CN112033036B - 一种制冷系统、控制方法和空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制冷系统、控制方法和空调器，制冷系统包括：第一循环子系统和第二循环子系统，第一循环子系统包括第一压缩机、冷凝器和蒸发器，第二循环子系统包括第二压缩机、以及冷凝器和蒸发器，第一循环子系统和第二循环子系统共用冷凝器和蒸发器；第一压缩机为定频压缩机，且第一压缩机能够通过改变其内部气缸中的制冷剂的量来改变负荷；第二压缩机也为定频压缩机，且第二压缩机能够通过改变其内部气缸中的工作容积大小来改变压比。根据本发明有效解决原有定频压缩机的制冷系统无法同时调节压比和负荷的问题，相对采用变频压缩机成本大幅降低，既能保证较大的能力调节，又能通过调节压比使系统在更高的能效下运行。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，具体涉及一种制冷系统、控制方法和空调器。
背景技术
专利号为201420390340.5的专利公开了一种降膜式双机并联螺杆机组，2个螺杆压缩机并联，共用一套管路、油分、蒸发器和冷凝器。该专利公开了一种部分负荷时关停一台压缩机的控制方法，提高部分负荷的系统能效。该发明由于部分负荷时相当于运用了双倍的换热器面积，提高了能效，但是没有针对不同工况进行调节来提高能效。
专利号为200680055462.7的专利公开了一种并联制冷系统及其操作方法，一台串排复缸压缩机，共用一套管路、蒸发器和冷凝器。该专利公开了一种通过控制阀门来调节系统能力的设计结构和操作方法，但是没有说明在不同温度环境下应如何设计和控制来提高系统效率。
由于现有技术中的变频螺杆压缩机可以实现负荷可调节，但是成本过高；定频压缩机可通过滑阀实现负荷调节，但是压比不可调节，在变工况条件下会出现过压缩或欠压缩，导致运行效率较低等问题，因此本发明研究设计出一种制冷系统、控制方法和空调器。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题主要在于克服现有技术中的采用定频压缩机的制冷系统无法同时实现压比和负荷的调节的缺陷，从而提供一种制冷系统、控制方法和空调器。
为了解决上述问题，本发明提供一种制冷系统，其包括：
第一循环子系统和第二循环子系统，所述第一循环子系统包括第一压缩机、冷凝器和蒸发器，所述第二循环子系统包括第二压缩机、以及所述冷凝器和所述蒸发器，所述第一循环子系统和所述第二循环子系统共用所述冷凝器和所述蒸发器；
所述第一压缩机为定频压缩机，且所述第一压缩机能够通过改变其内部气缸中的制冷剂的量来改变负荷；所述第二压缩机也为定频压缩机，且所述第二压缩机能够通过改变其内部气缸中的工作容积大小来改变压比。
优选地，所述第一压缩机的气缸为第一气缸，所述第一气缸内部设置有第一转子、第一滑阀和滑阀止推块，所述滑阀止推块与所述第一气缸的内壁之间形成容纳空间，所述第一滑阀能够运动以在所述第一滑阀和所述滑阀止推块之间形成容纳制冷剂进入所述容纳空间的通道。
优选地，所述第一滑阀还能够运动至与所述滑阀止推块抵接而将所述通道关闭。
优选地，所述第一压缩机的负荷比例调节变化为12.5％，25％，50％，67.5％，75％和100％，且所述第一压缩机的负荷比例为100％时为所述第一滑阀将所述通道关闭的工况。
优选地，所述第一转子为螺杆，和/或，所述第一滑阀上还设置有第一径向排气口；和/或，所述第一滑阀的运动方向沿着所述第一转子的轴向方向。
优选地，所述第二压缩机的气缸为第二气缸，所述第二气缸内部设置有第二转子和第二滑阀，所述第二滑阀能够运动以覆盖部分气缸容积而减小所述第二气缸内部的工作容积、或解除覆盖部分气缸容积而增大所述第二气缸内部的工作容积。
优选地，所述第二转子为螺杆，和/或所述第二滑阀上还设置有第二径向排气口；和/或，所述第二滑阀的运动方向沿着所述第二转子的轴向方向。
优选地，在所述蒸发器中与所述制冷剂进行换热的为第一载冷剂，所述第一载冷剂为空气或水；和/或，在所述冷凝器中与所述制冷剂进行换热的为第二载冷剂，所述第二载冷剂为空气或水。
本发明还提供一种如前任一项所述的制冷系统的控制方法，其中：
包括：检测步骤，用于检测所述蒸发器的第一载冷剂的温度；
判断步骤，用于判断第一载冷剂的实际温度T与设定温度T设之间的差值dT＝T-T设是否位于[σ1，σ2]；
控制步骤，用于当dT位于[σ1，σ2]时控制所述第一压缩机(1-1)无加载或卸载的动作；当dT>σ2时控制所述第一压缩机加载；当dT<σ1时控制所述第一压缩机卸载；
其中σ1，σ2均为常数，且σ1<σ2。
优选地，所述σ1<0，所述σ2>0，且σ1＝-σ2。
优选地，所述检测步骤，还用于检测所述蒸发器中制冷剂的蒸发温度T蒸和检测所述冷凝器中制冷剂的冷凝温度T凝；
所述判断步骤，还用于判断T_diff＝T凝-T蒸是否位于[δT1，δT2]；
控制步骤，还用于当T_diff<δT1时控制所述第二压缩机(1-2)的压比调节为Vi_C；当T_diff位于[δT1，δT2]时控制所述第二压缩机(1-2)的压比调节为VI_B；当T_diff>δT2时控制所述第二压缩机的压比调节为VI_A；
其中δT1，δT2均为常数，且δT1<δT2；Vi_C<Vi_B<Vi_A。
优选地，所述第一载冷剂和所述第二载冷剂均为空气或水，且所述第一载冷剂和所述第二载冷剂为空气的压缩机的压比比同等条件下所述第一载冷剂和所述第二载冷剂为水的压缩机的压比高。
本发明还提供一种空调器，其中：
包括前任一项所述制冷系统。
本发明提供的一种制冷系统、控制方法和空调器具有如下有益效果：
1.本发明通过在制冷系统中设置包括两个循环子系统、两个循环系统中包括两个不同的压缩机，其中一个压缩机为定频压缩机且可通过改变制冷剂量来改变负荷工况，另一个压缩机为定频压缩机且可通过改变气缸中的工作容积大小来改变压比，因此可以在制冷剂系统需要改变负荷工况时通过调节第一压缩机来实现有效改变负荷工况、在制冷系统需要改变压比时通过调节第二压缩机来实现有效改变压比，有效地实现采用定频压缩机的制冷系统能够同时实现压比和负荷的调节的效果，解决原有定频压缩机的制冷系统无法同时调节压比和负荷的问题，并且相对于采用变频压缩机而言成本大幅降低，既能够保证较大的能力调节(负荷调节)，又能在一些工况下通过调节压比使系统在更高的能效下运行。
2.本发明通过采用最优的控制方法能够达到制冷或制热所需的工况温度，满足负荷条件，并且还能通过根据系统的高低压差使得系统压缩机快速达到所需的压力，且能效最低，实现高效、快速且精准的控制调节，满足压比的条件。
附图说明
图1是本发明的制冷系统的系统结构图；
图2是本发明的制冷系统中的第一压缩机(可调负荷)的内部结构图；
图3是本发明的制冷系统中的第二压缩机(可调压比)的内部结构图；
图4是本发明的制冷系统的控制方法流程图；
图5是本发明的制冷系统中的第一压缩机的根据温差设定不同压比的示意图。
附图标记表示为：
100、第一循环子系统；200、第二循环子系统；1-1、第一压缩机；1-2、第二压缩机；20、第一气缸；2-1、滑阀止推块；2-2、第一滑阀；2-3、第一转子；2-4、第一径向排气口；201、容纳空间；3-1、第二滑阀；3-2、第二转子；3-3、第二径向排气口；30、第二气缸；3、冷凝器；4、蒸发器。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明提供一种制冷系统，其包括：
第一循环子系统100和第二循环子系统200，所述第一循环子系统100包括第一压缩机1-1、冷凝器3和蒸发器4，所述第二循环子系统200包括第二压缩机1-2、以及所述冷凝器3和所述蒸发器4，所述第一循环子系统100和所述第二循环子系统200共用所述冷凝器3和所述蒸发器4；
所述第一压缩机1-1为定频压缩机，且所述第一压缩机1-1能够通过改变其内部气缸中的制冷剂的量来改变负荷；所述第二压缩机1-2也为定频压缩机，且所述第二压缩机1-2能够通过改变其内部气缸中的工作容积大小来改变压比。
本发明通过在制冷系统中设置包括两个循环子系统、两个循环系统中包括两个不同的压缩机，其中一个压缩机为定频压缩机且可通过改变制冷剂量来改变负荷工况，另一个压缩机为定频压缩机且可通过改变气缸中的工作容积大小来改变压比(优选系统中至少有一台压缩机为压比可调节的双螺杆定频压缩机，)，因此可以在制冷剂系统需要改变负荷工况时通过调节第一压缩机来实现有效改变负荷工况、在制冷系统需要改变压比时通过调节第二压缩机来实现有效改变压比，有效地实现采用定频压缩机的制冷系统能够同时实现压比和负荷的调节的效果，解决原有定频压缩机的制冷系统无法同时调节压比和负荷的问题，并且相对于采用变频压缩机而言成本大幅降低，既能够保证较大的能力调节(负荷调节)，又能在一些工况下通过调节压比使系统在更高的能效下运行。对比现有技术中两台负荷调节的双螺杆压缩机方案，本发明可以通过调节一台压缩机的内容积比(VI)和调节一台压缩机的负荷，使系统在一些工况下能够更加高效的运行、且达到负荷的条件。
优选地，所述第一压缩机1-1的气缸为第一气缸20，所述第一气缸20内部设置有第一转子2-3、第一滑阀2-2和滑阀止推块2-1，所述滑阀止推块2-1与所述第一气缸20的内壁之间形成容纳空间201，所述第一滑阀2-2能够运动以在所述第一滑阀2-2和所述滑阀止推块2-1之间形成容纳制冷剂进入所述容纳空间201的通道。这是本发明的第一压缩机的优选结构形式，即通过第一滑阀和滑阀止推块的形式能够实现调节制冷剂量的大小，实现调节负荷，优选为负荷调节双螺杆压缩机；该压缩机中设有滑阀止推块2-1，第一滑阀2-2与滑阀止推块2-1接触时，负载为100％。通过第一滑阀在轴向的滑动，负荷在100％，75％，50％和25％变化(第一滑阀移动会让压缩段部分与吸气段旁通，减小压缩机转子的实际有效长度，从而减小实际压缩机的吸气量，即通过滑阀止推块的容纳空间能够使得制冷剂进入该空间中而不参与压缩，从而有效条件制冷剂量，而调节负荷工况)。
优选地，所述第一滑阀2-2还能够运动至与所述滑阀止推块2-1抵接而将所述通道关闭。第一滑阀与滑阀止推块抵接时能够有效关闭进入容纳空间的通道，使得进入转子中进行压缩的制冷剂量达到最大。
优选地，所述第一压缩机1-1的负荷比例调节变化为12.5％，25％，50％，67.5％，75％和100％，且所述第一压缩机1-1的负荷比例为100％时为所述第一滑阀2-2将所述通道关闭的工况。这是本发明的第一压缩机的优选多个负荷调节比例，即最大负荷工况为第一滑阀2-2将所述通道关闭的工况，此时没有气体进入容纳空间中、气体全部进入转子中参与压缩，而通过控制第一滑阀和滑阀止推块之间通道的大小能够控制进入容纳空间中制冷剂量的大小，达到控制形成不同的负荷工况。
优选地，所述第一转子2-3为螺杆，和/或，所述第一滑阀2-2上还设置有第一径向排气口2-4；和/或，所述第一滑阀2-2的运动方向沿着所述第一转子2-3的轴向方向。这是本发明的第一转子的优选结构，形成为双螺杆压缩机，即负荷可调节的双螺杆压缩机，定频的滑阀主要是用来调节负荷的(通过滑阀来旁通气体)；第一滑阀沿轴向运动能够实现与滑阀止推块之间的通道大小的调节。
优选地，所述第二压缩机1-2的气缸为第二气缸30，所述第二气缸30内部设置有第二转子3-2和第二滑阀3-1，所述第二滑阀3-1能够运动以覆盖部分气缸容积而减小所述第二气缸30内部的工作容积、或解除覆盖部分气缸容积而增大所述第二气缸30内部的工作容积。这是本发明的第二压缩机的优选结构形式，即通过第二滑阀的运动能够实现调节工作容积的大小进行改变，实现调节压比的效果，优选为压比调节双螺杆压缩机；该压缩机中第二滑阀3-1用于调节第二径向排气口3-3的位置，从而调节内容积比(VI)(容积比＝最大体积/排气体积，比如压缩机吸入一定体积的气体，此时体积为V1，压缩腔减小至V2时与排气腔连通进行排气，V1/V2就是容积比。压比＝排气压力/吸气压力。容积比不严格等于压比，因为压比还跟压缩气体性质相关，但是可以通过调节容积比来实现调节压比)。
优选地，所述第二转子3-2为螺杆，和/或所述第二滑阀3-1上还设置有第二径向排气口3-3；和/或，所述第二滑阀3-1的运动方向沿着所述第二转子3-2的轴向方向。这是本发明的第二转子的优选结构，形成为双螺杆压缩机，即压比可调节的双螺杆压缩机，定频的滑阀主要是用来调节工作容积的(通过第二滑阀来调节工作容积)；第二滑阀沿轴向运动能够调节第二径向排气口的位置，实现参与压缩的第二转子的长度，调节容积比。
优选地，在所述蒸发器4中与所述制冷剂进行换热的为第一载冷剂，所述第一载冷剂为空气或水；和/或，在所述冷凝器3中与所述制冷剂进行换热的为第二载冷剂，所述第二载冷剂为空气或水。这是本发明的两种不同的载冷剂形式，能够实现传热换热。
本发明还提供一种如前任一项所述的制冷系统的控制方法，其中：
包括：检测步骤，用于检测所述蒸发器4的第一载冷剂的温度；
判断步骤，用于判断第一载冷剂的实际温度T与设定温度T设之间的差值dT＝T-T设是否位于[σ1，σ2]；
控制步骤，用于当dT位于[σ1，σ2]时控制所述第一压缩机1-1无加载或卸载的动作；当dT>σ2时控制所述第一压缩机1-1加载；当dT<σ1时控制所述第一压缩机1-1卸载；
其中σ1，σ2均为常数，且σ1<σ2。
本发明通过上述的检测步骤、判断步骤和控制步骤能够有效地根据蒸发器中第一载冷剂的温度(优选为水温)来控制第一压缩机的负荷大小进行变化，使得dT位于[σ1，σ2]的范围内，使得实际温度T近似趋近于设定温度T设，满足室内达到设定温度误差范围内的舒适制冷制热的效果，当dT>σ2时说明实际温度T太高，需要进一步降温，因此控制所述第一压缩机1-1加载以达到目标温度范围，当dT<σ1时说明实际温度过低，不需要加大制冷的动作，因此控制所述第一压缩机1-1卸载，使得dT位于[σ1，σ2]的范围内，满足室内达到设定温度误差范围内的舒适制冷制热的效果。
优选地，所述σ1<0，所述σ2>0，且σ1＝-σ2。σ2优选为0.5℃，σ1优选为-0.5℃，σ1和σ2可根据实际需要进行改变。
优选地，所述检测步骤，还用于检测所述蒸发器中制冷剂的蒸发温度T蒸和检测所述冷凝器中制冷剂的冷凝温度T凝；
所述判断步骤，还用于判断T_diff＝T凝-T蒸是否位于[δT1，δT2]；
控制步骤，还用于当T_diff<δT1时控制所述第二压缩机1-2的压比调节为Vi_C；当T_diff位于[δT1，δT2]时控制所述第二压缩机1-2的压比调节为VI_B；当T_diff>δT2时控制所述第二压缩机1-2的压比调节为VI_A；
其中δT1，δT2均为常数，且δT1<δT2；Vi_C<Vi_B<Vi_A。
本发明通过上述的检测步骤、判断步骤和控制步骤能够有效地根据冷凝温度和蒸发温度之间的温差T_diff而控制第二压缩机的压比进行适应性变化，因为冷凝温度对应于压缩机的高压压力，蒸发温度对应于压缩机的低压压力，因此通过上述温差可以大致判断压缩机需要压缩的压比大小范围，当T_diff<δT1时说明高低压压差较小、所需压缩的压比较小，则控制所述第二压缩机1-2的压比调节为Vi_C(最小压比)，能够实现最小功耗地完成压缩、达到压缩压力；当T_diff位于[δT1，δT2]时说明高低压压差适中、所需压缩的压比适中，则控制控制所述第二压缩机1-2的压比调节为VI_B(中间压比)，能够实现所需的最小功耗地完成压缩、达到压缩压力；当T_diff>δT2时说明高低压压差较大、所需压缩的压比较大，则控制控制所述第二压缩机1-2的压比调节为VI_C(最高压比)，能够实现所需的最小功耗地完成压缩、达到压缩压力，实现在满足室内达到设定温度误差范围内的同时还能快速、准确且最低功耗地完成压缩过程。
对比现有技术中两台负荷调节的双螺杆压缩机方案，本发明可以通过调节一台压缩机的内容积比(VI)和一台压缩机的负荷，使系统在一些工况下能够更加高效的运行、且达到负荷的条件。
图5为不同VI对应的蒸发温度和冷凝温度的差值。实线表示C-B-A调节时，触发控制动作的温度条件。虚线表示A-B-C调节时，触发控制动作的温度条件。
优选地，
所述载冷剂为空气或水，且载冷剂为空气的压缩机的压比比同等条件下载冷剂为水的压缩机的压比高。由于在同等条件下水的换热冷却效果更好，带走的热量或冷量更大，因此相同条件下压缩空气的压比需要的压比相对更大。
本发明还提供一种空调器，其中：包括前任一项所述制冷系统。
对比现有技术中两台负荷调节的双螺杆压缩机方案，本发明可以通过调节一台压缩机的内容积比(VI)和一台压缩机的负荷，使系统在一些工况下能够更加高效的运行、且达到负荷的条件。
如图5所示，系统的控制方法是，实时监控系统中的压力、温度、电流和功率。计算实际水温和设定水温的差值dT，根据其正负选择加载和卸载，直至两台压缩机在符合的负载下工作。其中理论上判定条件dt＝0不严格为0，实际是约等于0的较小值(即σ1)。继续计算蒸发器温度和冷凝器温度的差值,根据图四中的Vi条件来选择A或B或C的工作条件。图四中，上部分表示风冷工况，下部分表示水冷工况。实线表示C-B-A调节时，触发控制动作的温度条件。虚线表示A-B-C调节时，触发控制动作的温度条件。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种制冷系统，其特征在于：包括：
第一循环子系统(100)和第二循环子系统(200)，所述第一循环子系统(100)包括第一压缩机(1-1)、冷凝器(3)和蒸发器(4)，所述第二循环子系统(200)包括第二压缩机(1-2)、以及所述冷凝器(3)和所述蒸发器(4)，所述第一循环子系统(100)和所述第二循环子系统(200)共用所述冷凝器(3)和所述蒸发器(4)；
所述第一压缩机(1-1)为定频压缩机，且所述第一压缩机(1-1)能够通过改变其内部气缸中的制冷剂的量来改变负荷；所述第二压缩机(1-2)也为定频压缩机，且所述第二压缩机(1-2)能够通过改变其内部气缸中的工作容积大小来改变压比；至少有一台压缩机为压比可调节的双螺杆定频压缩机；
所述第一压缩机(1-1)的气缸为第一气缸(20)，所述第一气缸(20)内部设置有第一转子(2-3)、第一滑阀(2-2)和滑阀止推块(2-1)，所述滑阀止推块(2-1)与所述第一气缸(20)的内壁之间形成容纳空间(201)，所述第一滑阀(2-2)能够运动以在所述第一滑阀(2-2)和所述滑阀止推块(2-1)之间形成容纳制冷剂进入所述容纳空间(201)的通道；
所述第二压缩机(1-2)的气缸为第二气缸(30)，所述第二气缸(30)内部设置有第二转子(3-2)和第二滑阀(3-1)，所述第二滑阀(3-1)能够运动以覆盖部分气缸容积而减小所述第二气缸(30)内部的工作容积、或解除覆盖部分气缸容积而增大所述第二气缸(30)内部的工作容积。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：
所述第一滑阀(2-2)还能够运动至与所述滑阀止推块(2-1)抵接而将所述通道关闭。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：
所述第一压缩机(1-1)的负荷比例调节变化为12.5％，25％，50％，67.5％，75％和100％，且所述第一压缩机(1-1)的负荷比例为100％时为所述第一滑阀(2-2)将所述通道关闭的工况。
4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：
所述第一转子(2-3)为螺杆，和/或，所述第一滑阀(2-2)上还设置有第一径向排气口(2-4)；和/或，所述第一滑阀(2-2)的运动方向沿着所述第一转子(2-3)的轴向方向。
5.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：
所述第二转子(3-2)为螺杆，和/或所述第二滑阀(3-1)上还设置有第二径向排气口(3-3)；和/或，所述第二滑阀(3-1)的运动方向沿着所述第二转子(3-2)的轴向方向。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制冷系统，其特征在于：
在所述蒸发器(4)中与所述制冷剂进行换热的为第一载冷剂，所述第一载冷剂为空气或水；和/或，在所述冷凝器(3)中与所述制冷剂进行换热的为第二载冷剂，所述第二载冷剂为空气或水。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的制冷系统的控制方法，其特征在于：
包括：检测步骤，用于检测所述蒸发器(4)的第一载冷剂的温度；
判断步骤，用于判断第一载冷剂的实际温度T与设定温度T设之间的差值dT＝T-T设是否位于[σ1，σ2]；
控制步骤，用于当dT位于[σ1，σ2]时控制所述第一压缩机(1-1)无加载或卸载的动作；当dT>σ2时控制所述第一压缩机(1-1)加载；当dT<σ1时控制所述第一压缩机(1-1)卸载；
其中σ1，σ2均为常数，且σ1<σ2。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：
所述σ1<0，所述σ2>0，且σ1＝-σ2。
9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：
所述检测步骤，还用于检测所述蒸发器中制冷剂的蒸发温度T蒸和检测所述冷凝器中制冷剂的冷凝温度T凝；
所述判断步骤，还用于判断T_diff＝T凝-T蒸是否位于[δT1，δT 2]；
控制步骤，还用于当T_diff<δT1时控制所述第二压缩机(1-2)的压比调节为Vi_C；当T_diff位于[δT1，δT2]时控制所述第二压缩机(1-2)的压比调节为VI_B；当T_diff>δT2时控制所述第二压缩机(1-2)的压比调节为VI_A；
其中δT1，δT 2均为常数，且δT1<δT2；Vi_C<Vi_B<Vi_A。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：
所述载冷剂为空气或水，且载冷剂为空气的压缩机的压比比同等条件下载冷剂为水的压缩机的压比高。
11.一种空调器，其特征在于：
包括权利要求1-6中任一项所述制冷系统。
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