CN109140840A - 一种使用吸排气旁通管路的空调器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用吸排气旁通管路的空调器及其控制方法，该空调器由依次相连的压缩机、四通阀、室内换热器、节流装置、室外换热器、吸气管、储液器、吸气插管以及附加的连接高低压管路的旁通管路组成；此外本发明还公开了该空调器的控制方法：旁通管路在空调器处于制热模式或除霜模式，且旁通管路低压位置的压力降低或温度降低时开启，旁通管路通过截止阀或可变流通面积的节流阀控制开启及旁通流量，将高温高压的制冷剂引入低温低压的区域补充制冷剂或使得液态制冷剂气化，提高系统制冷剂循环量，以解决空调器制热、除霜过程空调器产生吸气低压或低温从而造成制冷剂循环量过少，润滑油过多产生的可靠性问题。
Description
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体涉及一种使用吸排气旁通管路的空调器及控制方法，解决了空调器制热、除霜时的吸气低压以及吸气低温造成的吸气带液问题，尤其是使用R290制冷剂的空调器。
背景技术
空调器在室外温度较低的冬季制热时，在启动初期，会发生吸气侧极度缺乏气态制冷剂的吸气低压、负压现象。在除霜过程中，由于室内吸收热量很少、温度低，在吸气管出现吸气带液现象，除霜结束后大量制冷剂存留在储液器、压缩机内，以上现象都会影响压缩机的正常工作。
吸气低压是因为启动前，大量制冷剂液体驻留在低温的室外换热器、压缩机与储液器中。启动过程中室外换热器液体制冷剂迅速进入储液器，储液器中的制冷剂无法进行有效换热，在启动初期仍然以液态存在；压缩机由于环境温度降低，更多的制冷剂溶解在低温润滑油中,而压缩机的温度建立、制冷剂的逸出需要时间，此时高温室内侧制冷剂以气态存在，通过节流阀的流量有限。气态制冷剂的缺乏使得空调器启动时容易发生吸气侧低压、负压现象。当制冷剂充注量较小时，吸气低压现象更加明显。
除霜过程中，低排气温度过低使得制冷剂携带热量相对减少，而室内风机在除霜过程中停止运行，制冷剂在室内吸收不到足够的热量气化，以及除霜过程中开度往往较大，在除霜一段时间后吸气处于两相状态导致压缩机吸气带液。制冷剂液体如果进入压缩机，容易发生气缸内液压缩，使得压缩机的使用寿命缩短或造成压缩机损坏、压缩机卡死电机温度不断升高造成安全事故。
除霜过程吸气带液也使得储液器内制冷剂液体不断增多，减小系统循环的制冷剂量，降低除霜效率，制冷剂循环量减少也使得除霜过程中排除的润滑油更加难以回到压缩机，驻留在管路、阀门部件影响除霜、再制热空调器效率和正常运行。由于制冷剂大量迁移进入压缩机，除霜再启动时，吸气低压现象也可能会出现。
在削减温室气体HFCs制冷剂的情况下，R290作为一种自然工质，其ODP为零且GWP接近于零，在空调器热力循环中的热力性质与迁移性质优良原因，环境保护部与家电行业HPMP将其列为空调器现用工质R22与R410A的替代制冷剂。
对于R290这种可燃性制冷工质来说，安全问题是一个很重要的方面，由于空调器难以保证完全的密封，通常系统中压力高于环境压力，防止环境中的空气进入。而出现吸气负压时，低压区管路压力低于大气压，可能有空气进入系统，当空气和制冷剂的比例到达一定程度后，则有可能引发安全事故。
因为R290具有可燃性，所以对其充注量有较大限制，较低的充注量使得吸气低压更加明显，当吸气压力低于环境压力时，由于密封问题可能使得部分空气进入空调器管路中，影响空调器的可靠性与安全性。
而R290由于排气温度较低，造成其除霜过程压缩机整体温度偏低，更容易产生吸气带液，而且相比于氟利昂其会有更多制冷剂储存在压缩机油池、储液器中，其较低的总充注量，使得系统中制冷剂相对总充注量的百分比更少，更容易发生启动时的吸气低压甚至负压现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用吸排气旁通管路的空调器及控制方法，通过旁通管路对空调器压缩机吸气排气旁通的控制，能有效解决低充注量的空调器在制热、除霜模式中吸气压力偏低以及吸气温度过低带液造成压缩机气缸带液压缩、低压侧液态制冷剂堆积使得油池温度快速下降、系统制冷剂循环不足、系统润滑油回油困难造成的可靠性问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种使用吸排气旁通管路的空调器，包括依次相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7、吸气插管8以及附加的连通空调器高低压部位的旁通管路9；所述空调器在制热、除霜模式且旁通管路低压位置的压力或温度降低时使用旁通管路9，将压缩机的高温高压气体与低温低压的吸气混合，防止吸气压力过低、吸气温度过低带有液体对空调器产生不利影响；
当四通阀切换为制热模式时，压缩机1出口通过四通阀2的一条流路与室内换热器3入口相连，室内换热器3出口通过管路及节流装置4与室外换热器5入口相连，室外换热器5出口通过四通阀2的另外一条流路经过吸气管6与储液器7入口相连，储液器7出口通过吸气插管8与压缩机1入口相连，形成制热模式循环回路；
当四通阀切换为除霜模式时，压缩机1出口通过四通阀2的一条流路与室外换热器5入口相连，室外换热器5出口通过管路及节流装置4与室内换热器3入口相连，室内换热器3出口通过四通阀2的另外一条流路经过吸气管6与储液器7入口相连，储液器7出口通过吸气插管8与压缩机1入口相连，形成除霜模式循环回路；
在不同的模式下，都通过旁通管路连接的方式将压缩机1到四通阀2的高压部位与低压部位的吸气管路6或者储液器7相连。
所述旁通管路9从空调器高压部位与低压部位使用附加管路方法连接，高压部位为压缩机1到四通阀2间的压缩机排气管；低压部位为储液器7或吸气管6；并且在附加管路上设置截止阀10或设置截止阀10串联可变流通面积的节流阀11来控制旁通的开启与关闭；对于只设置截止阀10的旁通管路9，通过改变截止阀10的开启和关闭来实现旁通，通过开启和关闭的时间之比来控制吸排气旁通的气体量量；对于设置截止阀10串联节流阀11的旁通管路9，通过截止阀10的开启和关闭来实现旁通，通过改变节流阀11流通面积改变控制吸排气旁通的气体量。
所述空调器的制冷剂为低充注量可燃性的制冷剂R290。
所述的使用吸排气旁通管路的空调器的控制方法，空调器处于制热或除霜模式，且旁通管路低压位置的压力或温度降低；达到以上条件时，打开旁通管路；
具体的控制方法如下：
当旁通管路9设置在压缩机排气管和吸气管6之间时，如果空调器处于制热模式，且处于刚启动5分钟以内，当吸气管温度T6低于室外环境温度Th-5℃时或吸气管6的表压P6降至0.01MPa以下时，打开旁通管路9，使得部分高压的排气从旁通管路9补充到吸气管6；另一部分排气仍然经过室内换热器3放热，经节流装置4节流后，进入室外换热器5，随后在吸气管6与旁通的高压排气混合提高压力，经吸气插管8进入压缩机1压缩；直至达到10分钟或压缩机排气温度Td高于环境温度Th 5℃至10℃以上；如果空调器处于除霜模式，且吸气管温度T6随运行时间增加而下降时，开启旁通管路9，使部分高压的排气从旁通管路9到吸气管6；另一部分排气仍然经过室外换热器5放热除霜，经节流装置4节流后，进入室内换热器3，随后在吸气管6与旁通的高温高压排气混合，吸气所携带的液体被排气高温气化，经储液器7、吸气插管8进入压缩机1压缩；直至吸气管温度T6达到制热模式下的T6最高值或直至除霜模式结束；
当旁通管路设置在压缩机排气管和储液器7之间时，如果空调器处于制热模式，且处于刚启动5分钟以内，当储液器温度T7低于室外环境温度Th-5℃时或储液器7的表压P7降至0.01MPa以下时，打开旁通管路9，使得部分高压的排气从旁通管路9补充到储液器7；另一部分排气仍然经过室内换热器3放热，经节流装置4节流后，进入室外换热器5，随后流经吸气管6在储液器7与旁通的高压排气混合提高压力，经吸气插管8进入压缩机1压缩；直至达到10分钟或压缩机排气温度Td高于环境温度Th 5℃至10℃以上；如果空调器处于除霜模式，且储液器温度T7随运行时间增加而下降时，开启旁通管路9，使部分高压的排气从旁通管路9到储液器7；另一部分排气仍然经过室外换热器5放热除霜，经节流装置4节流后，进入室内换热器3，随后在储液器7与旁通的高温高压排气混合，储液器7内的低温液体被排气高温气化，经吸气插管8进入压缩机1压缩；直至储液器温度T7达到制热模式下的T7最高值或直至除霜模式结束。
按如下两种方法获得旁通管路所需的流量：在制热或除霜模式吸气压力过低时将高压排气与低压吸气混合时，引入的高压气体降低压力，膨胀产生一定体积的气体，当该体积补充了压力降低减少的气体体积时，压力不会再下降，所需旁通的气量Qv根据压缩机行程容积Vh，给定工况下转速N、吸气压力ps、排气压力pd、设定最低压力pss和制冷剂的绝热系数k估算:
Qv＞Vh*N*[(pss/pd)1/k-(ps/pd)1/k]
在除霜模式吸气温度降低带有液体时，引入的高温排气释放热量，将吸气携带的部分液体气化，当释放的热量和气化所需要的热量达到平衡，吸气管变为饱和气体，吸气两相带液消失，压缩机储液器内制冷剂液体不会增加，所需旁通的气量Qm根据给定工况下转速N，吸气温度Ts、吸气干度x，吸气的比体积v，低温制冷剂汽化潜热h，高温排气温度Td，气体制冷剂的比热容c估算:
Qm＞Vh/v*N*(1-x)*h/c/(Td-Ts)。
附图说明
图1是使用截止阀、节流阀串联的吸排气旁通管路的空调器示意图。
图2是只使用截止阀的吸排气旁通管路的空调器示意图。
图3是采取吸排气旁通对吸气带液循环的影响示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的描述说明。
实施方案1：
如图1：一种使用旁通管路连接吸气管与排气管路的空调器，包含相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7、吸气插管8，以及将压缩机1到四通阀2的排气与吸气管6相连的使用截止阀10和节流阀11串联的旁通管路9。
空调器处于制热模式，且处于刚启动5分钟以内，当吸气管温度T6低于室外环境温度Th-5℃时或吸气管压力P6降至0.01MPa以下时，开启吸排气旁通管路9的截止阀10，使得部分高压的排气从旁通管路9补充到低压侧吸气管6；另一部分排气仍然经过室内换热器3放热，经节流装置4节流后，进入室外换热器5，随后在吸气管6与旁通的高压排气混合进入储液器7，经吸气插管8进入压缩机1压缩；直至达到10分钟或压缩机排气温度Td高于环境温度Th 5℃至10℃以上关闭旁通管路。空调器处于除霜模式，且吸气管温度T6随运行时间增加而下降时，开启吸排气旁通管路9的截止阀10，调节节流阀11流通面积使得部分高压的排气从旁通管路补充到低压侧吸气管6；另一部分排气仍然经过室内换热器3放热，经节流装置4节流后，进入室外换热器5，随后在吸气管6与旁通的高温高压排气混合，吸气所携带的液体制冷剂气化，进入储液器7，经吸气插管8进入压缩机1压缩；直至吸气管温度T6达到制热模式下的T6最高值或直至除霜模式结束。
实施方案2：
如图2：一种使用旁通管路连接储液器与排气管路的空调器，包含相连的压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、室外换热器5、吸气管6、储液器7、吸气插管8，以及将压缩机1到四通阀2的排气与储液器7相连的使用截止阀10的旁通管路9。空调器处于制热模式，且处于刚启动5分钟以内，当储液器温度T7低于室外环境温度Th-5℃时或储液器压力P7降至0.01MPa以下时，开启吸排气旁通管路9的截止阀10，并控制截止阀10打开的时间使得部分高压的排气从旁通管路补充到储液器7；另一部分排气仍然经过室内换热器3放热，经节流装置4节流后，进入室外换热器5，随后在储液器7与旁通的高压排气混合，经吸气插管8进入压缩机1压缩；直至达到10分钟或压缩机排气温度Td高于环境温度Th 5℃至10℃以上，关闭旁通管路。空调器处于除霜模式，且储液器温度T7随运行时间增加而下降时，开启吸排气旁通管路9的截止阀10，并控制截止阀10开启时间使得部分高压的排气从旁通管路补充到储液器7；另一部分排气仍然经过室内换热器3放热，经节流装置4节流后，进入室外换热器5，随后在储液器7与旁通的高温高压排气混合，吸气所携带的液体气化，经吸气插管8进入压缩机1压缩，直至储液器温度T7达到制热模式下的T7最高值或直至除霜模式结束。
使用如上吸排气旁通管路的空调器与传统空调器循环相比：
1、可以有效防止压缩机启动过程中产生吸气低压甚至吸气负压，保证空调器内不会混入空气，导致换热器换热能力由于空气进入而减弱，也防止了空调器内可燃性制冷剂和空气混合造成的安全性问题；
2、如图3，在除霜过程中将高温的排气A与低温两相吸气C混合，通过高温流体带来的热量，将吸气带有的液体气化最终混合达到状态B，可以有效减少空调器除霜过程中压缩机吸气带液，防止压缩机带液压缩，减少储液器中驻留的制冷剂液体，提高吸气侧温度也能提高压缩机油池温度，减小除霜过程中溶解在油池中的制冷剂，提高系统循环的制冷剂；
3、另外，附加的吸排气连通管路，可以使得除霜过程中从压缩机排气管出去的润滑油，沿着吸排气连通管直接回到压缩机，防止过多润滑油进入空调器影响换热和保证空调器中节流阀的正常运行，提高了空调器运行的稳定性和可靠性。
可以按如下两种方法获得旁通管路所需的流量：在制热或除霜模式吸气压力过低时将高压排气与低压吸气混合时，引入的高压气体降低压力，膨胀产生一定体积的气体，当该体积补充了压力降低减少的气体体积时，压力不会再下降，所需旁通的气量Qv可以根据压缩机行程容积Vh，给定工况下转速N、吸气压力ps、排气压力pd、设定最低压力pss和制冷剂的绝热系数k估算:
Qv＞Vh*N*[(pss/pd)1/k-(ps/pd)1/k]
在除霜模式吸气温度降低带有液体时，引入的高温气体释放热量，将吸气携带的部分液体气化，当释放的热量和气化所需要的热量达到平衡，吸气管变为饱和气体，吸气两相带液消失，压缩机储液器内制冷剂液体不会增加，所需旁通的气量Qm可以根据给定工况下转速N，吸气温度Ts、吸气干度x，吸气的比体积v，低温制冷剂汽化潜热h，高温排气温度Td，气体制冷剂的比热容c估算:
Qm＞Vh/v*N*(1-x)*h/c/(Td-Ts)。
Claims (5)
1.一种使用吸排气旁通管路的空调器，其特征在于：包括依次相连的压缩机(1)、四通阀(2)、室内换热器(3)、节流装置(4)、室外换热器(5)、吸气管(6)、储液器(7)、吸气插管(8)以及附加的连通空调器高低压部位的旁通管路(9)；所述空调器在制热、除霜模式且旁通管路低压位置的压力或温度降低时使用旁通管路(9)，将压缩机的高温高压气体与低温低压的吸气混合，防止吸气压力过低、吸气温度过低带有液体对空调器产生不利影响；
当四通阀切换为制热模式时，压缩机(1)出口通过四通阀(2)的一条流路与室内换热器(3)入口相连，室内换热器(3)出口通过管路及节流装置(4)与室外换热器(5)入口相连，室外换热器(5)出口通过四通阀(2)的另外一条流路经过吸气管(6)与储液器(7)入口相连，储液器(7)出口通过吸气插管(8)与压缩机(1)入口相连，形成制热模式循环回路；
当四通阀切换为除霜模式时，压缩机(1)出口通过四通阀(2)的一条流路与室外换热器(5)入口相连，室外换热器(5)出口通过管路及节流装置(4)与室内换热器(3)入口相连，室内换热器(3)出口通过四通阀(2)的另外一条流路经过吸气管(6)与储液器(7)入口相连，储液器(7)出口通过吸气插管(8)与压缩机(1)入口相连，形成除霜模式循环回路；
在不同的模式下，都通过旁通管路连接的方式将压缩机(1)到四通阀(2)的高压部位与低压部位的吸气管路(6)或者储液器(7)相连。
2.根据权利要求1所述的使用吸排气旁通管路的空调器，其特征在于：所述旁通管路(9)从空调器高压部位与低压部位使用附加管路方法连接，高压部位为压缩机(1)到四通阀(2)间的压缩机排气管；低压部位为储液器(7)或吸气管(6)；并且在附加管路上设置截止阀(10)或设置截止阀(10)串联可变流通面积的节流阀(11)来控制旁通的开启与关闭；对于只设置截止阀(10)的旁通管路(9)，通过改变截止阀(10)的开启和关闭来实现旁通，通过开启和关闭的时间之比来控制吸排气旁通的气体量量；对于设置截止阀(10)串联节流阀(11)的旁通管路(9)，通过截止阀(10)的开启和关闭来实现旁通，通过改变节流阀(11)流通面积改变控制吸排气旁通的气体量。
3.根据权利要求1所述的使用吸排气旁通管路的空调器，其特征在于：所述空调器的制冷剂为低充注量可燃性的制冷剂R290。
4.权利要求1至3任一项所述的使用吸排气旁通管路的空调器的控制方法，其特征在于：空调器处于制热或除霜模式，且旁通管路低压位置的压力或温度降低；达到以上条件时，打开旁通管路；
具体的控制方法如下：
当旁通管路(9)设置在压缩机排气管和吸气管(6)之间时，如果空调器处于制热模式，且处于刚启动5分钟以内，当吸气管温度T6低于室外环境温度Th-5℃时或吸气管(6的表压P6降至0.01MPa以下时，打开旁通管路(9)，使得部分高压的排气从旁通管路(9)补充到吸气管(6)；另一部分排气仍然经过室内换热器(3)放热，经节流装置(4)节流后，进入室外换热器(5)，随后在吸气管(6)与旁通的高压排气混合提高压力，经吸气插管(8)进入压缩机(1)压缩；直至达到10分钟或压缩机排气温度Td高于环境温度Th 5℃至10℃以上；如果空调器处于除霜模式，且吸气管温度T6随运行时间增加而下降时，开启旁通管路(9)，使部分高压的排气从旁通管路(9)到吸气管(6)；另一部分排气仍然经过室外换热器(5)放热除霜，经节流装置(4)节流后，进入室内换热器(3)，随后在吸气管(6)与旁通的高温高压排气混合，吸气所携带的液体被排气高温气化，经储液器(7)、吸气插管(8)进入压缩机(1)压缩；直至吸气管温度T6达到制热模式下的T6最高值或直至除霜模式结束；
当旁通管路设置在压缩机排气管和储液器(7)之间时，如果空调器处于制热模式，且处于刚启动5分钟以内，当储液器温度T7低于室外环境温度Th-5℃时或储液器(7)的表压P7降至0.01MPa以下时，打开旁通管路(9)，使得部分高压的排气从旁通管路(9)补充到储液器(7)；另一部分排气仍然经过室内换热器(3)放热，经节流装置(4)节流后，进入室外换热器(5)，随后流经吸气管(6)在储液器(7)与旁通的高压排气混合提高压力，经吸气插管(8)进入压缩机(1)压缩；直至达到10分钟或压缩机排气温度Td高于环境温度Th 5℃至10℃以上；如果空调器处于除霜模式，且储液器温度T7随运行时间增加而下降时，开启旁通管路(9)，使部分高压的排气从旁通管路(9)到储液器(7)；另一部分排气仍然经过室外换热器(5)放热除霜，经节流装置(4)节流后，进入室内换热器(3)，随后在储液器(7)与旁通的高温高压排气混合，储液器(7)内的低温液体被排气高温气化，经吸气插管(8)进入压缩机(1)压缩；直至储液器温度T7达到制热模式下的T7最高值或直至除霜模式结束。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：按如下两种方法获得旁通管路所需的流量：在制热或除霜模式吸气压力过低时将高压排气与低压吸气混合时，引入的高压气体降低压力，膨胀产生一定体积的气体，当该体积补充了压力降低减少的气体体积时，压力不会再下降，所需旁通的气量Qv根据压缩机行程容积Vh，给定工况下转速N、吸气压力ps、排气压力pd、设定最低压力pss和制冷剂的绝热系数k估算:
Qv＞Vh*N*[(pss/pd)1/k-(ps/pd)1/k]
在除霜模式吸气温度降低带有液体时，引入的高温排气释放热量，将吸气携带的部分液体气化，当释放的热量和气化所需要的热量达到平衡，吸气管变为饱和气体，吸气两相带液消失，压缩机储液器内制冷剂液体不会增加，所需旁通的气量Qm根据给定工况下转速N，吸气温度Ts、吸气干度x，吸气的比体积v，低温制冷剂汽化潜热h，高温排气温度Td，气体制冷剂的比热容c估算:
Qm＞Vh/v*N*(1-x)*h/c/(Td-Ts)。
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