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，所述第一换热器的第一口通过第一节流元件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第二节流元件与所述第一节流元件远离所述第一换热器的一侧连通，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；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。
13.在一些实施方式中，
14.所述第一节流元件与所述气液分离器之间的管路上设有单向阀，所述第二节流元件与所述第一节流元件连接于第一点，所述单向阀处于所述气液分离器与所述第一点之间，所述单向阀仅允许工质由所述气液分离器向所述第一节流元件及第二节流元件的流动。
15.在一些实施方式中，
16.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。
17.在一些实施方式中，
18.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。
19.在一些实施方式中，
20.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。
21.在一些实施方式中，
22.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。
23.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：
24.获取系统的运行模式；
25.根据获取的运行模式，控制切换所述切换阀的状态。
26.在一些实施方式中，
27.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。
28.在一些实施方式中，
29.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。
30.在一些实施方式中，在获取系统运行模式之前还包括：
31.获取所述换热流路的实时回风温度t
回
、实时回风湿度rh
回
，
32.当t
回
＞t
设
+
△
t时，控制系统进入喷射制冷模式；或者，
33.当t
设
＜t
回
＜t
设
+
△
t且rh
回
≥rh
设
+a*
△
rh时，控制系统进入常规除湿模式；或者，
34.当t
设-b*
△
t≤t
回
≤t
设
且rh
回
≥rh
设
+
△
rh时，控制系统进入轻载除湿模式，
35.其中，
△
t为温度精度设定值，t
设
为设定温度，rh
设
为设定湿度，
△
rh为湿度精度设定值，a为湿度设定系数，b为温度设定系数。
36.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第一节流元件及第二节流元件组合，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
37.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；
38.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；
39.图3为本发明另一实施例的空调喷射循环系统的控制流程示意图(运行模式判断)。
40.附图标记表示为：
41.1、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；71、第一节流元件；72、第二节流元件；8、单向阀；91、内风机；92、外风机。
具体实施方式
42.结合参见图1至图3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：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；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，所述第一换热器61的第一口通过第一节流元件71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的第一口通过第二节流元件72与所述第一节流元件71远离所述第一换热器61的一侧连通，所述第二换热器62的第二口与所述切换阀3连通；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；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。
43.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与第一节流元件71及第二节流元件72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。
44.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。
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(也即第一节流元件71与第二节流元件72及气液分离器5的出口处的连接位置)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，所述第一节流元件71与所述气液分离器5之间的管路上设有单向阀8，所述第二节流元件72与所述第一节流元件71连接于第一点，所述单向阀8处于所述气液分离器5与所述第一点之间，所述单向阀8仅允许工质由所述气液分离器5向所述第一节流元件71及第二节流元件72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，相应的第一节流元件71及第二节流元件72则分别依据喷射制冷模式下的控制逻辑调整对应的开度大小。具体例如，通过检测压缩机1的排气过热度控制第一节流元件71的开度，调整进入第一换热器61内的工质流量，通过检测换热流路的出风温度来控制第二节流元件72的开度，调节进入第二换热器72中的工质流量，以便达到恒温除湿效果。
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，相应的第一节流元件71及第二节流元件72则分别依据喷射制冷模式下的控制逻辑调整对应的开度大小。
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。所述第一节流元件71及所述第二节流元件72皆为电子膨胀阀，便于对两者的开度分别控制。
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.所述运行模式例如可以是用户通过控制器上的模式选择按钮进行选择，在一些实施方式中，如图3所示，在获取系统运行模式之前还包括：获取所述换热流路的实时回风温度t
回
、实时回风湿度rh
回
，当t
回
＞t
设
+
△
t时，控制系统进入喷射制冷模式；或者，当t
设
＜t
回
＜t
设
+
△
t且rh
回
≥rh
设
+a*
△
rh时，控制系统进入常规除湿模式；或者，当t
设-b*
△
t≤t
回
≤t
设
且rh
回
≥rh
设
+
△
rh时，控制系统进入轻载除湿模式，其中，
△
t为温度精度设定值，t
设
为设定温度，rh
设
为设定湿度，
△
rh为湿度精度设定值，a为湿度设定系数，b为温度设定系数，a、b具体取值根据测试情况而定，在一个具体的实施例中，a取值范围为1～2，优选a取3/2；b取值范围为0～1，优选b取1/2。
57.如此实现了系统的运行模式的智能识别与自动切换，空气调节空间的调节效果更好。
58.以下结合图1至图3对本发明的技术方案进一步阐述：
59.一种空调喷射循环系统尤其是一种轻载除湿空调喷射循环系统由压缩机1、冷凝器2、外风机92、四通阀(也即切换阀3，下同)、喷射器4、内风机91、蒸发器a(也即第一换热器61，下同)、蒸发器b(也即第二换热器62，下同)、膨胀阀a(也即第一节流元件71，下同)、膨胀阀b(也即第二节流元件72，下同)、单向阀8、气液分离器5等组成。
60.其具备以下两种运行模式：
61.a、喷射循环制冷模式：该模式为机组的常规制冷模式，用以降温。此时四通阀的d与c连通，e与s相连通，系统冷媒循环流向为：压缩机排出的高温高压气态冷媒经过冷凝器后变成高温液态冷媒，并在四通阀作用下，流经d与c进入喷射器；同时蒸发器b出来的低温气态冷媒经过四通阀e与s后，与蒸发器a出来低温气态冷媒混合后进入喷射器，在喷射器内部混合段混合后，通过喷射器增压后进入气液分离器，在气液分离器的作用下，气态冷媒被压缩机吸入并排出高温高压气态冷媒进入冷凝器；液态冷媒在气液分离器底流经过膨胀阀a和膨胀阀b，在膨胀阀的节流作用下形成低温低压冷媒后分别进入蒸发器a与蒸发器b，蒸发器a与蒸发器b的液态冷媒吸收室内热量后变成低温低压气态冷媒混合后进入喷射器内部，如此往复循环，其中单向阀可避免冷媒逆向进入气液分离器中。
62.b、轻载除湿模式(常规除湿模式的流路控制与其相同，此处仅以轻载除湿模式为例进行阐述)：该模式为低负载下的除湿模式，此时四通阀的d与e相连通，s与c相连通，系统冷媒循环流向为：压缩机排出高温高压气态冷媒进入冷凝器后变成高温液态冷媒，并在四通阀作用下，流经d与e进入蒸发器b形成高温高压液态冷媒，在膨胀阀b的作用下，形成低温低压冷媒，与气液分离器底部出来的液态冷媒混合后经过膨胀阀，进一步节流降温，进入蒸发器a，吸热气化变成低温气态冷媒后分两路，一路流经四通阀s与c进入喷射器，另一路直接进入喷射器与流经四通阀的气态冷媒混合后进入气液分离器，气态冷媒由压缩机吸入并排出高温高压汽态冷媒进入冷凝器，如此往复循环，其中单向阀可避免冷媒逆向进入气液分离器中。
63.参见图3所示，其中：t
回
：回风温度，t
设
：设定温度，
△
t：温度精度设定值，rh
回
：回风湿度，rh
设
：设定湿度，
△
rh：湿度精度设定值，系数：a、b，根据测试情况而定。
64.机组上电后，由机组的回风温湿度检测装置检测当前房间温度和湿度：
65.1、当检测t
回
》t
设
+
△
t时，判断当前环境需要降温以满足设定需求，此时机组，控制四通阀d与c连通，e与s连通，机组开启喷射制冷模式，其冷媒循环如上述喷射循环制冷模式所述，该模式下通过过热度控制膨胀阀a开度与膨胀阀b开度，如果系统配置变频压缩机时，还可以通过回风温度检测值与回风温度目标值调节压缩机频率等，共同调节进入蒸发器a、蒸发器b的冷媒流量，使得机组的制冷量达到最大，以便快速降温迅速达到目标值；
66.2、当检测到t
设
《t
回
《t
设
+
△
t且rh回≥rh
设
+a*
△
rh精度时(示例：a取3/2)，此时环境温度处于设定范围内，但湿度偏高，需加大除湿能力，降低机组制冷量，此时机组运行常规除湿模式，该模式在喷射制冷循环的基础上，采用降低机组蒸发侧风量，如果系统配置变频压缩机时，变频压缩机可以同步降低频率，以降低蒸发器a、蒸发器b的蒸发温度，降低冷量输出的同时增大除湿效果，使得机组快速除湿，此时四通阀不换向，系统冷媒循环方式不变。
67.3、当检测到t
设-b*
△
t《t
回
≤t
设
且rh
回
≥rh
设
+
△
rh时(示例：b取1/2)，此时要求机组
冷量输出小，但湿度偏高，需在维持温度稳定的同时进一步除湿，为避免因压缩机频繁启停或者变频压缩机长时间低频率运行后进行回油运行时，造成湿度波动，甚至无法除湿，机组开启轻载除湿模式。其冷媒循环如上述轻载除湿模式所示，该模式下，变频压缩机可以保持较高频率，定频压缩机可实现不停机运行，其中蒸发器a进行稳定除湿，蒸发器b经过对蒸发器a的降温气流进行再加热，此时通过排气过热度控制膨胀阀a的开度，对蒸发器a的蒸发温度进行调节保证除湿效果；通过出风温度控制膨胀阀b的开度，对蒸发器b的蒸发温度进行调节，保证送风温度处于控制要求范围内，实现恒温除湿。
68.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。
69.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。