空调器脉冲除霜功能分析

空调器脉冲除霜功能分析

陈超梁勇超袁文昭曾键凯邵禹琦

TCL空调（中山）有限公司家用研发中心   广东省中山市   528400

摘要  空调器采用脉冲除霜功能，出风温度和制热量控制在较小的范围内波动，通过测试，确定脉冲开度步数与持续时间，使除霜效果达到最佳，同时提高低温制热量和延缓结霜周期。从实际试验数据可知, 以P3挂为例，低温2/1工况，定格2超强挡，搭载脉冲除霜功能后，结霜周期由原48min延长至70min，提升45.8%，制热能力由原3756w提高至3947w，提升5.08%。

关键词  脉冲除霜  可靠性  低温制热

Analysis of Air Conditioner Pulse Defrosting Function

Chen Chao  Liang Yongchao  Yuan Wenzhao  Zeng Jiankiai  Shao Yuqi

（Tcl Air Conditioner（ZhongSham）Co.，Ltd.，528427）

ABSTRACT  Adopting pulse defrosting function, the outlet temperature and heating capacity are controlled to fluctuate within a small range. Through testing, the number of pulse opening steps and duration are determined to achieve the best defrosting effect, while increasing the low-temperature heating capacity and delaying the frosting cycle. From actual experimental data, it can be seen that taking P3 suspension as an example, under low temperature 2/1 working condition, with a fixed frame 2 ultra strong gear and equipped with pulse defrosting function, the frosting cycle is extended from 48 minutes to 70 minutes, an increase of 45.8%, and the heating capacity is increased from 3756w to 3947w, an increase of 5.08%.

KEY WORDS  Pulse defrosting reliability low-temperature heating

目前不停机除霜技术有热气旁通除霜、电辅热除霜、分段除霜、蓄热除霜等，解决了除霜过程中的停机问题，但存在室内温度波动大、可靠性差、增加额外成本等问题, 制约着其批量应用。

为进一步优化除霜技术，提高空调器低温制热能力，延长结霜周期降低逆向除霜频率，脉冲除霜功能利用室内换热器输出的液态制冷剂的余热,对室外换热器进行脉冲式除霜，但除霜过程存在内管温度降低，系统液态制冷剂增加，因此，需关注脉冲除霜过程中制热能力下降、压缩机液压缩、室内机液流声等问题。本文从脉冲除霜性能提升效果，系统可靠性、噪音异响等方面进一步验证分析。

1 原理说明

1.1系统原理

空调器制热启动运行，室内机内管温进入蓄热阶段，当满足内管温、室内机风挡、环温条件，电子膨胀阀执行脉冲除霜动作，开度放大至最大开度持续一段时间，利用室内侧液态制冷剂的余热，对外机进行短暂除霜，然后膨胀阀调节至原控制开度，之后每间隔一段时间进行脉冲除霜。脉冲除霜期间压缩机不停机，四通阀不换向，达到不停机化霜的效果，提高用户使用舒适性。

表1 脉冲除霜系统原理

2试验验证

2.1试验样机

表2系统配置

2.2 实验方案

测试样机分别用3.0*1.4*250、3.0*2.1*200、3.6*2.4*200毛细管，在保证室外换热器具有较好的除霜效果、室内机出风温度在较小的范围内波动以及整机可靠性，确定样机最佳毛细管规格以及脉冲除霜功能框架。

3实验验证

表3 脉冲除霜数据汇总

3.1 数据分析

原节流装置下，验证自由跑和搭载脉冲除霜运行情况。样机原节流装置2.2电子膨胀阀+毛细管3.0*1.4*250，间隔5min进行一次脉冲除霜，膨胀阀开度放大至最大开度持续120s，观察室外换热器，发现几乎无化霜效果，分析脉冲期间，1.4毛细管仍有较大节流效果，无法有效利用室内侧余热，未能达到化霜效果。

表4自由跑运行曲线

验证毛细管3.0*2.1*200、3.6*2.4*200脉冲除霜效果，随毛细管内径增大，脉冲期间节流效果越小，室内侧制冷剂经过节流装置时，温度损失越小，化霜效果越好，因此，初步选用毛细管3.6*2.4*200。

表5脉冲除霜运行曲线

3.2 小结

通过实验验证1.4、2.1、2.4毛细管规格脉冲除霜效果，1.4、2.1毛细管因脉冲期间仍有较大温度损失，除霜效果不明显，确认节流装置采用2.2电子膨胀阀+毛细管3.6*2.4*200，低温外环2℃/1℃，搭载脉冲除霜功能的空调样机，结霜周期由原48min延长至70min，提升45.8%，能力由原3756w提高至3947w，提升5.08%，出风温度波动2.8℃。

由于增大节流毛细管内径，脉冲期间，系统液态制冷剂增多，下一步验证该配置下，压缩机液压缩情况。

3.3脉冲除霜可靠性测试

验证低温2℃/1℃、低温静止工况下，观察储液罐上视液镜液位， 如表5所示，现象：内环20/15外环2/1，空调器满足脉冲进入条件，进入除霜时，上视液镜液位迅速升高，最高达到1/2处，在吸气口附近，存在液压缩风险，分析单排7冷凝器容积较小，液态制冷剂迅速进入储液罐，验证增加冷凝器配置后回液情况。

表6 脉冲除霜可靠性汇总

增加冷凝器配置后发现，相同风挡下，随外环降低，脉冲除霜期间储液罐冷态冷媒增多，最高液位在刻度-7mm处，相同外环下，随风挡降低，脉冲除霜期间储液罐冷态冷媒增多，最高液位在刻度-3mm处，与吸气孔刻度0mm处接近，有一定余量。

表7增大冷凝器配置后回油测试

脉冲过程中存在功率波动现象，进一步分析是否由压缩机压缩导致。分析：脉冲过程中，膨胀阀开度动作开大-减小，功率出现降低-升高-降低的现象，阶段1中，开度放大至480P持续10s，系统压差由2.19 Mpa降低至1.95 Mpa，功率迅速降低，之后阶段2，开度由480P降至135P/6s，功率升高，随后系统压力重新建立平衡，压差由1.86Mpa升至2.12Mpa，功率重新达到稳定状态，分析脉冲过程中，出现一次功率波动，由系统压力变化引起。

表8脉冲除霜运行曲线-功率波动

3.5小结

    通过测试发现，脉冲期间，系统液态制冷剂迅速增加，需观察压缩机是否有回液风险，通在外环-5℃，中高风挡，储液罐上视液镜最高液位达到-3mm处，与吸气孔刻度0mm处接近，有一定余量。

4功能优化

4.1 排气波动

如表9所示，电子膨胀阀执行脉冲除霜动作，排气波动16℃，需进一步优化，降低排气波动幅度，分析发现进入脉冲除霜时刻，电子膨胀阀迅速开至最大开度，系统压力降低，随后电子膨胀阀开度关小至原开度，但排气存在滞后性，监控排气最低达到66℃，与目标排气76℃差值较大，膨胀阀开度进一步关小，排气升高至82℃，加剧排气波动，需优化脉冲除霜膨胀阀执行动作，在关小开度，需维持原开度一段时间，降低实际排气与目标排气差值，避免膨胀阀开度迅速关小。

进入此功能压缩机连续运行一段时间，电子膨胀阀开度回调至原初始开度时，维持一段时间，降低压缩机排气波动幅度，之后按目标排气控制。

表9脉冲除霜运行曲线-排气波动

4.2 脉冲除霜误退出

电子膨胀阀开度迅速关小过程中，节流面积瞬间减小，导致制冷剂温度迅速降低，满足化霜退出条件，导致误退出脉冲除霜功能。另一方面，脉冲除霜过程中，电子膨胀阀开度放大动作，导致外管温度出现瞬时波动上升，此时满足常规化霜进入条件，导致进入常规化霜模式。因此，在脉冲除霜过程中，应取消外管判断，当满足运行一段时间后，再判断是否进入换向除霜功能。

表10脉冲除霜运行曲线-误退出

5总结

为提高空调器低温制热能力，在保证舒适性前提下延长结霜周期，在空调器制热运行初期，利用室内换热器输出的液态制冷剂的余热，通过间歇性开大电子膨胀阀开度，减弱节流效果，对室外换热器进行脉冲式除霜，在P3挂机上通过性能、可靠性、噪音实验验证，结论如下：

1）采用2.2电子膨胀阀+毛细管3.6*2.4*200，空调上搭载该功能，对比原状态，结霜周期提升45.8%，能力提升5.08%，出风温度波动2.8℃，性能提升效果明显；

2）脉冲期间，系统液态制冷剂迅速增加，P3挂机在外环-5℃，中高风挡，储液罐上视液镜最高液位达到-3mm处，与吸气孔刻度0mm处接近，有一定余量；

参 考 文 献

[1] 杨世铭  《传热学》（第二版） 高等教育出版社 1987.

[2] 张祉祜 《制冷设备与原理》 西安交通大学出版社 1987