多级压缩式制冷剂循环系统及其控制方法 |
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| 申请号 | CN201510160812.7 | 申请日 | 2015-04-07 | 公开(公告)号 | CN104792051A | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
| 申请人 | 特灵空调系统(中国)有限公司; | 发明人 | 杜玉清; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供多级压缩式制冷剂循环系统及其控制方法，其中多级压缩式制冷剂循环系统包括多级 压缩机 、 冷凝器 、第一节流装置以及第一 蒸发 器 ，并提供制冷剂在所述多级压缩机、所述冷凝器、所述第一节流装置以及所述第一 蒸发器 之间依次循环的循环回路。其中该多级压缩机包括第一级压缩机和第二级压缩机，所述第一和第二级压缩机为具有不同种类压缩机构的压缩机，第一级压缩机的排气量大于第二级压缩机的排气量，第二级压缩机的压 力 差大于第一级压缩机的压力差，所述压力差为排气压力与入口压力之差，第二级压缩机连接在第一级压缩机的排气侧。 | ||||||
| 权利要求 | 1.多级压缩式制冷剂循环系统，包括多级压缩机、冷凝器、第一节流装置以及第一蒸发器，并提供制冷剂在所述多级压缩机、所述冷凝器、所述第一节流装置以及所述第一蒸发器之间依次循环的循环回路，其特征在于所述第一和第二级压缩机为具有不同种类压缩机构的压缩机，所述第一级压缩机的排气量大于所述第二级压缩机的排气量，所述第二级压缩机的压力差大于所述第一级压缩机的压力差，所述压力差为排气压力与入口压力之差，所述第二级压缩机连接在所述第一级压缩机的排气侧。 |
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| 说明书全文 | 多级压缩式制冷剂循环系统及其控制方法技术领域[0001] 本发明涉及多级压缩式制冷剂循环系统及其控制方法。 背景技术发明内容[0003] 本发明的一个实施例提供一种多级压缩式制冷剂循环系统，包括多级压缩机、冷凝器、第一节流装置以及第一蒸发器，并提供制冷剂在所述多级压缩机、所述冷凝器、所述第一节流装置以及所述第一蒸发器之间依次循环的循环回路。其中该多级压缩机包括第一级压缩机和第二级压缩机，所述第一和第二级压缩机为具有不同种类压缩机构的压缩机，第一级压缩机的排气量大于第二级压缩机的排气量，第二级压缩机的压力差大于第一级压缩机的压力差，所述压力差为排气压力与入口压力之差，第二级压缩机连接在第一级压缩机的排气侧。 [0004] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述第一级压缩机为离心式压缩机，所述第二级压缩机为螺杆式压缩机。 [0005] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述第一级压缩机为螺杆式压缩机，所述第二级压缩机为活塞式压缩机或涡旋式压缩机。 [0006] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述第一级压缩机与第一单向导通装置并联于所述第二级压缩机的吸气侧，以容许所述第一级压缩机停止工作时制冷剂经过所述第一单向导通装置进入所述第二级压缩机。 [0007] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述第二级压缩机与第二单向导通装置并联于所述第一级压缩机的排气侧，以容许所述第二级压缩机停止工作时制冷剂经第一级压缩机压缩后经过所述第二单向导通装置进入所述第二级压缩机的下游侧。 [0008] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述第二级压缩机与第二单向导通装置并联于所述第一级压缩机的排气侧，以容许所述第二级压缩机停止工作时制冷剂经第一级压缩机压缩后经过所述第二单向导通装置进入所述第二级压缩机的下游侧。 [0009] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述压缩式制冷剂循环系统还包括经济器和第二节流装置，所述冷凝器的排液侧设置经过所述经济器的第一流路和第二流路，以使从所述冷凝器输出的冷凝液分别进入到所述第一流路和所述第二流路；所述第二流路中设置有所述第二节流装置，所述经济器容许所述第一流路和所述第二流路的制冷剂相互换热，以使所述第一流路的制冷剂经过所述经济器进行过冷后再进入所述第一节流装置，并且还使所述第二流路的制冷剂由所述第二节流装置节流后，再经过所述经济器进行蒸发，然后再进入所述第二级压缩机的上游侧。 [0010] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述第一级压缩机的排气侧设置连接到所述冷凝器的第三流路，以便于在所述第一级压缩机的排气量大于所述第二级压缩机的吸气量时所述冷凝器接收超出所述第二级压缩机吸气量的所述第一级压缩机的排气；所述第二级压缩机的下游侧设置有热水器和第三节流装置，所述热水器用于对所述第二级压缩机的排气冷凝后制取热水，所述第三节流装置用于对经过所述热水器的制冷剂节流并排放到所述冷凝器；所述冷凝器用于将接收的制冷剂冷凝后排放到所述第一节流装置。 [0011] 在一优选的实施例中，所述的多级压缩式制冷剂循环系统的所述压缩式制冷剂循环系统还包括第二蒸发器和第四节流装置；第二压缩机的排气侧设置所述冷凝器和第一节流装置，所述冷凝器用于冷凝所述第二压缩机的排气，所述第一节流装置用于节流所述冷凝器输出的制冷剂并排放到所述第一蒸发器，所述第一蒸发器具有两排气侧，其中的一个排气侧与所述第四节流装置连通，所述第二蒸发器用于将经过所述第四节流装置的制冷剂冷凝并排放到所述第一级压缩机的吸气侧，其中的另一个排气侧通过第四流路与所述第二级压缩机的吸气侧连通，以使在所述第一级压缩机的排气量小于所述第二级压缩机的吸气量时所述第二蒸发器能借助于所述第四流路补充气态制冷剂到所述第二级压缩机。 [0012] 本发明的另一实施例还提供一种多级压缩式制冷剂循环系统的控制方法，包括提供制冷剂在多级压缩机、冷凝器、第一节流装置以及第一蒸发器之间依次循环的循环回路。其中，该方法还提供第一级压缩机和第二级压缩机作为所述多级压缩机，其中所述第一和第二级压缩机为具有不同种类压缩机构的压缩机，第一级压缩机的排气量大于第二级压缩机的排气量，第二级压缩机的压力差大于第一级压缩机的压力差，所述压力差为排气压力与入口压力之差，将第二级压缩机连接在第一级压缩机的排气侧； [0013] 提供额定点工作模式、中小负荷模式、制冷初始模式、低温制热模式、供热水模式和/或制冰模式； [0014] 其中，在所述额定点工作模式，利用第一级压缩机对制冷剂进行增压，再利用第二级压缩机对所述制冷剂进行再次压缩，利用冷凝器对再次压缩的制冷剂冷凝，将冷凝后的制冷剂分两路，一路经过经济器进行过冷后进入所述循环回路中的所述第一节流装置，另一路经过经济器进行蒸发，再进入所述第二级压缩机吸气侧； [0015] 在所述中小负荷模式，停止所述第一级压缩机，仅使用所述第二级压缩机进行增压； [0016] 在所述制冷初始模式，停止所述第二级压缩机，仅使用所述第一级压缩机对制冷剂增压； [0017] 在所述低温制热模式，在所述额定点工作模式的基础上，提高第一级压缩机、第二级压缩机的增压倍数； [0018] 在所述供热水模式，将第一级压缩机的排气量调节成大于第二级压缩机的吸气量，利用第一级压缩机对制冷剂进行增压，将增压后的制冷剂大部分直接排到冷凝器，用于制冷，同时利用第二压缩机将吸取第一级压缩机剩余部分的排气，进行二次压缩，将第二压缩机的排气排到热水器中，得到高温出水，并进一步将经过热水器的制冷剂节流后排放到所述冷凝器进行冷凝； [0019] 在所述制冰模式，将第一级压缩机的排气量调节成小于第二级压缩机的吸气量，将第二级压缩机的压缩后的制冷剂由冷凝器冷凝，再由第一节流装置节流，将第一蒸发器将节流后的制冷剂蒸发并分两路输出，将其中一路返回到第二级压缩机的吸气侧，将其中另一路由第四节流装置节流后再由第二蒸发器蒸发，然后返回到第一级压缩机的吸气侧，之后由第一级压缩机压缩后排出到第二级压缩机的吸气侧，利用制冷剂在第二蒸发器的蒸发制冰。 [0020] 依据本发明的实施例，在输气能力交汇的场合，第一级压缩机采用高输气能力的，第二级压缩机由于制冷剂密度递增，体积流量变小采用输气能力低一些的，同时抗压差能力增强的，这样避免小流量、大压差下第一级压缩机的效率低下的情况发生。附图说明 [0021] 本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中： [0022] 图1为本发明一实施例中多级压缩机的示意图； [0023] 图2为包括图1中的多级压缩机的制冷剂循环系统的示意图； [0024] 图3为本发明另一实施例中多级压缩机的示意图； [0025] 图4为本发明再一实施例中多级压缩机的示意图； [0026] 图5为本发明又一实施例中多级压缩机的示意图； [0027] 图6为本发明还一实施例中多级压缩机的示意图； [0028] 图7为图6所示实施例的另一个工作模式的示意图； [0029] 图8为图6所示实施例的又一个工作模式的示意图； [0030] 图9为包括图6所示的多级压缩机的制冷剂循环系统的示意图； [0031] 图10为包括图1中的多级压缩机的另一制冷剂循环系统的示意图； [0032] 图11为包括图1中的多级压缩机的又一制冷剂循环系统的示意图。 具体实施方式[0033] 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。 [0034] 图1示出了在多级压缩式制冷剂循环系统中多级压缩机的组合方式，第一级压缩机11和第二级压缩机12串接，即第二级压缩机12设置在第一级压缩机11的排气侧，第一级压缩机11相对于第二级压缩机12具有不同种类的压缩机构，具有更强的排气能力，即其排气量大于第二级压缩机12的排气量，第二级压缩机12相对于第一级压缩机11具有更强的抗压差能力，即其压力差大于第一级压缩机11的压力差，所述压力差为排气压力与入口压力之差。在一优选的实施例中，第一级压缩机11可以是离心压缩机，第二级压缩机12可以是螺杆压缩机，在第一、第二级压缩机11、12相邻的点，第一级压缩机11采用离心压缩机能够得到大体积流量，第二级压缩机12采用螺杆压缩机能够得到大压差，相对于多级压缩机都采用离心压缩机的多级压缩机组合，该优选的实施例可以避免小流量、大压差下离心压缩机的效率低下的情况，离心压缩机、螺杆压缩机的这种组合采用R134a作制冷剂，尤其适合于蓄冰系统或者风冷热泵，或者用于制取高温热水的系统。在另一优选的实施例中，第一级压缩机11可以采用螺杆压缩机，第二级压缩机12可以采用活塞压缩机或者涡旋压缩机，在第一级压缩机11、第二级压缩机12相邻的点，第一级压缩机11采用涡旋压缩机能够得到大体积流量；第二级压缩机12采用活塞压缩机或者涡旋压缩机能够得到大压差，相对于多级压缩机都采用螺杆压缩机的系统，该优选的实施例可以避免小流量、大压差工况下螺杆压缩机的内部泄漏情况，该优选的实施例采用R410A，尤其适合于制取高温热水或者蓄冰系统。 [0035] 图2示出了应用图1所示实施例的一个制冷系统，其包括多级压缩机11、12、冷凝器2、第一节流装置3以及第一蒸发器4，并提供制冷剂在多级压缩机11、12、冷凝器2、第一节流装置3以及第一蒸发器4之间依次循环的循环回路，在该循环回路的冷凝器2的下游侧还包括经济器5和第二节流装置3A，冷凝器2的排液侧设置经过经济器5的第一流路51和第二流路52，以使从冷凝器2输出的冷凝液分别进入到第一流路51和第二流路52。第二流路52中设置有第二节流装置3A，经济器5容许第一流路51和第二流路52的制冷剂相互换热，以使第一流路51的制冷剂经过经济器5进行过冷后再进入第一节流装置3，并且还使第二流路52的制冷剂由第二节流装置3A节流后，再经过经济器5进行蒸发，然后再进入第二级压缩机12的上游侧，与第一级压缩机11的排气混合后进入到第二级压缩机12，从第二流路52混入的制冷剂可以对第一级压缩机11增加后的制冷剂起到降温保护的作用，避免经过第二级压缩机12增加的制冷剂温度过高。 [0036] 图3示出了根据本发明的另一实施例中多级压缩机组合的示意图。在图3所示的实施例以及后述其它实施例将沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，不再赘述。与图1所示实施例不同的是，第一级压缩机11与单向阀61并联在第二级压缩机12的吸气侧，这样在一些场合，仅需要提供低流量制冷剂时，可以停止第一级压缩机11，制冷剂就直接从单向阀61进入到第二级压缩机12进行增压。只要第一级压缩机11开启，由于第二级压缩机11的排气侧压力高于吸气侧，因此单向阀61双向截止。 [0037] 图4示出了根据本发明的再一实施例中多级压缩机组合的示意图。与图1所示实施例不同的是，第二级压缩机12与单向阀62并联在第一级压缩机11的排气侧，这样在一些场合，仅需要提供大体积流量制冷剂时，可以停止第二级压缩机12，从第一级压缩机11增加后制冷剂气体直接从单向阀62流入到第二级压缩机12的下游侧。同样地，只要第二级压缩机12开启，由于第二级压缩机12的排气侧压力高于吸气侧，因此单向阀62双向截止。 [0038] 图5示出了根据本发明的又一实施例中多级压缩机组合的示意图。与图1所示实施例不同的是，第一级压缩机11与单向阀61并联，第二级压缩机12与单向阀62并联，这样可以对整个制冷剂系统可以提供更多的工作模式。如图7所示，在制冷剂循环系统的中小负荷工况下，仅需要提供低流量制冷剂时，可以停止第一级压缩机11，制冷剂就直接从单向阀61进入到第二级压缩机12进行增压。如图8所示，在仅需要提供大体积流量制冷剂时，可以停止第二级压缩机12，从第一级压缩机11增加后制冷剂气体直接从单向阀62流入到第二级压缩机12的下游侧。如图6所示，在第一级压缩机11、第二级压缩机12都开启后，单向阀61、62都双向截止。 [0039] 可以理解的是，图1、图3至图5所示的多级压缩机组合，都可以应用于图2、图9、图10以及图11所示的制冷剂循环系统。在应用不同的压缩机组合时，可以对不同的制冷剂循环系统略作调整，仅一级压缩机工作时，可以取消经济器或者相当于经济器的换热器。如图9所示，将图5所示的压缩机组合替换图2中的压缩机组合后，可以得到一种更多工作模式的制冷剂循环系统。例如，在额定点工作模式，利用第一级压缩机11对制冷剂进行增压，再利用第二级压缩机12对制冷剂进行再次压缩，利用冷凝器2对再次压缩的制冷剂冷凝，将冷凝后的制冷剂分两路，如前所示，第一流路51中的制冷剂经过经济器5进行过冷后进入第一节流装置3，第二流路52中的制冷剂经过经济器5进行蒸发，再进入第二级压缩机 12吸气侧，经济器5内两路制冷剂会再次进行热交换，第二流路52中的制冷剂会被增发，第一流路51中的制冷剂会被过冷。再如，可以提供中小负荷模式，停止第一级压缩机11，仅使用第二级压缩机12进行增压。再如，可以提供在制冷初始模式，停止第二级压缩机12，仅使用第一级压缩机11对制冷剂增压。再如，在低温制热模式，可以在所述额定点工作模式的基础上，提高第一级压缩机11、第二级压缩机12的增压倍数。 [0040] 除了图2和图9所示的制冷系统，前述多级压缩机组合还可以用于得到更高的冷凝温度，用于制取热水。如图10所示，制冷剂循环系统包括多级压缩机、热水器7、第三节流装置3B、冷凝器2、第一节流装置3、第一蒸发器4，其中的多级压缩机按照图1所示的组合方式配置。第一级压缩机11的排气侧设置有连接到冷凝器2的第三流路53，以便于在第一级压缩机11的排气量大于第二级压缩机12的吸气量时冷凝器53接收超出第二级压缩机12吸气量的排气。第二级压缩机12的下游侧设置热水器7和第三节流装置3B，热水器7用于对第二级压缩机12增压后的排气冷凝后制取热水，第三节流装置3B用于对经过热水器7的制冷剂节流并排放到冷凝器2。冷凝器2用于将接收的制冷剂冷凝后排放到第一节流装置3，然后再经第一蒸发器4蒸发后返回到第一级压缩机11的吸气侧。这样通过第一蒸发器4制冷的同时，还可以通过两级压缩在热水器7处得到更高的冷凝温度，从而用于制取较高温度的热水。 [0041] 图11示出了前述多级压缩机组合的另一种应用系统，其可以用于制冰，所述制冰是指获得相当于或者低于冰点的温度，例如制取冰水或者冷库场合。图11所示的制冷剂循环系统包括多级压缩机、冷凝器2、第一节流装置3、冷凝器2、第一蒸发器4、第四节流装置3C、第二蒸发器4A，其中的多级压缩机按照图1所示的组合方式配置。第二压缩机12的排气侧设置冷凝器2和第一节流装置3，冷凝器2用于冷凝第二压缩机12的排气，第一节流装置3用于节流冷凝器2输出的制冷剂并排放到第一蒸发器4，第一蒸发器4具有两排气侧，其中的一个排气侧42与第四节流装置3C连通，第二蒸发器4A用于将经过第四节流装置3C的制冷剂冷凝并排放到第一级压缩机11的吸气侧，其中的另一个排气侧41通过第四流路54与第二级压缩机12的吸气侧连通，以使在第一级压缩机11的排气量小于第二级压缩机12的吸气量时第二蒸发器4A能借助于第四流路41补充气态制冷剂到第二级压缩机 12。由于进入第二次蒸发器4A的制冷剂经由第四节流装置3C再次节流，因此制冷剂在第二蒸发器4A相对于第一蒸发器4具有更低的蒸发温度，利用第二蒸发器4A可以制取冰水或者冷库场合。 [0042] 图9到图11显示了前述多级压缩机组合的不同应用，可以理解的是，这些应用系统还可以做成在一个制冷剂循环系统中，根据前述独立的系统或者各个独立系统集成后的系统，可以理解根据本发明的多级压缩式制冷剂循环系统的控制方法，包括提供制冷剂在多级压缩机、冷凝器、第一节流装置以及第一蒸发器之间依次循环的循环回路，其中，提供第一级压缩机和第二级压缩机作为所述多级压缩机，其中第一级压缩机相对于第二级压缩机具有更强的排气能力，第二级压缩机相对于第一级压缩机具有更强的抗压差能力，将第二级压缩机连接在第一级压缩机的排气侧；该控制方法可以提供额定点工作模式，其中，在所述额定点工作模式，利用第一级压缩机对制冷剂进行增压，再利用第二级压缩机对所述制冷剂进行再次压缩，利用冷凝器对再次压缩的制冷剂冷凝，将冷凝后的制冷剂分两路，一路经过经济器进行过冷后进入所述循环回路中的所述第一节流装置，另一路经过经济器进行蒸发，再进入所述第二级压缩机吸气侧。 [0043] 该控制方法可以提供中小负荷模式，其中，在所述中小负荷模式，停止所述第一级压缩机，仅使用所述第二级压缩机进行增压。 [0044] 该控制方法可以提供制冷初始模式，其中，在所述制冷初始模式，停止所述第二级压缩机，仅使用所述第一级压缩机对制冷剂增压。 [0045] 该控制方法可以提供制冷初始模式，其中，在所述低温制热模式，在所述额定点工作模式的基础上，提高第一级压缩机、第二级压缩机的增压倍数； [0046] 该控制方法可以提供供热水模式，其中，在所述供热水模式，将第一级压缩机的排气量调节成大于第二级压缩机的吸气量，利用第一级压缩机对制冷剂进行增压，将增压后的制冷剂大部分直接排到冷凝器，用于制冷，同时利用第二压缩机将吸取第一级压缩机剩余部分的排气，进行二次压缩，将第二压缩机的排气排到热水器中，得到高温出水，并进一步将经过热水器的制冷剂节流后排放到所述冷凝器进行冷凝。 [0047] 该控制方法可以提供供热水模式，其中，在所述制冰模式，将第一级压缩机的排气量调节成小于第二级压缩机的吸气量，将第二级压缩机的压缩后的制冷剂由冷凝器冷凝，再由第一节流装置节流，将第一蒸发器将节流后的制冷剂蒸发并分两路输出，将其中一路返回到第二级压缩机的吸气侧，将其中另一路由第四节流装置节流后再由第二蒸发器蒸发，然后返回到第一级压缩机的吸气侧，之后由第一级压缩机压缩后排出到第二级压缩机的吸气侧，利用制冷剂在第二蒸发器的蒸发制冰。 [0048] 前述额定点工作模式、中小负荷模式、制冷初始模式、低温制热模式、供热水模式和/或制冰模式可以适用于同一制冷剂循环系统，分别适用于不同制冷剂循环系统。 [0049] 值得注意的是，除非另有定义，否则前述描述中所使用的所有技术术语具有与本领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。本申请案中描述了特定方法、装置，但与前述内容中所述的方法和装置类似或等价的任何方法和材料可在本技术的实践中使用。尽管已相当详细地且通过说明来描述技术的实施方式，但所述说明仅用于清楚地理解，且并非意在限制。已在描述中使用各种术语来传达对本技术的理解，应理解，所述各种术语的含义延伸到各种术语的常见语言或语法变化或形式。也应理解，当术语是指装置或设备时，所述术语或名称作为当代的实例而提供，且本技术步骤不受所述文字范围的限制。前述的术语将被理解为已由现今当代术语描述，所述前述的术语可合理地理解为当代术语或当代术语所包含的体系子集命名的衍生物。此外，在不脱离所公开技术的范围的情况下，技术的任何实施方式的任何一个或多个特征可与技术的任一实施方式的任何一个或多个其他特征组合。更进一步地，应理解，本技术不限于已为了例证而阐述的实施方式，但本技术仅由对本专利申请案所附权利要求书的公平解读来定义，包括将本技术的每一元件有权享有的整个范围的同等效力。因此，本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。 |
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