防压缩机用气体轴承磨损的冷媒循环系统及其控制方法与流程

本发明涉及冷媒循环技术领域，特别涉及一种冷媒循环系统及其控制方法。

背景技术：

静压式气悬浮离心压缩机已经被应用于多联式空调系统中，其内部设有气体轴承，且其通过在运行时将冷媒填充于气体轴承中，来实现气体轴承的悬浮，从而使得静压式气悬浮离心压缩机可以不需要润滑油，能够去除回油管路，结构更加精简，整机运行可靠性更高。

然而，在静压式气悬浮离心压缩机稳定工作之前，冷媒无法及时进入气体轴承，或者进入气体轴承的冷媒量较少，气体轴承无法有效悬浮，因此，容易造成气体轴承的磨损，甚至导致压缩机损坏，引起整机故障。

技术实现要素：

本发明所要解决的一个技术问题是：减少压缩机内气体轴承的磨损。

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种冷媒循环系统，其包括：

冷媒循环装置，包括：

第一压缩机，内部设有气体轴承；和

气液分离器，位于第一压缩机所在的冷媒循环回路中；和

补气装置，用于将气液分离器内的气态冷媒提供给气体轴承，使气体轴承悬浮。

在一些实施例中，补气装置包括第二压缩机，第二压缩机并联于冷媒循环回路的位于气液分离器的出口与第一压缩机的进气口之间的部分上，其中，第二压缩机的进气口与气液分离器的出口通过第一补气流路连接，且第二压缩机的排气口与气体轴承通过第二补气流路连接。

在一些实施例中，补气装置还包括第一调控阀，第一调控阀设置在第一补气流路上，用于控制第一补气流路的通断和/或流量；和/或，补气装置还包括第二调控阀，第二调控阀设置在第二补气流路上，用于控制第二补气流路的通断和/或流量。

在一些实施例中，补气装置还包括冷媒存储装置，冷媒存储装置的进口与第二压缩机的排气口连接，以存储由第二压缩机排出的气态冷媒，且冷媒存储装置的出口与气体轴承连接，以将所存储的气态冷媒提供给气体轴承。

在一些实施例中，冷媒存储装置设置于第二补气流路中，或者，冷媒存储装置与第二补气流路并联。

在一些实施例中，冷媒存储装置设置于第二补气流路中，并位于第二压缩机的排气口与设置在第二补气流路上并用于控制第二补气流路的通断和/或流量的第二调控阀之间。

在一些实施例中，补气装置还包括压力检测装置，压力检测装置用于检测冷媒存储装置内部的压力。

本发明另一方面还提供了一种多联式空调，其包括本发明的冷媒循环系统。

本发明再一方面还提供了一种冷媒循环系统的控制方法，其包括以下步骤：

在第一压缩机稳定工作之前，控制补气装置将气液分离器内的气态冷媒提供给气体轴承。

在一些实施例中，控制补气装置将气液分离器内的气态冷媒提供给气体轴承包括：

控制补气装置的第二压缩机启动，并控制连接第二压缩机进气口与气液分离器出口的第一补气流路以及连接第二压缩机排气口与气体轴承的第二补气流路连通，以使补气装置将气液分离器内的气态冷媒提供给气体轴承。

在一些实施例中，在控制补气装置将气液分离器内的气态冷媒提供给气体轴承的过程中，控制方法还包括：

在补气装置所提供的气态冷媒使气体轴承悬浮之后，控制第一压缩机启动。

在一些实施例中，当补气装置工作预设时间t0s时，判断补气装置所提供的气态冷媒已使气体轴承悬浮。

在一些实施例中，控制方法还包括以下步骤：

当第一压缩机的运行频率大于或等于预设频率f0时，控制补气装置不再继续为气体轴承提供气态冷媒。

在一些实施例中，控制补气装置不再继续为气体轴承提供气态冷媒包括：

控制补气装置的第二补气流路断开，以控制补气装置不再继续为气体轴承提供气态冷媒。

在一些实施例中，控制方法还包括以下步骤：

在第二补气流路断开时，还控制补气装置的第二压缩机继续工作并向补气装置的冷媒存储装置提供气态冷媒。

在一些实施例中，控制方法还包括以下步骤：

当冷媒存储装置内的压力大于或等于预设压力p0时，控制第二压缩机关停。

在一些实施例中，控制方法还包括以下步骤：

当冷媒存储装置内的压力大于或等于预设压力p0且再次检测到第一压缩机的启动命令时，控制第二压缩机保持关停状态，并控制冷媒存储装置出口至气体轴承之间的流路连通，使冷媒存储装置所存储的气态冷媒流入气体轴承中。

本发明又一方面还提供了一种装置，其包括：

存储单元；和

耦接至存储单元的处理单元，处理单元被配置为基于存储在存储单元的指令执行本发明的控制方法。

通过增设补气装置，使得在第一压缩机自身无法有效悬浮内部气体轴承的情况下，可以由补气装置利用气液分离器内的气态冷媒来使气体轴承悬浮，因此，能够有效减少气体轴承的磨损。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一实施例的冷媒循环系统的结构示意图。

图2示出图1所示冷媒循环装置的控制流程示意图。

图中：

100、冷媒循环系统；

10、室外机系统；11、第一压缩机；12、四通阀；13、室外换热器；14、电子膨胀阀；15、气液分离器；

20、室内机系统；21、室内换热器；

30、补气装置；31、第一调控阀；32、第二压缩机；33、冷媒存储装置；34、压力检测装置；35、第二调控阀；

1a、冷媒循环回路；3a、第一补气流路；3b、第二补气流路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1-2示出了本发明一实施例的冷媒循环系统及其控制方法。

参照图1-2，本发明所提供的冷媒循环系统100，包括：

冷媒循环装置，包括：

第一压缩机11，内部设有气体轴承；和

气液分离器15，位于第一压缩机11所在的冷媒循环回路1a中；和

补气装置30，用于将气液分离器15内的气态冷媒提供给气体轴承，使气体轴承悬浮。

基于本发明所提供的冷媒循环系统，可以在位于冷媒循环回路1a中的第一压缩机11稳定工作之前，利用补气装置30将冷媒循环回路1a中的气态冷媒提供给第一压缩机11内的气体轴承，实现气体轴承的悬浮，从而可以有效减少气体轴承因第一压缩机11稳定工作之前无法及时提供充足冷媒而造成的磨损，有利于延长第一压缩机11的使用寿命，降低冷媒循环装置的故障率，提高冷媒循环系统100的工作可靠性。

并且，在本发明中，补气装置30提供给气体轴承的冷媒是从气液分离器15取得的，由于从气液分离器15出来的冷媒已经经过气液分离器15的分离作用，纯净度较高，因此，补气装置30从气液分离器15抽取冷媒，相比于从冷媒循环回路1a的其他位置(如冷凝器等)抽取冷媒，能够减少液体(液态冷媒和润滑油等)进入补气装置30、第一压缩机11和气体轴承，一方面可以防止液体影响补气装置、第一压缩机11和气体轴承的正常工作，另一方面还可以减少冷媒循环装置内润滑油等的损失，避免冷媒循环装置因润滑油流失而需要频繁补充润滑油的问题。

在本发明的一些实施例中，补气装置30可以包括用作加压机构的第二压缩机32，该第二压缩机32并联于冷媒循环回路1a的位于气液分离器15的出口与第一压缩机11的进气口之间的部分上，其中，第二压缩机32的进气口与气液分离器15的出口通过第一补气流路3a连接，且第二压缩机32的排气口与气体轴承通过第二补气流路3b连接。由于第一压缩机11的进气口与气体轴承之间通常设有进气流路，因此，可以通过将第二压缩机32的排气口与第一压缩机11的进气口连接，来实现第二压缩机32排气口与气体轴承的连接。这种情况下，第二压缩机32用作加压机构，用于对从气液分离器15出来的冷媒进行加压，以满足气体轴承悬浮对气态冷媒的压力要求。通过设置第二压缩机32，可以为气体轴承提供更持续且压力更稳定的气态冷媒，从而更好地满足气体轴承悬浮所需。

而为了方便控制补气装置30工作，在本发明中，补气装置30可以还包括第一调控阀31，第一调控阀31设置在第一补气流路3a上，用于控制第一补气流路3a的通断和/或流量；和/或，补气装置30可以还包括第二调控阀35，第二调控阀35设置在第二补气流路3b上，用于控制第二补气流路3b的通断和/或流量。

通过设置第一调控阀31和/或第二调控阀35，可以实现对第一补气流路3a和/或第二补气流路3b的通断和/或流量的控制，使得可以根据实际情况来控制第二压缩机32是否抽取气液分离器15的气态冷媒及是否将所抽取的气态冷媒送至气体轴承，便于控制补气装置30只在需要时才为气体轴承补气，有利于减少补气装置30对冷媒循环装置正常工作的影响。

另外，在本发明的一些改进实施例中，补气装置30可以还包括冷媒存储装置33，冷媒存储装置33的进口与第二压缩机32的排气口连接，以存储由第二压缩机32排出的气态冷媒，且冷媒存储装置33的出口与气体轴承连接，以将所存储的气态冷媒提供给气体轴承。在这些改进实施例中，冷媒存储装置33可以对经过第二压缩机32加压的气态冷媒起到存储作用，从而可以在一定情况下(例如冷媒存储装置33内的冷媒压力已足以悬浮气体轴承时)替代第二压缩机32向气体轴承提供用于悬浮气体轴承的气态冷媒，进而可以减少第二压缩机32的启停次数，延长第二压缩机32的使用寿命。

而为了实现对补气装置30与第一压缩机11工作关系的自动控制，本发明的冷媒循环系统100可以还包括控制装置，控制装置与冷媒循环装置和补气装置30均电连接，并用于在第一压缩机11稳定工作之前，控制补气装置30将气液分离器15内的气态冷媒提供给气体轴承。

基于所设置的控制装置，补气装置30能够与第一压缩机11更好地配合，且补气装置30在第一压缩机11稳定工作之前自动为气体轴承补气，使得气体轴承在无法基于第一压缩机11所提供的气态冷媒悬浮时，可以借助补气装置30所提供的气态冷媒悬浮，从而能够减少气体轴承在第一压缩机11稳定工作之前的磨损。

在本发明中，第一压缩机11稳定工作之前，既可以包括第一压缩机11尚未启动的阶段，也可以包括第一压缩机11已经启动，但尚未达到稳定工作状态，以致于尚无法为气体轴承提供充足气态冷媒的阶段，还可以包括第一压缩机11从未启动到稳定工作前的整个阶段。

例如，本发明的控制装置可以在第一压缩机11启动之前即控制补气装置30开始将气液分离器15内的气态冷媒提供给气体轴承，而直至第一压缩机11达到稳定工作状态时才控制补气装置30停止向气体轴承补气，这样，在第一压缩机11稳定工作之前，气体轴承可以在补气装置30的作用下悬浮，而在第一压缩机11稳定工作之后，气体轴承又可以在第一压缩机11所提供冷媒的作用下悬浮，从而使得气体轴承可以全程悬浮，实现第一压缩机11的全程无磨损的运行过程。其中，第一压缩机11是否已经达到稳定工作状态，可以根据第一压缩机11的运行频率来判断。例如，本发明的控制装置可以在第一压缩机11的运行频率大于或等于预设频率f0时，控制补气装置30不再继续向气体轴承提供气态冷媒。该情况下，运行频率大于或等于预设频率f0被作为第一压缩机11已经达到稳定运行状态的标志，有利于控制装置更准确地控制补气装置30停止继续为气体轴承补气。

在上述过程中，可以在在检测到冷媒循环装置的启动命令后，即控制补气装置30开始工作，将气液分离器15内的气态冷媒加压后提供给气体轴承，而在补气装置30所提供的气态冷媒使气体轴承悬浮之后，再控制第一压缩机11启动。这样，第一压缩机11在气体轴承悬浮之后再启动，磨损更小，寿命更长。其中，当补气装置30包括第二压缩机32时，控制装置可以在检测到冷媒循环装置的启动命令后，控制第二压缩机32启动，并控制第一补气流路3a以及第二补气流路3b均连通，来实现气液分离器15内的气态冷媒向气体轴承的加压供给。而补气装置30所提供的气态冷媒是否已使气体轴承悬浮，可以根据补气装置30的工作时间来判断，以便于判断和控制，例如，控制装置可以在补气装置30工作预设时间t0s时，即判断补气装置30所提供的气态冷媒已使气体轴承悬浮。

在第一压缩机11启动之后，也可以利用第二压缩机32继续为气体轴承补气，直至第一压缩机11达到稳定工作状态，以实现气体轴承的连续悬浮，减少磨损。

另外，控制补气装置30在第一压缩机11达到稳定状态时不再继续向气体轴承提供气态冷媒，既可以通过直接控制第二压缩机32关停来实现，也可以通过切断第二补气流路3b的方式来实现。而在补气装置30还包括冷媒存储装置33的情况下，优选在第一压缩机11的运行频率大于或等于预设频率f0时，通过切断第二补气流路3b的方式来使第二压缩机32不再继续向气体轴承提供气态冷媒，同时保持第二压缩机32继续工作，使第二压缩机32向冷媒存储装置33提供气态冷媒，这样，经过加压的气态冷媒可以被存储在冷媒存储装置33中，以备第一压缩机11下次再启动时使用，从而有利于减少第二压缩机32的启停次数。

进一步地，为了缩短第二压缩机32的工作时间，在停止向气体轴承补气后，第二压缩机32也无需一直向冷媒存储装置33中充入冷媒，而是可以在冷媒存储装置33内的压力达到悬浮气体轴承所需时，即停止工作，这样有利于延长第二压缩机32的工作寿命。其中，控制装置可以在冷媒存储装置33内的压力大于或等于预设压力p0时，判断冷媒存储装置33内的冷媒压力已经达到悬浮气体轴承所需，进而控制第二压缩机32关停。

下面结合图1-2所示的实施例来对本发明予以进一步地说明。

如图1-2所示，在该实施例中，冷媒循环系统为多联式空调，其包括冷媒循环装置和补气装置30。

冷媒循环装置包括连接形成冷媒循环回路1a的室外机系统10和室内机系统20。其中，室外机系统10包括第一压缩机11、四通阀12，室外换热器13、电子膨胀阀14、气液分离器15和电磁阀等；室内机系统则包括至少一台室内机，室内机包括室内换热器21、室内风机和电子膨胀阀14等。第一压缩机11为静压式气悬浮离心压缩机，其内部设有气体轴承，第一压缩机11的转子可以在气体轴承的作用下悬浮，减少磨损。

冷媒循环装置可以直接采用现有的空调系统结构，因此，此处不再对冷媒循环装置的更具体结构进行赘述。

以下重点对补气装置30予以说明。

补气装置30并联于气液分离器15出口与第一压缩机11进气口之间的冷媒循环回路1a上，用于将气液分离器15内的气态冷媒加压后提供给气体轴承，供气体轴承悬浮。

如图1所示，该实施例的补气装置30包括第一调控阀31、第二压缩机32、冷媒存储装置33和第二调控阀35，其中，第二压缩机32的进气口通过第一补气流路3a与气液分离器15的出口连接，第二压缩机32的排气口通过第二补气流路3b与第一压缩机11的进气口连接，第一调控阀31和第二调控阀35分别设置在第一补气流路3a和第二补气流路3b上，冷媒存储装置33也设置在第二补气流路3b上并位于第二压缩机32排气口与第二调控阀35之间。

第二压缩机32用于从气液分离器15中抽取气态冷媒，并对所抽取的气态冷媒加压后输送至第一压缩机11内部的气体轴承中。第二压缩机32可以采用比第一压缩机1流量更小的小流量压缩机，例如螺杆压缩机、离心式压缩机等。由于从气液分离器15抽出的冷媒本身即为气态冷媒，且纯净度较高，不容易造成压缩机液压缩，而从冷凝器等冷媒循环回路1a的其他位置取到的冷媒为液态冷媒，液态冷媒直接进入压缩机，容易造成压缩机液压缩，损害压缩机，因此，该实施例第二压缩机32从气液分离器15中抽取冷媒，相对于从冷凝器等冷媒循环回路1a的其他位置抽取冷媒的情况，损害更小，工作可靠性更高。

第一调控阀31用于控制第一补气流路3a的通断，以便控制气液分离器15中的气态冷媒是否流入第二压缩机32；第二调控阀35则用于控制第二补气流路3b的通断，以便控制经第二压缩机32压缩的气态冷媒是否流入气体轴承中。第一调控阀31和/或第二调控阀32可以采用手动阀、电动阀或电磁阀等。在该实施例中，二者均为电磁阀，以便于实现自动控制过程。

冷媒存储装置33用于蓄积冷媒压力，以便在需要时替代第二压缩机32为气体轴承补气，防止第二压缩机32因频繁启停而损坏。如图1所示，冷媒存储装置33的进口与第二压缩机32的排气口连通，冷媒存储装置33的出口则通过第二调控阀35与气体轴承连接。冷媒存储装置33可以为罐、桶或者其他能够存储气态冷媒的容器。

并且，由图1可知，该实施例的补气装置30还包括压力检测装置34，该压力检测装置34用于检测冷媒存储装置33内部的压力，以便冷媒循环系统100的控制装置判断是否需要控制第二压缩机32停止工作。压力检测装置34可以采用压力传感器。

下面结合图2所示的补气装置30的控制流程来说明该实施例补气装置30的工作过程。

如图2所示，当检测到冷媒循环装置的启动命令之后，则打开第一调控阀31和第二调控阀35，使得第一补气流路3a和第二补气流路3b连通，并启动第二压缩机32，使第二压缩机32将气液分离器15中的气态冷媒加压后输送至第一压缩机11内部的气体轴承；

在第二压缩机32工作t0s后，第二压缩机32送入第一压缩机11内的气态冷媒已经使气体轴承悬浮，此时则控制第一压缩机11启动；

第一压缩机11启动后，监控第一压缩机11的工作频率，当第一压缩机11的工作频率大于或等于f0时，表明第一压缩机11已经达到稳定工作状态，第一压缩机11所提供的冷媒已足以悬浮气体轴承，此时控制第二调控阀35关闭，切断第二补气流路3b，使得第二压缩机32不再继续向气体轴承提供冷媒，而是将加压后的冷媒存储在冷媒存储装置33内；

利用压力检测装置34检测冷媒存储装置33内部的压力，当压力检测装置34检测到冷媒存储装置33内部的压力大于或等于p0时，表明冷媒存储装置33内的冷媒压力已足够悬浮气体轴承，此时控制第一调控阀31关闭，并关停第二压缩机32，使得第二压缩机32不再抽取气液分离器15内的冷媒，也不再将加压后的冷媒输送至冷媒存储装置33，完成第一压缩机11一次启动过程中的补气过程；

当下次再检测到第一压缩机11的启动命令时，则可以先利用冷媒存储装置33内的冷媒来悬浮气体轴承，这个过程中，控制第二压缩机32保持关停状态，并控制第二调控阀35打开，使得冷媒存储装置33出口至气体轴承之间的流路连通，以便存储于冷媒存储装置33内的气体冷媒流入气体轴承中。

上述控制流程，均可在冷媒循环系统100的控制装置的控制下完成，实现全自动化的补气过程，加快补气效率，提高补气控制的准确性。控制装置可以由各种计算设备或计算机系统来实现，其不限于软件，而是也可以为硬件、固件或者软件、硬件和固件的任何组合，其中，当采用硬件时，控制装置可以为plc或集成电路等组成的具体的硬件装置。

上述控制流程是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解为可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

综上所述，该实施例所提供的冷媒循环系统100，通过在空调回路的室外机系统10的基础上增设补气装置30，形成新的空调系统，其可以在室外机系统10的第一压缩机11启动时利用补气装置30提前充入冷媒使气体轴承悬浮，实现第一压缩机11全程无磨损的运行过程，提高整机运行可靠性，降低整机故障率。

并且，补气装置30的第二压缩机32从气液分离器15抽取冷媒，可以防止因液体冷媒直接进入压缩机所造成的液压缩，有效减少压缩机的损伤；同时，设置冷媒存储装置33，对第二压缩机32加压后的冷媒进行存储，并在第一压缩机11再次启动前，由冷媒存储装置33替代第二压缩机32为气体轴承补气，可以有效减少第二压缩机32的启停次数，延长第二压缩机32的使用寿命。可见，该实施例中，第二压缩机32工作可靠性更高，使用寿命更长。

如前所述，图1所示的实施例中，冷媒存储装置33是设置在第二补气流路3b中的，但在本发明的其他实施例中，冷媒存储装置33也可以并联于第二补气流路3b上，并且，可以在冷媒存储装置33进口与第二补气流路3b的连接管路上设置控制阀，以更方便地控制第二压缩机32在第一压缩机11达到稳定工作状态后再将冷媒存储于冷媒存储装置33中。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。