CN1710358A - 具有除霜结构的热泵型空调器及其除霜方法 - Google Patents

Abstract

一种具有改进的除霜结构的热泵型空调器及其除霜方法。当霜没有过量积聚在室外热交换器管道网上时，控制电磁阀以使来自压缩机的暖制冷剂间歇地通过第二管道、排热管道和第三管道。当空调器在加热模式下工作时，根据室外热交换器管道网的温度推断出积聚在室外热交换器上的霜的量，接着基于室外热交换器管道网的温度进行除霜工作。由此，基于在室外热交换器上积聚的霜的量，快速地除去积聚在室外热交换器上的霜，减小空调器不运行的时间，从而向用户提供更加舒适和令人愉快的加热功能。

Description

具有除霜结构的热泵型空调器及其除霜方法

技术领域

本发明涉及热泵型空调器，具体地说，涉及具有改进的除霜结构的热泵型空调器，当在低温室外空气下进行加热工作时，其能在最小化用户不便的同时除去积聚在室外热交换器上的霜。同时，本发明涉及用于这种热泵型空调器的除霜方法。

背景技术

图1是表示现有热泵型空调器之结构的简图。如图1所示，现有热泵型空调器包括：压缩机11，用于压缩并循环制冷剂；四通阀12，用于改变制冷剂的流动方向，以使制冷剂能向前或反向流动；室外热交换器13，配置得使其在进行制冷工作时作为冷凝器使用，在进行加热工作时作为蒸发器使用；室外风扇14，用于吸入室外空气；室内热交换器15，配置得使其在进行制冷工作时作为蒸发器使用，在进行加热工作时作为冷凝器使用；室内风扇16，用于吸入室内空气；以及膨胀阀17，将其设置在室外热交换器13和室内热交换器15之间，以将制冷剂变成低温低压的气态制冷剂。

冷凝器用于从高温高压的气态制冷剂除热，以冷却并因此液化高温高压的气态制冷剂。相反，蒸发器用于降低与蒸发器表面接触的空气的温度，使空气中湿气的温度低于露点，因此，湿气变成水滴而被除去。

四通阀12用于改变制冷剂的流动方向，以使从压缩机11排出的制冷剂，在进行制冷工作时流入室外热交换器13，在进行加热工作时流入室内热交换器15。

下面详细介绍具有上述构造的现有热泵型空调器的工作情况。

当用户在制冷模式下操作现有热泵型空调器时，压缩机11压缩制冷剂，接着将压缩的制冷剂提供至室外热交换器13。室外热交换器13在进入室外热交换器13的制冷剂和室外风扇14吸入的空气之间进行热交换。结果，制冷剂冷凝为室温高压的液态制冷剂，空气的温度升高。温度升高的空气被室外风扇14排出空调器。由室外热交换器13冷凝的制冷剂流经毛细管，结果是冷凝的制冷剂变成低温低压的液态制冷剂。室内热交换器15在进入室内热交换器15的制冷剂和室内风扇16吸入的空气之间进行热交换。结果，制冷剂变成低温低压的汽化制冷剂，吸入气体的温度降低。低温低压的汽化制冷剂通过制冷剂管道网送入压缩机，温度降低的空气被室内风扇15排入房间内部以冷却房间内部。

另一方面，当用户在加热模式下操作现有热泵型空调器时，四通阀12改变制冷剂的流动方向，以使制冷剂从压缩机11流入室内热交换器15。在这种情况下，室外热交换器13作为蒸发器使用，室内热交换器15作为冷凝器使用。结果，进行加热工作。

当室外温度降至大约5℃至6℃(相对湿度80％)时，室外热交换器13的表面温度降至0℃以下，因此，室外空气中的湿气积聚在室外热交换器13的表面。结果，室外风扇14形成的空气通道被阻断。因此，室外热交换器的热效率降低，热泵的加热效率显著降低。

为了解决上述问题，进行除霜工作以除去积聚在室外热交换器13表面上的霜。下面将参照图2详细说明除霜工作。在加热工作进行预定时间后，比如30分钟，由室内热交换器温度传感器18(见图1)测量室内热交换器的温度，由房间温度传感器19(见图1)测量房间内部的温度，接着基于室内热交换器的测量温度和房间内部的测量温度之间的差异确定是否要对室外组件除霜(步骤S1)。当确定要对室外组件除霜时，进行大约3分钟的压力平衡工作，接着启动除霜工作(步骤S2)。除霜工作进行预定的时间，比如大约9分钟(步骤S3)。除霜工作所需的时间基于室内热交换器的温度和房间内部温度之间的差异进行设定。接着，进行大约3分钟的另一次压力平衡工作，随后进行加热工作(步骤S4)。从上述说明可以很容易理解，在进行大约3分钟的压力平衡工作的这段时间里，加热工作暂停。因此，不能在进行除霜工作的同时进行加热工作。此外，冷空气从室外热交换器送入房间内部，因此，房间内部的温度降低了，这会给用户带来不便。另外，室外温度是从室内热交换器的温度和房间内部的温度之间的差异推断出来的，因此，很难准确地得到进行除霜工作的时间，进而很难平稳地进行除霜工作。

发明内容

因此，考虑到上述问题而提出本发明。本发明的目的是提供一种具有改进的除霜结构的热泵型空调器，当进行加热工作时，其能在最小化用户不便的同时除去积聚在室外热交换器上的霜。

为达到上述目的，本发明的空调器加入一种除霜机构，如果在室外热交换器的管道网上没有积聚过量的霜，该除霜机构不需要反向循环进行制冷工作就能从室外热交换器除霜。通过该除霜机构，间歇地向室外热交换器提供来自压缩机的暖制冷剂，因此，更容易除去积聚在室外热交换器管道网上的霜。

本发明的另一目的是提供一种用于低温室外空气下的热泵型空调器的除霜方法，通过使用连接在室外热交换器管道网上的传感器，能准确地得到进行除霜工作的时间，因此，使加热工作暂停的时间最小化。

根据本发明的一个方面，本发明的上述和其它目的可以通过提供具有改进的除霜结构的热泵型空调器来实现，该空调器包括：压缩机，用于压缩制冷剂；室内热交换器，用于和室内空气进行热交换；室外热交换器，用于和室外空气进行热交换；以及第一管道，其将压缩机、室内热交换器和室外热交换器连接在一个闭环中，其中的改进之处包括：设置在室外热交换器中的排热管道；连接在排热管道入口和压缩机之间的第二管道；连接在排热管道出口和第一管道之间的第三管道；以及安装在第二管道或第三管道上的阀门。

当室外热交换器管道网的温度在-15℃和0℃之间时，也就是，当霜没有过量积聚在室外热交换器管道网上时，只在短时间内向排热管道提供从压缩机排出的相对较暖的制冷剂，以除去积聚在室外热交换器管道网上的霜。这样，暖制冷剂间歇地流经排热管道，而不以反向循环的方式进行制冷工作来使空调器工作在制冷模式下而不是加热模式下，由此，有效防止霜积聚在室外热交换器的管道网上。

优选的是，该热泵型空调器还包括：安装在第一管道上用以改变制冷剂流动方向的四通阀；以及设置在室内热交换器和室外热交换器之间的止回阀。

优选的是，上述阀是电磁阀。在这种情况下，向排热管道提供暖制冷剂是基于室外热交换器管道网的温度进行电控的。

优选的是，排热管道作为旁路连接至室外热交换器的前表面上。这样，有效地除去积聚在室外热交换器管道网上的霜。

根据本发明的另一方面，提供一种用于低温室外空气下的热泵型空调器的除霜方法，该方法包括如下步骤：确定室外热交换器的温度是高于0℃，其为情况A，室外热交换器的温度是在预定温度和0℃之间，其为情况B，还是室外热交换器的温度低于预定温度，其为情况C；以及在情况A下进行加热工作而不进行除霜工作，在情况B下间歇地操作电磁阀以进行除霜工作，在情况C下以反向循环方式操作四通阀和电磁阀以进行除霜工作。

当热泵型空调器在加热模式下工作时，由室外热交换器管道网的温度推断出积聚在室外热交换器上的霜的量，接着，基于室外热交换器管道网的温度进行除霜工作。结果，减少了除霜所需的空调器不工作的时间，由此，有效地除去积聚在室外热交换器上的霜，同时最小化用户的不便。

优选的是，上述预定温度是-15℃至-10℃。

附图说明

由以下结合附图所进行的详细的说明，可以更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点。附图中：

图1是表示现有热泵型空调器之结构的简图；

图2是表示图1所示的现有热泵型空调器的除霜方法的流程图；

图3是表示按照本发明优选实施例的热泵型空调器之结构的简图；以及

图4是表示图3所示按照本发明优选实施例的热泵型空调器的除霜方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。

图3是表示按照本发明优选实施例的热泵型空调器之结构的简图。如图3所示，按照本发明优选实施例的热泵型空调器包括：压缩机110，用于压缩并循环制冷剂；四通阀120，用于改变制冷剂的流动方向，以使制冷剂可以向前或反向流动；室外热交换器130，配置得使其在进行制冷工作时作为冷凝器使用，在进行加热工作时作为蒸发器使用；室外风扇140，用于吸入室外空气；室内热交换器150，配置得使其在进行制冷工作时作为蒸发器使用，在进行加热工作时作为冷凝器使用；室内风扇160，用于吸入室内空气；止回阀170，其设置在室外热交换器130和室内热交换器150之间，用于将制冷剂变成低温低压的气态制冷剂；毛细管171，用于将从室外热交换器130排出的制冷剂变成低温低压的液态制冷剂；以及除霜机构，该机构用于除去当室外空气的温度低于0℃时产生的、积聚在室外热交换器130管道网上的霜。

室内热交换器150和室内风扇160组成安装在房间中的室内组件。产生较大噪音的压缩机110、四通阀120、室外热交换器130、室外风扇140和止回阀170组成安装在房间外面的室外组件。

四通阀120用于改变制冷剂的流动方向，以使在进行制冷工作时从压缩机110排出的制冷剂可以流入室外热交换器130，在进行加热工作时流入室内热交换器150。

室外热交换器130包括多次弯曲的细长管，例如，蛇形管，以便能和室外空气有效进行热交换。在室外热交换器130上连接温度传感器134，用以测量室外热交换器130管道网的温度。

室内热交换器150具有测量房间内部温度(Tr)的温度传感器151和测量从室内热交换器150排出的制冷剂温度(Te)的另一个温度传感器152。

止回阀170允许制冷剂只在一个方向沿着管道流动。

除霜机构包括：设置在室外热交换器130中的排热管道131；连接在排热管道131入口和压缩机110之间的第二管道182；连接在排热管道131出口和第一管道181之间的第三管道183；以及，安装在第三管道183上的电磁阀180。电磁阀180是按照电磁铁的操作执行打开和关闭功能的阀门。电磁阀180用来基于电信号自动地执行打开和关闭功能。

当用户使本发明的具有上述构造的热泵型空调器在制冷模式下工作时，制冷剂沿着实线箭头c1至c7所示的方向流动。具体地说，制冷剂被压缩机110压缩，沿着实线箭头c1所示方向经过第一管道181，接着沿着实线箭头c2至c5所示方向逆时针流动。这样，使制冷剂进行循环。当制冷剂如上所述进行循环时，由室外热交换器130将制冷剂变成室温高压的液态制冷剂，接着，由室内热交换器150将室温高压的液态制冷剂变成低温低压的汽化制冷剂。结果使空气的温度降低。已经被室内热交换器150变成低温低压的汽化制冷剂通过第一管道181送入压缩机，更凉的空气通过室内风扇160排放到房间内部。这样，完成制冷工作。

另一方面，当用户使本发明的热泵型空调器在加热模式下进行工作时，制冷剂沿着虚线箭头b1至b9所示的方向流动。具体地说，制冷剂被压缩机110压缩，沿着虚线箭头b1所示的方向流动，经过四通阀120，接着沿着虚线箭头b2至b9所示的方向顺时针流动。这样，使制冷剂进行循环。

当室外空气温度低于0℃时，通过第二管道182向室外热交换器130提供从压缩机110排出的暖制冷剂，以除去积聚在室外热交换器130管道网上的霜。制冷剂沿着虚线箭头a1和a2所示的方向流经第二管道182。结果，暖制冷剂经过室外热交换器130中的排热管道131。此时，在暖制冷剂和排热管道131之间进行热交换，因此，有效地除去积聚在室外热交换器130管道网上的霜。当然，使制冷剂的温度降低。温度降低的制冷剂经过连接在排热管道131出口和第一管道181之间的第三管道183，然后汇入流经第一管道181的制冷剂。

电磁阀180可以安装在第二管182或者第三管道183上，只要电磁阀180能允许暖制冷剂流经穿过室外热交换器130内部的排热管道131并能禁止暖制冷剂流经穿过室外热交换器130内部的排热管道131。

如上所述，在按照本发明的热泵型空调器中加入除霜机构，该除霜机构包括：第二管道和第三管道，用于允许向室外热交换器提供暖制冷剂和禁止向室外热交换器提供暖制冷剂的电磁阀，以及穿过室外热交换器内部的排热管道。控制电磁阀，以使当霜没有过量积聚在室外热交换器管道网上时，来自压缩机的暖制冷剂间歇地经过第二管道、排热管道和第三管道。结果，更容易地除去积聚在室外热交换器管道网上的霜。

下面，详细说明按照本发明优选实施例的、具有上述构造的热泵型空调器在低温室外空气条件下的除霜方法。

在低温的室外空气条件下热泵型空调器的除霜方法包括下面的步骤：在压缩机工作预定时间，比如大约30分钟之后，确定室外热交换器管道网的温度(Tc)是高于0℃(情况A)，室外热交换器管道网的温度(Tc)是在-15℃和0℃之间(情况B)，还是室外热交换器管道网的温度(Tc)低于-15℃(步骤S11)。

在情况A下，没有必要进行除霜工作，因此，立即启动加热工作而不进行除霜工作。

在情况B下，间歇地操作电磁阀以进行除霜工作(步骤S21)。具体地说，操作设置在室外热交换器130处的电磁阀，即打开电磁阀，持续预定的时间，比如10秒，或者直至室外热交换器管道网的温度(Tc)超过0℃，接着，停止电磁阀的工作，即关闭电磁阀，持续预定的时间，比如10分钟至15分钟。这样进行除霜工作。电磁阀打开10秒和关闭10分钟至15分钟的理由是确保在情况B下使热效率的降低最小化。如上所述完成除霜工作之后，进行加热工作。

在情况C下，此时室外热交换器管道网的温度(Tc)低于-15℃，即室外热交换器管道网的温度(Tc)非常低，必须更精确地进行除霜工作。换句话讲，在反向循环方式下进行预定时间的制冷工作，以使室外热交换器130作为冷凝器使用，因此，由冷凝的热量融化积聚在室外热交换器130管道网上的霜。

具体地说，将电磁阀关闭预定的时间，比如20秒，(步骤S31)，关闭室内风扇160和室外风扇140以防止供应冷风(步骤S32)。随后，将四通阀关闭并将电磁阀打开预定的时间，比如40秒(步骤S33)，使压缩机工作预定的时间，比如9分钟(步骤S34)。此后，将四通阀打开并将电磁阀关闭预定的时间，比如20秒(步骤S35)，然后打开压缩机和室外风扇以便正常地进行加热工作(步骤S36)。

排热管道131与室外热交换器130的下部相连，因此，室外热交换器130的下部首先被融化，接着，作为旁路连接至室外热交换器130前表面上的制冷剂回路使得室外热交换器130的整个管道网融化。同样，在进行加热工作时，从压缩机排出的气体停留在室外热交换器130的下部，因此，由于水滴从室外热交换器130的上部滴落，所以在没有完全地进行热交换的该区域有效地进行除霜工作。

在情况C，安装有四通阀120和电磁阀的两条制冷剂管道同时被打开，以实现快速压力平衡。因此，加热工作暂停的时间显著地减少。例如，加热工作暂停的时间是1分钟。这个时间比按照现有技术的加热工作暂停时间要短，它是3分钟。按照本发明，进行9分钟的除霜工作。同样，进行压力平衡工作所需时间也显著地减少。例如，进行压力平衡工作所需时间是1分钟。这个时间比按照现有技术进行的压力平衡工作时间要短，它是3分钟。

因而，通过上面描述的除霜过程，基于室外热交换器上积聚的霜的量，快速地除去积聚在室外热交换器130上的霜。同样，减少了除霜所需的、空调器不工作的时间，因此，向用户提供了更加舒适和令人愉快的加热功能。

虽然为了说明的目的，公开了本发明的优选实施例，但是，本领域技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所公开的本发明范围和精神的前提下，可以有多种修改、增加和替换。

从上面的描述可以很明显地看出，在按照本发明的热泵型空调器中加入了除霜机构，该除霜机构包括第二管道和第三管道，用于允许向室外热交换器提供暖制冷剂和禁止向室外热交换器提供暖制冷剂的电磁阀，以及穿过室外热交换器内部的排热管道。控制电磁阀，以使当室外热交换器管道网上没有过量积聚霜时，来自压缩机的暖制冷剂间歇地经过第二管道、排热管道和第三管道。因此，本发明具有更容易地除去积聚在室外热交换器管道网上的霜的效果。

此外，当热泵型空调器在加热模式下进行工作时，根据室外热交换器的管道网的温度推断积聚在室外热交换器上的霜的量，接着，基于室外热交换器管道网的温度进行除霜工作。结果，基于积聚在室外热交换器上的霜的量迅速地除去积聚在室外热交换器上的霜。同样，减少了空调器除霜所需的不运行的时间。从而，本发明具有向用户提供更加舒适和令人愉快的加热功能的效果。

Claims (9)

1.一种具有除霜结构的热泵型空调器，该空调器包括：用于压缩制冷剂的压缩机；用于和室内空气进行热交换的室内热交换器；用于和室外空气进行热交换的室外热交换器；以及将压缩机、室内热交换器和室外热交换器连接在闭环的第一管道，其中该空调器还包括：

设置在室外热交换器中的排热管道；

连接在排热管道入口和压缩机之间的第二管道；

连接在排热管道出口和第一管道之间的第三管道；以及

安装在第二管道或第三管道上的阀门。

2.如权利要求1所述的空调器，还包括：

安装在第一管道上用于改变制冷剂流动方向的四通阀。

3.如权利要求2所述的空调器，还包括：

设置在室内热交换器和室外热交换器之间的止回阀。

4.如权利要求3所述的空调器，其中所述的阀是电磁阀。

5.如权利要求3所述的空调器，其中排热管道作为旁路连接至室外热交换器的前表面。

6.一种用于低温室外空气条件下热泵型空调器的除霜方法，该方法包括步骤：

确定室外热交换器的温度是高于0℃，其为情况A，室外热交换器的温度是在预定温度和0℃之间，其为情况B，还是室外热交换器的温度低于预定温度，其为情况C；以及

在情况A下进行加热工作而不进行除霜工作，在情况B下间歇地操作电磁阀以进行除霜工作，在情况C下操作四通阀和电磁阀以反向循环方式进行除霜工作。

7.如权利要求6所述的除霜方法，还包括步骤：

在情况B下，

打开电磁阀，持续10秒或者直至室外热交换器的温度超过0℃；以及

关闭电磁阀，持续10分钟至15分钟。

8.如权利要求6所述的除霜方法，其中，所述预定温度是-15℃至-10℃。

9.如权利要求6或8所述的除霜方法，还包括步骤：

在情况C下，

将电磁阀关闭20秒；

将室内风扇和室外风扇关闭；

将四通阀关闭并将电磁阀打开40秒；

使压缩机工作9分钟；

将四通阀打开并将电磁阀关闭20秒；以及

将压缩机和室外风扇打开以进行加热工作。

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