CN104501302B - 一种柜式空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柜式空调器及其控制方法，它使用全球变暖潜值(GWP)小的R32/R290混合制冷剂，电磁阀位于室内机内，并与制冷剂与室内空气进行换热的室内换热器紧密相连。还可采用小管径换热器或微通道换热器可有效减小热交换器的尺寸，能有效防止全球气候变暖。该柜式空调器在制冷回路中包括制冷压缩机、四通换向阀、制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器，干燥过滤器，节流机构，制冷剂与室内空气进行换热的室内换热器、在室外换热器和室内换热器之间连接管道上的电磁阀，以及室内、室外机风机。混合制冷剂的充灌量为60‑130g/kW制冷量，本发明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，具有安全、环保的特点。

Description

一种柜式空调器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种柜式空调器，尤其涉及一种用于制冷、空调、热泵等设备中采用R32/R290混合制冷剂替代R22和R410a的柜式空调器。

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-l25/HFC-l34a，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，而且R32的排气温度高，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。如R290应用在2匹及以下的分体式空调器时能够满足上述标准的最大允许充灌量要求，但是在应用于2匹及以上的柜式空调器和天花安装式空调器时由于充灌量大，超过上述标准的最大允许充灌量而不能用于上述空调器，因此寻找既具有优异的环保性又安全、节能柜式空调器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之一。

发明内容

本发明之目的在于提供一种柜式空调器，它采用全球变暖潜值GWP比R32小、排气温度比R32低、燃烧下限又比R290高的R32/R290混合制冷剂作为制冷剂，得到超过现有技术的制冷能力，能够比现有技术减小制冷剂充灌量的有利于对付全球气候变暖的节能型柜式空调器，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；本发明还提供了该柜式空调器的控制方法。

本发明提供的一种柜式空调器，包括室内机和室外机，其特征在于，该空调器所用的制冷剂为R32与R290的混合物，电磁阀位于所述室内机内，并与室内换热器紧密相连以便必要时快速切断电磁阀两侧制冷剂的流动，与制冷压缩机一起将室外机制冷剂侧容积与室内机制冷剂容积有效分离。

作为上述具体方案的改进，该空调器的室外机包括制冷压缩机、四通换向阀、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、节流机构以及室外机风机，该空调器的室内机包括室内机风机、所述电磁阀和所述室内换热器；所述室外换热器的一个端口通过第二连接管道和室内机风机连接，所述制冷压缩机安装在第二连接管道上；所述室外换热器的另一个端口通过第一连接管道与室内换热器连接，所述干燥过滤器、节流机构和电磁阀依次安装在第一连接管道上。

本发明提供的上述所述柜式空调器的控制方法，其特征在于，该系统制冷时，通电之后，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，在电磁阀通电后，制冷压缩机通电运行，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，温控器控制制冷压缩机和电磁阀断电，制冷压缩机停止运行，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，使得室内侧R32/R290混合制冷剂的总量大幅度降低；

该系统制热时，正常运行时，通电之后，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，在电磁阀通电一段时间后，制冷压缩机通电运行，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，温控器控制制冷压缩机断电，而电磁阀不断电，压缩机停止运行，电磁阀继续打开，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；关机时，空调器断电，制冷压缩机首先断电，室内风机和室外风机继续运转一段时间后，断电停止运转，电磁阀继续通电打开一段时间后再断电关闭，使制冷剂从室内换热器向室外换热器加速流动，并使得室内侧R32/R290混合制冷剂的总量降低。

作为上述技术方案的改进，本发明的柜式空调器的室内换热器采用直径为7mm及以下的翅片管式换热器或平行流换热器等微通道换热器、室外换热器采用直径为5mm及以下的翅片管式换热器或平行流换热器等微通道换热器，以尽可能的降低混合制冷剂的充灌量；本发明的柜式空调器混合制冷剂的充灌量为每kW制冷量60g-130g。

本发明提供的柜式空调器与现有技术相比，具有以下优点：制冷剂采用0ODP、低GWP的混合制冷剂，该混合制冷剂为R32与R290的混合物，其ODP＝0，GWP<480；本发明在室内柜机内、室外机与室内机之间的连接管道上增加一个电磁阀，这个电磁阀与制冷系统的室内换热器紧密相连。这样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机制冷剂容积有效分离，大幅度降低室外机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。在制冷降温，一旦压缩机停止工作，高压侧和低压侧的制冷剂就基本维持各自运行时的量，以降低室内侧发生泄漏时制冷剂的泄漏量，在热泵制热时，压缩机停止工作后，电磁阀延迟关闭，以便让室内侧的制冷剂在压差作用下流向室外侧，这样电磁阀关闭后，留在室内侧的制冷剂大大减少，提高柜式空调器的安全性。

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柜式空调器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柜式空调器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R32与R290混合而成的混合制冷剂的系统为例对本发明作进一步详细的说明。如图1所示，本发明提供的一种柜式空调器包括制冷压缩机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与室内换热器8之间通过第一、第二连接管道7、9连接，其中，第一连接管道7上安装有干燥过滤器4、节流机构5和电磁阀6，电磁阀6紧靠室内换热器8，并在室内机内，第二连接管道9上安装有四通换向阀2，制冷压缩机1的一个端口与四通换向阀2的一个空接口a连接，另一个端口通过压缩机的储液器(也可没有这个储液器)与四通换向阀2的另一个空接口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、电磁阀6与室内机风机11组成室内机，放在室内运行。

制冷时，室外换热器3作为冷凝器，室内换热器8作为蒸发器，制热时，室外换热器3作为蒸发器，室内换热器8作为冷凝器。

室内换热器8采用直径小于等于7mm的翅片管式换热器或平行流换热器等微通道换热器，室外换热器3采用直径小于等于5mm的翅片管式换热器或平行流换热器等微通道换热器。混合制冷剂的充灌量为每kW制冷量60g-130g。

在制冷时，制冷压缩机1排出的高温高压的R32/R290混合制冷剂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R32/R290混合制冷剂液体，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R32/R290混合制冷剂，再经过连接管道7和电磁阀6进入室内换热器8吸热蒸发成低压的R32/R290混合制冷剂蒸汽，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和四通换向阀2的b-d接口，被制冷压缩机1吸入、压缩，进入下一个制冷循环，从而通过内侧换热器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，可以是2秒至10秒)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(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到5分钟之间)后，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(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)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。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9内的R32/R290混合制冷剂将只有整个空调器的20％-30％(现有技术中，其比值达到40％以上)左右，这样室内换热器R32/R290混合制冷剂的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高。

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R32/R290混合制冷剂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R32/R290混合制冷剂液体，在经过电磁阀6和连接管道7后进入节流机构5降压成低温低压的气液两相的R32/R290混合制冷剂，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R32/R290混合制冷剂蒸汽，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：正常运行时，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，可以是2秒至10秒)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，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断电，而电磁阀6不断电，压缩机1停止运行，电磁阀6继续打开，而室内风机和室外风机继续运转1分钟左右(可以是30秒至3分钟)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。这样由于在空调器断电时，电磁阀6继续打开，有利于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，室内换热器8及其连接管路9内的制冷剂将只有整个空调器的10-20％左右(现有技术中，其比值达到30％以上)，这样室内侧R32/R290混合制冷剂的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高。关机时，空调器断电，压缩机1首先断电，室内风机和室外风机继续运转1分钟左右后，断电停止运转，电磁阀6继续通电打开1-5分钟后再断电关闭，有利于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，这样室内换热器8及其连接管路9内的制冷剂将只有整个空调器的10-20％左右，室内侧R32/R290混合制冷剂的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高。

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、在室外换热器3向室内换热器8之间连接管道上的电磁阀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以及室外机风机10组成室外机，放在室外运行，在室外换热器3向室内换热器8之间连接管道上的电磁阀6、与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器8以及室内机风机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，再经过连接管道7和电磁阀6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2秒至10秒)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(可以是1至5分钟)后，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6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(可以是30秒至3分钟)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。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20％-30％左右(现有技术中，其比值达到40％以上)，室内侧R32/R290混合制冷剂的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高。

本发明中，电磁阀与室内换热器紧密相连，并一同位于室内机内。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。

本发明采用R32与R290组成的混合制冷剂，其混合比例优选为R32的质量含量为70％-55％，R290的质量含量为30％-45％，其最佳比例是R32/R290为68/32。本发明通过合理的控制压缩机、电磁阀以及室外风机和室内风机的运行顺序运行时间间隔，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和压缩机将室外机制冷剂侧容积与室内机制冷机侧容积有效分离，大幅度降低室内机内的制冷剂量，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 (10)

1.一种柜式空调器，包括室内机和室外机，其特征在于，所述柜式空调器所用的制冷剂为R32与R290的混合物，电磁阀位于所述室内机内，并与室内换热器紧密相连以便能够快速切断电磁阀两侧制冷剂的流动，与制冷压缩机一起将室外机制冷剂侧容积与室内机制冷剂容积有效分离；

系统制冷时，通电之后，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，并运行一段时间之后，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，制冷压缩机通电运行，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，温控器控制制冷压缩机和电磁阀断电，制冷压缩机停止运行，电磁阀断电关闭，而室内换热器风机和室外换热器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，使得室内侧R32/R290混合制冷剂的总量大幅度降低；

系统制热时，正常运行时，通电之后，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，并运行一段时间之后，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，在电磁阀通电一段时间后，制冷压缩机通电运行，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，温控器控制制冷压缩机断电，而电磁阀不断电，压缩机停止运行，电磁阀继续打开，而室内换热器风机和室外换热器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；关机时，空调器断电，制冷压缩机首先断电，室内风机和室外风机继续运转一段时间后，断电停止运转，电磁阀继续通电打开一段时间后再断电关闭，使制冷剂从室内换热器向室外换热器加速流动，并使得室内侧R32/R290混合制冷剂的总量降低。

2.根据权利要求1所述的一种柜式空调器，其特征在于，该柜式空调器的室外机包括制冷压缩机、四通换向阀、用于制冷剂与环境介质进行换热的所述室外换热器、干燥过滤器、节流机构以及所述室外换热器风机，该空调器的室内机包括所述室内换热器风机、所述电磁阀和所述室内换热器；所述室外换热器的一个端口通过第一连接管道和室内换热器风机连接，所述制冷压缩机安装在第二连接管道上；所述室外换热器的另一个端口通过第二连接管道与所述室内换热器连接，所述干燥过滤器、节流机构和电磁阀依次安装在第一连接管道上。

3.根据权利要求2所述的一种柜式空调器，其特征在于，该柜式空调器用于制热时，所述制冷压缩机停止工作后，电磁阀延迟关闭，以使室内侧的制冷剂在压差作用下流向室外侧。

4.一种根据权利要求2所述的柜式空调器，其特征在于，所述室外换热器与制冷压缩机之间是通过四通换向阀的二个接口a、d连接，四通换向阀的另外二个接口c、b分别与室外换热器和室内换热器连接。

5.根据权利要求1所述的柜式空调器，其特征在于，所述混合物中，R32的质量含量为70％-55％，R290的质量含量为30％-45％。

6.根据权利要求1所述的柜式空调器，其特征在于，所述混合物中，R32的质量含量为68％，R290的质量含量为32％。

7.根据权利要求1至6中任一所述的柜式空调器，其特征在于，所述室内机仅包括所述电磁阀、室内换热器风机和室内换热器。

8.根据权利要求1至6中任一所述的柜式空调器，其特征在于，室外换热器采用直径小于等于5mm的翅片管式换热器或微通道换热器。

9.根据权利要求1至6中任一所述的柜式空调器，其特征在于，室内换热器采用直径小于等于7mm的翅片管式换热器或微通道换热器。

10.根据权利要求1至6中任一所述的柜式空调器，其特征在于，制冷剂的充灌量为60g/kW制冷量-130g/kW制冷量。