CN101772681B - 制冷系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种制冷系统的运行方法，该制冷系统包括主制冷剂回路、再热回路和流量控制装置，该流量控制装置具有将所述再热回路从所述主制冷剂回路隔离的第一位置，以及将所述再热回路放置来与所述主制冷剂回路流体连通的第二位置。该制冷系统还包括与所述流量控制装置电性连通的控制器。该控制器被配置来在冷却模式期间将该流量控制装置移动到第一位置，并在再热模式或油回收模式期间将该流量控制装置移动到第二位置。该制冷系统控制器可以以连续或间歇的方式执行油回收模式。

Description

制冷系统

【技术领域】

本公开涉及制冷及空气调节系统。更具体地说，本公开涉及具有带有改进回油机构的再热回路的制冷系统。

【背景技术】

制冷系统被利用来控制各种将要调节的环境中的空气温度和湿度。典型地，制冷剂在压缩机中被压缩并被输送到排热换热器。众所周知，虽然排热换热器是用于亚临界应用的冷凝器以及用于跨临界应用的气体冷却器，为了简便，其在本公开中将被称为冷凝器。在冷凝器中，热量在外界环境空气和制冷剂之间交换，从而冷却制冷剂。制冷剂从冷凝器穿过到达膨胀装置，在膨胀装置中制冷剂被膨胀到较低压力和温度，并随后穿过蒸发器。在蒸发器中，热量在制冷剂和室内空气之间交换，以便调节室内空气。当制冷系统运行时，蒸发器冷却正被供给到室内环境的空气。此外，随着室内空气的温度降低，湿气通常也从空气中除去。通过这种方式，空气的湿度水平也可被控制。

在某些情况下，空气被带入以在调节空间中提供舒适环境的温度水平可能需要高于提供理想湿度水平的温度。这类对应的温度和湿度水平可以在不同应用间变化，并且非常依赖环境条件和运行条件。这样已经造成了对制冷系统设计者的设计挑战。一种解决这类挑战的方法是利用包括再热换热器的再热回路。在许多情况下，再热换热器被放置在蒸发器之后的室内气流的通道中。在空气通过与蒸发器的外表面接触而被过度冷却后，再热换热器被用于再次加热该供给到调节空间的空气的目的。

一种制冷系统设计者可用的选择是将再热回路整合到主制冷剂回路。再热回路可以包括一个或多个再热换热器。当使用再热回路时，至少一部分位于膨胀装置上游的制冷剂从主制冷剂回路分流，穿过再热换热器，并随后返回到主制冷剂回路。至少一部分穿过蒸发器的受调节空气随后穿过这个将要再次加热到期望温度的再热换热器。当不需要再次加热受调节空气时，再热回路从主制冷剂回路隔离。

有许多现有技术已知的再热回路示意图的变型。但是，所有这些设计的一个缺点是携带压缩油的制冷剂随着时间将迁移到制冷剂回路中的最冷地点，即，再热换热器。当再热回路不运行时，即，当制冷系统在不需要再次加热任何受调节空气的情况下进行冷却运转时，这种迁移的制冷剂和压缩油将被困留在再热回路内。这种情况可以发生于延长的时间间隔，在该时间间隔期间，大量的压缩油可以积聚在再热回路中，这是一个严重的问题。压缩油箱中油的损失可以造成严重的压缩机故障。

鉴于此，需要一种再热制冷系统，其将消除现有可用系统的这个缺陷以及其它缺陷。

【发明内容】

本公开提供一种制冷系统，其包括主制冷剂回路、再热回路和流量控制装置(例如，三通阀)，该流量控制装置可以选择性地将至少一部分制冷剂传送通过再热回路。该流量控制装置具有将所述再热回路从所述主制冷剂回路隔离的第一位置，以及将所述再热回路放置来与所述主制冷剂回路流体连通的第二位置。该制冷系统还包括与所述流量控制装置电性连通的控制器。该控制器被配置来在冷却模式期间选择性地将该流量控制装置移动到第一位置，并在再热模式或油回收模式期间将该流量控制装置移动到第二位置。

本公开还提供一种在制冷系统中回收油的方法。该制冷系统包括主制冷回路、再热回路、流量控制装置和与所述流量控制装置电性连通的

控制器。该流量控制装置具有将所述再热回路从所述主制冷剂回路隔离的第一位置，以及将所述再热回路放置来与所述主制冷剂回路流体连通的第二位置。该方法包括在运行冷却模式期间将该流量控制装置移动到该第一位置的步骤，以及在运行再热模式或油回收模式期间将该流量控制装置移动到该第二位置的步骤。

【附图说明】

图1示出本公开的制冷系统的示意图；以及图2示出本公开的制冷系统的替代实施例的示意图。

【具体实施方式】

参照图1，其示出本公开的制冷系统10。制冷系统10有利地包括控制器50，该控制器可以以下述方式选择性地或周期性地将过量的制冷剂和压缩油从再热回路12移除。这样，制冷系统10基本上消除了与可导致不可恢复的压缩机故障的压缩油箱中低油位相关的问题。

制冷系统10具有通过制冷剂管线20彼此串联流体连通的压缩机22、冷凝器24、膨胀装置26和蒸发器28。制冷剂(未示出)被压缩机22压缩，移动通过制冷剂管线20，并穿过冷凝器24，在冷凝器中制冷剂通过与外界环境空气相互作用而得以冷却。冷凝器风扇25可以将环境空气吹过冷凝器24，以帮助冷却制冷剂。随后，制冷剂通过制冷剂管线20到达膨胀装置26，并随后到达蒸发器28。蒸发器风扇29将通过与蒸发器28的外表面接触而被冷却并除湿的空气吹入将要调节的环境中。

制冷系统10还可以具有再热回路12，在除湿要求不同于冷却要求的情况下该再热回路将被采用。再热回路12与制冷剂管线20在压缩机22和冷凝器24之间的一点处连通。再热回路12包括流量控制装置30、再热换热器32、再热回路制冷剂管线34和单向阀36，所有都彼此串联流体联通。在一个实施例中，流量控制装置30可以是三通阀。从而，在再热运行期间，至少一部分通过制冷剂管线20的制冷剂通过流量控制装置30转向入再热回路12。此时仍处于高压和高温的制冷剂随后通过再热换热器32。如上所述，被蒸发器风扇29吹入将要调节的环境中的空气也经过再热换热器32。从而，该空气已被除湿，但通过与再热换热器32的外表面接触而被再次加热。随后制冷剂离开再热换热器32，并通过防止制冷剂回流入再热回路12的单向阀36。再热回路12中的制冷剂随后通过主制冷剂回路被送回。

与流量控制装置30连通的控制器50可以控制流量控制装置30来将至少一部分制冷剂如期望地转向通过再热回路12。当不需要再次加热受调节空气时，制冷系统10可以在冷却模式下运行，控制器50控制流量控制装置30，以便其处于将再热回路12与主制冷剂回路隔离的第一位置。当需要再次加热受调节空气时，制冷系统10可以处于再热模式。在此再热模式下，控制器50可以控制流量控制装置30，以便其处于第二位置，并且至少一部分通过制冷剂管线20的制冷剂被转向通过再热回路12。此流量控制装置30的第二位置可以使所有制冷剂或者仅其一部分转向通过再热回路12。控制器50可以以调制或脉冲的方式控制流量控制装置30。也就是，控制器50可以连续改变通过流量控制装置30的制冷剂流动通道的水力阻力，或可以突然在完全关闭和完全打开位置间转换以允许制冷剂连续或间歇地流过再热回路12。

如上所述，已知的现有技术的再热回路在不运行时显示出明显的缺陷。压缩油可以在制冷剂内溶解，并被制冷剂承载通过整个制冷系统10。在未使用再热回路12时，即，在流量控制装置30未将任何制冷剂转向入再热回路12时，一定量的油将同制冷剂困留在再热回路12内。再热换热器32被安置在蒸发器28的下游并不管再热回路12是否运行都与离开蒸发器28的冷却空气换热。因此，再热换热器32总是代表着制冷系统10内最冷的一个地点。这样，制冷剂以及溶解在该制冷剂中的油将迁移到再热换热器32，直至制冷系统10内全部的制冷剂负载达到平衡条件。

在某些应用中，再热回路12在延长时间段内将不运行，允许相当数量的压缩油积聚在其中。越多的油积聚在再热回路12中，越少的油循环在整个主制冷剂回路10中，并且压缩油箱75中的油位下降。另外，积聚在再热回路12中的油越多，将其带回压缩机将会越困难。压缩油对压缩机22的运行至关重要，这是因为其润滑诸如轴承和压缩元件之类的活动压缩机部件，以及密封压缩元件之间的缺口。这后一作用防止了制冷剂旁流或者内部制冷剂在压缩机内从高侧泄漏到底侧，其对压缩机性能是不利的。如果太多油积聚在再热回路12内，压缩机22将缺少油并将有故障风险。压缩机制造商通常会为其压缩机提供需要用于成功运行的固定量的油。尽管制造商可能会说明一定量的机构将被制冷剂携带通过整个制冷系统10，但他们一般不会说明另外可能的油收集器(trap)，例如再热回路12。这样，有必要将积聚在再热回路12内的压缩油量降到最低。

因此本公开开发了一种在再热回路不运行时降低压缩机故障风险的新途径。控制器50可以被配置以便其周期性地打开流量控制装置30相对较短的一段时间，从而进入油回收模式。这允许泄漏入再热回路12的压缩油被送回到制冷系统10的主制冷剂回路，并因此回到压缩机22的油箱75。当再热回路12被打开时，通过其中的制冷剂携带积聚的压缩油回到制冷单元10的主制冷剂回路中，并回到压缩机22的油箱75。

在第一实施例中，可以以预编程到控制器50的规则时间间隔完成流量控制装置30的周期性打开。在第二实施例中，可以有与控制器50连通并布置在将要调节的环境中的输入装置70，例如，光学传感器或运动传感器。输入装置70可以检测何时在该环境中没有居住者。如果再热回路12已经在比所期望时间的还长的一段时间没有运行，输入装置70可以随后发送信号到控制器50以打开流量控制装置30。如果当将要调节的环境中有居住者而不需要进入油回收模式时，可以采用输入装置70。应当理解存在有许多种类的居住传感器，其所有都在本发明的范围内。

在第三实施例中，控制器50可以与第二输入装置74连通，该第二输入装置74与压缩机22的油箱75连通。第二输入装置74检测布置在油箱75内的油量，其指示积聚在整个制冷系统10内的油“收集器”中、并最有可能在再热回路12中的油量。如果油箱75中的油量下降到期望水平以下，第二输入装置74可以发送信号到控制器75以进入油回收模式。举例来说，第二输入装置74可以是水平传感器、光学传感器、电容式传感器、电感式传感器或电阻式传感器，或者其它任何适于检测油箱75中油量的传感器。第二输入装置74还可以布置在制冷系统10内的其它位置上，在该位置能够测量剩余的压缩油量或积聚在再热回路12内的油量。

控制器50还可以使用一个或多个任何上述装置的组合来进入油回收模式。控制器50还可以设置在任何有利于制冷系统10的安全可靠运行的时刻进入油回收模式。当制冷系统10处于冷却模式时油回收模式可以出现，或者只有当制冷系统10未处于冷却模式时，油回收模式也会出现。

在油回收模式期间，50可以打开流量控制装置30一段设定时间。在一个实施例中，此设定时间段可以从大约30秒到大约3分钟。在一个实施例中，该设定时间段可以是大约1分钟。控制器50还可以打开流量控制装置30一段连续的短间歇时间段，以帮助油回收。这些间歇时间段可以从大约2秒到大约10秒。间歇时间段可以持续至大约1分钟，或重复2-6次。

参照图2，其示出本公开的制冷剂回路的第二实施例。制冷系统110具有压缩机122、冷凝器124、冷凝器风扇125、膨胀装置126、蒸发器128、蒸发器风扇129和制冷剂管线120，其都与它们类似编号的制冷系统10的对应部件以相似的方式运行。这些部件以串联流体连通方式连接并一般包括主制冷剂回路。

制冷系统110还具有再热回路112，该再热回路112包括流量控制装置130、再热换热器132、再热制冷剂管线134和单向阀136，其类似于它们类似编号的制冷系统10的再热回路12的对应部件。但是，流量控制装置130被布置在冷凝器124和膨胀装置126之间的主制冷剂回路的一点上。转向通过再热回路112的制冷剂穿过再热制冷剂管线134，穿过再热换热器132，穿过单向阀136，并在流量控制装置130和膨胀装置126之间的一点处被重新引入主制冷剂回路中。

制冷系统110还具有冷凝器旁通支路160。冷凝器旁通支路160具有旁通管线164和第二流量控制装置162，该第二流量控制装置162以下述方式控制制冷剂流动通过旁通管线164。旁通管线164与主制冷剂回路在两点连通，一点在压缩机122和冷凝器124之间，另一点在冷凝器124和流量控制装置130之间。制冷系统110还选择地具有第三流量控制装置123，该第三流量控制装置被布置在主制冷剂回路内，并控制制冷剂流动通过冷凝器124。第二流量控制装置162和第三控制装置123可以是开/关类型的阀，或者，是可以被调节的并且由控制器150以调制或脉冲方式操控，如上所述。当第三流量控制装置123完全打开而第二流量控制装置162完全关闭时，主回路中的所有制冷剂穿过冷凝器124。相反地，当第三流量控制装置123完全关闭而第二流量控制装置162完全打开时，主回路中的所有制冷剂转向通过旁通管线164，旁通冷凝器124。控制器150还可以操控流量控制装置162和123，以便仅有部分制冷剂经过旁通管线164旁通冷凝器124。控制器150与流量控制装置123、130和162连通，并可以控制这些部件中的每一个来将制冷剂以所期望的比例量转向到所期望的位置。

这样，再热回路112与冷凝器旁通支路160一起提供对调节空间湿度和温度的管理的控制和灵活度。例如，如果需要在调节空间中减少冷却，至少一部分制冷剂或全部制冷剂流(在加热情况下)可以旁通冷凝器124。这样，达到再热换热器132的制冷剂将更大的再热能力提供给供给到调节空间的空气，这是因为至少一定量的制冷剂没有首先穿过冷凝器124。也就是，如果至少一些制冷剂流被引导通过旁通管线164，再热回路112在适于需要除湿而不需要(或相当少量)冷却或加热的应用的模式下运行。制冷系统110还可以具有传感器170，压缩机122具有油箱175和传感器174，其以与它们类似编号的制冷系统10的对应部件相似的方式运行。制冷系统10容易遇到制冷系统10的相似问题，并且当需要时可以在一种上述油回收模式下运行。

如所知，存在许多在范围内并可以同等受益于本发明的再热回路示意图。同样，三通阀可以由其它流量控制装置替代，例如，举例而言，一对传统两通阀。所有这些构造都在本发明的范围内。

还应当理解，在上述实施例的内容中，压缩机可以选自各种压缩机种类，包括往复式压缩机、螺杆式压缩机和涡旋式轴流压缩机。每个压缩机可由多个压缩机表示。例如，压缩机可以由若干连续的压缩机级或/和多个平行或以所谓的串联布置运行的压缩机组成。另外，本发明可以应用到不同制冷系统种类，例如包括具有除湿再热运行供应的住宅和商用冷却和热泵应用。

尽管已经参照一个或多个示例性实施例描述了本公开，本领域普通技术人员应当理解：在未背离本发明范围的情况下，可以进行各种改变，并且其元件可以由等同物替代。此外，在未背离本发明范围的情况下，可以进行许多修改以让特定环境或材料适应于本公开的教导。因此，本公开不限于作为所考虑到的最佳模式公开的特定实施例，本公开将包括所有落入附加技术方案的范围内的实施例。

Claims (25)

1.一种制冷系统，包括：

主制冷剂回路；

再热回路；

流量控制装置，其具有将所述再热回路从所述主制冷剂回路隔离的第一位置，和将所述再热回路放置为与所述主制冷剂回路的流体连通的第二位置；以及

与所述流量控制装置电性连通的控制器，所述控制器被配置为在运行冷却模式期间将所述流量控制装置移动到所述第一位置，并在运行油回收模式期间将所述流量控制装置移动到所述第二位置。

2.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述流量控制装置包括三通阀，或一对传统的两通阀。

3.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述流量控制装置是可调流量控制装置。

4.如权利要求3所述的制冷系统，其特征在于，所述控制器以调制控制、脉冲控制或其两者移动所述可调流量控制装置。

5.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述控制器被配置为在所述油回收模式期间以选择的时间间隔将所述流量控制装置移动到所述第二位置。

6.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述控制器被配置为在所述油回收模式期间基于传感器的输入将所述流量控制装置移动到所述第一位置。

7.如权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述传感器测量在所述主制冷剂回路、所述再热回路或其两者中的油含量。

8.如权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述传感器测量油箱中的油位，其中所述油箱与压缩机流体连通。

9.如权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述传感器被配置为测量由所述制冷系统调节的空间中居住者的移动。

10.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，在所述油回收模式期间所述控制器将所述流量控制装置移动到所述第二位置为大约30秒钟至大约3分钟的时间。

11.如权利要求10所述的制冷系统，其特征在于，在所述油回收模式期间所述控制器将所述流量控制装置移动到所述第二位置为大约1分钟的时间。

12.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，在所述油回收模式期间所述控制器将所述流量控制装置移动到所述第二位置为大约2秒钟至大约10秒钟的时间，并在所述时间后将所述流量控制装置移回到所述第一位置。

13.如权利要求12所述的制冷系统，其特征在于，所述控制器重复所述流量控制装置到所述第二位置的移动为所述时间，并且将所述流量控制装置移回所述第一位置，其总共为约1分钟的时间。

14.如权利要求12所述的制冷系统，其特征在于，所述控制器重复所述流量控制装置到所述第二位置的移动为所述时间，并且将所述流量控制装置移回所述第一位置，其总共为2到6次。

15.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：

所述主制冷剂回路包括排热换热器，以及

所述再热回路包括再热换热器，

其中，相对于通过所述主制冷剂回路的制冷剂流，所述排热换热器被设置在所述再热换热器的上游。

16.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：

所述主制冷剂回路包括排热换热器，以及

所述再热回路包括再热换热器，

其中，相对于通过所述主制冷剂回路的制冷剂流，所述排热换热器被设置在所述再热换热器的下游。

17.如权利要求16所述的制冷系统，还包括第二流量控制装置，其中所述控制器控制所述第二流量控制装置，以便至少一部分穿过所述主制冷剂回路的制冷剂旁通所述排热换热器。

18.如权利要求17所述的制冷系统，其特征在于，所述第二流量控制装置是可调流量控制装置。

19.如权利要求18所述的制冷系统，其特征在于，所述控制器以调制控制、脉冲控制或其两者移动所述可调流量控制装置。

20.一种在如权利要求1所述的制冷系统中回收油的方法，包括：

在运行冷却模式期间控制制冷剂流经主制冷剂回路，但不流经再热回路；

在运行再热模式期间控制所述制冷剂流经所述主制冷剂回路和所述再热回路；

在运行油回收模式期间控制所述制冷剂流经所述主制冷剂回路和所述再热回路。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在运行油回收模式期间所述制冷剂被控制以选择的时间间隔流经所述主制冷剂回路和所述再热回路。

22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，基于输入装置的输入，在运行油回收模式期间制冷剂被控制流经所述主制冷剂回路和所述再热回路。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述输入装置测量在所述主制冷剂回路、所述再热回路或其两者中的油含量。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述输入装置测量油箱中的油位，其中所述油箱与压缩机流体连通。

25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述输入装置被配置为测量由所述制冷系统调节的空间中居住者的移动。

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