CN111795452B - 空气调节*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种空气调节***及用于其的控制方法。该空气调节***包括：主回路，其具有主压缩机及喷射器；连接在二者之间的气冷器与气液分离器；连接在气液分离器与喷射器之间的主节流元件及蒸发器；以及第一过冷回路，其具有依次连接的第一过冷压缩机、第一冷凝器、第一过冷节流元件及第一过冷器；其中，第一过冷器还布置在喷射器出口与气液分离器之间的流路上。根据本申请的空气调节***及用于其的控制方法，通过在主回路的喷射器下游设置第一过冷回路来进一步冷却从喷射器出口流出的制冷剂两相流，使得其中的部分气相制冷剂进一步冷凝成液相制冷剂，以便随后进入蒸发器中参与换热的液相制冷剂的比例增加，从而有效改善***性能及其能效。

Description

空气调节***
技术领域
本申请涉及空气调节领域，具体而言，其涉及一种空气调节***及用于其的控制方法。
背景技术
目前，商业应用中具有制冷需求的大型场景越来越多地使用带喷射器的二氧化碳空气调节***。一方面，包括二氧化碳在内的自然制冷剂具有更好的环境友好度，另一方面喷射式空气调节***通常结构简单、设备体积小，且能够应用大温差环境。此外，还可通过多组并联喷射器来获取更好的部分负荷调节能力和运行效率。当然，对于此类具有喷射器的空气调节***，如何进一步改善其***性能与提高能效，成为研究与应用方向。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种空气调节***及用于其的控制方法，从而有效解决了或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题中的一个或多个。
为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的一个方面，提供一种空气调节***，其包括：主回路，其具有：主压缩机及喷射器；连接在所述主压缩机的排气口与所述喷射器的主流入口之间的气冷器；连接在所述主压缩机的吸气口与喷射器的出口之间的气液分离器；连接在所述气液分离器的液体出口与所述喷射器的次流入口之间的主节流元件及蒸发器；以及第一过冷回路，其具有：依次连接的第一过冷压缩机、第一冷凝器、第一过冷节流元件及第一过冷器；其中，所述第一过冷器还布置在所述主回路中的喷射器出口与所述气液分离器之间的流路上。
可选地，所述第一过冷回路还包括第二过冷器，所述第二过冷器与所述第一过冷器并联；其中，所述第二过冷器还布置在所述主回路中的喷射器的主流入口至所述气冷器之间。
可选地，还包括：第二节流元件，所述第二节流元件及第二过冷器与所述第一节流元件及第一过冷器并联。
可选地，还包括：背压阀，其与所述第一过冷器并联，并设置在所述第二过冷器与所述第一过冷压缩机的排气口之间。
可选地，所述第一过冷回路还包括第二过冷器，所述第二过冷器与所述第一过冷器串联；其中，所述第二过冷器还布置在所述主回路中的喷射器的主流入口至所述气冷器之间。
可选地，还包括：第二过冷回路，其具有：依次连接的第二过冷压缩机、第二冷凝器、第二过冷节流元件及第二过冷器；其中，所述第二过冷器还布置在所述主回路中的喷射器的主流入口至所述气冷器之间。
可选地，还包括：吸气管路换热器，其设置在所述气冷器与所述喷射器的主流入口之间的流路上；其中，经由所述气液分离器的气体出口流出的制冷剂经由所述吸气管路换热器后流入所述主压缩机的吸气口。
可选地，还包括：液体泵，其设置在所述气液分离器的液体出口与所述喷射器的次流入口之间的流路上。
可选地，所述液体泵设置在所述气液分离器的液体出口与所述主节流元件之间。
可选地，所述主回路中参与运行的制冷剂为二氧化碳制冷剂。
可选地，所述第一过冷回路或第二过冷回路中参与运行的制冷剂为丙烷制冷剂。
可选地，所述空气调节***包括制冷***、热泵***或冷藏/冷冻***。
为实现本申请的至少一个目的，根据本申请的另一方面，还提供一种用于空气调节***的控制方法，其用于如前所述的空气调节***，其特征在于，所述控制方法包括：在所述主回路运行时，启动所述第一过冷回路。
可选地，在所述空气调节***具有第二过冷回路时，所述控制方法还包括：在所述主回路运行时，启动所述第二过冷回路。
根据本申请的空气调节***及用于其的控制方法，通过在主回路的喷射器下游设置第一过冷回路来进一步冷却从喷射器出口流出的制冷剂两相流，使得其中的部分气相制冷剂进一步冷凝成液相制冷剂，以便随后进入蒸发器中参与换热的液相制冷剂的比例增加，从而有效改善***性能及其能效。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本申请的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本申请范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1是本申请的空气调节***的一个实施例的示意图。
图2是本申请的空气调节***的另一个实施例的示意图。
图3是本申请的空气调节***的再一个实施例的示意图。
具体实施方式
下文将参照附图中的示例性实施例来详细地描述本申请。但应当知道的是，本申请可通过多种不同的形式来实现，而不应该被理解为限制于本文所阐述的实施例。在此提供这些实施例旨在使得本申请的公开内容更为完整与相近，并将本申请的构思完全传递给本领域技术人员。
本领域技术人员还应当知道的是，本申请所提出的空气调节***并非狭义地指代行业内用于楼宇中的具备室外制冷/制热单元与室内换热单元的空调。而应理解为一类具有实现空气调节功能的热力***，其在各类动力源（例如，电力）的驱动下，通过***内的制冷剂的相变来实现与待调节位置处的空气交换热量。例如，当该空气调节***用于建筑暖通空调时，其可能是具备单冷功能的制冷***，也可能是同时具备制冷与制热能力的热泵***。再如，当该空气调节***用于冷链领域时，其可能是运输制冷***，也可能是冷藏/冷冻***。但无论其具体为哪种形式的空气调节***，都应存在喷射器才会适用于本申请的构想。
参见图1，其示出了空气调节***的一个实施例。该空气调节***100包括主回路110以及第一过冷回路120。其中，空气调节***100的主回路110包括用于压缩气体的主压缩机111及用于在制冷剂流体进入主压缩机111前初步压缩流体的喷射器112，进而提高流体进入主压缩机111的吸气压力。该主回路还包括连接在主压缩机111的排气口与喷射器112的主流入口之间的气冷器113、连接在主压缩机111的吸气口与喷射器112的出口之间的气液分离器114以及连接在气液分离器114的液体出口与喷射器112的次流入口之间的主节流元件115及蒸发器116。
此外，空气调节***100的第一过冷回路120包括依次连接形成闭合回路的第一过冷压缩机121、第一冷凝器122、第一过冷节流元件123及第一过冷器124。其中所提及的第一过冷器124同时还布置在主回路110中的喷射器112出口与气液分离器114之间的流路上，从而为主回路中的制冷剂与第一过冷回路中的制冷剂之间的热交换提供空间。
在此种布置下，该空气调节***100通过在主回路110的喷射器112下游设置第一过冷回路120来进一步冷却从喷射器112出口流出的制冷剂两相流，使得其中的部分气相制冷剂进一步冷凝成液相制冷剂，以便随后进入蒸发器116中参与换热的液相制冷剂的比例增加，从而有效改善整个空气调节***的性能及其能效。
关于前述空气调节***的实施例而言，主回路110中参与运行的制冷剂可以是二氧化碳制冷剂，其具有较好的环境友好度、化学性质稳定、无毒、不可燃，且具有较好的汽化潜热。此外，第一过冷回路120中参与运行的制冷剂可以是丙烷制冷剂，其具有较好的压缩比，用于为主回路提供过冷时有效改善***性能，且可将应用该丙烷制冷剂的***布置在机房内或户外，并通过载冷剂来将冷量输送至第一过冷器124，使得该制冷剂无需直接流经布置蒸发器的应用场所（例如超市等），同样能够有效提高***的可靠性。
此外，出于进一步提高***能效或可靠性的考虑，还可在额外增设部分零部件，如下将进行示例性地说明。
例如，可在该空气调节***中的气冷器113与喷射器112的主流入口之间的流路上设置吸气管路换热器117，且经由气液分离器114的气体出口流出的制冷剂在流过吸气管路换热器117后流入主压缩机111的吸气口。在此种布置下，从气液分离器114的气体出口流出的气相制冷剂在进入主压缩机111前，首先从气冷器113下游的超临界态或液态制冷剂处吸收部分热量。这一方面使得前述制冷剂回收了部分冷量，从而有助于提升能效，另一方面还使得前述气相制冷剂的温度进一步升高，有助于将从混杂在前述气相制冷剂中的少量液相微滴蒸发，避免其进入主压缩机而引起液击现象。
再如，还可在气液分离器114的液体出口与喷射器112的次流入口之间的流路上设置液体泵118。更具体而言，该液体泵118设置在气液分离器114的液体出口与主节流元件115之间，以便在喷射器驱动力不足时为流出气液分离器114的液体出口的液相制冷剂提供驱动力，使其进入蒸发器116进行换热；若喷射器具有足够的驱动力时，则该液体泵可以不投入工作。
参见图2，其示出了空气调节***的另一个实施例。此时，该空气调节***的第一过冷回路中具有两条并联的过冷支路，其中一条支路上设置有第一过冷器124，该第一过冷器124依旧同时布置在主回路110中的喷射器112出口与气液分离器114之间的流路上；而另一条支路上则设置有第二过冷器126，其还布置在主回路110中的喷射器112的主流入口至气冷器113之间，其进一步冷却进入喷射器112的制冷剂，降低喷射器112主流入口的制冷剂焓值，这一方面将增加通过喷射器内喷嘴的制冷剂主流流量，另一方面也将增加喷射器出口的液相制冷剂比例，有助于提高制冷量和效率。
在此种布置下，该空气调节***100一方面通过在主回路110的喷射器112下游设置第一过冷器124来进一步冷却从喷射器112出口流出的制冷剂两相流，使得其中的部分气相制冷剂进一步冷凝成液相制冷剂，以便随后进入蒸发器116中参与换热的液相制冷剂的比例增加，从而有效改善整个空气调节***的性能及其能效；另一方面还通过在主回路110的喷射器112上游设置第二过冷器126，使得从气冷器113流出的制冷剂进一步吸收冷量，有助于额外提升***能效。
在此基础上，还可在与第一过冷器并联的另一条支路上设置第二节流元件125，以便按需为第一过冷器124及第二过冷器126提供不同的节流程度。类似地，还可在与第一过冷器并联的另一条支路上的第二过冷器126与第一过冷压缩机121的吸气口之间设置背压阀127，以便控制该支路的通道或保持其压力恒定。
此外，再参见图3，在此还提供该空气调节***的另一个实施例。在该实施例下，该空气调节***具有前述实施例中的第一过冷回路，且在第一过冷回路中串联设置第一过冷器124与第二过冷器126。其中，该第二过冷器还布置在主回路中的喷射器的主流入口至气冷器之间。由于布置在喷射器上游的第二过冷器126的蒸发温度通常比布置在喷射器下游的第一过冷器的蒸发温度要高，故其同样能够使得从气冷器流出的制冷剂进一步吸收冷量，有助于额外提升***能效。相较于前述实施例中的过冷器并联布置方式而言，前者更易于控制冷量分配，但通常应配置背压阀来平衡两条并联流路中的压力；而串联布置方式的冷量分配控制要求更高，但其可以省去背压阀。
类似地，在此还提供该空气调节***另一个在图中未示出的实施例。在该实施例下，该空气调节***同时具有前述实施例中至少包括第一过冷器的的第一过冷回路，此外，其还具有第二过冷回路。该第二过冷回路包括依次连接的第二过冷压缩机、第二冷凝器、第二过冷节流元件及第二过冷器。其中，该第二过冷器还布置在主回路中的喷射器的主流入口至气冷器之间，其同样能够使得从气冷器流出的制冷剂进一步吸收冷量，有助于额外提升***能效。
关于前述空气调节***的实施例而言，主回路110中参与运行的制冷剂可以是二氧化碳制冷剂，其具有较好的环境友好度、化学性质稳定、无毒、不可燃，且具有较好的汽化潜热。此外，第二过冷回路中参与运行的制冷剂可以是丙烷制冷剂，其具有较好的压缩比，用于为主回路提供过冷时有效改善***性能，且可将应用该丙烷制冷剂的***布置在机房内或户外，使该制冷剂无需直接流经布置蒸发器的应用场所（例如，超市等），同样能够有效提高***的可靠性。
在此结合图1继续描述一种用于空气调节***的控制方法，其可以用于前述任意实施例或其组合中的空气调节***。具体而言，该控制方法包括：在主回路110运行时，启动第一过冷回路120。此时，主回路110中的制冷剂经由主压缩机111压缩后流入气冷器113被冷却，随后流过吸气管路换热器117被来自分离器的气相制冷剂进一步冷却，接着从主流入口进入喷射器112中，在喷射器112内与从次流入口进入喷射器112的气相制冷剂进行混合，经由喷射器初步压缩后形成混合两相流从喷射器112的出口喷出，并经过第一过冷器124。与此同时，第一过冷回路120内丙烷制冷剂被过冷压缩机121压缩后流过第一冷凝器122进行冷却，并在经过第一过冷节流元件123膨胀节流后，流过第一过冷器124，并对其中的二氧化碳混合两相制冷剂进行冷却，使其中部分气相制冷剂进一步冷凝为液相制冷剂，增加二氧化碳液相制冷剂的比例，随后丙烷制冷剂返回第一过冷压缩机121中，开始新一轮的循环。而被冷却后的二氧化碳混合两相制冷剂继续进入气液分离器114中进行气液分离。其中，因为过冷而比例得到增加的液相制冷剂在液体泵118的驱动下经过主节流元件115节流，并流入蒸发器116中参与换热，由于其参与换热的制冷剂量得到了增加，故其换热能力与效率也可以相应增加，该部分制冷剂在完成换热后流入喷射器112的次流入口中参与制冷剂混合与初步压缩过程。而因为过冷而比例下降的气相制冷剂从气液分离器114的气体出口流出，并经过吸气管路换热器117来进一步冷却从气冷器113流出的制冷剂，在回收部分热量后进入压缩机111参与新的循环，同时也有效避免了液击。
继续参见图2，若此时***中的第一过冷回路还具有另一条支路时，则主回路110中的制冷剂经由主压缩机111压缩后流入气冷器113被冷却，随后流过第二过冷器126。与此同时，第一过冷回路120内丙烷制冷剂被过冷压缩机121压缩后流过第一冷凝器122进行冷却，并在经过第二过冷节流元件125膨胀节流后，流过第二过冷器126，并对其中的二氧化碳制冷剂进行冷却，降低其焓值，随后丙烷制冷剂流过背压阀127并返回第一过冷压缩机121中，开始新一轮的循环。被冷却的二氧化碳制冷剂接着从主流入口进入喷射器112中，在喷射器112内与从次流入口进入喷射器112的气相制冷剂进行混合，经由喷射器初步压缩后形成混合两相流从喷射器112的出口喷出，并经过第一过冷器124。与此同时，第一过冷回路120内丙烷制冷剂被过冷压缩机121压缩后流过第一冷凝器122进行冷却，并在经过第一过冷节流元件123膨胀节流后，流过第一过冷器124，并对其中的二氧化碳混合两相制冷剂进行冷却，使其中部分气相制冷剂进一步冷凝为液相制冷剂，增加二氧化碳液相制冷剂的比例，随后丙烷制冷剂返回第一过冷压缩机121中，开始新一轮的循环。而被冷却后的二氧化碳混合两相制冷剂继续进入气液分离器114中进行气液分离。其中，因为过冷而比例得到增加的液相制冷剂在液体泵118的驱动下经过主节流元件115节流，并流入蒸发器116中参与换热，由于其参与换热的制冷剂量得到了增加，故其换热能力与效率也可以相应增加，该部分制冷剂在完成换热后流入喷射器112的次流入口中参与制冷剂混合与初步压缩过程。而因为过冷而比例下降的气相制冷剂从气液分离器114的气体出口流出，并进入压缩机111参与新的循环。
此外，虽然图中未示出，在此还提供另一种用于空气调节***的控制方法，此时空气调节***100还具有第二过冷回路。具体而言，该控制方法还包括：在主回路110运行时，启动第二过冷回路。此时，该第二过冷回路与前述实施例中的第一过冷回路的第二条支路起到相近似的作用，并带来了相近似的效果，故在此不再赘言。
此外，应当知道的是，前述特定实施例虽然可能示出、公开或要求了特定步骤顺序，但应了解某些步骤仍可按照任何次序实施、分离或组合，除非已经明确地指出需按照特定顺序来执行。
前文中述及的用于执行前述方法的控制器可能涉及若干功能实体，其不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。也可以采用软件形式来实现这些功能实体，或者在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或者在不同处理装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本说明书使用实例来公开本申请，包括最佳模式，并且也使本领域的任何技术人员能够实践本申请，包括制作和使用任何装置或***以及执行任何所涵盖的方法。本申请的专利保护范围由权利要求书限定，并且可包括本领域的技术人员想出的其他实例。如果此类其他实例具有与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言并无实质差别的等效结构元件，那么其意图也在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种空气调节***，其特征在于，包括：
主回路，其具有：主压缩机及喷射器；连接在所述主压缩机的排气口与所述喷射器的主流入口之间的气冷器；连接在所述主压缩机的吸气口与喷射器的出口之间的气液分离器；连接在所述气液分离器的液体出口与所述喷射器的次流入口之间的主节流元件及蒸发器；以及
第一过冷回路，其具有：依次连接的第一过冷压缩机、第一冷凝器、第一过冷节流元件及第一过冷器；
其中，所述第一过冷器还布置在所述主回路中的喷射器出口与所述气液分离器之间的流路上。
2.根据权利要求1所述的空气调节***，其特征在于，所述第一过冷回路还包括第二过冷器，所述第二过冷器与所述第一过冷器并联；其中，所述第二过冷器还布置在所述主回路中的喷射器的主流入口至所述气冷器之间。
3.根据权利要求2所述的空气调节***，其特征在于，还包括：第二节流元件，所述第二节流元件及第二过冷器与所述第一过冷节流元件及第一过冷器并联。
4.根据权利要求2所述的空气调节***，其特征在于，还包括：背压阀，其与所述第一过冷器并联，并设置在所述第二过冷器与所述第一过冷压缩机的吸气口之间。
5.根据权利要求1所述的空气调节***，其特征在于，所述第一过冷回路还包括第二过冷器，所述第二过冷器与所述第一过冷器串联；其中，所述第二过冷器还布置在所述主回路中的喷射器的主流入口至所述气冷器之间。
6.根据权利要求1所述的空气调节***，其特征在于，还包括：第二过冷回路，其具有：依次连接的第二过冷压缩机、第二冷凝器、第二过冷节流元件及第二过冷器；其中，所述第二过冷器还布置在所述主回路中的喷射器的主流入口至所述气冷器之间。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的空气调节***，其特征在于，还包括：吸气管路换热器，其设置在所述气冷器与所述喷射器的主流入口之间的流路上；其中，经由所述气液分离器的气体出口流出的制冷剂经由所述吸气管路换热器后流入所述主压缩机的吸气口。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的空气调节***，其特征在于，还包括：液体泵，其设置在所述气液分离器的液体出口与所述喷射器的次流入口之间的流路上。
9.根据权利要求8所述的空气调节***，其特征在于：所述液体泵设置在所述气液分离器的液体出口与所述主节流元件之间。
10.根据权利要求6所述的空气调节***，其特征在于，所述主回路中参与运行的制冷剂为二氧化碳制冷剂，和/或所述第一过冷回路或第二过冷回路中参与运行的制冷剂为丙烷制冷剂。
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