[发明专利]一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法

说明书

本发明公开了一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法，包括连接在制冷循环管路中的带可变内容积比控制的变频压缩机、蒸发式冷凝器、空调水侧换热器、翅片式换热器、第一节流阀、第二节流阀、储液器、电磁阀、第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第一单向阀、第二单向阀、四通阀、吸气压力(Ps)传感器、排气压力(Pd)传感器、出水温度(Two)传感器、进水温度(Twi)传感器、干燥过滤器、控制器、变频器等部件；本发明通过变频变内容积比压缩机的设置，提高了蒸发冷空气源热泵在部分负荷下压缩机的运行效率，同时通过采用蒸发式冷凝技术，有效将冷凝温度降低，与常规空调主机相比，节能优势明显，且系统流程简单，可靠性高。

技术领域

本发明涉及空调及工业冷却技术领域，尤其是一种采用变频变内容积比压缩机的蒸发冷空气源热泵及控制方法。

背景技术

目前市场上的蒸发冷空气源热泵机组普遍采用定频螺杆压缩机，但空调系统99%时间是在部分负荷状态下运行的。蒸发冷空气源热泵机组处于部分负荷状态时，定频螺杆压缩机通常通过改变容调滑阀的位置来进行有限的输气量调节，螺杆转子与容调滑阀的间隙较大；同时，在低负荷下运行时螺杆压缩机有效密封齿数减少，无效压缩的功耗增加，从而导致压缩机的等熵效率和容积效率降低，运行效率较低。

常规定频压缩机启动电流大，故对电网的冲击较大，尤其在负荷70%以下运行时变频电机效率较低，故综合部分负荷制冷能效较低。

常规螺杆压缩机的内容积比是不可调整的，假设忽略螺杆压缩机内部低压侧和高压侧的气流阻力，压缩过程的内容积比(Vi）与压缩机的压缩比(Pr)之间则存在以下理论计算模型：

Pr =Vin

Pr =Pdp/Ps

Vi=Vs / Vdp

Pdp: 压缩结束开始排气时压缩腔压力

Ps: 压缩机吸气压力（即系统低压）

Vs :吸气结束开始压缩时压缩腔容积

Vdp :压缩结束开始排气时压缩腔容积

n: 多变指数，与制冷剂有关，为常数

由上述公式可知，在吸气压力(Ps)和内容积比(Vi)固定情况下，当压缩机完成压缩过程，压缩腔与排气口连通而开始排气时：

1.若压缩腔压力Pdp大于排气压力（即系统高压，Pd），压缩腔内高压气体将突然膨胀至Pd，产生过压缩现象，浪费了多余压缩功，

2.若压缩腔压力Pdp小于排气压力Pd，压缩腔内气体瞬间被强制等容压缩至Pd后排至排气口，将产生欠压缩现象，与从Ps正常压缩至Pd的气体压缩过程相比，压缩功耗同样也需增加。

由上述分析可知，压缩结束开始排气时若压缩腔压力Pdp与排气压力Pd完全相同，则既无过压缩现象也无欠压缩现象，压缩效率最高，此时压缩机的压缩比(Pdp/Ps)与系统高低压比(Pd/Ps)相等。

蒸发冷空气源热泵运行时夏季制冷模式时采用蒸发冷凝方式对冷媒蒸气进行冷却，冷凝效果好，冷凝温度低，一般冷凝温度为36~38℃；冬季制热模式时利用空调水对冷媒蒸气进行冷却，同时把热量传递给空调水，由于空调水水温为45℃左右，因此蒸发冷空气源热泵制热冷凝温度为50-52℃左右，二种模式对应的压缩比差异较大：

同时受冷凝侧的室外气温或空调水温、蒸发侧的冷冻水温与空气温度、空调负荷、压缩机容量等运行条件的影响，蒸发冷空气源热泵运行时蒸发压力、冷凝压力变化很大，系统高低比(Pd//Ps)实际上是在很大范围内变化的，故所需的最佳压缩比及对应的目标内容积比也需同步进行调整。