馬雪純 李志強(qiáng)

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002）

空調(diào)除霜技術(shù)綜述

馬雪純 李志強(qiáng)

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450002）

冬季使用空調(diào)制熱蒸發(fā)器溫度過(guò)低導(dǎo)致結(jié)霜，通常使用四通閥換向除霜、熱氣旁通除霜以及電加熱除霜的方式消除蒸發(fā)器霜層，同時(shí)為達(dá)到節(jié)能準(zhǔn)確的特點(diǎn)通常結(jié)合不同的除霜控制方法。本文從專利角度出發(fā)，研究了空調(diào)除霜的發(fā)展路程、國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)以及行業(yè)的專利分布，為國(guó)內(nèi)空調(diào)除霜技術(shù)的研究和專利布局提供一定的借鑒。

空調(diào)；除霜；專利技術(shù)

空調(diào)在運(yùn)行暖房運(yùn)行時(shí)，室外熱交換機(jī)的表面會(huì)結(jié)霜，這種霜顯著阻礙熱交換機(jī)的熱傳導(dǎo)性能。因此，空調(diào)在室外熱交換機(jī)結(jié)了一定程度的霜后，控制部執(zhí)行運(yùn)行除霜程序。

1 除霜分類

空調(diào)常用的除霜方式主要包括四通閥換向除霜，熱氣旁通除霜以及電加熱除霜。

1.1 四通閥換向除霜

如圖1，除霜時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)室內(nèi)風(fēng)扇4和室外風(fēng)扇9。室內(nèi)熱交換器3中產(chǎn)生的制冷劑氣體通過(guò)四通閥10供給至壓縮機(jī)11。被壓縮機(jī)11壓縮的溫暖的制冷劑氣體，將熱量傳遞給室外熱交換器8而液化。這樣，室外熱交換器8被加熱并進(jìn)行了除霜。室外熱交換器8中產(chǎn)生的制冷劑液體通過(guò)毛細(xì)管15減壓后供給至室內(nèi)熱交換器3，并利用室內(nèi)熱交換器3吸收室內(nèi)空氣的熱量而汽化［1,2］。

圖1 四通閥換向除霜

1.2 熱氣旁通除霜

如圖2，當(dāng)蒸發(fā)器9所帶的傳感器檢測(cè)到蒸發(fā)器結(jié)霜時(shí)，熱氣旁通電磁閥15通電打開，高溫高壓的制冷劑氣體，經(jīng)熱氣旁通電磁閥15進(jìn)入與之相連的氣液混合頭16，將熱氣和氣液兩相體混合，繼而進(jìn)入蒸發(fā)器9內(nèi)，利用釋放出的熱量將蒸發(fā)器9表面的霜層融化除掉［3］。

圖2 熱氣旁通除霜

1.3 電加熱除霜

熱泵式空氣調(diào)節(jié)裝置，包括：空氣調(diào)節(jié)主回路、除霜裝置，空氣調(diào)節(jié)主回路包括通過(guò)制冷管路順次連接的壓縮機(jī)(101)、四通換向閥(102)、室外側(cè)換熱器(103)、膨脹裝置(107)和室內(nèi)側(cè)換熱器(110)，除霜裝置用于對(duì)室外側(cè)換熱器進(jìn)行除霜操作；除霜裝置為串聯(lián)在空氣調(diào)節(jié)主回路上的冷媒加熱裝置(106)。

圖3 電加熱除霜

熱泵式空氣調(diào)節(jié)裝置，由于僅在空氣調(diào)節(jié)主回路中串聯(lián)冷媒加熱裝置即可以實(shí)現(xiàn)在制熱的同時(shí)對(duì)室外側(cè)換熱器進(jìn)行除霜的功能，因而具有除霜裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)［4］。

2 空調(diào)除霜方法的專利統(tǒng)計(jì)與分析

2.1 檢索統(tǒng)計(jì)依據(jù)

檢索中用到的專利庫(kù)有CNABS,SIPOABS,DWPI，由于除霜的CPC分類號(hào)很準(zhǔn)確，所以，檢索統(tǒng)計(jì)時(shí)主要采用空調(diào)除霜的CPC分類號(hào)F25B47/02，F(xiàn)25B47/022，F(xiàn)25B47/ 025，F(xiàn)25B2313/008和年份以及國(guó)家結(jié)合起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

在檢索過(guò)程中，也采用IPC、CPC分類號(hào)和關(guān)鍵詞相結(jié)合的方式進(jìn)行。旁通除霜主要分在F25B47/022，逆循環(huán)除霜主要分在F25B47/025，電加熱除霜主要分在F25B2313/008。本文涉及檢索的關(guān)鍵詞有空調(diào)、除霜、融霜、化霜、旁通、逆循環(huán)、加熱等，相應(yīng)的英文檢索關(guān)鍵詞為air condition，defrost+，bypass，reverse，heater等。

在CNABS中檢索到中國(guó)專利申請(qǐng)文獻(xiàn)1843篇，在DWPI中檢索到專利文獻(xiàn)4441篇。

2.2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果與分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，上述三種除霜方法的專利申請(qǐng)量在空調(diào)除霜領(lǐng)域中所占的比例如圖4所示，由圖4可以看出，熱氣旁通除霜的專利申請(qǐng)量占據(jù)冰箱除霜方法申請(qǐng)量的68%左右。熱氣旁通循環(huán)因在整個(gè)除霜循環(huán)中避免了機(jī)組制冷循環(huán)與制熱循環(huán)的相互轉(zhuǎn)換，壓縮機(jī)的吸排氣溫度基本保持穩(wěn)定，從而解決了四通閥換向反循環(huán)除霜存在的安全隱患，熱氣旁通循環(huán)方案簡(jiǎn)單，除霜效率高。

圖5是空調(diào)除霜領(lǐng)域中各國(guó)家的申請(qǐng)量分布圖，可以看到日本的專利申請(qǐng)占了38%，是該領(lǐng)域申請(qǐng)量最多的國(guó)家，這與日本的空調(diào)產(chǎn)業(yè)起步較早離不開關(guān)系，空調(diào)除霜在日本發(fā)展也日臻成熟。

圖5 空調(diào)除霜專利申請(qǐng)量分布圖

3 空調(diào)除霜系統(tǒng)發(fā)展歷程

3.1 最早期的空調(diào)除霜領(lǐng)域?qū)＠蒅EN ELECTRIC提出，采用逆循環(huán)法除霜，在制熱狀態(tài)下檢測(cè)到結(jié)霜，即采用四通閥換向，把結(jié)霜的蒸發(fā)器作為冷凝器，又高溫制冷劑融化雙層，代表專利為US2142687，申請(qǐng)日為19370520，公開日為19390110。直接采用四通閥換向除霜，不需要在系統(tǒng)中添加其他除霜裝置，方式簡(jiǎn)單，但是對(duì)系統(tǒng)壓力影響較大，容易出現(xiàn)“貧制冷劑”現(xiàn)象。

3.2 中國(guó)的空調(diào)除霜專利申請(qǐng)，最早出現(xiàn)于1989年，與中國(guó)的專利制度起步較晚有關(guān)，是由上海船用柴油機(jī)研究所提出申請(qǐng)的專利，除霜方式簡(jiǎn)單，采用最直接的電加熱法加熱室外機(jī)換熱器融解霜層。代表專利為CN2049745U，申請(qǐng)日：19890526，公開日：19891220。該系統(tǒng)直接采用電加熱裝置設(shè)置在室外機(jī)換熱器處，通過(guò)檢測(cè)室外換熱器的前后空氣壓差，當(dāng)壓差達(dá)到一定值，電加熱器通電，對(duì)霜層進(jìn)行加熱工作。能自動(dòng)控制空調(diào)器的時(shí)間和溫度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

3.3 空調(diào)除霜領(lǐng)域?qū)＠麩釟馀酝ǔ蒅EN ELEC?TRIC提出，方式是旁通一部分高溫制冷劑融化霜層，其代表性專利為US2895306，申請(qǐng)日為19590227，公開日為：19590721。熱氣旁通除霜作為最早的除霜方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，除霜時(shí)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，供熱合除霜能同時(shí)運(yùn)行，除霜損失少于四通閥換向除霜。

3.4 電加熱和熱氣旁通聯(lián)合除霜系統(tǒng)，出現(xiàn)于1972年，代表專利為US3777508,申請(qǐng)人為MATSUSHITA ELEC INDCO LTD，申請(qǐng)日：19721006，公開日：19731211。旁通一部分制冷劑并通過(guò)電加熱器加熱，送回冷凝器，提高制冷劑溫度，達(dá)到除霜效果，除霜效果好。

3.5 電加熱和逆循環(huán)聯(lián)合除霜，是由美國(guó)UT-BAT?TLEEL申請(qǐng)，代表專利US6467284，申請(qǐng)日20011017，公開日20021022。在壓縮機(jī)入口設(shè)置電加熱裝置，提高制冷劑的溫度，在制熱狀態(tài)下抑制霜層形成，室外溫度較低的情況下，開啟逆循環(huán)除霜，供熱量大，同時(shí)開啟加熱裝置，提高制冷劑入口溫度，防止“貧制冷劑”現(xiàn)象，采用兩種除霜方式結(jié)合，工作效果高。

從上述專利可以看出，除霜技術(shù)日益成熟，從開始的簡(jiǎn)單除霜發(fā)展到考慮人體舒適性，再在舒適度的基礎(chǔ)上考慮縮短除霜時(shí)間，提高除霜效率，除霜系統(tǒng)日益完善。

4 常用除霜控制方法

目前的除霜技術(shù)不僅依靠裝置本身的結(jié)構(gòu)完成除霜，更需要與控制方法相結(jié)合，達(dá)到最佳除霜狀態(tài)。

4.1 定時(shí)除霜法

代表專利為CN201440644U，設(shè)定一定時(shí)間自動(dòng)進(jìn)入除霜?jiǎng)幼?，在設(shè)定時(shí)間時(shí)往往考慮最惡劣的環(huán)境條件，在不同的環(huán)境條件下必然會(huì)產(chǎn)生能源浪費(fèi)。

4.2 時(shí)間－溫度控制法

該方法是目前普遍采用的一種控制方法，代表專利為CN8610773A，由于在時(shí)間的基礎(chǔ)上考慮了溫度，比單純的時(shí)間法有進(jìn)步，部分的考慮了空調(diào)器室外工作環(huán)境溫度，但仍不能正確反映結(jié)霜對(duì)空調(diào)性能的影響，會(huì)出現(xiàn)不必要的除霜運(yùn)作，也會(huì)在需要除霜時(shí)而不發(fā)出除霜信號(hào)。

4.3 蒸發(fā)溫度與大氣溫度差除霜控制法

代表專利CN102449408A,在蒸發(fā)器表面結(jié)霜嚴(yán)重時(shí)，蒸發(fā)溫度與大氣溫度的差值會(huì)增加，根據(jù)這一變化來(lái)控制除霜反映了結(jié)霜對(duì)空調(diào)性能的影響，但僅根據(jù)一個(gè)量的變化進(jìn)行判斷也會(huì)有誤動(dòng)作產(chǎn)生。

4.4 冷凝溫度－時(shí)間除霜控制法

代表專利CN102138048A，在蒸發(fā)器表面結(jié)霜嚴(yán)重時(shí)，冷凝溫度會(huì)降低，根據(jù)冷凝溫度的變化和制熱運(yùn)行的時(shí)間來(lái)控制除霜反映了結(jié)霜對(duì)空調(diào)器工作特性的影響，但僅根據(jù)一個(gè)量的變化進(jìn)行判斷只是最簡(jiǎn)單的一種情況，而實(shí)際使用過(guò)程中冷凝溫度的變化，不僅受到蒸發(fā)器結(jié)霜的影響，還受到室內(nèi)，外環(huán)境溫度的影響。

不同的除霜系統(tǒng)中，一般采用不同的控制方法與除霜裝置結(jié)合，只要考慮了所有實(shí)際使用環(huán)境下，有可能對(duì)冷凝溫度產(chǎn)生影響的因素，使得冷凝溫度真正反映室外機(jī)的結(jié)霜情況條件下，以制熱運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行修正，就能保證在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)霜情況下進(jìn)入除霜。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)的空調(diào)專利申請(qǐng)中，中國(guó)空調(diào)專利的申請(qǐng)量大幅提升，而空調(diào)除霜作為影響空調(diào)性能的重要方式，各個(gè)大公司都進(jìn)行了投入研究，目前的空調(diào)除霜系統(tǒng)與除霜控制方法都在逐漸解決除霜時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，除霜?jiǎng)幼黝l繁以及影響舒適度的問(wèn)題，如何在除霜狀態(tài)下保持制熱運(yùn)行，且壓縮機(jī)能力不衰減都是各個(gè)公司不懈的追求。

空調(diào)除霜不僅要考慮室內(nèi)外環(huán)境溫度，還要考慮同一溫度、不同濕度、同一溫度、不同濕度對(duì)機(jī)組結(jié)霜的影響也是除霜中要考慮的，對(duì)選擇除霜技術(shù)，機(jī)組采用不同的除霜系統(tǒng)、不同的除霜控制技術(shù)，以及產(chǎn)生的不同效果，以及不同節(jié)能效果之間的對(duì)比，都是本領(lǐng)域應(yīng)該進(jìn)一步深入的問(wèn)題。

空調(diào)除霜仍有進(jìn)步的空間，也是生產(chǎn)廠家提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、研發(fā)專利技術(shù)的努力方向。

［1］邱宏.空氣源熱泵空調(diào)的一種新型除霜控制模式［J］.流體機(jī)械，2009，37（9）：83-86.

［2］王新利.多聯(lián)機(jī)空調(diào)器智能除霜控制研究［J］.制冷，2014，33（2）:29-31.

［3］白韡.家用熱泵空調(diào)器除霜方式探討［J］.家電科技，2015（4）:84-87.

［4］許東晟.除霜和除霜控制研究［J］.流體機(jī)械，2014，34（1）:69-73.

Summary of Air Conditioning Defrost on Patented Technology

Ma Xuechun Li Zhiqiang
(Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office,SIPO,Zhengzhou Henan 450002)

In winter air conditioningheating,evaporator temperatureistoolowlead tofrost,usually usingthefour-way valvecommutation todefrost or heat bypasstodefrost or electric heatingtodefrost for eliminatetheevaporator'sfrost layer.thisstudy mainly researcheson thedevelopmentsof air conditioningdefrost technology,aswell asitspatent dis?tribution and novel revolution,fromtheperspectiveof patented technology,which may providesreferencefor research?esandinterestsonair conditioningdefrost technology.

air conditioning;defrost;patentedtechnology

TB657

A

1003-5168（2016）12-0033-03

2016-11-30

馬雪純（1985-），女，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：暖通空調(diào)領(lǐng)域發(fā)明專利審查；李志強(qiáng)（1987-），男，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：暖通空調(diào)領(lǐng)域發(fā)明專利審查（等同于第一作者）。