空调机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种在冷热联供运行模式中可独立调节冷热负荷需求的四管制空调机组及其控制方法。

背景技术

与传统的热泵机组相比，四管制空调机组最大的优势是可以同时供冷和供热，实现能源的最大化利用。但是普通的四管制机组在同时制冷和制热时，当出现冷热负荷(或者称为用户侧冷热负荷需求)不平衡时，即供热需求大而制冷量需求小或者供热需求小而供冷量需求大时，无法通过机组自身调节适应需求，通常以负荷需求较小的一侧作为基准进行调节控制，否则容易导致系统能力输出过大造成待机甚至保护停机。

发明内容

本发明提出一种可独立调节冷热负荷需求的四管制空调机组及其控制方法，以解决现有技术中存在的同时供冷供热时无法根据供冷侧或供热侧需求进行独立调节的技术问题。

本发明提出的四管制空调机组包括压缩机、四通阀、热水换热器、冷冻水换热器和风冷换热器，还包括：

第一支路，所述风冷换热器的第一端口A通过第一支路和所述热水换热器的冷媒出口连通，所述第一支路上设有第一电子膨胀阀，其一端通过第一分路与所述四通阀的S口连通，第一分路上设有第一电磁阀，所述第一电子膨胀阀的另一端通过第二分路分别与所述压缩机的吸气管和所述冷冻水换热器的冷媒出口连通，所述第二分路上设有第二电磁阀，所述第一支路还通过第三分路与所述冷冻水换热器的冷媒进口连通，所述第三分路上设有第三电子膨胀阀；

第二支路，其一端与所述热水换热器的冷媒出口管道连通，另一端与连接所述风冷换热器的第一端口A的管路连通，所述第二支路上设有第二电子膨胀阀；

第三支路，所述风冷换热器的第二端口B通过第三支路和所述热水换热器的冷媒进口连通，其上设有第三电磁阀，所述四通阀的C口通过第四分路和所述第三电磁阀靠近风冷换热器的一侧连通，所述四通阀的E口通过第五分路和所述第三电磁阀靠近热水换热器一侧连通。

优选地，所述第二分路和所述第三分路与所述第一支路的连接位置之间的管道上设有第一单向阀。

优选地，所述第一分路和所述第二支路与所述第一支路的连接位置之间的管道上设有第二单向阀。

优选地，所述热水换热器的冷媒出口管道上设有第三单向阀。

本发明提出的空调机组，在空调机组单独制冷运行时，第一电子膨胀阀关闭，第二电子膨胀阀全开，第三电子膨胀阀开启，第一至第三电磁阀均关闭。

本发明提出的空调机组，在空调机组单独制热运行时，第一电子膨胀阀全开，第二电子膨胀阀开启，第三电子膨胀阀关闭，第一和第二电磁阀开启，第三电磁阀关闭。

本发明提出的空调机组，当空调机组冷热联供且冷热负荷无需单独调节时，第三电子膨胀阀开启，第一和第二电子膨胀阀关闭，第一至第三电磁阀关闭。

本发明提出的空调机组，当空调机组冷热联供且冷负荷需要单独调节时，第一至第三电子膨胀阀开启，第一和第二电磁阀开启，第三电磁阀关闭。

本发明提出的空调机组，当空调机组冷热联供且热负荷需要单独调节时，第一电子膨胀阀关闭，第二电子膨胀阀全开，第三电子膨胀阀开启，第一和第二电磁阀关闭，第三电磁阀开启。

本发明还提出上述的空调机组的控制方法，包括：当冷热联供且制冷量需求远小于制热量需求时，压缩机以制热侧水温为控制目标，通过第二支路旁通对冷冻水换热器进行加卸载；当冷热联供且制冷量需求远大于制热量需求时，压缩机以冷冻室换热器侧水温为控制目标，通过第一支路旁通对热水换热器进行加卸载。

当通过第二支路旁通对冷冻水换热器进行加卸载时，所述第一至第三电子膨胀阀开启，第一和第二电磁阀开启，第三电磁阀关闭。

当通过第一支路旁通对热水换热器进行加卸载时，第一电子膨胀阀关闭，第二电子膨胀阀全开，第三电子膨胀阀开启，第一和第二电磁阀关闭，第三电磁阀开启。

与现有技术相比，本发明设计的四管制空调机组及其控制方法在同时制冷制热的工作条件下，可独立调节供冷侧或供热侧的负荷输出。

附图说明

图1为本发明设计的四管制空调机组的系统图；

图2为本发明在单制冷时制冷剂的流向图；

图3为本发明在单制热时制冷剂的流向图；

图4为本发明在冷热联供时未对制冷量或制热量进行单独调节的制冷剂的流向图；

图5为本发明在冷热联供时独立调节供冷量的制冷剂的流向图；

图6为本发明在冷热联供时独立调节供冷量的控制流程图；

图7为本发明冷热联供时独立调节供热量的制冷剂流向图；

图8为本发明冷热联供时独立调节供热量的控制流程图。

其中：1压缩机、2四通阀、3风冷换热器，4第三电子膨胀阀、5冷冻水换热器、6热水换热器、7第一电子膨胀阀、8第一电磁阀、9第二电磁阀、10第三电磁阀、11第二电子膨胀阀、12第一单向阀、13第二单向阀、14第三单向阀、第一支路15、第二支路16、第三支路17、第一分路18、第二分路19、第三分路20、第四分路21、第五分路22。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。

图1是本发明设计的四管制空调机组的系统图，包括压缩机1、四通阀2、风冷换热器3(该实施例采用翅片管式换热器)、冷冻水换热器5和热水换热器6，还包括：

第一支路15，风冷换热器3的第一端口A通过第一支路和热水换热器6的冷媒出口连通，第一支路上设有第一电子膨胀阀7，第一电子膨胀阀的一端通过第一分路18与四通阀的S口连通，第一分路上设有第一电磁阀8，第一电子膨胀阀7的另一端通过第二分路19分别与压缩机1的吸气管和冷冻水换热器5的冷媒出口连通，第二分路上设有第二电磁阀9，第一支路15还通过第三分路20与冷冻水换热器5的冷媒进口连通，第三分路上设有第三电子膨胀阀4；

第二支路16，其一端与热水换热器6的冷媒出口管道连通，另一端与连接风冷换热器3的第一端口A的管路连通，第二支路上设有第二电子膨胀阀11；

第三支路17，风冷换热器3的第二端口B通过第三支路和热水换热器6的冷媒进口连通，其上设有第三电磁阀10，四通阀的C口通过第四分路21和第三电磁阀10靠近风冷换热器的一侧连通，四通阀的E口通过第五分路22和第三电磁阀10靠近热水换热器一侧连通。

第二分路19和第三分路20与第一支路15的连接位置之间的管道上设有第一单向阀12。第一分路18和第二支路16与第一支路15的连接位置之间的管道上设有第二单向阀13。热水换热器3的冷媒出口管道上设有第三单向阀14。

本发明通过不同的管路和阀的设计能实现空调机组的多种运行模式，包括单制冷模式、单制热模式和冷热联供模式，并在同时制冷制热的前提下，可以实现将一部分制冷剂通过支路引入风冷换热器并利用电子膨胀阀进行流量调节，以适应冷负荷或热负荷的变化需求。

本发明设计的四管制空调机组运行单制冷模式时，第一电子膨胀阀7保持关闭，第二电子膨胀阀11保持最大开度，第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10保持关闭，四通阀2处于断电状态，D、C口相通，S、E口相通。此时制冷剂流向如图2所示：压缩机1、四通阀的D口、四通阀的C口、风冷换热器3、第二电子膨胀阀11、第三电子膨胀阀4、冷冻水换热器5、压缩机1。此时，可通过调节第三电子膨胀阀4、风冷换热器3的风机和压缩机的频率来调节制冷需求。

在单制冷模式中，制冷剂通过风冷换热器3后，由于第二单向阀13的作用(第二单向阀靠风冷换热器3侧的压力比靠第一电子膨胀阀7侧的压力高)，制冷剂无法向第一电子膨胀阀7的方向流通。制冷剂通过第二电子膨胀阀11后，由于第二电子膨胀阀一直保持全开状态，无节流作用，因此第二电子膨胀阀后的制冷剂仍处于高压状态，在第三单向阀14的作用下(第三单向阀靠第二电子膨胀阀侧压力比靠热水换热器侧压力高)，制冷剂无法向热水侧换热器6的方向流通。制冷剂通过第三电子膨胀阀4前，由于第一单向阀12的作用(第一单向阀靠第三电子膨胀阀侧压力比靠第一电子膨胀阀7侧压力高)，制冷剂无法向第一电子膨胀阀7侧流通。

本发明设计的四管制空调机组运行单制热模式时，第一电子膨胀阀7保持最大开度，第二电子膨胀阀11开启，第三电子膨胀阀4保持关闭，第三电磁10保持关闭，第一电磁阀8和第二电磁阀9打开，四通阀通电，D、E口相通，S、C口相通。

此时制冷剂流向如图3所示：压缩机1、四通阀的D口、四通阀E口、热水换热器6、第二电子膨胀阀11、风冷换热器3、四通阀C口、四通阀S口、第一电磁阀8、第一电子膨胀阀7、第二电磁阀9、压缩机1。该运行模式可通过调节第二电子膨胀阀11、风冷换热器的风机、压缩机频率来调节制热需求。

在单制热模式中，制冷剂在通过第二电子膨胀阀11之后，进入风冷换热器3之前，并不会通过第二单向阀13直接流通到第一电子膨胀阀7的方向，原因是第二单向阀靠近第一电子膨胀阀方向的压力更低。制冷剂经过风冷换热器3、四通阀2均产生压力损失，导致在流动过程中压力不断降低，压缩机吸气口处压力最低。制冷剂通过第一电子膨胀阀7之后，并不会通过第一单向阀12向第三电子膨胀阀4侧流通，原因是通过热水换热器6后的冷媒(高压状态)也会灌入到第一单向阀12前端管道，导致第一单向阀12靠近第三电子膨胀阀4侧始终处于高压状态。

本发明设计的四管制空调机组运行同时供冷供热模式时(也称为冷热联供)，第一电子膨胀阀7、第二电子膨胀阀11保持关闭，第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀10保持关闭，四通阀通电，D、E口相通，S、C口相通。

此时制冷剂流向如图4所示：压缩机1、四通阀D口、四通阀E口、热水换热器6、第三单向阀14、第三电子膨胀阀4、冷冻水换热器5、压缩机1。此时可通过调节第三电子膨胀阀、压缩机频率来调节同时增加(或同时降低)制冷量和制热量。

本发明设计的四管制空调机组运行同时供冷供热模式时(也称为冷热联供)，并且制冷量需求远小于制热量需求时，压缩机以制热侧水温为控制目标进行加卸载(压缩机满足制热量需求)。此时将第二电子膨胀阀11从0开始逐渐打开并开大，第一电磁阀8、第二电磁阀9打开，第三电磁阀10关闭,第一电子膨胀阀7全开(开启至最大开度)。

制冷剂流向如图5所示：经过第三单向阀14之后的制冷剂通过第二支路16上的电子膨胀阀11进行旁通(同时进行节流)，旁通部分的冷媒经过节流后流入到风冷换热器3中，风机开启，制冷剂从环境中吸热，之后通过第三支路17旁通到四通阀C口、S口，经过第一电磁阀8、第一电子膨胀阀7、第二电磁阀9回到压缩机吸气口。此时热水侧水温通过压缩机控制，冷水侧水温通过第二电子膨胀阀11控制。

冷热联供模式中冷量的调节控制流程如图6所示，机组运行，压缩机以制热侧水温Th为控制目标，同时要求制冷侧水温Tc满足目标制冷水温，此时第一电子膨胀阀7全开，第二电子膨胀阀11开至指定开度，例如5％，第三电子膨胀阀4打开，第一电磁阀8和第二电磁阀9打开，压缩机根据制热侧水温Th进行加载或卸载；第三电子膨胀阀4根据制冷侧水温进行调节，制冷侧水温Tc大于目标制冷水温，则关小1％，若小于目标制冷水温，则开大1％。

本发明设计的四管制空调机组运行同时供冷供热时(也称为冷热联供)，并且制冷量需求远大于制热量需求时，压缩机以制冷侧水温(冷冻水换热器的水温)为控制目标进行加卸载(压缩机满足制冷量需求)，此时将第一电子膨胀阀7关闭，第二电子膨胀阀11全开，第三电磁阀4打开。

制冷剂的流向如图7所示：经过四通阀E出口之后的气态制冷剂一部分进入热水换热器6中，一部分排气通过第三支路17上的第三电磁阀10流向风冷换热器3进行旁通，旁通的制冷剂进入风冷换热器中进行冷凝，风机打开，制冷剂向环境中放热，之后旁通制冷剂通过第二电子膨胀阀11后与流出热水换热器6后的制冷剂汇合，然后经第三电子膨胀阀4节流后流入冷冻水换热器5，之后返回压缩机循环。此时冷水侧水温通过压缩机控制，热水侧水温通过风冷换热器的风机控制。

此模式的控制流程如图8所示，机组运行，压缩机以制冷侧水温为控制目标，同时要使热水侧的水温满足目标制热水温，此时打开第三电磁阀10，第二电子膨胀阀11全开，第一电子膨胀阀7关闭，第三电子膨胀阀4打开，压缩机根据制冷侧水温Tc进行加载或卸载；制热侧水温Th通过调节风机频率或开启风机数量对水温进行调节，当制热侧水温Th大于目标制热水温时，则提高风量，小于目标制热水温时，则降低风量。

此模式中之所以能通过调节风机控制热侧水温的原因是，通过第三支路上的第三电磁阀10旁通的制冷剂量通为高温高压的气态制冷剂，进入风冷换热器3后冷凝，当换热效果较差时(可通过调低风机的运行频率或者减少开启风机的数量)制冷剂在换热器中的气相态占比大(气相态在冷凝器中处于高速流动状态)，制冷剂在风冷换热器中的压力损失大(即冷凝器的压降大)，此时旁通的制冷剂量较低，通过风冷换热器旁通的热量较小；当换热效果较好时(可通过升高风机的运行频率或者增加开启风机的数量)制冷剂在风冷换热器中的液相态占比大(液相态在冷凝器中处于低速流动状态)，制冷剂在风冷换热器中的压力损失小(即冷凝器的压降小)，此时旁通的制冷剂量较高，通过风冷换热器旁通的热量较大。因此可以通过调节风机升高风量来单独降低制热量，降低风量来单独升高制热量。

综上所述，本发明提出的四管制空调系统不仅具有单独制冷、单独制热和冷热联供多种运行模式，而且在同时供冷供热时可以根据供冷侧负荷，或供热侧负荷需求进行独立地调节，以适应用户的不用需求。

以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。