專利名稱：螺桿式制冷系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種螺桿式制冷系統及其控制方法。
背景技術：
螺桿式制冷系統由于其結構簡單，效率高而被廣泛地應用于空調系統中。它是以螺桿壓縮機作為動力源，利用蒸發器和冷凝器作為制冷劑與水或空氣進行熱交換的容器， 通過制冷劑的制冷或制熱循環，使得室內獲得舒適溫度。在螺桿式制冷系統中，一般使用滿液式蒸發器。這種滿液式蒸發器800如圖2所示由外殼13和換熱管11構成，制冷劑12在換熱管11的外側，水在換熱管11內流動，其傳熱溫差小，蒸發溫度較圖1所示制冷劑12在換熱管11內側流動的干式蒸發器80高很多。 但同時，干式蒸發器80因制冷劑12在換熱管11內流動，隨制冷劑12排出壓縮機內部的壓縮機油，可以很快回到壓縮機內部，而滿液式蒸發器800，因制冷劑12在換熱管11外側，流動速度較慢，必須有單獨的回油裝置使壓縮機油能夠回流到螺桿壓縮機。壓縮機油對于螺桿機來說是至關重要的，一方面它起到潤滑和密封作用，另一方面螺桿壓縮機的增載和減載也離不開壓縮機油，同時，如果大量的壓縮機油進入蒸發器和冷凝器，就會在換熱管表面形成油膜，影響熱交換效率，而壓縮機排氣又必然會將壓縮機油帶出，因此運行時必須使壓縮機油盡量多的回流到螺桿壓縮機中以保證系統能夠穩定、高效運行。目前大多數的滿液式螺桿機產品，在運行過程中，通過引射泵或油泵連續不間斷的回油，來保證系統能夠穩定運行。圖3為一種滿液式螺桿機空調機組(現有技術1)的系統圖。在現有技術1中，油分離器3的出油口通過第1過濾器9a與螺桿壓縮機1的入口相連，在螺桿壓縮機1的入口與滿液式蒸發器8之間的管道上安裝有引射器6，油分離器3的制冷劑出口通過電磁閥7b 連接在引射器6的一個接口上，滿液式蒸發器8的回油管通過第3過濾器9c連接在引射器 6的另一個接口上。螺桿壓縮機1內的壓縮機油與被壓縮的制冷劑一起在油分離器3被分離。分離后的高壓制冷劑在冷凝器2冷凝后，在滿液式蒸發器8中蒸發，成氣體制冷劑后進入螺桿壓縮機1后再被壓縮。而分離后的壓縮機油經第1過濾器9a，電磁閥7a返回到螺桿壓縮機中。在打開電磁閥7b時，高壓制冷劑氣體引射滿液式蒸發器8中的壓縮機油(停機時，電磁閥動作，使閥門關閉)，使其回到螺桿壓縮機1中。這種回油辦法目前為大多數螺桿機廠商所應用。但是該方法使用高壓制冷劑氣體引射系統中的壓縮機油，勢必減少參與制冷循環的制冷劑，從而降低制冷、制熱量。同時，連續不斷的回油動作，使得蒸發器8內尚未參與換熱的制冷劑也經回油系統回到了螺桿壓縮機1。通過大量的實驗表明，以上損失可以占到機組制冷量的5%左右，從而影響到螺桿機組的效率。圖4為另一種滿液式螺桿機制冷系統(現有技術2)的示意圖。在現有技術2中， 如圖所示，螺桿壓縮機1的出口與油分離器3的進口連接，油分離器3的出口與冷凝器2的進口連接，所述油分離器3的回油路分為兩路，一路通過電磁閥7與螺桿壓縮機1的進口連接，另一路通過引射器6與螺桿壓縮機1的進口連接，蒸發器8的回油口通過電磁閥7與引射器6相連接。相比于現有技術1，現有技術2是以利用油分離器3分離出來的高壓油作為引射動力，由專用引射器6引射殼管(滿液)式蒸發器8內的壓縮機油使系統回油。但現有技術 2中，回油系統中利用了 3個電磁閥和一個引射器對系統回油進行控制，結構過于復雜。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種結構簡單且便于控制的螺桿式制冷系統及其控制方法。技術方案1 一種螺桿式制冷系統，包括螺桿式壓縮機，冷凝器，蒸發器，電子膨脹閥，油分離器，第1電磁閥，第2電磁閥，引射器，螺桿式壓縮機的出口通過第1管道與油分離器的入口相連接，油分離器的制冷劑出口通過第2管道與冷凝器的入口相連接，冷凝器的出口通過第3管道與蒸發器的入口相連接，蒸發器的出口與螺桿式壓縮機的入口通過第 4管道相連接，電子膨脹閥設置在第3管道中，引射器設置在第4管道，其高壓端口通過第5 管道與油分離器的回油口相連接，低壓端口通過第6管道與蒸發器的回油口相連接，第1電磁閥和第2電磁閥分別設置在第5管道和第6管道中。由上可知，制冷劑在螺桿式壓縮機中被壓縮為高溫高壓的氣體后通過第1管道傳輸至油分離器，在傳輸過程中，壓縮機中的壓縮機油也會隨制冷劑一起流動，而進入油分離器，在油分離器中制冷劑和壓縮機油被分離。制冷劑通過第2管道傳輸至冷凝器，而高壓的壓縮機油則在第1電磁閥打開時通過第5管道由引射器的高壓端口進入到螺桿式壓縮機中。此時，如果第2電磁閥處于打開狀態時，在高壓的壓縮機油的引射作用下，流入蒸發器中的壓縮機油被引射到螺桿式壓縮機中。由于利用高壓的壓縮機油直接引射蒸發器中的壓縮機油，與現有技術中利用制冷劑進行引射相比，不僅結構簡單還不會降低系統的制冷或制熱效率。技術方案2 根據技術方案1所述的一種螺桿式制冷系統，在第5管道和第6管道中還分別安裝有第1過濾器和第2過濾器。由于在第5管道和第6管道中分別安裝有第1過濾器和第2過濾器，因此，混入壓縮機油的雜質在返回螺桿式壓縮機前被去除。技術方案3 根據技術方案1和2所述的一種螺桿式制冷系統，在第3管道中安裝有干燥過濾器。由于在第3管道中安裝了干燥過濾器，可以在制冷劑進入蒸發器之前，有效地過濾雜質，吸收制冷劑中的水分，以確保管道暢通和制冷系統正常工作。技術方案4 根據技術方案1和2所述的一種螺桿式制冷系統，所述螺桿式壓縮機為半封閉式螺桿壓縮機。半封閉式螺桿壓縮機具有運行效率高、高壓縮比、振動小、噪音低、使用壽命長等優點。因此，除技術方案1和2的效果之外，通過使用半封閉式螺桿壓縮機，還可使螺桿式制冷系統具有運行效率高、使用壽命長等特點。技術方案5 根據技術方案1和2所述的一種螺桿式制冷系統，所述蒸發器為滿液式蒸發器。由于滿液式蒸發器的制冷劑在管外側，蒸發管表面為液體潤濕，表面傳熱系數大， 換熱效率高，因此可在利用其換熱效率高的同時，將其中流動較慢的壓縮機油引射到螺桿式壓縮機中。技術方案6 根據技術方案1和2所述的一種螺桿式制冷系統，所述螺桿式制冷系統為空調機組。由于此螺桿式制冷系統為空調機組，可得到結構簡單且能高效回油的空調機組。技術方案7 —種螺桿式制冷系統的控制方法，該螺桿式制冷系統包括螺桿式壓縮機，冷凝器，蒸發器，電子膨脹閥，油分離器，第1電磁閥，第2電磁閥，引射器，螺桿式壓縮機的出口通過第1管道與油分離器的入口相連接，油分離器的制冷劑出口通過第2管道與冷凝器的入口相連接，冷凝器的出口通過第3管道與蒸發器的入口相連接，蒸發器的出口與螺桿式壓縮機的入口通過第4管道相連接，電子膨脹閥設置在第3管道中，引射器設置在第4管道，其高壓端口通過第5管道與油分離器的回油口相連接，低壓端口通過第6管道與蒸發器的回油口相連接，第1電磁閥和第2電磁閥分別設置在第5管道和第6管道中，所述螺桿式制冷系統在啟動階段，打開第1電磁閥與第2電磁閥；所述螺桿式制冷系統在運行階段，當螺桿式壓縮機低于100%負荷運行，或螺桿式壓縮機在100%負荷運行但吸排氣壓差低于0. 45MPa，或內部缺油時，維持第1電磁閥和第2電磁閥的打開狀態；當螺桿式壓縮機運行到100%負荷，并且吸排氣壓差在0. 45MPa以上，內部不缺油時，關閉第2電磁閥；所述螺桿式制冷系統在停止階段，關閉第1電磁閥與第2電磁閥。由于通過控制第1電磁閥和第2電磁閥的開閉，可在螺桿式壓縮機處于100%負荷，且內部不缺油、吸排氣壓力差為0. 45MPa以上時，關閉第2電磁閥，不引射蒸發器中的壓縮機油，防止了因回油對制冷能力造成影響。
圖1為干式蒸發器示意圖；圖2為滿液式蒸發器示意圖；圖3為現有技術1的系統示意圖；圖4為現有技術2的系統示意圖；圖5為本發明的螺桿式制冷系統示意圖。附圖符號說明1-螺桿壓縮機；2-冷凝器；3-油分離器；4-干燥過濾器；5-電子膨脹閥；6_引射器；7a-第1電磁閥；7b-第2電磁閥；8-滿液式蒸發器；9a_第1過濾器；9b_第2過濾器； 9c-第3過濾器；11-換熱管；12-制冷劑；13-外殼；10-第1管道；20-第2管道；30-第3 管道；40-第4管道；50第5管道；60-第6管道。
具體實施例方式下面根據具體的實施方式來論述本發明的螺桿式制冷系統及其控制方法。圖5為本發明的螺桿式制冷系統示意圖。如圖所示，螺桿式制冷系統，包括螺桿式壓縮機1，冷凝器2，滿液式蒸發器8，電子膨脹閥5，油分離器3，第1電磁閥7a，第2電磁閥7b。螺桿式壓縮機1的出口通過第1管道10與油分離器3的入口相連接，油分離器3的制冷劑12出口通過第2管道20與冷凝器2的入口相連接，冷凝器2的出口通過第3管道30 與滿液式蒸發器8的入口相連接，在該第3管道30中安裝有電子膨脹閥5和干燥過濾器 4，油分離器3的回油口通過第5管道50與引射器6的高壓端口相連接，在第5管道50中安裝有第1電磁閥7a與第1過濾器9a，滿液式蒸發器8的回油口通過第6管道60與引射器6的低壓端口相連接，在第6管道60中安裝有第2電磁閥7b與第2過濾器％。螺桿式壓縮機1運行時需經歷以下四個循環過程1、吸氣過程；2、封閉及輸送過程；3、壓縮及噴油過程；4、排氣過程。其中在第3個過程及壓縮及噴油過程中，螺桿壓縮機1在將制冷劑12壓縮為高溫高壓氣體時，壓縮機油也會因壓力差的作用而噴入壓縮室內與壓縮室內的高溫氣體混合， 然后進入循環管道，即第1及第4管道。通過噴油過程，使流出螺桿壓縮機油回油到螺桿壓縮機1中。本實施例中的回油系統由第5管道50，第6管道60，引射器6，第1電磁閥7a，第 2電磁閥7b，第1過濾器9a，第2過濾器9b構成。第1過濾器9a安裝于第5管道50中所述油分離器3的回油口與第1電磁閥7a之間，第2過濾器9b安裝于第6管道60中滿液式蒸發器8的回油口與第2電磁閥7b之間，用于消除回油時在管道中流動的壓縮機油中的雜質，以保證第2電磁閥7b及引射器6的正常使用。干燥過濾器4安裝于第3管道30中冷凝器2的出口與電子膨脹閥5之間。在此安裝干燥過濾器4可以有效地過濾混入制冷劑中的水分和雜質，以確保管道暢通和制冷系統正常工作；干燥過濾器4還可以用來收集制冷系統和壓縮機油中的固體雜質，防止系統和管道以及電子膨脹閥5堵塞，確保管路系統暢通。本實施例中所用的滿液式蒸發器8如圖2所示由于換熱管11浸沒在液態的制冷劑12中，吸熱蒸發后的氣液混合物中仍含有大量液體，故從滿液式蒸發器8內逸出的濕蒸氣經氣液分離后再回入螺桿壓縮機1。滿液式蒸發器8由于制冷劑12在換熱管11外側，蒸發管表面為液體潤濕，表面傳熱系數大，換熱效率高。由上可知，在螺桿式壓縮機1的壓縮作用下，制冷劑被壓縮為高溫高壓的氣體，通過第1管道10傳輸至油分離器3，在傳輸過程中，螺桿式壓縮機1中的壓縮機油也會隨制冷劑12 —起流向油分離器3。制冷劑12和壓縮機油在油分離器3中被分離，分離出的制冷劑通過第2管道20傳輸至冷凝器2，而壓縮機油則由第5管道50進入第1過濾器9a，經第1過濾器9a過濾后在第1電磁閥7a打開時進入引射器6回到螺桿壓縮機1中。在進行此回油過程的同時，制冷劑12經冷凝器2冷凝后成為低溫高壓的液體通過第3管道30進入干燥過濾器4由干燥過濾器4可將制冷劑12中夾雜的水分和雜質過濾。由于干燥過濾器4不能過濾壓縮機油，所以部分在油分離器3中未得到分離的壓縮機油仍然會隨制冷劑繼續通過電子膨脹閥5進入滿液式蒸發器8，低溫高壓的制冷劑在滿液式蒸發器8中蒸發為氣態，在此過程中與換熱管內的水發生熱交換從中吸收熱量，達到制冷的目的。滿液式蒸發器8中的壓縮機油可通過第6管道60經第2過濾器9b后，在第2電磁閥7b打開時進入引射器6，在來自第5管道的高壓壓縮機油的引射作用下，經由第4管道40回到螺桿式壓縮機 1，從而進入下一循環。在整個制冷系統運行的過程中，通過分別控制第1電磁閥7a和第2電磁閥7b來控制所述制冷系統的回油。所述制冷系統的控制包括啟動階段、運行階段和停止階段三個階段。在此三個階段中，第1電磁閥7a和第2電磁閥7b的控制方法如下所述螺桿式制冷系統在啟動階段，螺桿式壓縮機1處于壓縮及噴油過程時，打開第1電磁閥7a與第2電磁閥7b，使油分離器3中分離出來的高壓壓縮機油進入螺桿式壓縮機1，并由此引射滿液式蒸發器8中的壓縮機油使其進入螺桿式壓縮機1 ；所述螺桿式制冷系統在運行階段時，根據螺桿式壓縮機1的負荷，吸排氣壓差及螺桿式壓縮機1內部是否缺油，決定第2電磁閥7b是打開還是關閉。即，當螺桿式壓縮機 1不在100%負荷運行，或螺桿式壓縮機1在100%負荷運行但吸排氣壓差低于0. 45MPa,或內部缺油時，維持第1電磁閥7a和第2電磁閥7b的打開狀態；當螺桿式壓縮機1運行到 100%負荷，并且吸排氣壓差在0. 45MPa以上，內部不缺油時，維持第1電磁閥7a的打開狀態而關閉第2電磁閥7b ；所述螺桿式制冷系統在停止階段，關閉第1電磁閥7a與第2電磁閥7b。由于在本實施例所述的螺桿式壓縮機制冷系統的啟動階段，第1電磁閥7a和第2 電磁閥7b均處于打開狀態，油分離器3中和滿液式蒸發器8內的壓縮機油分別經由第5管道50和第6管道60迅速回流至螺桿式壓縮機1內，保證螺桿式壓縮機1內有充足的壓縮機油用來啟動螺桿式壓縮機1和壓縮制冷劑。當螺桿式壓縮機1運行至100%負荷并且螺桿式壓縮機1指示不缺油、吸氣和排氣的氣壓差在0. 45MPa以上時，第1電磁閥7a繼續打開， 將油分離器3中的壓縮機油通過引射器6的一端口回流至螺桿式壓縮機1內；而此時關閉第2電磁閥7b，防止滿液式蒸發器8中的壓縮機油通過引射器6回流至螺桿式壓縮機1內， 因此可以有效地減少滿液式蒸發器8內的制冷劑在未完全蒸發時就通過第6管道回流到螺桿式壓縮機1中，影響制冷能力。若在運行過程中，螺桿式壓縮機1沒有100%負荷運行或螺桿式壓縮機在100%負荷運行但吸排氣壓差低于0. 45MPa，或內部缺油時，維持第1電磁閥7a和第2電磁閥7b的打開狀態，使油分離器3中的壓縮機油通過引射器6回流至螺桿式壓縮機1內，并引射滿液式蒸發器8中的壓縮機油使其迅速回流到螺桿式壓縮機1內，以保證螺桿式壓縮機1內有足夠的壓縮機油。當該制冷回路機組停止運行時，第1電磁閥7a 和第2電磁閥7b均處于關閉狀態，防止螺桿式壓縮機1內的壓縮機油向外流動。由上可知本發明的螺桿式制冷系統中僅設有第1電磁閥7a和第2電磁閥7b用于對回油進行控制，不僅結構簡單，便于控制，還不會影響螺桿式壓縮機1在100%負荷時的運行。因此，本實施例所述的螺桿式制冷系統可廣泛用于空調機組中。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種螺桿式制冷系統，包括螺桿式壓縮機，冷凝器，蒸發器，電子膨脹閥，油分離器， 第1電磁閥，第2電磁閥，引射器，螺桿式壓縮機的出口通過第1管道與油分離器的入口相連接，油分離器的制冷劑12出口通過第2管道與冷凝器的入口相連接，冷凝器的出口通過第3管道與蒸發器的入口相連接，蒸發器的出口與螺桿式壓縮機的入口通過第4管道相連接，電子膨脹閥設置在第3管道中，其特征在于，引射器設置在第4管道，其高壓端口通過第 5管道與油分離器的回油口相連接，低壓端口通過第6管道與蒸發器的回油口相連接，第1 電磁閥和第2電磁閥分別設置在第5管道和第6管道中。
2.根據權利要求1所述的一種螺桿式制冷系統，其特征在于，在第5管道和第6管道中還分別安裝有第1過濾器和第2過濾器。
3.根據權利要求1或2所述的一種螺桿式制冷系統，其特征在于，在第3管道中安裝有干燥過濾器。
4.根據權利要求1或2所述的一種螺桿式制冷系統，其特征在于，所述螺桿式壓縮機為半封閉式螺桿壓縮機。
5.根據權利要求1或2所述的一種螺桿式制冷系統，其特征在于，所述蒸發器為滿液式蒸發器。
6.根據權利要求1或2所述的一種螺桿式制冷系統，其特征在于，所述螺桿式制冷系統為空調機組。
7.一種螺桿式制冷系統的控制方法，該螺桿式制冷系統包括螺桿式壓縮機，冷凝器，蒸發器，電子膨脹閥，油分離器，第1電磁閥，第2電磁閥，引射器，螺桿式壓縮機的出口通過第 1管道與油分離器的入口相連接，油分離器的制冷劑出口通過第2管道與冷凝器的入口相連接，冷凝器的出口通過第3管道與蒸發器的入口相連接，蒸發器的出口與螺桿式壓縮機的入口通過第4管道相連接，電子膨脹閥設置在第3管道中，引射器設置在第4管道，其高壓端口通過第5管道與油分離器的回油口相連接，低壓端口通過第6管道與蒸發器的回油口相連接，第1電磁閥和第2電磁閥分別設置在第5管道和第6管道中，其特征在于，所述螺桿式制冷系統在啟動階段，打開第1電磁閥與第2電磁閥；所述螺桿式制冷系統在運行階段，當螺桿式壓縮機低于100%負荷運行，或螺桿式壓縮機在100%負荷運行但吸排氣壓差低于0. 45MPa，或內部缺油時，維持第1電磁閥和第2電磁閥的打開狀態；當螺桿式壓縮機運行到100%負荷，并且吸排氣壓差在0. 45MPa以上，內部不缺油時，關閉第2電磁閥；所述螺桿式制冷系統在停止階段，關閉第1電磁閥與第2電磁閥。
全文摘要
一種螺桿式制冷系統，包括螺桿式壓縮機，冷凝器，蒸發器，電子膨脹閥，油分離器，第1電磁閥，第2電磁閥，引射器，螺桿式壓縮機的出口通過第1管道與油分離器的入口相連接，油分離器的制冷劑出口通過第2管道與冷凝器的入口相連接，冷凝器的出口通過第3管道與蒸發器的入口相連接，蒸發器的出口與螺桿式壓縮機的入口通過第4管道相連接，電子膨脹閥設置在第3管道中，其特征在于，引射器設置在第4管道，其高壓端口通過第5管道與油分離器的回油口相連接，低壓端口通過第6管道與蒸發器的回油口相連接，第1電磁閥和第2電磁閥分別設置在第5管道和第6管道中。
文檔編號F25B49/02GK102466376SQ20101055395
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者國德防, 孟慶超, 尹葉俐, 徐峰, 祝建軍, 趙雷, 隋杰磊 申請人:海爾集團公司, 青島海爾空調電子有限公司