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CN101498529B - 空调系统 - Google Patents

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Abstract

一种空调系统(100)，其能够改善系统的制冷/加热性能，因为实现了制冷剂往压缩机(110)的注入。本发明的空调系统能够通过将两相制冷剂或者过热蒸汽状态的制冷剂注入压缩机来进一步改善在低温区域中的制冷/加热性能。本发明的空调系统能够通过进行控制使得注入压缩机的制冷剂中液态制冷剂的比例小于设定值来防止压缩机损坏并且进一步改善可靠性。

Description

空调系统
技术领域
本发明涉及一种空调系统，并且更具体地涉及一种能够通过控制以使得注入到压缩机内的制冷剂中的液态制冷剂的比例小于预定值来改善系统的性能和稳定性的空调系统。
背景技术
一般来说，空调系统为用于通过对制冷剂进行压缩、冷凝、膨胀和蒸发来对室内空间进行制冷或加热的设备。
空调系统分成包括室外单元和连接于室外单元的室内单元的常规空调与包括室外单元和连接于室外单元的多个室内单元的多联空调。而且，空调系统分成通过仅沿一个方向驱动制冷剂循环来仅向室内空间提供冷却空气的制冷空调与通过选择地和双向地驱动制冷剂循环来向室内空间提供冷或热空气的冷热空调。
空调系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。从压缩机排出的制冷剂在冷凝器中冷凝，然后在膨胀阀中膨胀。膨胀后的制冷剂在蒸发器中蒸发，然后吸入到压缩机中。在制冷操作或加热操作中，气态制冷剂注入到压缩机中，因此改善了性能。
但是，在所注入的制冷剂中存在过量液态制冷剂的情况下，会产生液体压缩，这会导致压缩机的损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空调系统，其能够改善该系统的性能和稳定性。
本发明提供了一种空调系统，包括：压缩机，其用于压缩制冷剂；冷凝器，其用于冷凝从所述压缩机排出的制冷剂；第一膨胀设备，其用于节流通过所述冷凝器的制冷剂；第二膨胀设备，其用于节流通过所述第一膨胀设备的制冷剂；注入阀，其用于节流在所述第一膨胀设备和所述第二膨胀设备之间分流并注入所述压缩机的制冷剂；控制单元，其用于进行控制以使得注入所述压缩机的制冷剂中的液态制冷剂的比例小于预定值；以及注入热交换器，所述注入热交换器用于在通过所述注入阀的制冷剂与导入所述第二膨胀设备的制冷剂之间进行热交换，其中，所述注入热交换器安装在空调系统包括的室外单元的基盘处并且平行于所述基盘设置，所述注入热交换器包括第一制冷剂管和第二制冷剂管，所述第一制冷剂管用于通过经过所述注入阀的制冷剂或导入所述第二膨胀设备的制冷剂，所述第二制冷剂管形成为覆盖所述第一制冷剂管并用于通过另一个制冷剂，所述注入热交换器通过多次弯曲而形成为环形。
在本发明中，进一步包括加热装置，所述加热装置用于在空调系统处于加热模式时加热通过所述注入阀的制冷剂。
在本发明中，控制单元控制所述加热装置，使得注入所述压缩机的制冷剂中的液态制冷剂的比例小于预定值。
在本发明中，控制单元控制注入阀的开度，使得注入所述压缩机的制冷剂中的液态制冷剂的比例小于预定值。
在本发明中，控制单元检测至少一个操作参数的值，并且基于所检测到的操作参数的值调节所述注入阀的开度。
在本发明中，其中所述加热装置包括注入热交换器，所述注入热交换器用于在通过所述注入阀的制冷剂与导入所述第二膨胀设备的制冷剂之间进行热交换。
在本发明中，当空调系统制冷操作时，所述注入热交换器过冷来自所述冷凝器的制冷剂。
在本发明中，进一步包括分相器，所述分相器用于存储通过所述第一膨胀设备的制冷剂并将所存储的制冷剂分相。
在本发明中，进一步包括蒸发器，所述蒸发器用于蒸发通过所述第二膨胀设备的制冷剂，并且所述压缩机包括：第一压缩部，其用于压缩通过所述蒸发器的制冷剂；以及第二压缩部，其用于压缩通过所述第一压缩部的制冷剂以及在所述第一膨胀设备和所述第二膨胀设备之间分流之后注入的制冷剂。
在本发明中，所述控制单元检测至少一个操作参数的值，并且基于与所检测到的操作参数的值相对应的存储设定值确定所述第一膨胀设备的目标开度，并且所述控制单元实时地测量制冷剂的过热度，并基于所测量到的过热度改变所述第二膨胀设备的打开量直到所测量到的过热度达到预设过热度。
依据本发明的空调系统能够改善系统的制冷/加热性能，因为实现了制冷剂往压缩机的注入。
进一步地，依据本发明的空调系统可通过将两相制冷剂或者过热蒸汽状态的制冷剂注入压缩机来进一步改善在低温区域中的制冷/加热性能。
进一步地，依据本发明的空调系统能够通过进行控制使得注入压缩机的制冷剂中液态制冷剂的比例小于设定值来防止压缩机损坏并且进一步改善可靠性。
附图说明
包括用来进一步理解本发明并且结合在本申请中并构成其一部分的附图显示出本发明的实施方式，并且与说明书一起用来说明本发明的原理。
在附图中：
图1为示出根据本发明实施方式的空调的构造的视图；
图2为示出空调的控制流程的框图；
图3为示出如图1所示的室外热交换器和注入热交换器的安装结构的立体视图；
图4为如图3所示的注入热交换器的横截面视图；
图5示出如图1所示的空调在加热操作时的制冷剂流动；
图6示出如图1所示的空调在制冷操作时的制冷剂流动；以及
图7为示出如图1所示的空调的性能系数的图表。
具体实施方式
空调系统包括只用于进行制冷操作的普通住宅制冷空调、只用于进行加热操作的加热空调、用于进行制冷和加热操作的热泵式空调以及用于冷却和加热多个室内空间的多联空调。下面，将对作为空调系统的一个示例的热泵式空调(下面称为“空调”)进行详细说明。
图1为示出根据本发明实施方式的空调100的构造的视图。图2为示出空调100的控制流程的框图。
参照图1和2，空调100包括压缩机110、室内热交换器120、室外热交换器130、第一膨胀阀141、第二膨胀阀142、分相器150和四通阀160。室内热交换器120在制冷操作中用作蒸发器并且在加热操作中用作冷凝器。压缩机110将导入的低温低压制冷剂压缩成高温高压制冷剂。压缩机110包括第一压缩部111和第二压缩部112。第一压缩部111压缩从蒸发器导入的制冷剂，而第二压缩部112混合与压缩来自第一压缩部111的制冷剂以及通过在蒸发器和冷凝器之间分流而注入的制冷剂。但是，本发明不限于此，并且压缩机110可以具有多于三层的多层结构。可以使用螺旋压缩机或旋转压缩机来作为压缩机100。
四通阀160为用于在制冷和加热时切换制冷剂流动的流动路径切换阀，并且在制冷时将在压缩机110中压缩的制冷剂引导到室外热交换器130，而在加热时将在压缩机110中压缩的制冷剂引导到室内热交换器120。四通阀160和压缩机110通过第一连接管171连接。压缩机出口温度传感器181和排出压力传感器182设置在第一连接管171上以便测量出从压缩机110排出的制冷剂的排出温度和压力。室内热交换器120设置在房间内，并且通过第二连接管172与四通阀160连接。
分相器150暂时地存储导入的制冷剂，将其分成气态制冷剂和液态制冷剂，并且仅仅传送所存储的制冷剂中的液态制冷剂。分相器150的第一连接部151和室内热交换器120通过第三连接管173连接。室外热交换器130设置在室外，并且通过第四连接管174与分相器150的第二连接部152连接。
第一膨胀阀141设置在第三连接管173上，并在制冷操作中用作节流从分相器150导入的液态制冷剂的第二膨胀设备，而在加热操作中用作节流从室内热交换器120——其用作冷凝器——导入的液态制冷剂的第一膨胀设备。
室外热交换器传感器186安装于室外热交换器130。第二连接管152在制冷操作中用作制冷剂入口管，而在加热操作中用作液态制冷剂排出管。
第二膨胀阀142设置在第四连接管174上，并且在制冷操作中用作节流从室外热交换器130——其用作冷凝器——导入的液态制冷剂的第一膨胀设备，并且在加热操作中用作节流从分相器150导入的液态制冷剂的第二膨胀设备。
四通阀160通过第五连接管175连接于室外热交换器130。而且，四通阀160和压缩机110的入口管通过第六连接管176连接。
用于测量压缩机110的入口侧温度的压缩机入口温度传感器184设置在第六连接管176上。
空调系统进一步包括注入管180，其从第四连接管174分支并连接于第二压缩部112。
注入阀143设置于注入管180上。注入阀143控制注入到第二压缩部112中的制冷剂的量和压力。
空调系统进一步包括用于在空调系统处于加热模式时加热通过注入阀143的制冷剂的加热装置。加热装置加热制冷剂，使得注入到压缩机内的液态制冷剂与来自分相器的液态制冷剂的比例可小于预定值。加热装置设置成连接第四连接管174和注入管180。加热装置是注入热交换器190，其形成为在注入阀143中节流的制冷剂与导入到第二膨胀阀142内的制冷剂之间进行热交换。
图3为示出如图1所示的室外热交换器130和注入热交换器190的安装结构的立体图。
参照图3，注入热交换器190和室外热交换器安装于室外单元O的基盘131处。室外热交换器130垂直于基盘131设置，而注入热交换器190平行于基盘131设置。也就是说，注入热交换器190与室外热交换器130隔开并且沿不同的布置方向安装，从而使得通过热交换器130的空气的影响最小化。
图4为如图3所示的注入热交换器190的横截面视图。
参照图4，注入热交换器190包括第一制冷剂管191和第二制冷剂管192，第一制冷剂管191用于通过导入第二膨胀设备的制冷剂，第二制冷剂管192形成为覆盖第一制冷剂管191并用于通过在注入阀143内节流的制冷剂。也就是说，注入热交换器190形成为第一制冷剂管191和第二制冷剂管192的双管。第一制冷剂管191和第二制冷剂管192可以由铝材制成。
参照图3，注入热交换器190通过多次弯曲形成环形，压力损失小，能够获得可以热交换的长度，并且即使在狭窄空间内也容易安装。但是，本发明不限于此，并且注入热交换器190还可以形成为板式热交换器。
用于测量所注入的制冷剂的温度的注入温度传感器183设置在注入管180上。
第一和第二膨胀阀141和142以及注入阀143的打开量由用于控制空调操作的控制单元200控制。
图5示出在空调加热操作中的制冷剂流动。
参照图5，从压缩机110排出的高温高压气态制冷剂通过四通阀160导入到室内热交换器120。在室内热交换器120中，气态制冷剂通过与室内空气的热交换而冷凝。冷凝的制冷剂在第一膨胀阀141中节流，然后导入到分相器150中。来自分相器150的液态制冷剂通过第四连接管174。
如果在加热操作期间要求进行气体注入，则控制单元200打开注入阀143。当注入阀143打开时，通过第四连接管174的一些制冷剂分流到注入管180并在注入阀143中节流。因为在注入阀143中节流的制冷剂的温度和压力降低，因此与通过第四连接管174导入到注入热交换器190的制冷剂相比具有相对较低的温度。因此，通过注入阀143的制冷剂与通过第四连接管174导入第二膨胀阀142的制冷剂在注入热交换器190中进行热交换。在注入热交换器190中，导入第二膨胀阀142的制冷剂散热，而通过注入阀143的制冷剂吸热。在注入热交换器190中散热的制冷剂在第二膨胀阀142中节流，然后导入到室外热交换器130。导入到室外热交换器130的制冷剂通过与室外空气的热交换而蒸发，并且蒸发的制冷剂导入第一压缩部111。
在注入热交换器190中吸热的制冷剂中的至少一些蒸发，并且制冷剂呈两相，即处于混合状态的气相和液相，或者制冷剂处于过热蒸汽状态。在注入热交换器190内吸热的制冷剂中，可根据注入热交换器190或注入阀143的开度来调节液态制冷剂的比例，并且将在下文说明的控制方法中详细解释。
因此，两相的制冷剂或者处于过热蒸汽状态的制冷剂通过注入管180注入到第二压缩部112中。由于两相的制冷剂或者处于过热蒸汽状态的制冷剂通过注入管180注入到第二压缩部112中，因此与仅仅注入气态制冷剂相比能够提高制冷/加热性能。在第二压缩部112中，注入的制冷剂和来自第一压缩部111的制冷剂混合，然后被压缩。在第二压缩部112中压缩的制冷剂重新循环到四通阀160。
图6示出空调在制冷操作时的制冷剂流动。
参照图6，从压缩机110排出的高温高压气态制冷剂通过四通阀160导入到室外热交换器130中。在室外热交换器130中，气态制冷剂通过与室外空气的热交换而冷凝。冷凝的制冷剂在第二膨胀阀142中节流，然后导入到分相器150中。一些制冷剂在导入分相器150之前经由注入管180分流到注入阀143。分流到注入管180的制冷剂在注入阀143中再次节流，并且比在第二膨胀阀142中节流的制冷剂具有更低的温度和压力。在注入阀143中节流的制冷剂导入到注入热交换器190。
在注入热交换器190中，通过注入阀143的制冷剂和通过第二膨胀阀142的制冷剂进行热交换。因为通过注入阀143的制冷剂的温度低于通过第二膨胀阀142的制冷剂的温度，因此通过注入阀143的制冷剂吸热，而通过第二膨胀阀142的制冷剂散热。因此，在制冷操作中，注入热交换器190用作过冷器，以过冷却在室外热交换器130中冷凝并导入分相器150和室内热交换器120的制冷剂。
在注入热交换器190中吸热的制冷剂中的至少一些蒸发，并且制冷剂呈两相，即处于混合状态的气相和液相，或者制冷剂处于过热蒸汽状态。由于两相的制冷剂或者处于过热蒸汽状态的制冷剂通过注入管180注入到第二压缩部112中，因此与仅仅注入气态制冷剂相比能够提高制冷/加热性能。
下面将描述根据本发明实施方式的空调的控制方法。
当检测到驱动指令时，控制单元200初始化第一膨胀阀141和第二膨胀阀142以及注入阀143。控制单元200完全打开第一膨胀阀141和第二膨胀阀142，并且关闭注入阀143。通过关闭注入阀143，可以防止液态制冷剂在驱动初始阶段导入到压缩机110中。
当第一膨胀阀141和第二膨胀阀142以及注入阀143的初始化完成时，控制单元200分别以多种控制方法中的不同方法控制第一膨胀阀141和第二膨胀阀142的打开量。
多种控制方法包括第一控制方法和第二控制方法，在第一控制方法中，调节用于节流来自冷凝器并导入分相器的制冷剂的第一膨胀设备的打开量，使得制冷剂可达到预设的中间压力，在第二控制方法中，调节用于节流来自冷凝器并导入分相器的制冷剂的第二膨胀设备的打开量，使得空调100的制冷剂可达到预设的目标过热度。
当空调100处于加热操作模式时，第一膨胀阀141用作第一膨胀设备，而第二膨胀阀142用作第二膨胀设备。因此，在加热操作模式中，控制单元200以第一控制方法控制第一膨胀阀141，并以第二控制方法控制第二膨胀阀142。
在第一控制方法中，检测至少一个操作参数的值，并且基于对应于操作参数检测值的存储设定值来确定第一膨胀阀141的目标开度。操作参数可包括将制冷剂注入到第二压缩部112中的气体注入操作性、压缩机110的频率、空调100的室内温度、室外温度、室内温度和室外温度之间的差、压缩机110的排出压力、压缩机110的排出温度等。预先设定用于操作参数的设定值并以表格的形式存储在控制单元200中。可以根据气体注入操作性来不同地设定用于压缩机110的频率的设定值。也就是说，用于压缩机110的频率的设定值根据注入阀143的打开和关闭而不同地设定。可以通过设定值的组合——例如相加或相乘——来获得目标开度。
在第二控制方法中，实时地测量制冷剂的过热度，并且基于所测量的过热度来控制第二膨胀阀142的打开量。可以通过安装于室外热交换器130处的室外热交换器传感器186和压缩机入口温度传感器184来测量制冷剂的过热度。基于测量出的过热度和预设的目标过热度之间的差值以及该差值的变化在控制单元200中存储有模糊表，并且可从该模糊表确定第二膨胀阀142的打开量。也就是说，控制单元200实时地测量制冷剂的过热度，直到制冷剂的过热度达到目标过热度，并且基于测量到的过热度连续地改变第二膨胀阀142的打开量。因此，能够更加精确地调节制冷剂的过热度。
另一方面，当空调100处于制冷操作模式时，第一膨胀阀141用作第二膨胀设备，而第二膨胀阀142用作第一膨胀设备。因此，控制单元200以第二控制方法控制第一膨胀阀141，并以第一控制方法控制第二膨胀阀142。
如果存在进行气体注入的请求，则控制单元200打开注入阀143。此时，当注入处于混合状态的液态和气态两相制冷剂时，可以改善低压区域的制冷/加热。然而，如果存在过量的液态制冷剂，则可能会损坏压缩机110。因此，控制单元200进行控制，使得注入到压缩机110的制冷剂可以是具有预设干度或更高干度的两相制冷剂、或者可以处于过热蒸汽状态。即，控制单元200进行控制，使得注入到压缩机110的制冷剂中液态制冷剂的比例可小于预设值。为了将注入到压缩机110的制冷剂中液态制冷剂的比例控制为小于预设值，可调节注入热交换器190，或者可调节注入阀143的开度。本实施方式将参照调节注入阀143开度的情形来进行描述。通过调节注入阀143的开度，调节导入到注入热交换器的制冷剂的量，并且这使得注入制冷剂中的液态制冷剂的比例可以增大或减小。
可以基于至少一个操作参数的值来控制注入阀143的开度。这里，操作参数可包括压缩机110的制冷剂吸入温度和制冷剂排出温度。可通过压缩机110的制冷剂吸入温度和制冷剂排出温度的函数来确定注入阀143的开度。
当确定了注入阀143的开度时，注入阀143的开度相应地增大或减小。例如，如果注入阀143的开度减小，则通过注入管180的制冷剂的量减小。一旦通过注入管180的制冷剂的量减小，则注入热交换器190中的热交换增加。也就是说，在注入热交换器190中产生更多的热量，并因此通过注入热交换器190的制冷剂中液态制冷剂的比例可减小。因此，通过调节注入阀143的开度，可将注入到压缩机110的制冷剂中液态制冷剂的比例降低到小于预设值。通过将注入到压缩机110的制冷剂中液态制冷剂的比例降低到小于预设值，压缩机110中的液体压缩减少，从而提高可靠性。
图7为示出如图1所示的空调的性能系数的图表。
在依据本发明的空调中，液态制冷剂从分相器150排出，并且在液态制冷剂通过注入阀143和注入热交换器190时至少一些液态制冷剂蒸发，并且因此两相的制冷剂或者处于过热蒸汽状态的制冷剂注入到压缩机110内。在如图6所示的对照示例中，提供了一种空调，其中气态制冷剂从分相器排出并注入到压缩机内。
参照图7，可以看到本发明的性能系数(COP)高于对照示例的性能系数。室外温度越低，本发明的性能系数与对照示例的性能系数之间的差就越大。因此，依据本发明的空调在低温区域可具有改善的性能。
虽然已经参照在附图中所示的实施方式对本发明进行了说明，但是这些实施方式仅仅是示例性的，并且本领域内的技术人员将会理解本发明可以有各种改型和等同的其它实施方式。因此，必须根据所附权利要求的技术精神来确定出本发明的真实技术保护范围。
以下说明如此构造的依据本发明的空调系统的效果。
因为实现了制冷剂往压缩机的注入，所以依据本发明的空调能够改善系统的制冷/加热性能。
进一步地，依据本发明的空调可通过将两相制冷剂或者过热蒸汽状态的制冷剂注入到压缩机来进一步改善低温区域的制冷/加热性能。
进一步地，依据本发明的空调可通过进行控制使得注入压缩机的制冷剂中液态制冷剂的比例小于设定值来防止损坏压缩机并进一步改善可靠性。

Claims (10)

1.一种空调系统，包括：
压缩机，其用于压缩制冷剂；
冷凝器，其用于冷凝从所述压缩机排出的制冷剂；
第一膨胀设备，其用于节流通过所述冷凝器的制冷剂；
第二膨胀设备，其用于节流通过所述第一膨胀设备的制冷剂；
注入阀，其用于节流在所述第一膨胀设备和所述第二膨胀设备之间分流并注入所述压缩机的制冷剂；
控制单元，其用于进行控制以使得注入所述压缩机的制冷剂中的液态制冷剂的比例小于预定值；以及
注入热交换器，所述注入热交换器用于在通过所述注入阀的制冷剂与导入所述第二膨胀设备的制冷剂之间进行热交换，
其中，所述注入热交换器安装在空调系统包括的室外单元的基盘处并且平行于所述基盘设置，
其中，所述注入热交换器包括第一制冷剂管和第二制冷剂管，所述第一制冷剂管用于通过经过所述注入阀的制冷剂或导入所述第二膨胀设备的制冷剂，所述第二制冷剂管形成为覆盖所述第一制冷剂管并用于通过另一个制冷剂，
其中所述注入热交换器通过多次弯曲而形成为环形。
2.如权利要求1所述的空调系统，其中所述室外单元的室外热交换器垂直于所述基盘设置并且与所述注入热交换器隔开。
3.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述控制单元控制所述注入热交换器，使得注入所述压缩机的制冷剂中的液态制冷剂的比例小于预定值。
4.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述控制单元控制注入阀的开度，使得注入所述压缩机的制冷剂中的液态制冷剂的比例小于预定值。
5.如权利要求4所述的空调系统，其中，所述控制单元检测至少一个操作参数的值，并且基于所检测到的操作参数的值调节所述注入阀的开度。
6.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述压缩机安装在所述基盘处并且与所述注入热交换器隔开。
7.如权利要求1所述的空调系统，其中，当空调系统制冷操作时，所述注入热交换器过冷来自所述冷凝器的制冷剂。
8.如权利要求1所述的空调系统，进一步包括分相器，所述分相器用于存储通过所述第一膨胀设备的制冷剂并将所存储的制冷剂分相。
9.如权利要求1所述的空调系统，进一步包括蒸发器，所述蒸发器用于蒸发通过所述第二膨胀设备的制冷剂，并且
所述压缩机包括：第一压缩部，其用于压缩通过所述蒸发器的制冷剂；以及第二压缩部，其用于压缩通过所述第一压缩部的制冷剂以及在所述第一膨胀设备和所述第二膨胀设备之间分流之后注入的制冷剂。
10.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述控制单元检测至少一个操作参数的值，并且基于与所检测到的操作参数的值相对应的存储设定值确定所述第一膨胀设备的目标开度，并且
所述控制单元实时地测量制冷剂的过热度，并基于所测量到的过热度改变所述第二膨胀设备的打开量直到所测量到的过热度达到预设过热度。
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