一种单双级切换的压缩机、空调系统和控制方法与流程

1.本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一种单双级切换的压缩机、空调系统和控制方法。


背景技术：

2.在夏热冬冷地区和北方寒冷地区，使用普通家用空调和热泵热水器时，空调产品普遍存在低温制热效果差、高温制冷慢及能效低的问题；家用热泵热水器低温制热水效果差的问题。双级增焓技术的出现，解决了这些问题。双级增焓压缩机用于这些高负荷重工况，压比较大，采用双级压缩能够有效的将压比进行分配，使空调系统高效运行，同时降低排气温度，提高压缩机可靠性；然而用于低负荷轻工况时，会出现能效偏低的问题，反而不如常规单级压缩机。
3.专利cn106321433a和cn108302041a提出了通过变容机构进行单双级切换的技术，该专利技术通过控制排量较大的低压缸是否工作，单级模式下仅高压缸运行，高压缸排量较小，可能难以满足使用要求。另一方面，为了实现单双级切换，专利技术中采用了多个阀件控制，导致外围管路复杂。
4.由于现有技术中的双级压缩机采用的双级压缩方式比单级压缩多一次压缩和排气过程，在较轻负荷时，摩擦损耗和流动损耗占比较大，导致能效低，不如单级；针对单双级切换的压缩机由于其控制低压缸卸载或加载，导致排量小，难以满足使用要求，及结构复杂的问题，反而不如常规单级压缩机等技术问题，因此本发明研究设计出一种单双级切换的压缩机、空调系统和控制方法。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的双级增焓压缩机在低负荷轻工况能效低和已知单双级切换技术控制低压缸卸载或加载，导致排量小难以满足使用需求的缺陷，从而提供一种单双级切换的压缩机、空调系统和控制方法。
6.为了解决上述问题，本发明提供一种单双级切换的压缩机，其包括：
7.第一气缸和第二气缸，所述第一气缸工作在第一压力下，所述第二气缸工作在第二压力下，所述第一压力小于所述第二压力，使得所述第一气缸为处于相对低压的低压缸，所述第二气缸为处于相对高压的高压缸；所述第二气缸能够被控制加载或卸载，所述第二气缸被加载时，制冷剂能够先经过所述第一气缸压缩后再经过所述第二气缸压缩，所述第二气缸被卸载时，制冷剂只经过所述第一气缸压缩。
8.在一些实施方式中，所述第一气缸位于所述第二气缸的上方，所述第一气缸与所述第二气缸之间设置有隔板组件，所述隔板组件上设置有中压腔，所述中压腔能够与所述第一气缸的排气连通，所述第二气缸的内部还能够与所述中压腔连通，以从所述中压腔中吸气；所述第一气缸的吸气口与所述单双级切换的压缩机的吸气管连通。
9.在一些实施方式中，所述隔板组件包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板一端
与所述第一气缸的端面相接、另一端与所述第二隔板的端面相接，所述第二隔板的另一侧端面与所述第二气缸的端面相接，所述第一隔板的内部设置所述中压腔，所述第一隔板上还设置有第一连通通道，所述第一连通通道将所述第一气缸的内部与所述中压腔连通，所述第二隔板上还设置有第二连通通道，所述第二连通通道将所述第二气缸的内部与所述中压腔连通。
10.在一些实施方式中，还包括第一法兰和第二法兰，所述第一法兰设置在所述第一气缸的与所述隔板组件相背的一侧端面上，所述第二法兰设置在所述第二气缸的与所述隔板组件相背的一侧端面上，所述第二法兰上还设置有销钉控制组件，所述第二气缸内部还设置有第二滚子和第二滑片，所述销钉控制组件能够运动至与所述第二滑片卡接以限制所述第二滑片的运动，以卸载所述第二气缸；所述销钉控制组件能够运动至不与所述第二滑片卡接以不限制所述第二滑片的运动，以使得所述第二气缸正常压缩。
11.在一些实施方式中，还包括壳体，所述第一气缸、所述第二气缸和所述隔板组件均设置于所述壳体的内部；
12.所述销钉控制组件包括销钉和弹性部件，所述销钉包括头部和尾部，所述第二法兰中设置有销钉孔，所述销钉容置于所述销钉孔中并能在所述销钉孔中运动，所述第二滑片上开设有凹槽，所述销钉的头部能够插设于所述凹槽中以对所述第二滑片形成卡止，所述弹性部件设置于所述销钉的所述尾部，且所述头部通入所述壳体内的气体，所述尾部通入所述中压腔中的气体。
13.在一些实施方式中，所述第一法兰上设置有第一排气口，所述第一排气口与所述第一气缸的压缩腔连通，所述第一排气口处设置有第一排气阀，所述第一隔板上位于所述第一连通通道处设置有第二排气阀，所述第二法兰上设置有第二排气口，所述第二排气口处设置有第三排气阀；
14.所述第二法兰上还设置有排气腔，所述第二气缸上设置有第三连通通道，所述隔板组件上设置有第四连通通道，所述第一气缸上设置第五连通通道，所述第一法兰上设置第三排气口，所述排气腔、所述第三连通通道、第四连通通道、第五连通通道和所述第三排气口依次连通，所述第三排气口处设置有第四排气阀。
15.本发明还提供一种空调器，其包括前述的单双级切换的压缩机，还包括补气管路、排气管路以及连通支路，所述补气管路的一端能与所述隔板组件中的所述中压腔连通、以对所述中压腔中进行补气，所述排气管路的一端连通至所述壳体的内部以进行排气，所述连通支路的一端与所述排气管路连通、另一端连通所述补气管路，所述连通支路上设置有控制阀。
16.在一些实施方式中，还包括闪蒸器和增焓部件，所述补气管路的另一端与所述闪蒸器连通，所述增焓部件设置于所述补气管路上。
17.在一些实施方式中，所述控制阀为电磁阀；和/或，所述增焓部件为引射器。
18.本发明还提供一种如前任一项所述的空调器的控制方法，其包括：检测步骤，检测室外工况；
19.判断步骤，通过所述室外工况来判断是否需要增焓补气；
20.控制步骤，当需要增焓补气时，打开所述控制阀，所述第一气缸和所述第二气缸均工作，并串联形成双级气缸；当不需增焓补气时，关闭所述控制阀，所述第二气缸被卸载不
工作，仅所述第一气缸工作运行。
21.本发明提供的一种单双级切换的压缩机、空调器和控制方法具有如下有益效果：
22.1.本发明通过将两个气缸中的高压缸设置为变容缸，由于双级压缩机具有低压缸排量大于高压缸排量的特点，因此控制高压缸卸载、低压缸运行能够实现提高压缩机在单级运行时的排量，有效解决单级模式下，排量较小的问题，提高压缩机的运行能效；通过变容结构控制高压缸是否工作，能够在双级模式下，压缩机排量不变，制冷量满足使用要求，在低负荷工况下，单级模式高效运行；高负荷工况下，双级模式能效不衰减。同时，优化内部流路，使单双级切换更加简单可靠。
23.2.本发明还通过销钉控制结构以及与其相配合的压缩机外部的排气管路和补气管路，销钉头部连通壳体内部的高压，而销钉尾部连通中压腔，中压腔可以根据实际的运行工况选择性地接通高压排气或中压补气，当接通高压排气时能够通过销钉控制结构控制第二滑片卸载不运动，实现单级低压缸压缩；当接通中压补气时，销钉头部的压力大于其尾部受到的合力，销钉控制结构不会对第二滑片限位，使得第二气缸正常压缩工作，实现双级压缩补气的效果。
附图说明
24.图1为本发明的单双级切换的压缩机的整机结构图；
25.图2为本发明的单双级切换的压缩机的泵体结构图；
26.图3为本发明的单双级切换的压缩机在双级压缩模式下的内部气体流路图；
27.图4为本发明的单双级切换的压缩机在单级压缩模式下的内部气体流路图；
28.图5为本发明在双级模式下的销钉控制通道流路图；
29.图6为本发明在单级模式下的销钉控制通道流路图；
30.图7为本发明在双级模式下的空调系统的原理图；
31.图8为本发明在单级模式下的空调系统的原理图。
32.附图标记表示为：
33.11、第一气缸；11a、第五连通通道；12、第二气缸；12a、第三连通通道；2、隔板组件；20、中压腔；21、第一隔板；22、第二隔板；2a、第四连通通道；31、第一法兰；31a、第一排气口；31b、第三排气口；32、第二法兰；32a、第二排气口；32b、排气腔；41、第一滚子；42、第二滚子；51、第一滑片；52、第二滑片；6、销钉控制组件；61、销钉；61a、头部；61b、尾部；62、弹性部件；7、壳体；81、第一排气阀；82、第二排气阀；83、第三排气阀；84、第四排气阀；9、控制阀；10、闪蒸器；13、增焓部件；14、冷凝器；15、蒸发器；16、分液器；17、一级节流装置；18、二级节流装置；19、法兰盖板；101、补气管路；102、排气管路；103、连通支路。
具体实施方式
34.如图1-8所示，本发明提供一种单双级切换的压缩机，其包括：
35.第一气缸11和第二气缸12，所述第一气缸11工作在第一压力下，所述第二气缸12工作在第二压力下，所述第一压力小于所述第二压力，使得所述第一气缸11为处于相对低压的低压缸，所述第二气缸12为相处于对高压的高压缸；所述第二气缸12能够被控制加载或卸载，所述第二气缸12被加载时，制冷剂能够先经过所述第一气缸11压缩后再经过所述
第二气缸12压缩，所述第二气缸12被卸载时，制冷剂只经过所述第一气缸11压缩。
36.本发明通过将两个气缸中的高压缸设置为变容缸，由于双级压缩机具有低压缸排量大于高压缸排量的特点，因此控制高压缸卸载、低压缸运行能够实现提高压缩机在单级运行时的排量，有效解决单级模式下，排量较小的问题，提高压缩机的运行能效；通过变容结构控制高压缸是否工作，能够在双级模式下，压缩机排量不变，制冷量满足使用要求，在低负荷工况下，单级模式高效运行；高负荷工况下，双级模式能效不衰减。同时，优化内部流路，使单双级切换更加简单可靠。
37.在一些实施方式中，所述第一气缸11位于所述第二气缸12的上方，所述第一气缸11与所述第二气缸12之间设置有隔板组件2，所述隔板组件2上设置有中压腔20，所述中压腔20能够与所述第一气缸11的排气连通，所述第二气缸12的内部还能够与所述中压腔20连通，以从所述中压腔20中吸气；所述第一气缸11的吸气口与所述单双级切换的压缩机的吸气管连通。这是本发明的第一气缸、第二气缸、隔板组件之间的优选设置关系，第一气缸、隔板组件和第二气缸上下依次布置，隔板组件内部设置的中压腔能够接纳第一气缸压缩排出的中压气体，并且能够储存补气过来的中压气体，并将其导入至高压缸的内部。
38.基于双级增焓压缩机泵体中低压级气缸上置的结构，低压缸两侧分别设置排气阀。第一排气阀81位于第一法兰31上，与壳体腔连接；中压排气阀(第二排气阀82)位于第一隔板21上，与由第一隔板21和第二隔板22组成的隔板空腔连接。
39.在一些实施方式中，所述隔板组件2包括第一隔板21和第二隔板22，所述第一隔板21一端与所述第一气缸11的端面相接、另一端与所述第二隔板22的端面相接，所述第二隔板22的另一侧端面与所述第二气缸12的端面相接，所述第一隔板21的内部设置所述中压腔20，所述第一隔板21上还设置有第一连通通道，所述第一连通通道将所述第一气缸11的内部与所述中压腔20连通，所述第二隔板22上还设置有第二连通通道，所述第二连通通道将所述第二气缸12的内部与所述中压腔20连通。这是本发明的隔板组件的进一步优选结构形式，能够实现从第一气缸内部吸入排出的气体进入中压腔中，并且将中压腔中的气体导入至第二气缸中。
40.在一些实施方式中，还包括第一法兰31和第二法兰32，所述第一法兰31设置在所述第一气缸11的与所述隔板组件2相背的一侧端面上，所述第二法兰32设置在所述第二气缸12的与所述隔板组件2相背的一侧端面上，所述第二法兰32上还设置有销钉控制组件6，所述第二气缸12内部还设置有第二滚子42和第二滑片52，所述销钉控制组件6能够运动至与所述第二滑片52卡接以限制所述第二滑片52的运动，以卸载所述第二气缸12；所述销钉控制组件6能够运动至不与所述第二滑片52卡接以不限制所述第二滑片52的运动，以使得所述第二气缸12正常压缩。本发明还通过第一法兰和第二法兰能够分别对第一气缸的轴向端面进行密封和支撑作用，并且通过销钉控制组件的设置，能够对第二气缸的运行与否进行控制，通过销钉组件的运动，以卡止第二滑片，以卸载第二气缸，或者解除对第二滑片的卡止，以保证第二气缸的正常压缩运行。
41.在一些实施方式中，还包括壳体7，所述第一气缸11、所述第二气缸12和所述隔板组件2均设置于所述壳体7的内部；
42.所述销钉控制组件6包括销钉61和弹性部件62，所述销钉61包括头部61a和尾部61b，所述第二法兰32中设置有销钉孔，所述销钉61容置于所述销钉孔中并能在所述销钉孔
中运动，所述第二滑片52上开设有凹槽，所述销钉61的头部能够插设于所述凹槽中以对所述第二滑片52形成卡止，所述弹性部件62设置于所述销钉61的所述尾部61b，且所述头部61a通入所述壳体7内的气体，所述尾部61b通入所述中压腔20中的气体。
43.这是本发明的销钉控制组件的优选结构形式，通过销钉和弹性部件，并且销钉的头部连通壳体内的高压气体，尾部连通中压腔中的中压气体或高压气体，能够对销钉进行有效地控制，通过中压腔中通入中压气体或高压气体，能够控制销钉运动与否，以控制第二滑片是否被销钉卡止或解除卡止。
44.本发明还通过销钉控制结构以及与其相配合的压缩机外部的排气管路和补气管路，销钉头部连通壳体内部的高压，而销钉尾部连通中压腔，中压腔可以根据实际的运行工况选择性地接通高压排气或中压补气，当接通高压排气时能够通过销钉控制结构控制第二滑片卸载不运动，实现单级低压缸压缩；当接通中压补气时，销钉头部的压力大于其尾部受到的合力，销钉控制结构不会对第二滑片限位，使得第二气缸正常压缩工作，实现双级压缩补气的效果。
45.在一些实施方式中，所述第一法兰31上设置有第一排气口31a，所述第一排气口31a与所述第一气缸11的压缩腔连通，所述第一排气口处设置有第一排气阀81，所述第一隔板21上位于所述第一连通通道处设置有第二排气阀82，所述第二法兰32上设置有第二排气口32a，所述第二排气口32a处设置有第三排气阀83；
46.所述第二法兰32上还设置有排气腔32b，所述第二气缸12上设置有第三连通通道12a，所述隔板组件2上设置有第四连通通道2a，所述第一气缸11上设置第五连通通道11a，所述第一法兰31上设置第三排气口31b，所述排气腔32b、所述第三连通通道12a、第四连通通道2a、第五连通通道11a和所述第三排气口31b依次连通，所述第三排气口31b处设置有第四排气阀84。
47.这是本发明的第一法兰、第二法兰、第一气缸、第二气缸等部件上的连通通道以及排气阀结构，即第一气缸能够从第一法兰上的第一排气阀排出，也能经过第二气缸并以此从第四排气阀排出，实现单级压缩或双级压缩之间的切换。
48.本发明还提供一种空调器，其包括前述的单双级切换的压缩机，还包括补气管路101、排气管路102以及连通支路103，所述补气管路101的一端能与所述隔板组件2中的所述中压腔20连通、以对所述中压腔20中进行补气，所述排气管路102的一端连通至所述壳体7的内部以进行排气，所述连通支路103的一端与所述排气管路102连通、另一端连通所述补气管路101，所述连通支路103上设置有控制阀9。
49.本发明还通过销钉控制结构以及与其相配合的压缩机外部的排气管路和补气管路，销钉头部连通壳体内部的高压，而销钉尾部连通中压腔，中压腔可以根据实际的运行工况选择性地接通高压排气或中压补气，当接通高压排气时能够通过销钉控制结构控制第二滑片卸载不运动，实现单级低压缸压缩；当接通中压补气时，销钉头部的压力大于其尾部受到的合力，销钉控制结构不会对第二滑片限位，使得第二气缸正常压缩工作，实现双级压缩补气的效果。
50.图2为泵体结构示意图。如图5所示，销钉头部与外壳内部空腔连通，即销钉头部始终为高压冷媒。当增焓部件通入中压冷媒时，中压冷媒通过销钉控制通道进入销钉尾部，此时销钉受压差作用下移，第二滑片52能够正常工作。如图3所示，此时压缩机按双级模式运
行，低压缸吸气完成一级压缩后，中压冷媒通过中压排气阀进入隔板空腔，高压缸吸入中压冷媒，完成二级压缩后，高压冷媒通过高压排气阀(第三排气阀83)进入法兰空腔，然后再通过排气流通孔进入壳体腔。
51.如图6所示，当增焓部件通入高压冷媒时，高压冷媒通过销钉控制通道进入销钉尾部，与销钉头部压力平衡后，销钉受弹簧力上移，锁住第二滑片52后，第二气缸12空载运行。如图4所示，此时压缩机按单级模式运行，低压缸完成压缩后，高压冷媒通过第一法兰31上的第一排气阀81进入壳体腔；当排量较大时，在隔板空腔与壳体腔之间设置第四排气阀84，可辅助排气减小排气阻力。
52.在一些实施方式中，还包括闪蒸器10和增焓部件13，所述补气管路101的另一端与所述闪蒸器10连通，所述增焓部件13设置于所述补气管路101上。这是本发明的空调器的进一步优选结构形式，通过闪蒸器能够提供补气气体，增焓部件能够对补气气体进行提速。
53.在一些实施方式中，所述控制阀9为电磁阀；和/或，所述增焓部件13为引射器。这是本发明的控制阀以及增焓部件的优选结构形式。
54.本发明还提供一种如前任一项所述的空调器的控制方法，其包括：检测步骤，检测室外工况；
55.判断步骤，通过所述室外工况来判断是否需要增焓补气；
56.控制步骤，当需要增焓补气时，打开所述控制阀，所述第一气缸和所述第二气缸均工作，并串联形成双级气缸；当不需增焓补气时，关闭所述控制阀，所述第二气缸12被卸载不工作，仅所述第一气缸工作运行。
57.如图1所示，泵体和电机设置于压缩机外壳内部，外壳外部设置有分液器部件和增焓部件，压缩机运行过程中，外壳内部空腔会充满高压冷媒。如图7所示，在压缩机排气管和增焓部件吸气管之间设置支路，并在支路上设置电磁阀，用于控制该支路通断。电磁阀关，闪蒸器正常补气，隔板空腔和高压缸吸气口为中压，压缩机按双级模式运行。如图8所示，闪蒸器关闭补气后，电磁阀开，高压通入增焓部件，隔板空腔和高压缸吸气口为高压，压缩机按单级模式运行。本发明先判断是否需要补气，然后闪蒸器开启或关闭补气通道，然后再开或闭电磁阀(即控制阀)。增焓部件是连接闪蒸器补气通道的部件，用于补入的冷媒气液分离。
58.如图5和图6所示,销钉头部与壳体空腔连通,始终为高压冷媒.销钉尾部与高压缸吸气口连通，此时增焓部件通入高压,故销钉尾部也是高压,与销钉头部压力平衡后，销钉受弹簧作用，便会上移卡住高压缸滑片，此时按单级模式运行。
59.以上所述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。以上所述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。