CN204535183U - 冷热负荷自动匹配的联合空调机组 - Google Patents

Abstract

一种根据输出需求合理运行空调机组的冷热负荷自动匹配的联合空调机组。包括二个并列设置的单系统机组，第一系统机组与第二系统机组共用一个蒸发器和一个热回收器。与现有技术相比，本实用新型采用双系统并联设计，实现运行制冷、热回收、热水的功能。双系统设计能够保证在冷热负荷都有需求时，两个系统可以搭配分别运行不同的模式，以平衡冷热负荷需求。而且在环境温度较低时也能够进行热回收，同时模式转换时对冷热负荷的波动影响较小(即水温波动很小，冷热负荷变化不会很大)，对使用的舒适性影响也较小，有效避免了单系统空调机组只能运行单一模式并且不能够在低环境温度时进行热回收的弊端。

Description

冷热负荷自动匹配的联合空调机组

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，更具体地说，涉及一种冷热负荷自动匹配的联合空调机组。

背景技术

目前，传统全热回收单系统机组可以运行的模式有制冷、制热、热回收和热水器，但是当环境温度较低时，由于制冷剂迁移至空气侧换热器，导致机组不能长期有效运行热回收模式。而且单系统机组在转换运行模式时，极易因频繁转换导致空调系统的负荷波动较大。

单系统机组，在运行热回收模式时，空气侧换热器是作为旁通的换热器，并与蒸发器相通，它并不直接参与系统的循环换热。当室外环境温度较低时，尤其是低于蒸发器中制冷剂的蒸发温度时，那么制冷剂就会向压力低温度低的地方迁移，即积存于空气侧换热器中的制冷剂较多，其结果必然导致循环系统中的制冷剂流量越来越小，长期运行对压缩机的寿命有危害，同时也影响系统运行的稳定性。另外，当冷热水负荷都有需求时，系统运行热回收，即同时产生冷水和热水，通常，传统空调机组会根据制冷优先或者热水优先的原则控制压缩机运行，这样极有可能导致满足了热水负荷需求，就满足不了冷水负荷的需求。

综上所述，如何在环境温度较低时实现热回收功能，并且能够完全平衡冷热负荷，使机组同时满足冷水和热水的需求成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种根据输出需求合理运行空调机组的冷热负荷自动匹配的联合空调机组。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型的冷热负荷自动匹配的联合空调机组，包括具有压缩机、冷凝器和储液器的二个并列设置的单系统机组，第一系统机组与第二系统机组共用一个蒸发器和至少一个热回收器，其中，

第一系统机组中的第一压缩机的排气端通过第一四通换向阀分别接于所述热回收器的第一进口、第一冷凝器的第一端口和第一压缩机的吸气口；

第一冷凝器的第二端口通过第一储液器、第一电子膨胀阀接于所述蒸发器的第一进口；

第二系统机组中的第二压缩机的排气端通过第二四通换向阀分别接于所述热回收器的第二进口、第二冷凝器的第一端口和第二压缩机的吸气口；

第二冷凝器的第二端口通过第二储液器、第四电子膨胀阀接于所述蒸发器的第二进口；

蒸发器的第一出口和第二出口分别接于第一压缩机的吸气口和第二压缩机的吸气口；

热回收器的第一出口和第二出口分别通过第一储液器和第二储液器接于所述蒸发器的第一进口和第二进口；

在第一四通换向阀的S1接口与蒸发器第一出口之间设有指向第一压缩机吸气口的第一单向阀；

在第二四通换向阀的S2接口与蒸发器第二出口之间设有指向第二压缩机吸气口的第四单向阀。

第一四通换向阀和第二四通换向阀均为模式切换四通阀。

在第一冷凝器的第二端口与第一储液器的入口之间设有指向第一储液器的第二单向阀，在热回收器的第一出口与第一储液器的入口之间设有指向第一储液器的第三单向阀；在第二冷凝器的第二端口与第二储液器的入口之间设有指向第二储液器的第五单向阀，在热回收器的第二出口与第二储液器的入口之间设有指向第二储液器的第六单向阀。

在第一储液器的出口与第一冷凝器的第二端口之间设有第二电子膨胀阀；在第一储液器的出口与热回收器的第一出口之间设有第三电子膨胀阀。

在第二储液器的出口与第二冷凝器的第二端口之间设有第五电子膨胀阀；在第二储液器的出口与热回收器的第二出口之间设有第六电子膨胀阀。

与现有技术相比，本实用新型采用双系统并联设计，实现运行制冷、热回收、热水的功能。双系统设计能够保证在冷热负荷都有需求时，两个系统可以搭配分别运行不同的模式，以平衡冷热负荷需求。而且在环境温度较低时也能够进行热回收，同时模式转换时对冷热负荷的波动影响较小(即水温波动很小，冷热负荷变化不会很大)，对使用的舒适性影响也较小，有效避免了单系统空调机组只能运行单一模式并且不能够在低环境温度时进行热回收的弊端。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记如下：

第一系统机组10、第一压缩机11、第一冷凝器12、第一端口121、第二端口122、第一四通换向阀13、第一储液器14、第一电子膨胀阀15、第二电子膨胀阀16、第三电子膨胀阀17、第二系统机组20、第二压缩机21、第二冷凝器22、第一端口221、第二端口222、第二四通换向阀23、第二储液器24、第四电子膨胀阀25、第五电子膨胀阀26、第六电子膨胀阀27、第一单向阀31、第二单向阀32、第三单向阀33、第四单向阀34、第五单向阀35、第六单向阀36、蒸发器40、热回收器50。

具体实施方式

本实用新型的冷热负荷自动匹配的联合空调机组，包括二套均含有压缩机、冷凝器、储液器、四通换向阀和若干个单向阀及电子膨胀阀的单系统空调机组，分别为第一系统机组10和第二系统机组20，该二套系统机组共用一台蒸发器40和至少一台热回收器50(本实用新型优选为一台)，该结构产生的核心有益效果，是可实现在低环境温度下长期安全稳定的进行热回收并且任何时候都能够根据冷热负荷自动调节该联合机组的负载。

本实用新型的连接结构如下：

第一系统机组10中的第一压缩机11的排气端通过第一四通换向阀13分别接于所述热回收器50的第一进口、第一冷凝器12的第一端口121和第一压缩机11的吸气口；

第一冷凝器12的第二端口122通过第一储液器14、第一电子膨胀阀15接于所述蒸发器40的第一进口；

第二系统机组20中的第二压缩机21的排气端通过第二四通换向阀23分别接于所述热回收器50的第二进口、第二冷凝器22的第一端口221和第二压缩机21的吸气口；

第二冷凝器22的第二端口222通过第二储液器24、第四电子膨胀阀25接于所述蒸发器40的第二进口；

蒸发器40的第一出口和第二出口分别接于第一压缩机11的吸气口和第二压缩机21的吸气口；

热回收器50的第一出口和第二出口分别通过第一储液器14和第二储液器24接于所述蒸发器40的第一进口和第二进口；

在第一四通换向阀13的S1接口与蒸发器40第一出口之间设有指向第一压缩机11吸气口的第一单向阀31；

在第二四通换向阀23的S2接口与蒸发器40第二出口之间设有指向第二压缩机21吸气口的第四单向阀34。

本实用新型的双系统设计能够最大限度的同时满足和匹配冷热负荷的需求，有效的避免了在环境温度较低时不能长期安全的进行热回收的缺陷。

上述结构中的第一四通换向阀13和第二四通换向阀23优选为模式切换四通阀，该模式切换四通阀的具体结构记载在本申请人的另一实用新型专利中，专利号为：201220452437.5，名称为：模式切换装置。该四通换向阀可在压缩机高压侧与低压侧之间的压差达到预定值时，在四个端口间进行选择性自动切换导通。

上述结构中的第一单向阀31和第四单向阀34的作用是：确保在环境温度较低时系统能安全的运行热回收。即该单向阀的单向流通性能确保在环境温度较低情况下，运行热回收时，系统循环的制冷剂不能反向朝低温低压的处于旁通状态的空气热交器(即第一冷凝器12和第二冷凝器22)迁移并滞留其中，避免系统热回收机组在低环境温度时，因循环系统中制冷剂流量减少导致压缩机停机而不能运行热回收模式的弊端。

本实用新型中的蒸发器40为壳管式蒸发器40，冷凝器为风冷式冷凝器。

本实用新型的进一步改进是在第一冷凝器12的第二端口122与第一储液器14的入口之间设有指向第一储液器14的第二单向阀32，在热回收器50的第一出口与第一储液器14的入口之间设有指向第一储液器14的第三单向阀33；在第二冷凝器22的第二端口222与第二储液器24的入口之间设有指向第二储液器24的第五单向阀35，在热回收器50的第二出口与第二储液器24的入口之间设有指向第二储液器24的第六单向阀36。

上述结构中，第二单向阀32的作用是当第一冷凝器12处于闲置的换热器时，例如运行热回收模式，此时从热回收器50冷凝后的高温高压制冷剂，流经热回收器50的第一出口，再经过第三单向阀33流入储液器，此时如果没有第二单向阀32，则流入储液器的制冷剂会旁通一部分进入闲置的第一冷凝器12中，这样会导致实际参与循环的制冷剂流量不足，造成运行效果差。第三单向阀33的作用是当热回收器50处于闲置的换热器时，例如运行制冷模式，此时从第一冷凝器12冷凝后的高温高压制冷剂，流经第二单向阀32后流入储液器，此时如果没有第三单向阀33，则流入储液器的制冷剂会旁通一部分进入闲置的热回收器50中，这样会导致实际参与循环的制冷剂流量不足，造成运行效果差。

第五单向阀35的作用与第二单向阀32的作用类似，第六单向阀36的作用与第三单向阀33的作用类似。

本实用新型的再一改进是在第一储液器14的出口与第一冷凝器12的第二端口122之间设有第二电子膨胀阀16；在第一储液器14的出口与热回收器50的第一出口之间设有第三电子膨胀阀17。

在第二储液器24的出口与第二冷凝器22的第二端口222之间设有第五电子膨胀阀26；在第二储液器24的出口与热回收器50的第二出口之间设有第六电子膨胀阀27。

上述结构中，第二电子膨胀阀16用于实际运行热水模式，将冷凝后的高温高压制冷剂节流为低温低压的制冷剂再进入第一冷凝器12中去蒸发，完成循环。第三电子膨胀阀17用于在环境温度较低运行热水模式，当第一冷凝器12结霜后机组需要进行除霜运行时，作为除霜时的节流部件，使从第一冷凝器12中冷凝后的高温高压制冷剂节流为低温低压的制冷剂再进入热回收器50中去蒸发，完成循环并使第一冷凝器12为高压侧的换热器以冷凝除霜。第五电子膨胀阀26的作用与第二电子膨胀阀16的作用类似，第六电子膨胀阀27的作用与第三电子膨胀阀17的作用类似。

本实用新型能自动调节冷热负荷的理由如下：

该联合空调机组通过对蒸发器40侧出水温度和热回收器50侧进水温度进行采集，并通过控制系统调节第一系统机组10和第二系统机组20的运行负荷，通过检测到的实际水温与控制系统中预设的目标水温的差值来决定第一压缩机11和第二压缩机21的启停、加载或减载。例如：

1)制冷时

当输出的冷水温度比设定的目标温度高时，则断定冷水有需求，满足了制冷启动温差时应该要运行制冷(即只有当冷水温度高于设定的目标温度一定值时，才认为有必要制冷来产生冷水，该一定值我们称为启动温差，之所以设定启动温差，是为了避免系统频繁的启停)。

当冷水温度比设定的目标温度低时，则断定冷水无需求，满足了制冷停机温差时不能运行制冷。

2)热水时

当热水温度比设定的目标温度低时，则断定热水有需求，满足了热水启动温差时应该要运行热水(即只有当热水温度低于设定的目标温度一定值时，才认为有必要制热来产生热水，该一定值我们称为启动温差，之所以设定启动温差，是为了避免系统频繁的启停)。

当热水温度比设定的目标温度高时，则断定热水无需求，满足了热水停机温差时不能运行热水。

为了避免机组频繁启停的同时又能够合理的调节负荷需求，启动温差和停机温差不宜设置的过大或过小，一般启动温差可以设置为3℃左右，停机温差可以设置为2℃左右。

本实用新型有以下特点：

1、当联合机组模式为制冷时，两个系统机组都运行制冷模式；

2、当联合机组模式为热水时，两个系统机组都运行热水模式；

3、当联合机组模式为自动模式时，两个系统可以分别或同时运行制冷，或热回收，或热水模式。如下：

(1)自动模式时，如果只是冷水有需求，则根据冷水负荷需求大小自动判定选择一个或是二个系统机组运行制冷；

(2)自动模式时，如果只是热水有需求，则根据热水负荷需求大小自动判定选择一个或是二个系统机组运行热水；

(3)自动模式时，如果冷水和热水都有需求，则根据冷水和热水负荷需求大小自动判定二个系统机组实际需要运行的模式，具体如下：

①冷水负荷＞热水负荷时，此时冷水负荷需求很大而热水的负荷需求很小，一个系统机组运行制冷只产生冷水，另一个系统机组在运行热回收的同时，既产生冷水也产生热水；

②冷水负荷＝热水负荷时，此时冷水和热水的负荷需求相当，二个系统机组运行的模式都为热回收，同时也产生冷水和热水；

③冷水负荷＜热水负荷时，此时冷水的负荷需求很小而热水负荷需求很大，一个系统机组运行热水只产生热水，另一个系统在运行热回收的同时，既产生冷水也产生热水；

接下来结合附图重点讲述以上①、②、③情况下，二个系统机组如何能够自动匹配进行冷热负荷的调节：

(1)第一四通换向阀13和第二四通换向阀23的控制如下：热回收模式和热水模式时，四通换向阀得电，D、C通道导通，S、E通道导通。制冷模式时，四通换向阀失电，D、E通道导通，S、C通道导通。

(2)各电子膨胀阀的控制如下：制冷或热回收模式时，第一电子膨胀阀15和第四电子膨胀阀25得电打开；热水模式时第二电子膨胀阀16和第五电子膨胀阀26得电打开；热水模式除霜时，第三电子膨胀阀17和第六电子膨胀阀27得电打开。

(3)模式转换：自动模式下，根据冷水温度和热水温度判断实际运行的模式，当需要在制冷、热回收、热水模式之间进行模式转换时，模式转换的过程是：首先压缩机减载至25％的最小负荷运行，30s后原来模式的对应电子膨胀阀关闭，同时四通换向阀转为下一个模式状态，60s后下一个模式的对应电子膨胀阀进行自动控制，180s后压缩机允许能力加载，进入自动负荷调节过程。

例如：制冷模式转为热回收模式的转换过程中各部件控制如下表。

制冷转热回收	制冷运行	30s	60s	180s	热回收运行
						压缩机	--	10％	10％	10％	--
4WV	失电	失电	得电	得电	得电
						EXVC	自动控制	自动控制	0％	自动控制	自动控制
EXVH	0％	0％	0％	0％	0％
						EXVD	0％	0％	0％	0％	0％

上表中“4WV”代表第一四通换向阀13和第二四通换向阀23；“EXVC”代表第一电子膨胀阀15和第四电子膨胀阀25；“EXVH”代表第二电子膨胀阀16和第五电子膨胀阀26；“EXVD”代表第三电子膨胀阀17和第六电子膨胀阀27。

需要说明的是，上表仅列举了自动模式下的制冷模式转换为热回收模式的过程图，热回收和热水之间的模式转换过程类似。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种冷热负荷自动匹配的联合空调机组，包括具有压缩机、冷凝器和储液器的二个并列设置的单系统机组，其特征在于：第一系统机组(10)与第二系统机组(20)共用一个蒸发器(40)和至少一个热回收器(50)，其中，

第一系统机组(10)中的第一压缩机(11)的排气端通过第一四通换向阀(13)分别接于所述热回收器(50)的第一进口、第一冷凝器(12)的第一端口(121)和第一压缩机(11)的吸气口；

第一冷凝器(12)的第二端口(122)通过第一储液器(14)、第一电子膨胀阀(15)接于所述蒸发器(40)的第一进口；

第二系统机组(20)中的第二压缩机(21)的排气端通过第二四通换向阀(23)分别接于所述热回收器(50)的第二进口、第二冷凝器(22)的第一端口(221)和第二压缩机(21)的吸气口；

第二冷凝器(22)的第二端口(222)通过第二储液器(24)、第四电子膨胀阀(25)接于所述蒸发器(40)的第二进口；

蒸发器(40)的第一出口和第二出口分别接于第一压缩机(11)的吸气口和第二压缩机(21)的吸气口；

热回收器(50)的第一出口和第二出口分别通过第一储液器(14)和第二储液器(24)接于所述蒸发器(40)的第一进口和第二进口；

在第一四通换向阀(13)的S1接口与蒸发器(40)第一出口之间设有指向第一压缩机(11)吸气口的第一单向阀(31)；

在第二四通换向阀(23)的S2接口与蒸发器(40)第二出口之间设有指向第二压缩机(21)吸气口的第四单向阀(34)。

2.根据权利要求1所述的冷热负荷自动匹配的联合空调机组，其特征在于：第一四通换向阀(13)和第二四通换向阀(23)均为模式切换四通阀。

3.根据权利要求2所述的冷热负荷自动匹配的联合空调机组，其特征在于：在第一冷凝器(12)的第二端口(122)与第一储液器(14)的入口之间设有指向第一储液器(14)的第二单向阀(32)，在热回收器(50)的第一出口与第一储液器(14)的入口之间设有指向第一储液器(14)的第三单向阀(33)；在第二冷凝器(22)的第二端口(222)与第二储液器(24)的入口之间设有指向第二储液器(24)的第五单向阀(35)，在热回收器(50)的第二出口与第二储液器(24)的入口之间设有指向第二储液器(24)的第六单向阀(36)。

4.根据权利要求3所述的冷热负荷自动匹配的联合空调机组，其特征在于：在第一储液器(14)的出口与第一冷凝器(12)的第二端口(122)之间设有第二电子膨胀阀(16)；在第一储液器(14)的出口与热回收器(50)的第一出口之间设有第三电子膨胀阀(17)。

5.根据权利要求3所述的冷热负荷自动匹配的联合空调机组，其特征在于：在第二储液器(24)的出口与第二冷凝器(22)的第二端口(222)之间设有第五电子膨胀阀(26)；在第二储液器(24)的出口与热回收器(50)的第二出口之间设有第六电子膨胀阀(27)。