CN1185572A - 由节流器将冷却机油返回压缩机的空调装置及其控制方法 - Google Patents

由节流器将冷却机油返回压缩机的空调装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种空调装置,包括:压缩机(1)、内侧换热器(3)、外侧换热器(5)、位于内侧换热器(3)与外侧换热器(5)之间的膨胀器(4)、位于压缩机(1)与内侧换热器(3)之间以及压缩机(1)与外侧换热器(5)之间的四通阀(2)、位于压缩机(1)压出口与四通阀(2)之间的油分离器(9)、位于油分离器(9)与压缩机(1)吸入口之间的第一节流器(10)与第二节流器(11)、以及位于第二节流器(11)与压缩机(1)吸入口之间的开关阀(12)。

Description

由节流器将冷却机油返回 压缩机的空调装置 及其控制方法
本发明涉及一种空调装置及其控制方法，特别涉及一种冷却机油能充分返回的空调装置及其控制方法。
现有的空调装置其组成如图1所示。具体说，空调装置包含：压缩机21、四通阀22、内侧换热器23、膨胀器24、外侧换热器25、制冷剂管26、内侧风机27与外侧风机28。
本结构中，在制冷时，制冷剂按实线箭头所示方向流动。具体说，由压缩机21压出的制冷剂通过四通阀22，由外侧换热器25冷凝。在热量向外侧空气排放后，通过膨胀器24使得制冷剂的温度与压力下降。制冷剂流入内侧换热器23，冷却内侧空气并蒸发。蒸发和汽化后的制冷剂通过四通阀22，吸入压缩机21。
制热时，制冷剂按虚线箭头所示方向流动。具体说，由压缩机21压出的制冷剂通过四通阀22，由内侧换热器23冷凝。制冷剂加热内侧空气，由膨胀器24使得制冷剂的温度和压力下降，制冷剂流入外侧换热器25。制冷剂从外侧空气中吸取热量并蒸发。蒸发和汽化后的制冷剂通过四通阀22，吸入压缩机21。
用以润滑机械部件的冷却机油密封于压缩机21中。该装置具有一种机构，它能使冷却机油难以从压缩机21中流出。但是，目前少量的冷却机油会与制冷剂一起从压缩机21中散发出来。由于目前用在空调装置中的制冷剂氟里昂(chlorofluoro carbon(卤碳化合物))22与冷却机油具有兼容性，冷却机油溶于制冷剂中，通过内侧换热器23、外侧换热器25，返回到压缩机21。因而这对冷却周期的持续工作并无影响。
但由于臭氧层破坏的问题，从2004至2020年这段时期，作为HCFC(氢氯氟烃)型氟里昂的氟里昂22将不断地减少应用。因此将用HFC(氢氟烃)型氟里昂等臭氧层破坏模量(modulus of destruction of ozonosphere)为零的氟里昂来代替。三元型制冷剂R407C(R32/R125/R134a：23/25/52wt％)、二元型制冷剂R410A(R32/R125：50/50wt％)都是HFC型氟里昂，是用作制冷剂的主要替换品。可是，替换的制冷剂与作为普通冷却机油的矿质油之间的兼容性是很差的，从压缩机21中散发出来、与制冷剂混合后、再返回到压缩机的冷却机油的比率将变得非常低。结果，在压缩机内的冷却机油的总量就会不足，引起润滑不充分。
作为能与上面提到的替换的制冷剂兼容的冷却机油，已经开发出聚酯型或聚醚型的冷却机油。尽管聚酯型的冷却机油具有吸湿性，很容易水解，但沾染机油这类杂质会形成油泥。此外，尽管聚醚型的冷却机油也具有吸湿性，但存在成本和供应等未知因素。因此，冷却机油还是从现有的矿质油、聚酯型冷却机油、聚醚型冷却机油等中选定。无论选定哪一种油，它与制冷剂的兼容性都很差，因此就必须采取措施返回冷却机油。
如果在大型空调装置等中，冷却机油的返回不充分，习惯上就采用图2所示的结构。具体说，在压缩机21压出口与吸入口之间由油分离器29和节流器30形成一个旁路，包含在由压缩机21压出的制冷剂中的冷却机油就会被油分离器29分离出来，分离出来的冷却机油就通过节流器30，吸入压缩机21。毛细管或膨胀阀常用作节流器30。如果流道阻力太高，冷却机油不能充分流动。如果流道阻力太低，又会流过大量制冷剂，使得空调装置能力降低。因此应该选用具有适当流道阻力的节流器。
在冷却周期内，压缩机是恒转速运行的，由压缩机21压出的冷却机油中的大部分被油分离器29分离出来，并由上述的装置吸入压缩机21。目前主要应用的空调装置中，还用了反向压缩机，容量控制通过控制压缩机的运行频率来实现。在这类空调装置中，如果压缩机21的运行频率较低，由于制冷剂的低流速，从压缩机21压出的并在冷却周期中循环的冷却机油就难以返回到压缩机21。这样，压缩机21中的冷却机油的总量也将不充足，就会引起润滑不足。
本发明的目的是提供一种空调装置，其中如果作为制冷剂主要替换品的HFC型氟里昂或它的混合物与冷却机油一起使用时，冷却机油就能充分返回。
本发明的另一目的是提供一种控制空调装置的方法，如果作为制冷剂主要替换品的HFC型氟里昂或它的混合物与冷却机油一起使用时，借助于它就可以使冷却机油充分返回。
根据本发明的一个方面，一种空调装置包括：压缩机；内侧换热器；外侧换热器；位于内侧换热器与外侧换热器之间的膨胀器；位于压缩机与内侧换热器之间以及压缩机与外侧换热器之间的四通阀；位于压缩机压出口与四通阀之间的油分离器；位于油分离器与压缩机吸入口之间的第一和第二节流器；以及位于第二节流器与压缩机吸入口之间的开关阀。
由于由油分离器分离出来的冷却机油通过由第一节流器形成的第一旁路和由第二节流器形成的第二旁路和开关阀，返回到压缩机，这样就使得从压缩机压出的冷却机油可靠地得以返回。
根据本发明的另一方面，一种空调装置包括：压缩机；内侧换热器；外侧换热器；位于内侧换热器与外侧换热器之间的膨胀器；位于压缩机与内侧换热器之间以及压缩机与外侧换热器之间的四通阀；位于压缩机压出口与四通阀之间的油分离器；位于油分离器与压缩机吸入口之间的节流器；以及控制器，该控制器设定由空调装置的负荷算得的压缩机的运行频率并使空调装置运行，如果设定运行频率低于第一预定频率，则在运行时间经过第一预定时间后，在第二预定时间内，将压缩机的运行频率设定为第二预定频率。
如果设定的运行频率低于第一预定频率，控制器将压缩机的运行频率设定为第二预定频率，并使空调装置在运行时间经过第一预定时间后运行第二预定时间。这样，即使压缩机的运行频率较低，从压缩机压出的冷却机油仍然可以可靠地返回。
根据本发明的另一方面，一种空调装置包括：压缩机；内侧换热器；外侧换热器；位于内侧换热器与外侧换热器之间的膨胀器；位于压缩机与内侧换热器之间以及压缩机与外侧换热器之间的四通阀；位于压缩机压出口与四通阀之间的油分离器；位于油分离器与压缩机吸入口之间的第一和第二节流器；以及位于第二节流器与压缩机吸入口之间的开关阀。一种控制该空调装置的方法包括下列步骤：设定由空调装置的负荷算得的压缩机运行频率并使空调装置运行；以及根据运行频率控制开关阀并使空调装置运行。
位于第二节流器与压缩机吸入口之间的开关阀是根据压缩机的运行频率来控制的。因而，即使制冷剂与所用的冷却机油之间具有较差的兼容性，也能可靠地使冷却机油返回。
根据本发明的另一方面，一种空调装置包括：压缩机；内侧换热器；外侧换热器；位于内侧换热器与外侧换热器之间的膨胀器；位于压缩机与内侧换热器之间以及压缩机与外侧换热器之间的四通阀；位于压缩机压出口与四通阀之间的油分离器；以及位于油分离器与压缩机吸入口之间的一个或多个节流器。一种控制该空调装置的方法包括下列步骤：设定由空调装置的负荷算得的压缩机的运行频率并使空调装置运行；以及如果设定的运行频率低于第一预定频率，在运行时间经过第一预定时间后，将压缩机的运行频率设定为第二预定频率，并使空调装置运行第二预定时间。
如果设定的运行频率低于第一预定频率，在运行时间经过第一预定时间后，将压缩机的运行频率设定为第二预定频率，并运行第二预定时间。这样，即使制冷剂与冷却机油之间具有较差的兼容性，也能可靠地使冷却机油返回。
通过结合附图对本发明进行详细介绍，本发明的上述及其它目的、特点、方面与优点将会更加清楚。
附图的简要描述
图1表示一个现有空调装置冷却周期的例子。
图2表示该现有空调装置冷却周期的另一个例子。
图3表示本发明的空调装置的冷却周期。
图4-7分别表示描述本发明的第一到第四个实施例的空调装置冷却周期运行所用的流程图。
(第一实施例)
下面将详细地根据附图来介绍本发明的实施例。
参阅图3，一种空调装置包括：压缩机1、四通阀2、内侧换热器3、膨胀器4、外侧换热器5、制冷剂管6、内侧风机7、外侧风机8、油分离器9、由节流器10(以下称第一节流器)形成的旁路、由与第一节流器并联的第二节流器11和开关阀12形成的旁路、以及控制装置13。毛细管或膨胀阀可用作第一节流器10与第二节流器11。如果节流器10、11的流道阻力太高，冷却机油不能充分流动。如果节流器10、11的流道阻力太低，就会流过大量的制冷剂，空调装置本身的能力也要下降。因此需要选用适合节流器10、11流道阻力的节流器。
第一节流器10的流道阻力做得比第二节流器11的流道阻力高。具体说，第一节流器10的流道阻力相应于压缩机1的运行频率处于标准值到高值时的阻力，而第二节流器11的阻力则相应于压缩机运行频率处于低值时的阻力。根据本发明，压缩机1的运行频率是根据空调装置的负荷和运行时间由控制装置13来控制的。或者开关阀12是根据压缩机1的运行频率由控制装置13来控制的。下面介绍本发明的冷却周期的运行。
<制冷运行>
制冷运行时，制冷剂按实线箭头所示方向流动。具体说，从压缩机1压出的制冷剂通过油分离器9和四通阀2，由外侧换热器5冷凝。当热量排入外部空气后，通过膨胀器4降低制冷剂的温度和压力。制冷剂流入内侧换热器3，使内部空气冷却并蒸发。蒸发与汽化的制冷剂通过四通阀2吸入压缩机1。
<制热运行>
制热运行时，制冷剂按虚线箭头所示方向流动。具体说，从压缩机1压出的制冷剂通过油分离器9和四通阀2，由内侧换热器3冷凝。当内部空气由制冷剂加热后，通过膨胀器4降低制冷剂的温度和压力。制冷剂流入外侧换热器5，从外部空气中吸收热量并蒸发。蒸发与汽化的制冷剂通过四通阀2，吸入压缩机1。在制冷与制热这两种运行中，由油分离器9分离出来的冷却机油通过第一节流器10与第二节流器11吸入压缩机1。
参照图4，控制装置13首先计算空调装置的负荷(S1)，设定压缩机1的运行频率(S2)。控制装置13将压缩机1的运行频率与设定频率f1进行比较。如果压缩机1的运行频率等于或大于设定频率f1(S3，否)，控制装置13关闭开关阀12(S5)。如果运行频率小于设定频率f1(S3，是)，控制装置13开启开关阀12(S4)。
压缩机1的运行频率根据空调装置的负荷控制在从最小频率fmin到最大频率fmax的范围内。如果压缩机1的运行频率最低等于设定频率f1，控制装置13关闭开关阀12，这样由压缩机1散发出来并由油分离器9分离出来的冷却机油通过第一节流器10吸入压缩机1。如果压缩机1的运行频率最高达到设定频率f1，控制装置13开启开关阀12，这样由压缩机1压出并由油分离器9分离出来的冷却机油主要通过具有低流道阻力的第二节流器11与开关阀12吸入压缩机1。如果压缩机1的运行频率较低，压缩机的压出压力与吸入压力之差也较小。而第二节流器11的流道阻力也小，使得冷却机油可以充分地吸入压缩机。
(第二实施例)
第二实施例空调装置的结构与冷却周期与图3所示的第一实施例空调装置很相似。仅有的差别在于控制装置13的功能。相似的结构与功能的详细介绍就不再重复了。参阅图5，控制装置13首先计算空调装置的负荷(S11)，设定压缩机1的运行频率(S12)。
如果控制装置13确定的压缩机1的运行频率小于第一设定频率f1(S13，是)，控制装置13开启开关阀12(S16)，并开始测定压缩机1的运行时间Tf1(S17)。当运行时间Tf1等于或大于第一设定时间T1(S18，是)，控制装置13将运行时间Tf1清零(S19)，并关闭开关阀12(S20)。控制装置13将压缩机1的运行频率变到高于第一设定频率f1的第二设定频率f2上，继续运行(S21)，并开始测定运行时间Tf2(S22)。
当在第二设定频率f2的运行时间Tf2等于第二设定时间T2(S23，是)，控制装置13将运行时间Tf2清零(S24)，返回到步骤S11，以对应于空调装置负荷的运行频率重复运行。在步骤S13中，如果压缩机1的运行频率等于或大于第一设定频率f1(S13，否)，控制装置13关闭开关阀12(S14)，将运行时间Tf1清零(S15)，从步骤S11开始重复各过程。
通常，如果运行频率比较高时，由压缩机1散发出来的冷却机油，可以不被油分离器10分离出去，而在冷却周期中循环并充分地返回。如果运行频率较低，冷却机油就难以返回。在本实施例的空调装置中，由于压缩机1的运行频率被暂时地加以增大，所以冷却机油得以可靠地返回。
(第三个实施例)
第三个实施例的空调装置的结构与冷却周期与图3所示的第一实施例的空调装置相似。仅有的差别也是控制装置13的功能。相似的结构与功能的详细介绍就不再重复了。
参照图6，当压缩机1起动后(S31)，控制装置13开启开关阀12(S32)，运行时间Ton清零(S33)，并开始测定起动后运行时间Ton(S34)。当运行时间Ton等于第三个设定时间T3(S35，是)，控制装置13关闭开关阀12(S36)。在本实施例中，当压缩机1在冷却机油经常发生不足时起动时，冷却机油就可以在具有小流道阻力的开关阀12的旁路中通过，这样冷却机油可以很容易地返回。特别是在压缩机1起动时冷却机油能可靠地返回。
(第四个实施例)
本实施例的空调装置的结构与冷却周期与图2所示的现有型式的空调装置相似。差别在于压缩机21的控制是由控制装置(图中未示)来执行的。相似的结构与功能的详细介绍就不再重复了。
参照图7，控制装置首先计算空调装置的负荷(S41)，并设定压缩机21的运行频率(S42)。
当控制装置确定的压缩机21的运行频率低于第一设定频率f1(S43，是)，控制装置开始测定压缩机21的运行时间Tf1(S45)。当运行时间Tf1等于第一设定时间T1(S46，是)，控制装置将运行时间Tf1清零(S47)，并将压缩机21的运行频率设定为第二设定频率f2，它比第一设定频率f1高(S48)，并开始测定运行时间Tf2(S49)。当在第二设定频率f2上运行时间Tf2等于第二设定时间T2(S50，是)，控制装置将运行时间Tf2清零(S51)，返回到步骤41，以对应于空调装置负荷的运行频率重复运行。
在步骤S43上，当压缩机的运行频率等于或大于第一设定频率f1(S43，否)，控制装置就将运行时间Tf1清零(S44)；从步骤S41开始重复过程。
如上所述，根据本发明的空调装置，即使采用的是三元混合物型制冷剂R407C，二元混合物型制冷剂R410A等作为主要替换品的制冷剂，它们与冷却机油具有较差的兼容性，而冷却机油都可以可靠地返回。
此外，在制冷剂替换品投入实际使用后，冷却机油的选择也还是很困难的，为了与制冷剂替换品配合使用，冷却机油的选择范围扩大，可选用矿质油、以及目前已经开发的聚酯型或聚醚型油等。相应地可选用使用性能和可靠性能更为良好的冷却机油。
虽然已对本发明作了详细的介绍与说明，但应清楚地了解，它们只作为说明和示例，而不是限制，本发明的精神和范围仅由所附权利要求限定。

Claims (13)

1.一种空调装置，包括：
压缩机；
内侧换热器；
外侧换热器；
位于所述内侧换热器与所述外侧换热器之间的膨胀器；
位于所述压缩机与所述内侧换热器之间以及所述压缩机与所述外侧换热器之间的四通阀；
位于所述压缩机压出口与所述四通阀之间的油分离器；
位于所述油分离器与所述压缩机的吸入口之间的第一节流器与第二节流器；以及
位于所述第二节流器与所述压缩机的吸入口之间的开关阀。
2.根据权利要求1所述的空调装置，还包括根据所述压缩机的运行频率来控制所述开关阀的控制器。
3.根据权利要求2所述的空调装置，其中，
所述控制器设定由所述空调装置的负荷算得的所述压缩机的运行频率并使空调装置运行，并且当设定的运行频率低于预定频率时，开启所述开关阀并使空调装置运行，以及
当所述设定的运行频率高于所述预定频率时，所述控制器关闭所述开关阀并使空调装置运行。
4.根据权利要求2所述的空调装置，其中，
所述控制器设定由所述空调装置的负荷算得的所述压缩机的运行频率并使空调装置运行，并且当设定的运行频率高于第一预定频率时，关闭所述开关阀并使空调装置运行，以及
当所述设定的运行频率低于所述第一预定频率时，在开启所述开关阀和使空调装置运行第一预定时间后  所述控制器将所述压缩机的运行频率设定为第二预定频率，关闭所述开关阀，并使空调装置运行第二预定时间。
5.根据权利要求4所述的空调装置，其中，
所述第二预定频率高于所述第一预定频率。
6.根据权利要求2所述的空调装置，其中，
所述控制器开启所述开关阀，并当所述压缩机起动后使空调装置运行，在运行时间内经过一段预定时间后关闭所述开关阀。
7.一种空调装置，包括：
压缩机；
内侧换热器；
外侧换热器；
位于所述内侧换热器与所述外侧换热器之间的膨胀器；
位于所述压缩机与所述内侧换热器之间以及所述压缩机与所述外侧换热器之间的四通阀；
位于所述压缩机的压出口与所述四通阀之间的油分离器；
位于所述油分离器与所述压缩机的吸入口之间的节流器；
控制器，设定由所述空调装置的负荷算得的所述压缩机的运行频率并使空调装置运行，如果设定的运行频率低于第一预定频率，在运行时间经过第一预定时间后，将所述压缩机的运行频率设定为第二预定频率，并使空调装置运行第二预定时间。
8.根据权利要求7所述空调装置，其中，
所述第二预定频率高于所述第一预定频率。
9.一种控制空调装置的方法，所述空调装置包括：
压缩机；
内侧换热器；
外侧换热器；
位于所述内侧换热器与所述外侧换热器之间的膨胀器；
位于所述压缩机与所述内侧换热器之间以及所述压缩机与所述外侧换热器之间的四通阀；
位于所述压缩机的压出口与所述四通阀之间的油分离器；
位于所述油分离器与所述压缩机的吸入口之间的第一节流器和第二节流器；
位于所述第二节流器与所述压缩机的吸入口之间的开关阀，所述方法包括以下步骤：
设定由所述空调装置的负荷算得的所述压缩机的运行频率，并使空调装置运行，以及
根据所述运行频率控制所述开关阀并使空调装置运行。
10.根据权利要求9所述的控制空调装置的方法，其中，
根据所述运行频率控制所述开关阀并使空调装置运行的步骤还包括以下步骤：
如果所述设定的运行频率低于预定频率，开启所述开关阀并使空调装置运行，以及
如果所述设定的运行频率高于所述预定频率，关闭所述开关阀并使空调装置运行。
11.根据权利要求9所述的控制空调装置的方法，其中，
根据所述运行频率控制所述开关阀并使空调装置运行的步骤还包括以下步骤：
如果所述设定的运行频率高于第一预定频率，关闭所述开关阀并使空调装置运行，以及
如果所述设定的运行频率低于所述第一预定频率，开启所述开关阀并使空调装置运行第一预定时间，将所述压缩机的运行频率设定为第二预定频率，关闭所述开关阀并使空调装置运行第二预定时间。
12.根据权利要求9所述的控制空调装置的方法，还包括下述步骤：当所述压缩机起动后，开启所述开关阀并使空调装置运行，而当运行时间经过预定时间后关闭所述开关阀。
13.一种控制空调装置方法，所述空调装置包括：
压缩机；
内侧换热器；
外侧换热器；
位于所述内侧换热器与所述外侧换热器之间的膨胀器；
位于所述压缩机与所述内侧换热器之间以及所述压缩机与所述外侧换热器之间的四通阀；
位于所述压缩机的压出口与所述四通阀之间的油分离器；以及
位于所述油分离器与所述压缩机的吸入口之间的节流器，所述方法包括以下步骤：
设定由所述空调装置的负荷算得的所述压缩机的运行频率并使空调装置运行；以及
如果所述设定运行频率低于第一预定频率，在运行时间经过第一预定时间后，将所述压缩机的运行频率设定为第二预定频率，并使空调装置运行第二预定时间。
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