本发明的目的，正如此处实施例和广义的描述，本发明提供了一种空调的除霜方法，其包括下述步骤：设立空调的除霜起始温度；以及基于该设立的除霜起始温度，执行除霜操作。
根据本发明的另一实施例，提供了一种空调的除霜方法，其包括下述步骤：在制热模式过程中，检测室外温度和外部热交换器的管道温度；基于该检测的室外温度、该检测的管道温度和压缩机的压缩容量，设立除霜起始温度；以及基于该检测的管道温度和该设立的除霜起始温度，执行除霜操作。
通过结合附图对本发明进行下面的详细描述，本发明的上述和其他目标、特征、方面和优点将变得更明显。
附图说明
附图是为理解本发明提供进一步的说明，在此处并入并构成本说明书的一部分，其与文字描述部分一同说明本发明的实施例，以便解释本发明的原理。其中：
图1是显示现有技术的安装于建筑物的使用热泵的整体式空调的立体图；
图2是显示现有技术的使用热泵的整体式空调的示意图；和
图3是显示根据本发明的空调除霜方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的优选实施例，其例子显示于附图中。
参考图3，描述关于空调的除霜方法的一优选实施例，其通过基于室外温度、外部热交换器的管道温度、以及压缩机的压缩容量设立除霜起始温度，并基于该除霜起始温度来执行除霜操作，该实施例的空调除霜方法能够防止制冷剂的蒸发温度和冷凝温度降低，其中，该除霜起始温度用于在几乎不产生结霜的低温条件下尽可能长时间地为用户提供制热操作。
图3是根据本发明的空调除霜方法的一实施例的流程图。
在本发明中，用于包括压缩机、外部热交换器、内部热交换器、膨胀器以及四通阀的空调的除霜方法包括下述步骤：当用户选择制热模式时启动制热(步骤1)；检测室外温度和外部热交换器的管道温度(步骤2)；基于检测的室外温度和压缩机的压缩容量设立除霜起始温度(α)(步骤3)；确定该检测的管道温度是否低于该设立的除霜起始温度(α)，并且，当确定该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度(α)时，确定该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度(α)的状态的持续时间是否大于预设时间(β)，而当确定该检测的管道温度等于或高于该设立的除霜起始温度(α)时，返回到步骤2(即，检测室外温度和外部热交换器的管道温度的步骤)(步骤4)；确定该管道温度低于该设立的除霜起始温度(α)的状态的持续时间是否大于预设时间(β)，并且，当确定该管道温度低于该设立的除霜起始温度(α)的状态的持续时间大于预设时间(β)时，启动除霜操作，而当确定该管道温度低于该设立的除霜起始温度(α)的状态的持续时间等于或小于预设时间(β)时，返回到步骤2(即，检测室外温度和外部热交换器的管道温度的步骤)(步骤5)；以及，执行除霜操作(步骤6)。
下面参考优选实施例，更详细地描述根据本发明的空调的除霜方法。
在根据本发明的空调的除霜方法中，该除霜起始温度设立的基础如下：一方面是：在没有结霜的制热模式下，根据空调的压缩机的操作，不管室内温度和室外温度，制冷剂的室外温度和蒸发温度(即，外部热交换器的管道温度)之间具有一致(uniform)的差异，并且，在外部热交换器的管道上产生结霜并保持结霜，从而降低了蒸发温度，由此，增加了室外温度和蒸发温度之间的差异；另一方面是：在没有结霜的制热模式下，压缩机的压缩容量越大，设立的蒸发温度就越低(即，如果压缩机的压缩容量变得越来越大，制冷剂可以在低温下蒸发)。
这里，基于压缩机的压缩容量和室外温度设立该除霜起始温度。如果采用变频压缩机(inverter compressor)作为压缩机，则压缩机的压缩容量可以表示为该变频压缩机的工作频率(operational frequency)。如果采用多个压缩机作为压缩机，则压缩机的压缩容量可以表示为根据多个压缩机的数量的压缩机的工作组合(operation combination)。
下面将详细描述根据本发明的空调的除霜方法中设立除霜起始温度的方法。
表1表示了当在空调的制热模式下、室外温度在干球温度为1℃和湿球温度为1℃的状态、并且室内温度在干球温度为20℃和湿球温度为15℃的状态时，根据空调的压缩机的工作频率的除霜起始温度。
表1
 工作组合(压缩机的工作频率)  没有结霜的外部热交换器的管道温度(即，没有结霜的蒸发温度)   外部热交换器的管道温度-室外温度＝TD   除霜起始温度＝TD×2
 50Hz  -4℃   (-4)-(1)＝-5℃   (-5×2)＝-10℃
 77Hz  -5℃   (-5)-(1)＝-6℃   (-6×2)＝-12℃
 122Hz  -7℃   (-7)-(1)＝-8℃   (-8×2)＝-16℃
该除霜起始温度是通过用试验预设的值乘以TD来获得的。作为其实施例，表1中的除霜起始温度通过用2乘以TD来获得。
这里，当外部热交换器的管道温度减去该检测的室外温度获得的值保持在低于除霜起始温度(TD×2)的状态并持续大于预设时间(例如5分钟)时，空调启动除霜操作。
不等式1显示除霜操作的条件如下：
Te-pipe-Te＜TD×2  ----------------------------------------不等式1
这里，Te-pipe代表外部热交换器的管道温度，并且Te代表室外温度。
此时，除霜操作设置成仅在下列情况下启动：室外温度低于15℃，并且外部热交换器的管道温度低于0℃。据此，防止除霜操作在未结霜的情况下启动。
通过使用回归分析工具表示根据压缩机的工作组合的等式中的除霜起始温度，其可以从“TD×2＝a+b×(压缩机的工作频率)”的形式中看出，其中，根据表1所示的值，“a”和“b”的值分别相应于-4.4和-0.09。
因此，以“a+b×(压缩机的工作频率)”代替不等式1的TD×2，并排列成关于Te-pipe。结果是，由此获得了下面的不等式2。
Te-pipe＜a+bx+Te-------------------------------------------不等式2
这里，Te-pipe代表外部热交换器的管道温度，并且Te代表室外温度，“a和b”代表通过试验获得的值，并且“x”代表压缩机的工作频率。
也就是说，当Te-pipe(即，在制热模式过程中检测的外部热交换器的管道温度)小于a+bx+Te，且该状态持续至大于预设时间时，根据本发明的空调启动除霜操作。因此，a+bx+Te可以设立为除霜起始温度Tdefrosting。
因此，该除霜起始温度可以从根据压缩机的工作组合的等式1看出。
Tdefrosting＝a+bx+Te----------------------------------------等式1
这里，Tdefrosting指除霜起始温度，“a”和“b”指通过试验获得的值，“x”指压缩机的工作频率，以及Te代表室外温度。
当设立除霜起始温度时，在检测外部热交换器的管道温度低于除霜起始温度的状态是否保持至大于预设时间(步骤5)的情况下，该管道温度可以在预设时间内连续下降。结果是，考虑到管道温度持续下降的情况，该除霜起始温度可以通过添加校正因子(例如大约2～3℃)来获得。也就是说，该除霜起始温度可以通过下列的等式2来获得。
Tdefrosting＝a+bx+Te+c----------------------------------------等式2
这里，Tdefrosting指除霜起始温度，“a”和“b”指通过试验获得的值，“x”指压缩机的工作频率，Te代表室外温度，“c”指考虑到管道温度降低得太低的情况的校正值。
下面将更详细地描述基于除霜起始温度的根据本发明的空调的除霜方法。
在根据本发明的空调中，一旦用户选择了制热模式，则执行制热操作。然后，在制热模式进行过程中，检测室外温度和外部热交换器的管道温度。(步骤1和步骤2)
之后，基于检测的室外温度和压缩机的压缩容量设立除霜起始温度(α)。(步骤3)
然后，该检测的管道温度与设立的除霜起始温度(α)进行比较。当由上述比较确定了检测的管道温度低于设立的除霜起始温度(α)时，将此情形的持续时间与预设时间(β)进行比较(步骤5)；然而，当由上述比较确定了检测的管道温度高于设立的除霜起始温度(α)时，当前操作返回到用于检测室外温度和管道温度(步骤2)的步骤。(步骤4)
之后，空调确定检测的管道温度低于设立的除霜起始温度(α)的状态持续的时间是否大于预设时间(β)。当确定了检测的管道温度低于设立的除霜起始温度(α)的状态持续的时间大于预设时间(β)时，启动除霜操作(步骤6)；然而，当确定了检测的管道温度低于设立的除霜起始温度(α)的状态没有持续至大于预设时间(β)时，则空调返回到检测室外温度和管道温度的步骤(步骤2)。(步骤5)
在管道温度低于设立的除霜起始温度(α)的情况下，当其持续时间等于或大于预设时间(β)时，空调进行一定时间的除霜操作(步骤6)。然后，外部热交换器的管道上的霜被去除，并且再次进行制热模式，之后，重复步骤2至步骤6。
在步骤5中，确定检测的管道温度低于设立的除霜起始温度(α)的状态是否持续至大于预设时间(β)的原因是：在当压缩机被驱动时空调系统不稳定的情况下，制冷剂的蒸发温度不正常地下降。
换句话说，在本发明中，为了在几乎不产生结霜的低温条件下尽可能长时间地为用户提供制热操作，除霜起始温度是基于室外温度、外部热交换器的管道温度和压缩机的压缩容量而设立。然后，在管道温度低于设立的除霜起始温度的情况下，当管道温度低于设立的除霜起始温度的状态的持续时间大于预设时间时，启动除霜操作。
如上所述，在本发明中，检测了室外温度和外部热交换器的管道温度，并且基于检测的室外温度和压缩机的压缩容量设立了除霜起始温度。然后，当检测的管道温度低于设立的除霜起始温度时，在其持续时间大于预设时间的情况下，启动除霜操作。据此，可以提高空调的制热效率，并且空调可以更有效地响应负载。
在不脱离本发明目的精神和主要特征的情况下，本发明可以有多种实施形式，应当了解，上述的实施例不仅仅局限于上述描述的细节，除非特别说明，而应广义理解在如所附权利要求书所定义的精神和范围内，并因此，在权利要求书的范围和精神内的所有的变化和改型，或在此范围和精神的等效替换，均应包含在所附的权利要求书中。

Claims (19)

1.一种用于空调的除霜方法，其包括下述步骤：
设立空调的除霜起始温度；以及
基于该设立的除霜起始温度，执行除霜操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中，设立该空调的该除霜起始温度的步骤包括下述步骤：
当该空调处于制热模式时检测室外温度；以及
基于该检测的室外温度和该空调中的压缩机的压缩容量，设立该除霜起始温度。
3.如权利要求2所述的方法，其中，基于该设立的除霜起始温度执行该除霜操作的步骤包括下述步骤：
检测该空调中的外部热交换器的管道温度；
将该检测的管道温度与该设立的除霜起始温度进行比较；以及
基于该检测的管道温度和该设立的除霜起始温度的比较结果，执行该除霜操作。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在基于该检测的管道温度和该设立的除霜起始温度的该比较结果执行该除霜操作的步骤中，当该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度时，执行该除霜操作，然而，当该检测的管道温度等于或高于该设立的除霜起始温度时，当前操作返回到检测该室外温度的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度的情况下，完成该除霜操作，然后，当前操作返回到检测该室外温度的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在该除霜操作中，切换该空调的四通阀，以便将该空调的操作模式从制冷模式改变到制热模式，由此执行该除霜操作持续第二预设时间；然后，在经过该第二预设时间后，完成该除霜操作；之后，返回到检测该室外温度的步骤。
7.如权利要求3所述的方法，其中，该方法还包括下述步骤：
在该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度的情况下，比较第一预设时间与该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度的状态的持续时间；以及
基于该状态的持续时间与该第一预设时间的比较结果，执行该除霜操作。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在基于该状态的持续时间与该第一预设时间执行该除霜操作的步骤中，当该持续时间大于该第一预设时间时，执行该除霜操作直至完成该操作，之后，返回到检测该室外温度的步骤；然而，当该持续时间等于或小于该第一预设时间时，当前操作返回到检测该室外温度的步骤。
9.如权利要求2所述的方法，其中，基于压缩机的数量和该压缩机的工作频率的至少其中之一，获得该压缩机的压缩容量。
10.如权利要求2所述的方法，其中，通过等式Tdefrosting＝a+bx+Te+c来获得该除霜起始温度，其中，Tdefrosting是该除霜起始温度，“a”和“b”是通过试验获得的值，“x”是该压缩机的工作频率，Te是该检测的室外温度，以及“c”是一校正值。
11.如权利要求10所述的方法，其中，该等式是通过回归分析获得。
12.如权利要求10所述的方法，其中，“c”是基于该室外管道温度的变化的校正值。
13.一种空调的除霜方法，其包括下述步骤：
在制热模式进行过程中，检测室外温度和空调中的外部热交换器的管道温度；
基于该检测的室外温度和空调中的压缩机的压缩容量，设立除霜起始温度；以及
基于该检测的管道温度和该设立的除霜起始温度，执行除霜操作。
14.如权利要求13所述的方法，其中，基于该检测的管道温度和该设立的除霜起始温度执行该除霜操作的步骤包括下述步骤：
确定该检测的管道温度是否低于该设立的除霜起始温度；
当该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度时，确定该检测的管道温度低于该设立的除霜起始温度的状态的持续时间是否大于第一预设时间；然而，当该检测的管道温度等于或高于该设立的除霜起始温度时，返回到检测该室外温度和该外部热交换器的管道温度的步骤；以及
当该持续时间大于该第一预设时间时，启动该除霜操作直至该操作完成，之后，返回到检测该室外温度和该外部热交换器的管道温度的步骤；然而，当该持续时间等于或小于该第一预设时间时，返回到检测该室外温度和该外部热交换器的管道温度的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其中，基于压缩机的数量和该压缩机的工作频率的至少其中之一，获得该压缩机的压缩容量。
16.如权利要求13所述的方法，其中，通过等式Tdefrosting＝a+bx+Te+c来获得该除霜起始温度，其中，Tdefrosting是该除霜起始温度，“a”和“b”是通过试验获得的值，“x”是该压缩机的工作频率，Te是该检测的室外温度，以及“c”是一校正值。
17.如权利要求16所述的方法，其中，“c”是基于该室外管道温度的变化的校正值。
18.如权利要求16所述的方法，其中，该等式是通过回归分析获得。
19.如权利要求14所述的方法，其中，在该除霜操作中，将该空调的四通阀从制热模式切换到制冷模式，以使该空调在该制冷模式下运行第二预设时间，之后停止该制冷模式，及再次启动该制热模式。
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