专利名称：变容量中央空调的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热泵型中央空调装置，尤其是可改变容量与负荷实现节能的中央空调。
背景技术：
目前，公知的热泵类中央空调由压缩机1、换向阀6、冷凝器5、气液分离器4、及贮液筒7、节流机构8、末端蒸发器18、等连接组成。当空调处于制冷状态时，冷媒经压缩机压缩成为高温高压气体经换向阀进入冷凝器，在冷凝器中放出热量，并冷凝成为高压中温液体，再经贮液器毛细管节流后在蒸发器中膨胀吸热蒸发成为低温低压气体，低温低压气体返回气液分离器后吸入压缩机组成热力循环。当室内温度达到设定温度后，室温温度传感器将温度信号传送给控制器，使压缩机停止工作。维持室温，当室温回升到设定温度以上时，控制器将压缩机启动，并完成上述制冷循环，直到室温达到设定温度，压缩机再停止工作，这样周而复始、往复循环。由于压缩机不停地启动、停止、启动、停止，浪费了大量的电能，减少了寿命，同时室内温度忽高忽低。
同样，空调在制热时出现相同压缩机不停地启动、停止、启动、停止的情况。
为了解决这一问题，日本从80年代开始将变频技术应用以空调中，称为变频空调，90年起应用于中央空调中，变频空调通过变频器改变输入压缩机的电源频率，达到改变压缩机转速，改变负荷的目的，变频技术解决了上述压缩机不停地启动，停止的问题。很好地实现了节能，并同时解决了忽冷忽热的问题。但是变频空调随之出现的电力系统谐波及干扰，变频控制技术要求高和受国外跨国公司技术垄断等问题，使变频空调的成本踞高不下，特别是智能型变频器及功率模块，我国尚不能生产，还须全部进口，使变频中央空调的成本无法进一步降低。
与此同时90年代未美国固轮公司发明了一种叫做数码涡旋的压缩机并运用于小型中央空调中，此种空调是当室温达到设定温度后控制器控制一个电磁阀并采用机械的方法使空调压缩机内部压缩腔分离而停止工作。而压缩机的转子与电机仍继续工作，此时，电机基本处于空载状态，其电耗约占额定负荷20％，因此，这种空调可以解决压缩机电机频繁起停的问题，也没有谐波和干扰，可以节约部分能源，但是此种压缩机价格较贵，同时节能率较低，而且，除了满负荷外，压缩机的功率因素都较小，特别在50％负荷以下时，电机功率因素很小，此时已达不到节能效果，而在一定区域内大量使用这种空调，将使电力系统无功大增，严重时将影响该区域电力系统的安全与运行。
采用这种压缩机的空调，30％负荷时，压缩机的功率因素只有0.5左右，空调将有70％的时间内存在20％的空载电流，只有30％的负荷处于最高效率状态，它是以牺牲部分电能的方法来达到改变容量的目的，此时，空调将达不到节能效果，其效率甚至比普通定频空调还低，也即此种空调存在节能盲区的问题。
发明内容
为了克服现有中央空调浪费电能的不足，排除变频空调的技术壁垒、谐波干扰、额外增加变频器成本和为消除谐波而增加的制造成本，避免数码涡旋空调的较高成本、低功率因素与节能盲区，本发明提供了一种可变容量的中央空调装置。本装置不仅没有定频中央空调这样频繁启停，而浪费电能，而且没有变频空调的谐波和技术难点、以及数码涡旋空调的高成本、低功率因素和出现的节能盲区。实现容量与负荷可变的同时，很好地节能。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是在热泵型空调中，定频压缩机1，油分离器3，汽液分离器4，冷凝器5，换向阀6，贮液管7，膨胀机构8；及末端中膨胀机构9，蒸发器13连接的系统中，将一只或数只定频压缩机并联联接于定频压缩机1，并采用CPU精确控制空调主机中各压缩机的启停与臌胀机构8、膨胀机构9的开度。在制冷工况时，室内温度达到设定后，温度传感器给空调CPU以温度信号，并由CPU准确运算后控制停止其中一台小容量压缩机，同时关小膨胀机构，而较大容量的压缩机则正常运转，以满足基本负荷需求。当室内温度与设定偏差时，CPU准确控制开启较小容量压缩机，同时开大膨胀机构8，较大容量压缩机仍正常运行，这样周而复始组成循环。
采用本方案后，由较大容量压缩机作为空调的基本负荷，较小容量压缩机始终参与调节负荷，使得至少有50-90％的负荷处于最高效率状态，10-30％的负荷处于原来公知的热泵类空调的能耗状态。使空调负荷在可调范围内处于高效率状态。实现了空调容量可变的同时大量节约能源。
本发明有益的效果是可以利用现有定频压缩机制造出可以改变容量的中央空调，在节约能源的同时解决了空调匆冷匆热的问题，在大、中、小型系统中都有同等效果，特别是2-30马力的小型系统，其制造成本更低廉。
下面结合实施例和附图对上述发明作进一步说明。
图1是一个具有2个定频压缩机的风冷热泵型冷热水中央空调系统。
图2是一个具有3个定频压缩机的冷媒直接蒸发式多联体中央空调系统。
图3是一个具有3个定频压缩机的风管式热泵中央空调系统具体实施方式
在图1中，定频压缩机容量分别设定为1a小于1b，其主机由两个定频压缩机1a，1b、单向阀2a，2b，油分离器3，汽液分离器4，4a，4b，换向阀6，冷凝器5，过滤器20，膨胀机构8，过滤器21，贮液管7，过滤器22，膨胀机构9，过滤器23，水侧换热器10，水泵15等连接组成，未端由电动阀12a，12b，12c-12X，风机盘管14a，14b，14c-14X，及冷热水管道等组成连接的系统中，压缩机1a，1b排汽口并联连接，出口分别设单向阀2a，2b；压缩机1a，1b排汽口与单向阀2a，2b之间设有电磁阀16a，16b，电磁阀16a，16b的另一端经毛细管17a，17b连接到压缩机1a，1b入口管道上，压缩机1a油平衡口接有毛细管13a，毛细管13a的出口接至压缩机1b的入口，压缩机1b油平衡口接有毛细管13b，毛细管13b的出口接至压缩机1a的入口，油分离器3的排油口上的毛细管11接至压缩机1a的入口。
在制冷工况时，中央空调CPU根据末端风机盘管开启的多少与冷量的需求量确定主机中压缩机开启的数量与次序，膨胀机构8全开，当定频压缩机1a、1b、开启时，室内温度达到设定后，温度传感器给空调CPU以温度信号，并由CPU准确运算后控制风机盘管关小电动水阀开度及减小风量，当水侧换热器10出水温度低于机内设定时，CPU控制停止其中一台小容量压缩机1a，膨胀机构9随即关小开度，而另一台容量较大的压缩机1b则正常运转。当室内温度高于设定温度时，CPU准确控制已达到设定温度的房间的风机盘管上电动水阀开度及加大风量，当水侧换热器10出水温度高于机内设定时，开启较小容量压缩机，同时膨胀机构9加大开度，较大容量压缩机1b仍正常运行，这样周而复始。
在制热工况时，中央空调CPU同样根据室内未端风机盘管开启的多少与热量的需求量确定主机中压缩机开启的数量与次序，膨胀机构9全开，当定频压缩机1a、1b、开启时，室内温度达到设定后，温度传感器给空调CPU以温度信号，并由CPU准确运算后控制达到设定温度的房间的风机盘管电动水阀开度及减小风量，当水侧换热器10出水温高于机内设定时，停止其中一台小容量压缩机1a，膨胀机构8关小开度，而另一台容量较大的压缩机1b则正常运转。当室内温度再次低干设定温度时，CPU准确控制加大电动水阀开度及加大风机盘管风量，当水侧换热器10出水温低于机内设定时，开启较小容量压缩机，膨胀机构8加大开度，较大容量压缩机1b仍正常运行，这样周而复始组成循环。
在上述两种工况中，较大容量压缩机1b作为基本负荷，较小容量压缩机1a则作为负荷调节。从而实现了中央空调容量在改变的同时很好地节能。
图2中，定频压缩机1a、1b、1c，其容量分别设定为1a小于1b，1b小于1c，压缩机的排气分别接有单向阀2a、2b、2c与油分离器3连接，油分离器3的出口连接四通阀6，四通阀6的出口与冷凝器5相通，冷凝器5的另一端经过滤器20，电子膨胀阀8，过滤器21与贮液管7相通，贮液管7出口接各未端室内机蒸发器18a，18b，18c-18X的液体侧过滤器22a，22b，22c，-22X，电子膨胀阀9a，9b，8c，-9X，过滤器23a，23b，23c，-23X，蒸发器18a，18b，18c-18X的气侧经管道连接到四通阀6，并回至气液分离器4，组成循环。
在制冷工况下，当室内侧末端总负荷大于压缩机1b与1c之和时，压缩机1a、1b、1c都投入运转，膨胀机构8全开，当某房间温度达到设定后，温度传感器给空调CPU以温度信号，并由CPU准确运算后控制关小某房间对应的末端中膨胀机构9开度与风量，当末端的总负荷小于1b与1c之和时，停止其中一台压缩机1a，而另二台的压缩机1b，1c，则正常运转。当所需维持设定温度所需负荷较小或停用任一个未端1X时CPU将根据负荷需求控制停止其中压缩机1b或压缩机1c，直到压缩机1b，1c均停止运行，当某房间室内温度再次高于设定温度时CPU准确运算后控制开大某房间对应的末端中膨胀机构9开度与风量，当维持设定温度所需负荷较大或有新的未端18X开时，CPU将根据负荷需求控制开启其中压缩机1a，此时，较大容量压缩机1b，1c仍正常运行。压缩机1a作负荷调节。
室内末端总负荷大于压缩机1a加1C而小于1b加1c时，压缩机1c作基本负荷，压缩机1a与1c交替作调节。
室内末端总负荷大于压缩机1C而小于1c加1a时，则压缩机1c作基本负荷，压缩机1a作调节。
室内末端总负荷大于压缩机1b而小于1b加1a时，则压缩机1b作基本负荷，压缩机1a作调节。
室内末端总负荷大于压缩机1a而小于1b时，压缩机1a、1b交替作基本负荷，压缩机1a与1b交替作调节。
从而实现空调容量从小于1a到1a加1b加1c之间可变。同时在调节过程中始终只有容量最小的压缩机1a作负荷调节，其他压缩机作基本负荷，实现了工作过程中全面的节能。
制热工况时，同样可以实现大范围的能量调节与节能。
图3中，定频压缩机1a、1b、1c，其容量分别设定为1a小于1b，1b小于1c，压缩机的排气分别接有单向阀2a、2b、2c与油分离器3连接，油分离器3的出口连接四通阀6，四通阀6的出口与冷凝器5相通，冷凝器5的另一端经过滤器20，电子膨胀阀8，过滤器21与贮液管7相通，贮液管7出口接未端室内风管蒸发器19的液体侧过滤器22，电子膨胀阀9，过滤器23，蒸发器19的气侧经管道连接到四通阀6，并回至气液分离器4，组成循环，风阀24a，24b，24c，-24X，风机25，风管26，风口27a，27b，27c-27X组成末端的另一部分。
在制冷工况下，当室内侧末端风口27a、27b、27c-之总负荷大于压缩机1b与1c之和时，压缩机1a、1b、1c都投入运转，膨胀机构8全开，当某房内温度达到设定后，CPU控制关小某房间对应的末端中风阀24，膨胀机构9开度与风机25的风量，当末端风口的总负荷小于1b与1c之和时，CPU将控制停止其中一台压缩机1a，而另二台的压缩机1b，1c，则正常运转。当所需维持设定温度所需负荷较小或停用任一个未端风口26时，CPU将根据负荷需求控制停止其中压缩机1b或压缩机1c，直到压缩机1b，1c均停止运行；当某房间室内温度再次高于设定温度时CPU准确运算后控制开大某房间对应的末端中风阀24，膨胀机构9开度与风机25的风量，当维持设定温度所需负荷较大或有新的未端风口26开启时，CPU将根据负荷需求控制开启其中压缩机1a。此时，较大容量压缩机1b，1c仍正常运行。压缩机1a作负荷调节。当室内温度再次高于设定温度或未端中有新的风口开启时，CPU将根据温度偏差和所需负荷的多少准确控制开启压缩机1a，较大容量压缩机1b，1c仍正常运行。此时，压缩机1b，1c作为基本负荷，压缩机1a用作负荷调节。
室内末端总负荷大于压缩机1a加1C而小于1b加1c时，压缩机1c作基本负荷，压缩机1a与1c交替作调节。
室内末端总负荷大于压缩机1C而小于1c加1a时，则压缩机1c作基本负荷，压缩机1a作调节。
室内末端总负荷大于压缩机1b而小于1b加1a时，则压缩机1b作基本负荷，压缩机1a作调节。
室内末端总负荷大于压缩机1a而小于1b时，压缩机1a、1b交替作基本负荷，压缩机1a与1b交替作调节。
从而实现空调容量从小于1a到1a加1b加1c之间可变。同时在调节过程中始终只有容量最小的压缩机1a作负荷调节，实现了工作过程中全面的节能。
制热工况时，同样可以实现大范围的能量调节与节能。
权利要求1.变容量中央空调，在空调系统中，定频压缩机1，单向阀2，油分离器3，汽液分离器4，冷凝器5，换向阀6，贮液管7，膨胀机构8，组成主机与末端膨胀机构9，蒸发器依次连接，其特征为空调系统的主机至少有两台压缩机组成，其与其他压缩机入口并联连接，压缩机排汽口与其他压缩机排汽口并联连接，各压缩机的油平衡管出口毛细管接至汽液分离器4出口各压缩机的入口。空调系统的各末端室内交换机并联与空调系统的主机相连。
2.根据权利要求1所述的变容量中央空调，其特征为空调系统的主机各压缩机排汽口都设有按压缩机排汽方向流通的单向阀，在各压缩机排汽口与单向阀之间可以不设旁通电磁阀；或设有旁通电磁阀时，电磁阀的另一端须设毛细管后连接到压缩机入口管道上，或者压缩机前汽液分离器，或者汽液分离器的入口管道上。
3.根据权利要求1所述的变容量中央空调，其特征为空调系统主机压缩机的排气经单向阀后与油分离器相连，油气分离器的排油口接毛细管，毛细管的出口接至压缩机的吸气口管道上。
4.根据权利要求1所述的变容量中央空调，其特征为空调系统的主机各压缩机的容量可以相等；压缩机的容量不相等时，其容量较大的优先作基本负荷使用，容量较小的优先作调节负荷使用。
5.根据权利要求1所述的变容量中央空调，其特征为空调系统未端可以由一个或多个风管式蒸发器，或者由一个或多个冷热水式热交换器；或者由一个或多个直接蒸发式蒸发器组成，进入蒸发器的节流元件9为电子膨胀阀，电子膨胀阀的两端分别串有一个100目的过滤器。
6.根据权利要求1所述的变容量中央空调，其特征为空调系统的主机的气液分离器由各压缩机合用或各压缩机独立使用或在各压缩机独立使用的同时再合用一个气液分离器。
专利摘要一种可改变容量与负荷，实现系统节能的热泵型中央空调。它是在公知的热泵类中央空调主机内定频压缩机1，单向阀2，油分离器3，汽液分离器4，冷凝器5，换向阀6，贮液管7，膨胀机构8；膨胀机构9，及末端中蒸发器18依次连接的系统中，将一只或数只定频压缩机并联联接于定频压缩机1，用CPU精确控制压缩机的启停与膨胀节流元件的开度。对相应的负荷，始终由较大容量压缩机连续工作，作为空调的基本负荷，较小容量压缩机作调节负荷，确保至少由50－90％的负荷处于最高COP状态，10－30％的负荷处于原来公知的热泵类空调的COP状态。使空调负荷在可调范围内处于系统最高效率状态。实现了中央空调容量与负荷可变的同时大量节约了能源。
文档编号F24F11/02GK2616840SQ0324361
公开日2004年5月19日 申请日期2003年4月2日 优先权日2003年4月2日
发明者张沈杰, 张晶晶 申请人:张沈杰