一种带辅助制热装置的空调器及其辅助制热方法

摘要

本发明公开了一种带辅助制热装置的空调器及其辅助制热方法，该空调器包括：中央控制单元、压缩机、室内换热器、室外换热器、配置在压缩机与室外和室内热交换器之间切换制冷剂路径的四通阀，以及连接在压缩机的输出端与室内换热器的输入端之间的电磁阀；所述辅助制热装置包括：温度传感器，用以检测压缩机的排气温度和室内换热器的表面温度；比较器，用以将所检测的压缩机排气温度以及室内换热器表面温度与设定温度作比较，产生并输出比较信号；以及阀门控制器，用以在信号满足时控制电磁阀开启，实现辅助制热；在信号不满足时，控制电磁阀关闭。这种空调器可以提高制热效率，同时还可以使得空调系统不容易结霜以及保证空调制热运行的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及空调器领域，特别是当采用平行流换热器来做室外机换热器时，空调器的辅助制热控制方法及其相应的结构改进。

背景技术

目前在用的房间空调器的室外换热器大多是采用铜管翅片式换热器，这种换热器的缺点是铜的消耗比较大，同时换热效率比较低；优点是便于换热器表面冷凝水的排水能力，除霜效果明显。

平行流换热器是全铝结构，具有成本低，换热效率高，空调系统制冷剂充注量少等优点；平行流换热器作为室外机换热器，在空调制热运行时，由于本身的结构，换热器表面的冷凝水很难被排掉，空调系统很容易结霜，而且又具有很难除霜干净等缺点，这些缺点使空调系统需要频繁除霜，空调不能有效制热甚至不能制热，所以这些缺点使平行流换热器很难作为换热器应用于房间空调器上。

中国专利CN2540593公开了一种辅助制热中央空调，它主要在热泵的回水管或出水管上联接有一个辅助电加热装置。使其能够在气温较低的冬季能够对热泵制热量的不足进行有效的补充。虽然，利用辅助电加热的方法也可以解决上述的问题，但是，我们需要寻求一种更新的替换技术，以达到更加节能和智能化控制的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，通过优化采用平行流换热器的空调器结构和控制方法，提供一种具有辅助制热的功能同时又不容易结霜的家用空调及其辅助制热控制方法，保证空调制热运行的稳定性，并提高制热效率。

实现本发明的技术方案是：一种带辅助制热装置的空调器，所述空调器包括：中央控制单元、压缩机、室内换热器、室外换热器、配置在压缩机与室外和室内热交换器之间切换制冷剂路径的四通阀，以及连接在压缩机的输出端与室内换热器的输入端之间的电磁阀；其特征在于：所述辅助制热装置包括：

温度传感器，用以检测压缩机的排气温度和室外平行流换热器的表面温度；

比较器，用以将所检测的压缩机排气温度以及室外平行流换热器表面温度与设定温度作比较，产生并输出比较信号；以及

阀门控制器，用以在信号满足时控制电磁阀开启，实现辅助制热；在信号不满足时，控制电磁阀关闭。

实现上述空调器的辅助制热控制方法，其特征在于空调器中预设有设定温度T1、T2、T3，其中T1＜T3＜T2，在空调器进入制热运行模式子程序时，它包括下述步骤：

A.比较温度传感器所检测的换热器温度TA与设定温度T1，当TA＞T1时，空调器运行正常制热模式；

B.当第一次蒸发器温TA≤设定温度T1时，空调器执行除霜运行；

C.当再一次蒸发器温TA≤设定温度T1时，比较温度传感器所检测的压缩机排气温度TB与设定温度T2，当TB＜T2时，空调器执行除霜运行；

D.当压缩机排气温度TB≥设定温度T2，电磁阀开启，辅助制热运行开始；

E.比较压缩机排气温度TB是否大于设定温度T3，当TB＜T3时，空调器执行除霜运行；当压缩机排气温度TB≥设定温度T3时，进入下一步骤；

F.比较温度传感器所检测的换热器温度TA与设定温度T1，当TA＞T1时，电磁阀关闭，辅助制热运行结束，空调器回到正常制热模式；当TA≤T1时，回到步骤D。

作为上述方法的进一步改进，所述步骤A之前还包括以下步骤：

设定压缩机制热运行时间TM1和压缩机辅助制热运行时间TF1；

比较计时器检测的压缩机实际制热运行时间TM与设定时间TM1，当TM＜TM1，空调器运行正常制热模式；当TM≥TM1，空调器进入步骤A。

作为上述方法的更进一步改进，所述步骤E和F之间还包括以下步骤：

比较计时器检测的压缩机实际辅助制热运行时间TF与设定时间TF1，当TF＞TF1，空调器执行除霜运行；当TF≤TF1，空调器进入步骤F。

本发明所提供的具有辅助制热功能的空调器以及辅助制热运行的控制方法，由于在整个辅助制热过程中，空调器本身的制热程序不会被中断，同时又能在需要的时候及时除霜，因此可以减少压缩机频繁启动，能保持空调制热效果以及制热运行的稳定性，节约能源。

附图说明

图1是带辅助制热装置的制冷系统示意图；图2是带辅助装置的空调器的制热运行示意图；图3是带辅助装置的空调器在制热运行时的辅助制热示意图；图4是辅助制热控制流程图，因一页纸无法放入，故分为图4a和图4b两页。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。

本实施例中首先需要对传统的房间空调器系统改进。改进后的房间空调器系统如图1所示。该房间空调器系统图主要包括：压缩机1、四通阀2、电磁阀3、室外平行流换热器4、传感器5、毛细管6、室内换热器7、压缩机排气温度传感器8等部件组成。另外，空调器系统中还包括：中央控制单元、计时器、比较器以及阀门控制器，计时器、比较器以及阀门控制器固化在中央控制单元中。

空调系统的正常制热流程是：如附图2所示，压缩机1运行，排出高温高压的气体制冷剂经四通阀2后，再经室内换热器7冷凝成中温高压的液体制冷剂，再经毛细管6节流成低温低压的液态制冷剂后，经室外平行流换热器4蒸发成低温低压的气体制冷，再经四通阀2后回到压缩机1。从而进入新一轮的制热循环。

空调系统辅助制热运行的流程是：如附图3所示，压缩机1运行，排出高温高压的气体制冷剂分成两部分，第一部分高温高压的气体制冷剂经四通阀2后，再经室内换热器7冷凝成中温高压的液体制冷剂，再经毛细管6节流成低温低压的液态制冷剂；第二部分高温高压的气体制冷剂经开启的电磁阀3直接与第一部分已变成低温低压的液态制冷剂混和后再进入室外平行流换热器4，从而提高室外平行流换热器4的蒸发温度，经过蒸发成低温低压的气体制冷，再经四通阀2后回到压缩机。从而进入新一轮的制热循环。同时，制热不被中断。

各种控制参数的说明及取值如下表1：

  控制参数  参数说明  参数取值  TM  压缩机实际制热运行时间  /  TM1  压缩机设定制热运行时间  TM1＝20分钟  TA  室外平行流换热器表面温度  /  TB  压缩机排气温度传感器  /  TF  辅助制热实际运行时间  /  TF1  辅助制热设定运行时间  TM＝12分钟  T1  室外平行流换热器表面温度  0℃  T2  压缩机排气温度  55℃  T3  压缩机排气温度  50℃

具体的控制步骤可以如下：

如附图4所示，首先，当空调进入制热运行模式控制子程序A，如果压缩机运行时间TM还不到TM1(20分钟)，则继续执行第1步。直到压缩机运行满TM1分钟后，执行下一步。

在空调稳定运行TM1后，如果传感器5检测到平行流换热器温度TA没有小于设定温度T1(0℃)，则继续执行第2步。当TA每隔20秒且连续3次满足TA≤T1执行第3步。

步骤3判断平行流换热器4表面温度TA是否是第一次满足每隔20秒且连续3次满足TA≤T1。如果是第一次，则执行除霜运行。如果是第二次满足每隔20秒且连续3次满足TA≤T1，则执行下一步的控制。或者说，这步判断的目的是判断空调在连续运行期间，是否是第1次运行制热运行模式控制子程序A或第2次以上运行制热运行模式控制子程序A，如果是第1次运行制热运行模式控制子程序A，在每隔20秒且连续3次满足TA≤T1，则执行除霜运行。

步骤4是由传感器8检测压缩机排气温度TB如果不能持续满足TB≥T2(55℃)，就是表明空调辅助制热运行的效果很差或起不到作用，只能执行除霜运行。压缩机排气温度TB如果持续满足TB≥T2，表明空调可以执行辅助制热运行。

步骤5：电磁阀开启，辅助制热运行开始。在辅助制热运行期间，空调的正常制热不被中断，但制热效果也会随辅助制热运行时间的增加而减弱。

步骤6：由于压缩机辅助制热运行期间，压缩机的排气温度会不断降低，当压缩机排气温度太低时，辅助制热运行将起不到作用。这步控制是实时检测压缩机排温度是否在可以满足辅助制热运行。当压缩机排气温度持续TB≥T3(50℃)时，可以保持辅助制热运行，执行下一步判断。当压缩机排气温度TB持续60秒≤T3，则执行除霜运行。

步骤7是控制辅助制热运行时间，如果空调系统辅助制热时间太长，到后期，制热效果会迅速下降，为了避免制热效果迅速下降，就必须要控制辅助制热运行的时间。如果制辅助制热运行时间大于TF1(12分钟)，则空调进入除霜控制；如果制辅助制热运行时间小于TF1，则执行下一步。当然，空调只在制冷系统缺少制冷剂且在高温条件下制热，才可能出如果制辅助制热运行时间大于TF1。

步骤8是在同时满足步骤3~步骤7时，才开始判断。当传感器5检测到室外平行流换热器表面温度TA每隔20秒且连续3次满足TA≥T1时，电磁阀关闭，辅助制热运行结束。重新进入制热运行子程序A，当TA每隔20秒且连续3次不能满足TA≥T1时，则返回到控制步骤5，并从步骤5开始执行新一轮判断。

其中：步骤1至步骤2是空调的正常制热运行。空调进入制热运行模式控制子程序A，直到压缩机运行满TM1分钟后，执行下一步。这步运行的目的是使空调器能稳定运行一段时间，使采样到的参数稳定。另外也避免空调在制热运行时的频繁进行除霜运行。在空调稳定运行TM1后，当TA每隔20秒且连续3次满足TA≤T1执行第3步。

步骤3至步骤4是判断空调系统是否满足辅助制热运行的条件。第3步判断平行流换热器表面温度TA是否是第一次满足条件。如果是第一次，则执行除霜运行。这样控制的目的是防止空调在上一次除霜运行未干净时空调系统因故而停机，室外平行流蒸发的表面霜层没有融化干净，空调就已经再次开机运行，而且空调在运行满TM1分钟后室外平行流换热器已结满霜。如果是第二次满足每隔20秒且连续3次满足TA≤T1，则执行第4步的控制。第4步的控制目的是判断空调系统能不能辅助制热运行。压缩机排气温度TB如果不能持续满足TB≥T2，就是表明空调辅助制热运行的效果很差或起不到作用，只能执行除霜运行。当然，这种情况可能性很低，只存在空调系统出现故障时或空调系统在超低温下制热时，才会出现。压缩机排气温度TB如果持续满足TB≥T2，表明空调可以执行辅助制热运行。

步骤5至步骤8是在开始辅助制热运行后，判断空调系统是否需要结束辅助制热运行。步骤5中实现辅助制热运行的控制操作是通过控制电磁阀来实现。步骤6是根据压缩机排气温度判断是否需要退出辅助制运行。压缩机辅助制热运行期间，压缩机的排气温度会不断降低，当压缩机排气温度太低时，辅助制热运行将起不到作用。这步控制是实时检测压缩机排温度是否在可以满足辅助制热运行。

步骤7是根据辅助制热运行时间判断是否需要退出辅助制运行。这步是控制辅助制热运行时间，如果空调系统辅助制热时间太长，到后期，制热效果会迅速下降，为了避免制热效果迅速下降，就必须要控制辅助制热运行的时间。

步骤8是根据室外机换热器表面温度判断是否需要退出辅助制运行。步骤8是在同时满足步骤3至步骤7时，才开始判断。

由于除霜运行控制的方法有很多，本专利控制方法中提到进入除霜运行，可以采用常规的、通用的除霜技术来实现，简单地讲，即是把制热运行换成制冷运行并根据一定条件再恢复制热运行。由于本专利中不涉及对这种通用技术的改进，故不详细介绍。