CN107747826B - 空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空调系统。该空调系统包括压缩机、室内换热器和室外换热器，压缩机为变容压缩机，压缩机在制热工况下根据室外环境温度切换为单缸运行或多缸运行；压缩机包括变容口和连接在变容口的控制管路，控制管路用于控制压缩机在单缸和多缸之间切换；控制管路包括第一支路和第二支路，第一支路和第二支路的第一端共同连接至变容口，第一支路的第二端连接至压缩机的回气口，第二支路的第二端连接至压缩机的排气口，第一支路上设置有控制该第一支路通断的第一控制阀，第二支路上设置有控制该第二支路通断的第二控制阀。根据本发明的空调系统，能够保证空气源热泵系统制热在低温工况下的制热效果。

Description

空调系统
技术领域
本发明涉及空气调节技术领域，具体而言，涉及一种空调系统。
背景技术
基于我国能源产业的基本国情，我国能源政策中越来越重视对清洁、安全、高效能源及用能装置的开发和利用。其中大力发展可再生能源，替代常规矿物燃料能源是我国能源发展战略的一个重要方面。热泵技术是利用低温可再生能源的有效技术之一，能够很好地解决能源消费与环境保护之间的矛盾，顺应了现代社会科学用能的要求。热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置，所供给用户的热量却是消耗的高位热能与吸收的低位热能的总和。实践证明，热泵供暖技术可使用能效率和效益达到最优化组合，是科学配置能源的典范。
空气源热泵系统在北方及其他寒冷地区的全面应用推广受到一些限制，随着室外环境温度的降低，空气源热泵系统将会出现吸气流量小、压缩比增加等一系列问题，从而导致空气源热泵系统制热在低温工况下制热效果差，甚至在低温工况下无法运行的现象。
发明内容
本发明实施例中提供一种空调系统，能够保证空气源热泵系统制热在低温工况下的制热效果。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种空调系统，包括压缩机、室内换热器和室外换热器，压缩机为变容压缩机，压缩机在制热工况下根据室外环境温度切换为单缸运行或多缸运行；
压缩机包括变容口和连接在变容口的控制管路，控制管路用于控制压缩机在单缸和多缸之间切换；
控制管路包括第一支路和第二支路，第一支路和第二支路的第一端共同连接至变容口，第一支路的第二端连接至压缩机的回气口，第二支路的第二端连接至压缩机的排气口，第一支路上设置有控制该第一支路通断的第一控制阀，第二支路上设置有控制该第二支路通断的第二控制阀。
作为优选，室内换热器和室外换热器之间的管路包括总管、第一支管和第二支管，总管的第一端连接至室内换热器，第一支管和第二支管的第一端连接至总管的第二端，第一支管的第二端连接至室外换热器，第二支管的第二端连接至压缩机的回气口，第二支管的冷媒节流降压之后与第一支管的冷媒换热连接。
作为优选，第二支管与第一支管之间通过第一换热器换热连接，第一换热器与总管之间的第二支管上设置有第一节流单元。
作为优选，第二支管上沿着冷媒流动方向依次设置有第二节流单元和单向阀。
作为优选，空调系统还包括补气支路，补气支路的第一端连接至与第一支管换热之后的第二支管，补气支路的第二端连接至压缩机的补气口。
作为优选，空调系统还包括油分离器，油分离器设置在压缩机的排气端，油分离器的出油口设置有回油管路，回油管路连接至压缩机的回气口。
作为优选，回油管路与补气支路通过第二换热器换热连接。
作为优选，回油管路包括并联设置的电子膨胀阀和/或毛细管。
作为优选，空调系统还包括四通阀，四通阀的四个接口分别与压缩机的排气口、回气口、室内换热器和室外换热器连接。
作为优选，压缩机为一台或多台，当压缩机为多台时，多台压缩机并联设置。
应用本发明的技术方案，空调系统包括压缩机、室内换热器和室外换热器，所述压缩机为变容压缩机，所述压缩机在制热工况下根据室外环境温度切换为单缸运行或多缸运行；压缩机包括变容口和连接在变容口的控制管路，控制管路用于控制压缩机在单缸和多缸之间切换；控制管路包括第一支路和第二支路，第一支路和第二支路的第一端共同连接至变容口，第一支路的第二端连接至压缩机的回气口，第二支路的第二端连接至压缩机的排气口，第一支路上设置有控制该第一支路通断的第一控制阀，第二支路上设置有控制该第二支路通断的第二控制阀。在空调系统处于正常制热时，可以控制压缩机单缸运行，从而使得压缩机处于低功耗运行状态，减少压缩机的能耗，在空调系统处于低温制热工况下，可以控制压缩机多缸运行，从而解决低温工况下吸气量小，低压较低的问题，增加压缩机吸气量，达到增焓的效果，实现超低温工况超强制热，可以实现快速制热，使得空气源热泵系统可以在北方以及一些寒冷地区全面推广，替代常规矿物燃料进行制热取暖等，减少污染，为用户提供一个绿色舒适的环境，增加用户的舒适体验性。
附图说明
图1是本发明实施例的空调系统的结构原理图；
图2是本发明实施例的空调系统处于三重增焓模式下的流路结构图；
图3是本发明实施例的空调系统处于四重增焓模式下的流路结构图。
附图标记说明：1、压缩机；2、室内换热器；3、室外换热器；4、第一支路；5、第二支路；6、第一控制阀；7、第二控制阀；8、总管；9、第一支管；10、第二支管；11、第一换热器；12、第一节流单元；13、第二节流单元；14、单向阀；15、补气支路；16、油分离器；17、回油管路；18、第二换热器；19、电子膨胀阀；20、毛细管；21、四通阀；22、第三控制阀；23、第三节流单元；24、截止阀；25、第四节流单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，空调系统包括压缩机1、室内换热器2和室外换热器3，压缩机1为变容压缩机1，压缩机1在制热工况下根据室外环境温度切换为单缸运行或多缸运行，从而实现吸气变容增焓。当空调系统处于正常制热温度范围时，空调系统单缸运行，当空调系统处于超低温制热温度范围时，空调系统多缸运行。在本实施例中，当室外环境温度低于-15摄氏度时，认为空调系统处于超低温制热温度范围；当空调系统温度处于-15到-7摄氏度时，认为空调系统处于低温制热温度范围；当空调系统温度处于-7到24摄氏度时，认为空调系统处于低温制热温度范围。当然，该温度值根据区域以及季节的不同可以进行适当调整，并不局限于上述数值。
在空调系统处于正常制热时，可以控制压缩机1单缸运行，从而使得压缩机1处于低功耗运行状态，减少压缩机1的能耗，在空调系统处于低温制热工况下，可以控制压缩机1多缸运行，从而解决低温工况下吸气量小，低压较低的问题，增加压缩机1的吸气量，达到增焓的效果，实现超低温工况超强制热，可以实现快速制热，通过压缩机双缸、三缸变容切换和系统冷媒过冷后回至吸气，可以解决低温工况下吸气量小，低压较低的问题，增加压缩机吸气量；以及通过压缩机补气及补气再热，可以解决超低温工况下压缩机内参与做功的冷媒少的问题，增加压缩机中压冷媒量，通过将不同增焓模式进行复合的方法，来满足不同工况下的制热效果，可以实现超低温工况下超强制热，快速制热，使得空气源热泵系统可以在北方以及一些寒冷地区全面推广，替代常规矿物燃料进行制热取暖等，减少污染，为用户提供一个绿色舒适的环境，增加用户的舒适体验性。
压缩机1可以为一台，也可以为多台，当压缩机1为多台时，多台压缩机并联设置。
优选地，压缩机1包括变容口和连接在变容口的控制管路，控制管路用于控制压缩机1在单缸和多缸之间切换。通过控制管路对变容口进行调节，可以方便地实现压缩机1的单缸和多缸切换，在本实施例中，压缩机为单双缸变容压缩机，压缩机在单缸和双缸之间切换，从而降低压缩机的变容难度。在压缩机工作时，开启第一控制阀6，关闭第二控制阀7，此时压缩机变容口接通回气侧，与低压相通，此时压缩机吸气单缸压缩运行；开启第二控制阀7，关闭第一控制阀6，此时压缩机变容口接通排气侧，与高压相通，此时压缩机吸气双缸压缩机运行。
在本实施例中，控制管路包括第一支路4和第二支路5，第一支路4和第二支路5的第一端共同连接至变容口，第一支路4的第二端连接至压缩机1的回气口，第二支路5的第二端连接至压缩机1的排气口，第一支路4上设置有控制该第一支路4通断的第一控制阀6，第二支路5上设置有控制该第二支路5通断的第二控制阀7。
在压缩机运行时，通过控制第一控制阀6和第二控制阀7的通过，可以方便地对压缩机1进行变容调节。当需要压缩机进行单缸运行时，可以打开第一控制阀6，关闭第二控制阀7，使得压缩机1的变容口与压缩机1的回气口连通，与压缩机1的排气口断开，实现压缩机1的单缸运行；当需要压缩机1进行双缸运行时，可以关闭第一控制阀6，打开第二控制阀7，使得压缩机1的变容口与压缩机1的排气口连通，与压缩机1的回气口断开，实现压缩机的双缸运行。上述的第一控制阀6和第二控制阀7例如为电磁阀。
优选地，室内换热器2和室外换热器3之间的管路包括总管8、第一支管9和第二支管10，总管8的第一端连接至室内换热器2，第一支管9和第二支管10的第一端连接至总管8的第二端，第一支管9的第二端连接至室外换热器3，第二支管10的第二端连接至压缩机1的回气口，第二支管10的冷媒节流降压之后与第一支管9的冷媒换热连接。
在空调系统低温制热运行过程中，冷媒从室内换热器2流出后，经总管8分为两路，一路进入第一支管9，另一路进入第二支管10，进入第二支管10的冷媒在节流降压之后，与进入第一支管9的冷媒进行换热，吸收第一支管9内的冷媒温度，并对第一支管9内的冷媒进行降温，之后回流至压缩机的回气口，从而增加压缩机1的吸气量，提高压缩机的能力和能效，完成空调系统的过冷回气增焓。第一支管9内的冷媒与第二支管10内的冷媒换热之后，具有更低的温度，在进入室外换热器3内时，冷媒温度更低，与室外环境温差更大，吸热量更大，提高室外换热器3的换热量。第二支管10内的冷媒经节流降压并与第一支管9内的冷媒加热之后，气化更加彻底，因此不会在流回压缩机1的回气口时造成吸气带液，能够提高压缩机工作的可靠性。
在本实施例中，第二支管10与第一支管9之间通过第一换热器11换热连接，第一换热器11与总管8之间的第二支管10上设置有第一节流单元12。该第一节流单元12用于对进入第二支管10的冷媒进行节流降压，使得第二支管10内的液态或者气液两相冷媒节流膨胀为气态冷媒或者带有少量液体的两相冷媒，在此过程中第二支管10内的冷媒与第一支管9内的冷媒换热，吸收第一支管9内的冷媒的热量，与第一支管9内的冷媒实现换热。第一节流单元12例如为电子膨胀阀。
优选地，第二支管10上沿着冷媒流动方向依次设置有第二节流单元13和单向阀14。第二节流单元13能够对与第一支管9内的冷媒进行换热之后的冷媒进行再次节流，从而更加有效地减少第二支管10内的液态冷媒含量，提高第二支管10内的冷媒焓值。单向阀14能够有效防止冷媒从压缩机1的回气口反向流动，提高压缩机运行时的可靠性和稳定性。第二节流单元13例如为电子膨胀阀。
优选地，在总管8上设置有第三节流单元23和截止阀24，在第一支管9上设置有第四节流单元25。
优选地，空调系统还包括补气支路15，补气支路15的第一端连接至与第一支管9换热之后的第二支管10，补气支路15的第二端连接至压缩机1的补气口。补气支路15内的冷媒来自于第二支管10内与第一支管9换热之后的冷媒，因此能够通过该部分温度较低的气态冷媒，对压缩机1进行补气，从而实现压缩机1的补气增焓，提高压缩机的工作能效。优选地，在补气支路15上设置有第三控制阀22，可以根据空调系统的运行状态来控制补气支路15的通断，从而使得空调系统能够根据工况选择合适的工作方式，有效提高空调系统的运行能效，减少空调系统的功耗。
优选地，空调系统还包括油分离器16，油分离器16设置在压缩机1的排气端，油分离器16的出油口设置有回油管路17，回油管路17连接至压缩机1的回气口。油分离器16内分离出的油液沿着回油管路从压缩机1的回气口回流至压缩机1，可以避免压缩机1内的油量不足对压缩机1内的部件运行造成损坏，使得空调系统内的润滑油的使用效率有效提高。
优选地，回油管路17与补气支路15通过第二换热器18换热连接。回油管路17内的润滑油相对于补气支路15内的冷媒具有较高温度，因此两者进行换热时，可以通过润滑油对补气支路15内的冷媒进行加热，从而更加有效地保证补气支路15内的冷媒气化完全，达到补气再热增焓的目的。
优选地，回油管路17包括并联设置的电子膨胀阀19和/或毛细管20。其中电子膨胀阀19的开度可调，因此可以通过调节电子膨胀阀19的开度调节回油量，避免回油量过大而导致压缩机1内的油量过多，同时避免回油量过小而导致压缩机1内的油量过少而无法有效润滑。
空调系统还包括四通阀21，四通阀21的四个接口分别与压缩机1的排气口、回气口、室内换热器2和室外换热器3连接。
优选地，上述的第一换热器11和第二换热器18均为板式换热器。
下面结合图1至图3对本发明的空调系统的工作过程加以说明：
本发明的空调系统包括双重增焓模式、三重增焓模式和四重增焓模式等多种运行模式。其中双重增焓模式为吸气变容增焓与过冷回气增焓复合模式，三重增焓模式为吸气变容增焓和补气增焓以及补气再热增焓复合模式，四重增焓模式为吸气变容增焓、过冷回气增焓、补气增焓以及补气再热增焓复合模式。
结合参见图1所示，当空调系统处于双重增焓模式时，制热模式下，第一控制阀6和第三控制阀22关闭，第二控制阀7打开，第一节流单元12和第二节流单元13打开，电子膨胀阀19关闭，压缩机由吸气单缸转为吸气双缸运行，增加吸气压缩量，完成吸气变容增焓。另外，从截止阀24回来的冷媒分两路，一路经第一换热器11换热后，经第四节流单元25节流，再经室外换热器3蒸发散热后，经四通阀21回至压缩机吸气侧，完成主路循环。另一路经第一节流单元12节流及第一换热器11换热后，经第二节流单元13节流，再经单向阀14回至压缩机吸气侧，增加吸气量与吸气侧的焓值，完成过冷回气增焓。两种增焓模式相结合，称为双重增焓模式。
结合参见图2所示，当空调系统处于三重增焓模式时，制热模式下，第一控制阀6关闭，第二控制阀7和第三控制阀22打开，第一节流单元12和电子膨胀阀19打开，第二节流单元13关闭，压缩机由吸气单缸转为吸气双缸运行，增加吸气压缩量，完成吸气变容增焓。另外，从截止阀24回来的冷媒分两路，一路经第一换热器11换热后，经第四节流单元25节流，再经室外换热器3蒸发散热后，经四通阀21回至压缩机吸气侧，完成主路循环。另一路经第一节流单元12节流及第一换热器11换热后，再经第二换热器18与油分离器16分离后回至压缩机的油进行换热，对油的热量进行回收再热利用，然后经第三控制阀22后分两路分别回至两个压缩机1的补气口，同步完成补气增焓和补气再热增焓，同时油分离器中的高温油经第二换热器18换热后，经毛细管20和电子膨胀阀19回至压缩机吸气侧。三种增焓模式相结合，称为三重增焓模式。
结合参见图3所示，当空调系统处于四重增焓模式时，制热模式下，制热模式下，第一控制阀6关闭，第二控制阀7和第三控制阀22打开，第一节流单元12、第二节流单元13和电子膨胀阀19打开，压缩机由吸气单缸转为吸气双缸运行，增加吸气压缩量，完成吸气变容增焓。另外，从截止阀24回来的冷媒分两路，一路经第一换热器11换热后，经第四节流单元25节流，再经室外换热器3蒸发散热后，经四通阀21回至压缩机吸气侧，完成主路循环。另一路经第一节流单元12节流及第一换热器11换热后，再分两路，其中一路经第二节流单元13节流，经单向阀14回至压缩机吸气侧，增加吸气量与吸气侧的焓值，完成过冷回气增焓。另一路经第二换热器18与油分离器16分离后回至压缩机的油进行换热，对油的热量进行回收再热利用，然后经第三控制阀22后分两路分别回至两个压缩机1的补气口，同步完成补气增焓和补气再热增焓，同时油分离器中的高温油经第二换热器18换热后，经毛细管20和电子膨胀阀19回至压缩机吸气侧，四种增焓模式相结合，称为四重增焓模式。
通过压缩机双缸、三缸变容切换和系统冷媒过冷后回至吸气，可以解决低温工况下吸气量小，低压较低的问题，增加压缩机吸气量；以及通过压缩机补气及补气再热，可以解决超低温工况下压缩机内参与做功的冷媒少的问题，增加压缩机中压冷媒量，通过将不同增焓模式进行复合的方法，来满足不同工况下的制热效果，可以实现超低温工况下超强制热，快速制热。
除了上述几种方式外，也可以在空调系统中直接通过补气支路15和压缩机的变容吸气实现双重增焓，此时空调系统第二支管10无需回流至压缩机的回气口，直接经补气支路15流动至压缩机的补气口，实现压缩机1的补气增焓。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种空调系统，其特征在于，包括压缩机(1)、室内换热器(2)和室外换热器(3)，所述压缩机(1)为变容压缩机(1)，所述压缩机(1)在制热工况下根据室外环境温度切换为单缸运行或多缸运行；
所述压缩机(1)包括变容口和连接在所述变容口的控制管路，所述控制管路用于控制所述压缩机(1)在单缸和多缸之间切换；
所述控制管路包括第一支路(4)和第二支路(5)，所述第一支路(4)和所述第二支路(5)的第一端共同连接至所述变容口，所述第一支路(4)的第二端连接至所述压缩机(1)的回气口，所述第二支路(5)的第二端连接至所述压缩机(1)的排气口，所述第一支路(4)上设置有控制该第一支路(4)通断的第一控制阀(6)，所述第二支路(5)上设置有控制该第二支路(5)通断的第二控制阀(7)；
所述室内换热器(2)和所述室外换热器(3)之间的管路包括总管(8)、第一支管(9)和第二支管(10)，所述总管(8)的第一端连接至所述室内换热器(2)，所述第一支管(9)和所述第二支管(10)的第一端连接至所述总管(8)的第二端，所述第一支管(9)的第二端连接至所述室外换热器(3)，所述第二支管(10)的第二端连接至所述压缩机(1)的回气口，所述第二支管(10)的冷媒节流降压之后与所述第一支管(9)的冷媒换热连接；
所述空调系统还包括补气支路(15)，所述补气支路(15)的第一端连接至与所述第一支管(9)换热之后的第二支管(10)，所述补气支路(15)的第二端连接至所述压缩机(1)的补气口；
所述空调系统还包括油分离器(16)，所述油分离器(16)设置在所述压缩机(1)的排气端，所述油分离器(16)的出油口设置有回油管路(17)，所述回油管路(17)连接至所述压缩机(1)的回气口，所述回油管路(17)与所述补气支路(15)通过第二换热器(18)换热连接。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述第二支管(10)与所述第一支管(9)之间通过第一换热器(11)换热连接，所述第一换热器(11)与所述总管(8)之间的所述第二支管(10)上设置有第一节流单元(12)。
3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述第二支管(10)上沿着冷媒流动方向依次设置有第二节流单元(13)和单向阀(14)。
4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述回油管路(17)包括并联设置的电子膨胀阀(19)和/或毛细管(20)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括四通阀(21)，所述四通阀(21)的四个接口分别与所述压缩机(1)的排气口、回气口、室内换热器(2)和室外换热器(3)连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述压缩机(1)为一台或多台，当所述压缩机(1)为多台时，多台所述压缩机(1)并联设置。
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