CN104101128A - 一种适应于可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷系统，包括制冷压缩机、四通换向阀、制冷剂与环境介质进行换热的室内、外换热器，干燥过滤器，节流机构，在室内、外换热器之间连接管道上的电磁阀，以及室内、室外机风机。节流机构与电磁阀紧密相连，但位置可互换。通过合理控制压缩机、电磁阀以及二个风机的运行顺序和运行时间间隔，不仅保证了压缩机的顺利启动运行，防止停机期间可燃制冷剂泄漏造成可燃制冷剂积聚所带来的危害，而且还可利用电磁阀和压缩机将室外、室内机制冷剂侧容积有效分离，大幅度降低室外和室内机各自的制冷剂量，降低了制冷剂充灌量可能带来的燃烧危险，提高了制冷系统的安全性，本发明不仅可采用可燃制冷剂，而且具有安全、环保的特点。

Description

一种适应于可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种制冷系统及其控制，尤其涉及一种用于制冷、空调、热泵等设备中适应于可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法。 

背景技术

目前在中小型制冷、空调、热泵机组(如房间空调器、单元式空调机组、多联机组等)中一般都采用具有优良的物理化学和热力学性能及良好的使用安全性、经济性的HCFC-22等应用最广、综合性能最优秀的制冷剂作为制冷剂，但HCFC-22具有ODP(臭氧消耗潜能)值与较高的GWP(全球变暖潜能)值，对环境并不友好，已被2007年召开的第19届蒙特利尔议定书缔约国大会列入要求提前限期淘汰的物质。 

对于HCFC-22的替代物研究，国内外已经开展了大量的研究工作，目前最为成熟的是R410A(HFC-32/HFC-125，质量组成50/50％)，其次还有R407C(HFC-32/HFC-125/HFC-134a，质量组成23/25/52％)，另外R134a也在一定的应用领域替代HCFC-22，这些制冷剂的共同特点是不仅具有良好的物理化学和热力学性能，还具有良好的安全性，没有可燃性和毒性，对大气臭氧层也没有破坏作用。 

然而这些制冷剂都具有较高的温室气体效应值(GWP均大于1400)，其中，R410A比HCFC-22的GWP值还要高，在全球极为关注全球气候变暖的情况下，高GWP值的制冷剂也将面临被限制、被淘汰的境况，此时的R410A也不是理想的HCFC-22替代物。目前，从ODP与GWP并重的环保新要求来看，HC-290(ODP＝0，GWP＝20)、HFC-32(ODP＝0，GWP＝675)和HFC1234yf(ODP＝0，GWP＝6)分别作为纯工质是HCFC-22的最佳替代物(其中HFC1234yf的单位容积制冷量小，在替代HCFC22时逊于前两者)， 但这些制冷剂的共同特点是均具有可燃性，在实际使用过程中尤其是在房间空调器、单元式空调机组、多联机组等与人员密切接触的制冷、空调、热泵的应用场合中存在较大的安全风险。 

为了避免可燃、有毒等制冷剂对人员产生的危害，一系列国际、国内标准相继对采用可燃制冷剂的制冷系统的可燃制冷剂的充灌量进行严格的限制，如国际电工协会标准IEC60335-2-40、欧盟标准EN378以及国标GB/T4706.32等，这些对可燃制冷剂充灌量的严格限制在一定程度上影响了制冷系统的部分性能。而在一些中小型制冷、空调、热泵机组(如房间空调器、单元式空调机组、多联机组等)中通常采用毛细管或热力膨胀阀(定频机组)和电子膨胀阀(变频机组)作为节流机构，毛细管或热力膨胀阀在机组停机时并不能关闭冷凝器到蒸发器的制冷剂流道，因此这些定频机组无论是在运行时还是在停机时，一旦发生可燃制冷剂向外泄漏，就会导致机组内所有的可燃制冷剂漏出，从而导致危险的产生；而电子膨胀阀虽然具有关闭功能，但并不能关死，根据电子膨胀阀国家标准，在电子膨胀阀关闭时，允许的泄漏量小于600mL/min就算合格，因此，实际上在电子膨胀阀关闭时还是有可燃制冷剂能够从高压的冷凝器侧泄漏到低压的蒸发器侧，直至两侧达到压力平衡，而一旦两侧压力不平衡就会从高压侧向低压侧泄漏，所以，实际上变频机组无论是在运行时还是在停机时，一旦发生可燃制冷剂向外泄漏，也会导致机组内所有的可燃制冷剂漏出，从而导致危险的产生。因此寻找既具有优异的环保性又安全、节能制冷系统及其控制方法已经成为当前制冷空调行业面临的紧迫任务。 

发明内容

本发明之目的在于提供一种制冷系统及其控制方法，它尤其适用于适应于可燃制冷剂，既符合当前保护臭氧层和减轻全球气候变暖并重的环保要求，又具有良好的安全性。 

本发明提供的一种制冷系统，包括室外机和室内机及其连接管道，其特征在于，所述室外机包括制冷压缩机、用于制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器、干燥过滤器、节流机构、电磁阀以及室外机风机，所述室内机包括室内机风机和用于与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器； 

室外换热器的一个端口通过制冷压缩机与第二连接管道一端连接，第二连接管道的另一端与室内换热器连接； 

室外换热器的另一个端口通过干燥过滤器、节流机构和电磁阀与第一连接管道的一端连接，第一连接管道的另一端与室内换热器连接； 

电磁阀与节流机构紧密相连，位置能够互换，电磁阀用于在制冷压缩机停机时迅速切断电磁阀两侧的制冷剂流动，与制冷压缩机一起将室外机制冷机侧容积与室内侧制冷剂容积有效分离。 

作为上述技术方案的一种改进，所述室外换热器的一个端口与制冷压缩机的排气口连接，制冷压缩机的吸气口与第二连接管连接。 

作为上述技术方案的另一种改进，所述室外机还包括四通换向阀，四通换向阀的二个接口分别与所述室外换热器一个端口与所述第二连接管道一端连接，四通换向阀的另外二个接口分别与制冷压缩机的排气口和吸气口连接。 

该制冷系统采用可燃制冷剂，具体可以是包括HC-290、HFC-32、HFC161或HFC-1234yf在内的任一种或几种的混合物。节流机构可以为毛细管、节流短管、节流孔板、热力膨胀阀或电子膨胀阀。 

对于仅用于制冷的制冷系统，其控制方法是：在通电后，首先启动室内换热器风机和室外换热器风机，此时包括压缩机在内的电器均不通电；在室内换热器风机和室外换热器风机运行一段时间之后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电后，压缩机通电 运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，控制压缩机和电磁阀断电，压缩机停止运行，电磁阀断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转后，断电停止运转；当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。 

对于既能制冷又能制热的制冷系统，其控制方法是： 

用于制冷时，在通电后，首先启动室内换热器风机和室外换热器风机，此时包括压缩机在内的其他电器均不通电；在室内换热器风机和室外换热器风机开始运行，运行一段时间之后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀，压缩机通电运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，控制压缩机和电磁阀断电，压缩机停止运行，电磁阀断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转一段时间后，断电停止运转；当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。 

用于制热时，在通电后，首先启动室内换热器风机和室外换热器风机，此时包括压缩机在内的其他电器均不通电；在室内换热器风机和室外换热器风机开始运行，运行一段时间之后，电磁阀通电打开，电磁阀两侧的容积联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电后，压缩机通电运行，空调器开始热泵制热，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制压缩机和电磁阀断电，压缩机停止运行，电磁阀断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转一段时间之后，断电停止运转；当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。 

本发明提供的制冷系统与现有技术相比，具有以下优点：在室外机与室内机之间的连接管道上增加了一个电磁阀，这个电磁阀与制冷系统的节流机构紧密相连，但位置可以互换。这样不仅能够在压缩机停机时迅速切断电磁阀两侧的制冷剂流动，与压缩机一起将室外机制冷机侧容积与室内 侧制冷剂容积有效分离，大幅度降低室外机内和室内机内各自的制冷剂量，降低了制冷剂充灌量可能带来的燃烧危险，提高了制冷系统的安全性，制冷剂可以采用包括HC-290、HFC-32、HFC161、HFC-1234yf等可燃制冷剂及其混合物，而且还可降低电磁阀两侧制冷剂流动的驱动力。 

本发明提供的一种制冷系统既可实现制冷降温的目的，也可达到热泵制热的目的。而无论是制冷降温还是热泵制热，一旦机组停止工作，高压侧和低压侧的制冷剂就基本维持各自运行时的量。一般高压侧的量占总充灌量的60％-70％左右，低压侧占总充灌量的40％-30％左右。当可燃制冷剂的总量低于150克时，无论是室内机还是室外机甚至均可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。 

附图说明

图1是本发明提供的一种既可实现制冷降温也可实现热泵制热的制冷系统的结构示意图。 

图2是本发明提供的一种仅实现制冷降温的制冷系统的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 

下面以既可实现制冷降温又可实现热泵制热、制冷剂采用丙烷(R290)的系统为例对本发明作进一步详细的说明。 

如图1所示，本发明提供的一种制冷系统包括制冷压缩机1，室外换热器3，室外机风机10，室内换热器8和室内机风机11；室外换热器3一个端口与室内换热器8的一个端口之间通过干燥过滤器4、节流机构5和电磁阀6、第一连接管道7连接，室外换热器3的另一个端口与四通换向阀2的 接口c连接，室内换热器8的另一个端口通过第二连接管道9与四通换向阀的接口b连接，制冷压缩机1的一个端口与四通换向阀2的接口a连接，另一个端口通过压缩机自带的气液分离器与四通换向阀2的接口d连接。制冷压缩机1、四通换向阀2、制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器3、干燥过滤器4、节流机构5、电磁阀6以及室外机风机10组成室外机，放在室外运行，与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器8与室内机风机11组成室内机，放在室内运行。室内机与室外机之间通过第一连接管道7和第二连接管道9连接。 

在制冷时，制冷压缩机1排出的高温高压的R290蒸汽经过四通换向阀2的a-c接口进入室外换热器3，通过室外机风机10的运行向环境介质散热而降温冷凝成高压的R290液体，在经过干燥过滤器4后，进入节流机构5降压成低温低压的气液两相的R290，再经过电磁阀6和连接管道7进入室内换热器8吸热蒸发成低压的R290蒸汽，并通过室内机风机11的运行将室内空气降温后送回室内，而制冷剂蒸汽最后经过连接管道9和四通换向阀2的d-b接口，被制冷压缩机1吸入、压缩，进入下一个制冷循环，从而通过内换热器8和室内机风机11达到对需要降温或需要冷却的空间进行制冷降温的目的。 

其控制方法为：通电之后，首先启动室内换热器风机11和室外换热器风机10，此时包括压缩机等其他电器均不通电。在室内换热器风机11和室外换热器风机10开始运行，运行一段时间(如运行5秒钟，根据室内外风机转速的快慢，可在2秒到10秒之间)之后，电磁阀6通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀6通电3分钟后(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到5分钟之间)，压缩机1通电运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制压缩机1和电磁阀6断电，压缩机1停止运行，电磁阀6断电关闭，而室内风 机和室外风机继续运转1分钟左右后(根据室内换热器制冷剂的升温速度，可在30秒到3分钟之间)，断电停止运转。当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。这样由于在空调器断电时，电磁阀6关闭了制冷剂从室外换热器3(此时作为制冷系统的冷凝器)向室内换热器8(此时作为制冷系统的蒸发器)流动的通路，室内换热器8及其连接管路7和9内的R290将只有整个空调器的30％-40％左右，这样室内侧R290的总量和室外侧R290的总量均大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高。当R290的总量低于150克时，无论是室内机还是室外机甚至均可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。 

同样，如图1所示，本发明提供的一种制冷系统在热泵制热时，制冷压缩机1排出的高温高压R290蒸汽经过四通换向阀2的a-b接口经过连接管道9，进入室内换热器8，通过室内风机11的运行，向被加热对象(空间)放热而降温冷凝成高压的R290液体，在经过连接管道7和电磁阀6后进入节流机构5降压成低温低压的气液两相的R290，经过干燥过滤器4进入室外换热器3，通过室外风机10的运行，从环境介质吸热而蒸发成低压的R290蒸汽，再经过四通换向阀2的c-d接口，被制冷压缩机1吸入、压缩，进入下一个热泵制热循环，从而通过室内换热器8和室内风机11达到对需要加热物或需要加热空间进行热泵制热的目的。 

其控制方法为：通电之后，首先启动室内换热器风机11和室外换热器风机10，此时包括压缩机等其他电器均不通电。在室内换热器风机11和室外换热器风机10开始运行，运行一段时间(如运行5秒钟，根据室内外风机转速的快慢，可在2秒到10秒之间)之后，电磁阀6通电打开，电磁阀6两侧的容积联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀6通电3分钟后(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到5分钟之间)，压缩机1通电运行，空调器开始热泵制热，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制压 缩机1和电磁阀6断电，压缩机停止运行，电磁阀6断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转1分钟左右后(根据室内换热器内制冷剂的降温速度，可在30秒到3分钟之间)，断电停止运转。当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。这样由于在空调器断电时，电磁阀6关闭了制冷剂从室内换热器8(此时作为制冷系统的冷凝器)向室外换热器3(此时作为制冷系统的蒸发器)流动的通路，室内换热器8及其连接管路7和9内的制冷剂将只有整个空调器的50％左右，这样室内侧R290的总量和室外侧R290的总量均大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高。当R290的总量低于150克时，无论是室内机还是室外机甚至均可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。 

本发明提供的一种制冷系统在仅需要制冷降温时，系统可以变得更加简单。 

本发明提供的一种制冷系统在仅需要制冷降温时，其结构如图2所示，它只包括制冷压缩机1、制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器3、干燥过滤器4、节流机构5、磁阀6、连接管道7和9、与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器8以及室外机风机10和室内机风机11。其中制冷压缩机1、制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器3、干燥过滤器4、节流机构5、电磁阀6以及室外机风机10组成室外机，放在室外运行，与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器8与室内机风机11组成室内机，放在室内运行，连接管道7和9起到连接室外机和室内机的作用。 

其制冷降温过程为制冷压缩机1排出的高温高压制冷剂进入室外换热器3，通过室外机风机10的运行向环境介质散热而降温冷凝成高压制冷剂液体，在经过干燥过滤器3后，进入节流机构4降压成低温低压的气液两相制冷剂，再经过电磁阀5和连接管道7进入室内换热器8吸热蒸发成低压的制冷剂蒸汽，并通过室内机风机11的运行将室内空气降温后送回室内， 而制冷剂蒸汽最后经过连接管道9，被制冷压缩机1吸入、压缩，进入下一个制冷循环，从而通过室内换热器3和室内机风机11达到对需要降温或需要冷却的空间进行制冷降温的目的。 

其控制方法为：通电之后，首先启动室内换热器风机11和室外换热器风机10，此时包括压缩机等其他电器均不通电。在室内换热器风机11和室外换热器风机10开始运行，运行一段时间(如运行5秒钟，根据室内外风机转速的快慢，可在2秒到10秒之间)之后，电磁阀6通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀6通电3分钟后(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到5分钟之间)，压缩机1通电运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制压缩机1和电磁阀6断电，压缩机停止运行，电磁阀6断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转1分钟左右后(根据室内换热器制冷剂的升温速度，可在30秒到3分钟之间)，断电停止运转。当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。这样由于在空调器断电时，电磁阀6关闭了制冷剂从室外换热器3(此时作为制冷系统的冷凝器)向室内换热器8(此时作为制冷系统的蒸发器)流动的通路，室内换热器8及其连接管路7和9内的制冷剂将只有整个空调器的30％-40％左右，当这个制冷剂量低于150克时，室内机甚至可不考虑制冷剂是否具有可燃性，即使发生泄漏的事故时也不会对室内人员造成危害和影响。 

本发明中，电磁阀6与节流机构5紧密相连，但位置可以互换；制冷剂可以采用包括HC-290、HFC-32、HFC161、HFC-1234yf等可燃制冷剂及其混合物，并具有良好的安全性。节流机构5可以是毛细管、节流短管、热力膨胀阀和电子膨胀阀中的任意一种。节流机构5和电磁阀6的位置可以互换，这样可以大幅度降低制冷系统停机时电磁阀6两侧制冷剂流动的驱动力。 

本发明通过合理的控制压缩机1、电磁阀5以及室外风机10和室内风机11的运行顺序和运行时间间隔，不仅保证了压缩机的顺利启动运行，防止停机期间室内机和室外机可燃制冷剂泄漏在室内机和室外机造成可燃制冷剂积聚、浓度超过可燃制冷剂燃烧下限所带来的危害，而且还可利用电磁阀5和压缩机1将室外机制冷剂测容积与室内机制冷机侧容积有效分离，大幅度降低室外机内和室内机内各自的制冷剂量，降低了制冷剂充灌量可能带来的燃烧危险，提高了制冷系统的安全性，因此本发明的制冷系统不仅可以采用可燃制冷剂，而且具有安全、环保的特点。 

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。 

Claims (9)

1.一种制冷系统，包括室外机和室内机及其连接管道，其特征在于，所述室外机包括制冷压缩机、用于制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器、干燥过滤器、节流机构、电磁阀以及室外机风机，所述室内机包括室内机风机和用于与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器；

室外换热器的一个端口通过制冷压缩机与第二连接管道一端连接，第二连接管道的另一端与室内换热器连接；

室外换热器的另一个端口通过干燥过滤器、节流机构和电磁阀与第一连接管道的一端连接，第一连接管道的另一端与室内换热器连接；

电磁阀与节流机构紧密相连，位置能够互换，电磁阀用于在制冷压缩机停机时迅速切断电磁阀两侧的制冷剂流动，与制冷压缩机一起将室外机制冷机侧容积与室内侧制冷剂容积有效分离。

2.一种根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述室外换热器的一个端口与制冷压缩机的排气口连接，制冷压缩机的吸气口与第二连接管连接。

3.一种根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述室外机还包括四通换向阀，四通换向阀的二个接口分别与所述室外换热器一个端口与所述第二连接管道一端连接，四通换向阀的另外二个接口分别与制冷压缩机的排气口和吸气口连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的制冷系统，其特征在于，该制冷系统采用可燃制冷剂，包括HC-290、HFC-32、HFC161或HFC-1234yf在内的任一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1、2或3所述的制冷系统，其特征在于，节流机构为毛细管、节流短管、节流孔板、热力膨胀阀或电子膨胀阀。

6.一种权利要求1或2所述制冷系统的控制方法，其特征在于，该制冷系统用于制冷，在通电后，首先启动室内换热器风机和室外换热器风机，此时包括压缩机在内的电器均不通电；在室内换热器风机和室外换热器风机运行一段时间之后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电后，压缩机通电运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，控制压缩机和电磁阀断电，压缩机停止运行，电磁阀断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转后，断电停止运转；当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。

7.一种权利要求1或3所述制冷系统的控制方法，其特征在于，该制冷系统用于制冷，在通电后，首先启动室内换热器风机和室外换热器风机，此时包括压缩机在内的其他电器均不通电；在室内换热器风机和室外换热器风机开始运行，运行一段时间之后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀，压缩机通电运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，控制压缩机和电磁阀断电，压缩机停止运行，电磁阀断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转一段时间后，断电停止运转；当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。

8.一种权利要求1或3所述制冷系统的控制方法，其特征在于，该制冷系统用于制热，在通电后，首先启动室内换热器风机和室外换热器风机，此时包括压缩机在内的其他电器均不通电；在室内换热器风机和室外换热器风机开始运行，运行一段时间之后，电磁阀通电打开，电磁阀两侧的容积联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电后，压缩机通电运行，空调器开始热泵制热，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制压缩机和电磁阀断电，压缩机停止运行，电磁阀断电关闭，而室内风机和室外风机继续运转一段时间之后，断电停止运转；当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。

9.一种权利要求6、7或8所述制冷系统的控制方法，其特征在于，所述室内换热器风机和室外换热器风机运行时间2秒至10秒后，电磁阀通电打开；电磁阀通电1至5分钟后，压缩机通电运行；所述室内风机和室外风机继续运转30秒至3分钟后，断电停止运转。