CN106152344A - 空调制热机组及其制热控制方法 - Google Patents

空调制热机组及其制热控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种空调制热机组，具体地说，涉及一种空调制热机组及其制热控制方法，本发明提出一种在蒸发器的进风侧设置润滑油换热管作为压缩机润滑油的冷却器，利用蒸发器的风机的吸入空气的强制对流，给蒸发器的进风侧用于压缩机润滑油冷却，提高蒸发器的进风温度的空调制热机组及其制热控制方法，本技术方案蒸发器下方设置润滑油换热管组，冷凝器和蒸发器之间设置高压气体融霜阀门，制冷系统融霜切换阀、润滑油冷却切换阀采用电磁或者电动阀，通过温度、压力传感器的设置，可以实现微电脑自动控制，使风冷热泵空调机组融霜、油温控制更加精准，有利于提高机组制热的运行效率。

Description

空调制热机组及其制热控制方法
技术领域
本发明涉及一种空调制热机组，具体地说，涉及一种空调制热机组及其制热控制方法。
背景技术
空调制热机组的技术背景
用于冬季采暖主要有燃煤、天然气、电加热和空气源制热机组几种方式。燃煤采暖方式给环境带来严重的危害，已经在政府的限制范围内；天然气虽然号称清洁能源，事实上其燃烧过程中排向环境大气的气体，并非于环境大气所含气体成分一直，因此严格意义上讲并非清洁能源，只是没有燃煤燃烧过程中那些细微颗粒而已，而且使用费用也比较高；通过电加热采暖的方式应该属于一种情结能源方式，理论上1Kw电加热器只能转换成1Kw的热量，实际使用过程中，其性能系数也只有0.85左右，能耗极高、运行费用昂贵，因此也不适宜推广；空气源制热机组是利用制冷的原理从环境大气大气中采集热量，满足人们采暖的需求，而且其性能系数远高于电加热方式，在环境温度-10℃以上条件下，运行费用仍然低于燃气采暖方式，其性能系数是电加热采暖方式的2.5倍以上，而且没有任何污染物的排放，因此，空气源制热方式不仅环保，而且非常节能，更主要的是这种利用制冷原理的空气源采暖系统，通过制冷系统的转换，在夏季还可以达到制冷的目的，改善人们夏季生活工作环境。
风冷式热泵空调融霜的技术背景
空气源热泵型空调机组冬季能够制热就是利用制冷系统的反向运行，亦即，夏季制冷的空气冷却式冷凝器作为蒸发器使用，蒸发器作为冷凝器使用，就是说，冬季制热时压缩机排出的高压过热制冷剂气体，直接排至冷凝器（夏季的蒸发器）中，而后将热量传递给冷却介质的水或者空气，冷却介质温度升高后，由末端设备送至需要采暖的区域，制冷剂本身冷却成高压过热的制冷剂液体，经过节流阀节流变成低压的制冷剂气体，进入蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）中，吸收环境大气的热量后，掠过蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）表面的空气温度降低，排向大气，而低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体被压缩机吸入，如此连续不断地循环，从而达到连续制热的目的。
我们知道，环境大气为不饱和湿空气含有当量的水，相对湿度越高，含湿量越大，因此，空气源制热机组在冬季制热运行时，其蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）换热表面必然会结霜，环境温度越低，相对湿度越大，其结霜就越严重，然而霜层的热阻很大，导热系数很低，如果不能及时进行融霜处理，一方面会导致空调机组制热量不足，室内温度达不到设计要求，另一方面会导致空调机组偏离工况运行，引起压缩机损坏事故，因此空气冷却式热泵机组在冬季运行时，必须对其及时融霜。
然而，目前空气源制热机组均采用反向制冷的方式对蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）进行融霜，其工作原理是：冬季制热过程中，当蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）达到融霜条件时，自动控制系统通过切换制冷系统的阀门转入夏季制冷运行，这时压缩机排出的高压过热的制冷剂气体就会排到蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）中，吸收蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）的热量使其温度升高，霜层融化成水后脱落，高压制冷剂气体本身冷却冷凝成高压制冷剂液体，经过节流阀节流降压变成低压制冷剂液体进入冷凝器（夏季运行的蒸发器），低压的制冷剂液体在冷凝器（夏季运行的蒸发器）中吸收传递热量介质的热量，蒸发成低压制冷剂气体被压缩机吸入，如此不断循环，使之蒸发器（夏季运行的空气冷却式冷凝器）的温度升高达到融霜的目的，融霜结束后，再通过制冷系统阀门转换成冬季制热的模式运行。
由此可见，这种融霜方式存在三大缺陷：一是当室内温度没有达到所要求的采暖温度下，空调机组就会转入反向工作进行融霜，因此不能实现连续制热运行，房间提温慢；二是空调机组一旦进入融霜运行，必然降低传递热量介质的温度，带来无谓的能量损耗；三是任何一种压缩机都有其允许使用的最高极限蒸发温度，尤其是当传递热量介质的温度达到25℃以上时，如果采用反向融霜那么这时压缩机就会超极限运行，影响压缩机的使用寿命。
风冷热泵机组压缩机润滑油冷却方式的技术背景
一般说来，当压缩机的润滑油温度通常不能超过70℃时，润滑油的粘度就会急剧下降，起不到冷却、润滑、带走热量的作用，严重时会导致压缩机损坏，因此，对于压缩比比较大的制冷空调系统必须安装油冷却器，业内人士通常采用风冷式油冷却器，或者水冷式油冷却器，以及制冷剂冷却式油冷却器给压缩机润滑油降温，控制压缩机的油温温度在允许使用的范围内，一方面油冷却器时压缩机安全运行的必需品，另一方面压缩机润滑油排出的热量纯属于废热，而且这个废热随着压缩比的增大，其所占的压缩机的制冷量的比例剧增，据统计在风冷热泵空调机组冬季制热运行冷凝温度50℃工况下，当环境温度为0℃时，压缩机润滑油排除出的废热约占压缩机制冷量的15%以上，占风冷空调机组改工况下的制热量的10以上%左右，当环境温度为-10℃时，压缩机润滑油排除出的废热约占压缩机制冷量的45%以上，占风冷空调机组改工况下的制热量的23%以上，由此可见，如果能够将压缩机润滑油冷却的巨大热量回收利用，对于提高风冷热泵空调机组冬季运行的工况，提高其制热效率是非常有益的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种在蒸发器的进风侧设置润滑油换热管作为压缩机润滑油的冷却器，利用蒸发器的风机的吸入空气的强制对流，给蒸发器的进风侧用于压缩机润滑油冷却，提高蒸发器的进风温度的空调制热机组及其制热控制方法，其具体的技术方案如下：
一种空调制热机组，其包括压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器，并且依次形成回路，冷凝器和蒸发器之间设置节流阀和供液阀，蒸发器上方设置风机，蒸发器下方设置润滑油换热管组，冷凝器和蒸发器之间设置高压气体融霜阀门。
优化地，蒸发器至少设置两组。
一种空调制热机组的制热运行控制方法，其包括下列步骤：
A、开机，运行，检测环境温度，环境温度低于设定值T1，开启加热功能蒸发器的节流阀前的阀门供液阀门打开，蒸发器回气管路上的阀门关闭，高压气体融霜管路上的阀门关闭，当环境温度较高时，压缩机润滑油供油管路上的阀门和回油管路上的阀门不需要打开，这时压缩机排出的高压过热的制冷剂气体进入冷凝器，将热量传递给传递热量介质后，传递热量的介质温度升高，高压过热制冷剂气体本冷却成高压制冷剂液体，通过阀门后，经过节流阀节流降压变成低压制冷剂液体，分别进入蒸发器，这时被蒸发器的风机吸入的环境大气先掠过润滑油换热管组，这时蒸发器通过换热表面吸收被风机带入的环境大气的热量，低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体，经过回气管路上的阀门进入气液分离器6，将回气带有的液滴分离后，气体被压缩机吸入，如此不断地连续循环从而达到连续从环境大气中采集热量的目的；当环境温度低于T2时，进入步骤B，当检测到达到融霜条件时，蒸发器回气管压力传感器检测到的蒸发压力所对应的蒸发温度或者温度传感器检测的蒸发温度值大于设定的蒸发温度与翅片温度的差额值大于等于8℃时，进入步骤C；
B、蒸发器的节流阀前的阀门供液阀门打开，蒸发器回气管路上的阀门打开，高压气体融霜管路上的阀门关闭，压缩机润滑油供油管路上的阀门和回油管路上的阀门打开，这时压缩机润滑油在压差或者油泵的作用下经过润滑油换热管组，这时被蒸发器的风机吸入的环境大气首先经过润滑油换热管组，在这个过程中，润滑油将热量传递给被风机带入的环境大气，润滑油被冷却后，经过回油管路上的阀门返回压缩机，从而达到冷却润滑油的目的，被风机带入的环境大气被加热后的润滑油换热管组加热后，掠过蒸发器的换热便面，这时低压的制冷剂液体通过蒸发器换热表面吸收被加热的空气的热量，制冷剂本身蒸发成低压制冷剂气体后，经过回气管路上的阀门进入气液分离器6，将回气带有的液滴分离后，气体被压缩机吸入，如此不断地连续循环从而达到连续从环境大气中采集热量；
C、当一组蒸发器达到融霜条件时，该组蒸发器的供液管路上的入口阀门和回气管路上的出口阀门关闭，冷凝器顶部的高压气体融霜阀门打开，这时冷凝器中的高压气体就会进入该组蒸发器，很快达到使蒸发器中的压力与冷凝器中的压力达到平衡使霜层融化，霜层融化后，关闭冷凝器通往该组蒸发器融霜管路上的高压气体阀门，打开该组蒸发器供液管路上和回气管路上的阀门，则该组蒸发器融霜结束，继续投入从环境大气中采集热量的工作中.
本技术方案的设定值T1的设定范围为14~18℃，设定值T2的设定范围5~0℃。
本技术方案的这种润滑油冷却器的设置方式，对于环境温度较低、湿度较大，蒸发器（夏季运行的冷凝器）结霜严重的地区，可以利用风机的循环将油冷却器表面的废热提高掠过需要融霜蒸发器（夏季运行的冷凝器）的进风温度，不仅可以缩短融霜时间，而且可以使融霜过程中产生的水迅速蒸发，使之蒸发器（夏季运行的冷凝器）干燥，解决了融霜后蒸发器（夏季运行的冷凝器）表面的融霜水不易脱落，待融霜结束后再次制热时，蒸发器（夏季运行的冷凝器）表面迅速结霜导致风冷热泵空调机组制热效率低、融霜频繁等问题。
由此可见，这种润滑油热回收型的风冷制热机组，可以适用于环境温度更低的条件下制热运行。
更加有利的是，制冷系统融霜切换阀、润滑油冷却切换阀采用电磁或者电动阀，通过温度、压力传感器的设置，可以实现微电脑自动控制，使风冷热泵空调机组融霜、油温控制更加精准，有利于提高机组制热的运行效率。
进一步地，如图3所示，这种融霜方式、压缩机润滑油冷却方式，应用到各种通过采集大气热量制热的各种形式的热泵型空调机组中，可以达到同样的效果。
进一步地，这种融霜方式应用到通过空气源采集大气热量的单制热机组，可以省掉普通空气源制热机组的三位四通换向阀，有利以简化系统，降低成本。
进一步地，用于冷却压缩机润滑油冷却换热管组采用翅片式换热器，冷却润滑油的废热回收效果会更好，使之进入蒸发器（夏季运行的冷凝器）的空气温度更加均匀。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明的空气源制热系统原理图；
图3是本发明的风冷热泵空调系统制冷系统原理图。
1 压缩机；2 冷凝器；3-1、3-2、3-3为1~3#节流阀；4-1、4-2、4-3为1~3#蒸发器；5过滤干燥器；6 气液分离器；7-1、7-2、7-3为润滑油换热管组；8-1、8-2、8-3为润滑油供油阀门；9-1、9-2、9-3为高压制冷剂液体阀门；10-1、10-2、10-3为高压制冷剂气体阀门；11-1,、11-2、11-3为低压制冷剂气体阀门；12-1、12-2、12-3为润滑油回气阀门13-1、13-2、13-3为风机；14 高压贮液器；15 三位四通阀；16 排气阀；17 回气阀；18、19、20 高压液体阀；21 制冷节流阀。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
本发明的空调制热机组其包括压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器，并且依次形成回路，冷凝器和蒸发器之间设置节流阀和供液阀，蒸发器上方设置风机，蒸发器下方设置润滑油换热管组，冷凝器和蒸发器之间设置高压气体融霜阀门。蒸发器至少设置两组,本实施例设置了三组蒸发器，具体方案如下：
如2所示，制热运行的工作原理：例如：冬季制热运行时，蒸发器4-1、4-2、4-2的节流阀3-1、3-2、3-3前的阀门9-1、9-2、9-3供液阀门打开，蒸发器4-1、4-2、4-2回气管路上的阀门11-1、11-2、11-3关闭，高压气体融霜管路上的阀门10-1、10-2、10-3关闭，当环境温度较高时，压缩机润滑油供油管路上的阀门8-1、8-2、8-3和回油管路上的阀门12-1、12-2、12-3不需要打开，这时压缩机排出的高压过热的制冷剂气体进入冷凝器2，将热量传递给传递热量介质后，传递热量的介质温度升高，高压过热制冷剂气体本冷却成高压制冷剂液体，通过阀门9-1、9-2、9-3后，经过节流阀3-1、3-2、3-3节流降压变成低压制冷剂液体，分别进入蒸发器4-1、4-2、4-2，这时被蒸发器4-1、4-2、4-2的风机13-1、13-2、13-3吸入的环境大气先掠过润滑油换热管组13-1、13-2、13-3，由于压缩机润滑供油管路上的阀门8-1、8-2、8-3和回油管路上的阀门12-1、12-2、12-3并没有打开，则进入蒸发器4-1、4-2、4-2换热表面空气的温度为环境大气的温度，这时蒸发器4-1、4-2、4-2通过换热表面吸收被风机13-1、13-2、13-3带入的环境大气的热量，低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体，经过回气管路上的阀门12-1、12-2、12-3进入气液分离器6，将回气带有的液滴分离后，气体被压缩机吸入，如此不断地连续循环从而达到连续从环境大气中采集热量的目的。
当环境温度较低时，压缩机压缩比增大，这时压缩机润滑油温度将超过润滑油允许的温度，在这种条件下制热运行时，蒸发器4-1、4-2、4-2的节流阀3-1、3-2、3-3前的阀门9-1、9-2、9-3供液阀门打开，蒸发器4-1、4-2、4-2回气管路上的阀门11-1、11-2、11-3打开，高压气体融霜管路上的阀门10-1、10-2、10-3关闭，压缩机润滑油供油管路上的阀门8-1、8-2、8-3和回油管路上的阀门12-1、12-2、12-3打开，这时压缩机润滑油在压差或者油泵的作用下经过润滑油换热管组7-1、7-2、7-3，这时被蒸发器4-1、4-2、4-2的风机13-1、13-2、13-3吸入的环境大气首先经过润滑油换热管组13-1、13-2、13-3，在这个过程中，润滑油将热量传递给被风机13-1、13-2、13-3带入的环境大气，润滑油被冷却后，经过回油管路上的阀门12-1、12-2、12-3返回压缩机，从而达到冷却润滑油的目的，被风机13-1、13-2、13-3带入的环境大气倍加热后的润滑油换热管组7-1、7-2、7-3加热后，掠过蒸发器4-1、4-2、4-2的换热便面，这时低压的制冷剂液体通过蒸发器4-1、4-2、4-2换热表面吸收被加热的空气的热量，制冷剂本身蒸发成低压制冷剂气体后，经过回气管路上的阀门12-1、12-2、12-3进入气液分离器6，将回气带有的液滴分离后，气体被压缩机吸入，如此不断地连续循环从而达到连续从环境大气中采集热量的目的。
如图2所示，融霜运行的工作原理：当一组蒸发器达到融霜条件时，该组蒸发器的供液管路上的入口阀门和回气管路上的出口阀门关闭，冷凝器顶部的高压气体融霜阀门打开，这时冷凝器中的高压气体就会进入该组蒸发器，很快达到使蒸发器中的压力与冷凝器中的压力达到平衡使霜层融化，霜层融化后，关闭冷凝器通往该组蒸发器融霜管路上的高压气体阀门，打开该组蒸发器供液管路上和回气管路上的阀门，则该组蒸发器融霜结束，继续投入从环境大气中采集热量的工作中。
例如：4-2蒸发器达到融霜条件时，这时蒸发器4-1、4-2、4-2的节流阀3-1、3-2、3-3前的阀门9-1、9-2、9-3供液阀门关闭，蒸发器4-1、4-2、4-2回气管路上的阀门11-1、11-2、11-3关闭，高压气体融霜管路上的阀门10-1、10-2、10-3打开，这时蒸发器4-2中的压力即刻与冷凝器2中的压力达到平衡，并于冷凝器中的高压气体压力一直，蒸发器4-2表面的霜层被融化，霜层融化形成的水被蒸发器4-2处于高压饱和状态的制冷剂加热而蒸发成水蒸气，被风机13-2排向环境大气，这时融霜结束，蒸发器4-2的节流阀3-2前的阀门9-2供液阀门打开，蒸发器4-2回气管路上的阀门11-2打开，高压气体融霜管路上的阀门10-2关闭，蒸发器4-2继续投入从环境大气中采集热量的制热运行。
有利的是，当环境温度较低，压缩机润滑油达到所要控制的油温上限时，压缩机润滑油供油管路上的阀门8-1、8-2、8-3和回油管路上的阀门12-1、12-2、12-3打开，这时如果蒸发器4-2达到融霜条件，则被风机13-2带入蒸发器4-2的环境大气，首先经过设置在蒸发器4-2进风侧的润滑油换热管组7-2的高温润滑油加热后，形成的热空气掠过蒸发器4-2的换热表面，这时蒸发器4-2表面霜层在内部高压、外部高温的条件下，即刻融化，溶化后所形成的水也即刻被热空气加热器化，使之蒸发器4-2换热表面干燥，蒸发器4-2换热表面的干燥有利于延缓蒸发器4-2制热运行时的结霜速度。融霜结束后，蒸发器4-2的节流阀3-2前的阀门9-2供液阀门打开，蒸发器4-2回气管路上的阀门11-2打开，高压气体融霜管路上的阀门10-2关闭，蒸发器4-2继续投入从环境大气和润滑油冷却过程中的废热中采集热量的制热运行。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种空调制热机组，其包括压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器，并且依次形成回路，冷凝器和蒸发器之间设置节流阀和供液阀，蒸发器上方设置风机，其特征在于：蒸发器下方设置润滑油换热管组，冷凝器和蒸发器之间设置高压气体融霜阀门。
2.根据权利要求1所述的空调制热机组，其特征在于：蒸发器至少设置两组。
3.一种权利要求1所述的空调制热机组的制热运行控制方法，其特征在于：其包括下列步骤：
A、开机，运行，检测环境温度，环境温度低于设定值T1时，开启加热功能,蒸发器的节流阀前的阀门供液阀门打开，蒸发器回气管路上的阀门关闭，高压气体融霜管路上的阀门关闭，当环境温度较高时，压缩机润滑油供油管路上的阀门和回油管路上的阀门不需要打开，这时压缩机排出的高压过热的制冷剂气体进入冷凝器，将热量传递给传递热量介质后，传递热量的介质温度升高，高压过热制冷剂气体本冷却成高压制冷剂液体，通过阀门后，经过节流阀节流降压变成低压制冷剂液体，分别进入蒸发器，这时被蒸发器的风机吸入的环境大气先掠过润滑油换热管组，这时蒸发器通过换热表面吸收被风机带入的环境大气的热量，低压制冷剂液体蒸发成低压制冷剂气体，经过回气管路上的阀门进入气液分离器，将回气带有的液滴分离后，气体被压缩机吸入，如此不断地连续循环从而达到连续从环境大气中采集热量的目的；当环境温度低于设定值T2时，进入步骤B，当检测到达到融霜条件，蒸发器回气管压力传感器检测到的蒸发压力所对应的蒸发温度或者温度传感器检测的蒸发温度值大于设定的蒸发温度与翅片温度的差额值大于等于8℃时，进入步骤C；
B、蒸发器的节流阀前的阀门供液阀门打开，蒸发器回气管路上的阀门打开，高压气体融霜管路上的阀门关闭，压缩机润滑油供油管路上的阀门和回油管路上的阀门打开，这时压缩机润滑油在压差或者油泵的作用下经过润滑油换热管组，这时被蒸发器的风机吸入的环境大气首先经过润滑油换热管组，在这个过程中，润滑油将热量传递给被风机带入的环境大气，润滑油被冷却后，经过回油管路上的阀门返回压缩机，从而达到冷却润滑油的目的，被风机带入的环境大气被加热后的润滑油换热管组加热后，掠过蒸发器的换热便面，这时低压的制冷剂液体通过蒸发器换热表面吸收被加热的空气的热量，制冷剂本身蒸发成低压制冷剂气体后，经过回气管路上的阀门进入气液分离器，将回气带有的液滴分离后，气体被压缩机吸入，如此不断地连续循环从而达到连续从环境大气中采集热量；
C、当一组蒸发器达到融霜条件时，该组蒸发器的供液管路上的入口阀门和回气管路上的出口阀门关闭，冷凝器顶部的高压气体融霜阀门打开，这时冷凝器中的高压气体就会进入该组蒸发器，很快达到使蒸发器中的压力与冷凝器中的压力达到平衡使霜层融化，霜层融化后，关闭冷凝器通往该组蒸发器融霜管路上的高压气体阀门，打开该组蒸发器供液管路上和回气管路上的阀门，则该组蒸发器融霜结束，继续投入从环境大气中采集热量的工作中。
4.根据权利要求3所述的空调制热机组的制热运行控制方法，其特征在于：设定值T1的设定范围为14~18℃，设定值T2的设定范围5~0℃。
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