CN114459170A - 一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法，所述制冷系统用于中小型制冷、空调或热泵机组，包括室外机和室内机及其连接管道，本发明制冷系统在室外机与室内机之间的连接管道上增加了一个单向阀，单向阀能够与电磁阀一起将室外机制冷剂侧容积与室内侧制冷剂容积有效分离。所述控制方法通过在压缩机停机前关闭电磁阀的同时利用压缩机运行时将室内机内的制冷剂回抽到室外机，使得在压缩机停机后，大幅度降低室内机内的制冷剂量，降低了制冷剂充灌量可能带来的燃烧危险，避免了制冷剂充灌量对室内机制冷剂泄漏风险的影响，提高了制冷系统的安全性。因此，本发明的制冷系统不仅可以采用可燃制冷剂，而且具有安全、环保的特点。

Description

一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法
技术领域
本发明属于可燃制冷剂安全使用技术领域，更具体地，涉及一种用于中小型制冷、空调、热泵机组的可安全使用可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法。
背景技术
目前在中小型制冷、空调、热泵机组(如房间空调器、单元式空调机组、多联机组等)中一般都采用具有优良的物理化学和热力学性能及良好的使用安全性、经济性的HCFC-22等应用最广、综合性能最优秀的制冷剂作为制冷剂，但HCFC-22具有臭氧消耗潜能(ODP)值与较高的GWP(全球变暖潜能)值，对环境并不友好，已被2007年通过的《蒙特利尔议定书》蒙特利尔修正案列入要求提前限期淘汰的物质。作为HCFC-22的主要替代物R410A(HFC-32/HFC-l25，质量组成50/50％)，R32及R407C(HFC-32/HFC-125/HFC-134a，质量组成23/25/52％)以及R134a等HFCs类物质也因为具有高的全球温室效应值(GWP值)而被列入2016年通过的《蒙特利尔议定书》基加利修正案的削减目录中。目前，从ODP与GWP并重的环保新要求来看，以HC-290(ODP＝0，GWP＝3)为代表的碳氢化合物及其混合物以及以HFC1234yf(ODP＝0，GWP＜1)为代表的烯烃类氟化物及其混合物是HCFC-22的最佳替代物，但这些制冷剂的共同特点是均具有可燃性，在实际使用过程中尤其是在房间空调器、单元式空调机组、多联机组等与人员密切接触的制冷、空调、热泵的应用场合中存在较大的安全风险。
为了避免可燃、有毒等制冷剂对人员产生的危害，尽可能减少制冷剂的充灌量是其中的一种重要方法。然而减少制冷剂充灌量受到制冷系统压缩机、蒸发器、冷凝器、连接管道以及一些辅助部件内容积的限制，而且制冷系统的制冷剂充灌量还会直接影响制冷系统的性能。为解决这个问题，CN104101128B提出了一种适应于可燃制冷剂的制冷系统及其控制方法，通过在制冷系统的节流机构附近增加一个电磁阀的方式，在制冷运行时，当压缩机停机时，电磁阀同时断电关闭，切断室外高压制冷剂通过毛细管等节流机构在压缩机停机后继续进入室内机，导致室内机制冷剂量增加，增大了室内机制冷剂泄漏带来的安全风险，与此同时，通过控制压缩机、风机等的运行与停机时间与电磁阀关闭时间，来控制可燃制冷剂带来的安全风险。但是在中小型制冷、空调、热泵机组(如房间空调器、单元式空调机组、多联机组等)中一般都采用滚动转子式压缩机和涡旋式压缩机等回转式压缩机，这些压缩机一般都是依靠间隙密封，因此即使在压缩机停机时，高压侧(如冷凝器)的制冷剂会通过压缩机内旋转部件之间的间隙漏到低压侧并进入室内侧换热器，这样同样会导致室内机制冷剂量增加，增大了室内机制冷剂泄漏带来的安全风险。另外，虽然CN104101128 B提出了通过控制压缩机、风机等的运行与停机时间以及电磁阀关闭时间，来控制可燃制冷剂带来的安全风险，其控制方式主要是依靠运行时间或停机时间或停机与断电时间间隔来实现，对于室内机制冷机量的控制并不准确，也就是并不能准确的控制室内机制冷剂泄漏带来的安全风险。
由此可见，现有中小型制冷、空调、热泵机组存在室内机制冷剂泄漏带来安全风险的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，由此解决现有中小型制冷、空调、热泵机组存在室内机制冷剂泄漏带来安全风险的技术问题。本发明提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，由此解决现有中小型制冷、空调、热泵机组存在室内机制冷剂量的控制不准确、室内机制冷剂泄漏带来安全风险的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，所述制冷系统用于中小型制冷、空调或热泵机组，包括室外机和室内机及其连接管道，所述室外机包括制冷压缩机、四通换向阀、用于制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器、气液分离器、干燥过滤器、节流机构、电磁阀、单向阀以及室外机风机，所述室内机包括室内机风机和用于与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器，所述连接管道包括第一连接管道和第二连接管道；
所述室外换热器的一个端口与室内换热器的一个端口之间依次通过干燥过滤器、节流机构、电磁阀和第一连接管道连接，所述室外换热器的另一个端口与四通换向阀的第一个接口连接，室内换热器的另一个端口通过第二连接管道与四通换向阀的第二个接口连接；
所述制冷压缩机的一个端口与四通换向阀的第三个接口连接，另一个端口依次通过气液分离器、单向阀与四通换向阀的第四个接口连接。
进一步地，所述制冷压缩机为滚动转子式压缩机时，单向阀位于气液分离器的入口端，用于阻断室外机制冷剂通过制冷压缩机的缝隙向室内机流动。
进一步地，所述制冷压缩机为涡旋式压缩机时，气液分离器不存在，单向阀位于制冷压缩机的吸气端。
进一步地，电磁阀与节流机构紧密相连，位置能够互换，电磁阀用于在制冷压缩机停机时迅速切断电磁阀两侧的制冷剂流动，与单向阀一起将室外机制冷机侧容积与室内侧制冷剂容积有效分离。
进一步地，所述室外换热器的一个端口与制冷压缩机的排气口连接，制冷压缩机的吸气口与第二连接管连接。
进一步地，四通换向阀的二个接口分别与所述室外换热器一个端口与所述第二连接管道一端连接，四通换向阀的另外二个接口分别与制冷压缩机的排气口和吸气口连接。
制冷系统采用可燃制冷剂，具体可以是包括HC-290、HC-1270、HC-600a、HFC-32、HFC161或HFC-1234yf在内的任一种或几种的混合物。节流机构可以为毛细管、节流短管、节流孔板、热力膨胀阀或电子膨胀阀。采用具有关闭功能的电子膨胀阀作为节流机构时，可以代替其他节流机构与电磁阀的组合。
按照本发明的另一方面，提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，包括：
通电之后，首先启动室内机风机和室外机风机，此时系统内其他电器均不通电；
在室内机风机和室外机风机运行设定时间后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电设定时间后，制冷压缩机通电运行，中小型制冷或空调机组开始制冷降温，当室内温度达到设定停机温度时，电磁阀断电关闭；
制冷压缩机继续通过单向阀、四通换向阀和第二连接管道，将室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内的制冷剂质量吸至剩余m，然后制冷压缩机停止运行，而室内风机和室外风机继续运转设定时间后，断电停止运转。
进一步地，所述室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内剩余的制冷剂质量m通过如下方式计算：
m＝Vρ
其中，V为室内换热器、第一连接管道和第二连接管道的内容积，ρ为室温对应的制冷剂饱和气体密度。
按照本发明的另一方面，提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，包括：
通电之后，首先启动室内机风机和室外机风机，此时系统内其他电器均不通电；
在室内机风机和室外机风机运行设定时间后，电磁阀通电打开，电磁阀两侧的容积联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电设定时间后，制冷压缩机通电运行，中小型空调或热泵机组开始热泵制热，当室内温度达到设定停机温度时，制冷压缩机断电；
制冷压缩机停止运行后，室内换热器内的制冷剂会在压力驱动下向低压的室外换热器迁移，迁移设定时间后电磁阀断电关闭。
按照本发明的另一方面，提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，所述制冷系统用于中小型制冷或空调机组，包括室外机和室内机及其连接管道，所述室外机包括制冷压缩机、用于制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器、气液分离器、干燥过滤器、节流机构、电磁阀、单向阀以及室外机风机，所述室内机包括室内机风机和用于与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器，所述连接管道包括第一连接管道和第二连接管道；
所述室外换热器的一个端口与室内换热器的一个端口之间依次通过干燥过滤器、节流机构、电磁阀和第一连接管道连接，所述室外换热器的另一个端口与室内换热器的另一个端口之间依次通过制冷压缩机、单向阀、气液分离器和第二连接管道连接。
进一步地，所述制冷系统用于制冷降温时，
所述制冷压缩机，用于排出的制冷剂至室外换热器；
所述室外换热器，用于在接收制冷剂后运行，通过向环境介质散热而降温冷凝成高压制冷剂液体传递至干燥过滤器；
所述干燥过滤器，用于对高压制冷剂液体干燥后传递至节流机构；
所述节流机构，用于将干燥过滤器传递过来的制冷剂液体降压成低温低压的气液两相制冷剂；
所述电磁阀和第一连接管道，用于将气液两相制冷剂传递至室内换热器；
所述室内换热器，用于将气液两相制冷剂吸热蒸发成低压的制冷剂蒸汽；
所述室内机风机，用于在接收制冷剂蒸汽后运行，将室内空气降温后送回室内，制冷剂蒸汽最后依次经过第二连接管道、单向阀及气液分离器，被制冷压缩机吸入、压缩，进入下一个制冷循环。
按照本发明的另一方面，提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，包括：
通电之后，首先启动室内机风机和室外机风机，此时系统内其他电器均不通电；
在室内机风机和室外机风机运行设定时间之后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡；
在电磁阀通电设定时间后，制冷压缩机通电运行，中小型制冷或空调机组开始制冷降温，当室内的温度达到设定停机温度时，电磁阀断电关闭；
制冷压缩机继续通过单向阀、第二连接管道吸收室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内制冷剂，直至室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内剩余的制冷剂质量为m后，压缩机停止运行；
室内风机和室外风机继续运转设定时间后，断电停止运转。
进一步地，所述室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内剩余的制冷剂质量m通过如下方式计算：
m＝Vρ
其中，V为室内换热器、第一连接管道和第二连接管道的内容积，ρ为室温对应的制冷剂饱和气体密度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)中小型制冷、空调、热泵机组(如房间空调器、单元式空调机组、多联机组等)中一般都采用滚动转子式压缩机和涡旋式压缩机等回转式压缩机，这些压缩机一般都是依靠间隙密封，因此即使在压缩机停机时，高压侧(如冷凝器)的制冷剂会通过压缩机内旋转部件之间的间隙漏到低压侧并进入室内侧换热器，这样同样会导致室内机制冷剂量增加，增大了室内机制冷剂泄漏带来的安全风险。本发明制冷系统在室外机与室内机之间的连接管道上增加了一个单向阀，单向阀能够与电磁阀一起将室外机制冷剂侧容积与室内侧制冷剂容积有效分离，在压缩机停机后，由于单向阀的止逆作用和电磁阀的阻断作用，室内换热器及其连接管路内的制冷剂不会再增加，由此大幅度降低室内机内的制冷剂量，降低了制冷剂充灌量可能带来的燃烧危险，避免了制冷剂充灌量对室内机制冷剂泄漏风险的影响，提高了制冷系统的安全性。因此，本发明的制冷系统不仅可以采用可燃制冷剂，而且具有安全、环保的特点，非常适用于中小型制冷、空调、热泵机组。
(2)有些压缩机如涡旋压缩机是不需要气液分离器的，而另一些压缩机如滚动转子式压缩机是需要带气液分离器的，本发明中单向阀位于制冷系统气液分离器的入口端，在气液分离器不存在时，位于直接位于压缩机的吸气端，用于阻断室外机制冷剂通过压缩机的缝隙向室内机侧流动。
(3)本发明提供的一种制冷系统既可实现制冷降温的目的，也可达到热泵制热的目的。在制冷降温时，一旦机组停止工作，室内侧的制冷剂仅残余极少量的制冷剂。在热泵制热时，一旦机组停止工作，室内高压侧的制冷剂会大量迁移到低压的室外侧。因此，无论在制冷降温还是热泵制热，室内机侧均可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。
(4)本发明控制方法通过合理的控制压缩机、电磁阀以及室外风机和室内风机的运行顺序和运行时间间隔，不仅保证了压缩机的顺利启动运行，防止停机期间室内机可燃制冷剂泄漏在室内造成可燃制冷剂积聚、浓度超过可燃制冷剂燃烧下限所带来的危害，而且还可利用电磁阀和单向阀将室外机制冷剂侧容积与室内机制冷剂侧容积有效分离。
(5)本发明控制方法中制冷压缩机继续通过单向阀、四通换向阀和第二连接管道，将室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内的制冷剂质量吸至剩余m，然后制冷压缩机停止运行，这说明压缩机继续运转的时间，由该压缩机将室内换热器和连接管道内的制冷剂质量吸至剩余m的时间决定，由此实现室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内剩余的制冷剂质量的准确控制。
(6)在制冷过程中，当室内换热器和连接管道内的制冷剂质量吸至m时，压缩机停机，由于单向阀的止逆作用和电磁阀的阻断作用，室内换热器及其连接管路内的制冷剂不会再增加，并且由于室内机侧剩余制冷剂的压力足够高，室外侧的制冷剂不会通过电磁阀缓慢向室内侧泄漏。这样室内侧制冷剂的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高，室内机侧可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。
(7)在制热过程中，压缩机停止运行后，高压的室内换热器(此时作为制冷系统的冷凝器)内的制冷剂会在压力驱动下向低压的室外换热器(此时作为制冷系统的蒸发器)迁移，迁移完毕后，室内换热器及其连接管路内的制冷剂将不到整个空调器的10％左右，此时，电磁阀可断电关闭。这样室内侧制冷剂的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高，室内机甚至可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种既可实现制冷降温也可实现热泵制热的制冷系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一种仅实现制冷降温的制冷系统的结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1为制冷压缩机，2为四通换向阀，3为室外换热器，4为干燥过滤器，5为节流机构，6为电磁阀，7为第一连接管道，8为室内换热器，9为第二连接管道，10为单向阀，11为气液分离器，12为室外机风机，13为室内机风机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，所述制冷系统用于中小型制冷、空调或热泵机组，包括室外机和室内机及其连接管道，所述室外机包括制冷压缩机、四通换向阀、用于制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器、气液分离器、干燥过滤器、节流机构、电磁阀、单向阀以及室外机风机，所述室内机包括室内机风机和用于与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器，所述连接管道包括第一连接管道和第二连接管道。
本发明在室外机与室内机之间的连接管道上增加了一个单向阀，单向阀位于制冷系统气液分离器的入口端(没有气液分离器时，直接位于压缩机的吸气端)，并与气液分离器紧密连接。这样单向阀能够与电磁阀(或电子膨胀阀)一起将室外机制冷剂侧容积与室内侧制冷剂容积有效分离，在压缩机运转一段时间停机后，室内侧制冷剂大部分被吸入室外侧，从而大幅度降低室内机内的制冷剂量，降低了室内机制冷剂泄漏可能带来的燃烧危险，避免了制冷剂充灌量对室内机制冷剂泄漏风险的影响，提高了制冷系统的安全性，制冷剂可以采用包括HC-290、HC-1270、HC-600a、HFC-32、HFC161、HFC-1234yf等可燃制冷剂及其混合物。
实施例1
以既可实现制冷降温又可实现热泵制热、制冷剂采用丙烷(R290)的系统为例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种制冷系统包括制冷压缩机1、室外换热器3、室外机风机12、室内换热器8和室内机风机13；室外换热器3的一个端口与室内换热器8的一个端口之间依次通过干燥过滤器4、节流机构5和电磁阀6、第一连接管道7连接，室外换热器3的另一个端口与四通换向阀2的接口c连接，室内换热器8的另一个端口通过第二连接管道9与四通换向阀的接口d连接，制冷压缩机1的一个端口与四通换向阀2的接口a连接，另一个端口依次通过压缩机自带的气液分离器11、单向阀10与四通换向阀2的接口b连接。制冷压缩机1及自带的气液分离器11、四通换向阀2、制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器3、干燥过滤器4、节流机构5、电磁阀6以及室外机风机12组成室外机，放在室外运行，与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器8与室内机风机13组成室内机，放在室内运行。室内机与室外机之间通过第一连接管道7和第二连接管道9连接。
在制冷时，制冷压缩机1排出的高温高压的R290蒸汽经过四通换向阀2的a-c接口进入室外换热器3，通过室外机风机12的运行向环境介质散热而降温冷凝成高压的R290液体，在经过干燥过滤器4后，进入节流机构5降压成低温低压的气液两相的R290，再经过电磁阀6和连接管道7进入室内换热器8吸热蒸发成低压的R290蒸汽，并通过室内机风机13的运行将室内空气降温后送回室内，而制冷剂蒸汽最后经过连接管道9、四通换向阀2的d-b接口、单向阀10和气液分离器11，被制冷压缩机1吸入、压缩，进入下一个制冷循环，从而通过内换热器8和室内机风机13达到对需要降温或需要冷却的空间进行制冷降温的目的。
其控制方法为：通电之后，首先启动室内机风机13和室外机风机12，此时包括压缩机等其他电器均不通电。在室内机风机13和室外机风机12开始运行，运行一段时间(如运行5秒钟，根据室内外风机转速的快慢，可在2秒到10秒之间)之后，电磁阀6通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀6通电3分钟后(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到5分钟之间)，压缩机1通电运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制电磁阀6断电关闭，压缩机1继续运行一段时间，将室内换热器8和连接管道7、9内的制冷剂质量吸至剩余m(g)，m的计算公式如下面公式(1)所示。然后压缩机1停止运行，而室内风机和室外风机继续运转1分钟左右后(根据室内换热器制冷剂的升温速度，可在30秒到3分钟之间)，断电停止运转。当空调器重新开机时，重复上述通电运行过程。这样由于在空调器关机时，电磁阀6关闭了制冷剂从室外换热器3(此时作为制冷系统的冷凝器)向室内换热器8(此时作为制冷系统的蒸发器)流动的通路，而压缩机可以继续通过单向阀10、四通换向阀2和第二连接管道9吸入室内换热器8及其连接管路7和9内的制冷剂。当室内换热器8和连接管道7、9内的制冷剂质量吸至m(g)时，压缩机停机，由于单向阀10的止逆作用和电磁阀6的阻断作用，室内换热器8及其连接管路7和9内的R290不会再增加，并且由于室内机侧剩余R290的压力足够高，室外侧的制冷剂不会通过电磁阀6缓慢向室内侧泄漏。这样室内侧R290的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高，室内机侧可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。
m＝Vρ (1)
其中，m为室内换热器8、连接管9和7内剩余的R290质量，单位为g；V为室内换热器8、连接管9和7的内容积，单位为dm3，ρ为室温对应的R290饱和气体密度，单位为kg/m3，室温可定为27℃。
同样，如图1所示，本发明提供的一种制冷系统在热泵制热时，制冷压缩机1排出的高温高压R290蒸汽经过四通换向阀2的a-d接口经过连接管道9，进入室内换热器8，通过室内风机13的运行，向被加热对象(空间)放热而降温冷凝成高压的R290液体，在经过连接管道7和电磁阀6后进入节流机构5降压成低温低压的气液两相的R290，经过干燥过滤器4进入室外换热器3，通过室外风机12的运行，从环境介质吸热而蒸发成低压的R290蒸汽，再经过四通换向阀2的c-b接口、单向阀10和气液分离器11，被制冷压缩机1吸入、压缩，进入下一个热泵制热循环，从而通过室内换热器8和室内风机13达到对需要加热物或需要加热空间进行热泵制热的目的。
其控制方法为：通电之后，首先启动室内机风机13和室外机风机12，此时包括压缩机等其他电器均不通电。在室内机风机13和室外机风机12开始运行，运行一段时间(如运行5秒钟，根据室内外风机转速的快慢，可在2秒到10秒之间)之后，电磁阀6通电打开，电磁阀6两侧的容积联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀6通电3分钟后(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到5分钟之间)，压缩机1通电运行，空调器开始热泵制热，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制压缩机1断电，压缩机停止运行，5分钟后(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到10分钟之间)电磁阀6断电关闭，而室内风机和室外风机在压缩机停机后继续运转1分钟左右后(根据室内换热器内制冷剂的降温速度，可在30秒到3分钟之间)，断电停止运转。当空调器重新开机时，重复上述通电运行过程。这样由于在压缩机停止运行后，高压的室内换热器8(此时作为制冷系统的冷凝器)内的制冷剂会在压力驱动下向低压的室外换热器3(此时作为制冷系统的蒸发器)迁移，迁移完毕后，室内换热器8及其连接管路7和9内的制冷剂将不到整个空调器的10％左右，此时，电磁阀6可断电关闭。这样室内侧R290的总量大幅度降低，危害性大幅度降低，安全性大幅度提高，室内机甚至可不考虑制冷剂是否具有可燃性而带来的安全性问题。
实施例2
本发明提供的一种制冷系统在仅需要制冷降温时，系统可以变得更加简单。
本发明提供的一种制冷系统在仅需要制冷降温时，其结构如图2所示，它只包括制冷压缩机1及其自带的气液分离器11、制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器3、干燥过滤器4、节流机构5、电磁阀6、连接管道7和9、单向阀10与被制冷对象进行换热的室内换热器8以及室外机风机12和室内机风机13。其中制冷压缩机1及其自带的气液分离器11、单向阀10、制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器3、干燥过滤器4、节流机构5、电磁阀6以及室外机风机12组成室外机，放在室外运行，与被制冷对象进行换热的室内换热器8与室内机风机13组成室内机，放在室内运行，连接管道7和9起到连接室外机和室内机的作用。
其制冷降温过程为：制冷压缩机1排出的高温高压制冷剂进入室外换热器3，通过室外机风机12的运行向环境介质散热而降温冷凝成高压制冷剂液体，在经过干燥过滤器4后，进入节流机构5降压成低温低压的气液两相制冷剂，再经过电磁阀6和连接管道7进入室内换热器8吸热蒸发成低压的制冷剂蒸汽，并通过室内机风机13的运行将室内空气降温后送回室内，而制冷剂蒸汽最后经过连接管道9、单向阀10及气液分离器11，被制冷压缩机1吸入、压缩，进入下一个制冷循环，从而通过室内换热器8和室内机风机13达到对需要降温或需要冷却的空间进行制冷降温的目的。
其控制方法为：通电之后，首先启动室内机风机13和室外机风机12，此时包括压缩机等其他电器均不通电。在室内机风机13和室外机风机12开始运行，运行一段时间(如运行5秒钟，根据室内外风机转速的快慢，可在2秒到10秒之间)之后，电磁阀6通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀6通电3分钟后(根据两侧压力的平衡速度，可在1分钟到5分钟之间)，压缩机1通电运行，空调器开始制冷降温，当空调房间的温度达到设定停机温度时，温控器控制电磁阀6断电关闭，压缩机继续运行以吸收室内侧制冷剂，直至室内换热器8、连接管道7和9内剩余的制冷剂质量为m(g)后，压缩机停止运行，m的计算公式如公式(1)所示。而室内风机和室外风机继续运转1分钟左右后(根据室内换热器制冷剂的升温速度，可在30秒到3分钟之间)，断电停止运转。当室内温度达到开机温度时，重复上述通电运行过程。这样由于在电磁阀6断电关闭后，电磁阀6关闭了制冷剂从室外换热器3(此时作为制冷系统的冷凝器)向室内换热器8(此时作为制冷系统的蒸发器)流动的通路，而压缩机继续吸入室内换热器8及其连接管路7和9内的制冷剂，使最终室内换热器8及其连接管路7和9内的制冷剂质量仅为m，由于m的大小在10g到30g左右(视室内换热器8和连接管7和9的内体积而定)，室内机甚至可不考虑制冷剂是否具有可燃性，即使发生泄漏的事故时也不会对室内人员造成危害和影响。
本发明中，电磁阀6与节流机构5紧密相连，但位置可以互换，单向阀10与气液分离器紧密相连；制冷剂可以采用包括HC-290、HC-1270、HC-600a、HFC-32、HFC161、HFC-1234yf等可燃制冷剂及其混合物，并具有良好的安全性。节流机构5可以是毛细管、节流短管、热力膨胀阀和电子膨胀阀中的任意一种。节流机构5和电磁阀6的位置可以互换，这样可以大幅度降低制冷系统停机时电磁阀6两侧制冷剂流动的驱动力。当节流机构采用具有关闭功能的电子膨胀阀时，可以取代节流机构5和电磁阀6。
对比实验
本发明以1HP单冷空调器(额定充灌量300g，能达到额定制冷能力的制冷剂充灌量区间为260g-350g)为例，对采用本发明实施前后空调器按制冷模式运行然后关机并稳定40分钟之后室内机8、连接管7和9内的R290质量进行了测试，结果如表1所示。从表1可知，采用单向阀后，室内机8、连接管7和9内的R290质量分别由安装单向阀前的170.0g、208.2g和255.5g减少到92.6g、117.3g和150.5g，极大地降低了室内机泄漏带来的安全风险。在此基础上，实施空调器停机后压缩机回抽控制方法后，室内机8、连接管7和9内的R290质量都可以控制在12g以内，此时，即使室内机发生泄漏，也不存在安全风险。
表1不同情况下室内机8、连接管7和9的制冷剂(R290)质量
Figure BDA0003479556440000151
本发明通过合理的控制压缩机1、电磁阀6以及室外风机12和室内风机13的运行顺序和运行时间间隔，不仅保证了压缩机的顺利启动运行，防止停机期间室内机可燃制冷剂泄漏在室内造成可燃制冷剂积聚、浓度超过可燃制冷剂燃烧下限所带来的危害，而且还可利用电磁阀6和单向阀10将室外机制冷剂侧容积与室内机制冷剂侧容积有效分离，大幅度降低室内机内的制冷剂量，降低了制冷剂充灌量可能带来的燃烧危险，避免了制冷剂充灌量对室内机制冷剂泄漏风险的影响，提高了制冷系统的安全性，因此本发明的制冷系统不仅可以采用可燃制冷剂，而且具有安全、环保的特点。
本领域的技术人员容易理解，以上所述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。

Claims (10)

1.一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，所述制冷系统用于中小型制冷、空调或热泵机组，包括室外机和室内机及其连接管道，其特征在于，所述室外机包括制冷压缩机(1)、四通换向阀(2)、用于制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器(3)、气液分离器(11)、干燥过滤器(4)、节流机构(5)、电磁阀(6)、单向阀(10)以及室外机风机(12)，所述室内机包括室内机风机(13)和用于与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器(8)，所述连接管道包括第一连接管道(7)和第二连接管道(9)；
所述室外换热器(3)的一个端口与室内换热器(8)的一个端口之间依次通过干燥过滤器(4)、节流机构(5)、电磁阀(6)和第一连接管道(7)连接，所述室外换热器(3)的另一个端口与四通换向阀(2)的第一个接口连接，室内换热器(8)的另一个端口通过第二连接管道(9)与四通换向阀(2)的第二个接口连接；
所述制冷压缩机(1)的一个端口与四通换向阀(2)的第三个接口连接，另一个端口依次通过气液分离器(11)、单向阀(10)与四通换向阀(2)的第四个接口连接。
2.如权利要求1所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，其特征在于，所述制冷压缩机(1)为滚动转子式压缩机时，单向阀(10)位于气液分离器(11)的入口端，用于阻断室外机制冷剂通过制冷压缩机的缝隙向室内机流动。
3.如权利要求1所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，其特征在于，所述制冷压缩机(1)为涡旋式压缩机时，气液分离器(11)不存在，单向阀(10)位于制冷压缩机(1)的吸气端。
4.如权利要求1-3任一所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，其特征在于，包括：
通电之后，首先启动室内机风机和室外机风机，此时系统内其他电器均不通电；
在室内机风机和室外机风机运行设定时间后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电设定时间后，制冷压缩机通电运行，中小型制冷或空调机组开始制冷降温，当室内温度达到设定停机温度时，电磁阀断电关闭；
制冷压缩机继续通过单向阀、四通换向阀和第二连接管道，将室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内的制冷剂质量吸至剩余m，然后制冷压缩机停止运行，而室内风机和室外风机继续运转设定时间后，断电停止运转。
5.如权利要求4所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，其特征在于，所述室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内剩余的制冷剂质量m通过如下方式计算：
m＝Vρ
其中，V为室内换热器、第一连接管道和第二连接管道的内容积，ρ为室温对应的制冷剂饱和气体密度。
6.如权利要求4所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，其特征在于，所述室内机风机和室外机风机运行的设定时间为2秒到10秒，所述电磁阀通电的设定时间为1分钟到5分钟，所述室内风机和室外风机继续运转的设定时间为30秒到3分钟。
7.如权利要求1-3任一所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，其特征在于，包括：
通电之后，首先启动室内机风机和室外机风机，此时系统内其他电器均不通电；
在室内机风机和室外机风机运行设定时间后，电磁阀通电打开，电磁阀两侧的容积联通，两侧压力开始平衡，在电磁阀通电设定时间后，制冷压缩机通电运行，中小型空调或热泵机组开始热泵制热，当室内温度达到设定停机温度时，制冷压缩机断电；
制冷压缩机停止运行后，室内换热器内的制冷剂会在压力驱动下向低压的室外换热器迁移，迁移设定时间后电磁阀断电关闭；
室内风机和室外风机在压缩机停机后继续运转设定时间后，断电停止运转。
8.如权利要求7所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，其特征在于，所述室内机风机和室外机风机运行的设定时间为2秒到10秒，所述电磁阀通电的设定时间为1分钟到5分钟，所述迁移的设定时间为1分钟到10分钟，所述室内风机和室外风机在压缩机停机后继续运转的设定时间为30秒到3分钟。
9.一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统，所述制冷系统用于中小型制冷或空调机组，包括室外机和室内机及其连接管道，其特征在于，所述室外机包括制冷压缩机(1)、用于制冷剂与环境介质进行换热的室外换热器(3)、气液分离器(11)、干燥过滤器(4)、节流机构(5)、电磁阀(6)、单向阀(10)以及室外机风机(12)，所述室内机包括室内机风机(13)和用于与被制冷或被制热对象进行换热的室内换热器(8)，所述连接管道包括第一连接管道(7)和第二连接管道(9)；
所述室外换热器(3)的一个端口与室内换热器(8)的一个端口之间依次通过干燥过滤器(4)、节流机构(5)、电磁阀(6)和第一连接管道(7)连接，所述室外换热器(3)的另一个端口与室内换热器(8)的另一个端口之间依次通过制冷压缩机(1)、单向阀(10)、气液分离器(11)和第二连接管道(9)连接。
10.如权利要求9所述的一种可安全使用可燃制冷剂的制冷系统的控制方法，其特征在于，包括：
通电之后，首先启动室内机风机和室外机风机，此时系统内其他电器均不通电；
在室内机风机和室外机风机运行设定时间之后，电磁阀通电打开，高压侧与低压侧联通，两侧压力开始平衡；
在电磁阀通电设定时间后，制冷压缩机通电运行，中小型制冷或空调机组开始制冷降温，当室内的温度达到设定停机温度时，电磁阀断电关闭；
制冷压缩机继续通过单向阀、第二连接管道吸收室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内制冷剂，直至室内换热器、第一连接管道和第二连接管道内剩余的制冷剂质量为m后，压缩机停止运行；
室内风机和室外风机继续运转设定时间后，断电停止运转。
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