一种使用加热装置的空调器及其控制方法与流程

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种使用加热装置的空调器及其控制方法，极大地提高了热泵型空调器及压缩机的可靠性，尤其是使用r290制冷剂的空调器。

背景技术：

空调器在室外温度较低的冬季制热、除霜时，压缩机油池温度大幅度下降，油池中制冷剂溶解度大幅增大，使得润滑油粘度迅速下降，同时压缩机吸气出现带液，以上现象都会影响压缩机的正常工作。

空调器压缩机内的润滑油对系统的正常运行是极其重要的，压缩机润滑系统向压缩机各摩擦部供油，在压缩机中所起的左右主要有三个方面：减少摩擦，密封和带走摩擦产生的热量和磨屑。保证压缩机油池的粘度、温度处于正常水平对于空调循环非常重要，如果当压缩机温度过低大量润滑油进入系统后，可能在系统存留，产生局部的润滑油大量聚集堵塞管道，使得空调器无法正常运行。

逆循环除霜过程中室内外风机均处于关闭状态，空调器在室内侧几乎没有传热，用于除霜的能量来源于压缩机功耗与制热结束时系统储存的热量，由于除霜过程中节流阀开度较大、冷凝温度与蒸发温度均低于制热过程，除霜过程中，吸气长期保持在低温两相区，如果液体进入压缩机，可能造成压缩机出现液击而损毁。而压缩机温度持续的下降，导致压缩机油池温度相比于制热循环时更低，而除霜进行中，排气压力在不断升高，以上两点使得制冷剂在油池中的溶解度持续增大，大量制冷剂溶解进入油池中，对除霜的效率有较大影响，而油池粘度不断降低，如果除霜时间过长，粘度太低可能造成压缩机损坏。除霜结束再制热时，制冷剂大量以液态存在储液器、压缩机不参与系统循环，空调器制冷剂缺乏，润滑油所占比例增多，影响系统的正常运作。

同时当工况转换时，由于高背压压缩机排气压力下降，油池溶解度迅速下降，大量制冷剂从油池中闪发逸出，携带大量润滑油进入系统，对除霜进行、除霜结束后再制热空调器和内部的压缩机的安全运行不利。

对于r290热泵空调器系统来说，其密度小、绝热指数小、排气温度较低且充注量较少特点会造成压缩机内油池温度相对于氟利昂系统更低。低温制热时，r290空调器吸气温度、排气温度降低，油池温度相对正常工况更低，油池中会溶解更多制冷剂，造成油池粘度偏低。由于r290充注量有限，而且往往低于其最佳充注量，油池中溶解的制冷剂所占总充注量比例增多，使得系统中循环制冷剂更少，对于其制热能力、效率是不利的。

以使用nm100润滑油的r290空调在-7℃下的制热、除霜过程为例，制热、除霜中后期油池粘度处于较低值、油池中制冷剂溶解度很大，对制热、除霜有不利影响。在进入除霜时，溶解度大幅度下降，大量制冷剂闪发逸出，携带润滑油进入系统，对空调器除霜效率、安全运行造成影响；同时除霜后期大量制冷剂以液态形式存在储液器内，大大减小了系统制冷剂循环量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使用加热装置的空调器及其控制方法，通过输入附加的热量，解决空调器在较低吸、排气温度下，制热、除霜过程中出现的油池粘度低、油池溶解度过大、吸气带液、系统制冷剂循环减少、过多润滑油从压缩机进入系统造成系统故障一系列问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种使用加热装置的空调器，包括依次相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7、吸气插管8以及加热装置9，所述空调器在制热、除霜过程使用加热装置9，将热量传输到加热装置设置处；

当四通换向阀切换为制热模式时，压缩机1出口通过四通阀2的一条流路与室内换热器3入口相连，室内换热器3出口通过管路及节流装置4与室外换热器5入口相连，室外换热器5出口通过四通阀2的另外一条流路经过吸气管6与储液器7入口相连，储液器7出口通过吸气插管8与压缩机1入口相连，形成制热模式循环回路；制冷剂从压缩机1排气口流经四通阀2进入室内换热器3释放热量，经过节流阀4节流后在室外换热器5吸收热量，随后经四通阀2的另外一条流路进入吸气管6、储液器7、吸气插管8回到压缩机1；

当四通换向阀切换为除霜模式时，压缩机1出口通过四通阀2的一条流路与室外换热器5入口相连，室外换热器5出口通过管路及节流装置4与室内换热器3入口相连，室内换热器3出口通过四通阀2的另外一条流路经过吸气管6与储液器7入口相连，储液器7出口通过吸气插管8与压缩机1入口相连，形成除霜模式循环回路；制冷剂从压缩机1排气口流经四通阀2进入需要除霜的室外换热器5释放热量，经过节流阀4节流后在室内换热器3吸收热量，随后经四通阀2的另外一条流路进入吸气管6、储液器7、吸气插管8回到压缩机1；

所述加热装置9的设置位置包括设置在吸气插管8处、储液器7内、吸气管6处和压缩机1下部油池处；当打开加热装置9后，制冷剂在加热装置设置处被加热装置9输入、转移的额外热量加热，提高其局部温度，来保证油池粘度、压缩机进气口干度以及系统制冷剂循环量。

所述加热装置9为以外附包裹、内部安装、管路连接方式在安装在设置位置处的电热丝、蓄热装置或附加流道的导热装置。

所述空调器的制冷剂为低充注量可燃性的制冷剂r290。

所述使用加热装置的空调器的控制方法，空调器处于设定的制热或除霜模式，且加热装置设置处的制冷剂为两相状态，即出现大量液体制冷剂堆积，达到以上条件时，开启所述加热装置，将热量传输至加热装置设置处；空调器正常运行加热装置处于关闭状态；

具体的控制方法如下：

当所述加热装置9设置在吸气插管8处时：在室外环境温度为th,空调器处于制热模式，且已正常运行10至20分钟以上后，当吸气插管8处的温度t8下降至室外环境温度th以下时，此时吸气插管8内制冷剂已经进入两相状态，开启加热装置9，输入热量将吸气携带的液态制冷剂蒸发，提高吸气插管8处温度；当吸气插管8处的温度t8回升至室外环境温度th以上20℃时，关闭加热装置9；当空调器处于除霜模式，且吸气插管8处的温度t8下降到0℃以下时，开启加热装置9直至吸气插管8处的温度t8达到制热模式下的t8最高值或直至除霜模式结束；

当所述加热装置9设置在储液器7内时：在空调器处于制热模式，且已正常运行10至20分钟以上后，当储液器7的温度t7下降至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5-5℃以下时，此时储液器7内制冷剂已经进入两相状态，开启加热装置9，输入热量将储液器7内的液态制冷剂蒸发，并提高储液器温度；当储液器7的温度t7温度回升至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5以上时，关闭加热装置9；当空调器处于除霜模式，且储液器7的温度t7随运行时间增加而下降时，开启加热装置9直至储液器7的温度t7达到制热模式下的t7最高值或直至除霜模式结束；

当所述加热装置9设置在吸气管6处时：在空调器处于制热模式，且已正常运行10至20分钟以上后，当吸气管6的温度t6下降至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5-5℃以下时，此时吸气管6内制冷剂已经进入两相状态，开启加热装置9，输入热量将吸气管6内的液态制冷剂蒸发，并提高吸气管温度；当吸气管6的温度t6温度回升至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5以上时，关闭加热装置9；当空调器处于除霜模式，且吸气管6的温度t6随运行时间增加而下降时，开启加热装置9直至吸气管6的温度t6达到制热模式下的t6最高值或直至除霜模式结束；

当所述加热装置9设置在压缩机1下部油池处时：在空调器制热模式结束前5至10分钟打开加热装置9，将制热模式末期由于温度下降而溶解进入油池的制冷剂蒸发；当空调器处于除霜模式,当油池温度t1随运行时间增加而减小时，开启加热装置9直至油池温度t1达到制热模式下的t1最高值或直至除霜模式结束。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、采用如上所述的加热装置的空调器，和传统空调相比，在低温制热末期、除霜过程中能保证吸气管制冷剂为气态，防止压缩机出现带液压缩，造成压缩机损坏。

2、采用如上所述的加热装置的空调器，和传统空调相比，在低温制热末期、除霜过程中能提高油池温度，减小润滑油中溶解的制冷剂，防止工况变化时，大量制冷剂从油池闪发，携带润滑油进入系统影响系统正常工作。

3、采用如上所述的加热装置的空调器，和传统空调相比，在除霜过程中提高吸气管温度、减小储液器内制冷剂存液量，提高系统制冷剂循环量，防止润滑油过多在系统中积累。

附图说明

图1是本发明的加热装置安装在吸气插管处的空调示意图。

图2是本发明的加热装置安装在储液器内的空调示意图。

图3是本发明的加热装置安装在吸气管处的空调示意图。

图4是本发明的加热装置安装在压缩机下部油池处的空调示意图。

图5是加热装置安装在吸气管处的空调制冷剂状态图。

图6-1是安装在吸气管外部的电热丝加热装置的示意图。

图6-2是安装在吸气插管外部的电热丝加热装置的示意图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

实施方案1：

如图1所示，本实施例一种加热装置安装在吸气插管处的空调器，包括安装在吸气插管的加热装置9，依次相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7和吸气插管8。在室外环境温度为th,空调器处于制热模式，且已正常运行10至20分钟以上后，当吸气插管8处的温度t8下降至室外环境温度th以下时，此时吸气插管8内制冷剂已经进入两相状态，开启加热装置9，输入热量将吸气携带的液态制冷剂蒸发，提高吸气插管8处温度；当吸气插管8处的温度t8回升至室外环境温度th以上20℃时，关闭加热装置9。当空调器处于除霜模式，且吸气插管8处的温度t8下降到0℃以下时，开启加热装置9直至吸气插管8处的温度t8达到制热模式下的t8最高值或直至除霜模式结束。

实施方案2：

如图2所示，本实施例一种加热装置安装在储液器内的空调器，包括附加在的储液器7内的加热装置9，依次相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7和吸气插管8。在空调器处于制热模式，且已正常运行10至20分钟以上后，当储液器7的温度t7下降至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5-5℃以下时，此时储液器内7制冷剂已经进入两相状态，开启加热装置9，输入热量将储液器7内的液态制冷剂蒸发，并提高储液器温度；当储液器7的温度t7温度回升至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5以上时，关闭加热装置9。当空调器处于除霜模式，且储液器7的温度t7随运行时间增加而下降时，开启加热装置9直至储液器7的温度t7达到制热模式下的t7最高值或直至除霜模式结束。

实施方案3：

如图3所示，本实施例一种加热装置安装在吸气管处的空调器，包括附加的加热装置9，依次相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7和吸气插管8。在空调器处于制热模式，且已正常运行10至20分钟以上后，当吸气管6的温度t6下降至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5-5℃以下时，此时吸气管6内制冷剂已经进入两相状态，开启加热装置，输入热量将吸气管6内的液态制冷剂蒸发，并提高吸气管温度；当吸气管6的温度t6温度回升至节流装置4与室外换热器5之间的温度t5以上时，关闭加热装置9。当空调器处于除霜模式，且吸气管6的温度t6随运行时间增加而下降时，开启加热装置9直至吸气管6的温度t6达到制热模式下的t6最高值或直至除霜模式结束。

实施方案4：

如图4所示，本实施例一种加热装置安装在压缩机内下部油池处的空调器，包含附加在油池内加热装置9，依次相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7和吸气插管8。在空调器制热模式结束前5至10分钟打开加热装置9，将制热模式末期由于温度下降而溶解进入油池的制冷剂蒸发。当空调器处于除霜模式,当油池温度t1随运行时间增加而减小时，开启加热装置9直至油池温度t1达到制热模式下的t1最高值或直至除霜模式结束。

对加热装置设置不同位置来说：对油池加热，能够减少油池中溶解的制冷剂量，提高油池中润滑油粘度保证压缩机正常运行，使压缩机内驻留的制冷剂量进入系统，提高系统制冷剂循环量和效率，防止由于空调器管路中制冷剂过少、润滑油过多对空调器造成不利影响。

如图5所示，为空调制冷剂状态图所示，对吸气管加热，能将处于吸气管的状态a的两相制冷剂加热到状态b的高温过热气态，防止压缩机液压缩产生，保障压缩机正常运行，促进储液器内驻留的液体制冷剂气化进入系统，提高系统制冷剂循环量和效率，防止由于制冷剂过少、润滑油过多对空调器造成不利影响。还能间接加热油池，减少油池中溶解的制冷剂量，提高油池中润滑油粘度保证压缩机正常运行。

图6-1是一种安装在压缩机吸气管外的电热丝加热装置的示意图。图6-2是安装在压缩机吸气插管外部的电热丝加热装置的示意图。

过程中加热装置所需的功率wh可以根据正常制热运行功率wn以及低温制热、除霜运行功率wa估算获得:

wh＝k*(wn-wa)

加热装置所需的功率wh也可依给定时间t内，使得油池、储液器内制冷剂液体量m完全气化的热量m*hl所需要获得:

wh＝k*(m*hl)/t

制热模式下，开启加热装置对空调器制热的影响可以按如下方法评估：对于加热装置附加的功耗wh，除了平衡被加热部件由于加热温差而散发给环境的热量qb，其他大部分热量qa被加热的制冷剂带入进入换热器供给室内，附加热量的效率η可表示为：

η＝qa/wh

除了输入热量直接影响制热量，开启加热装置之后，储液器、吸气管处的液态制冷剂气化提高了系统制冷剂循环量，从而间接提高的制热量qc，受空调器使用的制冷剂种类及其最佳充注量影响，因此开启加热后附加的总制热量q可表示为：

q＝qa+qc。