CN1215291C - 空调系统及运行该空调系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种空调系统和用于运行该空调系统的方法，其中，基于在重新启动压缩机的等待时间内所产生的室内温度与预期温度之间的差值，多个压缩机同时运行或者选择性地运行。对在用于重新启动处于停机状态的压缩机的等待时间内的室内温度变化进行感测，以确定出冷负荷是否增大。基于冷负荷的量，确定出是否所述压缩机必须同时运行或者选择性地运行。也就是说，通过反映出由在重新启动的等待时间内发生的室内温度变化而导致的冷负荷，确定出该空调系统的制冷剂压缩能力，其中，所述重新启动的等待时间是直至任何保持在停机状态的压缩机被重新启动所经过的时间。因此，能够更为稳定地控制室内温度，并且改善室内环境的舒适度。

Description

空调系统及运行该空调系统的方法

技术领域

本发明涉及一种空调系统和用于运行该空调系统的方法，尤其是涉及这样一种空调系统和用于运行该空调系统的方法，即在重新启动压缩机的等待时间内，多个压缩机基于室内温度与预期温度之间的差值，同时或者选择性地运行。

背景技术

总体来说，空调系统是一种装置，其中，制冷剂穿过压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器形成一个制冷循环，由此对房间进行冷却。

包括在这种空调器中的压缩机用于对循环经过室内和室外热交换器的制冷剂进行压缩。对于特定的空调器来说，除了这样的一个压缩机外，还设置一个换向阀。换向阀经由制冷剂导管与多个室内和室外热交换器连接起来，同时被连接在压缩机的入口和出口之间，以便能够改变制冷剂的循环方向，由此使室内热交换器用作加热或者冷却装置。因此，在这种情况下，对于空调器来说能够更合适地满足待冷却的室内环境和用户的需求。

也就是说，在对房间进行冷却的模式下，室外和室内热交换器分别用作冷凝器和蒸发器，而在对房间进行加热的模式下，室外和室内热交换器分别用作蒸发器和冷凝器。也就是说，室内热交换器和室外热交换器的功能根据工作模式的改变而发生对置。因此，分别根据不同的工作模式形成了不同的传热循环。

这种能够执行冷却和加热双重功能的空调器被称作“热泵式空调器”。但是，下文中涉及的本发明和相关技术领域的描述将不局限于任何特定类型的空调器。

总体来说，正如在图1中所示出的那样，传统的空调系统会形成一个适合于调节室内空气的制冷循环。下面，将结合图1对这种传统的制冷循环进行描述。

传统的制冷循环包括有多个压缩机10，它们适合于将制冷剂从低温低压的气态转换到高温高压的气态。压缩机10同时或者选择性地运行，来改变受压缩的制冷剂的量。在图示的情况下，使用了两个压缩机，即第一压缩机11和第二压缩机12。在这种情况下，第一压缩机11和第二压缩机12可同时运行，或者第一压缩机11可以运行，而同时第二压缩机12保持停机状态。

在冷却模式下，换向阀20用于将从压缩机10中排出的制冷剂送往室外热交换器50，而在加热模式下，该换向阀20将所述制冷剂送往室内热交换器30。因此，换向阀20改变了制冷剂的循环方向。换向阀20仅被用于具有冷却和加热双重功能的热泵式空调器中，用以根据受压缩制冷剂的流动状态形成冷却或者加热循环。换句话说，用于冷却目的的一般空调器无需这种换向阀。

室外热交换器50用作冷凝装置，用于将高温高压的气态制冷剂冷凝为液态。该室外热交换器50与室外风机(未示出)共同构成了室外单元99，所述室外风机安装在室外热交换器50的一侧，并且适合于将空气吹向该热交换器，从而增强该热交换器的热交换效率。室外风机包括室外风扇(未示出)和马达(未示出)。

由冷凝装置冷凝后的液态制冷剂在膨胀元件40的作用下膨胀成两相的低温低压制冷剂，即处于混合状态的气态相和液态相的制冷剂。

各个室内热交换器30均用作蒸发装置，用于从外界吸收热量，由此将两相制冷剂变成液态。室内风机(未示出)安装在各个室内热交换器30的一侧，以将冷却后的空气散布到房间内。室内风机包括马达31和室内风扇32。该室内风机与室内热交换器30共同构成了室内单元39。这样，形成一个具有压缩、冷凝、膨胀、蒸发功能的制冷循环。

为了使上述空调器的制冷循环具有较高的效率，使用了两个具有不同能力的压缩机，也就是第一压缩机11和第二压缩机12。在图示的情况下，第一压缩机11具有40％的制冷剂压缩能力，而第二压缩机12具有60％的制冷剂压缩能力。

在高冷负荷的情况下，第一压缩机和第二压缩机同时运行，以便获得100％的制冷剂压缩率。另一方面，在低冷负荷的情况下，仅有第一压缩机被选定运行，以获得40％的制冷剂压缩比例。因此，这种空调器的制冷剂压缩能力是可以变化的。

图2是一个柱形图，示出了包括在一传统空调系统中的多个压缩机的工作状态。在该图中，X轴代表了压缩机的运行时间，而Y轴则代表了制冷剂压缩能力或者压缩机运行率。图3是一个流程图，示出了一种用于运行所述传统空调系统的传统方法。下面将结合使用两个压缩机的情况对用于运行传统空调系统的该传统方法进行描述。

首先，用户在打开空调器之后设定一个预期温度(步骤L1)。

为了将室内温度降低到设定的预期温度，两个压缩机同时工作两次(C1和C2)。也就是说，通过利用100％的制冷剂压缩能力来消除室内的冷负荷而使室内温度达到预期温度(步骤L2)。

当室内温度达到预期温度时，第二压缩机停机。即仅有第一压缩机被选定运行，以利用一个具有40％制冷剂压缩能力的制冷循环实施冷却运行(C3)(步骤L3)。

由空调器对冷却运行之后的冷负荷进行感测。当空调器感测到冷负荷消除时，其保持第一压缩机的工作状况(C3)。另一方面，当冷负荷仍旧未被消除时，第一压缩机和第二压缩机同时工作，以便室内温度快速地达到一个预期温度(步骤L4)。

根据上述运行方法，在一个或者多个压缩机被选定运行的状况下，传统空调系统根据感测到的冷负荷来改变压缩机的制冷剂压缩能力。但是，为了重新启动任何处于停机状态的压缩机，需要经过一定的时间，直至在压缩机的制冷剂入口与出口之间获得压力均衡。该时间被称为“重新启动的等待时间”。

在常规情况下，尤其是传统的热泵式空调器，在不考虑在重新启动的等待时间内产生的冷负荷或热负荷的量的情况下，确定出各个压缩机的压缩能力。也就是说，在重新启动的等待时间内产生的任何冷负荷或热负荷突然增大的状况不会反映到对压缩能力的控制上。为此，由于在重新启动的等待时间内产生的这种冷负荷或热负荷不会消除，所以会导致室内温度突然升高或者下降。因此，室内环境的舒适度下降。

发明内容

因此，本发明是鉴于相关技术中涉及的上述问题而提出，并且本发明的目的在于提供一种空调系统和用于运行该空调系统的方法，适合于通过感测要冷却的房间的温度，反映出在重新启动的等待时间内产生的冷负荷的量，据此对多个压缩机的制冷剂压缩能力进行控制，其中，所述用于重新启动的等待时间是直至重新启动处于停机状态的各个压缩机所经过的时间；确定感测到的室内温度与由用户设定的预期温度之间的差值是否小于预定值；基于确定的结果确定是否所述压缩机应该同时或者选择性运行，由此能够精确地确定出冷负荷，并且精确地控制压缩机的运行，改善室内环境的舒适度。

根据一个方面，本发明提供了一种空调系统，包括：空调器，用于形成适合于依次执行压缩、冷凝、膨胀和蒸发功能的制冷循环，并且利用该制冷循环消除房间内的冷负荷，由此调节室内环境；和控制单元，用于控制压缩机单元的运行状态，以便根据冷负荷改变该压缩机单元的制冷剂压缩能力，其中压缩机单元包括有多个压缩机，各个压缩机均适合于对低温低压的气态制冷剂进行压缩，由此将制冷剂转换到高温高压状态，其中所述控制单元包括：计数单元，用于感测当所述压缩机单元停机时的时间点，并且计算出直至停机后的压缩机单元被重新启动所经过的等待时间；温度感测单元，用于在由计数单元计算出等待时间之后感测房间内的温度；负荷确定单元，用于基于由温度感测单元感测到的室内温度与预先输入的预期温度之间的温度差值，确定出在等待时间内产生的冷负荷；以及压缩机控制单元，用于输出控制信号，来根据由负荷确定单元所感测到的冷负荷，使所述压缩机单元在完全运行模式或者在选择运行模式下工作。

根据另一方面，本发明提供了一种用于运行空调系统的方法，包括下述步骤：(A)同时运行包括在空调系统中的多个压缩机，直至待冷却的房间的温度达到一个预期温度；(B)当室内温度达到预期温度时，所述压缩机停止运行，并且在直至停机后的压缩机被重新启动所经过的等待时间之后，感测室内温度；(C)根据在步骤(B)中感测到的室内温度与预期温度之间的温度差值，来同时或者选择性地运行所述压缩机。

附图说明

在阅读下面结合附图的详细描述之后，本发明的上述目的以及其它特征和优点将更为清楚明了，其中：

图1是流程图，示出了由一般空调系统形成的制冷循环；

图2是柱形图，示出了包括在一个传统空调系统中的多个压缩机的运行状态；

图3是流程图，示出了一种用于运行所述传统空调系统的传统方法；

图4是框图，示出了根据本发明的空调系统的配置；

图5是流程图，示出了一种用于运行根据本发明的空调系统的方法；

图6是曲线图，示出了在根据本发明的空调系统控制下的室内温度变化状况。

具体实施方式

下面将参照附图详细地对本发明的优选实施例进行描述。

根据本发明的空调系统的基本配置类似于参照图1描述过的传统系统的配置。因此将参照图4中的示意性框图对本发明中的空调系统进行详细描述。在图4中，实线箭头代表了从控制单元传递至空调系统中各部分的控制信号流，而虚线箭头分别代表了制冷剂流。

压缩机单元100吸入在蒸发器500中蒸发的气态制冷剂，并且对吸入的制冷剂进行压缩。由于制冷剂受到压缩，被转换到高压状态，在该状态下，气态制冷剂中的分子动能增大，由此导致分子碰撞加剧。由于这种分子碰撞，气态制冷剂的温度升高，从而被转换到高温高压状态。因此，由于单位体积中的分子数目增大，所以气态制冷剂可以很容易地液化。

根据本发明，压缩机单元100包括第一压缩机110和第二压缩机120。各个压缩机110和120均具有由制造商设定的压缩能力，来对制冷剂总量的一个预定百分比进行压缩。在下面的说明中，描述了一个空调器，其中，根据本发明的一个实施例，第一压缩机110构造成用于压缩制冷剂总量的40％，而第二压缩机120构造成用于压缩制冷剂总量的60％。但是，各个压缩机的压缩能力并不局限于在本发明的该实施例中设定的值。

冷凝器300用于去除从压缩机单元100排出的高温高压气态制冷剂中的热量，由此使该气态制冷剂液化。也就是说，冷凝器300产生处于中温高压状态的液态制冷剂。

膨胀阀400使中温和高压液态制冷剂发生膨胀，由此减小制冷剂的压力。根据膨胀阀400的这个功能，液态制冷剂被转换到低温低压状态。随着制冷剂从要冷却的房间内的空气中吸收热量，该制冷剂得以蒸发。因此，在对房间进行冷却的同时，液态制冷剂被转换成处于低温和低压状态的气态制冷剂。

由附图标记600指代的控制单元用于控制压缩机单元100、冷凝器300、膨胀阀400以及蒸发器500。尤其是，控制单元600控制压缩机单元100的运行，以便根据冷负荷对制冷剂压缩能力进行控制。

当空调器属于带有加热功能的热泵类型时，其额外带有在图4中由虚线标识出的换向阀200。在这种情况下，控制单元600用于控制换向阀200，以便根据工作模式，也就是冷却或者加热模式，控制制冷剂的循环方向。

其中的压缩机单元100包括有多个压缩机的空调器中，控制单元600构造成在考虑在重新启动处于停机状态的任何压缩机的等待时间内所产生的冷负荷量的同时，控制压缩机单元100的工作状态。也就是说，控制单元600包括：计数单元610，用于感测当压缩机单元100停机时的时间点，并且计算出直至已停机的压缩机单元100被重新启动所经过的用于重新启动的等待时间；温度感测单元620，用于在计数单元610计算出重新启动等待时间之后，感测房间内的温度；负荷确定单元630，用于基于由温度感测单元感测到的室内温度与预先输入的预期温度之间的温度差值，确定出在重新启动等待时间内所产生的冷负荷的量；以及压缩机控制单元640，用于输出控制信号，根据由负荷确定单元630感测到的冷负荷量，使压缩机单元在完全运行模式下或者在选择运行模式下工作。

负荷确定单元630用于确定出温度差值是否超过预定值。当温度差值超过预定值时，负荷确定单元630用于确定出冷负荷的突然增大，并且输出相应的信号，来通知压缩机控制单元640冷负荷增大。响应该信号，压缩机控制单元640向压缩机单元100输出一个完全运行控制信号，以便快速地消除冷负荷。

因此，压缩机控制单元640控制压缩机单元100的运行状态，同时反映出在重新启动已停机压缩机的等待时间内所产生的冷负荷的量，以便室内温度保持在预期的温度范围内。

图5是一个流程图，示出了一种用于运行根据本发明的空调系统的方法。图6是一个曲线图，描绘了在根据本发明的空调系统的控制下，室内温度的变化状况。

根据该运行方法，在用户通过按键操作将空调系统置于ON状态之后，首先将一个预期温度输入到该空调系统中(步骤S1)。目前的室内温度与所输入的预期温度之间的差值对应于要由空调系统消除的冷负荷。

压缩机单元100中的所有压缩机同时运行，来快速形成一个具有100％制冷剂压缩能力的制冷循环，直至室内温度达到预期温度。也就是说，压缩机单元100在完全运行模式下工作(步骤S2)。

当室内温度达到预期温度时，压缩机单元100停机，以解除所述制冷循环(步骤S3)。这样，压缩机单元100在一定时间内保持在等待状态，即直至已停机的压缩机单元100被重新启动来重新形成制冷循环(步骤S4)。该等待时间是在已停机的压缩机单元100的制冷剂入口与出口之间获得压力均衡所需的时间。

因此，在冷却模式下，当压缩机单元100在停机之后处于等待状态时，室内温度将逐渐升高。也就是说，产生冷负荷。另一方面，在加热模式下，当压缩机单元100在停机之后处于等待状态时，室内温度将逐渐降低。也就是说，产生加热负荷。优选地，等待状态保持2至3分钟。包括在空调系统中的温度感测单元在等待时间内对室内温度进行感测，以便感测在等待时间内所产生的冷负荷的量(步骤S5)。

控制单元600用于计算感测到的室内温度与预期温度之间的温度差值，并且确定出是否所计算出的温度差值是否小于预定值(步骤S6)。根据所示出的本发明实施例，所述预定值对应于1.5℃。但是，该值可以由空调系统的制造商加以改变。要明白的是，该温度差值在冷却模式下是一个正值，而在加热模式下是一个负值。因此，在本发明被应用于一个具有冷却和加热双重功能的热泵式空调系统的情况下，该温度差值应为绝对值。

在所计算出的温度差值小于预定值的情况下，压缩机单元100中的第一压缩机110运行，以形成一个具有40％制冷剂压缩能力的制冷循环(步骤S7)。也就是说，压缩机单元100在选择运行模式下工作。因此，室内温度保持在一个合适的温度范围内。

另一方面，在所计算出的温度差值不小于预定值的情况下，压缩机单元100中的所有压缩机同时工作，以便快速地消除所产生的冷负荷。也就是说，压缩机单元100在完全运行模式下工作，由此形成一个具有100％制冷剂压缩能力的制冷循环(步骤S8)。这样，室内温度达到预期温度。

在图6中，X轴代表了压缩机运行时间，左侧Y轴代表了室内温度，而右侧Y轴代表了取决于压缩机运行状态的制冷剂压缩能力。室内温度T的变化在左侧Y轴上读取，而制冷剂压缩能力P的变化在右侧Y轴上读取。图6中的示例对应于预期温度为24℃的冷却功能的情况。

当空调系统通过在100％制冷剂压缩能力下两次运行压缩机单元100来进行空调运行时，室内温度达到一个预期温度，比如24℃(R1)。一旦室内温度达到该预期温度，那么压缩机单元100将停机，等待重新启动。由于在重新启动压缩机单元100的等待时间内对制冷剂的压缩停止，所以室内温度会升高到一个较高的温度，比如27℃(R2)。

在等待时间过去之后，控制单元600对室内温度进行感测，并且确定所感测到的室内温度与预期温度之间的温度差值是否小于预定值，比如1.5℃。由于27℃的室内温度与24℃的预期温度之间的温度差值为3℃，所以超过了1.5℃的预定值。因此，控制单元600将输出控制信号，用于使压缩机单元100在完全运行模式下工作，以便在100％制冷剂压缩能力条件下进行空调运行。响应该完全运行控制信号，压缩机单元100在完全运行模式下以100％的制冷剂压缩能力进行工作，直至室内温度达到所述预期温度。

另一方面，当在等待时间之后所感测到的室内温度与24℃的预期温度之间的温度差值小于1.5℃的预定值时，压缩机单元100在选择运行模式下工作，因此第一压缩机110运行而第二压缩机120保持停机状态。也就是说，压缩机单元100以40％的制冷剂压缩能力运行。参照图6，可以看出在压缩机运行时间为1分30秒之后，在任何重新启动等待时间内所产生的冷负荷的量均小于所述预定值，所以压缩机单元100在该压缩机运行时间之后一直在选择运行模式下工作。

尽管已经出于说明目的公开了本发明的优选实施例，但是本技术领域中的技术人员将会明白，在不脱离所附权利要求中公开的本发明保护范围和技术构思的条件下，可以进行多种变型、添加和替换。例如，尽管已经结合冷却功能对本发明进行了描述，但并非局限于此。也就是说，本发明还可以应用于这种情况，即利用具有冷却和加热双重功能的热泵式空调系统来实现加热功能。在这种情况下，压缩机单元的运行状态通过感测加热负荷并且将所感测到的加热负荷与预定值进行比较而进行控制，其中，所述加热负荷是由在重新启动等待时间内的室内温度下降所造成的。因此，加热负荷可以被快速并且高效地消除。

正如从上述描述中所明白的那样，本发明提供了一种空调系统和用于运行该空调系统的方法，通过计算待冷却房间的温度与预期温度之间的温度差，确定出在重新启动的等待时间内所产生的冷负荷的量，并且基于所确定的冷负荷的量，在完全运行模式或者选择运行模式下运行压缩机单元，从而能够防止不必要的压缩机运行，同时减小室内温度的变化，其中，所述重新启动的等待时间是直至系统中保持停机状态的压缩机单元被重新启动所经过的时间。因此，本发明能够更为稳定地控制室内温度，并且能够改善室内环境的舒适度。

Claims (7)

1、一种空调系统，包括：

空调器，用于形成适合于依次执行压缩、冷凝、膨胀以及蒸发功能的制冷循环，并且通过该制冷循环消除房间内的冷负荷，由此对室内环境进行调节；

控制单元，用于控制压缩机单元的运行状态，以便根据冷负荷改变该压缩机单元的制冷剂压缩能力，其中压缩机单元包括有多个压缩机，各个压缩机均适合于对低温低压的气态制冷剂进行压缩，由此将制冷剂转换到高温高压状态，其中所述控制单元包括：计数单元，用于感测当所述压缩机单元停机时的时间点，并且计算出直至停机后的压缩机单元被重新启动所经过的等待时间；温度感测单元，用于在由计数单元计算出等待时间之后感测房间内的温度；负荷确定单元，用于基于由温度感测单元感测到的室内温度与预先输入的预期温度之间的温度差值，确定出在等待时间内产生的冷负荷；以及压缩机控制单元，用于输出控制信号，来根据由负荷确定单元所感测到的冷负荷，使所述压缩机单元在完全运行模式或者在选择运行模式下工作。

2、如权利要求1中所述的空调系统，其中，所述空调器还包括：

冷凝器，该冷凝器适合于对所述高温高压的气态制冷剂进行冷凝，由此将制冷剂转换成中温高压的液态制冷剂；

膨胀阀，该膨胀阀适合于降低从所述冷凝器中排出的中温高压液态制冷剂的压力，由此将该液态制冷剂转换成低温低压液态制冷剂；以及

蒸发器，该蒸发器适合于蒸发从所述膨胀阀排出的低温低压液态制冷剂，由此将该液态制冷剂转换成低温低压的气态制冷剂。

3、如权利要求2中所述的空调系统，其中，所述空调器还包括换向阀，该换向阀适合于改变制冷剂的循环方向，用以形成制冷剂循环方向与制冷循环相反的加热循环。

4、如权利要求1中所述的空调系统，其中，所述负荷确定单元确定所述温度差值是否大于预定值，并且在确定所述温度差值大于预定值时确定出冷负荷的突然增大量。

5.一种用于运行空调系统的方法，包括下述步骤：

(A)同时运行包括在该空调系统中的多个压缩机，直至要冷却的房间的温度达到预期温度；

(B)当室内温度达到预期温度时，所述压缩机停止运行，并且在等待时间之后感测房间的温度，其中，所述等待时间是直至停机后的压缩机被重新启动所经过的时间；以及

(C)根据在步骤(B)中感测到的室内温度与所述预期温度之间的温度差值，同时或者选择性地运行压缩机。

6、如权利要求5中所述的方法，其中，所述步骤(C)包括下述步骤：

(C-1)计算出在步骤(B)中感测到的室内温度与所述预期温度之间的温度差值；和

(C-2)确定出在步骤(C-1)中计算出的温度差值是否小于预定值，并且基于确定的结果同时或者选择性地运行压缩机。

7、如权利要求6中所述的方法，其中，所述步骤(C-2)包括：

当所述温度差值小于所述预定值时，选择性地运行压缩机，而当所述温度差值不小于所述预定值时，同时运行压缩机。

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