CN105004085B - 一种蒸汽压缩式空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸汽压缩式空调系统，包括压缩机和蒸发器，以及变容器、温差监测仪和阀门控制系统。变容器的高压侧与压缩机的排气口相通，低压侧与压缩机的吸气口相通，根据压缩机吸气口与蒸发器的温差判断工质状况，并根据工质状况控制高低压侧阀门的通断，过量时打开高压侧阀门关闭低压侧阀门，从压缩机充入工质到变容器，不足时打开低压侧阀门关闭高压侧阀门，从变容器释放工质到压缩机。从而调节工质循环回路中工质充灌量，提高了系统能效比，实现了系统性能适应工况的目的。
Description
技术领域
本发明涉及制冷制热技术领域，具体涉及一种蒸汽压缩式空调系统。
背景技术
蒸汽压缩式空调系统，其工作过程是通过工质从低温热源吸取热量后，经过压缩机提高温度往高温热源放出热量。基于经济和效率的考虑，其工质的冷凝温度与高温热源存在一个最优的传热温差，同样的，工质的蒸发温度与低温热源存在一个最优的传热温差。但这个最优的传热温差，往往只是在设计工况下存在。在实际应用过程中，往往由于外界热源温度的变化，从而使得最优传热温差发生变化，使得系统的效率下降。
目前，解决上述问题的主要手段包括：1)采用变频压缩机改变压缩机转速从而达到调节工质的流量以及压缩比，来提高系统的效率；2)采用膨胀阀来调节节流效果，以改变工质流量以及压缩比，从而达到改善系统效率的目的。但是在实际过程中，当工况发生变化的时候，每个工况都存在一个最佳工质充灌量，而上述两种手段并没有办法改变系统的工质充灌量，因此采用上述两种方法并没有办法使系统处于具有最佳能效比的工作状态。对于冷暖空调的制冷制热工况更是如此，由于冬夏两季节的工况差异大，在冬季制热工况时，要求是室外温度分别为7℃，室内温度30℃。而当在夏季制冷工况时，室外温度为35℃，室内温度为27℃。冬夏季节的工况差异导致了制冷制热存在着差异大的工质充灌量，因此在实际过程中工质的充灌量往往是一个折中值，使得冷暖空调很难处于最佳的工作状态。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种蒸汽压缩式空调系统，动态调整工质充灌量，使系统处于最佳工作状态。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种蒸汽压缩式空调系统，包括相连的压缩机和蒸发器，还包括变容器、温差监测仪和阀门控制设备；
所述变容器的高压侧与所述压缩机的排气口相通，低压侧与所述压缩机的吸气口相通，所述变容器还采用阀门控制高压侧和低压侧的通断；
所述温差监测仪实时监测所述压缩机进气口温度和所述蒸发器的蒸发温度的温差；
所述阀门控制设备根据所述温差监测仪测得的温差判断工质的当前状态，并根据工质的当前状态控制所述变容器阀门的通断：
当温差大于温差上限时，判定为工质不足，打开低压侧的阀门，关闭高压侧的阀门，所述变容器中的工质从低压侧进入所述压缩机的吸气口；
当温差小于温差下限时，判定为工质过量，打开高压侧的阀门，关闭低压侧的阀门，过量的工质从所述压缩机的排气口经高压侧进入所述变容器；
当温差在温差上限和温差下限之间时，判定为工质适量，高压侧阀门和低压侧阀门的通断保持上一状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的蒸汽压缩式空调系统，增加了一个变容器，在温差监测仪和阀门控制设备的配合下，该变容器可以存储过量的工质，或者在工质不足时，将存储的工质释放出来，使得压缩机内的工质与当前工况相匹配，提高了空调的能效比，使空调工作在最佳状态。
附图说明
图1为本发明蒸汽压缩式空调系统实施例一的结构示意图；
图2为本发明蒸汽压缩式空调系统实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例一
本发明的蒸汽压缩式空调系统，包括相连的压缩机和蒸发器，以及变容器、温差监测仪和阀门控制设备。
如图1所示，变容器的高压侧与压缩机的排气口相通，用于接收压缩机中过量的工质，低压侧与压缩机的吸气口相通，用于将工质返回压缩机。另外，变容器还采用阀门控制高压侧和低压侧的通断，即在高压侧和低压侧分别设置阀门，当一侧阀门打开，另一侧阀门关闭时，变容器成为一个可以接收或释放工质的容器。温差监测仪的温度传感器，一个设置在压缩机的进气口，一个设置在蒸发器中，温差监测仪的输出端接阀门控制设备，阀门控制设备连接变容器高压侧的阀门和低压侧的阀门。
温差监测仪用于实时监测温差，所述的温差是压缩机进气口温度减去蒸发器的蒸发温度的温差，该温差的大小反映了空调在当前工况下，工质充灌量是否合适，将作为阀门控制设备控制阀门通断的依据。一般来讲，工质适量时，该温差在一个范围内，即在一个上下限之间，超出温差上限说明工质不足，低于温差下限说明工质过量。
阀门控制设备获取温差监测仪所测得的温差，根据温差判断工质的当前状况，再根据工质的当前状况控制变容器高低压侧阀门的通断。具体来讲，当温差大于温差上限时，判定为工质不足，应从变容器充入工质到压缩机，因此打开变容器低压侧的阀门，关闭高压侧的阀门，变容器中的工质从低压侧进入压缩机的吸气口；当温差小于温差下限时，判定为工质过量，应从压缩机释放工质到变容器，因此打开变容器高压侧的阀门，关闭低压侧的阀门，过量的工质从压缩机的排气口经高压侧进入变容器；当温差在温差上限和温差下限之间时，判定为工质适量，高压侧阀门和低压侧阀门的通断保持上一状态，即延续工质适量之前的通断状态。
以上即为本实施例蒸汽压缩式空调系统的结构及工作原理，可知，变容器承担了容纳过量工质及补给不足工质的任务，由此，工质循环回路中的工质充灌量可以随着工况的变化而变化，始终处于一个合适的大小。
实施例二
本实施例的蒸汽压缩式空调系统，在实施例一的基础上，对变容器进行了改进。具体是采用多个隔板将变容器分割成多个空间，如图2所示，每个空间在高压侧和低压侧各设置一个阀门，并将其中一部分空间作为收纳工质的空间，这部分空间的高压侧阀门打开，低压侧阀门关闭；另一部分空间作为释放工质的空间，这部分空间的低压侧阀门打开，高压侧阀门关闭。
本实施例将变容器的一体空间隔成多个独立的空间，并为每个空间设置一组高低压侧阀门，分别进行控制，是为了防止工质调节过量，相当于从粗调升级为细调，下面详细解释多个空间的使用。
所述阀门控制设备根据工质的当前状态调整所述变容器中收纳工质与释放工质的空间的个数：
当工质过量时，增加收纳工质的空间的个数，和/或减少释放工质的空间的个数，直至工质的当前状态更新为工质适量；
当工质不足时，减少收纳工质的空间的个数，和/或增加释放工质的空间的个数，直至工质的当前状态更新为工质适量；
当工质适量时，保持收纳工质与释放工质的空间个数不变。
可知，本实施例根据工质状态对收纳工质与释放工质的空间个数进行调整，并根据调整后工质状态的反馈结果，再次调整收纳工质与释放工质的空间个数，直至工质与当前工况相匹配。在某些季节、某些区域，或某些环境下，工况变化多端，工质状态跳变频繁，本实施例正适用于这种情况，避免了工质一次调整过多对空调系统稳定性的影响。
优选地，变容器的壳体与隔板采用保温隔热材料，高压侧与压缩机的排气口之间，及低压侧与压缩机的吸气口之间，利用管路接通，该管路也采用保温隔热材料，以避免传热现象。
对于单工质的蒸汽压缩式空调系统，所述温差上限一般是5℃，所述温差下限一般是3℃。
优选地，变容器的阀门采用通用的电磁阀或电动阀。
下面举例说明本实施例的应用情况。
当夏季室外温度上升时，工质的冷凝温度随着上升，相应地，循环回路的工质的冷凝压力和平均密度也随着上升，工质质量处于欠缺状态，这将导致空调系统能效比下降。此时可以通过关闭变容器的一个空间的高压侧的阀门以及打开低压侧的阀门，将变容器储存的工质注入循环回路中，依次类推，通过控制阀门，逐渐将变容器的部分空间与系统低压侧连通，注入工质，使循环回路中的工质质量达到最佳值，此时系统具有最佳能效比和制冷能力。通过改变参加工质循环的质量，在压缩机转速不变的情况下，可以达到调节工质质量流量的目的，实现系统性能适应工况的调节。
当热泵热水系统运行时，水箱温度从室温(假设25℃)开始逐渐被加热，此时，工质的冷凝温度随着水箱温度上升而上升，相应地，循环回路中的工质的冷凝压力和平均密度也随着上升，工质质量处于过量状态，这将导致能效比下降。此时可以通过关闭变容器的一个空间的低压侧的控制阀门以及打开高压侧的控制阀门，将循环回路中部分多余的工质注入容器中，依次类推，通过控制阀门，逐渐将变容器的部分空间与系统高压侧连通，收纳多余的工质，使循环回路中的工质量达到最佳值，此时系统具有最佳能效比和制冷能力。通过改变参加工质循环的质量，在压缩机转速不变的情况下，可以达到调节工质质量流量的目的，实现系统性能适应工况的调节。
当冬季室外温度下降时，工质的蒸发温度也随着下降，相应地，循环回路中工质的蒸发压力和平均密度也随着下降，工质质量处于过量状态，这将导致能效比下降。此时可以通过关闭变容器的一个空间的低压侧的控制阀门以及打开高压侧的控制阀门，将部分多余的工质注入容器中，依次类推，通过控制阀门，逐渐将变容器的部分空间与系统高压侧连通，收纳多余的工质，使循环回路中的工质量达到最佳值，此时系统具有最佳能效比和制冷能力。通过改变参加工质循环的质量，在压缩机转速不变的情况下，可以达到调节工质质量流量的目的，实现系统性能适应工况的调节。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (4)
1.一种蒸汽压缩式空调系统，包括相连的压缩机和蒸发器，其特征在于，
还包括变容器、温差监测仪和阀门控制设备；
所述变容器的高压侧与所述压缩机的排气口相通，低压侧与所述压缩机的吸气口相通，所述变容器还采用阀门控制高压侧和低压侧的通断；
所述温差监测仪实时监测所述压缩机进气口温度和所述蒸发器的蒸发温度的温差；
所述阀门控制设备根据所述温差监测仪测得的温差判断工质的当前状态，并根据工质的当前状态控制所述变容器阀门的通断：
当温差大于温差上限时，判定为工质不足，打开低压侧的阀门，关闭高压侧的阀门，所述变容器中的工质从低压侧进入所述压缩机的吸气口；
当温差小于温差下限时，判定为工质过量，打开高压侧的阀门，关闭低压侧的阀门，过量的工质从所述压缩机的排气口经高压侧进入所述变容器；
当温差在温差上限和温差下限之间时，判定为工质适量，高压侧阀门和低压侧阀门的通断保持上一状态，
所述变容器包括多个隔板，多个隔板将所述变容器分割成多个独立的空间，且工况越复杂，隔板数越多，每个空间在高压侧和低压侧各设置一个阀门，并将其中一部分空间作为收纳工质的空间，这部分空间的高压侧阀门打开，低压侧阀门关闭；另一部分空间作为释放工质的空间，这部分空间的低压侧阀门打开，高压侧阀门关闭；
所述阀门控制设备根据工质的当前状态调整所述变容器中收纳工质与释放工质的空间的个数：
当工质过量时，增加收纳工质的空间的个数，和/或减少释放工质的空间的个数，直至工质的当前状态更新为工质适量；
当工质不足时，减少收纳工质的空间的个数，和/或增加释放工质的空间的个数，直至工质的当前状态更新为工质适量；
当工质适量时，保持收纳工质与释放工质的空间个数不变。
2.根据权利要求1所述的蒸汽压缩式空调系统，其特征在于，
所述变容器的壳体与隔板采用保温隔热材料；
所述变容器的高压侧与所述压缩机的排气口之间，及低压侧与所述压缩机的吸气口之间，利用管路接通，该管路也采用保温隔热材料。
3.根据权利要求1所述的蒸汽压缩式空调系统，其特征在于，
对于单工质的蒸汽压缩式空调系统，所述温差上限是5℃，所述温差下限是3℃。
4.根据权利要求1所述的蒸汽压缩式空调系统，其特征在于，
所述变容器的阀门采用电磁阀或电动阀。
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