CN104848587B - 变频多联式热泵系统及旁通电子膨胀阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频多联式热泵系统及旁通电子膨胀阀的控制方法，其中系统包括：气液分离器，入口端与四通换向阀的第一端口连接；压缩机，吸气端与气液分离器的出口端连接，排气端与四通换向阀的第三端口连接；旁通电子膨胀阀，一端与压缩机的排气端连接，另一端与气液分离器的入口端连接，用于通过调节自身的开度对压缩机输出的制冷剂进行节流。本发明通过在气液分离器以及压缩机之间设置旁通电子膨胀阀，不仅能够在系统启动时快速建立合适的系统压力，使系统能够在最佳压力状态下工作，而且能够有效卸载掉系统过剩的能力，确保系统安全稳定运行，且在不改变系统现有制冷剂配管方案的基础上，实现系统能力卸载量的实时调节控制。

Description

变频多联式热泵系统及旁通电子膨胀阀的控制方法

技术领域

本发明涉及变频多联式热泵系统技术领域，尤其涉及一种变频多联式热泵系统及旁通电子膨胀阀的控制方法。

背景技术

变频多联式热泵系统由制冷剂管路连接的室外机和室内机组成，室外机由室外侧换热器、压缩机和其他制冷附件组成；室内机有风机和直接蒸发器等组成。一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各个换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷热负荷要求。

一方面，现有的变频多联式空调系统在系统启动初期，由于压缩机排气压力较低，需要一定的时延才能建立起合适的系统压力。现有的变频多联式空调系统当系统启动压力过高或过低时都不能进行有效地调整，致使系统不能够在最佳压力状态下工作，极易导致压缩机的损坏，大大缩短空调的使用寿命。

另一方面，对于变频多联式热泵系统，为了保证压缩机安全可靠地运转，变频压缩机的运行都有一个合理的频率范围，一般最低频率都在30Hz以上，当系统负荷较小时，尤其是在低温制冷工况，室外环境特别低，即使压缩机以最低频率运行所输出的制冷剂流量也大大超过室内机所需要的流量，如果这种情况下不及时调整室外机的输出能力，不仅使制冷系统的能效降低，而且可能致使室内机出风温度较低，使得室内热舒适特性较差，并导致室内换热器结霜，进而影响系统的稳定运行。

中国专利文献CN201373632及CN201281483各自设计了一套变频多联式空调系统以将系统中过剩的制冷能力卸载掉。如图1所示，为专利文献CN201373632中提供的多联式空调系统结构示意图，在室外机换热器11上游额外增加辅助四通换向阀13和毛细管110；如图2所示，为专利文献CN201281483中提供的多联式空调能力卸载装置结构示意图，在室外机换热器31下游增加电磁阀34和毛细管33，且室外侧换热器31的制冷剂流率并没有因为能力卸载而降低，导致无法有效降低室外机消耗功率。但是，上述两种方案的系统卸载能力均取决于毛细管的规格，系统卸载能力有限，且系统卸载能力无法实时调整。

发明内容

本发明提供一种变频多联式热泵系统及旁通电子膨胀阀的控制方法，用于解决现有变频多联式空调系统不能根据系统运行状态有效地调整系统压力及输出能力，使系统的能效降低，可能致使热泵系统不能正常运行并使得室内热舒适特性较差，甚至损坏压缩机的问题。

本发明提供一种变频多联式热泵系统，包括：

气液分离器，包括入口端和出口端，所述入口端与四通换向阀的第一端口连接；

压缩机，包括吸气端和排气端，所述吸气端与所述气液分离器的出口端连接，所述排气端与所述四通换向阀的第三端口连接；

旁通电子膨胀阀，一端与所述压缩机的排气端连接，另一端与所述气液分离器的入口端连接，用于通过调节自身的开度对所述压缩机输出的制冷剂进行调节。

本发明还提供一种旁通电子膨胀阀的控制方法，包括：

系统处于制冷启动阶段时，若检测获知所述压缩机的吸气压力P_S小于等于第一阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为100%；若所述压缩机的吸气压力P_S大于所述第一阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0%；

以及，

系统处于制热启动阶段时，若检测获知满足以下任一条件时，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为100%；若以下条件均不满足，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0%；所述条件包括：

所述压缩机的吸气压力P_S小于等于第二阈值或第三阈值；

所述压缩机的排气压力P_d大于等于第四阈值；

系统为除霜后启动；

以及，

系统进入通常阶段时，控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0%。

本发明通过在气液分离器以及压缩机之间设置旁通电子膨胀阀，不仅能够在系统启动时快速建立合适的系统压力，有效地调整系统压力，使系统能够在最佳压力状态下工作，而且能够有效卸载掉系统过剩的能力，确保室内良好的热舒适特性及系统安全稳定运行，且在不改变系统现有制冷剂配管方案的基础上，实现系统能力卸载量的实时调节控制。

附图说明

图1为专利文献CN201373632中提供的多联式空调系统结构示意图；

图2为专利文献CN201281483中提供的多联式空调能力卸载装置结构示意图；

图3为本发明提供的变频多联式热泵系统实施例结构示意图；

图4为本发明提供的变频多联式热泵系统控制方法实施例流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图3所示，为本发明提供的变频多联式热泵系统实施例结构示意图，具体包括：气液分离器21、压缩机24、旁通电子膨胀阀27以及四通换向阀28。

气液分离器21的入口端23与四通换向阀28的第一端口1连接；压缩机24的吸气端26与气液分离器21的出口端22连接，压缩机24的排气端25与四通换向阀28的第三端口3连接；旁通电子膨胀阀27的一端与压缩机24的排气端25连接，另一端与气液分离器21的入口端23连接，用于通过调节自身的开度对压缩机24输出的制冷剂进行节流。

优选地，还可以包括室外换热器29、室外电子膨胀阀210、液侧截止阀211以及气侧截止阀212,

室外换热器29、室外电子膨胀阀210和液侧截止阀211依次连接，液侧截止阀211的另一端与室内机（图中未示出）连接，室外换热器29的一端与四通换向阀28的第二端口2连接；气侧截止阀212的一端四通换向阀28的第四端口4连接，气侧截止阀212的另一端与室内机连接。

另外，需要说明的是，本实施例提供的变频多联式热泵系统的装置结构适用于室外机。

下面结合本实施例所述的变频多联式热泵系统，详细说明一下本实施例所述系统的工作原理。

在系统开始制冷启动时，控制旁通电子膨胀阀27的开度为100%，使压缩机24排出的制冷剂通过旁通电子膨胀阀27返回至气液分离器21，达到系统启动初期快速建立系统压力的目的。

在系统正常制冷工况下，四通换向阀28断电，旁通电子膨胀阀27的开度为0%，四通换向阀28的第二端口2与第三端口3连通，且第一端口1与第四端口4连通。制冷剂由压缩机24的排气端25依次流经四通换向阀28的第三端口3、第二端口2、室外换热器29、室外电子膨胀阀210以及液侧截止阀211，之后进入室内机，经室内机蒸发后的低压气态制冷剂由气侧截止阀212进入室外机，再依次流经四通换向阀28的第四端口4、第一端口1、经过气液分离器21的入口端23进入气液分离器21，最后经过压缩机24的吸气端26进入压缩机24。正常制冷工况下室外电子膨胀阀210开度为100%，室内侧电子膨胀阀对制冷剂进行节流降压。

在系统正常制冷工况下，当排气压力过高或吸气压力过低时，旁通电子膨胀阀27的开度为100%，并在排气压力达到一定阈值或吸气压力达到一定阈值时，旁通电子膨胀阀27的开度为0%；在系统处于低温工况下且开启室内机容量较小时，旁通电子膨胀阀27的开度由0%慢慢增加，使压缩机24排出的制冷剂通过旁通电子膨胀阀27返回至气液分离器21，以卸载掉多余的制冷剂。

在系统开始制热启动时，控制旁通电子膨胀阀27的开度为100%，使压缩机24排出的制冷剂通过旁通电子膨胀阀27返回至气液分离器21，达到系统启动初期快速建立系统压力的目的。

在系统正常制热工况下，四通换向阀28通电，旁通电子膨胀阀27的开度为0%，四通换向阀28的第三端口3与第四端口4连通，且第二端口2与第一端口1连通。制冷剂由压缩机24的排气端25依次流经四通换向阀28的第三端口3、第四端口4以及气侧截止阀212，之后进入室内机（图中未示出）进行冷凝放热，经室内机冷凝后的高压液态制冷剂由液侧截止阀211进入室外机，再依次流经室外电子膨胀阀210、室外换热器29、四通换向阀28的第二端口2、第一端口1以及气液分离器21，最后通过压缩机24的吸气端26进入压缩机24。在正常制热工况下室外电子膨胀阀210开度为介于0与100%之间，对制冷剂进行节流降压。

在系统正常制热工况下，当排气压力过高或吸气压力过低时，旁通电子膨胀阀27的开度为100%，并在排气压力达到一定阈值或吸气压力达到一定阈值时，旁通电子膨胀阀27的开度为0%，使系统在最佳压力状态下工作。

本实施例通过在气液分离器以及压缩机之间设置旁通电子膨胀阀，不仅能够在系统启动时快速建立合适的系统压力，有效地调整系统压力，使系统能够在最佳压力状态下工作，而且能够有效卸载掉系统过剩的能力，确保室内良好的热舒适特性及系统安全稳定运行，且在不改变系统现有制冷剂配管方案的基础上，实现系统能力卸载量的实时调节控制，使系统安全稳定的运行，而且控制简单、成本低、安全可靠。

实施例二

在上述实施例一以及实施例二所述系统的基础上，本发明提供一种对所述系统的控制方法。具体如下：

在系统处于制冷启动阶段时，若检测获知压缩机的吸气压力P_S小于等于第一阈值，则控制旁通电子膨胀阀的开度为100%；若压缩机的吸气压力P_S大于第一阈值，则控制旁通电子膨胀阀的开度为0%；具体来说，第一阈值可以设为0.11Mpa，但不限于此。

在系统处于制热启动阶段时，若检测获知满足以下任一条件时，则控制旁通电子膨胀阀的开度为100%；若以下条件均不满足，则控制旁通电子膨胀阀的开度为0%；所述条件包括：压缩机的吸气压力P_S小于等于第二阈值或第三阈值；压缩机的排气压力P_d大于等于第四阈值；系统为除霜后启动；具体来说，第二阈值可以设为(2/163Ta+0.14)Mpa，其中，Ta为室外环境温度，第三阈值可以设为0.2MPa，第四阈值可以设为3.5Mpa，但不限于此。

在系统经过上述制冷启动阶段或制热启动阶段之后，系统进入通常阶段时，则控制旁通电子膨胀阀的开度为0%。

本实施例通过在系统启动阶段控制旁通电子膨胀阀的开闭，不仅能够在系统启动时快速建立合适的系统压力，有效地调整系统压力，而且使系统能够在最佳压力状态下工作使系统安全稳定的运行，而且控制简单、成本低、安全可靠。

优选地，在系统处于通常阶段时，若检测获知排气压力P_d大于等于第五阈值，则控制旁通电子膨胀阀的开度为100%，并在排气压力P_d小于等于第六阈值时，控制旁通电子膨胀阀的开度为0%；第六阈值小于第五阈值；具体来说，第五阈值可以设为3.7Mpa，第六阈值可以设为2.7Mpa，但不限于此。

优选地，在系统处于通常阶段时，若检测获知吸气压力P_S小于等于第七阈值，则控制旁通电子膨胀阀的开度为100%，并在吸气压力P_S大于等于第八阈值时，控制旁通电子膨胀阀的开度为0%；第七阈值小于第八阈值；具体来说，第七阈值可以设为0.15Mpa，第八阈值可以设为2.5Mpa；但不限于此。

优选地，在系统处于通常阶段时，若检测获知系统开启的室内机容量Q1与室外机容量Q2的比值小于等于第九阈值、室外环境温度T_a小于等于第十阈值、且室内出风温度T_o小于第十一阈值，则控制在当前所述旁通电子膨胀阀的开度的基础上，增加10%的开度；若检测获知室内出风温度T_o大于等于所述第十一阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0%。第九阈值可以设为24%，第十阈值可以设为15℃，第十一阈值可以设12℃，但不限于此。

本实施例通过在系统启动阶段控制旁通电子膨胀阀的开闭，不仅能够在系统启动时快速建立合适的系统压力，有效地调整系统压力，使系统能够在最佳压力状态下工作使系统安全稳定的运行，而且能够有效卸载掉系统过剩的能力，确保系统安全稳定运行，且在不改变系统现有制冷剂配管方案的基础上，实现系统能力卸载量的实时调节控制，使系统安全稳定的运行，而且控制简单、成本低、安全可靠。

实施例三

下面举一具体实施例，对上述变频多联式热泵系统的控制方法做一详细说明。

如图4所示，为本发明提供的变频多联式热泵系统控制方法实施例流程示意图，具体包括：

当确定四通换向阀处于断电状态时，四通换向阀的第二端口与第三端口连通，且第一端口与第四端口连通，系统处于制冷启动阶段，一般现有空调系统的制冷启动时间为9分钟以内或排气温度Td<90℃。在制冷启动阶段，当吸气压力Ps≦0.11MPa时，控制旁通电子膨胀阀的开度为100%（全开），使得压缩机排出的制冷剂通过旁通电子膨胀阀返回至气液分离器，以达到系统启动初期快速建立系统压力的目的。或者在低温工况下，控制旁通电子膨胀阀的开度为100%（全开），以提升压缩机吸气压力，保证压缩机的安全性。系统经过制冷启动阶段后进入通常控制阶段。

当确定四通换向阀处于通电状态时，四通换向阀的第三端口与第四端口连通，且第二端口与第一端口连通，系统处于制热启动阶段，一般现有空调系统的制热启动时间为6分钟以内或排气温度Td<90℃。在制热启动阶段，判断是否存在以下3种情况：

（1）吸气压力Ps是否过低，即是否满足Ps≦(2/163Ta+0.14)Mpa或者Ps≦0.2MPa，其中Ta为环境温度；

（2）排气压力Pd是否过高，即是否满足Pd≧3.5MPa；

（3）是否是除霜之后的启动。

如果满足以上3种情况的任意一种情况，调节旁通电子膨胀阀的开度为100%（全开），使压缩机排出的制冷剂通过旁通电子膨胀阀返回至气液分离器，以提升吸气压力Ps或降低排气压力Pd。系统经过制热启动阶段后进入通常控制阶段。

在通常控制阶段，旁通电子膨胀阀的功能主要有：防止系统吸气压力Ps过低、防止系统排气压力Pd过高以及制冷工况下小负荷制冷时进行能力卸载。

当系统Ps≦0.15MPa时，调节旁通电子膨胀阀开度为100%（全开），使压缩机排出的制冷剂通过旁通电子膨胀阀返回至气液分离器，旁通制冷剂，以提升系统吸气压力，直到系统Ps≧0.25MPa，调节旁通电子膨胀阀开度为0%（全闭）。

当系统Pd≧3.7MPa时，调节旁通电子膨胀阀开度为100%（全开），使压缩机排出的制冷剂通过旁通电子膨胀阀返回至气液分离器，旁通制冷剂，以降低系统排气压力，直到系统Pd≦2.7MPa，调节旁通电子膨胀阀开度为0%（全闭）。

制冷工况下，当系统开启的室内机容量Q1与室外机容量Q2的比值低于24%且室外环境温度Ta≦15℃时，压缩机所输出的制冷剂流量将大大超过室内机所需要的流量，则需要对系统进行能力卸载控制。调整旁通电子膨胀阀的初始开度为0%，如果确定室内出风温度To<12℃，则调节旁通电子膨胀阀的开度在之前开度上增加10%，以实时调节制冷剂旁通量；如果To≧12℃，则调节旁通电子膨胀阀的开度为0%（全闭）。

需要说明的是：对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种变频多联式热泵系统的旁通电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述系统，包括：

气液分离器，包括入口端和出口端，所述入口端与四通换向阀的第一端口连接；

压缩机，包括吸气端和排气端，所述吸气端与所述气液分离器的出口端连接，所述排气端与所述四通换向阀的第三端口连接；

旁通电子膨胀阀，一端与所述压缩机的排气端连接，另一端与所述气液分离器的入口端连接，用于通过调节自身的开度对所述压缩机输出的制冷剂进行节流；

所述方法包括：

系统处于制冷启动阶段时，若检测获知所述压缩机的吸气压力P_S小于等于第一阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为100％；若所述压缩机的吸气压力P_S大于所述第一阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0％；

以及，

系统处于制热启动阶段时，若检测获知满足以下任一条件时，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为100％；若以下条件均不满足，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0％；所述条件包括：

所述压缩机的吸气压力P_S小于等于第二阈值或第三阈值；

所述压缩机的排气压力P_d大于等于第四阈值；

系统为除霜后启动；

以及，

系统进入通常阶段时，控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值为0.11Mpa，所述第二阈值为(2/163Ta+0.14)Mpa，其中Ta为室外环境温度，所述第三阈值为0.2MPa；所述第四阈值为3.5Mpa。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

系统处于通常阶段时，若检测获知所述排气压力P_d大于等于第五阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为100％，并在所述排气压力P_d小于等于第六阈值时，控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0％；所述第六阈值小于所述第五阈值；

以及，

系统处于通常阶段时，若检测获知所述吸气压力P_S小于等于第七阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为100％，并在所述吸气压力P_S大于等于第八阈值时，控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0％；所述第七阈值小于所述第八阈值；

以及，

系统处于通常阶段时，若检测获知系统开启的室内机容量Q1与室外机容量Q2的比值小于等于第九阈值、室外环境温度T_a小于等于第十阈值、且室内出风温度T_o小于第十一阈值，则控制在当前所述旁通电子膨胀阀的开度的基础上，增加10％的开度；若检测获知室内出风温度T_o大于等于所述第十一阈值，则控制所述旁通电子膨胀阀的开度为0％。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第五阈值为3.7Mpa，所述第六阈值为2.7Mpa，所述第七阈值为0.15Mpa，所述第八阈值为2.5Mpa；所述第九阈值为24％，所述第十阈值为15℃，所述第十一阈值12℃。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述系统还包括：

依次连接的室外换热器、室外电子膨胀阀和液侧截止阀，所述室外换热器的一端与所述四通换向阀的第二端口连接；

还包括气侧截止阀，与所述四通换向阀的第四端口连接。