空调除霜技术综述

马雪纯 李志强

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450002）

空调除霜技术综述

马雪纯 李志强

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450002）

冬季使用空调制热蒸发器温度过低导致结霜，通常使用四通阀换向除霜、热气旁通除霜以及电加热除霜的方式消除蒸发器霜层，同时为达到节能准确的特点通常结合不同的除霜控制方法。本文从专利角度出发，研究了空调除霜的发展路程、国内外发展动态以及行业的专利分布，为国内空调除霜技术的研究和专利布局提供一定的借鉴。

空调；除霜；专利技术

空调在运行暖房运行时，室外热交换机的表面会结霜，这种霜显著阻碍热交换机的热传导性能。因此，空调在室外热交换机结了一定程度的霜后，控制部执行运行除霜程序。

1 除霜分类

空调常用的除霜方式主要包括四通阀换向除霜，热气旁通除霜以及电加热除霜。

1.1 四通阀换向除霜

如图1，除霜时，停止驱动室内风扇4和室外风扇9。室内热交换器3中产生的制冷剂气体通过四通阀10供给至压缩机11。被压缩机11压缩的温暖的制冷剂气体，将热量传递给室外热交换器8而液化。这样，室外热交换器8被加热并进行了除霜。室外热交换器8中产生的制冷剂液体通过毛细管15减压后供给至室内热交换器3，并利用室内热交换器3吸收室内空气的热量而汽化［1,2］。

图1 四通阀换向除霜

1.2 热气旁通除霜

如图2，当蒸发器9所带的传感器检测到蒸发器结霜时，热气旁通电磁阀15通电打开，高温高压的制冷剂气体，经热气旁通电磁阀15进入与之相连的气液混合头16，将热气和气液两相体混合，继而进入蒸发器9内，利用释放出的热量将蒸发器9表面的霜层融化除掉［3］。

图2 热气旁通除霜

1.3 电加热除霜

热泵式空气调节装置，包括：空气调节主回路、除霜装置，空气调节主回路包括通过制冷管路顺次连接的压缩机(101)、四通换向阀(102)、室外侧换热器(103)、膨胀装置(107)和室内侧换热器(110)，除霜装置用于对室外侧换热器进行除霜操作；除霜装置为串联在空气调节主回路上的冷媒加热装置(106)。

图3 电加热除霜

热泵式空气调节装置，由于仅在空气调节主回路中串联冷媒加热装置即可以实现在制热的同时对室外侧换热器进行除霜的功能，因而具有除霜装置结构简单、制造成本低的优点［4］。

2 空调除霜方法的专利统计与分析

2.1 检索统计依据

检索中用到的专利库有CNABS,SIPOABS,DWPI，由于除霜的CPC分类号很准确，所以，检索统计时主要采用空调除霜的CPC分类号F25B47/02，F25B47/022，F25B47/ 025，F25B2313/008和年份以及国家结合起来进行统计。

在检索过程中，也采用IPC、CPC分类号和关键词相结合的方式进行。旁通除霜主要分在F25B47/022，逆循环除霜主要分在F25B47/025，电加热除霜主要分在F25B2313/008。本文涉及检索的关键词有空调、除霜、融霜、化霜、旁通、逆循环、加热等，相应的英文检索关键词为air condition，defrost+，bypass，reverse，heater等。

在CNABS中检索到中国专利申请文献1843篇，在DWPI中检索到专利文献4441篇。

2.2 统计结果与分析

经统计，上述三种除霜方法的专利申请量在空调除霜领域中所占的比例如图4所示，由图4可以看出，热气旁通除霜的专利申请量占据冰箱除霜方法申请量的68%左右。热气旁通循环因在整个除霜循环中避免了机组制冷循环与制热循环的相互转换，压缩机的吸排气温度基本保持稳定，从而解决了四通阀换向反循环除霜存在的安全隐患，热气旁通循环方案简单，除霜效率高。

图5是空调除霜领域中各国家的申请量分布图，可以看到日本的专利申请占了38%，是该领域申请量最多的国家，这与日本的空调产业起步较早离不开关系，空调除霜在日本发展也日臻成熟。

图5 空调除霜专利申请量分布图

3 空调除霜系统发展历程

3.1 最早期的空调除霜领域专利由GEN ELECTRIC提出，采用逆循环法除霜，在制热状态下检测到结霜，即采用四通阀换向，把结霜的蒸发器作为冷凝器，又高温制冷剂融化双层，代表专利为US2142687，申请日为19370520，公开日为19390110。直接采用四通阀换向除霜，不需要在系统中添加其他除霜装置，方式简单，但是对系统压力影响较大，容易出现“贫制冷剂”现象。

3.2 中国的空调除霜专利申请，最早出现于1989年，与中国的专利制度起步较晚有关，是由上海船用柴油机研究所提出申请的专利，除霜方式简单，采用最直接的电加热法加热室外机换热器融解霜层。代表专利为CN2049745U，申请日：19890526，公开日：19891220。该系统直接采用电加热装置设置在室外机换热器处，通过检测室外换热器的前后空气压差，当压差达到一定值，电加热器通电，对霜层进行加热工作。能自动控制空调器的时间和温度，结构简单。

3.3 空调除霜领域专利热气旁通除霜由GEN ELEC⁃TRIC提出，方式是旁通一部分高温制冷剂融化霜层，其代表性专利为US2895306，申请日为19590227，公开日为：19590721。热气旁通除霜作为最早的除霜方式，结构简单，效率高，除霜时系统压力稳定，供热合除霜能同时运行，除霜损失少于四通阀换向除霜。

3.4 电加热和热气旁通联合除霜系统，出现于1972年，代表专利为US3777508,申请人为MATSUSHITA ELEC INDCO LTD，申请日：19721006，公开日：19731211。旁通一部分制冷剂并通过电加热器加热，送回冷凝器，提高制冷剂温度，达到除霜效果，除霜效果好。

3.5 电加热和逆循环联合除霜，是由美国UT-BAT⁃TLEEL申请，代表专利US6467284，申请日20011017，公开日20021022。在压缩机入口设置电加热装置，提高制冷剂的温度，在制热状态下抑制霜层形成，室外温度较低的情况下，开启逆循环除霜，供热量大，同时开启加热装置，提高制冷剂入口温度，防止“贫制冷剂”现象，采用两种除霜方式结合，工作效果高。

从上述专利可以看出，除霜技术日益成熟，从开始的简单除霜发展到考虑人体舒适性，再在舒适度的基础上考虑缩短除霜时间，提高除霜效率，除霜系统日益完善。

4 常用除霜控制方法

目前的除霜技术不仅依靠装置本身的结构完成除霜，更需要与控制方法相结合，达到最佳除霜状态。

4.1 定时除霜法

代表专利为CN201440644U，设定一定时间自动进入除霜动作，在设定时间时往往考虑最恶劣的环境条件，在不同的环境条件下必然会产生能源浪费。

4.2 时间－温度控制法

该方法是目前普遍采用的一种控制方法，代表专利为CN8610773A，由于在时间的基础上考虑了温度，比单纯的时间法有进步，部分的考虑了空调器室外工作环境温度，但仍不能正确反映结霜对空调性能的影响，会出现不必要的除霜运作，也会在需要除霜时而不发出除霜信号。

4.3 蒸发温度与大气温度差除霜控制法

代表专利CN102449408A,在蒸发器表面结霜严重时，蒸发温度与大气温度的差值会增加，根据这一变化来控制除霜反映了结霜对空调性能的影响，但仅根据一个量的变化进行判断也会有误动作产生。

4.4 冷凝温度－时间除霜控制法

代表专利CN102138048A，在蒸发器表面结霜严重时，冷凝温度会降低，根据冷凝温度的变化和制热运行的时间来控制除霜反映了结霜对空调器工作特性的影响，但仅根据一个量的变化进行判断只是最简单的一种情况，而实际使用过程中冷凝温度的变化，不仅受到蒸发器结霜的影响，还受到室内，外环境温度的影响。

不同的除霜系统中，一般采用不同的控制方法与除霜装置结合，只要考虑了所有实际使用环境下，有可能对冷凝温度产生影响的因素，使得冷凝温度真正反映室外机的结霜情况条件下，以制热运行时间进行修正，就能保证在适当的结霜情况下进入除霜。

5 结语

近年来的空调专利申请中，中国空调专利的申请量大幅提升，而空调除霜作为影响空调性能的重要方式，各个大公司都进行了投入研究，目前的空调除霜系统与除霜控制方法都在逐渐解决除霜时间过长，除霜动作频繁以及影响舒适度的问题，如何在除霜状态下保持制热运行，且压缩机能力不衰减都是各个公司不懈的追求。

空调除霜不仅要考虑室内外环境温度，还要考虑同一温度、不同湿度、同一温度、不同湿度对机组结霜的影响也是除霜中要考虑的，对选择除霜技术，机组采用不同的除霜系统、不同的除霜控制技术，以及产生的不同效果，以及不同节能效果之间的对比，都是本领域应该进一步深入的问题。

空调除霜仍有进步的空间，也是生产厂家提高产品竞争力、研发专利技术的努力方向。

［1］邱宏.空气源热泵空调的一种新型除霜控制模式［J］.流体机械，2009，37（9）：83-86.

［2］王新利.多联机空调器智能除霜控制研究［J］.制冷，2014，33（2）:29-31.

［3］白韡.家用热泵空调器除霜方式探讨［J］.家电科技，2015（4）:84-87.

［4］许东晟.除霜和除霜控制研究［J］.流体机械，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

马雪纯（1985-），女，研究实习员，研究方向：暖通空调领域发明专利审查；李志强（1987-），男，研究实习员，研究方向：暖通空调领域发明专利审查（等同于第一作者）。