空调系统及自动调节空调系统实际制冷剂充注量的方法_3

文档序号:9908132阅读:来源:国知局
大于制 热工况时的制冷剂最佳匹配充注量;且压缩机低频运行时的制冷剂最佳匹配充注量大于压 缩机高频运行时的制冷剂最佳匹配充注量。
[0091] 发明人创造性地在传统的空调系统中添加了简单的附件(即充有气体的调节 罐),并通过计算和实验确定调节罐的容积、充气量等参数,使得空调系统具有在不同工况 下自动调节制冷剂充注量的功能,从而满足以上要求。本发明的优选实施方式如下文所述。
[0092] 传统的空调系统主要包括压缩机1、储液罐2、四通阀3、室外换热器4、室内换热器 5、节流装置6及循环管道。在附图1-4所示的本发明实施例中,在空调系统中的Pl和P2 位置分别连接有第一调节罐7和第二调节罐7'。每个调节罐可通过三通管与空调系统的循 环管道连接。
[0093] 本发明的优选实施例中,第一调节罐7或第二调节罐7'可单独存在于循环管道 中,均能使制冷热空调起到一定的自调节制冷剂充注量的作用。
[0094] 每个调节罐中设有用于将调节罐分隔成相互密封的两部分的分隔件8,调节罐中 分隔件8以上的部分用于储存气体9,在预充有适量的气体后,该储气部分保持与外界密 封;分隔件8以下的部分与空调的循环管道流体连通,在某些工况下,分隔件8以下的部分 能够储存一定量的制冷剂10。
[0095] 用于制造罐体以及分隔件的材料具有选自下组的一个或多个特征:
[0096] 与制冷剂和冷冻油相容;
[0097] 耐温范围为_20°C~150°C ;
[0098] 耐压强度高于5MPa。
[0099] 分隔件8可采取任何合适的形式,只要其能够根据气体9和制冷剂10之间的压力 差沿相应的方向发生变形,从而改变调节罐中由其分隔的两部分的容积。优选地,分隔件为 具有弹性的膜结构。
[0100] 优选地,制成分隔件8的材料可选自以下材料中的一种或多种:氯丁胶 (Neoprene)、丁腈橡胶(Buna)、三元乙丙橡胶(EPDM)、海帕伦(Hypalon)、氟橡胶(Viton、 Aflas)和聚四氟乙烯(PTFE)。
[0101] 优选地,制成罐体的材料可选自以下材料中的一种或多种:铸铁、铸铝、碳钢、不锈 钢、铜及合金。
[0102] 可选地,第一调节罐7的分隔件与第二调节罐7'的分隔件材料相同或不同。
[0103] 优选地,第一调节罐7和第二调节罐7'中充入的气体是氮气或空气。
[0104] 可选地,第一调节罐7预充的气体与第二调节罐7'预充的气体相同或不同。
[0105] 在空调系统的Pl和P2处连接第一调节罐7和第二调节罐7'之前或之后,可向空 调系统的循环管道中充入制冷剂,充入的总量等于空调系统在中间制冷工况的制冷剂最佳 匹配充注量。
[0106] 应注意的是,实际上制冷剂的充入总量也可以大于空调系统在中间制冷工况的制 冷剂最佳匹配充注量,以避免空调系统在制冷量小于中间制冷工况的低频制冷工况下,制 冷剂充注量不足的情况发生。本实施例所述的进入调节罐的制冷剂为液态制冷/热工质。
[0107] 对第一调节罐7和第二调节罐7'预充满具有一定压力值的气体后,可将两个调节 罐分别连接至循环管道上。这里的"预充满"指的是调节罐的分隔件8以上部分中的气体 压力使得分隔件向下变形而紧贴下部的调节罐壁,相当于气体充满整个调节罐,而调节罐 中分隔件以下部分不具有容积。预充满气体的调节罐满足以下要求:
[0108] (1)第一调节罐7中的预充压力高于空调系统处于制热工况可能的最大蒸发压力 (即制热工况下Pl处的制冷剂最大压力),低于空调系统处于额定制冷工况时的冷凝压力 (即额定制冷工况下Pl处的制冷剂压力)
[0109] 进一步地,第一调节罐7中的预充压力低于或等于空调系统处于中间制冷工况时 的冷凝压力(即中间制冷工况下Pl处的制冷剂压力);
[0110] (2)第二调节罐7'中的预充压力高于空调系统处于制冷工况的最大蒸发压力(即 制冷工况下P2处的制冷剂压力),低于空调系统处于中间制热工况时的冷凝压力(即中间 制热工况下P2处的制冷剂压力)。
[0111] 空调系统的频率与其蒸发压力成反比,与其冷凝压力成正比,即空调器运行频率 越低,其蒸发压力越大,冷凝压力越小。
[0112] 图1和图2分别示出了处于高频制冷和低频制冷工况的空调系统,其循环管道中 的制冷剂沿逆时针方向流动,管道的Pl位置的制冷剂压力大于P2位置的制冷剂压力。
[0113] 本发明中,所提及的高频制冷、低频制冷、高频制热和低频制热的概念如下:
[0114] 高频制冷工况是指空调的制冷量高于或等于额定制冷量的制冷工况;低频制冷工 况是指空调的制冷量低于或等于中间制冷量的制冷工况;
[0115] 商频制热工况是指空调的制热量商于或等于额定制热量的制热工况;低频制热工 况是指空调的制热量低于或等于中间制热量的制热工况。
[0116] 由于第二调节罐7'中的预充压力高于制冷工况可能的最大蒸发压力(即制冷工 况下P2处的制冷剂最大压力),即无论是高频制冷(见图1)还是低频制冷(见图2),第二 调节罐7'中的气体预充压力始终高于管道中P2处的制冷剂压力,第二调节罐7'中气体始 终保持充满状态,使第二调节罐7'在空调系统处于制冷工况时不储存制冷剂。
[0117] 如图1所示,在高频制冷工况下,第一调节罐7中的预充压力低于Pl处的制冷剂 压力,循环管道中的部分制冷剂挤压分隔件8压缩第一调节罐7中气体而充入第一调节罐 7中,直至分隔件8两侧的气体和制冷剂的压强相等。且该状态稳定后,气体压缩吸热后温 度与Pl处制冷剂的温度大致相等。
[0118] 如图2所示,由高频制冷工况转换成低频制冷工况时,循环管道中Pl处的制冷剂 压力减小(即冷凝压力减小),调节罐7中的气体膨胀将调节罐中储存的全部或部分制冷剂 排出至循环管道中。
[0119] 图3和图4示出了处于制热工况的空调系统,其循环管道中的制冷剂沿顺时针方 向流动,管道的P2位置的制冷剂压力大于Pl位置的制冷剂压力。
[0120] 根据上文所述的调节罐中气体预充压力要求,无论是高频制热(见图3)还是低频 制热(见图4)工况,第一调节罐7中的预充压力始终高于空调系统处于制热工况可能的最 大蒸发压力(即制热工况下Pl处的制冷剂最大压力),第一调节罐7中气体始终保持预充 满状态,使第一调节罐7在空调系统处于制热工况时不储存制冷剂。
[0121] 如图3所示,在高频制热工况下,第二调节罐7'中的预充压力低于P2处的制冷剂 压力,循环管道中的多余的制冷剂挤压分隔件压缩调节罐中气体而充入调节罐中,直至分 隔件两侧的气体和制冷剂的压强相等。
[0122] 如图4所示,由高频制热工况转换成低频制热工况时,循环管道中P2处的制冷剂 压力减小(即冷凝压力减小),第二调节罐7'中的气体膨胀将第二调节罐7'中储存的部分 制冷剂排出至循环管道中。
[0123] 通过上文定性的描述可以看出,通过循环管道中高压侧的制冷剂压力与调节罐中 气体压力的关系,能够控制调节罐中储存的制冷剂的量,从而保证空调系统实际工作的制 冷剂的量符合各个不同工况的制冷剂充注量最佳匹配值。
[0124] 实际上,除了压力条件,还需考虑制冷剂不同工况不同位置的温度,并结合不同工 况的制冷剂最佳充注匹配值,来确定调节罐的容积、调节罐预充气压力等相关参数,以完成 本发明。
[0125] 为了更全面而具体地公开本发明,在下文中将结合一个具体的算例来介绍调节罐 的容积、调节罐预充气压力等相关参数的计算和选取方法。
[0126] 计算公式
[0127] 为了计算简便,将调节罐中分隔件以上部分充入的气体(下文中简称做"气体") 看作理想气体,采用理想气体状态方程pV = nRT进行计算,式中,
[0128] p为气体的压力,
[0129] V为气体的体积,
[0130] η为气体的摩尔数,
[0131] R是摩尔气体常数,
[0132] T是热力学温度。
[0133] 这里,将空调的工作工况简化成高频制热、低频制热、高频制冷和低频制冷四种工 况。且在这里给出的计算方法和公式是针对空调系统中制冷剂总充注量等于
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