旁通加热除霜装置、除霜控制方法、制冷系统及设备与流程

1.本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及旁通加热除霜装置、除霜控制方法、制冷系统及设备。


背景技术：

2.随着生活水平的不断提高，制冷设备逐渐应用在日常生活中，例如冰箱等，冰箱制冷系统主要分为四部分：蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置，蒸发器为提供冷量的装置，冷媒在蒸发器中吸热蒸发，降低空气温度。由于蒸发器温度低于空气露点温度，因此空气中的水分会不断在蒸发器上凝结成霜。当结霜量增多时会恶化蒸发器的传热效率，制冷效果变差且能耗增加。
3.传统冰箱都是采用单一蒸发器，导致除霜期间压缩机需停机，间室温度回升较高，对食物储藏不利。另外，目前市面上的冰箱多数都是风冷冰箱，虽然具有自动除霜的功能，但是大多数风冷冰箱采用的除霜方式为电加热除霜，将电加热管布置在蒸发器下方，通过加热空气的方式对霜层进行加热。由于这种除霜方式是依靠空气的自然对流对霜层进行加热，除霜效率低下，除霜时间长。
4.现有技术中已出现能够提高除霜效率的除霜方式，其利用电加热网提供升华除霜的热量，再结合振动落霜的方式将蒸发器上松动的霜层抖落，但振动落霜的方式会影响蒸发器管路接口的稳定，而且可能出现共振现象，制冷系统的可靠性降低。


技术实现要素：

5.为了解决现有除霜方式造成间室温度上升、效率低的问题，本发明提出旁通加热除霜装置、除霜控制方法、制冷系统及设备，通过旁通支路将高温冷媒引入除霜蒸发器，并使用风机引导制冷蒸发器送出的部分气流，给除霜蒸发器提供低湿度空气，维持霜层升华的最大速度，除霜过程压缩机无需停机，化霜速度快，间室温度稳定。
6.本发明采用的技术方案是，设计旁通加热除霜装置，包括：设于制冷系统中的蒸发器组件，蒸发器组件具有至少两个并联设置的蒸发器，蒸发器组件中的任一蒸发器进入除霜模式作为除霜蒸发器后，剩余蒸发器中至少有一个蒸发器进入制冷模式作为制冷蒸发器；每个蒸发器均单独设有用于提供霜层升华热量的旁通支路，旁通支路连接制冷系统的压缩机排气口或冷凝器出口，旁通支路接通时引入冷媒给除霜蒸发器加热。
7.进一步的，旁通支路设有限流管道和/或限流阀，旁通支路接通时，进入旁通支路的冷媒流量小于进入制冷蒸发器的冷媒流量，除霜蒸发器和制冷蒸发器流出的冷媒混合后流向制冷系统的压缩机吸气口。
8.进一步的，旁通加热除霜装置还包括：分隔在相邻两个蒸发器之间的隔板，隔板将蒸发器所在区域分隔成独立腔室；每个蒸发器均配置有正反转风机，开启除霜蒸发器的风机反转时，制冷蒸发器送出的部分气流进入除霜蒸发器所在的独立腔室。其中，进入除霜模式的蒸发器为除霜蒸发器，进入制冷模式的蒸发器为制冷蒸发器。
9.进一步的，每个独立腔室均设有送风进风口、送风出风口和除霜出风口，送风进风口和送风出风口之间形成送风风道，送风出风口和除霜出风口之间形成除霜风道，送风风道和除霜风道的通断状态通过阀门调节。
10.进一步的，送风进风口、送风出风口以及除霜出风口均设有阀门，且所有阀门均可自动复位关闭，送风出风口的阀门上设有引流孔。蒸发器的风机正转时，吹开送风进风口的阀门和送风出风口的阀门；蒸发器的风机反转时，吹开除霜出风口的阀门，气流从引流孔进入独立腔室。
11.进一步的，除霜出风口设于独立腔室的底部，除霜出风口的下方设有接水盘，接水盘用于承接除霜出风口落下的液体和/或霜层。接水盘的外形呈漏斗形，接水盘的顶部设有位于所有除霜出风口下方的敞口，接水盘的底部设有尺寸小于敞口的排水口，排水口的下方设有接水盒。
12.进一步的，旁通加热除霜装置还包括：检测模块、与检测模块连接的控制器，检测模块用于检测蒸发器的运行参数，控制器根据蒸发器的运行参数调整蒸发器的运行状态。
13.其中，检测模块包括风速传感器、温度传感器以及计时器中的至少一种，风速传感器用于在蒸发器的风机启动后检测对应出风口的风速，温度传感器用于在蒸发器进入除霜模式后检测蒸发器的表面温度t1，计时器用于在蒸发器进入除霜模式时从零开始计时除霜时间t1和/或在蒸发器的风机开启反转时从零开始计时反转时间t2。
14.本发明还提出了通过上述旁通加热除霜装置实现的除霜控制方法，包括：开启任一蒸发器进入制冷模式作为制冷蒸发器，实时判断制冷蒸发器是否满足除霜条件；若是，则控制制冷蒸发器进入除霜模式作为除霜蒸发器，通过除霜蒸发器的旁通支路引入冷媒给除霜蒸发器加热，同时控制剩余蒸发器中至少有一个蒸发器进入制冷模式作为制冷蒸发器。
15.其中，实时判断制冷蒸发器是否满足除霜条件包括：检测制冷蒸发器的送风出风风速v1；判断是否送风出风风速v1小于第一设定风速v01；若是，则满足除霜条件；若否，则返回检测风速v1。
16.进一步的，除霜控制方法还包括：在制冷蒸发器进入除霜模式作为除霜蒸发器时从零开始计时除霜时间t1；检测除霜蒸发器的表面温度t1和除霜时间t1；判断是否表面温度t1大于设定温度t01或者除霜时间t1大于第一设定时间t01；若是，则开启除霜蒸发器的风机反转；若否，则返回检测表面温度t1和除霜时间t1。
17.进一步的，除霜控制方法还包括：开启除霜蒸发器的风机反转时从零开始计时反转时间t2；检测除霜蒸发器的除霜出风风速v2和反转时间t2；判断是否除霜出风风速v2大于第二设定风速v02或者反转时间t2大于第二设定时间t02；
若是，则除霜蒸发器退出除霜模式，关闭除霜蒸发器的旁通支路和风机；若否，则返回检测除霜出风风速v2和反转时间t2。
18.本发明还提出了采用上述旁通加热除霜装置的制冷系统，包括：依次连接的压缩机、冷凝器、节流装置以及蒸发器组件。在一些实施例中，蒸发器组件具有两个蒸发器，节流装置通过三通阀连接蒸发器组件，三通阀可切换接通节流装置与蒸发器组件中的任意一个蒸发器。
19.本发明还提出了具有上述制冷系统的制冷设备，制冷设备可以是冰箱等产品。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、蒸发器进入除霜模式后，至少有一个蒸发器进入制冷模式，将除霜蒸发器的旁通支路接通，引用压缩机排出或冷凝器流出的高温冷媒，从蒸发器的内部直接加热，使除霜蒸发器的温度上升，相比于电加热除霜，热损失小、能耗低；2、对旁通支路进行限流设计，引用少部分高温冷媒将除霜蒸发器的温度少许提升，使蒸发器上的霜层升华即可，由于引入的冷媒量少，对制冷系统的影响低，间室温度波动小；3、除霜过程中开启除霜蒸发器的风机反转，将制冷蒸发器流出的部分气流引入除霜蒸发器所在的独立腔室，给除霜蒸发器连续提供低湿度空气，避免因霜层升华带来的湿度增加，持续提供最大湿度差，以维持霜层升华的最大速度；4、除霜过程中压缩机无需停机，减少压缩机频繁启停次数，延长压缩机使用寿命，增加制冷系统的运行可靠性；5、蒸发器所在区域被隔板隔开，制冷蒸发器的送风不受除霜蒸发器干扰，而且除霜蒸发器反转时引入的风量小，冰箱等制冷设备的间室温度基本不变，食物保存效果好。
附图说明
21.下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：图1是本发明中双蒸发器的制冷系统示意图；图2是本发明中除霜蒸发器风机反转时的阀门示意图；图3是本发明中除霜蒸发器化霜结束时的阀门示意图；图4是本发明中双蒸发器的交替运行控制示意图；图5是本发明中除霜控制方法的流程示意图；其中，1压缩机；2冷凝器；3节流阀；4第一蒸发器；5第二蒸发器；6电磁三通阀；7单向阀；8第一电磁阀；9第二电磁阀；10第一风机；11第二风机；12接水盘；13接水盒；14隔板；15第一送风出风阀门；16第二送风出风阀门；17第一送风进风阀门；18第二送风进风阀门；19第一除霜出风阀门；20第二除霜出风阀门。
具体实施方式
22.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.如图1所示，本发明提出旁通加热除霜装置适用于制冷系统中，制冷系统主要有四
部分，分别是依次连接的压缩机1、冷凝器2、节流装置3以及蒸发器组件，制冷时冷媒从压缩机1排气口排出，经过冷凝器2、节流装置3以及蒸发器组件后流回压缩机1吸气口，旁通加热除霜装置是针对蒸发器组件这一部分提出的改进方案，具体结构如下。
24.旁通加热除霜装置包括：设于制冷系统中的蒸发器组件，蒸发器组件具有至少两个并联设置的蒸发器，每个蒸发器的出口处安装有仅允许冷媒流出的单向阀7，蒸发器组件中的任意一个蒸发器进入除霜模式后，剩余蒸发器中至少有一个蒸发器进入制冷模式，为便于区分不同工作模式的蒸发器，进入除霜模式的蒸发器称为除霜蒸发器，进入制冷模式的蒸发器称为制冷蒸发器，优先选择与除霜蒸发器相邻的蒸发器进行制冷模式，使除霜蒸发器和制冷蒸发器之间产生湿度差。蒸发器组件中的每个蒸发器均单独设有旁通支路，旁通支路连接制冷系统的压缩机1排气口或冷凝器2出口，旁通支路安装有切换其通断状态的电磁阀，旁通支路接通时，除霜蒸发器中的冷媒全部由旁通支路提供，旁通支路引用压缩机或冷凝器流出的高温冷媒，从除霜蒸发器的内部直接加热，使除霜蒸发器的温度上升，附着在除霜蒸发器上的霜层升华，热损失小、能耗低。
25.由于升华的霜层相比于整个除霜蒸发器上凝结的霜层来说，只占小部分，因此除霜蒸发器的升华过程需要引入的高温冷媒量不大，对系统影响有限，除霜过程中压缩机无需停机，减少压缩机频繁启停次数，延长压缩机使用寿命，增加制冷系统的运行可靠性。为实现限制进入除霜蒸发器的冷媒流量，对旁通支路进行限流设计。
26.在本发明的一个实施例中，旁通支路设有限流管道，限流管道的管径小，有效限制旁通支路接通时的冷媒流量，使得进入旁通支路的冷媒流量小于进入制冷蒸发器的冷媒流量，除霜蒸发器和制冷蒸发器流出的冷媒混合后流向制冷系统的压缩机1吸气口，对制冷系统的影响低，间室温度波动小。
27.在本发明的另一个实施例中，旁通支路设有限流阀，通过限流阀限制旁通支路接通时的冷媒流量，使得进入旁通支路的冷媒流量小于进入制冷蒸发器的冷媒流量，除霜蒸发器和制冷蒸发器流出的冷媒混合后流向制冷系统的压缩机1吸气口，对制冷系统的影响低，间室温度波动小。
28.应当理解的是，在实际应用中，旁通支路也可以同时设计限流管路和限流阀，以更可靠的限制旁通支路的冷媒流量。在除霜过程中，旁通支路也可以断续接通，通过断续接通也可以限制旁通支路的冷媒流量。
29.为了提高除霜效率，在本发明的又一个实施例中，将蒸发器组件中的各个蒸发器分隔设置，相邻两个蒸发器之间通过隔板14隔开，利用隔板14将蒸发器所在区域分隔成独立腔室，制冷蒸发器的送风不受除霜蒸发器干扰。每个蒸发器均配置有能够切换正转或反转的风机，开启除霜蒸发器的风机反转时，制冷蒸发器送出的部分气流进入除霜蒸发器所在的独立腔室，以降低所述独立腔室内的湿度并扰动附着在蒸发器上的霜层，反转引流的好处是维持除霜蒸发器所在独立腔室中的湿度差，加速霜层升华的同时，使蒸发器上升华后松动的霜层脱落。
30.每个独立腔室均设有送风进风口、送风出风口和除霜出风口，送风进风口和送风出风口之间形成送风风道，送风出风口和除霜出风口之间形成除霜风道，送风风道和除霜风道的通断状态通过阀门调节。制冷蒸发器的送风风道接通、除霜风道关闭，除霜蒸发器的送风风道关闭、除霜风道在进入除霜模式一段时间后接通。
31.在本发明的一些实施例中，除霜出风口设于独立腔室的底部，除霜出风口的下方设有接水盘12，接水盘12用于承接除霜出风口落下的液体和霜层。为了更好的收集霜层且使旁通加热除霜装置的结构紧凑，所有蒸发器共用一个接水盘12，接水盘12的外形呈漏斗形，接水盘12的顶部设有敞口，所有除霜出风口均位于该敞口的上方，接水盘12的底部设有尺寸小于敞口的排水口，排水口的下方设有接水盒13，部分落下的霜层从接水盘12滑下汇集在接水盒13中，其余大部分都随空气经压缩机1所在的压缩机室送至外部环境中。
32.具体来说，送风进风口、送风出风口以及除霜出风口均设有阀门，且所有阀门均可自动复位关闭，此处的自动复位关闭是指在无外力作用下，阀门自动复位使其所在的风口关闭，送风出风口的阀门上设有尺寸较小的引流孔，引流孔的作用是在送风出风口的阀门自动复位关闭后，气流仍能经过该引流孔进入独立腔室。蒸发器的风机正转时，吹开送风进风口的阀门和送风出风口的阀门，除霜出风口的阀门自动复位关闭；蒸发器的风机反转时，吹开除霜出风口的阀门，气流从引流孔进入独立腔室，引入的风量小，对制冷效果的影响低，间室温度基本不变，食物保存效果好。
33.需要说明的是，制冷蒸发器的风机开启后是正转运行，制冷蒸发器进入除霜模式时风机停止运行，除霜蒸发器的风机开启后是反转运行，即除霜蒸发器的风机在除霜初期处于停止运行状态、在除霜后期处于反转运行状态。上文中的阀门自动复位关闭可以通过多种手段实现，以下提供两个实施例进行举例说明，实际应用时，本发明对阀门的具体安装结构不作特殊限制。
34.在本发明的一个实施例中，所有阀门在重力作用下自动复位关闭，以除霜出风口的阀门为例，将阀门铰接在其对应的风口处，风口内设有与阀门相抵的挡环，阀门偏心设计，以铰接轴为界线，阀门位于铰接轴两侧的重量不同，重量大的一侧提供自动复位关闭的回复力，风机转动时气流推动重量小的一侧正向转动使阀门打开，风机停止转动后，重量大的一侧在重力作用下推动重量小的一侧反向转动，直至阀门抵在挡环上，完成阀门的自动复位关闭。
35.在本发明的另一个实施例中，所有阀门在弹性件的作用下自动复位，以送风进风口的阀门为例，将阀门铰接在其对应的风口处，风口内设有与阀门相抵的挡环，铰接轴上套有扭簧等弹性件，扭簧提供自动复位关闭的回复力，风机转动时气流推动阀门正向转动使阀门打开，扭簧跟随阀门转动发生变形，风机停止转动后，扭簧在回复力作用下推动阀门反向转动，直至阀门抵在挡环上，完成阀门的自动复位关闭。
36.为了更好的理解本发明，下面以蒸发器组件具有两个并联设置的蒸发器为例，详细说明旁通化霜装置的结构。
37.如图1所示，蒸发器组件的两个蒸发器分别是第一蒸发器4和第二蒸发器5，第一蒸发器4的风机为第一风机10，第二蒸发器5的风机为第二风机11，第一蒸发器4与第二蒸发器5通过电磁三通阀6和单向阀7实现并联，电磁三通阀6的a1口与节流装置3出口连接，b1口与第一蒸发器4入口连接，c1口与第二蒸发器5入口连接。
38.第一蒸发器4与第二蒸发器5可交替为间室提供制冷，当a1-b1流路接通时，第一蒸发器4为间室制冷，第二蒸发器5不制冷，当a1-c1流路接通时，第二蒸发器5为间室制冷，第一蒸发器4不制冷。
39.第一蒸发器4连接有第一旁通支路，第一旁通支路安装有第一电磁阀8，第二蒸发
器5连接有第二旁通支路，第二旁通支路安装有第二电磁阀9。第一旁通支路的入口接在压缩机1排气口和冷凝器2进口之间，第一旁通支路的出口接在第一蒸发器4的入口和电磁三通阀6的b1出口之间。第二旁通支路的入口接在压缩机1排气口和冷凝器2进口之间，第二旁通支路的出口接在第二蒸发器5的入口和电磁三通阀6的c1出口之间。
40.如图2、3所示，两个蒸发器通过隔板14隔开成独立腔室，第一风机10和第二风机11通过控制电机正反转做双向吹风使用。第一蒸发器4所在独立腔室的送风进风口安装有第一送风进风阀门17、送风出风口安装有第一送风出风阀门15、除霜出风口安装有第一除霜出风阀门19，第二蒸发器5所在独立腔室的送风进风口安装有第二送风进风阀门18、送风出风口安装有第二送风出风阀门16、除霜出风口安装有第二除霜出风阀门20。
41.当第一蒸发器4为制冷蒸发器时，第一风机10正转运行，第一送风进风阀门17及第一送风出风阀门15随风机气流打开，将通过第一蒸发器4后的低温空气输送至间室内，第一除霜出风阀门19关闭。当第二蒸发器5为除霜蒸发器时，第二风机11被开启后反转运行，第二除霜出风阀门20随风机气流打开，将霜层升华后的空气经过接水盘12和压缩机室排至室外，第二送风进风阀门18及第二送风出风阀门16关闭。
42.为实现旁通加热除霜装置的自动控制，旁通加热除霜装置还包括：检测模块和与检测模块连接的控制器，检测模块用于检测蒸发器的运行参数，控制器根据蒸发器的运行参数调整蒸发器的运行状态。一般来说，检测模块包括风速传感器、温度传感器以及计时器中的至少一种，风速传感器用于在蒸发器的风机启动后检测对应出风口的风速，温度传感器用于在蒸发器进入除霜模式后检测蒸发器的表面温度t1，计时器用于在蒸发器进入除霜模式时从零开始计时除霜时间t1或者在蒸发器的风机开启反转时从零开始计时反转时间t2，在一些实施例中，计时器用于计时除霜时间t1和反转时间t2。
43.需要说明的是，上述的风速传感器、温度传感器以及计时器的数量不限，比如可以设计一个或者两个以上的温度传感器同时检测同一蒸发器的表面温度t1，取检测温度的平均值、或者检测温度的最大值、或者检测温度的最小值等。再比如可以设计一个计时器对除霜时间t1进行计时，设计另一个计时器对反转时间t2进行计时，也可以使用同一个计时器分别对除霜时间t1和反转时间t2进行计时。
44.如图4所示，控制器执行的除霜控制方法如下：开启任一蒸发器进入制冷模式作为制冷蒸发器；检测当前制冷蒸发器的运行状况；实时判断制冷蒸发器是否满足除霜条件；若否，则返回检测当前制冷蒸发器的运行状况；若是，则控制制冷蒸发器进入除霜模式，制冷蒸发器的风机停止运行，制冷蒸发器切换为除霜蒸发器，通过除霜蒸发器的旁通支路引入冷媒给除霜蒸发器加热，同时控制剩余蒸发器中至少有一个蒸发器进入制冷模式作为制冷蒸发器，然后执行以下步骤；在制冷蒸发器进入除霜模式作为除霜蒸发器时从零开始计时除霜时间t1；检测除霜蒸发器的表面温度t1和除霜时间t1；判断是否表面温度t1大于设定温度t01或者除霜时间t1大于第一设定时间t01；若否，则返回检测表面温度t1和除霜时间t1；若是，则除霜蒸发器表面附着的霜层经过升华，逐渐变得松软，开启除霜蒸发器的
风机反转，然后执行以下步骤；开启除霜蒸发器的风机反转时从零开始计时反转时间t2；检测除霜蒸发器的除霜出风风速v2和反转时间t2；判断是否除霜出风风速v2大于第二设定风速v02或者反转时间t2大于第二设定时间t02；若是，则说明除霜蒸发器表面附着的霜层已经清除干净，除霜蒸发器退出除霜模式，关闭除霜蒸发器的旁通支路和风机；若否，则返回检测除霜出风风速v2和反转时间t2。
45.在本发明的一个实施例中，采用制冷蒸发器的送风出风风速v1判断是否满足除霜条件，若送风出风风速v1小于第一设定风速v01，则说明蒸发器表面附着的霜层较厚，空气流动受阻，满足除霜条件，若送风出风风速v1不小于第一设定风速v01，则说明蒸发器表面未结霜或者霜层较薄，空气流动比较通畅，不满足除霜条件。当然，除霜条件也采用现有技术中的任意一种判断条件，本发明对此不作特殊限制。
46.需要说明的是，上文中的送风出风风速v1由安装在送风出风口的风速传感器检测得到，除霜出风风速v2由安装在除霜出风口的风速传感器检测得到，除霜蒸发器的表面温度t1由安装在蒸发器上的温度传感器检测得到。其中，设定温度t01、第一设定风速v01、第一设定时间t01、第二设定风速v02、第二设定时间t02可根据实际应用情况设计。
47.如图5所示，为了更好的理解本发明，下面仍然以蒸发器组件具有两个并联设置的蒸发器为例，详细说明除霜控制方法。在制冷设备的制冷过程中，判断当前制冷蒸发器是否满足除霜条件，若满足，则当前制冷蒸发器切换为除霜蒸发器，另一蒸发器切换为制冷蒸发器。假设第一蒸发器4是给间室供冷的制冷蒸发器，除霜控制方法如下。
48.开启第一蒸发器4制冷，第二蒸发器5不制冷，当检测到第一送风出风阀门15出口的送风出风风速v1低于第一设定风速v0时，则开启第一蒸发器4的除霜模式，控制电磁三通阀6将流路由a1-b1变为a1-c1, 开启第一电磁阀8，并计时除霜时间t1。
49.此时第一蒸发器4进入除霜状态，温度轻微提升，利用第一蒸发器4周围原来湿度低的空气，使第一蒸发器4上的霜层逐渐升华，从而第一蒸发器4周围空气湿度高。第二蒸发器5进入制冷状态，周围空气湿度低，于是在第一蒸发器4、第二蒸发器5之间的空气就始终存在湿度差。
50.当第一蒸发器4的温度t1上升到第一预设温度t0时，第一蒸发器4表面霜层经过升华，逐渐变得松软，此时可开启第一风机10反转。如果第一蒸发器4温度未达到第一预设温度t0，但除霜时间t1达到第一设定时间t01，说明第一蒸发器4已经被加热一段时间，表面霜层经过升华，此时也可开启第一风机10反转，将第二蒸发器5送出的一部分低湿度空气引入第一蒸发器4所在的独立腔室，加上第一旁通支路引入的高温冷媒，持续维持第一蒸发器4所在独立腔室中的湿度差和温度差，使第一蒸发器4上的霜层持续升华，部分可能落下的霜层从接水盘12滑下，汇集在接水盒中13，其余大部分都随空气经压缩机室送至大环境中。
51.当检测到第一除霜出风阀门19出口的除霜出风风速v2大于第二设定风速v02、或者第一风机10的反转时间t2大于第二设定时间t02时，说明第一蒸发器4上的霜层已除干净，则第一电磁阀8关闭，第一风机10关闭，退出化霜模式，第一除霜出风阀门19在第一风机10关闭后自动复位闭合。
52.综上，本发明提出的旁通加热除霜装置具有热损失小、化霜效率高、对制冷系统的影响低、间室温度波动小等诸多优点，适合应用在冰箱等制冷设备中，间室的温度稳定，食物保存效果好。
53.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。