空调喷射循环系统及其控制方法与流程

1.本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种空调喷射循环系统及其控制方法。


背景技术：

2.目前，在机房空调领域，变频空调系统会根据数据中心热负荷的高低调节制冷机组的制冷能力输出，从而实现负荷匹配，满足数据机房的恒温恒湿要求。然而，由于数据中心对室内温湿度精度有较高要求，常年要求制冷输出的机房空调需要经常应对热负荷波动、湿负荷变动的情况。
3.数据中心湿度控制不当容易出现室内湿度过大或者过小的问题，湿度过大容易出现凝露水，湿度太小容易产生静电，这两种情况都会严重威胁数据中心设备的安全运行。在南方非常容易出现寒潮天气，数据中心围护结构或者通过门窗侵入的湿汽导致数据中心室内湿度过大，机房空调需要加大除湿能力，从而导致蒸发温度过低、室内送风温度波动过大。特别是数据中心高湿低负荷的情况下，机房空调的运行存在矛盾现象：机组匹配低负荷输出，除湿能力下降无法降低室内湿负荷，也就是轻载除湿问题；加大除湿能力满足室内湿度要求了又会超出热负荷的需求，导致室内温度下降幅度过大。
4.后面一种矛盾的常见解决方案是利用电加热再热除湿后的冷空气，使得机房空调的制冷输出不至于过大，从而实现数据中心的恒温要求，但电加热再热方式是非常浪费电能的一种方式，在数据中心巨大的电能需求下，节能本来就是一个非常迫切的问题。
5.因此，如何解决数据中心的机房空调在轻载除湿情况下的恒温恒湿控制问题、如何降低轻载除湿运行时的电能浪费问题，是节能型高效机房空调需要解决的技术难点。现有技术cn106247655b通过电磁四通阀换向方式实现蒸发器的串联运行，温度不同的制冷剂先后经过不同的蒸发器，后面低温蒸发器实现除湿的同时利用前面高温蒸发器对冷空气实现再热，该技术能很好地实现轻载恒温除湿、无需额外的电加热再热空气，有效解决了前述两个问题。但cn106247655b技术要求蒸发器分成两部分，不管是哪种情况下的制冷运行都是蒸发器串联方式运行，制冷剂的蒸发相变流程过长，可能存在阻力较大的问题导致制冷机组的能效下降；该技术使用的电磁四通阀设置于冷凝器的出口，常规制冷运行情况下液体制冷剂流过四通阀容易出现阀内制冷剂泄露、制冷剂冷量和热量容易抵消等不利影响。
6.上述问题主要针对数据中心进行讨论，实际的民用和工商用舒适性空调中，也经常会出现寒潮天气下室内的除湿需求。目前舒适性空调常见的除湿模式实际上多数也就是低蒸发温度下的低风速制冷运行，运行后室内温度随之下降，造成用户体感温度下降，非常不舒服，因此很多场合都会采用专门的除湿机来解决这个问题。
7.针对前述问题，发明人提出了一种具有双喷射器及切换阀的空调喷射循环系统，其能够通过对切换阀的切换以及两个喷射器的通断实现不同的制冷剂流路，进而满足梯级制冷或者轻载除湿等需求，但这种空调喷射循环系统在系统组成及控制逻辑较为复杂、且系统构建成本较高。


技术实现要素：

8.因此，本发明提供一种空调喷射循环系统及其控制方法，能够克服现有技术中的空调喷射循环系统系统组成及控制逻辑较为复杂、系统构建成本较高的不足。
9.为了解决上述问题，本发明提供一种空调喷射循环系统，包括：
10.主循环流路，包括沿工质流向依次设置的压缩机、冷凝器、切换阀、喷射器的喷射口及气液分离器；
11.换热流路，包括分别处于换热气流的上下游的第一换热器、第二换热器及节流定向流路，所述第一换热器的第一口通过所述节流定向流路与所述气液分离器的底部连通，所述第一换热器的第二口与所述切换阀及所述喷射器的引射口同时连通，所述第二换热器的第一口通过所述节流定向流路与所述第一换热器的第一口并联，所述第二换热器的第二口与所述切换阀连通；
12.其中，所述切换阀包括第一状态和第二状态，所述第一状态下，所述喷射器的喷射口与所述冷凝器的出口连通，所述第一换热器的第二口与所述第二换热器的第二口连通，且所述节流定向流路能够将所述气液分离器内流出的工质节流后同时引入所述第一换热器及第二换热器中；所述第二状态下，所述冷凝器的出口与所述第二换热器的第二口连通，所述喷射器的喷射口与所述第一换热器的第二口连通，且所述节流定向流路能够将所述第二换热器中流出的工质节流后引入所述第一换热器中。
13.在一些实施方式中，
14.所述节流定向流路具有与第一换热器的第一口连通的第一流通口、与所述第二换热器的第一口连通的第二流通口及与所述气液分离器的底部连通的第三流通口，所述第一流通口与所述第二流通口之间的管路上设有第一单向阀，所述第二流通口与所述第三流通口之间的管路上设有第二单向阀，所述第三流通口与所述第一流通口之间的管路上设有节流元件，所述第一单向阀仅允许工质由所述第一流通口向所述第二流通口的流动，所述第二单向阀仅允许工质由所述第二流通口向所述第三流通口的流动。
15.在一些实施方式中，
16.所述第三流通口与所述气液分离器之间的管路上设有第三单向阀，所述第三单向阀仅允许工质由所述气液分离器向所述第三流通口的流动。
17.在一些实施方式中，
18.所述切换阀为四通阀，所述四通阀具有d口、e口、s口及c口，当所述切换阀处于所述第一状态时，所述d口与c口连通、e口与s口连通；当所述切换阀处于所述第二状态时，所述d口与e口连通、c口与s口连通。
19.在一些实施方式中，
20.当所述空调喷射循环系统运行喷射制冷模式时，所述切换阀处于第一状态，以使所述冷凝器流出的工质流入所述气液分离器内后的气态工质被吸入所述压缩机内，所述气液分离器内的液态工质并联地进入所述第一换热器及第二换热器内后流出汇总于所述喷射器的引射口。
21.在一些实施方式中，
22.当所述空调喷射循环系统运行常规除湿模式或者轻载除湿模式时，所述切换阀处于第二状态，以使所述冷凝器流出的工质依次流经所述第二换热器、第一换热器后经由所
述喷射器的喷射口及引射口流入所述气液分离器内后被吸入所述压缩机内。
23.在一些实施方式中，
24.所述第一换热器与所述第二换热器共用一个内风机，所述内风机在所述轻载除湿模式下的转速低于在所述常规除湿模式下的转速。
25.本发明还提供一种空调喷射循环系统的控制方法，用于控制上述的空调喷射循环系统，包括：
26.获取系统的运行模式；
27.根据获取的运行模式，控制切换所述切换阀的状态。
28.在一些实施方式中，
29.当所述运行模式为喷射制冷模式时，控制所述切换阀处于第一状态，以使所述冷凝器流出的工质流入所述气液分离器内后的气态工质被吸入所述压缩机内，所述气液分离器内的液态工质并联地进入所述第一换热器及第二换热器内后流出汇总于所述喷射器的引射口。
30.在一些实施方式中，
31.当所述空调喷射循环系统运行常规除湿模式或者轻载除湿模式时，控制所述切换阀处于第二状态，以使所述冷凝器流出的工质依次流经所述第二换热器、第一换热器后经由所述喷射器的喷射口及引射口流入所述气液分离器内后被吸入所述压缩机内。
32.本发明提供的一种空调喷射循环系统及其控制方法，一方面，在切换阀处于第一状态时，系统中的第一换热器及第二换热器形成对空气调节空间内的气流的梯级制冷，在切换阀处于第二状态时，通过第一换热器对气流除湿，通过第二换热器利用冷凝热对除湿后的降温气体加热，实现恒温除湿，而无需单独设置相应的电热部件耗费电能，系统节能性更好；另一方面，当切换阀处于第一状态时，所述切换阀内的工质泄露后将在所述喷射器的出口处进入气液分离器实现气液分离，而不会直接进入压缩机内，因此保证了系统的能效；再一方面，该技术方案采用单一的喷射器与节流定向流路组合，通过切换阀实现不同的运行模式切换，能够极大程度的简化系统组成结构、进而简化控制逻辑，降低系统构建成本。
附图说明
33.图1为本发明实施例的空调喷射循环系统的系统原理示意图，图中的切换阀处于第一状态；
34.图2为本发明实施例的空调喷射循环系统的系统原理示意图，图中的切换阀处于第二状态。
35.附图标记表示为：
36.1、压缩机；2、冷凝器；3、切换阀；4、喷射器；5、气液分离器；61、第一换热器；62、第二换热器；7、节流元件；81、第一单向阀；82、第二单向阀；83、第三单向阀；91、内风机；92、外风机。
具体实施方式
37.结合参见图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供一种空调喷射循环系统，包括：
38.主循环流路，包括沿工质流向依次设置的压缩机1、冷凝器2、切换阀3、喷射器4的喷射口及气液分离器5；
39.换热流路，包括分别处于换热气流的上下游的第一换热器61、第二换热器62及节流定向流路，所述第一换热器61的第一口通过所述节流定向流路与所述气液分离器5的底部连通，所述第一换热器61的第二口与所述切换阀3及所述喷射器4的引射口同时连通，所述第二换热器62的第一口通过所述节流定向流路与所述第一换热器61的第一口并联，所述第二换热器62的第二口与所述切换阀3连通；
40.其中，所述切换阀3包括第一状态和第二状态，所述第一状态下，所述喷射器4的喷射口与所述冷凝器2的出口连通，所述第一换热器61的第二口与所述第二换热器62的第二口连通，且所述节流定向流路能够将所述气液分离器5内流出的工质节流后同时引入所述第一换热器61及第二换热器62中；所述第二状态下，所述冷凝器2的出口与所述第二换热器62的第二口连通，所述喷射器4的喷射口与所述第一换热器61的第二口连通，且所述节流定向流路能够将所述第二换热器62中流出的工质节流后引入所述第一换热器61中。
41.该技术方案中，一方面，在切换阀3处于第一状态时，系统中的第一换热器61及第二换热器62形成对空气调节空间内的气流的梯级制冷，在切换阀3处于第二状态时，通过第一换热器61对气流除湿，通过第二换热器62利用冷凝热对除湿后的降温气体加热，实现恒温除湿，而无需单独设置相应的电热部件耗费电能，系统节能性更好；另一方面，当切换阀3处于第一状态时，所述切换阀3内的工质泄露后将在所述喷射器4的出口处进入气液分离器5实现气液分离，而不会直接进入压缩机1内，因此保证了系统的能效；再一方面，该技术方案采用单一的喷射器4与节流定向流路组合，通过切换阀3实现不同的运行模式切换，能够极大程度的简化系统组成结构、进而简化控制逻辑，降低系统构建成本。
42.所述工质是指各种热机或热力设备借以完成热能与机械能相互转换的媒介物质，常见的有水、制冷剂以及空气等，本发明中工质主要指制冷剂。
43.在一些实施方式中，
44.所述节流定向流路具有与第一换热器61的第一口连通的第一流通口、与所述第二换热器62的第一口连通的第二流通口及与所述气液分离器5的底部连通的第三流通口，所述第一流通口与所述第二流通口之间的管路上设有第一单向阀81，所述第二流通口与所述第三流通口之间的管路上设有第二单向阀82，所述第三流通口与所述第一流通口之间的管路上设有节流元件7(具体例如为电子膨胀阀)，所述第一单向阀81仅允许工质由所述第一流通口向所述第二流通口的流动，所述第二单向阀82仅允许工质由所述第二流通口向所述第三流通口的流动。该技术方案中，所述节流定向流路通过不同的流通口与不同部件的连通以及两个单向阀的管路设计，只需要控制一个节流元件7即可实现节流与流向，使对应的控制硬件与软件都更简单、可靠，在系统性能上，采用一个节流元件7供应第一换热器61和第二换热器62，这两个换热器的制冷剂流量比例通常都不会发生变化，因为这两个换热器结构确定后它们各自的管路阻力系数是确定不变的，而单独针对每个换热器分别各设置一个膨胀阀(也即节流元件)的方式时，在对其中的一个膨胀阀的开度调节后，另一个膨胀阀为了稳定也由于流量的影响而需要调整，系统的稳定性就非常容易被破坏并且也很难再次实现稳定，也就是耦合非常困难。
45.为了保证工质的顺畅循环，所述气液分离器5内的工质应被限定为只能由所述气
液分离器5流向所述第一换热器61或者第二换热器62一侧，而不能反向，这可以通过在图1或图2中所示的o点位置设置压力检测传感器来反馈实现对这一流向的保证，而作为一种更加简化的设计，所述第三流通口与所述气液分离器5之间的管路上设有第三单向阀83，所述第三单向阀83仅允许工质由所述气液分离器5向所述第三流通口的流动。
46.在一些实施方式中，所述切换阀3为四通阀，所述四通阀具有d口、e口、s口及c口，当所述切换阀3处于所述第一状态时，所述d口与c口连通、e口与s口连通；当所述切换阀3处于所述第二状态时，所述d口与e口连通、c口与s口连通，能够利用四通阀的四通流路切换特性进一步简化系统结构设计。
47.在一些实施方式中，当所述空调喷射循环系统运行喷射制冷模式时，所述切换阀3处于第一状态，以使所述冷凝器2流出的工质流入所述气液分离器5内后的气态工质被吸入所述压缩机1内，所述气液分离器5内的液态工质并联地进入所述第一换热器61及第二换热器62内后流出汇总于所述喷射器4的引射口，此模式下，所述第一换热器61与所述第二换热器62形成并联，两者共同对流入的换热气流形成梯级制冷。
48.在一些实施方式中，当所述空调喷射循环系统运行常规除湿模式或者轻载除湿模式时，所述切换阀3处于第二状态，以使所述冷凝器2流出的工质依次流经所述第二换热器62、第一换热器61后经由所述喷射器4的喷射口及引射口流入所述气液分离器5内后被吸入所述压缩机1内，此模式下，所述第一换热器61与所述第二换热器62形成串联，其中的第一换热器61作为蒸发器除湿、第二换热器62作为二级冷凝器再热。
49.在一些实施方式中，所述第一换热器61与所述第二换热器62共用一个内风机91，所述内风机91在所述轻载除湿模式下的转速低于在所述常规除湿模式下的转速，以满足轻载工况下的除湿与恒温的需求。
50.根据本发明的实施例，还提供一种空调喷射循环系统的控制方法，用于控制上述的空调喷射循环系统，包括：
51.获取系统的运行模式；
52.根据获取的运行模式，控制切换所述切换阀3的状态。
53.具体的，当所述运行模式为喷射制冷模式时，控制所述切换阀3处于第一状态，以使所述冷凝器2流出的工质流入所述气液分离器5内后的气态工质被吸入所述压缩机1内，所述气液分离器5内的液态工质并联地进入所述第一换热器61及第二换热器62内后流出汇总于所述喷射器4的引射口；
54.当所述空调喷射循环系统运行常规除湿模式或者轻载除湿模式时，控制所述切换阀3处于第二状态，以使所述冷凝器2流出的工质依次流经所述第二换热器62、第一换热器61后经由所述喷射器4的喷射口及引射口流入所述气液分离器5内后被吸入所述压缩机1内。
55.而可以理解的是，当系统运行轻载除湿模式时，与常规除湿模式相比较，除了可以降低内风机91的转速外，还可以降低压缩机1的运行频率(当其为变频压缩机时)。
56.以下结合图1及图2对本发明的技术方案进一步阐述：
57.图1与图2的区别在于，图1的四通阀(也即切换阀3，下同)是常规的不上电状态，此时dc导通、es导通，系统为喷射制冷模式；而图2的四通阀是上电切换状态，此时的de导通、cs导通，喷射器仅起到管路流通作用，不具备喷射功能，系统为具备冷空气再热功能的轻载
除湿模式。当然，图1和图2的各个管段内的制冷剂流向、流量或者其它运行参数可能也是存在区别的，下面会有详细的制冷剂流向说明。需要说明的是，图1四通阀为不上电状态、图2四通阀为上电状态，一个目的是为了说明方便，并不是限定，根据设计需要也是可以互相调换过来的；另外一个目的是考虑哪种循环模式的运行时间更长，则该模式下采用四通阀不上电是比较节能同时可靠性也更高。
58.图1和图2的各个零部件之间的连接关系是完全相同的，如图1和图2所示，压缩机(也即压缩机1，下同)排气口与冷凝器(也即冷凝器2，下同)进口连接，冷凝器出口连接到四通阀的进口d，四通阀的c口连接到喷射器(也即节流元件4，下同)的喷射口，喷射器的引射口连接到第一换热器61(也即所述的第一换热器61)的出口，喷射器的出口连接到气液分离器(也即气液分离器5，下同)的进口，气液分离器的气体出口连接到压缩机的吸气口，气液分离器的液体出口连接到第三单向阀83的进口。
59.第三单向阀83和第二单向阀82的出口共同连接到膨胀阀的进口，膨胀阀的出口分别连接第一换热器61的进口和第一单向阀81的进口；第二单向阀82的进口和第一单向阀81的出口共同连接到第二换热器62的进口(第一换热器61的和第二换热器62的左端定义为进口，右端定义为出口)。
60.第一换热器61的出口连接到喷射器的引射口和四通阀的低压s口，第二换热器62的出口连接到四通阀的e口。
61.喷射器的工作原理主要是：高压制冷剂从喷射口进入到其内部的喷射口实现高速流动，在喷嘴周围产生负压区域，在负压区域抽吸引射口进入的低压制冷剂，两种制冷剂在喷射器内部的混合管道发生混合，随后在扩压段实现增压降速最终流出喷射器。
62.为了说明方便，图1和图2中第一换热器61和第二换热器62具备有共同的内风机(也即内风机91)，内风机驱动的风由第一换热器61流向第二换热器62。在轻载除湿模式下，第一换热器61负责制冷除湿，第二换热器62负责再热从第一换热器61出来的冷空气，从而维持共同空间内的温度和湿度趋于稳定，提升用户的使用舒适性或者达到恒温恒湿要求。在实际应用中，第一换热器61和第二换热器62可以是同一空间内使用的两个末端，比如俗称的一拖二或者一拖多家庭中央空调，此时第一换热器61和第二换热器62一般情况下都是具备有独立的内风机。
63.需要说明的是，冷凝器的外风机可以替换为水泵驱动的循环冷却水等冷却方式，本提案附图中的外风机仅仅是为了理解使用，并不是限定为此种方式。
64.下面对两种运行模式的制冷剂流向进行详细说明(图1和图2中的单向阀流动方向为三角形的底边流向所对的顶角，反之为截止。单向阀的导通或者截止依靠其两端的压力差来决定：底边压力大于顶角压力为导通，底边压力小于顶角压力为截止)。
65.1)喷射制冷模式(参见图1)
66.四通阀不上电，此时dc导通、es导通，系统为喷射制冷循环。制冷剂的流程如下表所示，压缩循环和喷射循环在共同的管段或者零部件之间实现制冷剂的混合、再分，比如气液分离器集合制冷剂后又分配制冷剂：
[0067][0068]
2)轻载除湿模式(参见图2)
[0069]
四通阀上电，此时de导通、cs导通，喷射器仅起到管路流通作用，不具备喷射功能，系统为具备冷空气再热功能的轻载除湿模式；膨胀阀根据本模式的控制逻辑自动调节开度，通过冷凝器的外风机转速来调节冷凝热量在冷凝器和第二换热器62中的分配量，从而可以控制室内冷空气经过第一换热器61冷却后的再热量的大小。制冷剂的流程如下所示。
[0070][0071]
第一换热器61对流经其表面的空气进行制冷除湿，冷空气再经过第二换热器62的再热提升温度，这就可能实现轻载除湿恒温功能、甚至零负荷下的大除湿能力输出。
[0072]
制冷运行时，压缩机排出的高温高压制冷剂气体在冷凝器内冷凝液化把废热排放到室外空气，高压中温制冷剂液体进入喷射器实现高速喷射抽吸低压制冷剂，喷射器内的制冷剂混合后在扩压段降速升压进入气液分离器实现气液分离，气体制冷剂进入压缩机吸气口，从而完成一个压缩循环；气液分离器内的制冷剂液体进入膨胀阀节流降压进入蒸发器，蒸发器内的低温低压制冷剂吸收外面的空气热量蒸发为气体，低压制冷剂气体受喷射器的低压抽吸作用进入喷射器，从而完成一个喷射循环。当蒸发器表面温度低于所掠过空气的露点温度时，蒸发器表面会产生凝露水，从而把室内空气中的水蒸汽凝结下来排除，可以降低室内空气的含湿量，这是制冷除湿的基本原理。
[0073]
为了防止室内空气除湿时温度随之下降，对除湿后的冷空气再热升温，可以保证室内空气的温度处于所需控制范围，从而实现室内空间的恒温恒湿控制。因为再热冷空气采用了高温高压制冷剂的冷凝废热，不需要额外的电加热，因此本系统的恒温除湿运行更节能。
[0074]
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0075]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。