CN106196367A - 一种具有再冷作用气液分离器的空调系统及其控制方法 - Google Patents

一种具有再冷作用气液分离器的空调系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种具有再冷作用气液分离器的空调系统及其控制方法。空调系统包括压缩机、室外换热器、室内换热器以及第一节流装置，还包括与压缩机的吸气端相连的气液分离器。其中，第一节流装置和室外换热器之间通过过冷支路相连接。过冷支路贯穿气液分离器并与其进行换热。本发明的空调系统中的液态冷媒，由于过冷度较高，因此不会随管路的压力下降而气化引起流动噪声。

Description

一种具有再冷作用气液分离器的空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种具有再冷作用气液分离器的空调系统及其控制方法。
背景技术
随着空调器技术的不断发展，空调器室外机与室内机之间的连接管的长度越来越长，以使空调器能满足多种安装场合。但是，连接管长度加长后，管内的压降也相应地变大，导致制冷情况下的液态冷媒在进入室内机前气化，产生室内机冷媒流动噪声，并且制冷效果下降。为了解决上述问题，现有技术中通常会在空调系统中额外增加套管换热器或板式换热器来提高冷媒过冷度。然而，以上方案使空调器的结构复杂，并增加了空调器的制造成本。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是：空调系统中的液态冷媒会随管路的压力下降而在进入室内机前气化，引起流动噪声的问题。
为了解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种具有再冷作用气液分离器的空调系统，包括压缩机、室外换热器、室内换热器以及第一节流装置，还包括与压缩机的吸气端相连的气液分离器。其中，第一节流装置和室外换热器之间通过过冷支路相连接。过冷支路贯穿气液分离器并与其进行换热。
优选地，在过冷支路的两端还并联设置有第二节流装置。
优选地，在过冷支路上还设置有只允许冷媒从室外换热器侧流向室内换热器侧的单向阀。
优选地，在压缩机的吸气端还设置有第一温度传感器和第一压力传感器。
优选地，在过冷支路与第一节流装置之间还设置有第二温度传感器；且在压缩机的排气端还设置有第二压力传感器。
优选地，过冷支路沿纵向贯穿气液分离器，且冷媒流动方向为从下至上流经气液分离器。
优选地，在过冷支路的位于气液分离器内的部分设有螺纹结构；和/或，由铜管制成。
优选地，当空调系统处于制冷模式下，室外换热器为冷凝器，室内换热器为蒸发器。当空调系统处于制热模式下，室外换热器为蒸发器，室内换热器为冷凝器。另外，空调系统还包括设置于空调系统中的四通阀，四通阀通过切换管路间的连接以使得空调系统在制热模式和制冷模式之间进行切换。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种空调系统的再冷控制方法，上述方法使用了具有再冷作用气液分离器的空调系统，通过气液分离器对冷凝放热后的冷媒的过冷度进行控制调节。
优选地，控制方法包括下述步骤：
1)检测步骤：检测系统冷媒的过冷度；
2)判断步骤：判断实际过冷度与预设过冷度之间的大小关系；
3)操作步骤：根据判断出的关系调节第一节流装置的开度。
优选地，当空调系统处于制冷模式下，且还包括第一和第二压力传感器、第一和第二温度传感器时：通过第二压力传感器检测高压压力，计算出冷凝温度Tc；通过第二温度传感器检测冷媒温度T1，计算出实际过冷度，并与预设过冷度比较；若过冷度偏小，则调大第一节流装置的开度；若过冷度偏大，则调小第一节流装置的开度。
优选地，在每次调节第一节流装置前，通过第一温度传感器检测吸气温度T2；通过第一压力传感器检测的吸气压力，并计算该压力下的饱和温度Ts，使二者进行比较；当T2-Ts小于预设温度值(该预设温度值优选为2度)时，维持第一节流装置的开度不变。
优选地，当还包括第二节流装置时，调节第二节流装置的开度为零。
优选地，当空调系统处于制热模式下，且还包括第一和第二压力传感器、第一和第二温度传感器，以及第二节流装置时：调节第一节流装置为全开，调节第二节流装置的开度以控制管路中冷媒的流量；或，调节第二节流装置为全开，调节第一节流装置的开度以控制管路中冷媒的流量。
本发明的优点在于：由于空调系统中的液态冷媒会随管路的压力下降而在进入室内机前气化，引起流动噪声，本发明的空调系统在不用额外增加换热器或换热装置的情况下，通过改进空调系统中的气液分离器，使气液分离器同时具有再冷却冷媒的作用。由此，提高了制冷过程中的冷媒液体的过冷度，保证液态冷媒不会因为压降气化产生流动噪声，且提高了空调器的制冷能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的气液分离器的结构示意图；
图2为本发明实施例的空调系统的原理示意图；
图3为图2的制冷过程的冷媒循环示意图；以及
图4为图2的制热过程的冷媒循环示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
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的实施例，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做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。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
如图2所示，本发明提供了一种具有再冷作用气液分离器的空调系统，包括压缩机10、室外换热器30、室内换热器50以及第一节流装置51，还包括与压缩机10吸气端相连的气液分离器40。其中，第一节流装置51和室外换热器30之间通过过冷支路101相连接；过冷支路101贯穿气液分离器40并与其进行换热。在这种情况下，通过采用上述的空调系统，使得液态冷媒流经过冷支路101时能与气液分离器40内的低温低压气态冷媒进行换热，吸冷放热过冷度提高。对于管内压降较大的空调系统，例如，室外机与室内机的连接管较长的情况，可以有效防止液态冷媒在进入室内机前气化，解决了室内机冷媒流动产生噪声的问题。
在过冷支路101的两端还并联设置有第二节流装置52。第二节流装置52通过管路102与过冷支路101并联。优选地，第一节流装置51和第二节流装置52均为电子膨胀阀。在过冷支路101上还设置有只允许冷媒从室外换热器30侧流向室内换热器50侧的单向阀42。在这种情况下，通过控制单向阀42的打开或关闭，可以控制从压缩机10出来的冷媒，流经过冷支路101与气液分离器40内的冷媒换热。而通过调节第二节流装置52的开度，可以控制冷媒流经管路102的流量。
为了保证流经过冷支路101的液态冷媒与气液分离器40内的气态冷媒之间的换热效果，过冷支路101沿纵向贯穿气液分离器40，且冷媒流动方向为从下至上流经气液分离器40。具体地，过冷支路101的一端与气液分离器40的底部的进液口c连接，另一端与气液分离器40的顶部的出液口d连接。在进液口c和出液口d之间为过冷通道402。
此外，气液分离器40还具有气液分离通道401，过冷通道402与气液分离通道401为两个相互独立工作的通道。气液分离通道401设有低温低压气态或气液混合物冷媒入口a，和低温低压气态冷媒出口b。优选地，冷媒入口a和冷媒出口b均设置于密闭腔400的顶部。这样，在密闭腔400的底部的进液口c与顶部的冷媒入口a之间可以形成对流换热。具体地，当液态冷媒沿过冷支路101从气液分离器40的下部进液口c进入往上流动时，低温低压气液混合态冷媒从冷媒入口a进入密闭腔400并从上往下流动，两者形成逆向对流换热，因此，换热效果明显。
进一步地，为了增加换热效率，还可以通过在过冷支路101的内表面和/或外表面设置螺纹结构；和/或，将过冷支路101用铜管制成来增加冷媒之间的换热效率、且方便于与空调系统中的管路连接。
为了通过检测冷媒的过冷度和过热度以调节第一节流装置51的开度，在压缩机10的吸气端还设置有第一温度传感器41和第一压力传感器11。在过冷支路101与第一节流装置51之间还设置有第二温度传感器42；且在压缩机10的排气端还设置有第二压力传感器12。优选地，上述的第一温度传感器41和第二温度传感器42均为感温包。
通过上述的连接关系，当空调系统处于制冷模式下，室外换热器30为冷凝器，室内换热器50为蒸发器。当空调系统处于制热模式下，室外换热器30为蒸发器，室内换热器50为冷凝器。另外，空调系统还包括设置于空调系统中的四通阀20，四通阀20通过切换管路间的连接，以使得空调系统在制热模式和制冷模式之间进行切换。
本发明还提供了一种上述空调系统的控制方法。
当空调系统处于制冷模式下，调节第二节流装置52的开度为零。通过第二压力传感器12检测高压压力，计算出冷凝温度Tc。通过第二温度传感器42检测冷媒温度T1，计算出实际过冷度，并与预设过冷度比较。若过冷度偏小，则调大第一节流装置51的开度；若过冷度偏大，则调小第一节流装置51的开度。调大第二节流装置51的开度，节流强度减弱，节流后的压力升高，蒸发气化温度升高，液态冷媒更不易气化。同时，调大第二节流装置51开度，会使得流经蒸发器的冷媒流量增大，蒸发器出口冷媒温度降低(此时流量增大导致蒸发器出口冷媒温度降低的作用大于压力升高导致蒸发器出口冷媒温度升高的作用)，即进一步通过a口流经气液分离器筒体的冷媒温度降低，与过冷支路101里的冷媒温差增大，两者换热效果增加，从而进一步加大过冷度。
进一步地，在每次调节第一节流装置51前，通过第一温度传感器41检测吸气温度T2。通过第一压力传感器11检测的吸气压力，并计算该压力下的饱和温度Ts，使二者进行比较。当T2-Ts小于或等于预设温度值(该预设温度值优选为2度)时，维持第一节流装置51的开度不变。维持开度，能够保证制冷剂的流量不变，进而保证一定的过热度，保证进入压缩机吸气口的冷媒全气态，防止液压缩或者液击。
另外，当空调系统处于制热模式下，调节第一节流装置51为全开，调节第二节流装置52的开度以控制管路中冷媒的流量；或，调节第二节流装置52为全开，调节第一节流装置51的开度以控制管路中冷媒的流量。
下面以制冷模式和制热模式下的冷媒的不同流通路径为例，对本发明的空调系统的运行过程进行说明。
图3为本发明的空调系统的制冷过程的冷媒循环示意图。在制冷时，将第二电子膨胀阀52关闭，单向阀43打开。此时，管路102处于关闭状态，过冷支路101处于打开状态。
压缩机10排出的高温高压气态冷媒，经过室外换热器30(冷凝器)换热后变成中温高压的液态冷媒。中温高压液态冷媒由过冷支路101经气液分离器40的进液口c进入过冷通道402内，与密闭腔400内的冷媒进行换热降温，使其过冷度增大，之后，从出液口d排出。过冷支路101中的冷媒经单向阀43和第一电子膨胀阀51后流入室内换热器50(蒸发器)吸热，之后，再经气液分离器40的冷媒入口a进入气液分离器40进行气液分离。最终，低温低压气态冷媒从冷媒出口b流出由压缩机10的吸气端被吸入到压缩机10内。
从上述的空调系统的流路图可知，从气液分离器40的冷媒入口a，进入到气液分离器40的密闭腔400内的冷媒的温度，比从气液分离器40的进液口c进入到气液分离器40的制冷通道402中的冷媒的温度低。由此，利用冷媒的温度差可以换热。
图4为本发明的空调系统的制热过程的冷媒循环示意图。在制热时，由于环境温度较低，经室内换热器50(冷凝器)降温后的液态冷媒温度很低，不用经过气液分离器40进行再降温处理，此时，通过流路上的单向阀43可以阻止冷媒流经过冷支路101。此时，管路102处于打开状态，过冷支路101处于关闭状态。
压缩机10排出的高温高压气态冷媒经过室内换热器50(蒸发器)换热，此时，第一电子膨胀阀51开度最大，全部冷媒经过第二电子膨胀阀52节流。第二电子膨胀阀52可调节系统冷媒流量，节流后的低温低压气液混合态冷媒经过室内换热器30(冷凝器)的换热而升温，再经气液分离器40的冷媒入口a进入到气液分离器40的密闭腔400内，最终，低温低压气态冷媒从气液分离器40的冷媒出口b流出，并由压缩机10的吸气端被吸入压缩机10内。
在制冷模式下，为使全部冷媒流经气液分离器40，将第二电子膨胀阀52的开度设置为0。而在制热模式下，由于室外环境温度较低，冷媒无需再冷，此时，第一电子膨胀阀51设置为全开，第二电子膨胀阀52设置为调节流量，或者，第二电子膨胀阀52设置为全开，第一电子膨胀阀51设置为调节流量。
与传统的气液分离器相比，本发明的气液分离器40多设置了一段用于通冷媒的连续铜管。铜管的进口(进液口c)设置在气液分离器的底部，出口(出液口d)设置在气液分离器的顶部，进口与出口之间由铜管连续连接。上述铜管形式长度不限，例如，可以在铜管的表面设置凹凸结构；或将铜管的部分或全部构造成弯曲结构。只要确保在有限的气液分离器40的容积内，使铜管的总换热面积尽可能的大即可。
综上所述，本发明的空调系统，在制冷模式下，从室外换热器30(冷凝器)出来的液态冷媒先流经过冷支路101。因为气液分离器40里存的是低温的液态或气态冷媒，因此，过冷支路101内的冷媒可以与气液分离器40内的冷媒进行换热，进一步降低液态冷媒的温度。另外，由于本发明的空调系统中的液态冷媒具有较大的过冷度，因此，在管路压降较大的情况下可以防止液态冷媒气化，有效抑制气液两相冷媒流动噪音。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明或简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (14)

1.一种具有再冷作用气液分离器的空调系统，其特征在于：包括压缩机(10)、室外换热器(30)、室内换热器(50)以及第一节流装置(51)，还包括与所述压缩机(10)吸气端相连的气液分离器(40)，
其中，所述第一节流装置(51)和所述室外换热器(30)之间通过过冷支路(101)相连接；所述过冷支路(101)贯穿所述气液分离器(40)并与其进行换热。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：在所述过冷支路(101)的两端还并联设置有第二节流装置(52)。
3.根据权利要求1-2之一所述的空调系统，其特征在于：在所述过冷支路(101)上还设置有只允许冷媒从所述室外换热器(30)侧流向所述室内换热器(50)侧的单向阀(43)。
4.根据权利要求1-3之一所述的空调系统，其特征在于，在所述压缩机(10)的吸气端还设置有第一温度传感器(41)和第一压力传感器(11)。
5.根据权利要求1-4之一所述的空调系统，其特征在于，在所述过冷支路(101)与所述第一节流装置(51)之间还设置有第二温度传感器(42)；且在所述压缩机(10)的排气端还设置有第二压力传感器(12)。
6.根据权利要求1-5之一所述的空调系统，其特征在于：所述过冷支路(101)沿纵向贯穿所述气液分离器(40)，且冷媒流动方向为从下至上流经所述气液分离器(40)。
7.根据权利要求1-6之一所述的空调系统，其特征在于，在所述过冷支路(101)位于所述气液分离器(40)内的部分，设有螺纹结构；和/或，由铜管制成。
8.根据权利要求1-7之一所述的空调系统，其特征在于，当所述空调系统处于制冷模式下，所述室外换热器(30)为冷凝器，所述室内换热器(50)为蒸发器；当所述空调系统处于制热模式下，所述室外换热器(30)为蒸发器，所述室内换热器(50)为冷凝器；
还包括设置于空调系统中的四通阀(20)，所述四通阀(20)通过切换管路间的连接以使得空调系统在制热模式和制冷模式之间进行切换。
9.一种空调系统的再冷控制方法，其特征在于，使用了权利要求1-8之一所述的具有再冷作用气液分离器的空调系统，通过气液分离器对冷凝放热后的冷媒的过冷度进行控制调节。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)检测步骤：检测系统冷媒的过冷度；
2)判断步骤：判断实际过冷度与预设过冷度之间的大小关系；
3)操作步骤：根据判断出的关系调节第一节流装置的开度。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：
当空调系统处于制冷模式下，且还包括第一压力传感器和第二压力传感器、第一温度传感器和第二温度传感器时：
通过第二压力传感器检测高压压力，计算出冷凝温度Tc；
通过第二温度传感器检测冷媒温度T1，计算出实际过冷度，并与预设过冷度比较；
若过冷度偏小，则调大第一节流装置的开度；若过冷度偏大，则调小第一节流装置的开度。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：在每次调节第一节流装置前，
通过第一温度传感器检测吸气温度T2；
通过第一压力传感器检测的吸气压力，并计算该压力下的饱和温度Ts，使二者进行比较；
当T2-Ts小于或等于预设温度值时，维持第一节流装置的开度不变。
13.根据权利要求11-12之一所述的控制方法，其特征在于：当还包括第二节流装置时，调节第二节流装置的开度为零。
14.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：
当空调系统处于制热模式下，且还包括第一压力传感器和第二压力传感器、第一温度传感器和第二温度传感器，以及第二节流装置时：
调节第一节流装置为全开，调节第二节流装置的开度以控制管路中冷媒的流量；或，调节第二节流装置为全开，调节第一节流装置的开度以控制管路中冷媒的流量。
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