熱氣旁通化霜技術(shù)在空調(diào)機(jī)組上的應(yīng)用

汪俊勇

(珠海格力電器股份有限公司，珠海 519070)

背景

目前風(fēng)冷冷風(fēng)型空調(diào)器比較常用的化霜方式是通過四通換向閥動作換向，使空調(diào)器由制熱循環(huán)變?yōu)橹评溲h(huán)，冷媒在系統(tǒng)中逆向流動，壓縮機(jī)排出的高溫制冷劑進(jìn)入室外側(cè)冷凝器進(jìn)行化霜。在除霜循環(huán)的化霜過程中，內(nèi)風(fēng)機(jī)停止工作，內(nèi)機(jī)不僅不制熱，反而會吸收室內(nèi)側(cè)的熱量，導(dǎo)致室內(nèi)側(cè)溫度波動大。所以從舒適性角度講，這種逆向除霜方法亟待改進(jìn)。而熱氣旁通技術(shù)正好可以解決這種舒適性問題，但由于熱氣旁通技術(shù)是最近幾年興起的化霜技術(shù)，大部分空調(diào)生產(chǎn)廠家還停留在理論研究階段，還有很多技術(shù)難關(guān)無法攻克，導(dǎo)致無法實現(xiàn)產(chǎn)品化。

1 熱氣旁通化霜技術(shù)原理介紹

1-室內(nèi)風(fēng)機(jī) 2-室內(nèi)換熱器 3-主毛細(xì)管 4-液管閥門 5-輔助制熱毛細(xì)管 6-單向閥 7-室外風(fēng)機(jī) 8-室外換熱器 9-旁通閥 10-四通換向閥 11-壓縮機(jī) 12-輔助電加熱套管裝置 13-氣管閥門

熱氣旁通的化霜方法是不需改變空調(diào)機(jī)組的制熱循環(huán)，只需在空調(diào)外機(jī)系統(tǒng)中增加一個旁通閥，一端接到壓縮機(jī)排氣口，另一端接到冷凝器的出口處，見原理圖；當(dāng)需要進(jìn)入除霜時，外機(jī)控制器控制旁通閥打開，同時外風(fēng)機(jī)停，壓縮機(jī)排出的高溫氣態(tài)制冷劑因室內(nèi)機(jī)部分阻力較大，大部分冷媒直接經(jīng)過旁通閥流到冷凝器中進(jìn)行化霜，化霜結(jié)束后，直接關(guān)閉旁通閥并開啟外風(fēng)機(jī)。在熱氣旁通化霜技術(shù)中無需停壓縮機(jī)、也無需切換四通換向閥，對室內(nèi)側(cè)的環(huán)境溫度影響較小，舒適性大大提高。

2 熱氣旁通化霜技術(shù)在應(yīng)用上的難點

1)由于熱氣旁通除霜系統(tǒng)不可能從室內(nèi)取熱,除霜熱量相對較小，只能通過壓縮機(jī)的輸入功率，因此化霜時間相對較長，霜不容易化干凈。

2)由于壓縮機(jī)排出的氣態(tài)制冷劑直接旁通到室外側(cè)冷凝器化霜，如果霜層較厚的話，隨著化霜的進(jìn)行，排氣溫度和吸氣過熱度不斷降低，可能會出現(xiàn)壓縮機(jī)回液可能，直接威脅到壓縮機(jī)的可靠性壽命，霜層厚度越厚的化霜時間越久對壓縮機(jī)的可靠性影響就越大，因此，必須控制合理的化霜周期，或者額外通過其他加熱方式保證壓縮機(jī)不會回液，來解決這種技術(shù)瓶頸。

3 熱氣旁通化霜技術(shù)在空調(diào)產(chǎn)品上的應(yīng)用可行性分析

熱氣旁通化霜雖有諸多優(yōu)勢，但目前絕大多數(shù)空調(diào)廠家無法把熱氣旁通化霜技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品上，主要原因是暫沒有解決上述可靠性問題。本文將從兩個方面來分析熱氣旁通化霜技術(shù)在空調(diào)上應(yīng)用的可行性分析：

3.1 通過控制邏輯來控制霜層的厚度

通過調(diào)低進(jìn)入化霜條件的室外管中感溫包的溫度值和縮短化霜周期時間，使機(jī)組在結(jié)霜不太厚的情況下就進(jìn)入化霜，即有霜后馬上化霜，保證換熱器結(jié)霜不厚時就馬上進(jìn)入化霜的原則。缺點是化霜比較頻繁。例如原有普通空調(diào)產(chǎn)品在惡劣化霜工況下四通閥換向化霜周期約45分鐘，現(xiàn)在采用熱氣旁通化霜技術(shù)可能需要在30分鐘就要進(jìn)入化霜或者更短的時間進(jìn)入化霜，保證霜層不厚，否則時間過長，霜層太厚，熱氣旁通化霜很難化干凈。

按照上述思路，控制化霜厚度的方法主要是采用一個光電感應(yīng)裝置，把光電感應(yīng)頭安裝在換熱器一端，當(dāng)翅片上無霜時，光電感應(yīng)頭發(fā)出的光可以通過翅片，當(dāng)翅片結(jié)霜到一定厚度后，光電感應(yīng)器發(fā)出的光就無法穿透換熱器，表示滿足進(jìn)入化霜條件。當(dāng)然低成本的光電感應(yīng)器只能簡單的判別霜層厚度，有可能一些臟泥影響誤判斷。也可以用成本相對貴的圖像識別儀，可以直接識別換熱器是否有霜，有霜就進(jìn)入化霜，防止誤化霜。

3.2 通過在吸氣管上增加輔助加熱套管解決壓縮機(jī)回液

當(dāng)熱氣旁通化霜過程中，由于壓縮機(jī)排出的氣態(tài)制冷劑直接旁通到室外側(cè)冷凝器化霜，從冷凝器化霜后出來的制冷劑被冷卻成液態(tài)制冷劑，沒有經(jīng)過蒸發(fā)直接流向壓縮機(jī)，此時如果直接回到壓縮機(jī)的話，就會給壓縮機(jī)造成嚴(yán)重回液，甚至液壓縮，損壞壓縮機(jī)。為了解決此回液問題，在壓縮機(jī)的吸氣管上增加一個輔助電加熱套管裝置和一個氣液分離器，這樣液態(tài)冷媒在回到壓縮機(jī)前先經(jīng)過輔助電加熱套管加熱汽化，然后經(jīng)過氣液分離器把氣態(tài)制冷劑回到壓縮機(jī)。由于額外增加了輔助電加熱的功率，這樣也同時解決了無法從室內(nèi)側(cè)吸熱，除霜熱量不足，化霜速度慢的難題。

至于輔助電加熱功率的大小選型，則需要根據(jù)機(jī)組冷量來匹配設(shè)計，如果選型過大也會帶來負(fù)面作用，導(dǎo)致吸氣溫度過高，壓縮機(jī)的負(fù)載加大，因此有必要的話需要對壓縮機(jī)的吸氣溫度加以控制。

1-輔助電加熱引線 2-冷媒進(jìn)口 3-套管 4-電加熱棒 5-制冷劑 6-冷媒出口

4 試驗驗證

直接在一個普通3匹風(fēng)管機(jī)上進(jìn)行改裝，在排氣管和室外冷凝器出口之間增加一個旁通流路，采用二通電磁閥控制回路的通斷。由于光電感應(yīng)器或者圖像識別儀采購問題，沒有使用。本實驗直接在壓縮機(jī)吸氣管路上增加了一個2L的汽液分離器和

一個電輔加熱套管(功率100W，功率大小主要取決于電熱套管與冷媒之間的換熱效率)。控制化霜邏輯進(jìn)入條件和退出化霜條件仍然是通過管溫感溫包。

試驗現(xiàn)象如下：試驗在室內(nèi)側(cè)20℃/10℃；室外側(cè)0℃/0℃的惡劣化霜工況進(jìn)行，當(dāng)制熱壓縮機(jī)運行40分鐘后，化霜感溫包連續(xù)檢測到管溫低于化霜溫度持續(xù)3分鐘，進(jìn)入化霜，此時壓縮機(jī)和四通換向閥保持制熱狀態(tài)不變，只是內(nèi)外風(fēng)機(jī)停止運作，熱氣旁通回路的二通電磁閥打開進(jìn)行化霜。8分鐘后，管溫感溫包檢測管溫達(dá)到10℃，發(fā)出退出化霜指令，外風(fēng)機(jī)開啟，電加熱套管和熱氣旁通管路同時關(guān)閉，內(nèi)風(fēng)機(jī)開啟，化霜結(jié)束。在整個化霜過程中，化霜干凈，壓縮機(jī)沒有出現(xiàn)明顯回液，內(nèi)環(huán)境溫度相比傳統(tǒng)化霜時環(huán)境溫度波動明顯較小。

雖然沒有采用光電檢測或者圖像識別技術(shù)來試驗，但它只是判斷空調(diào)何時進(jìn)入化霜的條件，可以讓機(jī)組在結(jié)霜后快速進(jìn)入化霜，避免霜層很厚導(dǎo)致機(jī)組能力衰減很大，甚至系統(tǒng)回液的風(fēng)險，只是熱氣旁通技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化的一種手段。

5 結(jié)論

最終通過試驗說明了熱氣旁通化霜技術(shù)在空調(diào)產(chǎn)品上應(yīng)用的可行性，同時也體現(xiàn)出此種化霜技術(shù)與傳統(tǒng)的化霜技術(shù)相比減小了室內(nèi)環(huán)境溫度的波動，提高了用戶的舒適性。

[1] 石文星,李先庭,邵雙全.房間空調(diào)器熱氣旁通除霜法除霜分析及實驗研究[J].制冷學(xué)報,2000，(2):29-35

[2] 黃東,袁秀玲,張波,等.節(jié)流機(jī)構(gòu)對風(fēng)冷熱泵逆循環(huán)除霜性能的影響[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,36(5):697-700

[3] 黃虎等.風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組結(jié)霜工況下運行特性的實驗研究[J].流體機(jī)械，1998，(12)：43-47

[4] 羅鳴,謝軍龍,沈國民.風(fēng)冷熱泵中的熱泵除霜方法[J].制冷與空調(diào)，2003,(6):47-51