CN101535732B - 空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种能够改善空调系统的操作效率的空调系统及其控制方法。所述空调系统包括：分相器，其用于将流动的制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂；蒸发器，其用于蒸发由所述分相器分离出的液相制冷剂；压缩机，其具有第一压缩部和第二压缩部，其中已经通过所述蒸发器的制冷剂导入所述第一压缩部中，而由所述分相器分离出的气相制冷剂以及已经通过所述第一压缩部的制冷剂导入所述第二压缩部中；以及控制单元，其用于同时或选择地控制导入所述分相器中的制冷剂的量和从所述分相器排出的制冷剂的量。

Description

空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调系统，并且更具体地说涉及能够改善空调系统的操作效率的空调系统及其控制方法。

背景技术

一般来说，空调系统为压缩、冷凝、膨胀和蒸发制冷剂以冷却和/或加热室内空间的系统。

空调系统可分成构造为其中单个室内机与室外机相连接的常规空调系统和构造为其中多个室内机与室外机相连接的多联空调系统。此外，空调系统可分成构造为其中制冷剂循环仅沿一个方向进行以将冷却空气供应到室内空间的制冷系统和构造为其中制冷剂循环选择地沿相反方向进行以将冷却空气或加热空气供应到室内空间的制冷和制热系统。

下面将参照图1对传统分体式空调系统的结构进行简要说明。

传统空调系统基本上形成一个包括压缩机1a和1b、冷凝器3、膨胀阀4和蒸发器5的制冷循环。这些组件通过用作制冷剂从中流过的流动通道的连接管7彼此连接。

下面将基于制冷剂流动来对用于冷却室内空间的空调系统的操作进行说明。

将在蒸发器5中与室内空气进行了热交换的气相制冷剂导入到压缩机1a和1b中。导入到压缩机1a和1b中的气相制冷剂由压缩机1a和1b压缩至高温高压。之后，将该气相制冷剂导入到冷凝器3中，在该处，气相制冷剂相变为液相制冷剂。随着制冷剂在冷凝器3中的相变，热量从冷凝器3中散发出。

随后，制冷剂从冷凝器排出，通过膨胀阀4——制冷剂在该膨胀阀处膨胀，并导入蒸发器5。导入到蒸发器5中的液相制冷剂相变成气相制冷剂。随着制冷剂在蒸发器5中的相变，制冷剂吸收外热，由此冷却室内空间。当然，制冷剂循环可沿相反方向进行以加热室内空间。

另一方面，贮液器6安装在蒸发器5和压缩机1a及1b之间。油和制冷剂的混合物暂时地存储在贮液器6中。此外，贮液器6用于防止制冷剂回流以及液相制冷剂导入到压缩机1a和1b中。

压缩机1a和1b包括独立地连接到贮液器6的第一压缩机1a和第二压缩机1b。第一和第二压缩机1a和1b具有不同的容量。以恒定操作速度操作的恒速压缩机用作第一和第二压缩机1a和1b。因此，一个相应的压缩机根据空调系统所需的负载操作。在将制冷剂导入到第一压缩机1a之前，通过第一止回阀2a来控制制冷剂的流动。在制冷剂导入到第二压缩机1b中之前，通过第二止回阀2b来控制制冷剂的流动。

发明内容

技术问题

但是，在传统的空调系统中，即使在所需负载变化时，压缩机也被供应以恒定的压缩功，导致电能不必要的消耗，且空调系统的操作效率降低。

此外，两个压缩机独立地安装在传统空调系统中，因此在传统的空调系统中也安装有用于驱动两个压缩机的驱动单元，导致安装空间受限。另外，空调系统的制造成本增加。

另外，传统空调系统的操作范围仅由相应压缩机的功率决定，因此限制了操作范围。

另外，在传统空调系统开始操作时，液相制冷剂可能会导入到压缩机中。但是，在液相制冷剂导入到压缩机中时，过大的负载施加在压缩机上，因此压缩机的可靠性急剧下降。

技术方案

设计用来解决所述问题的本发明的目的在于提供一种空调系统及其控制方法，其能够改善空调系统的操作效率。

设计用来解决所述问题的本发明的另一个目的在于一种空调系统及其控制方法，其能够降低施加于压缩机的压缩功并防止液相制冷剂导入压缩机中。

设计用来解决所述问题的本发明的另一个目的在于提供一种空调系统及其控制方法，其能够拓展空调系统的操作范围。

设计用来解决所述问题的本发明的再一个目的在于提供一种空调系统及其控制方法，其能够容易地操作空调系统并降低空调系统的制造成本。

本发明的目的可以通过提供以下空调系统来实现，该空调系统包括：分相器，其用于将流动的制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂；蒸发器，其用于蒸发由所述分相器分离出的液相制冷剂；压缩机，其具有第一压缩部和第二压缩部，其中已经通过所述蒸发器的制冷剂导入所述第一压缩部中，而由所述分相器分离出的气相制冷剂以及已经通过所述第一压缩部的制冷剂导入所述第二压缩部中；以及控制单元，其用于同时或选择地控制导入所述分相器中的制冷剂的量和从所述分相器排出的制冷剂的量

优选地，该空调系统进一步包括：第一膨胀阀，其用于控制导入所述分相器中的制冷剂的量；第二膨胀阀，其用于控制从所述分相器排出并导入所述蒸发器中的液相制冷剂的量；以及制冷剂控制阀，其用于控制从所述分相器排出并导入所述第二压缩部中的气相制冷剂的量。

优选地，控制单元根据系统的操作负载来控制导入到第二压缩部中的气相制冷剂的量。

具体地说，控制单元根据取决于系统的操作负载的压缩机频率来控制制冷剂控制阀的打开量。

优选地，根据包括由用户设定的操作模式的因素来确定所述系统的操作负载。

优选地，根据包括室内温度和室外温度的因素来确定所述系统的操作负载。

优选地，所述空调系统进一步包括用于测量室外温度和室内温度的温度传感器。

优选地，所述空调系统进一步包括用于测量与制冷剂状态相关的数据的测量传感器。

优选地，所述测量传感器设置在第一制冷剂管上，由所述分相器分离出的气相制冷剂流经所述第一制冷剂管。

优选地，所述测量传感器为用于测量气相制冷剂的温度的温度传感器。

优选地，所述测量传感器为安装在与分相器连接的第一制冷剂管、第二制冷剂管和混合制冷剂管中的至少一个中的压力传感器。

优选地，所述控制单元将由所述压力传感器测量到的压力数据转换成与所述压力数据对应的温度数据。

优选地，所述控制单元根据依据室外温度和由所述测量传感器测量到的数据设定的与制冷剂状态相关的数据来控制所述的阀。

优选地，所述测量传感器包括压力传感器和/或温度传感器，且所述测量传感器设置于所述压缩机的出口处。

优选地，当所述空调系统开始操作时，所述控制单元关闭所有阀以防止液相制冷剂导入所述压缩机中。

在本发明的另一个方面中，提供一种空调系统的控制方法，该方法包括：检测操作所述系统所需的数据，以及根据检测到的数据同时或选择地控制导入分相器中的制冷剂的量和从所述分相器排出的制冷剂的量。

优选地，所述数据包括系统的操作负载，并且该控制方法进一步包括确定与系统的操作负载对应的压缩机的操作频率，以及以所确定的操作频率操作所述压缩机。

优选地，控制制冷剂的量的步骤包括根据压缩机的操作频率设定制冷剂控制阀的打开量，以及根据设定的打开量来控制制冷剂控制阀。

优选地，所述控制方法还包括改变空调系统的操作模式，以及根据所述改变的空调系统操作模式重新设定所述制冷剂控制阀的打开量。

优选地，所述数据包括与制冷剂状态相关的数据，并且所述控制方法进一步包括将测量到的数据和预先根据室外温度设定的与制冷剂状态相关的数据进行比较，以及根据测量到的数据和设定数据控制设置在与所述分相器连接的制冷剂管上的阀。

优选地，所述数据包括制冷剂的温度，且控制所述阀的步骤包括在制冷剂的温度不超过预先存储在控制单元中的第一预定温度时，关闭气相制冷剂通过其从所述分相器排出的制冷剂控制阀、并将制冷剂通过其导入所述分相器的第一膨胀阀和液相制冷剂通过其从所述分相器排出并导入蒸发器中的第二膨胀阀分别打开预定的开度。

优选地，控制所述阀的步骤包括在制冷剂的温度超过预先存储在所述控制单元中的第二预定温度时，将所述制冷剂控制阀、第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度重新设定为刚好在对所述阀进行控制之前的开度。

优选地，控制制冷剂的量的步骤包括：控制安装在制冷剂通过其导入所述分相器中的混合制冷剂管上的第一膨胀阀；控制安装在由所述分相器分离出的气相制冷剂所流经的第一制冷剂管上的制冷剂控制阀；以及控制安装在由所述分相器分离出的液相制冷剂通过其流向蒸发器的第二制冷剂管上的第二膨胀阀。

优选地，在所述空调系统开始操作时，关闭所有阀以防止液相制冷剂导入所述压缩机中。

优选地，在所有阀关闭之后，所述第一膨胀阀和第二膨胀阀分别打开至预定的开度，直到所述测量到的数据落在已稳定系统的参考数据的范围内。

优选地，当测量到的数据落在参考数据的范围内时，将所述制冷剂控制阀打开至预定的开度。

优选地，在将所述制冷剂控制阀打开至预定的开度之后，根据室外温度来控制所述第一膨胀阀、第二膨胀阀和制冷剂控制阀的开度。

有益效果

根据本发明的空调系统及其控制方法具有以下效果。

首先，根据空调系统的操作负载来控制制冷剂控制阀的打开量。因此，空调系统有效地操作。具体地说，在构造成其中容量可变的第一压缩部和第二压缩部安装在单个压缩机中的空调系统中，气相制冷剂根据空调系统的操作负载最优地供应给第二压缩部。因此，空调系统有效地操作。

尤其是，根据空调系统的操作负载来确定压缩机的操作频率，并且根据压缩机的操作频率来控制制冷剂控制阀的打开量。因此，可以降低压缩功，并同时实现了最大的制热和制冷效率。

第二，由分相器分离出的气相制冷剂供应给第二压缩部。因此，减少了施加于压缩机的压缩功。另外，改善了分相器的结构，从而防止了液相制冷剂导入压缩机中。因此，提高了压缩机的可靠性。

第三，当空调系统开始操作或者出现急剧压力变化时，控制所述的阀以防止液相制冷剂从分相器导入压缩机中。因此，防止了压缩机故障。

附图说明

包括用来进一步理解本发明的附图示出本发明的实施方式，并结合说明书以用来说明本发明的原理。

在这些附图中：

图1的视图示意性地示出传统空调系统的构造。

图2的视图示意性地示出根据本发明的空调系统的构造。

图3示出图2所示的空调系统的制冷循环。

图4的纵向剖视图示意性地示出安装在图2所示的空调系统中的压缩机。

图5的纵向剖视图示意性地示出安装在图2所示的空调系统中的分相器。

图6示出图2所示的空调系统的压缩机取决于外部负载地操作。

图7示出图4所示的压缩机的操作效率。

图8的框图示出用于控制图2所示的空调系统的过程。

图9的流程图示出根据本发明的空调系统控制方法的实施方式。

图10示出根据本发明的空调系统的性能，其取决于设在空调系统处的制冷剂控制管的开度。

图11的流程图示出根据本发明的空调系统控制方法的另一实施方式。

图12的流程图示出根据本发明的空调系统控制方法的再一实施方式。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的优选实施方式，在附图中示出了其例示。

首先，将参照图2对根据本发明的空调系统的构造进行详细说明。

空调系统包括蒸发器600、冷凝器300、膨胀阀410和420、压缩机100和用于将导入其中的制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂的分相器500。另外，空调系统还包括用于控制供应给冷凝器300、压缩机100和蒸发器600的制冷剂流动的四通阀200。下面将根据在进行冷却操作以冷却室内空间时的制冷剂流动对空调系统进行说明。

具体地说，第一压缩部110包括已经过蒸发器600的制冷剂导入到其中的第一缸体111(参见图4)，而第二压缩部120包括体积与第一缸体111不同的第二缸体121(参见图4)。

在分相器500和压缩机100之间安装有用于将制冷剂引导到第一压缩部110和第二压缩部120的制冷剂引导单元。

制冷剂引导单元可包括连接在第一压缩部110和第二压缩部120之间的中间制冷剂管740、连接在中间制冷剂管740和分相器500之间的第一制冷剂管710以及连接在第一压缩部110和分相器500之间的第二制冷剂管720。此外，制冷剂引导单元可包括安装在第一制冷剂管710上以控制导入到第二压缩部120中的气相制冷剂流动的制冷剂控制阀730。

膨胀阀410和420包括用于主要使已经过冷凝器300的制冷剂膨胀的第一膨胀阀410和用于使由分相器500分离出的液相制冷剂膨胀的第二膨胀阀420。已经过冷凝器300的制冷剂被过度地冷却。在制冷剂通过第一膨胀阀410时，制冷剂膨胀并被导入到分相器500中，同时气相制冷剂和液相制冷剂彼此混合。

分相器500安装在第一膨胀阀410和第二膨胀阀420之间，以使气相制冷剂和液相制冷剂彼此分离。分相器500与已经通过冷凝器300的制冷剂所流经的混合制冷剂管750连接。此外，分相器500与使由分相器500分离出的气相制冷剂从中流过的第一制冷剂管710和使由分相器500分离出的液相制冷剂从中流过的第二制冷剂管720连接。

当由分相器500分离出的液相制冷剂通过第二膨胀阀420时，液相制冷剂膨胀。将已经通过第二膨胀阀420的液相制冷剂导入到蒸发器600中，在该处使液相制冷剂相变成气相制冷剂。之后，已经通过蒸发器600的气相制冷剂通过四通阀200导入到压缩机——即第一压缩部110中。

由分相器500分离出的气相制冷剂流过第一制冷剂管710，并在中间制冷剂管740中与已经通过第一压缩部110的制冷剂混合。在中间制冷剂管740中混合的制冷剂导入到第二压缩部120中，在该处压缩制冷剂。压缩后的制冷剂排出压缩机。

分相器500没有特别的限制，只要该分相器500能够从已经通过冷凝器的制冷剂中分离出气相制冷剂。例如，分相器500可包括热交换器，由此在已经通过冷凝器的制冷剂和外部空气之间进行热交换以从制冷剂中获得气相制冷剂。

通过用于控制空调系统操作的控制单元(未示出)控制制冷剂控制阀730。控制单元用于驱动第一压缩部110和第二压缩部120。此外，控制单元用于控制制冷剂控制阀730。

在第一制冷剂管710上可安装毛细管，以控制导入到中间制冷剂管740中的气相制冷剂的流率。具体地说，可以通过控制第一制冷剂管710的内径来控制导入到中间制冷剂管740中的气相制冷剂的量。

由于在第二压缩部120中压缩由分相器500分离出的气相制冷剂以及经第一压缩部110压缩的制冷剂，所以减少了施加于压缩机100的压缩功。因为减少压缩机100的压缩功，所以拓展了压缩机100的操作范围，使得空调系统甚至可用在非常寒冷的地区或者热带地区中。

本发明不限于上述实施方式。例如在空调系统开始操作或者确定空调系统的可靠性时，可关闭制冷剂控制阀以防止气相制冷剂导入到第二压缩部中。

此外，空调系统可如此地构造，使得即使在外部负载较低的区域中，压缩机操作、同时制冷剂控制阀关闭。例如，在外部负载处于预定负载范围内时，控制单元关闭制冷剂控制阀730，从而只驱动第一压缩部。因此，由气相分离器500分离出的气相制冷剂不再导入到第二压缩部120。因此，分相器500用作贮液器。

当然，可以在由分相器分离出的气相制冷剂不供应到中间制冷剂管时——即制冷剂控制阀关闭时——仅仅使第二压缩部操作或者使第一和第二压缩部都操作。

下面将参照图2和3对根据本发明的空调系统的压焓转换进行说明。

在通常的空调系统中，制冷循环包括压缩过程10→20a、冷凝过程20a→30、膨胀过程30→60a和蒸发过程60a→10。但是，根据此实施方式的空调系统的制冷循环包括压缩过程10→90→80→20、冷凝过程20→30、膨胀过程30→40→50→60和蒸发过程60→10。

在此施方式中，压缩过程包括第一压缩过程10→90和第二压缩过程80→20。第一压缩过程为在第一压缩部110中进行的压缩过程，而第二压缩过程为在第二压缩部120中进行的压缩过程。

第二压缩过程的起始点从点90移到点80的原因在于：由分相器500分离出的气相制冷剂通过中间制冷剂管740导入到第二压缩部120中。也就是说，由分相器500分离出的气相制冷剂与已经通过第一压缩部110的制冷剂混合，并然后导入到第二压缩部120中，从而降低了整体制冷剂的焓。

具体地说，由气相分离器500分离出的气相制冷剂与由第一压缩部110压缩的制冷剂混合，并然后供应到第二压缩部120，由此压缩机中所需的压缩功减少W21，因此提高了空调系统的整体能效。

此外，在此实施方式中，膨胀过程包括第一膨胀过程30→40和第二膨胀过程50→60。第一膨胀过程为在第一膨胀阀410中进行的膨胀过程，而第二膨胀过程为在第二膨胀阀420中进行的膨胀过程。

第二膨胀过程的起始点从点40移到点50——即功增加W11——的原因在于：只有气相制冷剂从导入到分相器500中的制冷剂分离出、并然后流经第一制冷剂管710。也就是说，气相制冷剂从分相器排出，由此降低了导入到蒸发器中的制冷剂的焓。由此，提高了蒸发器600的热交换效率，并因此改善了空调系统的制冷效率。

此外，由气相分离器500分离出的气相制冷剂以及已经通过蒸发器600的制冷剂被供应到压缩机100中。因此，制冷剂的循环量提高，导致压缩机100的功率增加，因此大大改善了空调系统的效率。

本发明不限于上述的实施方式。例如，热交换器可安装在第一制冷剂管和第二制冷剂管之间以便在由分相器500分离出的气相制冷剂和已经通过蒸发器600的制冷剂之间进行热交换，由此进一步降低导入到压缩机中的制冷剂的焓。因此，进一步降低了压缩机中所需的压缩功。

下面，将参照图4对用于将制冷剂引导到压缩机的制冷剂引导单元和根据本发明的压缩机进行说明。

压缩机包括形成压缩机外观的外壳130、安装在外壳130中的驱动单元140以及由驱动单元140驱动的第一压缩部110和第二压缩部120。

驱动单元140包括具有绕组线圈的定子141和以可转动的方式安装在定子141中的转子143。转轴145装配在转子143中。转轴145与第一压缩部110和第二压缩部120连接。

第一压缩部110和第二压缩部120的压缩功率可根据外部负载变化。第一压缩部110和第二压缩部120安装在单个压缩机中。第一压缩部110安装在外壳130的下端，而第二压缩部120安装在第一压缩部110上方。当然，可以在第一压缩部110和第二压缩部120之间安装中间板，以使第一压缩部110和第二压缩部120彼此分开。

第一压缩部110包括其中限定有制冷剂压缩空间的第一缸体111和安装在第一缸体111的底部处的第一轴承113。第二压缩部120包括其中限定有制冷剂压缩空间的第二缸体121和安装在第二缸体123的顶部处的第二轴承。当然，第一轴承113可安装在第一缸体111的顶部处，而第二轴承123可安装在第二缸体121的底部处。

第一缸体111在其一侧处设有第一缸体入口111a，已经通过蒸发器的制冷剂通过该入口111a导入到第一缸体111中。第一缸体111在其另一侧处设有第一缸体出口111b，在第一缸体111中压缩的制冷剂通过该出口111b排出。当然，第一开闭阀可安装在第一缸体出口111b中以打开和关闭第一缸体出口111b。

第二缸体121在其一侧处设有第二缸体入口121a，由第一压缩部110压缩的制冷剂和由分相器分离出的气相制冷剂通过该入口121a导入到第二缸体121中。第二缸体121在其另一侧处设有第二缸体出口121b，在第二缸体121中压缩的制冷剂通过该出口121b排出。此外，第二开闭阀125安装于第二缸体出口121b中以打开和关闭第二缸体出口121b。

当然，可采用包括三个或多个压缩单元的多级压缩机作为压缩机。具体地说，可设置一个或多个使用由分相器分离出的气相制冷剂的压缩单元。

另一方面，通过制冷剂引导单元来控制导入到第一压缩部和第二压缩部中的制冷剂。制冷剂控制阀730安装在第一制冷剂管710上以控制流经第一制冷剂管710的气相制冷剂的流动。第一制冷剂管710与中间制冷剂管740连接。中间制冷剂管740与第二缸体出口121b连通。此外，中间制冷剂管740与第一缸体出口111b连通。因此，在第一缸体中压缩的制冷剂和由分相器分离出的气相制冷剂导入到第二缸体121中，制冷剂在该第二缸体121处压缩。

当然，在第一缸体中压缩的制冷剂和由分相器分离出的气相制冷剂可分别地导入到第二缸体121中。具体地说，中间制冷剂管740可与第二缸体121直接连通，而第一缸体出口111b可与第二缸体121直接连通，由此，制冷剂分别导入到第二缸体121中。

下面将说明采用具有上述构造的压缩机的空调系统的操作。

在空调系统开始操作时，驱动具有第一压缩部110和第二压缩部120的压缩机100、冷凝器300、分相器500、膨胀阀410和420以及蒸发器600。

首先，分相器500将制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂。

由分相器500分离出的液相制冷剂导入到蒸发器600中，而由分相器500分离出的气相制冷剂导入到与压缩机100连接的中间制冷剂管740中。控制单元同时驱动第一压缩部110和第二压缩部120并打开制冷剂控制阀730，从而使得由分相器500分离出的气相制冷剂导入到中间制冷剂管740中。

在液相制冷剂通过蒸发器600时，导入到蒸发器600中的液相制冷剂相变成气相制冷剂。在气相制冷剂通过第二膨胀阀420时，气相制冷剂膨胀。通过第二膨胀阀420的气相制冷剂导入到压缩机100的第一压缩部110中。

在第一压缩部110中压缩的制冷剂导入到中间制冷剂管740中。混合于中间制冷剂管740中的制冷剂导入到压缩机100的第二压缩部120中，制冷剂在该第二压缩部120处压缩。

具体地说，已经通过蒸发器的制冷剂通过第一缸体入口111a导入到第一缸体111中，然后在第一缸体111中压缩。在第一缸体111中压缩的制冷剂通过第一缸体出口111b导入到中间制冷剂管740中。

因此，由分相器500分离出的气相制冷剂和由第一压缩部110压缩的制冷剂在中间制冷剂管740中彼此混合。混合的制冷剂通过第二缸体入口121a导入到第二缸体121中，并然后在第二缸体121中压缩。之后，制冷剂通过第二缸体出口121b从第二缸体121排出，并然后通过设在外壳130处的压缩机排出管133导入到冷凝器中。

第一缸体111和第二缸体121具有不同的体积。此外，第一缸体111和第二缸体121具有不同的压缩系数。具体地说，假设第一缸体111的体积为100，则第二缸体121的体积为40至80。

当然，压缩机可在气相制冷剂没有导入到中间制冷剂管中时操作。具体地说，已经通过分相器的制冷剂通过蒸发器导入到第一压缩部的一侧——即第一缸体入口111a，并然后通过驱动单元的操作而在第一缸体111中压缩。

压缩的制冷剂通过第一缸体出口111b导入到中间制冷剂管740中。导入到中间制冷剂管740中的制冷剂导入到第二缸体121中。但是，制冷剂可在第二缸体121中压缩或者不压缩。是否在第二缸体121中压缩制冷剂可根据负载范围确定。

下面将参照图5对根据本发明的分相器的结构进行说明。

分相器包括用于存储制冷剂的存储器530、用于将制冷剂引导到存储器530的混合制冷剂管连接部550、安装在存储器530中的分离板540、从存储于存储器530内的制冷剂中分离出的气相制冷剂通过其排出存储器530的第一制冷剂管连接部510以及从存储于存储器530内的制冷剂中分离出的液相制冷剂通过其排出存储器530的第二制冷剂管连接部520。

存储器530提供一个用于暂时存储制冷剂的空间。具体地说，气相制冷剂和液相制冷剂的混合物导入到存储器530中。

存储器530包括圆筒形的容器本体530、形成在容器本体531的上端处的顶壁533和形成在容器本体531的下端处的底壁535。

混合制冷剂管连接部550和第二制冷剂管连接部520贯穿顶壁533向下延伸，同时混合制冷剂管连接部550和第二制冷剂管连接部520与底壁535隔开一个预定距离。

分离板540用于将导入存储器的制冷剂分离成液相制冷剂和气相制冷剂。分离板540安装在顶壁533下方。因此，当制冷剂通过混合制冷剂管连接部550导入到存储器530中时，制冷剂的气相制冷剂组分通过分离板540，并然后通过第一制冷剂管连接部510供应到压缩机。

另一方面，制冷剂的液相制冷剂组分与分离板540碰撞，因此液相制冷剂组分从分离板540下落。之后，存储在分离板540下方的存储器中的液相制冷剂通过第二制冷剂管连接部520排出，然后导入到第二膨胀阀420中。

在外部负载较大时——即处于非常寒冷的地区或热带地区中时，空调系统具有这样的制冷剂流动：其中由分相器分离出的气相制冷剂导入到第二压缩部120中，同时由分相器分离出的气相制冷剂与已经通过第一压缩部110的制冷剂混合。当然，在外部负载较小时，可使第一压缩部或第二压缩部之一操作。

通常，确定压缩机的效率的主要因素是压缩机的功率和耗能率。这里，在压缩机的制造期间确定压缩机的功率，以使得压缩机适用于相应的空调系统。因此，虽然压缩机的功率与传统压缩机相同，但是必须降低能耗，从而拓展空调系统的操作范围。

在根据本发明的空调系统中，气相制冷剂与由第一压缩部110压缩的制冷剂一起供应给第二压缩部120。因此，施加于压缩机的压缩功减少，因此降低了能耗，由此，虽然空调系统的输出与传统空调系统相同，但是空调系统的整体效率得以提高。因此，虽然压缩机的功率与传统压缩机相同，空调系统的操作范围得到进一步的拓展。

下面将参照图2和6对根据本发明的空调系统中的压缩机的操作进行说明。

在冷却室内空间的制冷操作中，外界施加给压缩机的压缩功——即外部负载——与室外温度成正比。但是，外部负载并不仅仅是室外温度的函数。可考虑进行操作的室内机的数量、室内温度和预定温度来确定外部负载。但是，下面将在假设外部负载仅仅包括室外温度的前提下来说明压缩机的工作。

例如，在室外温度较低时，冷却室内空间的需求降低，因此外部负载下降。另一方面，在室外温度较高时，必须给空调系统提供大量的功以冷却室内空间，因此外部负载增加。在加热室内空间的加热操作中，在室外温度较低时，外部负载增加，而在室外温度较高时外部负载减小。

如前面结合图2所述，空调系统具有这样的制冷剂流动：其中在外部负载较大时——即在非常寒冷的地区或热带地区中，由分相器分离出的气相制冷剂导入到第二压缩部120，同时由分相器分离出的气相制冷剂与通过第一压缩部110的制冷剂混合。当然，在外界负载较小时，可以使第一压缩部或第二压缩部之一操作。

在图6中，根据外部负载和室外温度画出的矩形形状指代外界施加于压缩机的压缩功。矩形A表示当第一压缩部操作时施加于压缩机上的压缩功。部分B中的矩形表示根据外部负载可变地供应到第二压缩部的压缩功。

在施加于压缩机的外部负载——即总压缩功——为W1+W2时，将W1的压缩功供应给第一压缩部110，并且将W2的压缩功供应给第二压缩部120。

在施加于空调系统上的外部负载落在W1部分内时，空调系统中只有第一压缩部操作。当然，第一压缩部可以根据外部负载变化。

下面将参照图2和7对根据本发明的压缩机的操作效率进行说明。

一般来说，确定压缩机效率的主要因素为压缩机的功率和耗能率。这里，在压缩机的制造期间确定压缩机的功率，从而使得压缩机适用于相应的空调系统。因此，虽然压缩机的功率与传统压缩机相同，但是必须降低能耗，从而拓展空调系统的操作范围。

如图所示，传统空调系统可仅在其中外部负载的范围为Wi至Wf的区域中操作。换句话说，传统空调系统的操作范围仅根据压缩机的功率确定。

但是，根据此实施方式的空调系统可在其中外部负载的范围为Wk至Wf的区域中操作。在空调系统中，气相制冷剂与由第一压缩部110压缩的制冷剂一起供应给第二压缩部120。因此，施加于压缩机的压缩功降低，因此降低了能耗，由此，虽然空调系统的输出与传统空调系统相同，但是提高了空调系统的总效率。因此，虽然压缩机的功率与传统压缩机相同，但是空调系统的操作范围得以进一步地拓展。

具体地说，可以看出，当第一缸体111与第二缸体121的体积比(M∶N)为100∶50时，根据本发明的空调系统的操作范围比传统空调系统提高30％以上，并且根据本发明的空调系统的操作效率比传统空调系统提高了20％以上。

从空调系统的性能系数(COP)方面看，可以看出获得相同制冷功率所需的压缩功——即能耗——降低，因此提高了空调系统的COP。当然，当与传统空调系统相同的压缩功供应给根据本发明的空调系统时，空调系统的COP提高，因此提高了空调系统的制冷效率。

理论上，空调系统的COP由蒸发器所吸收的热量与压缩功的热量之间的比率表示。实际上，压缩功的热量意味着空调系统的实际能耗，而由蒸发器吸收的热量意味着空调系统的制冷功率。

在根据本发明的空调系统中，使用由分相器分离出的气相制冷剂来驱动压缩机。因此，空调系统的操作效率得以提高，并且空调系统的操作范围拓展。另外，随着空调系统操作范围的拓展，空调系统甚至可以在非常寒冷的地区或热带地区中操作。

下面，将参照图8和9对根据本发明的空调系统的控制方法的实施方式进行详细说明。

根据本发明的空调系统检测操作空调系统所需的数据，并且根据所检测到的数据同时地或选择地控制导入到分相器中的制冷剂的量和从分相器排出的制冷剂的量。

该数据可以为使空调系统操作所需的空调系统的操作负载或者与制冷剂相关的数据。下面，将对根据空调系统的操作负载来控制空调系统的过程进行说明。

当用户选择空调系统的操作模式时，控制单元C检测空调系统的操作负载(S10)。

空调系统的操作模式可根据所期望的制冷/制热度分成几个等级。例如，空调系统的操作模式可根据室内温度和室外温度之间的差设成几个等级。

空调系统的操作负载由几个因素确定，这些因素包括室内温度、室外温度、制冷剂管的长度和进行操作的室内机的数量以及所选择的操作模式。

具体地说，控制单元C与输入单元A连接，以允许用户输入空调系统的操作模式。控制单元C将信息传递到温度传感器B和从温度传感器B接收信息，所述温度传感器B用于测量室外温度和室内温度。

在检测出空调系统的操作负载时，控制单元C确定与空调系统的操作负载对应的压缩机操作频率，即第一输出值D(S30)。这里，压缩机的操作频率表示成空调系统操作负载的相应变量的函数。该函数为提前根据实验获取的结果，并且存储在控制单元C中。

根据本发明的控制单元在影响压缩机的操作频率的多个因素中考虑室内机的功率、室外温度、室内温度、室内温度和预定温度之间的差、制冷剂管的长度以及进行操作的室内机数量来确定压缩机的操作频率。

当室内温度和预定温度之间的差较大时，压缩机的操作频率增加。当室外温度和室内温度之间的差较大时，压缩机的操作频率增加。此外，当进行操作的室内机的数量增加时，压缩机的操作频率增加。另外，制冷剂管的长度影响压缩机的操作频率。进一步地，可以通过考虑这些变量的影响根据实验获取确定压缩机操作频率的补偿系数，以确定压缩机的操作频率。

在确定了压缩机的操作频率时，控制单元C控制压缩机在所确定的操作频率下操作(S50)。之后，控制单元C控制导入到中间制冷剂管中的气相制冷剂的量(S70)。

具体地说，控制单元C确定与压缩机操作频率对应的制冷剂控制阀打开量，即第二输出值E(S71)。在此，压缩机操作频率和制冷剂控制阀打开量之间的关系预先存储在控制单元C中。压缩机操作频率和制冷剂控制阀打开量之间的关系为提前根据实验获取的结果。

例如，控制单元C在压缩机的特定操作频率下不同地调节制冷剂控制阀的开度，并且根据制冷剂控制阀的开度来计算空调系统的冷却功率。可将其中在压缩机的特定操作频率下提供最高制冷功率的制冷剂控制阀开度选择为与压缩机操作频率对应的制冷剂控制阀开度。

作为示例，将参照图10对根据压缩机的操作频率设定制冷剂控制阀开度的过程进行说明。

图10示出当在压缩机的特定操作频率处一致地保持第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度、同时连续地改变制冷剂控制阀的开度时空调系统的性能。

从图10中可以看出，在第一膨胀阀的开度为22％、第二膨胀阀的开度为20％、且制冷剂控制阀的开度为40％时，空调系统的制热功率和制冷性能最高。

从图10中还可以看出，在第一膨胀阀的开度为22％、第二膨胀阀的开度为26％、且制冷剂控制阀的开度为30％时，空调系统的制热功率和制冷性能最高。从图10中还可以看出，在第一膨胀阀的开度为22％、第二膨胀阀的开度为30％、且制冷剂控制阀的开度为40％时，空调系统的制热功率和制冷性能最高。从图10中还可以看出，在第一膨胀阀的开度为24％、第二膨胀阀的开度为40％、且制冷剂控制阀的开度为40％时，空调系统的制热功率和制冷性能最高。从图10所示的结果可以看出，在压缩机的特定操作频率下，当制冷剂控制阀的开度大约为40％时，空调系统的制热功率和制冷性能最高。

压缩机的操作频率和制冷剂控制阀的打开量通过上述方法按照一一对应的方式彼此对应。该信息存储在控制单元中。

在确定了制冷剂控制阀的打开量时，控制单元如此地控制制冷剂控制阀，使得制冷剂控制阀打开所确定的打开量(S73)。

另一方面，当用户改变操作模式时，控制单元检测空调系统的操作负载并且根据所检测出的操作负载调节制冷剂控制阀的开度。因此，根据本发明的空调系统可根据空调系统的操作负载控制导入到压缩机中的气相制冷剂的量，由此优化了空调系统的性能。

当任一主要因素改变时，控制单元考虑该改变的因素来确定压缩机的新操作频率，并且根据所确定的压缩机操作频率重新调节制冷剂控制阀的开度。换句话说，当任一主要因素改变时，重复进行上述过程以找到空调系统的最佳操作状态。

当然，压缩机可以操作、同时压缩机的操作频率在根据空调系统的初始操作负载设定之后不改变，而制冷剂控制阀的打开量可根据空调系统的操作负载的变量——例如室内温度和室外温度——来改变。

下面将参照图2和11对根据本发明的空调系统的控制方法的另一实施方式进行详细说明。

根据本发明的空调系统根据与制冷剂相关的数据来控制流经与分相器连接的制冷剂管的制冷剂的量。具体地说，控制制冷剂的量的过程可包括：控制安装在导入到分相器中的制冷剂所流经的混合制冷剂管上的第一膨胀阀的步骤、控制安装在由分相器分离出的气相制冷剂所流经的第一制冷剂管上的制冷剂控制阀的步骤、以及控制安装在由分相器分离出的液相制冷剂导入到蒸发器中所流经的第二制冷剂管上的第二膨胀阀的步骤。

首先，当空调系统开始操作、且从冷凝器300排出的制冷剂存储在分相器500中时，安装在第一制冷剂管连接部510中的测量传感器(未示出)测量制冷剂的压力(S100)。随后，控制单元将测量出的压力转换成温度以获得制冷剂的温度(S200)。

当然，测量传感器可安装在至少一个与分相器连接的制冷剂管中。此外，测量传感器可直接测量气相制冷剂的温度。

随后，控制单元确定在分相器500中制冷剂的温度是否超过第一预定温度T1(S300)。第一预定温度T1提前存储在控制单元中。此外，制冷剂的第一预定温度T1为通过实验设定的值。第一预定温度T1表示根据取决于室外空气温度的操作条件当液相制冷剂通过第一制冷剂管连接部510排出时的制冷剂温度。随后，控制单元将转换后的制冷剂温度与预定温度T1进行比较。

当通过比较确定转换后的制冷剂温度不超过预定温度T1时，控制单元完全关闭气相制冷剂供应到压缩机100的第二压缩部120所流经的制冷剂控制阀730(S400)。之后，控制单元调节第一膨胀阀410和第二膨胀阀420的开度(S500)以降低分相器500中的液相制冷剂的高度并增加气相制冷剂的量。例如，控制单元增大第二膨胀阀420的开度，从而使得从分相器排出较大量的液相制冷剂。

因此，防止了液相制冷剂和第一制冷剂管连接部510的最下端之间的接触，并防止了液相制冷剂导入到压缩机100中，由此防止了压缩机100的性能降低。

当确定测量到的制冷剂温度超过第二预定温度T2时(S600)，控制单元停止控制制冷剂的高度并重新调节相应阀的打开量，从而使得阀的打开量为刚好在对阀进行控制之前的打开量(S700)。换句话说，控制单元将制冷剂控制阀730打开一个预定的打开量，并且将第一和第二膨胀阀410和420分别关闭一个预定的打开量。

当在S300处确定分相器500中的制冷剂的温度超过预定温度T1时，连续地进行空调系统的操作(S800)。之后，当用户输入断开电源指令时(S900)，操作停止。

通过上述过程实现空调系统的多级压缩，并且压缩机的性能得以正常维持。

下面将参照图2和12对根据本发明的空调系统的控制方法的再一实施方式进行详细说明。

首先，在空调系统开始操作时，驱动压缩机100(S1000)。

此时，液相制冷剂可由于分相器500中的压力的突然变化而上升，因此液相制冷剂可能导入到第一制冷剂管连接部中。因此，为了防止出现这种现象，关闭与分相器连接的所有阀(S2000)。

随后，100/500的脉冲驱动信号输入到第一膨胀阀410，且100/500的脉冲驱动信号输入到第二膨胀阀420，从而使得第一和第二膨胀阀410和420分别打开预定量V1和V2(S3000)。维持第一和第二膨胀阀410和420的这些开度，直至制冷循环稳定。在500脉冲的驱动信号输入到第一膨胀阀410和第二膨胀阀420时，通过第一和第二膨胀阀410和420实现了最大输出。因此，输入100/500脉冲的驱动信号意味着相对于最大为500脉冲的驱动信号输入100脉冲的驱动信号。通常地，驱动膨胀阀的驱动信号不低于100脉冲。此外，制冷剂控制阀730保持打开。制冷剂控制阀730不打开的原因在于当制冷剂控制阀730打开时需要更多的时间来稳定制冷循环，这已经被实验验证了。

这时，安装在压缩机100出口侧处的测量传感器(未示出)测量与制冷剂相关的数据——即制冷剂的温度和压力(S4000)。当测量传感器安装在压缩机100的出口侧处时，可以容易地确定制冷剂是否适用于空调系统的全部操作负载。

随后，控制单元将测得的数据与预定的参考数据比较以确定空调系统的制冷循环是否稳定(S5000)。优选的，与制冷剂的温度或压力相关的参考数据设定为在正常状态下测量出的值，在该正常状态中，液相制冷剂不从分相器导出。

当确定制冷循环稳定时——即测得的数据落在参考数据的范围内时，控制单元控制制冷剂控制阀730，使其打开一个预定量V3，从而使得气相制冷剂供应到压缩机100的第二压缩部120(S6000)。

随后，压缩机继续操作、同时基于负载量根据室外空气的温度来调节阀的打开量，从而防止液相制冷剂导入到压缩机中，并且使得压缩功最小化(S7000)。

对于本领域传统技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以对本发明作出各种变化和改变。因此，本发明意在涵盖本发明的这些改变和变化，只要它们落入在所附权利要求及其等同方案的范围内。

工业实用性

根据本发明，由第一压缩部压缩的制冷剂和由分相器分离的气相制冷剂在第二压缩部中混合和压缩。因此，本发明提供了减少压缩机所需的压缩功的效果，由此相对增大了空调系统的操作范围，使得该空调系统甚至可用于非常寒冷的地区中。另外，根据制冷剂的状态或空调系统的负载来同时地或选择地控制导入到分相器的制冷剂量和从分相器排出的制冷剂量。因此，本发明提供了使得空调系统有效地操作的效果。

Claims (23)

1.一种空调系统，包括：

分相器，其用于将流动的制冷剂分离成气相制冷剂和液相制冷剂；

蒸发器，其用于蒸发由所述分相器分离出的液相制冷剂；

压缩机，其具有第一压缩部和第二压缩部，其中已经通过所述蒸发器的制冷剂导入到所述第一压缩部中，而由所述分相器分离出的气相制冷剂以及已经通过所述第一压缩部的制冷剂导入到所述第二压缩部中；

控制单元，其用于同时或选择性地控制导入所述分相器中的制冷剂的量和从所述分相器排出的制冷剂的量；以及

第一膨胀阀，其用于控制导入所述分相器中的制冷剂的量；

第二膨胀阀，其用于控制从所述分相器排出并导入所述蒸发器中的液相制冷剂的量；以及

制冷剂控制阀，其用于控制从所述分相器排出并导入所述第二压缩部中的气相制冷剂的量，

其中当所述空调系统开始操作时，所述控制单元关闭所有阀以防止液相制冷剂导入所述压缩机中。

2.如权利要求1所述的空调系统，其中所述控制单元根据系统的操作负载来控制导入所述第二压缩部中的气相制冷剂的量。

3.如权利要求2所述的空调系统，其中所述控制单元根据依照系统操作负载确定的压缩机频率来控制所述制冷剂控制阀的打开量。

4.如权利要求3所述的空调系统，其中根据包括由用户设定的操作模式在内的多个因素来确定所述系统的操作负载。

5.如权利要求3所述的空调系统，其中根据包括室内温度和室外温度在内的多个因素来确定所述系统的操作负载。

6.如权利要求5所述的空调系统，进一步包括：

温度传感器，其用于测量所述室外温度和室内温度。

7.如权利要求1所述的空调系统，进一步包括：

测量传感器，其用于测量与制冷剂状态相关的数据。

8.如权利要求7所述的空调系统，其中所述测量传感器设置在第一制冷剂管上，由所述分相器分离出的气相制冷剂流经所述第一制冷剂管。

9.如权利要求8所述的空调系统，其中所述测量传感器为用于测量气相制冷剂的温度的温度传感器。

10.如权利要求7所述的空调系统，其中所述测量传感器为安装在与所述分相器连接的若干冷剂管中的至少一个中的压力传感器。

11.如权利要求10所述的空调系统，其中所述控制单元将由所述压力传感器测量到的压力数据转换成与所述压力数据对应的温度数据。

12.如权利要求7至10中任一项所述的空调系统，其中所述控制单元根据依据室外温度和由所述测量传感器测量到的数据设定的与制冷剂状态相关的数据来控制所述第一膨胀阀、第二膨胀阀以及制冷剂控制阀。

13.如权利要求7所述的空调系统，其中所述测量传感器包括压力传感器和/或温度传感器，且所述测量传感器设置于所述压缩机的出口处。

14.一种空调系统的控制方法，包括：

检测操作所述系统所需的数据，所述数据包括与制冷剂状态相关的数据；

将测量到的数据和预先根据室外温度设定的与制冷剂状态相关的数据进行比较；

根据检测到的数据同时或选择性地控制导入分相器中的制冷剂的量和从所述分相器排出的制冷剂的量；以及

根据测量到的数据和设定数据控制设置在与所述分相器连接的制冷剂管上的阀，

所述数据包括制冷剂的温度，且所述控制阀的步骤包括

当制冷剂的温度不超过预先存储在控制单元中的第一预定温度时，关闭气相制冷剂通过其从所述分相器排出的制冷剂控制阀、并将制冷剂通过其导入所述分相器的第一膨胀阀和液相制冷剂通过其从所述分相器排出并导入蒸发器中的第二膨胀阀分别打开预定的开度。

15.如权利要求14所述的控制方法，其中

所述数据包括系统的操作负载，且所述控制方法进一步包括：

确定与所述系统的操作负载对应的压缩机操作频率；以及

以所确定的操作频率操作所述压缩机。

16.如权利要求14所述的控制方法，其中所述控制制冷剂的量的步骤包括：

根据压缩机的操作频率设定制冷剂控制阀的打开量，以及

根据所设定的打开量控制所述制冷剂控制阀。

17.如权利要求14至16中任一项所述的控制方法，进一步包括：

改变空调系统的操作模式；以及

根据所改变的空调系统操作模式重新设定所述制冷剂控制阀的打开量。

18.如权利要求14所述的控制方法，其中所述控制阀的步骤包括

当制冷剂的温度超过预先存储在所述控制单元中的第二预定温度时，将所述制冷剂控制阀、第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度重新设定为刚好在对所述阀进行控制之前的开度。

19.如权利要求14所述的控制方法，其中所述控制制冷剂的量的步骤包括

控制安装在制冷剂通过其导入到所述分相器中的混合制冷剂管上的第一膨胀阀；

控制安装在由所述分相器分离出的气相制冷剂所流经的第一制冷剂管上的制冷剂控制阀；以及

控制安装在由所述分相器分离出的液相制冷剂通过其流向蒸发器的第二制冷剂管上的第二膨胀阀。

20.如权利要求19所述的控制方法，其中当所述空调系统开始操作时，关闭所有阀以防止液相制冷剂导入所述压缩机中。

21.如权利要求20所述的控制方法，其中在所有阀关闭之后，所述第一膨胀阀和第二膨胀阀分别打开至预定的开度，直到所述测量到的数据落在已稳定系统的参考数据的范围内。

22.如权利要求21所述的控制方法，其中，当测量到的数据落在参考数据的范围内时，将所述制冷剂控制阀打开至预定的开度。

23.如权利要求22所述的控制方法，其中，在将所述制冷剂控制阀打开至预定的开度之后，根据室外温度来控制所述第一膨胀阀、第二膨胀阀和制冷剂控制阀的开度。

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