热泵空调用除霜装置及其控制方法与流程

本发明涉及热泵空调领域，具体而言，涉及一种热泵空调用除霜装置及其控制方法。

背景技术：

随着纯电动汽车的发展，目前热泵空调已逐渐开始应用到纯电动汽车上，但热泵空调在冬季制热运行时，外侧换热器采用常规微通道换热器会出现化霜速度慢，化霜效果差，化霜水难以排除现象。且化霜结束后切换为制热模式运行时，微通道换热器表面未排除的化霜水会被再次冷冻结冰，降低换热器换热性能，影响热泵空调正常制热运行。

如图1所示，现有技术方案有一种卡槽式微通道换热器，可以解决常规微通道换热器化霜水难以排除的问题。卡槽式微通道换热器1的翅片与常规微通道换热器的百叶窗翅片不同，翅片采用板状翅片，通过在板状翅片2上形成有多条细长的槽，将扁平管插入槽中进行配合安装。板状翅片迎风侧部分22会突出在扁管外面，热泵空调在冬季制热运行时外侧换热器作为蒸发器，由于其翅片表面温度很低，经过外侧换热器空气中的水分在流过翅片迎风侧部分时被冷却，水分在翅片迎风侧部分表面凝结成霜并附在上面。可以减轻外侧换热器扁管及下游翅片的结霜情况。当进入化霜时，翅片迎风侧上面的化霜水沿着翅片往下流走，不会集聚在扁管及翅片之间，提升化霜水排除性能。

但是该技术方案由于板状翅片迎风侧部分远离扁管，当热泵空调切换为化霜模式时，扁管内部中流动的高温冷媒的热量传导到翅片迎风侧部分的热量损失较大，导致化霜速度慢，化霜效果差，甚至会出现无法化霜的现象。另外热泵汽车空调在化霜时，车内侧无法实现同时制热，影响车内乘客舒适性。

技术实现要素：

本发明提供一种热泵空调用除霜装置及其控制方法，用以克服现有技术中板状翅片化霜速度慢，化霜效果差的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种空调用除霜装置，包括：驱动装置、除霜板装置和导轨支架装置，所述除霜板装置设置在所述导轨支架装置上并相对于换热器翅片的迎风侧部分的表面可上下移动；所述除霜板装置在所述驱动装置的驱动下对所述换热器翅片迎风侧部分表面的冰霜进行刮除。

进一步地，所述除霜板装置包括横杆和多个除霜板，所述多个除霜板按一定的间距并排设置在所述横杆上。

进一步地，所述除霜板与所述换热器翅片相对的两侧面分别与所述换热器翅片上的迎风侧部分表面平行，所述除霜板的除霜工作面均设置有位于中间的凹槽以及位于两侧的突出部，两侧所述突出部分别与两侧的所述换热器翅片迎风侧部分表面接触。

进一步地，所述凹槽的底部结构向换热器迎风侧的外侧斜向下倾斜，所述凹槽的底面为圆弧面。

进一步地，所述除霜板的内部安装有电加热装置。

进一步地，所述驱动装置包括相连接的电机和传动轴，所述传动轴的外表面设置有外螺纹结构，所述外螺纹与所述横杆上传动孔的内螺纹互相啮合匹配。

进一步地，所述导轨支架装置的数目为2个，分别固定设置在换热器的相对两侧；每个所述导轨支架装置上设置有沿所述除霜板装置的滑动方向延伸的长条型导轨槽，所述除霜板装置的横杆两端分别滑动设置在两侧的所述导轨槽中。

进一步地，还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器用于设置在所述换热器翅片上，用于检测所述换热器翅片的温度；所述第二温度传感器用于检测所述换热器外侧环境温度。

进一步地，所述换热器为卡槽式微通道换热器或管翅式换热器。

进一步地，所述换热管翅片上相邻两迎风侧部分的间距l1与所述除霜板装置上邻近两除霜板的宽度l2的差值在设定阈值范围内。

进一步地，所述阈值范围为0.2mm≤l1-l2≤2mm。

进一步地，所述空调为热泵汽车空调。

为达到上述目的，本发明还提供了一种上述的热泵空调用除霜装置的控制方法，包括以下步骤：

通过驱动装置驱动除霜板装置相对于换热器翅片的迎风侧部分的表面从默认位置上下移动；

利用所述除霜板装置的上下移动对所述换热器翅片迎风侧部分表面的冰霜进行刮除。

进一步地，所述除霜装置还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述换热器翅片上，用于检测所述换热器翅片的温度；所述第二温度传感器设置在所述换热器外侧适于检测环境温度的位置；所述控制方法还包括以下步骤：

当所述第二温度传感器检测到的温度t2与所述第一温度传感器检测到的温度t1的差值大于设定值时，启动所述驱动装置驱动所述除霜板装置进行除霜运行。

进一步地，当所述驱动装置驱动所述除霜板装置完成x个除霜循环时，检测温度t1，若温度t1＜t2-a，则所述驱动装置继续驱动所述除霜板装置运行，否则退出除霜运行，其中x为自然数。

综上，本发明的技术方案达到了以下有益效果：

1、通过驱动除霜装置对翅片进行机械除霜，热泵汽车空调无需切换进入除霜模式，除霜速度快，同时可以实现热泵汽车空调连续制热，不影响车内乘客舒适性。

2、除霜装置采用机械除霜，无需利用热泵汽车空调系统中流动高温冷媒的热量对换热器进行化霜，不会因外侧换热器表面的高速空气流动而使热泵空调系统热量大量散失，影响除霜效果，可以节省能源，提高除霜效率。

3、除霜装置与热泵汽车空调相互独立运行，可以根据控制随时进行除霜，不会因制热运行时间长而出现换热器表面结霜现象，导致制热性能下降，可以始终确保热泵汽车空调处于高效制热状态。

4、通过除霜装置的运行，可以对外侧换热器翅片表面杂物进行清理，也可以对板状翅片迎风侧部分起支撑和梳理左右，减少倒片现象，提高外侧换热器换热性能，可确保热泵空调的高效运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为卡槽式微通道换热器结构示意图；

图2为板状翅片迎风侧部分结霜示意图；

图3为本发明一个实施例的除霜装置结构示意图；

图4为本发明一个实施例的除霜板装置结构示意图；

图5a为本发明一个实施例的除霜板结构左视图；图5b为本发明一个实施例的除霜板结构前视图；

图6为本发明一个实施例的驱动装置结构示意图；

图7a为本发明一个实施例的导轨支架装置左视图；图7b为本发明一个实施例的导轨支架装置前视图；

图8a为本发明一个实施例的板状翅片迎风侧部分与除霜板装置装配俯视图；8b为本发明一个实施例的板状翅片迎风侧部分与除霜板装置装配前视图；

图9为第二实施例板状翅片迎风侧部分与除霜板装置装配示意图；

图10a为第三实施例除霜板结构左视图；图10b为第三实施例除霜板结构前视图；

图11为本发明第四实施例板状翅片迎风侧部分与除霜板装置装配示意图。

附图标记：

1、卡槽式微通道换热器；2、板状翅片；21、卡槽部分；22、迎风侧部分；3、微通道扁管；4、霜层；l1、相邻迎风侧部分22之间的间距；5、驱动装置；6、除霜板装置；7、导轨支架装置；8、除霜装置；61、横杆；62、除霜板；63、传动孔；l2、除霜板62的宽度；w2、横杆61的厚度；62a、突出部；62b、凹槽；51、电机；52、传动轴；71、导轨槽；w1、导轨槽71的宽度；9、电加热装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

热泵空调目前应用广泛，如居家室内，也已逐渐开始应用到纯电动汽车上，本发明的除霜装置可以应用于所有热泵空调的室外换热器除霜。下面，以电动汽车的应用为例进行除霜装置及其控制方法的详细介绍。

本发明一个实施例的热泵汽车空调用除霜装置，主要通过驱动装置驱动除霜板装置在卡槽式微通道换热器板状翅片的迎风侧之间的间隙位置上下方向移动，除霜板与卡槽式微通道换热器板状翅片的迎风侧部分的表面实现相对移动，对板状翅片的迎风侧部分表面的冰霜进行刮除，实现除霜效果。

如图1所示的卡槽式微通道换热器1包括有板状翅片2和微通道扁管3；板状翅片2上设置有卡槽部分21和迎风侧部分22。

板状翅片设置的卡槽部分21可以让微通道扁管3从侧面插入板状翅片2中，卡槽部分21和微通道扁管3之间紧密配合组装，并通过焊接互相固定，可以实现板状翅片2与微通道扁管3之间的良好导热。迎风侧部分22位于板状翅片2表面空气流动方向的最上游侧，当空气流经卡槽式微通道换热器1时，最先与板状翅片2上的迎风侧部分22接触并进行换热。

结合图2所示，当热泵汽车空调在冬天长期制热运行时，外侧卡槽式微通道换热器1作为蒸发器从外侧环境空气中进行蒸发吸热，其板状翅片2的表面温度很低，外侧环境空气在流经卡槽式微通道换热器1时，空气中的水分会最先被板状翅片2的迎风侧部分22冷却，水分在迎风侧部分22凝结成霜层4并附在其表面。相邻迎风侧部分22之间的间距为l1。

除霜装置8的装配结构示意图如图3所示，除霜装置8主要由驱动装置5，除霜板装置6和2个导轨支架装置7组成，除霜装置8装配完成后放置在卡槽式微通道换热器1的迎风侧。通过驱动装置5运行，可以带动除霜板装置6沿着导轨支架装置7上下移动，对卡槽式微通道换热器1表面的冰霜进行机械清除。

如图4所示，除霜板装置6由横杆61和多个除霜板62组成，多个除霜板62按一定的间距并排设置在横杆61上，除霜板62和横杆61之间的固定方式可以采用螺栓连接、铆接或者焊接等连接形式。横杆61沿卡槽式微通道换热器1宽度方向横向设置，在横杆61上还设置有传动孔63，传动孔63设置为内螺纹形式的通孔。

除霜板62的结构示意图如图5所示，除霜板62的上下端面均设置有中间的凹槽62b，两侧的突出部62a；除霜板62的左右两侧面分别与板状翅片2上的迎风侧部分22表面平行，除霜板62的厚度为l2。

如图6所示，驱动装置5主要由电机51和传动轴52组成，传动轴52的外表面设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构参数与横杆61上传动孔63的内螺纹结构参数可以互相啮合匹配，当传动轴52转动时可以带动横杆61在上下方向移动。电机51用于驱动传动轴52旋转，可以实现正反方向转动。驱动装置5可以与卡槽式微通道换热器1的底部或顶部一起固定。

如图7所示，导轨支架装置7上设置有沿上下方向的长条型导轨槽71，两个导轨支架装置7分别设置在卡槽式微通道换热器1的两侧并与其一起固定，当除霜板装置6在卡槽式微通道换热器1上安装完成后，横杆61的两端会分别伸入两侧导轨支架装置7的在导轨槽71中。导轨槽71的宽度w1比横杆61的厚度w2略大，以便横杆61端部可以在导轨槽71中可以上下顺畅的滑动。

如图8所示，为除霜板装置6和与板状翅片2上的迎风侧部分22的装配示意图，板状翅片2上的相邻迎风侧部分22的间距l1比除霜板装置6上除霜板62的宽度l2略大，确保除霜板62两侧面与板状翅片2上的相邻迎风侧部分22的间距均等，且要求0.2mm≤l1-l2≤2mm，可以保证除霜板装置6的除霜效果和运行顺畅。

除霜板62两侧设置的突出部62a，主要用于除霜板62与板状翅片2上的迎风侧部分22表面上的相对移动时，可以将迎风侧部分22表面上的霜层4刮除；中间设置的凹槽62b，主要用于储存被除霜板62从板状翅片2上的迎风侧部分22上刮下的冰霜，确保被刮下的冰霜不会进入除霜板62两侧面与相邻迎风侧部分22之间的空隙，避免影响除霜板62的移动。

除霜装置8的动作过程及工作原理如下：

驱动装置5上的电机51驱动传动轴52旋转，通过传动轴52的外螺纹与横杆61上传动孔63的内螺纹互相配合传动，当电机51按正反方向转动时，可以驱使横杆61沿着导轨支架装置7上的导轨槽71上下移动，横杆61带动除霜板62在板状翅片2的迎风侧部分22之间的空隙中上下移动。当板状翅片2的迎风侧部分22表面凝结有霜层4时，此时霜层4突出于迎风侧部分22的表面，会被在空隙中上下移动的除霜板62刮除，并掉落到凹槽62b或者直接从中迎风侧部分22的表面往下掉落，从而实现对板状翅片2的表面冰霜进行机械清除。

与前面技术方案相比，设置有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器设置在卡槽式微通道换热器1上，用于检测卡槽式微通道换热器1板状翅片2的温度t1，第二温度传感器则用于实时检测外侧环境温度t2。

增加如下对应的除霜模式的控制方法：

第一温度传感器检测到的板状翅片2的温度为t1，第二温度传感器检测到的实施环境温度为t2，当检测到板状翅片2的温度t1＜t2-a时，即判定卡槽式微通道换热器1板状翅片2表面已经开始结霜，此时启动除霜装置8开始进行除霜运行。当除霜装置8完成x个除霜循环时，检测温度t1，若温度t1＜t2-a，则除霜装置8继续运行，否则退出除霜运行。

其中a的取值范围为：2≤a≤5。一个除霜循环为：除霜板装置6由卡槽式微通道换热器1顶部由上之下运行至底部，再由底部返回至顶部；x的取值范围为：1≤x≤5。

除霜板装置6的默认初始位置位于卡槽式微通道换热器1顶部，启动后开始由上至下运行，在进行第1个除霜循环时，可以实现除霜板62从板状翅片2的迎风侧部分22表面清除下来的冰霜可以直接掉落到卡槽式微通道换热器1下部，不会集聚在除霜板62上，避免影响除霜装置8运行。

第一实施例：

与前面技术方案相比，在本实施例中，板状翅片2上的迎风侧部分22是平整的翅片结构，除霜板62也设置成与翅片结构形式相匹配的平整结构，除霜装置8上还设置有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器设置在卡槽式微通道换热器1上，用于检测卡槽式微通道换热器1板状翅片2的温度t1，第二温度传感器则用于实时检测外侧环境温度t2。

增加如下对应的除霜模式的控制方法：

第一温度传感器检测到的板状翅片2的温度为t1，第二温度传感器检测到的实施环境温度为t2，当第一温度传感器检测到板状翅片2的温度t1＜t2-a时，即判定卡槽式微通道换热器1板状翅片2表面已经开始结霜，此时启动除霜装置8开始进行除霜运行。当除霜装置8完成x个除霜循环时，检测温度t1，若温度t1＜t1＜t2-a，则除霜装置8继续运行，否则退出除霜运行。

其中a的取值范围为：2≤a≤5。一个除霜循环为：除霜板装置66由卡槽式微通道换热器1顶部由上之下运行至底部，再由低部返回至顶部；x的取值范围为：1≤x≤5。

除霜板装置6的默认初始位置位于卡槽式微通道换热器1顶部，启动后开始由上至下运行，在进行第1个除霜循环时，可以实现除霜板62从板状翅片2的迎风侧部分22表面清除下来的冰霜可以直接掉落到卡槽式微通道换热器1下部，不会集聚在除霜板62上，避免影响除霜装置8运行。

第二实施例：

如图9所示，该方案与最优实施方式区别在于，所述板状翅片2上的迎风侧部分22并不是平整的翅片结构，而是设置成向翅片侧面一侧突出的结构形式，除霜板62也设置成与翅片结构形式相匹配。

除霜板62和板状翅片2上的迎风侧部分22还可以设置成其它互相匹配的异形结构形式。

该方案可以提高板状翅片2上的迎风侧部分22的换热面积，提高换热器的性能；另外，板状翅片2上的迎风侧部分22设置成非平面结构形式，可以有效提高翅片的结构强度，减少翅片倒片现象。

第三实施例：

如图10所示，该方案与最优实施方式区别在于，所述除霜板62上下端面设置的凹槽62b底部结构设置成倾斜形式，同时底面设置成圆弧面。

除霜运行时，该方案可以将除霜板62中凹槽62b内储存的冰霜碎屑顺畅及时的排除，不会集聚在除霜板62上，确保除霜板装置6在板状翅片2之间可靠运行。

第四实施例：

如图11所示，该方案与最优实施方式区别在于，在除霜板62的内部安装有电加热装置9。电加热装置9的开停通过除霜装置8控制，当除霜装置8开始启动时，同步开启电加热装置9；当除霜装置8停止行时，关闭电加热装置9。

当外侧卡槽式微通道换热器1翅片表面的霜层4凝结的较厚的时候，该方案中的电加热装置9可以辅助电机51驱动的除霜板装置6进行除霜，对霜层4进行加热，让霜层4变软融化，可以减小电机51的驱动负荷，有效加快除霜速度，提高除霜效果。

第五实施例：

以上各实施例不限于使用在卡槽形式的微通道换热器上，也适用于常规的管翅式换热器。因为常规的管翅式换热器的翅片也会有一部分突出于管路位置，而翅片一般都是从翅片迎风侧开始结霜，并且霜层主要聚集在翅片迎风侧表面，所以只需及时对管翅式换热器突出于管路的一部分翅片进行机械除霜，可以实现相同的除霜效果。

综上所述，本发明的上述实施例实现了以下有益效果：

1、通过驱动除霜装置对翅片进行机械除霜，热泵汽车空调无需切换进入除霜模式，除霜速度快，同时可以实现热泵汽车空调连续制热，不影响车内乘客舒适性。

2、除霜装置采用机械除霜，无需利用热泵汽车空调系统中流动高温冷媒的热量对换热器进行化霜，不会因外侧换热器表面的高速空气流动而使热泵空调系统热量大量散失，影响除霜效果，可以节省能源，提高除霜效率。

3、除霜装置与热泵汽车空调相互独立运行，可以根据控制随时进行除霜，不会因制热运行时间长而出现换热器表面结霜现象，导致制热性能下降，可以始终确保热泵汽车空调处于高效制热状态。

4、通过除霜装置的运行，可以对外侧换热器翅片表面杂物进行清理，也可以对板状翅片迎风侧部分起支撑和梳理左右，减少倒片现象，提高外侧换热器换热性能，可确保热泵空调的高效运行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。