一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机的制作方法

1.本发明属于空调主机技术领域，特别是涉及一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机。


背景技术：

2.户式中央空调与房间分体空调相比，因为只要一个设备平台，室内机嵌入吊顶又显得大气整洁，而在住宅装修中广受欢迎和追捧，甚至作为高端住宅的代表性配置；而变频压缩机作为制冷技术领域的重大突破，因为排气量制冷量的可调节性，带来了制冷系统的宽负荷适应性，在具有变负荷特征的户式中央空调系统中获得了广泛应用。
3.但是，户式中央空调系统在低负荷条件下，变频压缩机低频低速运行，电机效率、容积效率、机械效率等多个效率均出现下降，而由于冷凝压力(主要由高温热源温度决定)、蒸发压力(主要由低温热源温度决定)变化较小使得压缩机进出口压差的降幅较小，高压侧通过气缸运动面间隙对低压侧的制冷剂泄漏量变化不大而使低负荷条件下泄漏量占比(泄漏率)大幅提升；所有这些因素的变化，致使作为电机效率、容积效率、机械效率、泄漏率等复合函数的压缩机总效率(有效压缩功/压缩机总电功)出现大幅下降，造成低负荷条件下空调整机系统出现低效率；通常，变频压缩机效率在50％负荷附近最高可以达到70％，对应制冷系统制冷能效比eer达到4.5以上；而在10％负荷附近，变频压缩机效率降低到最高点的45％左右，系统eer降低到2.0以下；请参考图1。
4.请参考图2，从户式中央空调实际负荷率分布调查可知，大多数家庭中央空调负荷率在50％及以上的时间占比很低，而负荷率在30％以下的时间占比较高；这是因为家庭住宅中的卧室通常不会住满，夜间只有有人就寝的房间才会空调内机运行，无人房间和客餐厅等公共空间的空调内机都是停止运行的。
5.由此看来，提升户式中央空调系统在30％以下负荷运行时段的能效，是降低户式中央空调系统实际能耗的关键所在。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提供了一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机，包括变频压缩机、定频压缩机、内换热器和外换热器，所述内换热器为三通道板式换热器，所述三通道板式换热器的三通道分别为水路通道、第一制冷剂通道和第二制冷剂通道，所述空调主机运行时，所述第一制冷剂通道或/和第二制冷剂通道中的制冷剂与所述水路通道中的水或溶液进行热量交换，以生产建筑物内空调末端降温除湿、升温加热所需要的冷水、热水(或冷溶液、热溶液)；
7.所述外换热器包括第一制冷剂管路和第二制冷剂管路；
8.所述变频压缩机、第一制冷剂管路、第一节流装置、第一制冷剂通道循环连接构成变频压缩机制冷回路，所述定频压缩机、第二制冷剂管路、第二节流装置、第二制冷剂通道循环连接构成定频压缩机制冷回路。
9.较佳地，所述三通道板式换热器的所述水路通道、第一制冷剂通道和第二制冷剂通道之间相互密封设置。
10.较佳地，所述空调主机在运行时，水或溶液在所述水路通道的流向与制冷剂在所述第一制冷剂通道或/和第二制冷剂通道的流向相反。
11.较佳地，所述空调主机在运行时，水或溶液在所述水路通道的流向与制冷剂在所述第一制冷剂通道或/和第二制冷剂通道的流向相同。
12.较佳地，所述三通道板式换热器包括若干依次叠加的所述换热板，若干所述换热板之间形成若干水路分通道、若干第一制冷剂分通道和若干第二制冷剂分通道，若干的所述第一制冷剂分通道和所述第二制冷剂分通道之间通过若干所述水路分通道相间设置；若干所述换热板上分别设有水路进口、水路出口、第一制冷剂进口、第一制冷剂出口、第二制冷剂进口和第二制冷剂出口；
13.若干所述水路进口依次连通形成进水总通道，若干所述水路出口依次连通形成出水总通道，若干所述水路分通道均分别与所述进水总通道和所述出水总通道连通以形成所述水路通道；
14.若干所述第一制冷剂进口依次连通形成第一进制冷剂总通道，若干所述第一制冷剂出口依次连通形成第一出制冷剂总通道，若干所述第一制冷剂分通道均分别与所述第一进制冷剂总通道和所述第一出制冷剂总通道连通以形成所述第一制冷剂通道；
15.若干所述第二制冷剂进口依次连通形成第二进制冷剂总通道，若干所述第二制冷剂出口依次连通形成第二出制冷剂总通道，若干所述第二制冷剂分通道均分别与所述第二进制冷剂总通道和所述第二出制冷剂总通道连通以形成所述第二制冷剂通道。
16.较佳地，所述进水总通道和出水总通道位于若干所述水路分通道的两端，所述第一进制冷剂总通道和第一出制冷剂总通道位于若干所述第一制冷剂分通道的两端，所述第二进制冷剂总通道和第二出制冷剂总通道位于所述第二制冷剂分通道的两端。
17.较佳地，所述换热板包括钎焊区和波纹区，所述波纹区的两端和两侧为钎焊区，所述波纹区具有凸脊和凹谷，所述水路进口、水路出口、第一制冷剂进口、第一制冷剂出口、第二制冷剂进口和第二制冷剂出口位于所述钎焊区。
18.较佳地，设定所述空调主机整机的额定电机功率为p、额定制冷量为q，所述定频压缩机和变频压缩机的额定电机功率、额定制冷量均设置为所述空调主机整机额定电机功率p、额定制冷量q的0.5倍：
19.当空调主机的负荷率小于0.5时，所述变频压缩机制冷回路运行，所述定频压缩机制冷回路不运行；
20.当空调主机的负荷率大于0.5时，所述变频压缩机制冷回路和所述定频压缩机制冷回路同时运行。
21.与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
22.①
大幅度扩大空调系统高能效运行范围
23.本实施例通过定变频压缩机驱动的两个制冷回路的输出组合，降低变频压缩机的额定电功率和额定制冷量(制热量)，使该变频压缩机的高能效运行范围覆盖室内只有1只风机盘管运行的整机“极小负荷”，大幅度扩大了空调系统高能效运行范围。
24.设定所述空调主机整机的制冷量(制热量)为q，所述定频压缩机和变频压缩机的
额定制冷量(制热量)均设置为所述空调主机整机额定制冷量(制热量)q的0.5倍左右，当整机负荷率处在较低状态时，例如整机负荷率0.2时，本实施例停运定频压缩机制冷回路，只运行变频压缩机制冷回路，整机0.2q的输出相当于变频压缩机额定制冷量(制热量)0.5q的40％，位于变频压缩机30％
‑‑‑
80％的高能效期间。
25.实际的户式中央空调系统的末端，包括若干个房间风机盘管，整机最低负荷就是1只风机盘管的制冷量(制热量)，这个“最低负荷”相当于量子力学的“量子”概念，大约是整机额定负荷1/7(15％)～1/4(25％)，一般不存在整机额定负荷1/7以下的能量需求；即便在整机负荷率0.15(1/7)情形下，本实施例只运行变频压缩机制冷回路，整机0.15q的输出相当于变频压缩机额定制冷量(制热量)0.5q的30％，仍然位于变频压缩机30％
‑‑‑
80％的高能效期间。
26.相对于单只大功率变频压缩机驱动的户式中央空调，本实施例通过一定一变2只压缩机组合，降低了变频压缩机的缸容、额定制冷量，实现空调整机高能效区域对低负荷率(例如15％附近，只运行一只风机盘管)区域的覆盖，解决了户式中央空调用户“时间占比50％以上、主机负荷率30％以下低能效运行”难题。
27.②
保持变负荷运行的高能效较高能效
28.本实施例支持空调主机变负荷运行，并且保持各种负荷(部分或全部室内风机盘管运行)下的高能效、较高能效。
29.当整机负荷率处在较低状态(＜0.5)时，本实施例停运定频压缩机制冷回路，只运行变频压缩机制冷回路，本实施例变频压缩机处在30％
‑‑‑
100％的高能效较高能效期间，相当于整机负荷率15％
‑‑‑
50％；
30.当整机负荷率处在较高状态(＞0.5)时，则运行定频变频2只压缩机分别驱动的两个制冷回路，定频压缩机的满负荷0.5q输出+变频压缩机0.5q
×
χ％输出组合，满足整机的输出和能效要求，χ％是变频压缩机的负荷系数。
31.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
33.图1为变频压缩机在不同负荷下的制冷(制热)能效比eer；
34.图2为采用变频压缩机的空调系统在不同负荷下的能效曲线；
35.图3为本发明的优选实施例提供的一种采用定频变频压缩机双制冷回路组合变负荷空调主机系统结构原理图；
36.图4为本发明的优选实施例提供的一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机的三通道板式换热器结构纵剖视图；
37.图5为本发明的优选实施例提供的三通道板式换热器的部分分解图；
38.图6为本发明的优选实施例提供的一种采用定频变频压缩机双制冷回路组合变负荷空调主机的运行原理图；
39.图7为本发明的优选实施例提供的三通道板式换热器低负荷制冷运行纵剖视图；
40.图8为本发明的优选实施例提供的三通道板式换热器高负荷制冷运行纵剖视图；
41.图9为本发明的优选实施例提供的一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机制冷(制热)效率曲线；
42.图10为本发明的优选实施例提供的一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机制冷(制热)功率输出曲线。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
44.请参考图3至图8，一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机，包括变频压缩机1、定频压缩机2、内换热器4和外换热器3，所述内换热器4为三通道板式换热器，所述三通道板式换热器的三通道分别为水路通道43、第一制冷剂通道41和第二制冷剂通道42，所述空调主机运行时，所述第一制冷剂通道41或/和第二制冷剂通道42中的制冷剂流与所述水路通道43中的水流或溶液流进行热量交换；
45.所述外换热器3包括第一制冷剂管路和第二制冷剂管路；
46.内换热器4的水路通道43连通室内风机盘管的水路，所述变频压缩机1、第一制冷剂管路、第一节流装置、第一制冷剂通道41循环连接构成变频压缩机制冷回路，所述定频压缩机2、第二制冷剂管路、第二节流装置、第二制冷剂通道42循环连接构成定频压缩机制冷回路。
47.本实施例将变频压缩机1、定频压缩机2驱动的两个独立制冷回路的内换热器4制冷剂通道(氟路)在三通道板式换热器中并列设置，再与三通道板式换热器中水路通道并列设置，通过通道金属壁板(换热板44)实施氟路和水路的热量交换，以生产建筑物内空调末端风机盘管降温除湿、升温加热所需要的冷水、热水(或冷溶液、热溶液)，实现建筑物的夏季制冷和冬季采暖。
48.在本实施例中，内换热器4的水路通道43、第一制冷剂通道41和第二制冷剂通道42之间密封设置。
49.在运行时，水或溶液在所述水路通道43的流向与制冷剂在所述第一制冷剂通道41或/和第二制冷剂通道42的流向可以相同也可以不同。为了便于制冷剂通道内的制冷剂与水路通道43内的水或溶液充分换热，如空调主机在制冷运行时，水或溶液在所述水路通道43的流向与制冷剂在所述第一制冷剂通道41或/和第二制冷剂通道42的流向相反。
50.在本实施例中，所述三通道板式换热器包括若干依次叠加的所述换热板44，若干所述换热板44之间形成若干水路分通道4302、若干第一制冷剂分通道4102和若干第二制冷剂分通道4202，所述第一制冷剂分通道4102和第二制冷剂分通道4202位于所述水路分通道4302的相邻两侧，若干第一制冷剂分通道4102和若干第二制冷剂分通道4202通过若干水路分通道4302相间设置；若干所述换热板44上分别设有水路进口4406、水路出口4405、第一制冷剂进口4401、第一制冷剂出口4402、第二制冷剂进口4403和第二制冷剂出口4404；
51.若干所述水路进口4406依次连通形成进水总通道4301，若干所述水路出口4405依次连通形成出水总通道4303，若干所述水路分通道4302均分别与所述进水总通道4301和所述出水总通道4303连通以形成所述水路通道43；
52.若干所述第一制冷剂进口4401依次连通形成第一进制冷剂总通道4101，若干所述第一制冷剂出口4402依次连通形成第一出制冷剂总通道4103，若干所述第一制冷剂分通道4102均分别与所述第一进制冷剂总通道4101和所述第一出制冷剂总通道4103连通以形成所述第一制冷剂通道41；
53.若干所述第二制冷剂进口4403依次连通形成第二进制冷剂总通道4201，若干所述第二制冷剂出口4404依次连通形成第二出制冷剂总通道4203，若干所述第二制冷剂分通道4202均分别与所述第二进制冷剂总通道4201和所述第二出制冷剂总通道4203连通以形成所述第二制冷剂通道42。
54.所述进水总通道4301和出水总通道4303位于若干所述水路分通道4302的两端，所述第一进制冷剂总通道4101和第一出制冷剂总通道4103位于若干所述第一制冷剂分通道4102的两端，所述第二进制冷剂总通道4201和第二出制冷剂总通道4203位于所述第二制冷剂分通道4202的两端。
55.所述换热板44包括第一钎焊区、第二钎焊区和波纹区，所述波纹区的两端为第一钎焊区和第二钎焊区，所述波纹区具有凸脊和凹谷，所述水路进口4406、第一制冷剂出口4402和第二制冷剂出口4404位于第一钎焊区，所述水路出口4405、第一制冷剂进口4401和第二制冷剂进口4403位于第二钎焊区。
56.本实施例一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机，设定所述空调主机整机的额定电机功率为p、额定制冷量(制热量)均为q，定频压缩机2和变频压缩机1的额定电机功率、额定制冷量(制热量)设置在主机整机额定电机功率p、额定制冷量(制热量)q的0.5倍附近，即变频压缩机1和定频压缩机2的额定电机功率在0.5p附近、额定制冷量(制热量)设置在0.5q附近。
57.本实施例一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机运行时，制冷剂流和水流或溶液流在板式换热器相间设置的通道中通过围合成为通道的金属壁板(换热板44)进行高效换热。
58.本发明一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机，主要有两种运行状态：
59.①
当整机负荷率处在较低状态时，单制冷系统运行
60.例如空调主机整机负荷率0.2时，相当于“一拖五”户式中央空调系统只有1台末端(风机盘管)运行，请参考图7，此时空调主机停运定频压缩机制冷回路，在三通道板式换热器中定频压缩机制冷回路串接的1/4左右数量流体通道、1/2左右换热面积没有热量交换；空调主机只运行变频压缩机制冷回路，变频压缩机制冷回路中串接的板式换热器1/4左右数量的通道、1/2左右换热面积发挥换热作用，变频压缩机制冷回路各个通道中的制冷剂流都是双面换热，全部水路分通道4302中的水流都是单面换热，整机0.2q的输出相当于变频压缩机额定制冷量(制热量)0.5q的40％，位于变频压缩机30％
‑‑‑
80％的高能效期间。
61.②
当整机负荷率处在较高状态时，双制冷系统运行
62.例如空调主机整机负荷率达到0.8时，同时运行定频变频压缩机驱动的两个制冷
回路，请参考图8，两个制冷回路中串接的三通道板式换热器1/2左右数量的制冷剂通道、制冷剂通道全部换热面积发挥换热作用，所有通道中的制冷剂流与水流都是双面换热，定频压缩机的满负荷0.5q输出+变频压缩机0.5q
×
60％输出组合，满足整机0.8q的输出要求，其中变频压缩机负荷率为60％，位于30％
‑‑‑
80％的高能效期间。
63.本实施例一种由定变频压缩机驱动双制冷回路组合变负荷空调主机的技术特点是：
64.①
大幅度扩大空调系统高能效运行范围
65.本实施例通过定变频压缩机驱动的两个制冷回路的输出组合，降低变频压缩机的额定电功率和额定制冷量(制热量)，使该变频压缩机的高能效运行范围覆盖室内只有1只风机盘管运行的整机“极小负荷”，大幅度扩大了空调系统高能效运行范围。
66.设定所述空调主机整机的制冷量(制热量)为q，所述定频压缩机和变频压缩机的额定制冷量(制热量)均设置为所述空调主机整机额定制冷量(制热量)q的0.5倍左右，请参考图9，当整机负荷率处在较低状态时，例如整机负荷率0.2时，本实施例停运定频压缩机制冷回路，只运行变频压缩机制冷回路，整机0.2q的输出相当于变频压缩机额定制冷量(制热量)0.5q的40％，位于变频压缩机30％
‑‑‑
80％的高能效期间。
67.实际的户式中央空调系统的末端，包括若干个房间风机盘管，整机最低负荷就是1只风机盘管的制冷量(制热量)，这个“最低负荷”相当于量子力学的“量子”概念，大约是整机额定负荷1/7(15％)～1/4(25％)，一般不存在整机额定负荷1/7以下的能量需求；即便在整机负荷率0.15(1/7)情形下，本实施例只运行变频压缩机制冷回路，整机0.15q的输出相当于变频压缩机额定制冷量(制热量)0.5q的30％，仍然位于变频压缩机30％
‑‑‑
80％的高能效期间。
68.相对于单只大功率变频压缩机驱动的户式中央空调，本实施例通过一定一变2只压缩机组合，降低了变频压缩机的缸容、额定制冷量，实现空调整机高能效区域对低负荷率(例如15％附近，只运行一只风机盘管)区域的覆盖，解决了户式中央空调用户“时间占比50％以上、主机负荷率30％以下低能效运行”难题。
69.②
保持变负荷运行的高能效较高能效
70.本实施例支持空调主机变负荷运行，并且保持各种负荷(部分或全部室内风机盘管运行)下的高能效、较高能效。
71.当整机负荷率处在较低状态(＜0.5)时，本实施例停运定频压缩机制冷回路，只运行变频压缩机制冷回路，本实施例变频压缩机处在30％
‑‑‑
100％的高能效较高能效期间，相当于整机负荷率15％
‑‑‑
50％；
72.当整机负荷率处在较高状态(＞0.5)时，则运行定频变频2只压缩机分别驱动的两个制冷回路，定频压缩机的满负荷0.5q输出+变频压缩机0.5q
×
χ％输出组合，满足整机的输出和能效要求，χ％是变频压缩机的负荷系数。
73.本实施例能够满足空调主机负荷率的连续变化，请参考图10。
74.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。