CN101886832B - 热泵型冷暖空调器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵型冷暖空调器的控制方法，采用外感温式双向热力膨胀阀作为节流元件，改变因制冷剂压力下降而导致过大的过热度，使得热交换器的传热面积得到更为充分地利用，从而降低整个系统的能耗，节约空调器的用电量。其包括有通过冷媒连接管相连接的室内机和室外机，在室外机中设置有压缩机、四通电磁换向阀、双向热力膨胀阀、室外热交换器、风扇系统和室外控制器。双向热力膨胀阀的下部两端，分别与室内热交换器和室外热交换器相连通；在双向热力膨胀阀的下部与回气管之间连接一压力传递毛细管，在双向热力膨胀阀的上部与回气管之间连接一感温毛细管。

Description

热泵型冷暖空调器的控制方法

技术领域

本发明涉及一种热泵型冷暖空调器的控制方法，具体地在制冷系统中采用双向热力膨胀阀作为节流元件，属于空调与制冷工程领域。

背景技术

现有国内、外市场上销售使用的变频空调器，普遍地采用毛细管或电子膨胀阀作为节流元件。如采用毛细管做节流元件时，在额定制冷范围内能够根据热交换器负载变化而调节压缩机运行功率。但是当运行在其它工况、或是超出额定频率范围时，制冷剂流量相对于额定点具有较大的变化，此时变频控制器的运行参数偏离原始设定值较多，反而限制能效变频控制的发挥。

如电子膨胀阀做为变频空调的节流元件时，通常需要在制冷剂循环管路中设置数个温度传感器和控制器以反馈信号，即控制电子膨胀阀阀体的开度。但没有压力信号，因此在某个频率、某个工况下的蒸发温度只能近似确定，对于回气过热度的判断和量化存在着不小的误差。而且，全频域全工况下电子膨胀阀流量的控制方法较为复杂，设计周期相对较长、设计成本也较高。

再如下述方案的在先申请专利，专利号为ZL200520014045.0，名称为热泵型房间空气调节器的制冷系统，在该专利中使用内感温式双向热力膨胀阀为节流元件。即在室外热交换器与室内热交换器之间设有内感温双向热力膨胀阀，双向热力膨胀阀的下部两端分别与室内、外热交换器相连通，其上部两端分别与四通电磁换向阀和压缩机相连通。虽然上述专利可根据蒸发器负荷(即回气过热度的变化)自动地调节热交换器的供液量，但是随着制冷剂压力的下降，在双向热力膨胀阀的出口处会相应地产生一个较大的过热度，这就意味着热交换器中会有更多的传热面积用于产生过热蒸汽，从而降低了传热面的利用率，导致制冷系统的能耗上升、空调器耗电量较大，对于家庭使用此类热泵型空调器来说并不经济。

发明内容

本发明所述热泵型冷暖空调器的控制方法，针对现有技术存在的不足而采用外感温式双向热力膨胀阀作为节流元件，改变因制冷剂压力下降而导致过大的过热度。

本发明的目的在于，通过外感温式双向热力膨胀阀进行节流控制，使得热交换器的传热面积得到更为充分地利用，从而降低整个系统的能耗，节约空调器的用电量。

另一发明目的是，提高根据热交换器负载变化而调节压缩机运行功率的频率范围，提高变频控制效率，使得空调器在全频域全工况下采用更为经济的运行方式。

发明目的还在于，在双向热力膨胀阀节流时能够对高压液态制冷剂进行消音处理，从而降低空调器运行时产生的噪声。

为实现上述发明目的，所述的热泵型冷暖空调器主要包括有：

通过冷媒连接管相连接的室内机和室外机，在室内机中设置有室内热交换器、风扇系统和室内控制器，在室外机中设置有压缩机、四通电磁换向阀、双向热力膨胀阀、室外热交换器、风扇系统和室外控制器。与现有技术的区别之处在于：

双向热力膨胀阀的下部两端，分别与室内热交换器和室外热交换器相连通；

在双向热力膨胀阀的下部与回气管之间连接一压力传递毛细管，在双向热力膨胀阀的上部与回气管之间连接一感温毛细管。

如上述方案特征，在室内、外热交换器之间设置一外感温式双向热力膨胀阀，由压力毛细管传递回气管中的压力，由感温毛细管感知回气管中的回气温度，通过回气温度对应的饱和压力、以及实测压力之间的差值反映出蒸发器负荷(即回气过热度)，从而自动地调节热交换器中的供液量，以实现压缩机在各种工况下的运行参数匹配。

为提高控制节流时高压液态制冷剂在管路中产生的噪声，可采取如下改进方案：

在双向热力膨胀阀与室内热交换器之间连通一截止阀，在双向热力膨胀阀与截止阀之间连通一消音器，消音器的管径大于其两端所连接的管路尺寸。

通常在制热时，高压液态制冷剂由室内热交换器流向双向热力膨胀阀，在节流前可以在消音器中降低流速以释放部分压力，从而达到降低噪声的目的。

应用针对上述热泵型冷暖空调器的结构改进而可实现下述控制方法：

由感温毛细管感知回气管中的回气温度，形成双向热力膨胀阀膜盒腔内膜片上部的感温剂压力变化。通过压力传递毛细管传递回气管中的回气压力，形成双向热力膨胀阀膜片下部的压力的变化。在双向热力膨胀阀膜盒腔内下部的弹簧连接阀孔中的阀芯，并作用于膜片下部而形成复位弹力。

膜片在膜盒腔内的位置变化直接导致阀芯在阀孔中位置的变化，进而调节阀孔的开度并改变流向室内热交换器或室内热交换器的制冷剂的流量，即调整空调器制冷系统中热交换组件的供液量。

上述三个作用力分别作用在阀膜盒腔内的膜片上，当膜片向上或向下鼓起时，能够由膜盒腔内的弹簧带动阀芯在阀孔中进行微量位移，从而调节流向室内或室外热交换器中的制冷剂流量。

所述空调器控制方法的核心是，通过改变出口处蒸气过热度，以实现根据蒸发器负载的变化来调节其供液量，实现一种外感温式的双向热力膨胀阀节流方式，提高热交换器的传热面积利用率。

为进一步控制在双向热力膨胀阀节流时，高压液态制冷剂在管路中所产生的噪声，可以在双向热力膨胀阀与室内热交换器之间连通一消音器。

在空调器制热时，从室内热交换器流出的高压液态制冷剂在消音器中释放压力而降低噪声。

如上所述，本发明热泵型冷暖空调器及其控制方法具有以下优点和有益效果：

1、实现一种外感温式的制冷系统及其控制方法，采用双向热力膨胀阀作为节流元件，改变因制冷剂压力下降而导致过大的过热度。

2、实现热交换器传热面积的充分利用，降低整个系统的能耗，节约空调器的用电量。

3、提高压缩机变频运行的功率范围，使得空调器在全频域全工况下采用更为经济的运行方式。

4、在节流时能够对高压液态制冷剂进行消音处理，从而降低运行噪声。

附图说明

现结合下述附图对本发明做进一步解释和说明。

图1是所述热泵型冷暖空调器的系统示意图；

图2是所述双向热力膨胀阀的受力示意图；

图3是所述双向热力膨胀阀的结构示意图；

如图1至图3所示，压缩机1，四通电磁换向阀2，室内热交换器3，双向热力膨胀阀4，室外热交换器5，储液罐6，回气管7，压力传递毛细管8，感温毛细管9，截止阀10，截止阀11，消音器12，弹簧41。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本实施例提供一种热泵型冷暖空调器，其包括有通过冷媒连接管相连接的室内机和室外机。其中，

在室内机中，设置有室内热交换器3、风扇系统和室内控制器。

在室外机中，设置有压缩机1、四通电磁换向阀2、双向热力膨胀阀4、室外热交换器5、风扇系统和室外控制器。

双向热力膨胀阀4的下部两端，分别与室内热交换器3和室外热交换器5相连通。在双向热力膨胀阀4的下部与回气管7之间连接一压力传递毛细管8。在双向热力膨胀阀4的上部与回气管7之间连接一感温毛细管9。

在双向热力膨胀阀4与室内热交换器3之间连通一截止阀10，在双向热力膨胀阀4与截止阀10之间连通一消音器12，消音器12的管径大于其两端所连接的管路尺寸。

如图2和图3所示，通过感温毛细管9采集回气管7中的温度信号，使得双向热力膨胀阀4膜盒腔内的感温剂产生一个与回气温度相对应的饱和压力P1的变化，该压力P1作用于膜片上端。

通过压力传递毛细管8采集回气管7中的回气压力信号，使得回气压力作用于热力膨胀阀4的膜盒腔内的膜片下端而产生一个向上的压力P2变化。

另外，在阀芯下端设置的弹簧41在膜片下端产生一个向上的复位弹力P3，即对应于双向热力膨胀阀出口处产生的过热度。

在空调器制冷系统运行过程中，双向热力膨胀阀的阀孔在某一开度条件下处于稳定状态，上述三个作用力处于平衡状态，即P1＝P2+P3。

当回气管7中的回气温度升高时，膜盒腔内感温剂的饱和压力随之升高，此时P1′＞P2+P3。通过膜片传递力矩而推动阀孔中的阀芯往下移动，进一步地压缩弹簧41，使得阀孔开度增大，则供给蒸发器的液态制冷剂流量增大。

同时，回气压力从P1升至P2′，弹簧41进一步被压缩，弹簧力升至P3′。

阀孔在新的开度条件下，上述三个作用力达到新的平衡，即P1′＝P2′+P3′。

反之，当回气温度降低时，膜盒腔内感温剂的饱和压力随之降至P1″。

也就是P1″＜P2+P3，弹簧41通过传递机构推动阀芯往上移动，阀孔的开度减小，供给蒸发器的液态制冷剂流量减小，回气压力从P2降至P2″，弹簧41的复位弹力P3也随之减小至P3″。

阀孔在新的开度条件下达到新的平衡，即P1″＝P2″+P3″。

双向热力膨胀阀的膜片，在膜盒腔内的位置变化能够直接导致阀芯在阀孔中位置的变化，进而调节阀孔的开度并改变流向室内热交换器3或室外热交换器5的制冷剂的流量，即可调整空调器制冷系统中热交换组件的供液量。

采用上述外感温式双向热力膨胀阀作为制冷系统的节流元件，对蒸发器的供液量可以根据蒸发器的负荷(即根据回气过热度)自动地进行调节，从而保证室内、室外热交换器和压缩机运行在最佳匹配状态。

所述空调器制冷系统的工作过程是：

在制冷时，如图1中的实心箭头指示的方向，制冷剂由压缩机1压缩成为高温高压的气态，通过四通电磁换向阀2进入室外热交换器5并冷凝成为高压液态，然后进入双向热力膨胀阀4节流成为低温低压的气液两相，经室内热交换器3吸热蒸发成为低压气态，最后经四通电磁换向阀2回流至储液罐6、压缩机1，完成一次制冷循环；

在制热时，如图1中的空心箭头指示的方向，制冷剂经压缩机1压缩成为高温高压的气态，通过四通电磁换向阀2进入室内热交换器3并冷凝成为高压液态，然后进入双向热力膨胀阀4节流成为低温低压的气液两相，经室外热交换器5吸热蒸发成为低压气态，最后经四通电磁换向阀2回流至储液罐6、压缩机1，完成一次制热循环。

在双向热力膨胀阀4与室内热交换器3之间连通一消音器12，在空调器制热时，从室内热交换器3流出的高压液态制冷剂在消音器12中释放压力而降低噪声。

以上是结合附图所给出的实施例，仅是实现本发明设计目的的优选方案。对于所属领域技术人员来说可以据此得到启示，而直接推导出符合相同设计构思的其他替代内容，也应属于本发明所述的权利保护范围。

Claims (3)

1.一种热泵型冷暖空调器的控制方法，其特征在于：由感温毛细管(9)感知回气管(7)中的回气温度，形成双向热力膨胀阀(4)膜盒腔内膜片上部的感温剂压力(P1)的变化，

通过压力传递毛细管(8)传递回气管(7)中的回气压力，形成双向热力膨胀阀(4)膜片下部的压力(P2)的变化，

双向热力膨胀阀(4)膜盒腔内下部的弹簧(41)连接阀孔中的阀芯，并作用于膜片下部而形成复位弹力(P3)，

膜片在膜盒腔内的位置变化直接导致阀芯在阀孔中位置的变化，进而调节阀孔的开度并改变流向室内热交换器(3)或室外热交换器(5)的制冷剂的流量，即调整空调器制冷系统中热交换组件的供液量。

2.根据权利要求1所述的热泵型冷暖空调器的控制方法，其特征在于：所述空调器制冷系统的工作过程是，

在制冷时，制冷剂由压缩机(1)压缩成为高温高压的气态，通过四通电磁换向阀(2)进入室外热交换器(5)并冷凝成为高压液态，然后进入双向热力膨胀阀(4)节流成为低温低压的气液两态，经室内热交换器(3)吸热蒸发成为低压气态，最后经四通电磁换向阀(2)回流至储液罐(6)、压缩机(1)，完成一次制冷循环；

制热时，制冷剂经压缩机(1)压缩成为高温高压的气态，通过四通电磁换向阀(2)进入室内热交换器(3)并冷凝成为高压液态，然后进入双向热力膨胀阀(4)节流成为低温低压的气液两态，经室外热交换器(5)吸热蒸发成为低压气态，最后经四通电磁换向阀(2)回流至储液罐(6)、压缩机(1)，完成一次制热循环。

3.根据权利要求1或2所述的热泵型冷暖空调器的控制方法，其特征在于：在双向热力膨胀阀(4)与室内热交换器(3)之间连通一消音器(12)，在空调器制热时，从室内热交换器(3)流出的高压液态制冷剂在消音器(12)中释放压力而降低噪声。

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