CN113865012B - 一种变负荷调节空调系统及其控制方法 - Google Patents

一种变负荷调节空调系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种变负荷调节空调系统及其控制方法，变负荷调节空调系统包括：压缩机、室外第一换热器、室外第二换热器、室外第三换热器、室内第一换热器和气液分离器，在负荷≥第一预设值时，室外第二换热器能被控制打开，室外第三换热器能被控制关闭；在负荷≤第二预设值时，室外第二换热器能被控制关闭，室外第三换热器能被控制打开，其中第一预设值≥第二预设值。根据本公开能够采用组分分离方法，实现不同工况下非共沸工质调容，提高系统能效的同时，拓宽系统的工况的运行范围，实现不同负荷下的高效运行，实现系统调容的同时提高换热效率；还能解决系统在恶劣工况下室外机结霜，除霜化霜时室内环境舒适性下降的问题。

Description

一种变负荷调节空调系统及其控制方法
技术领域
本公开涉及空调技术领域，具体涉及一种变负荷调节空调系统及其控制方法。
背景技术
非共沸工质应用于空调系统中时，从系统循环的角度来看，非共沸混合工质由于其在换热过程中存在温度滑移，以及温焓非线性关系，使得其在换热过程中可逼近Lorenz循环，以提高循环效率。但是从换热的角度来看，非共沸工质在换热过程中由于传质阻力使得传热“恶化”，蒸发与冷凝的换热系数都小于纯工质，并且非共沸工质的滑移温度越大，其换热性能恶化的越明显。
由于现有技术中的混合工质空调循环系统存在工况负荷变化时其换热效率低，应对多种工况时无法获得较佳的换热效率，导致系统运行能效较低，无法应对多种变化的工况负荷等技术问题，因此本公开研究设计出一种变负荷调节空调系统及其控制方法。
公开内容
因此，本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中的混合工质空调循环系统存在工况负荷变化时其换热效率低，导致系统运行能效较低的缺陷，从而提供一种变负荷调节空调系统及其控制方法。
为了解决上述问题，本公开提供一种变负荷调节空调系统，其包括：
压缩机、室外第一换热器、室外第二换热器、室外第三换热器、室内第一换热器和气液分离器，所述气液分离器包括第一端、第二端和第三端，且所述空调系统中包括第一沸点制冷剂和第二沸点制冷剂，所述第一沸点制冷剂的沸点＜所述第二沸点制冷剂的沸点，所述室外第一换热器的一端能够连通至所述压缩机的排气端或吸气端、另一端能够连通至所述气液分离器的所述第一端；
所述第二端为气体端，所述气液分离器中分离出的气体能够通过所述第二端与所述室外第二换热器的一端连通，所述第三端为液体端，所述气液分离器中分离出的液体能够通过所述第三端与所述室外第三换热器的一端连通；
所述室外第二换热器的另一端与所述室外第三换热器的另一端混合后能与所述室内第一换热器的一端连通，所述室内第一换热器的另一端能够连通至所述压缩机的吸气端或排气端；
且在负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器能被控制打开，所述室外第三换热器能被控制关闭；在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器能被控制关闭，所述室外第三换热器能被控制打开，其中所述第一预设值≥所述第二预设值。
在一些实施方式中，所述第一端与第三端均位于所述气液分离器的底部，所述第二端位于所述气液分离器的一半高度的上方。
在一些实施方式中，所述室外第一换热器的一端通过第一管路连通至所述压缩机的排气端或吸气端、另一端通过第二管路连通至所述气液分离器的所述第一端，所述气液分离器的所述第二端通过第三管路与所述室外第二换热器的一端连通，所述第三端通过第四管路与所述室外第三换热器的一端连通。
在一些实施方式中，所述室外第二换热器的另一端连通至第五管路的一端，所述室外第三换热器的另一端连通至第六管路的一端，所述第五管路的另一端与所述第六管路的另一端汇合，所述第五管路上设置有第一控制阀，所述第六管路上设置有第二控制阀；
在负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器被控制打开的方式为打开所述第一控制阀，所述室外第三换热器被控制关闭的方式为关闭所述第二控制阀；在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器被控制关闭的方式为关闭所述第一控制阀，所述室外第三换热器被控制打开的方式为打开所述第二控制阀。
在一些实施方式中，还包括第一节流装置、第七管路、第八管路和第九管路，所述第五管路与所述第六管路汇合后通过第七管路连通至所述第一节流装置的一端，所述第一节流装置的另一端通过第八管路连通至所述室内第一换热器的一端，所述室内第一换热器的另一端通过第九管路连通至所述压缩机的吸气端或排气端。
在一些实施方式中，还包括四通阀，所述四通阀包括E端、S端、C端和D端，所述E端与所述第九管路连通，所述S端与所述压缩机的吸气端连通，所述C端与所述第一管路连通，所述D端与所述压缩机的排气端连通，所述四通阀的第一连通状态为：所述E端与所述S端连通，同时所述C端与所述D端连通，此时室内运行在制冷状态，所述四通阀的第二连通状态为：所述E端与所述D端连通，同时所述S端与所述C端连通，此时室内运行在制热状态；所述四通阀能在所述第一连通状态与所述第二连通状态之间切换。
在一些实施方式中，还包括第十管路和室内第二换热器，所述第十管路的一端与所述第一管路连通后并贯穿进入所述气液分离器中进行换热、另一端连通至所述室内第二换热器的一端。
在一些实施方式中，还包括第十一管路和第二节流装置，所述室内第二换热器的另一端通过第十一管路连通至所述第八管路，所述第十一管路上设置有第二节流装置；
或者，还包括第十一管路、第二节流装置、室内第三换热器和第十二管路，所述室内第二换热器的另一端通过第十一管路连通至所述室内第三换热器的一端，所述第十一管路上设置有第二节流装置，所述室内第三换热器的另一端通过第十二管路连通至所述第九管路。
在一些实施方式中，所述第十管路贯穿进入所述气液分离器中的部分管段与所述气液分离器内部的流体密封不相通；和/或，所述第十管路贯穿进入所述气液分离器中的部分管段为蛇形弯管段。
在一些实施方式中，还包括第一风机，所述第一风机能驱动室内的气流先流经所述室内第一换热器，再流经所述室内第二换热器，即沿着气流流动方向所述室内第二换热器位于所述室内第一换热器的下游侧。
在一些实施方式中，当还包括室内第三换热器时，所述第一风机能驱动室内的气流依次经过所述室内第一换热器、所述室内第三换热器和所述室内第二换热器。
在一些实施方式中，还包括第二风机：
所述第二风机能驱动室外的气流先流经所述室外第二换热器，再流经所述室外第一换热器，即沿着气流流动方向所述室外第一换热器位于所述室外第二换热器的下游侧；和/或，所述第二风机能驱动室外的气流先流经所述室外第三换热器，再流经所述室外第一换热器，即沿着气流流动方向所述室外第一换热器位于所述室外第三换热器的下游侧。
在一些实施方式中，沿着气流流动方向所述室外第二换热器和所述室外第三换热器位于平行的位置，即所述室外第二换热器和所述室外第三换热器位于垂直于所述气流流动方向的截面内。
本公开还提供一种如前任一项所述的变负荷调节空调系统的控制方法，其包括：
检测步骤，检测空调系统的运行模式以及负荷工况；
判断步骤，判断负荷工况与所述第一预设值和所述第二预设值之间的关系；
控制步骤，当空调运行在制冷模式下：且当负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器被控制打开，所述室外第三换热器被控制关闭；且当在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器被控制关闭，所述室外第三换热器被控制打开；且当在第二预设值＜负荷＜第一预设值时，所述室外第二换热器被控制打开，所述室外第三换热器被控制打开；其中所述第一预设值≥所述第二预设值。
在一些实施方式中，当还包括第一控制阀和第二控制阀时：
所述控制步骤中，在负荷≥第一预设值时，打开所述第一控制阀，和关闭所述第二控制阀；在负荷≤第二预设值时，关闭所述第一控制阀，和打开所述第二控制阀；在第二预设值＜负荷＜第一预设值时，打开所述第一控制阀，和打开所述第二控制阀。
在一些实施方式中，所述检测步骤，还能够检测室外的环境温度T外；
所述判断步骤，判断T外与第三预设温度和第四预设温度之间的关系；
所述控制步骤，当第三预设温度≤T外≤第四预设温度时，控制所述室外第二换热器和所述室外第三换热器均接通；当T外＜第三预设温度时，控制所述室外第二换热器和所述室外第三换热器交替接通。
在一些实施方式中，当还包括第一控制阀和第二控制阀时：
所述控制步骤中，当第三预设温度≤T外≤第四预设温度时，控制所述第一控制阀和所述第二控制阀均打开；当T外＜第三预设温度时，控制所述第一控制阀和所述第二控制阀交替打开。
本公开提供的一种变负荷调节空调系统及其控制方法具有如下有益效果：
本公开针对于非共沸制冷剂的空调系统，通过设置气液分离器、室外第二换热器和室外第三换热器，能够使得在制冷模式下经过室外第一换热器冷凝后的制冷剂进入气液分离器中进行气液分离，分离出的气体(低沸点制冷剂)能够进入室外第二换热器，分离出的液体(高沸点制冷剂)能够进入室外第三换热器中进行换热，并且本公开的空调系统能够根据负荷工况的大小选择控制室外第二换热器和室外第三换热器中的具体哪个打开工作，负荷较大时使得室外第二换热器工作，采用低沸点制冷剂蒸发换热，能够在制冷模式下增大换热效果，系统中循环的低沸点组分偏多，容积制冷量较大，能够对负荷较大(如室内温度较高)的情况进行制冷；负荷较小时使得室外第三换热器工作，采用高沸点制冷剂蒸发换热，系统中循环的高沸点组分偏多，容积制冷量较小，能够对负荷较小(如室内温度较低)的情况进行制冷；采用组分分离方法，实现不同工况下非共沸工质调容，提高系统能效的同时，拓宽系统的工况的运行范围，实现不同负荷下的高效运行，实现系统调容的同时提高换热效率，提高系统蒸发、冷凝换热过程的换热性能；还能解决系统在恶劣工况下室外机结霜，除霜化霜时室内环境舒适性下降的问题；本公开还通过采用再热技术，能够有效提高送风温度，提高送风的舒适性。
附图说明
图1为本公开主实施例非共沸工质系统循环示意图(制冷模式)；
图2为本公开主实施例非共沸工质系统循环示意图(制热模式)；
图3为本公开替代实施例一制冷模式循环示意图；
图4为本公开替代实施例一制热模式循环示意图；
图5为本公开替代实施例二制冷模式循环示意图；
图6为本公开替代实施例二制热模式循环示意图。
附图标记表示为：
10、压缩机；21、室外第一换热器；22、室外第二换热器；23、室外第三换热器；31、第一节流装置；32、第二节流装置；41、室内第一换热器；42、室内第二换热器；43、室内第三换热器；51、气液分离器；51a、第一端；51b、第二端；51c、第三端；61、四通阀；E、E端；S、S端；C、C端；D、D端；71、第一控制阀；72、第二控制阀；81、第一风机；82、第二风机；
101、第一管路；102、第二管路；103、第三管路；104、第四管路；105、第五管路；106、第六管路；107、第七管路；108、第八管路；109、第九管路；110、第十管路；111、第十一管路；112、第十二管路。
具体实施方式
主实施例，如图1-2所示，本公开提供一种变负荷调节空调系统，其包括：
压缩机10、室外第一换热器21、室外第二换热器22、室外第三换热器23、室内第一换热器41和气液分离器51，所述气液分离器51包括第一端51a、第二端51b和第三端51c，且所述空调系统中包括第一沸点制冷剂和第二沸点制冷剂，所述第一沸点制冷剂的沸点＜所述第二沸点制冷剂的沸点，所述室外第一换热器21的一端能够连通至所述压缩机10的排气端或吸气端、另一端能够连通至所述气液分离器51的所述第一端51a；
所述第二端51b为气体端，所述气液分离器51中分离出的气体能够通过所述第二端51b与所述室外第二换热器22的一端连通，所述第三端51c为液体端，所述气液分离器51中分离出的液体能够通过所述第三端51c与所述室外第三换热器23的一端连通；
所述室外第二换热器22的另一端与所述室外第三换热器23的另一端混合后能与所述室内第一换热器41的一端连通，所述室内第一换热器41的另一端能够连通至所述压缩机10的吸气端或排气端；
且在负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器22能被控制打开，所述室外第三换热器23能被控制关闭；在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器22能被控制关闭，所述室外第三换热器23能被控制打开，其中所述第一预设值≥所述第二预设值。
所述第二端51b能够与所述室外第二换热器22的一端连通，所述第三端51c能够与所述室外第三换热器23的一端连通。
本公开针对于非共沸制冷剂的空调系统，通过设置气液分离器、室外第二换热器和室外第三换热器，能够使得在制冷模式下经过室外第一换热器冷凝后的制冷剂进入气液分离器中进行气液分离，分离出的气体(低沸点制冷剂)能够进入室外第二换热器，分离出的液体(高沸点制冷剂)能够进入室外第三换热器中进行换热，并且本公开的空调系统能够根据负荷工况的大小选择控制室外第二换热器和室外第三换热器中的具体哪个打开工作，负荷较大时使得室外第二换热器工作，采用低沸点制冷剂蒸发换热，能够在制冷模式下增大换热效果，系统中循环的低沸点组分偏多，容积制冷量较大，能够对负荷较大(如室内温度较高)的情况进行制冷；负荷较小时使得室外第三换热器工作，采用高沸点制冷剂蒸发换热，系统中循环的高沸点组分偏多，容积制冷量较小，能够对负荷较小(如室内温度较低)的情况进行制冷；采用组分分离方法，实现不同工况下非共沸工质调容，提高系统能效的同时，拓宽系统的工况的运行范围，实现不同负荷下的高效运行，在实现系统调容的同时提高换热效率，提高系统蒸发、冷凝换热过程的换热性能；还能解决系统在恶劣工况下室外机结霜，除霜化霜时室内环境舒适性下降的问题；本公开还通过采用再热技术，能够有效提高送风温度，提高送风的舒适性。
本公开利用非共沸工质不同制冷剂容积制热量的不同的特性，通过改变非共沸混合工质的浓度比例可达到调节系统容量的目的。
因此，本公开基于上述两点，提出一种新型空调系统，该系统采用组分分离技术，充分发挥非共沸工质的换热特性，减少非共沸工质传热恶化对系统的影响，同时通过阀的切换实现系统中制冷剂运行组分浓度的变化，从而改变系统能力调节系统负荷，拓宽系统的运行工况，使系统在不同工况下均运行在最优状态点附近。
本发明解决的如下技术问题：
1.解决常规混合工质空调系统运行能效过低的问题；
2.解决常规混合工质循环系统换热效率低的问题；
3.解决压缩机运行工况偏差大，系统能效低的问题。
有益效果：本申请的技术效果：本公开充分利用非共沸工质的换热特性，冷凝侧采用分凝方式，减少换热过程中不凝性气体对换热过程中的影响，提高换热效率；同时采用的组分分离的方法，也减少蒸发过程中传质阻力对换热过程的影响。通过组分分离装置与阀的切换，调节系统中制冷剂循环组分浓度，实现不同负荷下的高效运行后，拓宽系统的运行工况，使得系统在不同的负荷下均运行在最优状态点附近。制热运行时，充分利用非共沸工质的温度滑移特性，对空调机组在恶劣工况下除霜、化霜有显著效果，提高制热运行室内环境的舒适性。
在冷凝的过程中，高沸点制冷剂先冷凝，从而使得气相中高沸点组分比例逐渐减少(低沸点组分比例增多)，而液相中高沸点组分比例增多。因此在冷凝一段时间后进行汽液分离，使得分离出的液态制冷剂主要为高沸点工质，而分离出的气态制冷剂主要为低沸点工质。
本系统通过组分分离，使得系统中可分别运行不同组分的制冷剂，如前所述，制冷剂的不同，或者制冷剂的组分比例不同，制冷剂的物性是不一样的，制冷剂的容积制冷量不一样。从而使得在同一频率下，系统可以有不同的运行能力，再结合压缩机的变频技术，从而拓宽系统的运行范围。
比如：如果此时需要提高系统的能力、负荷升高，则可通过组分分离的方法，使得系统中低沸点组分的浓度升高，容积制冷量变大；如果想降低系统的负荷，则就需要增大系统中高沸点组分的浓度。
本公开的改进在于：
应用于空调系统中：
1.区别于常规制冷系统，本提案采用非共沸制冷剂；
2.采用组分分离方法，实现系统调容的同时提高换热效率，提高系统蒸发、冷凝换热过程的换热性能。
3.通过阀的切换，实现不同工况下非共沸工质调容，提高系统能效的同时，拓宽系统的工况的运行范围，实现不同负荷下的高效运行。
4.解决系统在恶劣工况下室外机结霜，除霜化霜时室内环境舒适性下降的问题。
5.采用再热技术，提高送风温度，提高送风的舒适性。
解决除霜化霜的问题是通过牺牲一小部分的换热面积来实现的。制热运行时，室外有3个换热器且均作为蒸发器。非共沸工质由于温度滑移特性，在蒸发器内换热时温度是逐渐升高的，因此可以使得制冷剂在小换热器内的蒸发温度低于室外工况的露点温度，使得室外小换热器结霜，由于温度滑移特性，使得从室外第二换热器22出来的制冷剂的温度高于露点温度，随后制冷剂进入室外第一换热器21进行换热，由于在其中换热的制冷剂的温度高于露点温度，且低于室外干球温度，因此室外第一换热器不会结霜。当室外第二换热器22的霜层结到一定程度时，关闭第二控制阀72，打开第一控制阀71，使得室外第三换热器23代替室外第二换热器22工作。从而实现轮流结霜、化霜而不停机。
在一些实施方式中，所述第一端51a和第三端51c均位于所述气液分离器51的底部，所述第二端51b位于所述气液分离器51的一半高度的上方(第一端、第二端和第三端均为管路的端部)。这是本公开的气液分离器上的第三端、第二端和第一端的优选设置位置，第一端为制冷模式时气液分离器的进口端，通过设置于气液分离器的顶部能够有效地通入经过室外第一换热器冷凝后的流体(包括气液两相)，第二端为制冷模式时气液分离器的气体出口端，设置于气液分离器高度一半位置的上方能够将气分内部上部的气体导出，以导出至室内第二换热器中；第三端为制冷模式时气液分离器的液体出口端，能够将气分底部的液体导出至室内第三换热器中，实现气液分离后的气液的分别导出作用，以根据工况负荷的不同使得低沸点制冷剂换热或是高沸点制冷剂换热，以输出不同的制冷能力，提高换热效率。
在一些实施方式中，所述室外第一换热器21的一端通过第一管路101连通至所述压缩机10的排气端或吸气端、另一端通过第二管路102连通至所述气液分离器51的所述第一端51a，所述气液分离器51的所述第二端51b通过第三管路103与所述室外第二换热器22的一端连通，所述第三端51c通过第四管路104与所述室外第三换热器23的一端连通。本公开通过第一管路能够在制冷模式下将压缩机排气导出至室外第一换热器21中以进行冷凝放热，第一管路还能在制热模式下将室外第一换热器中出来的制冷剂导回至压缩机吸气端，第二管路能够将室外第一换热器与气液分离器导通，以将制冷模式下室外第一换热器中冷凝后的气液两相制冷剂导出至气分中以进行气液分离；第三管路和第四管路分别用于将气分的气体出口端导出至室内第二换热器、和将气分的液体出口端导出至室内第三换热器中，实现气液分离后的气液的分别导出作用，以根据工况负荷的不同使得低沸点制冷剂换热或是高沸点制冷剂换热，以输出不同的制冷能力，提高换热效率。
在一些实施方式中，所述室外第二换热器22的另一端连通至第五管路105的一端，所述室外第三换热器23的另一端连通至第六管路106的一端，所述第五管路105的另一端与所述第六管路106的另一端汇合，所述第五管路105上设置有第一控制阀71，所述第六管路106上设置有第二控制阀72；
在负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器22被控制打开的方式为打开所述第一控制阀71，所述室外第三换热器23被控制关闭的方式为关闭所述第二控制阀72；在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器22被控制关闭的方式为关闭所述第一控制阀71，所述室外第三换热器23被控制打开的方式为打开所述第二控制阀72。
这是本公开的进一步优选结构形式，通过在与室外第二换热器连通的第五管路上设置的第一控制阀和与室外第三换热器连通的第六管路上设置的第二控制阀，能够分别对室外第二换热器和室内第三换热器进行控制接通与否；负荷较大时使得室外第二换热器工作，采用低沸点制冷剂蒸发换热，能够在制冷模式下增大换热效果，系统中循环的低沸点组分偏多，容积制冷量较大，能够对负荷较大(如室内温度较高)的情况进行制冷；负荷较小时使得室外第三换热器工作，采用高沸点制冷剂蒸发换热，系统中循环的高沸点组分偏多，容积制冷量较小，能够对负荷较小(如室内温度较低)的情况进行制冷；采用组分分离方法，实现不同工况下非共沸工质调容，提高系统能效的同时，拓宽系统的工况的运行范围，实现不同负荷下的高效运行，在实现系统调容的同时提高换热效率，提高系统蒸发、冷凝换热过程的换热性能。
在一些实施方式中，还包括第一节流装置31、第七管路107、第八管路108和第九管路109，所述第五管路105与所述第六管路106汇合后通过第七管路107连通至所述第一节流装置31的一端，所述第一节流装置31的另一端通过第八管路108连通至所述室内第一换热器41的一端，所述室内第一换热器41的另一端通过第九管路109连通至所述压缩机10的吸气端或排气端。这是本公开的进一步优选结构形式，通过第七管路和第八管路能够将室内第二换热器和室内第三换热器与室内第一换热器进行有效的接通，并且通过第一节流装置能够对室内外的制冷剂进行节流降压的作用，第九管路能够将室内第一换热器与压缩机接通，制冷模式时室内第一换热器与压缩机吸气端连通，制热模式时室内第一换热器与压缩机排气端接通。
在一些实施方式中，还包括四通阀61，所述四通阀包括E端E、S端S、C端C和D端D，所述E端E与所述第九管路109连通，所述S端S与所述压缩机10的吸气端连通，所述C端C与所述第一管路101连通，所述D端D与所述压缩机10的排气端连通，所述四通阀的第一连通状态为：所述E端E与所述S端S连通，同时所述C端C与所述D端D连通，此时室内运行在制冷状态，所述四通阀的第二连通状态为：所述E端E与所述D端D连通，同时所述S端S与所述C端C连通，此时室内运行在制热状态；所述四通阀61能在所述第一连通状态与所述第二连通状态之间切换。这是本公开的进一步优选结构形式，通过四通阀能够将室内第一换热器、室外第一换热器、压缩机进行连接成一个整体系统，并且能够进行切换以实现制冷模式与制热模式之间的切换控制。
在一些实施方式中，还包括第十管路110和室内第二换热器42，所述第十管路110的一端与所述第一管路101连通后并贯穿进入所述气液分离器51中进行换热、另一端连通至所述室内第二换热器42的一端。本公开还通过第十管路和室内第二换热器的设置，能够在制冷模式下从压缩机排气引出高温高压冷媒以进入气分中以对气分中的气液分离进行加热，以提高气液分离的作用，并且将换热后的第十管路到至室内第二换热器中，能够对室内第一换热器制冷后的室内空气进行再热作用，以提高室内空气的舒适度。
主实施例，如图1-2，在一些实施方式中，还包括第十一管路111和第二节流装置32，所述室内第二换热器42的另一端通过第十一管路111连通至所述第八管路108，所述第十一管路111上设置有第二节流装置32。本公开的主实施例中的结构为将室内第二换热器的另一端连至第八管路，即第一节流装置与室内第一换热器之间的位置(汇合作用)，汇合后以进入室内第一换热器中进行蒸发吸热，最终一起回到压缩机的吸气端。
替代实施例一，如图3-4，还包括第十一管路111、第二节流装置32、室内第三换热器43和第十二管路112，所述室内第二换热器42的另一端通过第十一管路111连通至所述室内第三换热器43的一端，所述第十一管路111上设置有第二节流装置32，所述室内第三换热器43的另一端通过第十二管路112连通至所述第九管路109。本公开的替代实施例一中的结构为将室内第二换热器的另一端连至第二节流装置和室内第三换热器，以在室内第三换热器中蒸发吸热，与从室内第一换热器蒸发吸热后的制冷剂进行汇合，最终一起回到压缩机的吸气端。这样能够提高对室内的制冷蒸发换热作用，实现逐级制冷，根据需要进行控制，提高舒适度，并且最终通过再热以提高舒适度，实现智能制冷降温的作用。
在第二节流装置后增添一个室内第三换热器43，使得从第二节流装置32出来的制冷剂在室内第三换热器43内完成换热后，与从室内第一换热器41出来的制冷剂混合，混合后的制冷剂经四通阀61进入压缩机的吸气口，从而完成整个循环：其他运行状态与阀的切换与主实施例一致。
图5-6为本公开的第二替代实施例，其与主实施例的区别在于，没有再热功能，即没有排气出来进螺旋盘管的支路，系统更加的简洁，其运行模式与主实施例一致。
在一些实施方式中，所述第十管路110贯穿进入所述气液分离器51中的部分管段与所述气液分离器51内部的流体密封不相通；和/或，所述第十管路110贯穿进入所述气液分离器51中的部分管段为蛇形弯管段。这是本公开的第十管路的优选结构形式，其进入气分中不发生泄漏，仅进行换热作用，保证不影响气分中的制冷剂的换热性能，蛇形弯管段能够增大换热面积，提高换热效果。
在一些实施方式中，还包括第一风机81，所述第一风机81能驱动室内的气流先流经所述室内第一换热器41，再流经所述室内第二换热器42，即沿着气流流动方向所述室内第二换热器42位于所述室内第一换热器41的下游侧。本公开通过第一风机的设置，并且室内第二换热器设置于室内第一换热器的气流流动方向的下游侧，能够使得室内空气先经过室内第一换热器制冷降温，再经过室内第二换热器再热作用，能够提高室内空气的舒适度。
在一些实施方式中，当还包括室内第三换热器43时，所述第一风机81能驱动室内的气流依次经过所述室内第一换热器41、所述室内第三换热器43和所述室内第二换热器42。这是本公开的替代实施例一的优选结构形式，即在室内第一换热器与室内第二换热器之间还设置有室内第三换热器，能够实现对室内空气的逐级降温和升温的过程，以根据需要进行控制，提高室内舒适度。
在一些实施方式中，还包括第二风机82：
所述第二风机82能驱动室外的气流先流经所述室外第二换热器22，再流经所述室外第一换热器21，即沿着气流流动方向所述室外第一换热器21位于所述室外第二换热器22的下游侧；和/或，所述第二风机82能驱动室外的气流先流经所述室外第三换热器23，再流经所述室外第一换热器21，即沿着气流流动方向所述室外第一换热器21位于所述室外第三换热器23的下游侧。本公开通过第二风机的设置，并且室外第二换热器设置于室外第一换热器的气流流动方向的上游侧，能够使得室内空气先经过室外第二换热器换热，再经过室外第一换热器换热作用，由于室外第一换热器的温度高于室外第二换热器，能够实现小温差逐级升温的换热，提高换热效果；室外第三换热器设置于室外第一换热器的气流流动方向的上游侧，能够使得室内空气先经过室外第三换热器换热，再经过室外第一换热器换热作用，由于室外第一换热器的温度高于室外第三换热器，能够实现小温差逐级升温的换热，提高换热效果。
在一些实施方式中，沿着气流流动方向所述室外第二换热器22和所述室外第三换热器23位于平行的位置，即所述室外第二换热器22和所述室外第三换热器23位于垂直于所述气流流动方向的截面内。室外第二换热器与室外第三换热器处于气流流动方向的平行位置，即二者没有大小优先的区分，气流可同时流过室外第二和第三换热器进行换热作用。
本公开还提供一种前任一项所述的变负荷调节空调系统的控制方法，其包括：
检测步骤，检测空调系统的运行模式以及负荷工况；
判断步骤，判断负荷工况与所述第一预设值和所述第二预设值之间的关系；
控制步骤，当空调运行在制冷模式下：且当负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器22被控制打开，所述室外第三换热器23被控制关闭；且当在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器22被控制关闭，所述室外第三换热器23被控制打开；且当在第二预设值＜负荷＜第一预设值时，所述室外第二换热器22被控制打开，所述室外第三换热器23被控制打开；其中所述第一预设值≥所述第二预设值。
如图1所示的空调系统，包括压缩机10，室外第一换热器21、室外第二换热器22、室外第三换热器23，第一节流装置31、第二节流装置32，室内第一换热器41、室内第二换热器42，气液分离器51，第一控制阀71、第二控制阀72，第一风机81、第二风机82等。
本系统循环采用的是非共沸制冷剂，其标准沸点存在一定的差异，因此在换热过程中会呈现与纯工质(或近共沸工质)不同的换热特性。在蒸发过程中，低沸点工质先蒸发，因此气态制冷剂中低沸点工质组分不断增多，而液态制冷剂中高沸点组分的浓度逐渐增大。同理，在冷凝过程中，高沸点组分先冷凝，气态制冷剂中的高沸点组分浓度逐渐减少，而液态制冷剂中的高沸点组分逐渐增多。因此本系统循环充分利用非共沸工质的上述特性，结合组分分离技术，提出一个新的系统循环，其具体的实施方式如下：
在一些实施方式中，当还包括第一控制阀71和第二控制阀72时：
所述控制步骤中，在负荷≥第一预设值时，打开所述第一控制阀71，和关闭所述第二控制阀72；在负荷≤第二预设值时，关闭所述第一控制阀71，和打开所述第二控制阀72；在第二预设值＜负荷＜第一预设值时，打开所述第一控制阀71，和打开所述第二控制阀72。
1.图1制冷模式下，通过阀的切换，实现系统负荷的调节。一般情况下，低沸点的容积制冷量大，而高沸点的容积制冷量小，相同的压缩机排量、频率下，调节系统中高、低沸点制冷剂组分浓度，实现系统负荷的调节，同时将非共沸的调容特性与压缩机变频技术相耦合，实现更宽工况下系统容量调节，从而使得系统在不同工况下均运行在最优状态点附近，同时为了充分利用非共沸工质的温度滑移特性，室内第一换热器41适合选用多排换热器，其他换热器也类似。其具体的实施方式如下：
a.制冷工况下，负荷较大时，提升高压组分(低沸点)浓度，此时第二控制阀72闭合，第一控制阀71打开。
压缩机10排出的高温高压的制冷剂分为两路，一路进入室外第一换热器21，被冷凝为汽液两相状态，然后进入气液分离器51(气液分离器中存储有一定容量的混合制冷剂)，此时，气液分离器中液相主要为低压组分(高沸点)，气相主要为高压组分(低沸点)。由于第一控制阀71(优选二通阀)打开，第二控制阀72(优选二通阀)闭合，以高压组分(低沸点)成分居多的气态制冷剂进入室外第二换热器22被冷凝为液态，随后经过第一节流装置31节流降压；而从压缩机出来的另一路制冷剂进入气液分离器51里的内置螺旋盘管，加热气液分离器中的液态制冷剂，使得液态制冷剂中的低沸点制冷剂挥发出来，提高分离的纯度。从螺旋盘管里出来的制冷剂进入室内第二换热器42换热，提高室内送风温度，提高送风舒适性，随后经过第二节流装置32节流降压后，与从第一节流装置31出来的主路制冷剂混合，混合后的制冷剂进入室内第一换热器41换热，然后经过四通阀61进入压缩机的吸气口，被压缩完成后排出，从而完成整个制冷循环。该模式下，系统中循环的低沸点组分偏多，容积制冷量较大，负荷较大。
b.制冷工况下，负荷较小时，提升低压组分(高沸点)浓度，此时第二控制阀72打开，第一控制阀71闭合。
压缩机10排出的高温高压的制冷剂分为两路，一路进入室外第一换热器21，被冷凝为气液两相状态，然后进入气液分离器51(气液分离器中存储有一定容量的制冷剂)，气液分离器中液相主要为低压(高沸点)的制冷剂，而汽相主要为高压(低沸点)的制冷剂。由于第二控制阀72打开，第一控制阀71闭合，以低压(高沸点)组分为主的液态制冷剂进入室外第三换热器23进一步过冷，随后经过第一节流装置31节流降压；而从压缩机出来的另一路制冷剂进入气液分离器51里的内置螺旋盘管，加热气液分离器中的液态制冷剂，使得液态制冷剂中的高压组分(低沸点)挥发出来，从而提高气液分离器中液相制冷剂中高沸点组分的浓度。从螺旋盘管里出来的制冷剂进入室内第二换热器42换热，随后经过第二节流装置32节流降压，与从第一节流装置31出来的高沸点为主的制冷剂混合，随后进入室内第一换热器41换热，换热完成后经过四通阀61，进入压缩机的吸气口，被压缩完成后排出，从而完成整个制冷循环。该模式下，系统中循环的高沸点组分偏多，容积制冷量较小，负荷较小。
c.制冷工况下，正常比例运行时，第一控制阀71、第二控制阀72均打开。
压缩机10排出的高温高压的制冷剂气体分为两路，一路直接进入室外第一换热器21换热，高温高压的制冷剂气体被冷凝为汽液两相的状态，随后进入气液分离器51，气液分离器中的液相主要为低压组分(高沸点)，气相主要为高压组分(低沸点)，其中气态高压组分(低沸点)占比较大的制冷剂进入室外第二换热器22换热，被冷凝为液态；而液态低压组分(高沸点)占比较大的制冷剂进入室外第三换热器23被进一步过冷，随后这两路制冷剂混合，经第一节流装置31节流降压；而从压缩机排气出来的另一路制冷剂进入气液分离器51内置的螺旋盘管，加热气液分离器51中的液态制冷剂，提高分离纯度，随后依次经过室内第二换热器42、第二节流装置32，最后与从第一节流装置31出来的制冷剂相混合，混合后的制冷剂进入室内第一换热器41换热，换热完成后经过四通阀61进入压缩机的吸气口，被压缩后排出，完成整个制冷循环。
在一些实施方式中，所述检测步骤，还能够检测室外的环境温度T外；
所述判断步骤，判断T外与第三预设温度和第四预设温度之间的关系；
所述控制步骤，当第三预设温度≤T外≤第四预设温度时，控制所述室外第二换热器22和所述室外第三换热器23均接通；当T外＜第三预设温度时，控制所述室外第二换热器22和所述室外第三换热器23交替接通。
在一些实施方式中，当还包括第一控制阀71和第二控制阀72时：
所述控制步骤中，当第三预设温度≤T外≤第四预设温度时，控制所述第一控制阀71和所述第二控制阀72均打开；当T外＜第三预设温度时，控制所述第一控制阀71和所述第二控制阀72交替打开。
2.制热工况运行时(图2)，该系统可通过阀的切换实现室外换热器的轮流除霜、化霜而不停机，从而保证室内的正常供暖。同时充分利用非共沸工质的温度滑移特性，因为非共沸工质在蒸发器内换热过程中，从泡点温度逐渐滑移到露点温度，温度是逐渐升高的，且非共沸工质的滑移温度越大，该现象越明显。因此在北方寒冷干燥的季节，此时室外侧空气的干球温度与露点温度相差较多，该系统可充分发挥优势。通过控制程序，使得在制热运行时，室外第二换热器22、室外第三换热器23的蒸发温度低于室外环境的露点温度，而室外第二换热器22的蒸发温度高于室外环境的露点温度，但低于室外环境的干球温度。从而使得在恶劣工况，制冷运行时，室外第一换热器21不会结霜，而结霜只会发生在室外第二换热器22、室外第三换热器23上，进而通过阀的切换，使得制热运行与除霜、化霜同时进行，提升系统运行的连续性、稳定性与制热环境的舒适性。其具体的运行方式如下：
a.一般工况制热运行(室外换热器不结霜)，第一控制阀71和第二控制阀72均打开，第二节流装置32闭合；
此时压缩机高温高压的排气通过四通阀61进入室内第一换热器41，与室内空气换热，换热后被冷凝为液态，然后经过第一节流装置31节流降压后分别进入室外第二换热器22、室外第三换热器23换热，吸收室外环境的热量，然后进过气液分离器51后(此时气液分离器51相当于一个储液罐)，进入室外第一换热器21，换热完成后经过四通阀进入压缩机的吸气口，被压缩排出，从而完成整个制热循环。
b.恶劣工况下制热运行时(室外换热器会结霜)，此时第一控制阀71和第二控制阀72轮流打开，运行时保证仅有一个阀是打开的，第二节流装置32闭合。
此时压缩机的高温高压的排气经过室内第一换热器41换热后，经过第一节流装置31节流降压。此时第一控制阀71打开，第二控制阀72闭合。由于此时室外侧的环境温度较低，蒸发温度也较低，低于室外环境的露点温度，室外换热器易结霜，制冷剂经过室外第二换热器22换热后结霜，但是非共沸工质具有温度滑移特性，其在室外第二换热器22中换热后温度升高，通过前期的系统匹配与控制，使得室外第二换热器22出来的制冷剂的温度升高，高于室外环境的露点温度，但低于室外环境的干球温度；然后该制冷剂经过气液分离器51(此时气液分离器仅相当于一个储液罐)，进入室外第一换热器21换热，换热器完成后经过四通阀61进入压缩机的吸气口，被压缩排出后从而完成整个制热循环。随着系统的不断运行，室外第二换热器22上面的霜越来越厚，换热变差。此时将第一控制阀71闭合，第二控制阀72打开，用室外第三换热器23代替室外第二换热器22工作，其系统运行方式与上述一致。此时对室外第二换热器22进行化霜处理。当室外第二换热器22化霜处理完成，同时室外第三换热器23也结霜换热变差时，切换控制阀，使得第一控制阀71打开，第二控制阀72闭合，如此周而复始，保证系统中室外第二换热器22、室外第三换热器23每次仅有一个参与循环，从而使得系统在制热运行时，不停机，不断的除霜、化霜。保证系统运行的稳定。
综上，该系统创新性的将非共沸制冷剂应用于冷暖机组中，充分利用非共沸工质的调容特性(制冷)，与温度滑移特性。使得系统在不同工况下均能高效、稳定运行。
制冷运行时，将非共沸工质的调容与压缩机的变频技术相耦合，使得系统在更宽的工况下均能高效运行。在冷凝侧采用组分分离的方式，通过阀的切换，实现系统中制冷剂运行浓度组分的变化，(系统中制冷剂浓度组分改变，容积制冷量也会发生相应的变化)实现系统容量的调节。通过采用的组分分离的方式，缓解制冷剂在换热过程中的换热“恶化“效应，提升系统的换热效率。同时，在气液分离器51中内置螺旋盘管，用高温的排气去加热气液分离器中的液体，使得液相中的低沸点工质挥发出来，提高分离的纯度。室内第二换热器42对被降温除湿的空气进行加热，从而使得出风的温度不至于过低，提高室内环境温度的舒适性。
制热运行时，充分利用非共沸工质的温度滑移特性，牺牲一小部分室外换热器面积，保证换热器主体不结霜。从而保证系统稳定、连续运行，制热化霜时不需停机，保证室内环境的舒适性。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。

Claims (13)

1.一种变负荷调节空调系统，其特征在于：包括：
压缩机(10)、室外第一换热器(21)、室外第二换热器(22)、室外第三换热器(23)、室内第一换热器(41)和气液分离器(51)，所述气液分离器(51)包括第一端(51a)、第二端(51b)和第三端(51c)，且所述空调系统中包括第一沸点制冷剂和第二沸点制冷剂，所述第一沸点制冷剂的沸点＜所述第二沸点制冷剂的沸点，所述室外第一换热器(21)的一端能够连通至所述压缩机(10)的排气端或吸气端、另一端能够连通至所述气液分离器(51)的所述第一端(51a)；
所述第二端(51b)为气体端，所述气液分离器(51)中分离出的气体能够通过所述第二端(51b)与所述室外第二换热器(22)的一端连通，所述第三端(51c)为液体端，所述气液分离器(51)中分离出的液体能够通过所述第三端(51c)与所述室外第三换热器(23)的一端连通；
所述室外第二换热器(22)的另一端与所述室外第三换热器(23)的另一端混合后能与所述室内第一换热器(41)的一端连通，所述室内第一换热器(41)的另一端能够连通至所述压缩机(10)的吸气端或排气端；
且在负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器(22)能被控制打开，所述室外第三换热器(23)能被控制关闭；在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器(22)能被控制关闭，所述室外第三换热器(23)能被控制打开，其中所述第一预设值≥所述第二预设值；
所述室外第一换热器(21)的一端通过第一管路(101)连通至所述压缩机(10)的排气端或吸气端、另一端通过第二管路(102)连通至所述气液分离器(51)的所述第一端(51a)，所述气液分离器(51)的所述第二端(51b)通过第三管路(103)与所述室外第二换热器(22)的一端连通，所述第三端(51c)通过第四管路(104)与所述室外第三换热器(23)的一端连通；
所述室外第二换热器(22)的另一端连通至第五管路(105)的一端，所述室外第三换热器(23)的另一端连通至第六管路(106)的一端，所述第五管路(105)的另一端与所述第六管路(106)的另一端汇合，所述第五管路(105)上设置有第一控制阀(71)，所述第六管路(106)上设置有第二控制阀(72)；
在负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器(22)被控制打开的方式为打开所述第一控制阀(71)，所述室外第三换热器(23)被控制关闭的方式为关闭所述第二控制阀(72)；在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器(22)被控制关闭的方式为关闭所述第一控制阀(71)，所述室外第三换热器(23)被控制打开的方式为打开所述第二控制阀(72)；
还包括第一节流装置(31)、第七管路(107)、第八管路(108)和第九管路(109)，所述第五管路(105)与所述第六管路(106)汇合后通过第七管路(107)连通至所述第一节流装置(31)的一端，所述第一节流装置(31)的另一端通过第八管路(108)连通至所述室内第一换热器(41)的一端，所述室内第一换热器(41)的另一端通过第九管路(109)连通至所述压缩机(10)的吸气端或排气端；
还包括第十管路(110)和室内第二换热器(42)，所述第十管路(110)的一端与所述第一管路(101)连通后并贯穿进入所述气液分离器(51)中进行换热、另一端连通至所述室内第二换热器(42)的一端。
2.根据权利要求1所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
所述第一端(51a)和第三端(51c)均位于所述气液分离器(51)的底部，所述第二端(51b)位于所述气液分离器(51)的一半高度的上方。
3.根据权利要求1所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
还包括四通阀(61)，所述四通阀包括E端(E)、S端(S)、C端(C)和D端(D)，所述E端(E)与所述第九管路(109)连通，所述S端(S)与所述压缩机(10)的吸气端连通，所述C端(C)与所述第一管路(101)连通，所述D端(D)与所述压缩机(10)的排气端连通，所述四通阀的第一连通状态为：所述E端(E)与所述S端(S)连通，同时所述C端(C)与所述D端(D)连通，此时室内运行在制冷状态，所述四通阀的第二连通状态为：所述E端(E)与所述D端(D)连通，同时所述S端(S)与所述C端(C)连通，此时室内运行在制热状态；所述四通阀(61)能在所述第一连通状态与所述第二连通状态之间切换。
4.根据权利要求1所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
还包括第十一管路(111)和第二节流装置(32)，所述室内第二换热器(42)的另一端通过第十一管路(111)连通至所述第八管路(108)，所述第十一管路(111)上设置有第二节流装置(32)；
或者，还包括第十一管路(111)、第二节流装置(32)、室内第三换热器(43)和第十二管路(112)，所述室内第二换热器(42)的另一端通过第十一管路(111)连通至所述室内第三换热器(43)的一端，所述第十一管路(111)上设置有第二节流装置(32)，所述室内第三换热器(43)的另一端通过第十二管路(112)连通至所述第九管路(109)。
5.根据权利要求1所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
所述第十管路(110)贯穿进入所述气液分离器(51)中的部分管段与所述气液分离器(51)内部的流体密封不相通；和/或，所述第十管路(110)贯穿进入所述气液分离器(51)中的部分管段为蛇形弯管段。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
还包括第一风机(81)，所述第一风机(81)能驱动室内的气流先流经所述室内第一换热器(41)，再流经所述室内第二换热器(42)，即沿着气流流动方向所述室内第二换热器(42)位于所述室内第一换热器(41)的下游侧。
7.根据权利要求6所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
当还包括室内第三换热器(43)时，所述第一风机(81)能驱动室内的气流依次经过所述室内第一换热器(41)、所述室内第三换热器(43)和所述室内第二换热器(42)。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
还包括第二风机(82)：
所述第二风机(82)能驱动室外的气流先流经所述室外第二换热器(22)，再流经所述室外第一换热器(21)，即沿着气流流动方向所述室外第一换热器(21)位于所述室外第二换热器(22)的下游侧；和/或，所述第二风机(82)能驱动室外的气流先流经所述室外第三换热器(23)，再流经所述室外第一换热器(21)，即沿着气流流动方向所述室外第一换热器(21)位于所述室外第三换热器(23)的下游侧。
9.根据权利要求8所述的变负荷调节空调系统，其特征在于：
沿着气流流动方向所述室外第二换热器(22)和所述室外第三换热器(23)位于平行的位置，即所述室外第二换热器(22)和所述室外第三换热器(23)位于垂直于所述气流流动方向的截面内。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的变负荷调节空调系统的控制方法，其特征在于：包括：
检测步骤，检测空调系统的运行模式以及负荷工况；
判断步骤，判断负荷工况与所述第一预设值和所述第二预设值之间的关系；
控制步骤，当空调运行在制冷模式下：且当负荷≥第一预设值时，所述室外第二换热器(22)被控制打开，所述室外第三换热器(23)被控制关闭；且当在负荷≤第二预设值时，所述室外第二换热器(22)被控制关闭，所述室外第三换热器(23)被控制打开；且当在第二预设值＜负荷＜第一预设值时，所述室外第二换热器(22)被控制打开，所述室外第三换热器(23)被控制打开；其中所述第一预设值≥所述第二预设值。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：
当还包括第一控制阀(71)和第二控制阀(72)时：
所述控制步骤中，在负荷≥第一预设值时，打开所述第一控制阀(71)，和关闭所述第二控制阀(72)；在负荷≤第二预设值时，关闭所述第一控制阀(71)，和打开所述第二控制阀(72)；在第二预设值＜负荷＜第一预设值时，打开所述第一控制阀(71)，和打开所述第二控制阀(72)。
12.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：
所述检测步骤，还能够检测室外的环境温度T外；
所述判断步骤，判断T外与第三预设温度和第四预设温度之间的关系；
所述控制步骤，当第三预设温度≤T外≤第四预设温度时，控制所述室外第二换热器(22)和所述室外第三换热器(23)均接通；当T外＜第三预设温度时，控制所述室外第二换热器(22)和所述室外第三换热器(23)交替接通。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于：
当还包括第一控制阀(71)和第二控制阀(72)时：
所述控制步骤中，当第三预设温度≤T外≤第四预设温度时，控制所述第一控制阀(71)和所述第二控制阀(72)均打开；当T外＜第三预设温度时，控制所述第一控制阀(71)和所述第二控制阀(72)交替打开。
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