CN1073760A - 逆变器式空调机的除霜控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及逆变器式空调机，特别涉及逆变器式 空调机的除霜控制方法，按照这种方法，根据室外管 道温度变化能可变地控制压缩机和加热器，由于缩短 了除掉室外热交换器上结霜的除霜时间，可以把一定 空间的采暖效率经常保持在一定水平以上。本发明 的逆变器式空调机除霜控制方法，由控制装置根据室 外管道温度判断最佳除霜时间，在判断出的除霜时间 内把室外热交换器上的结霜完全除尽，从而缩短了除 霜时间。

Description

本发明涉及逆变器式空调机，特别涉及逆变器式空调机的除霜控制方法，这种方法，由于随着室外管道温度变化能可变地控制压缩机和加热器，缩短了除掉室外热交换器上结霜的除霜时间，可以把一定空间的采暖效率经常保持在一定水平以上。

通常，致冷采暖两用的逆变器式空调机（如：***热泵型逆变器式空调机）在用来采暖时，四通阀使致冷剂按照压缩机→蓄热器→室内热交换器→膨胀装置→室外热交换器→四通阀→压缩机的顺序进行循环。而在致冷时，四通阀控制致冷剂按照压缩机→四通阀→室外热交换器→膨胀装置→室内热交换器→蓄热器→压缩机的顺序进行循环。

图1表示具有上述致冷采暖循环的逆变器式空调机中的压缩机驱动电路。即，为把商用交流电压1输入到压缩机4的驱动电路时，整流器2把商用交流电压1变成直流电压。为了用逆变器3再次驱动压缩机3动作，就要再把上述变换后的直流电压逆变换成交流电压来驱动压缩机4。

控制装置5控制晶体管基极的驱动器6，以便控制上述逆变器3的动作，从而使逆变器3的输出频率可以变化。这时，控制装置5根据室外温度传感器7和室外管道温度传感器8感知的室外管道温度来控制晶体管基极驱动器6，使压缩机4的运转频率上升和下降，从而控制采暖或致冷运转。

这里，未加说明的标号a是加热器控制单元，它卷绕在室内热交换器和蓄热器的室外管道上，用来控制把热能降在致冷剂上的加热器的发热量。

可是，在规定时间进行采暖运转时，排风扇向外排放的冷气使室外的热交换器上结霜，为了除掉这些霜，必须进行除霜运转。总之，如图2所示，进行一定时间t₁的采暖运转，一定时间t₂的除霜运转之后，再进行一定时间t₁的采暖运行。

如上所述，采暖运转时，为了除掉室外热交换器上的结霜，采暖时随时进行除霜运行。这里，只要控制器通阀使致冷剂循环和致冷循环一起动作，就可以进行除霜运转。

可是，原来的除霜运转不考虑室外温度和室外管道的温度，仅仅在规定期间按照固定的控制模式进行，问题是在规定时间内，即使超过了实际除霜的时间，室外管道温度上升时间（除霜时间）也不能缩短。也就是说，如图2所示，把除霜运转起始时间的室外管道温度提高到规定的温度（如12℃）要花费长时间t₂，另外，即使到了规定时间除霜运转结束后，还没有把结霜除尽，因为室外热交换器上仍然有结霜，致使热交换效率下降，采暖效率必然降低，从而导致耗电增加，甚至于，不仅会发生室外热交换器冻结现象，而且也不可能创造舒适的环境。

因此，为解决上述的种种问题，提出了本发明的逆变器型空调机除霜控制方法，本发明的目的是提供一种逆变器式空调机，它的控制装置根据室外管道温度判断的最佳除霜时间，在判断的最佳除霜时间内把室外热交换器上的结霜完全除掉，从而缩短了除霜时间。

为了实现上述目的，在除室外热交换器结霜而进行除霜运转（致冷运转）的逆变器式空调机中，按照本发明的除霜控制方法的特征是：第一步是判断由室外管道温度传感器感知的室外管道温度，当满足进行除霜运转的条件时，控制四通阀，以便改变致冷剂的流向，进行除霜运转;第二步是判断现在的除霜状态，以便在规定的时间内进行除霜，然后判断压缩机的运转频率的加热器的相位角是否可以变化;第三步是根据第二步的判断结果，控制压缩机的运转频率和加热器的相位角，进行除霜运转。

图1是普通的逆变器式空调机的压缩机驱动电路。

图2是已有的逆变器式空调机的动作状态图。

图3A是本发明的逆变器式空调机的除霜控制方法流程图。

图3B是图3A上除霜控制程序的详细流程图。

图3C是图3A中压缩机运转频率程序的流程图。

图4A是本发明的室外管道温度的变化率流程图。

图4B是表示室外管道温度变化率和加热器相位角关系的特性图。

图4C是表示室外管道温度变化率的压缩机运转频率关系的特性图。

按照本发明的逆变器式空调机的除霜控制方法是为了在采暖运转之后在规定的时间期间内除掉室外热交换器上所结有霜的控制方法，图3A表示进行这种方法的流程图。

参照图3A，按照本发明的逆变器式空调机一旦启动，先在S1步把控制装置5恢复初始状态。在S2步，将由室外管道温度传感器8感测并输入到控制装置5的感测温度用装设在控制装置5内的模/数变换器转换成数字数据，判断当时的室外管道温度T是多少度。然后在S3步，由S2步判断的室外管道温度T达到进行除霜的条件时，控制器通阀使致冷剂按照压缩机→四通阀→室外热交换器→膨胀装置→室内热交换器→蓄热器→压缩机的顺序进行循环。于是，逆变器式空调机形成制冷循环，进行S40步的除霜控制程序，除掉室外热交换器上的结霜。

如图3B所示，在S41判断是否处于除霜过程中，如果正在除霜，进到S42步，判断除霜运转是否复原。即，判断室外管道温度传感器感测的室外管道温度T是否达到了规定温度（例如12℃）以上。如果S42步判断的结果是室外管道温度T没有达到规定的温度以上，即除霜运转不复原的情况下，进到S43步，计算初始温度变化率Y1。

此时，温度变化率Y成了决定除霜运转时所需要的压缩机运转频率和加热器相位角的基准值，这个变化率由下式求出

Y= (△T)/(△t) = (T₁-T_O)/(t₁-t_O) ［℃/min］……式（1）

就是说，如图4A所示，为了把室外管道温度T从除霜运转开始时间t₀的室外管道温度T₀达到把结霜除尽的解除除霜时间t₁时的温度T₁，就必须保持由（1）式求出的温度变化率Y。

因此，控制装置5可以知道室外管道温度传感器8感知的输入温度T的变化率是多么大时能在规定的时间（△t＝t₁-t₀）内使温度达到能把室外热交换器上的结霜完全除尽的温度T₁。这就是说，控制器5如保持从（1）式求出的温度变化率Y进行除霜运转不能在规定的时间（△t＝t₁-t₀）内达到把霜除尽的温度T₁。

所以，假定由室外管道温度传感器8感测并在除霜运转开始时间t₀输入到控制器5的室外管道温度T₀是-12℃，除霜运解除时间室外管道温度T₁是12℃。可以由（1）式决定初始温度变化率Y₁。

Y1= (△T)/(△t) = - (T₁-T_O)/(△t) = (12℃-(-12℃))/(△t) = (24℃)/(△t)

如果取上述除霜运转时间（△t＝t₁-t₀）为3分钟的话，温度变化率Y₁则为：

Y1 24/3 ＝8[℃/min]

这就是说每分钟把室外管道温度T提高8℃，经过3分钟就能把结霜除尽。

用这种方法，如果规定除霜运转时间为4分钟的话，温度变化率就成了6℃/分，如每分钟把室外管道的温度提高6℃，则4分钟不能把霜除尽。

按照上述的方法，只要求出初始的温度变化率Y₁，控制装置5就控制压缩机的运转频率和加热器的相位角，而室外管道温度变化率γ就成为最初求出的温度变化率Y₁。即：加热器的相位按照与（1）式示出的温度变化率Y成正比地控制，而压缩机4的运转频率按照与（1）式示出的温度变化率成反比地控制。

下面参照图4B，加热器的相位角与温度变化率Y成反比。

图4C上，压缩机的运转频率与温度变化率Y成正比。

所以，如图4B，4C所示，若按照加热器相位角X0和压缩机运转频Xf驱动空调运行，那么室外管道温度变化率Y就保持为初始计算出来的温度变化Y₁。

如上所述，控制装置5在S43步计算出初始温度变化率Y₁之后，就进行S44步，在S44步计算现时温度变化率Yx。

这时，除霜动作之后，根据室外管道温度传感器8感测并输入到控制器5的室外管道温度，由（1）式计算上述的现时温度变化率Yx，这里，规定的时间△t可以任意设定。

在S44步计算现时的温度变化率Yx时，控制装置5在S45步和S46步把在S44步计算出的现时温度变化率Yx的大小与上述在S43步计算出的温度变化Y₁进行比较。比较的结果说明，如果初始温度变化率Y₁和现时温度变化率Yx相同，按照现时的加热器相位角和压缩机的相位频率运转，在设定的时间期限内就能达到所规定的室外管道温度。

这样，控制装置5在S47步把加热器相位角和压缩机的相应频率都保持在初始设定的状态，来控制空调机。但是，上述S45步和S466步比较的结果意味着若是现时的温度变化率Yx比初始的温度变化率Y₁，按照这时的加热器相位角和压缩机相位频率进行运转，在设定的时间期限内就不能达到规定的室外管道。即室外管道温度提高中的幅度小，若仅仅按照基本的加热器相位角和压缩机的运转频率Xf运行，就不能在设定的时间期限内达到规定的室外管道温度。

所以，在S48步就要增大温度变化率Y。

在S40步使温度变化率增大，在图4B上，加热器的相位角减小（发热量增加），在图4C上，压缩机的运转频率提高（室内致凝率增大，除霜效率提高）。

如图4B、4C所示，这就是说，以减小的加热器相位角和提高的压缩机运转频率驱动加热器和压缩机时，按照增大的温度变化率Y来提高室外管道温度，从而在设定的时间期限内达到规定的温度。另外，在S45步和S46步中的比较结果说明，若现时温度变化率Yx大于初始温度变化率Y₁，按照这时的加热器相位角和压缩机的相位频率运转，在设定的时间期限之前就能达到规定的室外管道温度。

也就是说，由于使室外管道温度上升幅度大，按照基本的加热器相位角和压缩运转频率Xf运转，在设定的时间期限之前就能达到规定的室外管道温度。所以，在S49步就要减小温度变化率Y。

如图4B所示，减小上述温度变化率，就使加热器相位角增大（发热量减小），如图4C所示，而使压缩机的运转频率下降（室内致冷效率下降，除霜效率下降）。

如图4B和4C所示，这就意味着，若根据增大的相位角和减小的运转频率来驱动加热器和压缩机，则室外管道温度按照减小的温度变化率Y上升，从而能在设定的时间期限达到规定的温度。

一方面，在判断除霜运转是否复原的S42步，若判断为除霜复原（结束），在S39步就进行解除除霜运转动作（控制四通阀，改变循环致冷剂的流动，再次进行采暖运行）。

如上所述进行除霜控制程序（S40步）之后，控制装置5在S50步运行压缩机频率确定程序。

图3C是更详细地表示上述步骤S50的压缩机频率确定的流程图，参照图3C，在S51步，判断压缩机运转频率是否变化。即为了改变室外管道温度变化率Y，由进行S40步的除霜控制的结果来判断是否出现了必须使压缩机运转频率变化的情况。

在S51步的判断结果，若是必须改变压缩机运转频率，那么控制装置5进行S52步。在S52步输出控制信号到晶体管基极驱动器6。按照新设定的运转频率使压缩机的动作。晶体管基极驱动器6用上述控制信号控制逆变器3，由变化了的脉冲调幅信号（PWM信号）驱动压缩机。

这样，改变了压缩机的运转频率。在所希望的时间内，可以由致冷运转（除霜运转）除去结在室外热交换器上的霜。然后，在S53步和S54步，压缩机运转中所用的现时的运转频率与遵照除霜条件的标定频率相比较，它们是否一致，比较结果用现时频率驱动压缩机，如果现时频率比标定频率低，在S55步提高现时频率使之达到标定频率，来驱动压缩机。另外，如果现时频率高于标的频率，在S56步把现时频率降低，使之与标定频率一致，然后驱动压缩机。

于是，由于调整循环的致冷剂量，使温度达到规定的室外管道的温度，所以清除室外管道结霜的除霜时间为最佳值。如上所述，改变压缩机运转频率时，变化的压缩机运转频率一面使除霜条件得到满足，同时使除霜时间缩短。如上所述，在S50步压缩机运转频率确定程序进行完之后，控制装置5进行S6步。在上述的S56步，在保持室内热气效率状态下确定向外排气的室外排风扇的转速。

然后，在S7步，如图3B所示，按照由除霜控制程序调整的相位角来控制加热器、调整发热量，满足最大限度的除霜条件和同时，进行除霜运转。

按照本发明的方法，根据室外管道温度变化率弹性地控制除霜时间，不仅节省了除霜时间，而且提高了采暖效率，还能大大地节省电耗。

另外，本发明明确地指出，可以实施本发明的种种变形的方案，但都未脱离本发明的范围。

虽然上面仅描述了逆变器式空调机，然而既使对于不需除霜运作的采暖设备也适用本发明的方法，能取得同样的效果。

Claims (5)

1、逆变器式空调机的除霜控制方法，其特征在于：

第一步是在为除掉室外热交换器上结霜而进行除霜运转(致冷运转)的逆变器式空调机中，判断室外管道温度传感器感测的室外管道温度并满足进行除霜运转条件时，控制器通阀使致冷剂流动方向变化进行除霜运；

第二步判断现时的除霜状态以便在设定的时间内进行除霜，然后判断压缩机的运转频率和加热器的相位角是否可变化；

第三步是根据前述第二步的判断，控制压缩机的运转频率以及加热器的相位角，进行除霜运转。

2、根据权利要求1所述的逆变器式空调机的除霜控制方法，其特征在于：

前述的第二步包括感测室外管道温度变化率并判断在规定时间内除霜是否结束的除霜条件判断步骤;和依据前述除霜条件判断步骤的判断结果决定除霜条件的除霜条件决定步骤。

3、根据权利要求2所述的逆变器式空调机的除霜控制方法，其特征在于：

除霜条件判断步骤是比较在除霜运转初始阶段计算的室外管道温度变化率和以后周期性地计算的室外管道温度变化率，再进行判断的步骤

4、根据权利要求3所述的逆变器式空调机的除霜控制方法，其特征在于：

室外管道温度变化率Y由下式（10）计算：

Y= (△T)/(△t) = (T₁-T_O)/(t₁-t_O) ［℃/min］……式（1）

（式中：Δt是除霜运转时间、△T是现时室外管道温度To和除霜运转结束时的室外管道温度T₁的差）。

5、根据权利要求2所述的逆变器式空调机的除霜控制方法，其特征在于：

除霜动作控制步骤是依据初始的室外管道温度变化率和以后的除霜动作阶段的室外管道温度变化率的比较结果，决定加热器相位角和压缩机的运转频率。

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