一種熱泵空調系統及其蒸氣噴射控制裝置和控制方法
2023-05-08 08:35:46
專利名稱：一種熱泵空調系統及其蒸氣噴射控制裝置和控制方法
技術領域：
本發明涉及空氣源熱泵空調領域，尤其涉及到在室外超低溫工況下擁有良好制熱效果的熱泵空調系統。
背景技術：
目前，市場上銷售的普通空氣源熱泵空調，在室外低溫的工況下，制熱量衰減十分嚴重，甚至無法正常啟動運行，因此在我國北方寒冷地區，空氣源熱泵空調只能在過渡季節使用，一旦進入寒冷的冬季空氣源熱泵空調幾乎無法滿足基本的供熱需求。眾所周知，我國北方傳統的集中供暖方式以燃煤、燃氣為主，而這些供暖方式在節能、環保、安全方面都無法達到社會發展的要求。所以需要開發一種超低溫熱泵空調機組用來取代我國北方傳統的集中供暖方式。
發明內容
本發明克服了現有技術中的缺點，提供一種能夠在室外超低溫工況下擁有良好制熱效果的熱泵空調系統。
本發明還提供一種能夠實現對噴向熱泵空調壓縮機蒸氣噴射量控制的蒸氣噴射控制裝置。
另外，本發明還提供一種蒸氣噴射控制裝置的控制方法。
為了解決上述技術問題，通過以下技術方案實現
一種熱泵空調系統，包括壓縮機、四通閥、室內外機換熱器、主節流裝置，各零部件通過管線連接，所述壓縮機具有一出氣口及兩個吸氣口，在所述主節流裝置前後引有一旁通管，接入所述壓縮機的第二吸氣口，所述空調系統包括一蒸氣噴射控制裝置，所述蒸氣噴射控制裝置包括至少三個傳感器及至少一電子膨脹閥，所述傳感器分別位於所述壓縮機一出氣口及所述兩個吸氣口，所述電子膨脹閥位於所述旁通管上。
所述系統中還在主節流裝置和室外換熱器之間接有一儲液器。
所述旁通管上設有一盤管。
所述盤管置於所述儲液器內。
所述儲液器和室外換熱器之間接有一副冷卻盤管。
所述系統中，在主節流裝置和室外換熱器之間設有一輔助節流裝置。
所述傳感器為壓力傳感器或溫度傳感器。
一種蒸氣噴射控制裝置，應用於一種熱泵空調系統，在所述系統之中，包括一具有兩吸氣口和一出氣口的壓縮機、四通閥、室內外機換熱器、主節流裝置，各部件形成一個製冷制熱循環，在所述主節流裝置前後引有一旁通管，所述蒸氣噴射控制裝置包括至少三個傳感器及至少一電子膨脹閥，所述傳感器分別位於所述壓縮機一出氣口及所述兩個吸氣口，所述電子膨脹閥位於所述旁通管上。
一種蒸氣噴射控制裝置的控制方法，所述方法通過設置在所述壓縮機的吸氣口、出氣口的傳感器檢測進出壓縮機氣體的狀態，根據所述進出壓縮機氣體狀態的變化控制與第二吸氣口連接的電子膨脹閥的開度，從而控制所述蒸氣的噴射量。
所述傳感器為壓力傳感器，所述方法包括以下過程(1)所述壓力傳感器分別檢測壓縮機第一吸氣口、第二吸氣口及出氣口氣體的壓力，對應為P低、P噴、P高；(2)根據壓力與溫度的關係，求得P低、P噴、P高對應的溫度分別為T低、T噴、T高；(3)計算所述壓縮機運行過程中的中間壓力P中， 根據壓力與溫度的關係，求得對應的溫度為T中；(4)計算從所述壓縮機第二吸氣口噴射出的壓力與壓縮機中間壓力的實際壓差對應的溫差ΔT實際，ΔT實際＝T噴-T中；(5)所述電子膨脹閥的開度變化量N＝ΔT目標-ΔT實際，其中，ΔT目標為設定的目標壓差對應的溫差；(6)電子膨脹閥的實際開度為電子膨脹閥的原有開度與開度變化量N的和。
所述傳感器為溫度傳感器，所述方法包括以下過程(1)所述溫度傳感器分別檢測壓縮機第一吸氣口、第二吸氣口及出氣口氣體的溫度，對應為T低、T噴、T高；(2)根據壓力與溫度的關係，求得T低、T噴、T高對應的壓力分別為P低、P噴、P高；(3)計算所述壓縮機運行過程中的中間壓力P中， 根據壓力與溫度的關係，求得對應的溫度為T中；
(4)計算從所述壓縮機第二吸氣口噴射出的壓力與壓縮機中間壓力的實際壓差對應的溫差ΔT實際，ΔT實際＝T噴-T中；(5)所述電子膨脹閥的開度變化量N＝ΔT目標-ΔT實際，其中，ΔT目標為設定的目標壓差對應的溫差；(6)電子膨脹閥的實際開度為電子膨脹閥的原有開度與開度變化量N的和。
與現有技術相比，本發明提供一種能夠在室外超低溫工況下擁有良好制熱效果的熱泵空調系統。採用蒸氣噴射系統控制壓縮機噴射中間壓力的製冷劑蒸氣，並通過噴射口(壓縮機第二吸氣口)的壓力控制對壓縮機噴射製冷劑量達到最佳值。在正常工況下與普通熱泵空調機組相同進行製冷、制熱運行；當室外環境溫度降低，制熱量衰減時，機組中蒸氣噴射系統發揮作用，對壓縮機噴射中間壓力的飽和製冷劑氣體，在壓縮機內部實現雙級壓縮，提高機組在室外低溫工況下的制熱量和能效比。同時，系統中壓縮機壓縮比和機組的排氣溫度都在合理的範圍內，穩定、可靠；機組採用智能化霜模式，通過系統高壓控制機組是否進入化霜運行，可以做到「無霜不化」的地步。
本發明應用於熱泵空調機組中，通過檢測壓縮機噴射口壓力準確控制製冷劑噴射量，提高機組在室外低溫工況下的制熱效果和能效比；使機組化霜次數和時間大大減少，機組運行制熱效果更高，更加節能；精確控制電子膨脹閥開度，使室內溫度波動幅度降低，室內舒適件增強。
圖1是熱泵空調系統實施例一的原理示意圖；圖2是熱泵空調系統制熱運行壓焓圖；圖3是熱泵空調系統實施例三的原理示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。
實施例一請參閱圖1，圖1中虛線框內部分表示熱泵空調系統，圖中帶箭頭的實線表示熱泵空調系統制熱時製冷劑的流向。一種熱泵空調系統，包括壓縮機11、氣液分離器12、四通閥13、室內機換熱器19、室外機換熱器14、副冷卻盤管16、儲液器17、主節流裝置15A、輔助節流裝置15，各個零部件之間通過銅管連接在一起組成一個製冷制熱循環。其中，壓縮機11包括一出氣口113及第一吸氣口111、第二吸氣口112兩個吸氣口。壓縮機11為噴氣增焓數碼渦旋壓縮機，主節流裝置15A為一電子膨脹閥。
所述系統還包括一從主節流裝置15A後引出，連入壓縮機11第二吸氣口112的旁通管，在所述旁通管上連有一盤管18，所述盤管18置於所述儲液器17內。
所述系統還包括一蒸氣噴射控制裝置，所述蒸氣噴射控制裝置包括三個壓力傳感器及一電子膨脹閥21，三個壓力傳感器分別為低壓傳感器201、高壓傳感器202、噴射壓力傳感器203。高壓傳感器202置於壓縮機11的出氣口113，低壓傳感器201置於壓縮機11的第一吸氣口111，噴射壓力傳感器203置於壓縮機11的第二吸氣口112，電子膨脹閥21設置於所述旁通管上。在熱泵空調系統處理制熱狀態時，從室內機換熱器19流出的製冷劑分為兩路，一部分經過所述旁通管上的電子膨脹閥21及置於儲液器17內的盤管18，然後被壓縮機11的第二吸氣口112吸入；另一部分製冷劑則直接進入儲液器，經過室外機副冷卻盤管16及輔助節流裝置15進入室外機換熱器14。
蒸氣噴射控制裝置的工作原理為通過設置在壓縮機的吸氣口、出氣口的壓力傳感器檢測進出壓縮機氣體的壓力，根據進出壓縮機氣體壓力的變化控制與第二吸氣口連接的電子膨脹閥的開度，從而控制蒸氣的噴射量。具體包括以下過程(1)壓力傳感器分別檢測壓縮機第一吸氣口、第二吸氣口及出氣口氣體的壓力，對應為P低、P噴、P高；(2)根據壓力與溫度的關係，求得P低、P噴、P高對應的溫度分別為T低、T噴、T高；(3)計算壓縮機運行過程中的中間壓力P中， 根據壓力與溫度的關係，求得對應的溫度為T中；(4)計算從壓縮機第二吸氣口噴射出的壓力與壓縮機中間壓力的實際壓差對應的溫差ΔT實際，ΔT實際＝T噴-T中；(5)電子膨脹閥的開度變化量N＝ΔT目標-ΔT實際，其中，ΔT目標為設定的目標壓差對應的溫差；(6)電子膨脹閥的實際開度為電子膨脹閥的原有開度與開度變化量N的和。
下面通過圖2介紹熱泵空調系統的工作過程，圖1中的1-9是與圖2對應的狀態點。系統在室外低溫工況下制熱運行時，壓縮機把從室外機換熱器蒸發出來的低溫低壓的製冷劑氣體(狀態點1)壓縮到中間壓力的狀態點2，在壓縮機的渦旋盤內與從壓縮機第二吸氣口吸入的中間壓力的氣體(狀態點9)混合到狀態點10，然後繼續被壓縮機壓縮為高溫高壓的氣體(狀態點3)；高溫高壓的製冷劑氣體在室內機換熱器內被冷卻冷凝為高溫高壓的製冷劑液體(狀態點4)，高壓液體被室內機電子膨脹閥15A節流降壓為氣液混合物(狀態點5)；此時製冷劑分為兩路，一部分經過電子膨脹閥節流為中間壓力製冷劑氣液混合物進入儲液器內的盤管，吸收盤管外製冷劑熱量蒸發為中間壓力飽和蒸氣(狀態點9)被壓縮機第二吸氣口吸入，另一部分製冷劑則直接進入儲液器外殼與盤管之間的容器內，與盤管內的製冷劑進行熱交換放出熱量並經過室外機副冷卻盤管被冷凝為過冷液體(狀態點6)；過冷液體被室外機電子膨脹閥節流到狀態點7，然後進入室外機換熱器蒸發到狀態點1被壓縮機吸氣口吸入，完成一個制熱循環。
整個熱泵空調系統的工作原理為在正常工況下與普通熱泵空調機組相同進行製冷、制熱運行；當室外環境溫度降低，制熱量衰減時，機組中蒸氣噴射控制裝置發揮作用，對壓縮機噴射中間壓力的飽和製冷劑氣體，在壓縮機內部實現雙級壓縮，提高機組在室外低溫工況下的制熱量和能效比。同時，系統中壓縮機壓縮比和機組的排氣溫度都在合理的範圍內，機組運行的可靠性經過大量的實驗驗證穩定可靠；機組採用智能化霜模式，通過系統高壓控制機組是否進入化霜運行，可以做到「無霜不化」的地步。
實施例二本實施例與實施例一的區別在於本實施例中的蒸氣噴射控制裝置採用的傳感器為溫度傳感器，採用溫度傳感器的蒸氣噴射控制裝置的工作原理為通過設置在壓縮機的吸氣口、出氣口的溫度傳感器檢測進出壓縮機氣體的溫度，根據進出壓縮機氣體溫度的變化控制與第二吸氣口連接的電子膨脹閥的開度，從而控制蒸氣的噴射量。具體包括以下過程(1)溫度傳感器分別檢測壓縮機第一吸氣口、第二吸氣口及出氣口氣體的溫度，對應為T低、T噴、T高；(2)根據壓力與溫度的關係，求得T低、T噴、T高對應的壓力分別為P低、P噴、P高；(3)計算壓縮機運行過程中的中間壓力P中， 根據壓力與溫度的關係，求得對應的溫度為T中；(4)計算從壓縮機第二吸氣口噴射出的壓力與壓縮機中間壓力的實際壓差對應的溫差ΔT實際，ΔT實際＝T噴-T中；(5)電子膨脹閥的開度變化量N＝ΔT目標-ΔT實際，其中，ΔT目標為設定的目標壓差對應的溫差；(6)電子膨脹閥的實際開度為電子膨脹閥的原有開度與開度變化量N的和。
實施例三如圖3所示，本實施例與實施例一的區別在於，本實施例系統中沒有設置副冷卻盤管16、儲液器17，在旁通管上也沒有盤管18。另外，所述旁通管可以直接從室內機換熱器的出口引出。
以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案。如節流裝置電子膨脹閥可以用普通毛細管代替，室內機可以只是一臺；另外，所述旁通管可以直接從室內機換熱器的出口引出。因此，不脫離本發明精神和範圍的任何修改或局部替換，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種熱泵空調系統，包括壓縮機、四通閥、室內外機換熱器、主節流裝置，各零部件通過管線連接，所述壓縮機具有一出氣口及兩個吸氣口，在所述主節流裝置前後引有一旁通管，接入所述壓縮機的第二吸氣口，其特徵在於，所述空調系統包括一蒸氣噴射控制裝置，所述蒸氣噴射控制裝置包括至少三個傳感器及至少一電子膨脹閥，所述傳感器分別位於所述壓縮機一出氣口及所述兩個吸氣口，所述電子膨脹閥位於所述旁通管上。
2.根據權利要求1所述的熱泵空調系統，其特徵在於，所述系統中還在主節流裝置和室外換熱器之間接有一儲液器。
3.根據權利要求2所述的熱泵空調系統，其特徵在於，所述旁通管上設有一盤管。
4.根據權利要求3所述的熱泵空調系統，其特徵在於，所述盤管置於所述儲液器內。
5.根據權利要求2或3或4所述的熱泵空調系統，其特徵在於，所述儲液器和室外換熱器之間接有一副冷卻盤管。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的熱泵空調系統，其特徵在於，所述系統中，在主節流裝置和室外換熱器之間設有一輔助節流裝置。
7.根據權利要求1或2或3或4所述的熱泵空調系統，其特徵在於，所述傳感器為壓力傳感器或溫度傳感器。
8.一種蒸氣噴射控制裝置，應用於一種熱泵空調系統，在所述系統之中，包括一具有兩吸氣口和一出氣口的壓縮機、四通閥、室內外機換熱器、主節流裝置，各部件形成一個製冷制熱循環，在所述主節流裝置前後引有一旁通管，其特徵在於，所述蒸氣噴射控制裝置包括至少三個傳感器及至少一電子膨脹閥，所述傳感器分別位於所述壓縮機一出氣口及所述兩個吸氣口，所述電子膨脹閥位於所述旁通管上。
9.一種權利要求1至8中任意一個所述蒸氣噴射控制裝置的控制方法，其特徵在於，所述方法通過設置在所述壓縮機的吸氣口、出氣口的傳感器檢測進出壓縮機氣體的狀態，根據所述進出壓縮機氣體狀態的變化控制與第二吸氣口連接的電子膨脹閥的開度，從而控制所述蒸氣的噴射量。
10.根據權利要求9所述的蒸氣噴射方法，其特徵在於，所述傳感器為壓力傳感器，所述方法包括以下過程(1)所述壓力傳感器分別檢測壓縮機第一吸氣口、第二吸氣口及出氣口氣體的壓力，對應為P低、P噴、P高；(2)根據壓力與溫度的關係，求得P低、P噴、P高對應的溫度分別為T低、T噴、T高；(3)計算所述壓縮機運行過程中的中間壓力P中， 根據壓力與溫度的關係，求得對應的溫度為T中；(4)計算從所述壓縮機第二吸氣口噴射出的壓力與壓縮機中間壓力的實際壓差對應的溫差ΔT實際，ΔT實際＝T噴-T中；(5)所述電子膨脹閥的開度變化量N＝ΔT目標-ΔT實際，其中，ΔT目標為設定的目標壓差對應的溫差；(6)電子膨脹閥的實際開度為電子膨脹閥的原有開度與開度變化量N的和。
11.根據權利要求9所述的蒸氣噴射方法，其特徵在於，所述傳感器為溫度傳感器，所述方法包括以下過程(1)所述溫度傳感器分別檢測壓縮機第一吸氣口、第二吸氣口及出氣口氣體的溫度，對應為T低、T噴、T高；(2)根據壓力與溫度的關係，求得T低、T噴、T高對應的壓力分別為P低、P噴、P高；(3)計算所述壓縮機運行過程中的中間壓力P中， 根據壓力與溫度的關係，求得對應的溫度為T中；(4)計算從所述壓縮機第二吸氣口噴射出的壓力與壓縮機中間壓力的實際壓差對應的溫差ΔT實際，ΔT實際＝T噴-T中；(5)所述電子膨脹閥的開度變化量N＝ΔT目標-ΔT實際，其中，ΔT目標為設定的目標壓差對應的溫差；(6)電子膨脹閥的實際開度為電子膨脹閥的原有開度與開度變化量N的和。
全文摘要
本發明公開了一種能夠在室外超低溫工況下擁有良好制熱效果的熱泵空調系統，包括壓縮機、四通閥、室內外機換熱器、主節流裝置，各零部件通過管線連接，壓縮機具有一出氣口及兩個吸氣口，在主節流裝置前後引有一旁通管，接入壓縮機的第二吸氣口，空調系統包括一蒸氣噴射控制裝置，蒸氣噴射控制裝置包括至少三個傳感器及至少一電子膨脹閥，傳感器分別位於壓縮機一出氣口及兩個吸氣口，電子膨脹閥位於旁通管上。本發明通過檢測壓縮機噴射口壓力準確控制製冷劑噴射量，提高機組在室外低溫工況下的制熱效果和能效比；精確控制電子膨脹閥開度，使室內溫度波動幅度降低，室內舒適性增強。
文檔編號F25B49/02GK1828186SQ20061003494
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月11日 優先權日2006年4月11日
發明者蘇玉海, 劉桂平, 孫常權 申請人:珠海格力電器股份有限公司