空调系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及空调技术领域；具体地说，本发明涉及一种具有喷射器循环的空调系统，并进一步涉及该空调系统的控制方法。


背景技术：

2.空调系统是常规进行空气调节、改善空气质量的系统，其中的压缩机的轴承通常采用滑润油作为润滑介质。
3.与采用滑润油作为润滑介质的压缩机相比，无油压缩机可省去整套油路系统，节约空间，节省成本。在这种情况下，作为一种无油解决方案，无油压缩机的轴承具有无油润滑系统的优点，并且维护成本低。另外，气体比润滑油的粘滞性小、耐高温、无污染；同时，使用这类轴承比使用磁浮轴承的方案更便宜且具有更简单的控制逻辑。这种轴承的润滑介质可以通过从压缩机的一级或二级引气来实现，往往需要改动压缩机设计；另外，从压缩机引气也存在影响压缩机性能的隐患。
4.图1中示出了一种具有喷射器循环的空调系统。在图示的喷射器循环中，喷射器1从冷凝器2中获得高压液体流作为工作流、从蒸发器3中获得低压蒸汽流或低压两相流作为引射流，这两种流在喷射器1中混合并以中压两相流的形式输出，经过气液分离器4处理后，所得的液相流返回蒸发器3，而所得的气相流则输送至压缩机5，用作制冷介质直接参与到制冷循环中。在图1的这种系统中，喷射器循环的提供使得压缩机5的输入（即来自气液分离器4的气相流）具有一定的预压力，用于有利地节省压缩机的压缩功。例如，在该示例中，使得与常用的空调系统的压缩机相比，压缩机可以省略一个压缩级。可见，在图1的该空调系统中，喷射器循环起到功回收的作用。


技术实现要素：

5.本发明一个方面的目的是提供一种改进的空调系统。
6.本发明另一方面的目的是提供前述方面的空调系统的控制方法。
7.为了实现前述目的，本发明的一个方面提供了一种空调系统，其具有喷射器循环，所述空调系统包括依次连接成回路的压缩机、冷凝器和蒸发器，所述喷射器循环包括喷射器，其中，所述喷射器从所述冷凝器获取高压液体流并且从所述蒸发器获取低压蒸汽流或低压两相流，所述高压液体流和所述低压蒸汽流或低压两相流在所述喷射器内混合成中压两相流并被输送到气液分离器，其中，所述气液分离器分离出的气相流输送至所述压缩机的轴承以润滑所述轴承。
8.可选地，在如前所述的空调系统中，所述气液分离器分离出的液相流输送至所述压缩机的电机以冷却所述电机。
9.可选地，在如前所述的空调系统中，在所述电机处冷凝所得的液体收集在所述电机的底部并返回至所述蒸发器，或者，所述气液分离器分离出的液相流的一部分直接返回
至所述蒸发器。
10.可选地，在如前所述的空调系统中，所述高压液体流从所述喷射器的工作流体入口进入所述喷射器，所述低压蒸汽流或低压两相流从所述喷射器的引射流体入口进入所述喷射器。
11.可选地，在如前所述的空调系统中，所述冷凝器和所述喷射器的工作流体入口之间设置有第一节流阀，和/或，所述蒸发器与所述喷射器的引射流体入口之间设置有第二节流阀。
12.可选地，在如前所述的空调系统中，所述喷射器的混合流体出口与所述引射流体入口之间的压力比在1至2之间。
13.可选地，在如前所述的空调系统中，所述喷射器的混合流体出口与所述引射流体入口之间的压力比在1.2至1.8之间。
14.可选地，在如前所述的空调系统中，在所述气液分离器的气相流出口与所述轴承之间连接有储气罐，在供给到所述轴承之前，所述气液分离器分离出的气相流存储于所述储气罐，并且所述储气罐具有受控的温度和压力从而在所述气相流进入所述轴承时不会发生相变。
15.可选地，在如前所述的空调系统中，所述储气罐的出口端设置有第三节流阀以控制供给到所述轴承的气相流。
16.为了实现前述目的，本发明的另一方面提供了一种如前述方面中任一项所述的空调系统的控制方法，其中通过调节以下各个流中至少一者的流量来控制对所述轴承的供气量：所述喷射器从所述冷凝器获取的高压液体流；所述喷射器从所述蒸发器获取的低压蒸汽流或低压两相流；以及输送至所述压缩机的轴承的气相流。
附图说明
17.参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：图1是现有技术的喷射器循环的示意性原理图；以及图2是根据本发明的空调系统的示意性原理图，其中包括喷射器循环。
具体实施方式
18.下面参照附图详细地说明本发明的具体实施方式。以下描述仅是对本发明的特定实施方式的技术方案的示例性说明，不应被视为本发明的全部或者被视为对本发明的技术方案的限定或限制。
19.在本说明书中提到的顶部、底部等方位用语是相对于附图中所示的方位进行定义的，不应当将这些或者其它方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的部件的相对重要性。
20.图2是根据本发明的空调系统的示意性原理图，其中包括喷射器循环。
21.从图2中可以看出，该示例中，空调系统100可以包括依次连接成回路的压缩机
110、冷凝器120、膨胀阀130、蒸发器140等，分别用于实现压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程，从而进行制冷降温、空气调节。
22.具体地，在该空调系统工作时，压缩机110排出高温高压气相制冷剂，进入冷凝器120进行冷凝成为常温高压的液态制冷剂（散热），然后经膨胀阀130进入蒸发器140，在蒸发器140内进行蒸发（吸热），即制冷。之后，蒸发所得的低压气态或两相制冷剂返回到压缩机110继续压缩、继续循环。
23.在可选的实施方式中，根据不同的具体需要，空调系统可以省略图中对于制冷循环而言不必要的组成部分、或者以不同的形式实现各组成部分，也可以根据具体需要增加相应的组成部分。
24.如图所示，该空调系统100中还提供了喷射器循环。该喷射器循环可以包括喷射器150。
25.该喷射器150具有工作流体入口151、引射流体入口152，高压液体流从工作流体入口151进入喷射器150的第一喷嘴，转化为高速气液两相流，并把从引射流体入口152进入的、压力较低的低压蒸汽流或低压两相流带走，两者进入混合室（未图示）内并且在其中混合，然后经过扩散室（未图示）进行压力回收。在扩散室的出口即喷射器150的混合流体出口153处，所输出的混合流体（中压两相流体）的压力高于进入接收室时的低压蒸汽流或低压两相流的压力。
26.参照图示，在该喷射器循环中，喷射器150可以从冷凝器120获取高压液体流并且从蒸发器140获取低压蒸汽流或低压两相流，所获取的高压液体流和低压蒸汽流或低压两相流在该喷射器150内混合成中压两相流体，并被输送到气液分离器160。
27.此处，气液分离器160的作用是对来自喷射器150的中压两相流体的气液分离。在图示示例中，分离出的气相流从气液分离器160的顶部输出，而分离出的液相流则从气液分离器160的底部输出。在不同的实施方式中，可以根据具体需要选用适当类型的气液分离器，此处不进行赘述。
28.根据图示示例，气液分离器160分离出的气相流输送至压缩机110的轴承112、113以用作轴承的润滑介质。轴承112、113为以制冷剂气体作为润滑剂、以其箔片的弹性变形来起支承作用的轴承，其可以以空气等作为润滑剂，而在压缩机等情形下则可以气相工作介质作为润滑剂。这些轴承在使用中一旦产生悬浮则无需外部控制且无摩擦、自适应，其摩擦阻力比油润滑轴承低得多，并且适用的速度、温度范围广。
29.在常规应用中，空调系统压缩机中的这类轴承通常需要额外提供气源，或者从压缩机引气，往往需要另外的气泵等，但仍然存在气源供应不稳定、含液相成分等问题，因而并不能最优地实现轴承的性能、甚至影响轴承的使用寿命。图示实施方式通过喷射器与气液分离器的结合使用，有利地解决了该问题，既能有利地保证轴承的性能、又能延长轴承的使用寿命，并且能够提高系统运行的稳定性。
30.根据图示示例，气液分离器160分离出的液相被引导至压缩机110的电机111，用作压缩机110的电机111的冷却介质，为其提供冷却。
31.对于常规的空调系统压缩机电机，通常是从冷凝器直接抽取高压液体流，使其通过电机腔周向及轴向一系列的圆柱形孔道喷射入电机腔中，发生闪蒸、达到冷却效果。与此不同，在图示的实施方式中进一步利用冷凝器和蒸发器的压差，通过喷射器及相关部件，能
够同时达到两个目的：既可以为轴承提供稳定的供气源，也可以为电机冷却提供冷却源。该实施方式对压缩机电机的冷却可以作为其现有冷却基础上的补充，也可以用来单独地对电机进行冷却。
32.在其它实施方式中，根据具体需要，也可以将气液分离器分离出的液相流用作空调系统其它组成部分的冷却介质。在可选的实施方式中，也可以将气液分离器分离出的液相流全部或部分地返回至蒸发器继续循环。
33.根据如图所示的实施方式，喷射器150的工作流体入口151连接至冷凝器120的出口，并且在喷射器150的工作流体入口151和冷凝器120的出口之间可以设置有第一节流阀181。喷射器150的引射流体入口152连接至蒸发器140的出口，并且在喷射器150的引射流体入口152和蒸发器140的出口之间可以设置有第二节流阀182。喷射器150的混合流体出口153连接至气液分离器160。这些节流阀181、182可以用于实现对引入喷射器150的高压液体流及低压蒸汽流或低压两相流的流量控制及压力控制，进而实现对喷射器150输出的中压两相混合流体的控制。
34.在可选的实施方式中可以利用节流阀的其它等效装置替换第一、第二节流阀181、182，分别从冷凝器120和蒸发器140获取高压制冷剂液体和低压制冷剂蒸汽或低压两相制冷剂流体。在替代实施方式中，节流阀的可选形式包括但不限于电子膨胀阀、机械阀等。
35.结合图2及以上描述，可以看出，高压液体流从喷射器150的工作流体入口151进入喷射器150，低压蒸汽流或低压两相流从喷射器150的引射流体入口152进入喷射器150。如前所述，冷凝器120和喷射器150的工作流体入口151之间的第一节流阀181及蒸发器140与喷射器150的引射流体入口152之间的第二节流阀182可分别用于对来自冷凝器120的高压液体流和来自蒸发器140的低压蒸汽流或低压两相流的控制和调节。
36.经过喷射器150混合后，中压两相流体自喷射器150的混合流体出口153喷射出。喷射器150的混合流体出口153与引射流体入口152之间的压力比可以在1至2之间。在可选的实施方式中，喷射器150的混合流体出口153与引射流体入口152之间的压力比可以在1.2至1.8之间。上述压力比的提供可以有助于使气液分离器160分离出的液相流喷射进入电机腔中发挥冷却作用，防止由于压力损失而削弱冷却效果。在电机冷却时，喷射进入电机腔中的液相流发生闪蒸、迅速气化吸收热量从而达到良好的冷却效果。
37.如前所述，经过喷射器150混合的中压两相流体被输送到气液分离器160，在气液分离器160处，中压两相流体被分离为气相流和液相流。气液分离器160具有气相流出口和液相流出口；图示示例中气相流出口和液相流出口分别位于气液分离器160的顶部和底部。
38.在该示例中，气相流出口可以连接有储气罐170，并且该储气罐170经由第三节流阀183连通至压缩机110的轴承112、113，从而气液分离器160分离出的气相流可用作轴承112、113的润滑介质，可实现压缩机轴承润滑的无油解决方案。这种无油解决方案的维护成本低；相比于磁浮轴承而言成本更低。
39.另外，通过储气罐170实现的气体供应源稳定而不需要额外的泵，这对轴承的性能至关重要。
40.在可选的其它实施方式中，根据具体需要，也可以将气液分离器160分离出的气相流用于润滑介质之外其它目的。例如，气液分离器160分离出的气相流的一部分还可以返回至压缩机110的入口以达到节省部分压缩功的目的。
41.图示实施方式利用喷射器循环同时提供了压缩机110的轴承112、113的润滑介质供应和压缩机110的电机111的冷却介质供应两者，无需改变现有的压缩机设计，不会损失压缩机作功，应用时对现有技术的改变少，因而易于实施。
42.可见，根据图示实施方式，气液分离器160分离出的气相可以用作压缩机110的轴承112、113的润滑介质。气液分离器160的气相出口可以连接有储气罐170，在用于轴承112、113之前，分离出的气相可以存储于储气罐170。储气罐170还可以具有受控的温度和压力，从而在气相流入轴承112、113时不会发生相变。储气罐170出口端设置的第三节流阀183可以用于控制供给到轴承112、113的气相。在不同的实施方式中，根据具体情况，可以省略储气罐170和/或其下游的第三节流阀183。
43.在可选的实施方式中可以利用节流阀的其它等效装置替换第三节流阀183。在替代实施方式中，节流阀的可选形式包括但不限于电子膨胀阀、机械阀等。
44.进一步地，从图2中还可以看到，在压缩机110下方设置有收集装置，例如收集底壳，其一方面能够作为壳体防止杂质进入，另一方面还可以收集和储存冷凝所得的液体、散去部分热量等。该收集装置可以连通至蒸发器。通过该收集装置，在其电机111处蒸汽冷凝所得的液体可以存储在电机的底部并返回至蒸发器。图2中示出了供液体返回至蒸发器的回路，其返回到蒸发器140的制冷剂入口处或者通过单独的通道流入蒸发器140。
45.另外，本发明的另一方面还提供了一种如前述实施方式中任一项所述的空调系统的控制方法。在该方法中，可以通过调节以下各个流中至少一者的流量来控制对轴承的供气量：喷射器从冷凝器获取的高压液体流；喷射器从蒸发器获取的低压蒸汽流或低压两相流；以及输送至压缩机的轴承的气相流。通过该控制方法，利用前述各实施方式的空调系统，至少能够有利地实现对压缩机轴承的供气以使其适应于具体的工作情况。
46.本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施方式进行多种变形、修改或组合，而这些变形、修改或组合均应当属于本发明的范围内。
47.附图标记列表1 喷射器2 冷凝器3 蒸发器4 气液分离器5 压缩机100 空调系统110 压缩机111电机112、113 轴承120 冷凝器130 膨胀阀140 蒸发器150 喷射器151 工作流体入口
152 引射流体入口153 混合流体出口160 气液分离器170 储气罐181 第一节流阀182 第二节流阀183 第三节流阀