CN87105945A - 热泵式空气调节机的运转控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以空气为热源的热泵式空气调节机的运转控制方法，详细地涉及外界空气温度低时融化附着在室外热交换器上的霜的除霜控制。且本发明在边继续采暖边进行除霜的控制中，在除霜时使压缩机的频率作阶梯式上升，可抑制随着压力的急剧变化而引起油的水平面的大幅度降低，可提高压缩机的可靠性。且发明在除霜时使室内风扇的风量下降，从而防止室温的急剧变化。

Description

本发明涉及以空气为热源的热泵式空气调节机的运转控制方法，更详细地涉及在外界空气温度低时使附着在室外热交换器上的霜融化的除霜控制。

已有的以空气为热源的热泵式空调机的室外热交换器的除霜方式多半为转换四通阀作冷气循环、以室外热交换器为冷凝器及以室内热交换器为蒸发器的逆循环除霜方式，此时为防止冷气流，而使室内风扇停转。

在此方式中由于基本上致冷剂循环较少，不大可能期待压缩机输入的增大，因此会使除霜时间变长，且在除霜运转中的数分钟之间由于使室内风扇停转而缺少采暖感，会损害舒适性，且在除霜运转结束后从转换四通阀，恢复采暖运转起，直到室内热交换器的温度上升需要时间等，对使用者看是不大可能满足的。

近年来取代具有这样的缺点的逆循环除霜方式，而提出热气旁通除霜方式即在除霜运转时，四通阀仍处于原采暖运转状态，一面使从压缩机排出的气体的一部分流入室内热交换器，以维持若干采暖能力，一面将排出气体的剩余部分引导到室外热交换器的出口上进行除霜。

以下边参照附图，边就上述的已有的热泵式空调机的一例进行说明。

图3表示具有上述除霜方式的热泵式空调机的冷冻循环图。

在同一图中1为容量可控的频率可变压缩机，2为四通阀，3为室内热交换器，4为用电磁力能使阀开度可变的电动膨胀阀，5为室外热交换器，6为旁通回路，7为设在旁通回路6上的开关阀。在通常的采暖运转时，二通阀7在关闭状态并形成采暖循环，而在低外气时在室外热交换器上产生结霜现象，采暖能力下降，而有必要进行除霜运转时，则在二通阀7打开的同时，一口气使压缩机1的运转频率提高到最大运转频率，而将高温的排出气体的一部分经热气旁通回路，引导到室外热交换器5的出口侧。同时和采暖运转时相同，使高温的排出气体的剩余部分流到四通阀2，室内热交换器3，电磁膨胀阀4，继续进行采暖运转，在室外热交换器5的出口侧和在高压侧分支的制冷剂合流。根据上述构成，制冷剂在对室外热交换器5进行除霜之后经四通阀2返回到频率可变压缩机1，完成除霜循环。

但在上述构成中存在以下那样的问题。图6表示在即将除霜运转之前，除霜运转中，除霜结束后的压缩机1的运转频率。

如同图所示的那样，已有的控制是在开始除霜运转的同时压缩机1的运转频率从即将开始除霜运转之前的运转频率一口气上升到最大运转频率，同时打开二通阀7，高温的排出气体的一部分经热气旁通回路6向室外热交换器5的出口侧旁通。因而，如图4所示，在冷冻循环内一瞬间变成没有高低压差，其结果是致冷剂作低压发泡，压缩机油与致冷剂一起向压缩机1之外排出，油面急剧降低，而与此同时由于压缩机1的频率也一口气上升到最大频率，故在上述的高低压差之外，油的排出量也增加。因而油的水平更加降低，其缺点是压缩机的可靠性显著降低。

本发明的目的在于通过使在除霜运转时的频率可变压缩机的运转频率作阶梯式上升，而防止随着压缩机的旋转加快而引起的油的排出量的急剧增大，以确保压缩机的油的水平。

本发明的另一目的在于防止由于从除霜运转返回到采暖运转之间，一旦使压缩机的运转频率降低，随着采暖的返回，而使压缩机突然受到负荷。

本发明的又一目的在于在除霜运转时通过使室内风扇的风量降低，而抑制室内的温度变动，且抑制向压缩机返回的致冷剂的压力的下降，提高返回致冷剂的温度，从而可谋求除霜时间更加缩短。

而且，为了达到上述目的，本发明通过将频率可变型压缩机、四通阀、室内热交换器、其节流量在采暖运转和除霜运转时不同的节流装置、室外热交换器等顺次用装配管道连接成环状来构成冷冻循环，并形成将在采暖运转时成为高压的从上述压缩机到上述室内热交换器的装配管道与同样在采暖运转时成为低压的从上述室外热交换器到压缩机的装配管道连接起来的旁通回路，在上述旁通回路上设置开关装置，在上述室外热交换器的除霜运转开始时，作成使上述节流装置的节流量比采暖运转时节流量还要小，将上述开关阀打开，又在除霜运转时作成使频率可变型压缩机的运转频率阶梯式地上升到除霜运转时所设定的频率为止。

如上所述，本发明中由于在除霜运转时使节流装置的节流量比采暖运转时的节流量小，可抑制向室外热交换器的流入量，及致冷剂温度的下降，以谋求缩短除霜时间。又不会在除霜开始的同时，使压缩机1的频率从开始除霜前的运转频率一气上升到最大运转频率，而是作阶梯式上升。

其结果是，在除霜刚开始之后二通阀7打开，一瞬间高低压差消失，致冷剂进行低压发泡，压缩机油和致冷剂一起向压缩机1的外面排出，油面急剧下降，而与此同时，由于压缩机1的频率不是一气上升到最大频率而是作阶梯式上升，故能抑制油面的下降量，同时也可减轻随着急剧的压力变化而引起的大量液体返回到压缩机1和液体压缩，在长期中能使压缩机的可靠性显著提高。

又，由于在除霜运转中，也可继续进行采暖运转，加上室内风扇8的送风降低，故能防止室温的急剧变动，而于舒适无损。

且，如图2所示的△t₁、△t₂及△f在实验结果中可取△t₁＝20～30秒，△t₂＝30～60秒，△f＝5Hz。且本发明中作为节流装置的最佳状态是使用以电磁力为驱动源使阀开度可变的电动膨胀阀4进行说明的，但也可用多个毛细管等的节流装置构成，通过适当转换进行控制，且作为使阀开度可变的手段也可用双金属或形状记忆合金等。

图1为在本发明的一实施例中的热泵式空气调节机的除霜运转时的循环莫里尔线图;

图2为表示同一空气调节机的除霜运转时的频率变化的说明图;

图3为冷冻循环图;

图4为表示除霜运转时的高低压压力变化的说明图;

图5为表示在本发明的一实施例中的控制内容的流程图;

图6为表示已有的除霜运转时的频率变化的说明图;

以下参照附图就本发明的一实施例的热泵式空气调节机进行说明。在此处，关于冷冻循环由于与已有例相同，故用图3进行说明。在同一图中，1为压缩机，2为四通阀，3为室内热交换机，4为通过以电磁力作动的电动机等使阀开度可变的电动膨胀阀，5为室外热交换器，6为旁通回路，7为设置在旁通回路上的开关阀，8为将和室内热交换器3进行热交换的空气吹出到室内的室内风扇，9为驱动该室内风扇8的晶体管电动机等速度可变的驱动电动机。又10为检测室内热交换器3的温度的室内温度检测元件，11为检测室外温度热交换器5的温度的室外温度检测元件，12为接受该室内温度检测元件10及室外温度检测元件11的温度信号并控制电动膨胀阀4、开关阀7，驱动电动机9的控制回路。而且，使压缩机1，四通阀2，室内热交换器3，电动膨胀弁4，室外热交换器5按顺序依次连接成环状，再将压缩机1的排出侧和室外热交换器5的采暖运转时的出口侧连接起来，并在其途中设置备有开关阀7的旁通回路6。

接着，就如上构成的热泵式空调机对其概略的动作进行说明。

在通常的采暖运转时开关阀7置于关的状态，致冷剂流过压缩机1，四通阀2，室内热交换器3，电动膨胀阀4，室外热交换器5，四通阀2，并返回到压缩机1而形成采暖循环，但在旁通回路6中则没有致冷剂流过。

且，电动膨胀阀4的阀开度（节流量）及压缩机1的运转频率以室内温度检测元件10的检出温度为基础通过控制回路进行控制。又室内风扇8也可通过控制其旋转以达到由上述控制回路12所设定的送风量。

这些控制内容，由于和本发明的主要宗旨没有关系，故说明省略。

接着，就从上述采暖运转移到除霜运转的场合进行说明。

在采暖运转中如室外的温度降低，则在室外热交换器5上产生结霜现象，室外温度检测元件11检测该温度。而且如上述室外温度检测元件11的温度信号降低到设定值，则控制回路12发出除霜开始指令，四通阀2在其原来状态下使开关阀7打开，在点a′处使高温的排出气体分叉，其一部分直接流入室内热交换器3，残余部分则导向室外热交换器5的出口侧，同时，通过使电动膨胀阀4的阀开度有点处于全开的倾向下，使节流量几乎为零，使驱动电动机9的转数即室内风扇8的转数比采暖运转时降低，且使吹出到室内的风量降低，以开始除霜。

图1为将在图3所示的热泵式空调机的一实施例的除霜运转时的循环表示为莫里尔线图的图。

在同一图中所示的记号a′～e′对应于在图3中所示的位置。即在除霜运转时从a′点直接向室内热交换器3流动的高温的排出气体，由于电动膨胀阀4的阀开度已变成有点全开，故在较低的温度（约30～40℃）下进行凝缩放热。移到点b′并使室内风扇作低速旋转，可继续进行采暖运转。通过途中的装配管道及电动膨胀阀4的若干节流进行减压而成为c′点，流入室外热交换器5，又在作为霜的融解温度的约0℃下进行凝缩放热并除霜而到达d′。利用于此时的除霜上的致冷剂的烩差成为△i_def＝i^′ _a-i^′ _d，流入到室外热交换器5中的致冷剂状态如点c′所示已成为二相。因而利用于室内采暖的致冷剂的烩差如忽略途中的热损耗则得到i^′ _a-i^′ _b。

一方面，残余的高温的排出气体由于导向室外热交换器5的出口侧，几乎等烩变化后，和流到主回路上的液分多的致冷剂合流且混合，而得到点c′，被吸入到压缩机1。该点c′由于处在二相状态的致冷剂的致冷剂干度Xe′大，而液分小，故能减轻或实质上避开液返回或液压缩。再者，且在除霜运转时流入到室外热交换器5的致冷剂由于基本上为二相状态，故致冷剂温度即室外热交换器5的表面温度也成为一定，由于在同表面温度上没有不均匀现象都能实现均匀除霜。

在图2中表示有除霜刚运转前，除霜运转中，除霜结束后的运转频率。

接着根据图5就图2所示的控制内容作具体地说明。且为说明方便，令模式为从压缩机1以与负荷（室内温度）相称的频率fn进行运转的采暖运转中转移到除霜运转，再回到采暖运转的模式。且采暖模式有各种的功能控制，但因不是本发明的主要内容且可用公知的控制方法，故说明省略。

又，以下进行说明的控制，因为控制回路12采用了以微处理机为主体的回路，故能很容易地实现了。

在采暖运转中，室外温度检测元件11检测出室外热交换器5的温度T₁（步骤1），在控制回路12内判断是否要进行除霜运转（步骤2），其结果是如上述温度T₁低于设定温度T且判断为要作除霜运转，则在步骤3中置位于开始除霜运转，在步骤4中输出一信号以解除至此一直进行着的采暖模式，在返回采暖时使用的定时器△t₂也被取消（步骤5）。

因而，进行在步骤6～步骤14中所示的除霜运转模式。

即打开旁通回路6的开关阀7（步骤6），开放膨胀阀4直到成为设定开度（几乎全开）（步骤7，步骤8）。而且，控制风扇马达9使室内风扇8的送风量变为最低（步骤9），对压缩机1（正确地说为压缩机1的电动机）的运转频率以每次上升设定值△f地作阶梯式控制。

首先，设置在控制回路中的除霜定时器开始进行等待时间△t₁的计数（步骤10）、将压缩机1的频率增加△f（步骤11）。然后如经过时间△t₁则到上述压缩机1的运转频率变为最高频率f_max为止反复进行如下控制，即每隔预定时间△t₁使之上升一个设定频率△f（步骤10～步骤13）。

且，如压缩机1的运转频率变成最高频率f_max，则在步骤14中被置位为处于除霜运转中，以后直到检测出温度T₁变为比设定值T还高时为止，压缩机1都作连续运转，并反复进行温度T₁的检测（步骤1～步骤3）。

不久，室外热交换器5的温度上升，附着的霜溶化，则室外温度检测元件11检测出此情况（步骤1）、在步骤2中如T₁≤T的关系不成立，则判断为除霜运转可以结束（步骤2）、进行以下的返回控制。

即，在步骤15中设置作采暖运转的准备，在步骤16中清除此步骤前的除霜模式。

然后，将对采暖返回所要的等待时间△t₂的计数设定到控制回路12内的返回定时器内（步骤17、步骤18），将压缩机1的运转频率作为预先设置的返回频率f_c（步骤19）、关闭开关阀7（步骤20），对采暖返回时间△t₂进行计数（步骤21、步骤22）。且，如经过上述采暖返回时间△t₂、则设置进入采暖模式（步骤23），并实行预先设定的模式例如公知的室内温度控制，与负荷（室温等）相称的压缩机频率控制，及通过与室内热交换器3的温度相称的室内风扇8作的送风量控制等（步骤24）。

进行了上述控制以后，再进行步骤1的检测室外热交换器5的温度，以下再反复进行步骤5和步骤24的控制。

然后，如还有必要进行室外热交换器的除霜，则可进行上述的步骤1～步骤14的控制。

又，在上述的各步骤1～24中所示的控制内容的顺序是一个例子，根据需要对控制内容可作前后变化。

且，在作是否要进行除霜运转判断的设定温度T方面，可以通过在进行除霜的温度和返回到采暖的温度方面设置差别，或者采取如一旦返回到采暖，则在一定时间（例如约12分）内不进入除霜那样的手段，可防止频繁地进入除霜运转。

Claims (6)

1、一种热泵式空气调节机的运转控制方法，其特征在于在将频率可变型压缩机、四通阀、室内热交换器、在采暖运转时和除霜运转时其节流量不同的节流装置、室外热交换器等用装置配管道顺次连结成环状以构成冷冻循环、并形成将在采暖运转时成高压的从上述压缩机至上述室内热交换器的装配管道和同样在采暖运转时成低压的从上述室外热交换器到压缩机的装配管道连结起来的旁通回路、并在上述旁通回路上设有开关阀的热泵式空气调节机中，在上述室外热交换器的除霜运转开始时，使上述节流装置的节流量也比采暖运转时的节流量要小，将上述开关阀打开，且在除霜运转时，使频率可变型压缩机的运转频率阶梯式上升至除霜运转用设定频率。

2、如权利要求1所述的热泵式空气调节机的运转控制方法，其特征在于在除霜运转结束时，频率可变的压缩机的运转频率一旦降低到采暖返回设定频率，采暖返回运转时以该采暖返回设定频率运转一定时间。

3、一种热泵式空气调节机的运转控制方法，其特征在于在将频率可变型压缩机、四通阀、室内热交换器、采暖运转时和除霜运转时其节流量不同的节流装置、室外热交换器等用装配管道顺次连结成环状以构成冷冻循环、并形成将在采暖运转时成高压的从上述压缩机至上述室内热交换器的装配管道和同样在采暖运转时成低压的从上述室外热交换器到压缩机的装配管道连结起来的旁通回路、并在上述旁通回路上设有开关阀的热泵式空气调节机中，在上述室外热交换器的除霜运转开始时，使上述节流装置的节流量也比采暖运转时的节流量要小，并将上述开关阀打开，再使室内风扇的风量比采暖运转时下降。

4、如权利要求3所述的热泵式空气调节机的运转控制方法，其特征在于在除霜运转时使频率可变型压缩机的运转频率阶梯式地上升到除霜运转用设定频率。

5、如权利要求4所述的热泵式空气调节机的运转控制方法，其特征在于在除霜运转结束时，使频率可变型压缩机的运转频率一度下降到采暖返回的设定频率，在采暖返回运转时作成以该采暖返回设定频率运转一定时间。

6、一种热泵式空气调节机的运转控制方法，其特征在于在将频率可变型压缩机、四通阀、室内热交换器、采暖运转时和除霜运转时其节流量不同的节流装置、室外热交换器等用装配管道顺次连结成环状以构成冷冻循环、并形成将在采暖运转时成高压的从上述压缩机至上述室内热交换器的装配管道与同样在采暖运转时成低压的从上述室外热交换器到压缩机的装配管道连结起来的旁通回路、并在上述旁通回路上设置开关阀的热泵式空气调节机中，在上述室外热交换器的除霜运转开始时，使上述节流装置的节流量比采暖运转时的节流量要小，打开上述开关阀，再使室内风扇的风量比采暖运转时下降，且作成在除霜运转时使频率可变型压缩机的运转频率阶梯式上升到除霜运转用设定频率、并在除霜运转结束时使频率可变型压缩机的运转频率一度下降到采暖返回时的设定频率，在采暖返回运转时做成以该采暖返回设定频率运转一定时间。

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