CN101995110B - 一种双缸变容压缩机空调系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空调技术领域，特别涉及一种双缸变容压缩机空调系统及其控制方法。本发明空调系统包括变容量压缩机、第一三通管、四通换向阀、室外热交换器、节流机构、室内热交换器、第二三通管顺序连接成大缸循环回路和变容量压缩机、第一三通管和三通换向阀顺序连接成小缸信号回路。本发明双缸压缩机空调系统的控制方法是通过三通换向阀的通、断电来控制小缸信号回路的开启和关闭，实现对空调的小缸可靠的、主动的控制，确保空调的运行，带给用户很好的舒适性；且在自动除霜过程中能更快、更彻底的将室外换热器结霜化干净，用户更加舒适。
Description
技术领域
本发明属于空调技术领域，特别涉及一种双缸变容压缩机空调系统及其控制方法。
背景技术
近年，通过变频技术使电机旋转数变化，改善空调能力控制及能效的方法已很普及，但是这种变频技术的方法存在应用技术难度高，增加电子零部件控制数而引起的信赖性下降和成本变高的缺点。为了解决这一难题，目前三星、美芝等企业研究出了一种在控制和成本方面均具有优势的双缸旋转式压缩机(例如zl200610122631.6、zl200910039449.8、zl200910039449.8公告的双缸旋转式压缩机)，然而目前研究较多的是针对双缸变容压缩机结构的创新和对压缩机本体的控制，如何利用双缸变容压缩机构成空调系统及如何对该空调系统进行高效合理的控制目前尚处于空白状态。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能主动控制、且可靠性高的双缸变容压缩机空调系统的控制方法。
本发明控制方法具有节能效果，且人体舒适性较好以及在自动除霜过程中能更快、更彻底的将室外换热器结霜化干净，用户感觉更加舒适。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种双缸压缩机空调控制系统，包括变容量压缩机、室外热交换器、节流机构和室内热交换器连接成回路，还包括连接在变容量压缩机的排气口处的第一三通管、与室外热交换器连接的四通换向阀、连接在变容量压缩机的回气口处的第二三通管和连接在变容量压缩机的小缸信号口处的三通换向阀，所述第一三通管与四通换向阀和三通换向阀连接，最终形成变容量压缩机、第一三通管、四通换向阀、室外热交换器、节流机构、室内热交换器、第二三通管顺序连接成大缸循环回路；变容量压缩机、第一三通管和三通换向阀顺序连接成小缸信号回路。
上述双缸压缩机空调控制系统的控制方法为：普通制冷、制热模式时小缸信号回路处于断路状态，大缸循环回路开启；强劲制冷、制热模式时大缸循环回路开启，并通过三通换向阀的通、断电来控制小缸信号回路的开启和关闭。
所述的双缸压缩机空调控制系统的控制方法，具体包括如下步骤：
a、按制冷运行模式和制热运行模式分两种情况a1和a2：
a1、空调系统进入制冷运行模式，进入b步骤；
a2、空调系统进入制热运行模式，进入b步骤；
b、大缸循环回路开启；
c、检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当|T1-TS|≤ΔT1时小缸信号回路，当|T1-TS|≥ΔT2时小缸信号回路开启；其中ΔT2≥ΔT1，当TS-T1在ΔT1至ΔT2之间时，则默认小缸信号回路的前一工作状态。比如：目前空调的小缸正在工作，而此时检测到TS-T1为5℃，则小缸继续工作，若目前小缸处于关闭状态，检测到TS-T1为5℃则小缸关闭。
上述步骤带来了一定的有益效果，小缸开启时，空调系统的能力得到加强，以快速满足用户需求温度的目的。当室内环境温度T1即将达到用户设定温度TS时关闭小缸，室内温差降低的速度减缓，小缸关闭后，若室内环境温度T1上升到T1-TS≥ΔT2时小缸恢复工作，如此能够避免整机频繁启停带来大量电能浪费及室内温差变化过快给用户带来的不适，且空调系统运行更稳定。
进一步地，空调系统在制冷运行模式增加了室内换热器低温保护功能，具体过程是接上述a1、b和c步骤，进入d1步骤，
d1、当检测到蒸发器管温TG小于或者等于蒸发器低温保护温度T4，小缸信号回路关闭，进入普通制冷模式；
空调系统在制热运行模式增加室内换热器高温保护功能，具体过程是接上述a2、b和c步骤，进入d2步骤，
d2、当检测到蒸发器管温TG温度大于或者等于高温保护温度T5时，小缸关闭，TG温度降低到T6时，小缸开启，若小缸5-30分钟内，优选10分钟进入TG高温保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸信号回路关闭后不开启，关闭后t时间检测室内温差，若|T1-TS|≥ΔT2，小缸信号回路开启，其中T5＞T6。
也就是说，在大缸已经开启、室内环境温差满足、且未进入TG高温保护时，小缸开启，反之则关闭。
如上所述，增加小缸TG高温保护可以避免室内换热器温度上升过快，使压缩机本体出现保护的情况。
进一步地，空调系统在制冷运行模式、室内换热器低温保护功能的基础上增加了小缸的电流保护功能，具体过程是接上述a1、b、c和d1步骤，进入e步骤，空调系统在制热运行模式、室内换热器高温保护功能的基础上增加压缩机运行电流保护功能：具体过程是接上述a2、b、c和d2步骤，进入e步骤，
e、检测压缩机运行电流；若压缩机运行电流大于或等于I时，则小缸信号回路关闭；若压缩机运行电流小于I则小缸信号回路开启；若小缸在5-30分钟内，优选10分钟进入电流保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸信号回路关闭后不开启。I为压缩机的1.5-3倍额定电流，其优选为压缩机的1.6倍额定电流。
由此可知，当检测到以上所述五个步骤都满足小缸开启条件时，所述小缸开启，反之则小缸关闭。
更进一步地，步骤c所述ΔT1为1-3℃，优选ΔT1为3℃；ΔT2为4-6℃，优选为6℃，步骤d1中T4为1-6℃，优选T4为4℃；步骤d2中T5为54-60℃，T6为48-53℃，优选T5为56℃，T6为52℃；步骤d2和步骤e中所述的N为3次，t为30分钟。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明系统通过三通换向阀的通、断电来控制小缸信号回路的开启和关闭从而实现对空调的小缸可靠的、主动的控制，确保空调的运行，带给用户很好的舒适性。本发明方法通过检测室内环境温度T1与设定温度TS的温差控制小缸启停维持舒适度；通过室内蒸发器盘管温度TG、以及双缸变容压缩机运转电流I等来控制小缸的开、关动作，且若小缸在一段时间内连续启停达到一定次数，则此后小缸不再开启，其有益效果为：若在很短的时间内小缸连续的反复启停，则说明空调达到用户预设要求，或者系统出现异常，为减少压缩机阀片磨损、保证空调运行的可靠性，小缸不再开启；本发明小缸和大缸分开启动，通常小缸在大缸开启30秒后开启，其作用是降低压缩机的启动力矩，使其在较低电压下都能正常工作。
附图说明
图1为本发明双缸变容空调系统的组成框图：
图2为本发明空调系统制冷运行模式控制小缸启停方法的流程图；
图3为本发明空调系统制冷运行模式下室内换热器低温保护控制方法图
图4为本发明空调系统制冷运行模式下增加小缸电流保护控制方法的流程图；
图5为本发明空调系统制热运行模式控制小缸启停方法的流程图；
图6为本发明空调系统制热运行模式下室内换热器高温保护控制方法图
图7为本发明空调系统制热运行模式下增加小缸电流保护控制方法的流程图；
图8为现有技术普通热泵空调机化霜压缩机动作示意图；
图9为本发明双缸变容空调系统化霜压缩机动作示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明双缸变容空调系统控制系统的组成框图，该系统包括变容量压缩机1、第一三通管7、四通换向阀2、室外热交换器4、节流机构6、室内热交换器5、第二三通管8顺序连接成大缸循环回路，其中双缸变容压缩机1包括大缸11和小缸12，四通换向阀2的接口D与第一三通管7的接口B连接，第一三通管7的接口C与变容量压缩机1的排气口连接，四通换向阀2的接口E与室内热交换器5连接，四通换向阀2的接口S与第二三通管8的接口B1连接，第二三通管8的接口C1与变容量压缩机1的回气口连接，四通换向阀2的接口C与室外换热器4连接；变容量压缩机1、第一三通管7和三通换向阀3顺序连接成小缸信号回路，其中变容量压缩机1的高压排气口与第一三通管7的接口C连接，第一三通管7的接口A与三通换向阀3的接口D1连接，三通换向阀3的接口E1与变容量压缩机1的小缸信号口连接，三通换向阀3的接口S1与第二三通管8的接口A1连接，第二三通管8的接口C1与变容量压缩机1的回气口连接，普通制冷、制热模式时与众所周知的常规冷暖机循环相同，即大缸循环回路开启，此时小缸信号回路处于断路状态，小缸信号口的压力与变容量压缩机1回气口相同，小缸不工作；强劲制冷、制热模式时大缸循环回路按照常规循环，此时三通换向阀3上电，部分高压制冷剂气体从变容量压缩机1的排气口经第一三通管7的接口C→第一三通管7的接口A→三通换向阀3的接口D1→三通换向阀3的接口E1→变容量压缩机1的小缸信号口，小缸开始工作，此时压缩机排气量为大缸+小缸。
即是，小缸信号回路通过三通换向阀3的通、断电来控制开启和关闭，即三通换向阀3上电时小缸信号回路开始工作，反之则停止。
大缸11为主气缸，其能力为100％；小缸12为辅气缸，一般其能力为大缸11的10-50％，优选20％。
图2，为制冷模式控制小缸启停方法的流程图，包括下面三个步骤：
第一步骤S1：空调系统进入制冷运行模式；
第二步骤S2：双缸压缩机大缸11(主气缸)开启；
第三步骤S3：检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当|T1-TS|≤ΔT1时小缸关闭，当|T1-TS|≥ΔT2时小缸开启。其中ΔT2≥ΔT1；ΔT1为1-3℃，优先ΔT1为3℃；ΔT2为4-6℃，优选为6℃；当TS-T1在3-6℃之间时，则默认前面小缸的工作状态。比如：目前空调的小缸正在工作，而此时检测到TS-T1为5℃，则小缸继续工作，若目前小缸处于关闭状态，检测到TS-T1为5℃则小缸关闭。
图5，为制热模式控制小缸启停方法的流程图，包括下面三个步骤：
第一步骤S21：空调系统进入制热运行模式；
第二步骤S22：双缸压缩机大缸11(主气缸)开启；
第三步骤S23：检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当TS-T1≤ΔT1时小缸关闭，当TS-T1≥ΔT2时小缸开启。其中ΔT2≥ΔT1；ΔT1为1-3℃，优先ΔT1为3℃；ΔT2为4-6℃，优选为6℃；当TS-T1在3-6℃之间时，则默认前面小缸的工作状态。
如上所述，其有益效果为：小缸12开启时，空调系统的能力得到加强，以快速满足用户需求温度的目的。当室内环境温度T1即将达到用户设定温度TS时关闭小缸，室内温差降低的速度减缓，小缸关闭后，若室内温度T1上升到|T1-TS|≥ΔT2时则小缸恢复工作，如此能够避免整机频繁启停带来大量电能浪费及室内温差变化过快给用户带来的不适，且空调系统运行更稳定。
如图3所示，是在图2的基础上增加了室内换热器低温保护功能，包括下面四个步骤：
第一步骤S1：空调系统进入制冷运行模式；
第二步骤S2：双缸压缩机大缸11(主气缸)开启；
第三步骤S3：检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当|T1-TS|≤ΔT1时小缸关闭，当|T1-TS|≥ΔT2时小缸开启。其中ΔT2≥ΔT1；ΔT1为1-3℃，优先ΔT1为3℃；ΔT2为4-6℃，优选为6℃；。
第四步骤S4：当检测到蒸发器管温TG小于或者等于蒸发器低温保护温度T4，T4一般为1-6℃，优选4℃；若小缸5-30分钟，优选10分钟内关闭时，进入普通制冷模式，以减缓室内换热器结霜，避免整机进入室内换热器防冻结状态。
在低温环境下运行制冷模式时，空调运行较长一段时间后，室内换热器很容易结霜，甚至结冰，而低温环境下空调的负荷较小，故在TG进入小缸低温保护时，首先关闭小缸，来减缓室内换热器的结霜程度，避免整机进入防冻结状态。
如图6所示，是在图5的基础上增加室内换热器高温保护功能，包括下面四个步骤：
第一步骤S21：空调系统进入制热运行模式；
第二步骤S22：双缸压缩机大缸11(主气缸)开启；
第三步骤S23：检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当TS-T1≤ΔT1时小缸关闭，当TS-T1≥ΔT2时小缸开启；其中ΔT2≥ΔT1。
第四步骤S27：当检测到蒸发器管温TG温度大于或者等于T5(一般为54-60℃，优选56℃)时，小缸关闭，TG温度降低到T6(一般为48-53℃，优选52℃)时，小缸开启，若小缸在一段时间内进入TG高温保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸关闭后不开启，关闭后t时间检测室内温差，若TS-T1≥ΔT2，小缸开启。其中T5＞T6(N优先3次，t优先30分钟)
若步骤S22主气缸已经开启、步骤S23温差满足时、且未进入TG高温保护的步骤S27，则小缸开启，反之则关闭。
如上所述，增加小缸TG高温保护可以避免室内换热器温度上升过快，使压缩机本体出现保护的情况。
如图4所示，是在图3制冷模式基础上增加了小缸的电流保护功能，包括下面五个步骤：
第一步骤S1：空调系统进入制冷运行模式；
第二步骤S2：双缸压缩机大缸11(主气缸)开启；
第三步骤S3：检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当|T1-TS|≤ΔT1时小缸关闭，当|T1-TS|≥ΔT2时小缸开启。其中ΔT2≥ΔT1；ΔT1为1-3℃，优先ΔT1为3℃；ΔT2为4-6℃，优选为6℃；
第四步骤S4：当检测到蒸发器管温TG小于或者等于蒸发器低温保护温度T4，T4一般为1-6℃，优选4℃；若小缸5-30分钟，优选10分钟内关闭时，进入普通制冷模式，以减缓室内换热器结霜，避免整机进入室内换热器防冻结状态；
第五步骤S5：检测压缩机运行电流是否大于或等于I。若检测到压缩机运行电流大于或等于I时小缸关闭，所述电流小于I时，小缸开启。若小缸在一段时间内进入电流保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸关闭后不开启，其中N优选3；I为压缩机的1.5-3倍额定电流，优选为压缩机的1.6倍额定电流。
当检测到以上所述五个步骤都满足小缸开启条件时，小缸开启，反之则关闭。
如图7，是在图6制热模式控制方法基础上增加压缩机运行电流保护，包括下面五个步骤：
第一步骤S21：空调系统进入制热运行模式；
第二步骤S22：双缸压缩机大缸11(主气缸)开启；
第三步骤S23：检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当TS-T1≤ΔT1时小缸关闭，当TS-T1≥ΔT2时小缸开启；其中ΔT2≥ΔT1。
第四步骤S27：当检测到蒸发器管温TG温度大于或者等于T5(一般为54-60℃，优选56℃)时，小缸关闭，TG温度降低到T6(一般为48-53℃，优选52℃)时，小缸开启，若小缸在一段时间内进入TG高温保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸关闭后不开启，关闭后t时间检测室内温差，若TS-T1≥ΔT2，小缸开启。其中T5＞T6(N优先3次，t优先30分钟)
第五步骤S28：检测压缩机运行电流是否大于或等于I。若检测到压缩机运行电流大于或等于I时小缸关闭，所述电流小于I时，小缸开启。若小缸在一段时间内进入电流保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸关闭后不开启(N优选3)。I为压缩机的1.5-3倍额定电流，优选为压缩机的1.6倍额定电流。
如上所述，若步骤S22主气缸已经开启、步骤S23温差满足时、且未进入T2高温保护的步骤S27及电流保护的步骤S28，则小缸开启，反之则关闭。
而在我国大部分地区用电高峰期的电压相当不稳定，致使空调系统运行不稳定，特别是在低电压情况下，不能满足空调运转所需动力，本实施例正是出于该目的而设置电流保护控制小缸，当压缩机运行电流达到小缸保护值I时，小缸关闭，来降低压缩机的负载，保证主缸继续工作。
如图8，为现有普通热泵空调化霜期间压缩机的动作示意图，当检测到满足进入化霜条件时，步骤a：压缩机停机，步骤b：停机t4时间后开启开始化霜，步骤c：检测到满足结束化霜条件，压缩机停机，步骤d：停机t4时间后压缩机开启，继续制热。
如图9，为本发明双缸变容空调系统化霜压缩机动作示意图，包括下列步骤：
步骤1、空调系统进入制热运行模式；
步骤2、检测到空调系统满足进入化霜条件时，双缸变容压缩机整机停机，即大缸和小缸同时停止工作；
步骤3、大缸停止t4为30-120秒时间后开启，小缸在大缸开启t3为8-40秒时间后开启，开始化霜；t4优选为35秒，t3优选为30秒；
步骤4、检测到空调系统满足结束化霜条件时，双缸变容压缩机整机停机，即大缸和小缸同时停止工作；
步骤5、停机t4时间后大缸开始工作，大缸开启后t3时间后小缸开始工作，继续制热运行。
如上所述，本控制方法在化霜过程中主缸和小缸都投入工作，输出的能力为120％，较普通热泵空调化霜速度更快，更彻底。
Claims (6)
1.一种双缸压缩机空调系统的控制方法，所述空调系统，包括变容量压缩机(1)、室外热交换器(4)、节流机构(6)和室内热交换器(5)连接成的回路，还包括连接在变容量压缩机(1)的排气口处的第一三通管(7)、与室外热交换器(4)连接的四通换向阀(2)、连接在变容量压缩机(1)的回气口处的第二三通管(8)和连接在变容量压缩机(1)的小缸信号口处的三通换向阀(3)，所述第一三通管(7)与四通换向阀(2)和三通换向阀(3)连接，最终形成变容量压缩机(1)、第一三通管(7)、四通换向阀(2)、室外热交换器(4)、节流机构(6)、室内热交换器(5)、第二三通管(8)顺序连接成大缸循环回路；变容量压缩机(1)、第一三通管(7)和三通换向阀(3)顺序连接成小缸信号回路，其特征在于：空调系统在普通制冷、制热模式时，小缸信号回路处于断路状态，大缸循环回路开启；空调系统在强劲制冷、制热模式时，大缸循环回路开启，并通过三通换向阀(3)的通、断电来控制小缸信号回路的开启和关闭，包括如下步骤：
a、按制冷运行模式和制热运行模式分两种情况a1和a2：
a1、空调系统进入制冷运行模式，进入b步骤；
a2、空调系统进入制热运行模式，进入b步骤；
b、大缸循环回路开启；
c、检测室内环境温度T1与设定温度TS的差值：当|T1-TS |≤ΔT1时小缸信号回路关闭，当|T1-TS|≥ΔT2时小缸信号回路开启；其中ΔT2≥ΔT1，当|TS-T1|在ΔT1至ΔT2之间时，则默认小缸信号回路的前一工作状态；
d、按制冷运行模式和制热运行模式分两种情况d1和d2：
d1、当检测到蒸发器管温TG小于或者等于蒸发器低温保护温度T4，小缸信号回路关闭，进入普通制冷模式；
d2、当检测到蒸发器管温TG温度大于或者等于高温保护温度T5时，小缸信号回路关闭，TG温度降低到T6时，小缸开启，若小缸5-30分钟内进入TG高温保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸信号回路关闭后不开启，关闭后t时间检测室内温差，若|T1-TS|≥ΔT2，小缸信号回路开启，其中T5＞T6。
2.根据权利要求1所述的双缸压缩机空调系统的控制方法，其特征在于：在步骤d后面还包括步骤e：
空调系统在制冷运行模式：接上述a1、b、c和d1步骤，进入e步骤，空调系统在制热运行模式：接上述a2、b、c和d2步骤，进入e步骤，
e、检测压缩机运行电流；若压缩机运行电流大于或等于I时，I为压缩机的1.5-3倍额定电流，则小缸信号回路关闭；若压缩机运行电流小于I则小缸信号回路开启；若小缸5-30分钟内进入电流保护而频繁启停达到次数N，在N+1次小缸关闭后不开启。
3.根据权利要求1或2所述的双缸压缩机空调系统的控制方法，其特征在于：步骤c所述ΔT1≤3℃，ΔT2为≥4℃。
4.根据权利要求3所述的双缸压缩机空调系统的控制方法，其特征在于：所述ΔT1为3℃，ΔT2为6℃。
5.根据权利要求1或2所述的双缸压缩机空调系统的控制方法，其特征在于：
所述空调系统在制冷运行模式的步骤d1中T4为1-6℃；
所述空调系统在制热运行模式的步骤d2中T5为54-60℃，T6为48-53℃。
6.根据权利要求1或2所述的双缸压缩机空调系统的控制方法，其特征在于：所述N为3次，t为30分钟。
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