空調除霜技術綜述

馬雪純 李志強

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002）

空調除霜技術綜述

馬雪純 李志強

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450002）

冬季使用空調制熱蒸發器溫度過低導致結霜，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器霜層，同時為達到節能準確的特點通常結合不同的除霜控制方法。本文從專利角度出發，研究了空調除霜的發展路程、國內外發展動態以及行業的專利分布，為國內空調除霜技術的研究和專利布局提供一定的借鑒。

空調；除霜；專利技術

空調在運行暖房運行時，室外熱交換機的表面會結霜，這種霜顯著阻礙熱交換機的熱傳導性能。因此，空調在室外熱交換機結了一定程度的霜后，控制部執行運行除霜程序。

1 除霜分類

空調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，停止驅動室內風扇4和室外風扇9。室內熱交換器3中產生的制冷劑氣體通過四通閥10供給至壓縮機11。被壓縮機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被加熱并進行了除霜。室外熱交換器8中產生的制冷劑液體通過毛細管15減壓后供給至室內熱交換器3，并利用室內熱交換器3吸收室內空氣的熱量而汽化［1,2］。

圖1 四通閥換向除霜

1.2 熱氣旁通除霜

如圖2，當蒸發器9所帶的傳感器檢測到蒸發器結霜時，熱氣旁通電磁閥15通電打開，高溫高壓的制冷劑氣體，經熱氣旁通電磁閥15進入與之相連的氣液混合頭16，將熱氣和氣液兩相體混合，繼而進入蒸發器9內，利用釋放出的熱量將蒸發器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

熱泵式空氣調節裝置，包括：空氣調節主回路、除霜裝置，空氣調節主回路包括通過制冷管路順次連接的壓縮機(101)、四通換向閥(102)、室外側換熱器(103)、膨脹裝置(107)和室內側換熱器(110)，除霜裝置用于對室外側換熱器進行除霜操作；除霜裝置為串聯在空氣調節主回路上的冷媒加熱裝置(106)。

圖3 電加熱除霜

熱泵式空氣調節裝置，由于僅在空氣調節主回路中串聯冷媒加熱裝置即可以實現在制熱的同時對室外側換熱器進行除霜的功能，因而具有除霜裝置結構簡單、制造成本低的優點［4］。

2 空調除霜方法的專利統計與分析

2.1 檢索統計依據

檢索中用到的專利庫有CNABS,SIPOABS,DWPI，由于除霜的CPC分類號很準確，所以，檢索統計時主要采用空調除霜的CPC分類號F25B47/02，F25B47/022，F25B47/ 025，F25B2313/008和年份以及國家結合起來進行統計。

在檢索過程中，也采用IPC、CPC分類號和關鍵詞相結合的方式進行。旁通除霜主要分在F25B47/022，逆循環除霜主要分在F25B47/025，電加熱除霜主要分在F25B2313/008。本文涉及檢索的關鍵詞有空調、除霜、融霜、化霜、旁通、逆循環、加熱等，相應的英文檢索關鍵詞為air condition，defrost+，bypass，reverse，heater等。

在CNABS中檢索到中國專利申請文獻1843篇，在DWPI中檢索到專利文獻4441篇。

2.2 統計結果與分析

經統計，上述三種除霜方法的專利申請量在空調除霜領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量占據冰箱除霜方法申請量的68%左右。熱氣旁通循環因在整個除霜循環中避免了機組制冷循環與制熱循環的相互轉換，壓縮機的吸排氣溫度基本保持穩定，從而解決了四通閥換向反循環除霜存在的安全隱患，熱氣旁通循環方案簡單，除霜效率高。

圖5是空調除霜領域中各國家的申請量分布圖，可以看到日本的專利申請占了38%，是該領域申請量最多的國家，這與日本的空調產業起步較早離不開關系，空調除霜在日本發展也日臻成熟。

圖5 空調除霜專利申請量分布圖

3 空調除霜系統發展歷程

3.1 最早期的空調除霜領域專利由GEN ELECTRIC提出，采用逆循環法除霜，在制熱狀態下檢測到結霜，即采用四通閥換向，把結霜的蒸發器作為冷凝器，又高溫制冷劑融化雙層，代表專利為US2142687，申請日為19370520，公開日為19390110。直接采用四通閥換向除霜，不需要在系統中添加其他除霜裝置，方式簡單，但是對系統壓力影響較大，容易出現“貧制冷劑”現象。

3.2 中國的空調除霜專利申請，最早出現于1989年，與中國的專利制度起步較晚有關，是由上海船用柴油機研究所提出申請的專利，除霜方式簡單，采用最直接的電加熱法加熱室外機換熱器融解霜層。代表專利為CN2049745U，申請日：19890526，公開日：19891220。該系統直接采用電加熱裝置設置在室外機換熱器處，通過檢測室外換熱器的前后空氣壓差，當壓差達到一定值，電加熱器通電，對霜層進行加熱工作。能自動控制空調器的時間和溫度，結構簡單。

3.3 空調除霜領域專利熱氣旁通除霜由GEN 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，申請日為19590227，公開日為：19590721。熱氣旁通除霜作為最早的除霜方式，結構簡單，效率高，除霜時系統壓力穩定，供熱合除霜能同時運行，除霜損失少于四通閥換向除霜。

3.4 電加熱和熱氣旁通聯合除霜系統，出現于1972年，代表專利為US3777508,申請人為MATSUSHITA ELEC INDCO LTD，申請日：19721006，公開日：19731211。旁通一部分制冷劑并通過電加熱器加熱，送回冷凝器，提高制冷劑溫度，達到除霜效果，除霜效果好。

3.5 電加熱和逆循環聯合除霜，是由美國UT-BAT?TLEEL申請，代表專利US6467284，申請日20011017，公開日20021022。在壓縮機入口設置電加熱裝置，提高制冷劑的溫度，在制熱狀態下抑制霜層形成，室外溫度較低的情況下，開啟逆循環除霜，供熱量大，同時開啟加熱裝置，提高制冷劑入口溫度，防止“貧制冷劑”現象，采用兩種除霜方式結合，工作效果高。

從上述專利可以看出，除霜技術日益成熟，從開始的簡單除霜發展到考慮人體舒適性，再在舒適度的基礎上考慮縮短除霜時間，提高除霜效率，除霜系統日益完善。

4 常用除霜控制方法

目前的除霜技術不僅依靠裝置本身的結構完成除霜，更需要與控制方法相結合，達到最佳除霜狀態。

4.1 定時除霜法

代表專利為CN201440644U，設定一定時間自動進入除霜動作，在設定時間時往往考慮最惡劣的環境條件，在不同的環境條件下必然會產生能源浪費。

4.2 時間－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，由于在時間的基礎上考慮了溫度，比單純的時間法有進步，部分的考慮了空調器室外工作環境溫度，但仍不能正確反映結霜對空調性能的影響，會出現不必要的除霜運作，也會在需要除霜時而不發出除霜信號。

4.3 蒸發溫度與大氣溫度差除霜控制法

代表專利CN102449408A,在蒸發器表面結霜嚴重時，蒸發溫度與大氣溫度的差值會增加，根據這一變化來控制除霜反映了結霜對空調性能的影響，但僅根據一個量的變化進行判斷也會有誤動作產生。

4.4 冷凝溫度－時間除霜控制法

代表專利CN102138048A，在蒸發器表面結霜嚴重時，冷凝溫度會降低，根據冷凝溫度的變化和制熱運行的時間來控制除霜反映了結霜對空調器工作特性的影響，但僅根據一個量的變化進行判斷只是最簡單的一種情況，而實際使用過程中冷凝溫度的變化，不僅受到蒸發器結霜的影響，還受到室內，外環境溫度的影響。

不同的除霜系統中，一般采用不同的控制方法與除霜裝置結合，只要考慮了所有實際使用環境下，有可能對冷凝溫度產生影響的因素，使得冷凝溫度真正反映室外機的結霜情況條件下，以制熱運行時間進行修正，就能保證在適當的結霜情況下進入除霜。

5 結語

近年來的空調專利申請中，中國空調專利的申請量大幅提升，而空調除霜作為影響空調性能的重要方式，各個大公司都進行了投入研究，目前的空調除霜系統與除霜控制方法都在逐漸解決除霜時間過長，除霜動作頻繁以及影響舒適度的問題，如何在除霜狀態下保持制熱運行，且壓縮機能力不衰減都是各個公司不懈的追求。

空調除霜不僅要考慮室內外環境溫度，還要考慮同一溫度、不同濕度、同一溫度、不同濕度對機組結霜的影響也是除霜中要考慮的，對選擇除霜技術，機組采用不同的除霜系統、不同的除霜控制技術，以及產生的不同效果，以及不同節能效果之間的對比，都是本領域應該進一步深入的問題。

空調除霜仍有進步的空間，也是生產廠家提高產品競爭力、研發專利技術的努力方向。

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

［2］王新利.多聯機空調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，研究實習員，研究方向：暖通空調領域發明專利審查；李志強（1987-），男，研究實習員，研究方向：暖通空調領域發明專利審查（等同于第一作者）。