КОНДИЦИОНЕР ВОЗДУХА Российский патент 2022 года по МПК F25B1/00 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к кондиционеру воздуха.

Уровень техники

[0002] НС (hydrocarbon - углеводородный) хладагент известен как хладагент с низким потенциалом глобального потепления (Global Warming Potential - GWP). PTL1 1 (публикация патента Японии № 11-230626) описывает устройство цикла охлаждения, которое использует смесь хладагентов, которая включает НС хладагент. PTL 1 описывает, что при использовании упомянутой смеси хладагентов в упомянутом устройстве цикла охлаждения, чтобы предотвратить чрезмерное повышение температуры нагнетания компрессора, осуществляется регулирование степени открытия расширительного клапана таким образом, чтобы температура нагнетания была меньше или равна заданной температуре.

Перечень ссылок

Патентный документ

[0003] PTL 1: Публикация патента Японии № 11-230626

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0004] Однако, как описано в PTL 1, при использовании упомянутого НС хладагента в упомянутом устройстве цикла охлаждения и регулировании температуры нагнетания так, чтобы она была меньше или равна заданной температуре, величина перегрева на нагнетании компрессора может становиться чрезмерно большой, а температура всасывания и величина перегрева на всасывании компрессора могут становиться чрезмерно малыми. В результате при использовании НС хладагента коэффициент энергетической эффективности (Coefficient of Performance - COP) может стать ниже, чем при использовании гидрофторуглеродного (hydrofluorocarbon - HFC) хладагента, такого как R32.

[0005] Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание кондиционера воздуха, в котором можно использовать в качестве хладагента НС хладагент с низким потенциалом глобального потепления и который способен обеспечить более высокий COP, чем при использовании R32.

Решение проблемы

[0006] Кондиционер воздуха настоящего изобретения включает: контур хладагента, содержащий компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель, и выполненный с возможностью циркуляции хладагента; первый датчик, выполненный с возможностью измерения температуры всасывания хладагента, всасываемого в компрессор; и второй датчик, выполненный с возможностью измерения температуры наружного воздуха. Хладагент включает по меньшей мере один из R290 и R1270. В режиме обогрева, когда величина, полученная посредством вычитания температуры наружного воздуха из температуры всасывания, меньше (-2,0°С), степень открытия расширительного клапана уменьшенная; а когда упомянутая величина больше (+0,6°С), степень открытия расширительного клапана увеличенная.

Полезные эффекты изобретения

[0007] В соответствии с настоящим изобретением, в качестве хладагента может быть использован НС хладагент с низким потенциалом глобального потепления, и при использовании НС хладагента может быть достигнут более высокий СОР, чем при использовании R32.

Краткое описание чертежей

[0008] фиг. 1 представляет собой схему, показывающую конфигурацию кондиционера воздуха в соответствии с первым вариантом осуществления;

фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую устройство 60 управления и элементы, соединенные с устройством 60 управления;

фиг. 3 представляет собой схему, показывающую перемещение хладагента в контуре 70 хладагента в режиме охлаждения;

фиг. 4 представляет собой схему, показывающую перемещение хладагента в контуре 70 хладагента в режиме обогрева;

фиг. 5 представляет собой график, показывающий зависимость между величиной SHs перегрева на всасывании и теоретическим СОР;

фиг. 6 представляет собой график, показывающий зависимость между температурой ТО наружного воздуха и нормализованным СОР;

фиг. 7(а)-7(с) представляют собой графики, показывающие зависимость между температурой TS всасывания и нормализованным СОР для R290 и R32;

фиг. 8 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую способ управления кондиционером воздуха в режиме обогрева в соответствии с первым вариантом осуществления;

фиг. 9 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую способ управления кондиционером воздуха в режиме обогрева в соответствии со вторым вариантом осуществления;

фиг. 10(а)-10(с) представляют собой графики, показывающие зависимость между величиной SHd перегрева на нагнетании и нормализованным СОР для R290 и R32;

фиг. 11 представляет собой график, показывающий диапазон изменения величины SHd перегрева на нагнетании, в котором СОР хладагента R290 выше, чем СОР хладагента R32, и эффект обратного потока жидкости в компрессоре 1 отсутствует; и

фиг. 12 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую способ управления кондиционером воздуха в режиме обогрева в соответствии с третьим вариантом осуществления.

Описание вариантов осуществления

[0009] Ниже будут описаны варианты осуществления со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления

фиг. 1 представляет собой схему, показывающую конфигурацию кондиционера воздуха в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0010] Как показано на фиг. 1, кондиционер воздуха включает в себя наружный блок 50 и внутренний блок 51.

Наружный блок 50 включает в себя компрессор 1, четырехходовой клапан 2, наружный теплообменник 3, расширительный клапан 4, наружный вентилятор 6, датчик 11 температуры наружного воздуха, датчик 23 температуры нагнетания, датчик 24 давления нагнетания, датчик 22 давления всасывания, датчик 21 температуры всасывания, датчик 35 температуры наружного теплообменника и контроллер 60.

[0011] Компрессор 1 всасывает хладагент, сжимает всасываемый хладагент и затем выпускает сжатый хладагент.

В режиме охлаждения наружный теплообменник 3 функционирует как конденсатор. В режиме обогрева наружный теплообменник 3 функционирует как испаритель.

[0012] Расширительный клапан 4 расширяет хладагент. Расширительный клапан 4 представляет собой электронный расширительный клапан и выполнен с возможностью ступенчатого изменения степени открытия (площади открытия) от нуля (полного закрытия) до полного открытия.

[0013] Наружный вентилятор 6 подает наружный воздух (атмосферный воздух) к наружному теплообменнику 3.

Датчик 11 температуры наружного воздуха установлен на стороне всасывания воздуха наружного теплообменника 3 на расстоянии в несколько сантиметров от корпуса наружного блока 50. Датчик 11 температуры наружного воздуха измеряет температуру ТО наружного воздуха.

[0014] Датчик 23 температуры нагнетания измеряет температуру TD нагнетания хладагента, выпускаемого из компрессора 1 (в дальнейшем называемую температурой нагнетания компрессора 1).

[0015] Датчик 24 давления нагнетания измеряет давление Pd нагнетания хладагента, выпускаемого из компрессора 1 (в дальнейшем называемое давлением нагнетания компрессора 1). Данное давление представляет собой максимальное давление хладагента в контуре 70 хладагента.

[0016] Датчик 22 давления всасывания измеряет давление PS всасывания хладагента, всасываемого в компрессор 1 (в дальнейшем называемое давлением всасывания компрессора 1). Данное давление представляет собой минимальное давление хладагента в контуре 70 хладагента.

[0017] Датчик 21 температуры всасывания измеряет температуру TS всасывания хладагента, всасываемого в компрессор 1 (в дальнейшем называемую температурой всасывания компрессора 1).

[0018] В режиме обогрева датчик 35 температуры наружного теплообменника измеряет температуру ТЕ испарения хладагента в наружном теплообменнике 3. В режиме охлаждения датчик 35 температуры наружного теплообменника изменяет температуру TC конденсации хладагента в наружном теплообменнике 3.

[0019] Внутренний блок 51 включает в себя внутренний теплообменник 5, датчик 25 температуры внутреннего теплообменника и внутренний вентилятор 7.

В режиме охлаждения внутренний теплообменник 5 функционирует как испаритель. В режиме обогрева внутренний теплообменник 5 функционирует как конденсатор.

[0020] Внутренний вентилятор 7 подает внутренний воздух к внутреннему теплообменнику 5.

В режиме обогрева датчик 25 температуры внутреннего теплообменника измеряет температуру ТС конденсации хладагента во внутреннем теплообменнике 5. В режиме охлаждения датчик 25 температуры внутреннего теплообменника измеряет температуру TE испарения хладагента во внутреннем теплообменнике 5.

[0021] Контур 70 хладагента включает в себя компрессор 1, четырехходовой клапан 2, наружный теплообменник 3, расширительный клапан 4 и внутренний теплообменник 5.

[0022] Четырехходовой клапан 2 представляет собой клапан с четырьмя отверстиями а, b, с и d.

Отверстие а соединено с выпускным отверстием компрессора 1 через трубопровод Р1. Отверстие b соединено с наружным теплообменником 3 через трубопровод Р2. Отверстие с соединено с всасывающим отверстием компрессора 1 через трубопровод Р3. Отверстие d соединено с внутренним теплообменником 5 через трубопровод Р4. Расширительный клапан 4 соединен с внутренним теплообменником 5 через трубопровод Р5. Расширительный клапан 4 соединен с наружным теплообменником 3 через трубопровод Р6.

[0023] фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую контроллер 60 и элементы, соединенные с контроллером 60.

Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемую температуру наружного воздуха, из датчика 11 температуры наружного воздуха. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемую температуру нагнетания, из датчика 23 температуры нагнетания. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемое давление нагнетания, из датчика 24 давления нагнетания. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемое давление всасывания, из датчика 22 давления всасывания. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемую температуру всасывания, из датчика 21 температуры всасывания. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемую температуру внутреннего теплообменника 5, из датчика 25 температуры внутреннего теплообменника. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемую температуру наружного теплообменника 3, из датчика 35 температуры наружного теплообменника.

[0024] Контроллер 60 передает сигнал в четырехходовой клапан 2 для осуществления его переключения. Контроллер 60 передает сигнал в компрессор 1 для осуществления включения или выключения или регулирования скорости его вращения. Контроллер 60 передает сигнал в наружный вентилятор 6 для осуществления его включения или выключения. Контроллер 60 передает сигнал во внутренний вентилятор 7 для осуществления его включения или выключения. Контроллер 60 передает сигнал в расширительный клапан 4 для регулирования степени его открытия.

[0025] Контроллер 60 выполнен посредством электрической схемы обработки данных. Если упомянутая электрическая схема обработки данных представляет собой специально выделенные аппаратные средства, то электрической схемой обработки данных может быть, например, одиночная электрическая схема, составная электрическая схема, программируемый процессор, специализированная интегральная схема (Application Specific Integrated Circuit - ASIC), программируемая пользователем вентильная матрица (Field Programmable Gate Array - FPGA) или их комбинация. Если упомянутая электрическая схема обработки данных представляет собой центральный процессор, то функция контроллера 60 реализуется посредством программного обеспечения, аппаратно-программного обеспечения или комбинации программного и аппаратно-программного обеспечения. Программное и аппаратно-программное обеспечение записаны в виде программ и хранятся в памяти. Упомянутая электрическая схема обработки данных реализует функцию контроллера 60 посредством выполнения программы, хранящейся в памяти. В данном изобретении упомянутая память может представлять собой энергонезависимое или энергозависимое полупроводниковое запоминающее устройство, такое как запоминающее устройство с произвольной выборкой (Random Access Memory - RAM), постоянное запоминающее устройство (Read Only Memory - ROM), флэш-память, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (Erasable Programmable Read-Only Memory - EPROM) или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory - EEPROM), или магнитный диск, гибкий диск, оптический диск, компакт-диск, мини-диск, DVD или тому подобное. Часть каждой функции контроллера 60 может быть реализована посредством специально выделенных аппаратных средств, а ее другая часть может быть реализована посредством программного или аппаратно-программного обеспечения.

[0026] Сначала будет описана работа контура 70 хладагента в режиме охлаждения.

фиг. 3 представляет собой схему, показывающую перемещение хладагента в контуре 70 хладагента в режиме охлаждения.

[0027] В режиме охлаждения контроллер 60 переключает четырехходовой клапан 2 контура 70 хладагента в первое положение. В упомянутом первом положении отверстие а и отверстие b четырехходового клапана 2 сообщаются друг с другом, и отверстие с и отверстие d четырехходового клапана 2 сообщаются друг с другом. При этом хладагент, выпускаемый из внутреннего теплообменника 5, перемещается в компрессор 1, а хладагент, выпускаемый из компрессора 1, перемещается в наружный теплообменник 3. Контроллер 60 устанавливает количество циклов в минуту компрессора 1 и степень открытия расширительного клапана 4 равными значениям, пригодным для режима охлаждения, и включает компрессор 1. При этом контур 70 хладагента работает следующим образом.

[0028] Хладагент подвергается сжатию в компрессоре 1, превращаясь в парообразный хладагент с высокой температурой и высоким давлением, который проходит через четырехходовой клапан 2 и попадает в наружный теплообменник 3. В режиме охлаждения наружный теплообменник 3 функционирует как конденсатор, который охлаждает высокотемпературный парообразный хладагент высокого давления. Высокотемпературный парообразный хладагент высокого давления отдает тепло наружному воздуху, подаваемому наружным вентилятором 6 к наружному теплообменнику 3, и таким образом подвергается конденсации, превращаясь в жидкий хладагент высокого давления.

[0029] Затем жидкий хладагент высокого давления проходит через расширительный клапан 4, где в результате снижения давления подвергается расширению, превращаясь в низкотемпературный двухфазный газо-жидкостный хладагент низкого давления, и перемещается во внутренний теплообменник 5. В режиме охлаждения внутренний теплообменник 5 функционирует как испаритель, который поглощает тепло из расширенного хладагента низкого давления. Низкотемпературный двухфазный газо-жидкостный хладагент низкого давления поглощает тепло из воздуха помещения, подаваемого внутренним вентилятором 7 к внутреннему теплообменнику 5, и таким образом подвергается испарению, превращаясь в парообразный хладагент низкого давления. Затем парообразный хладагент низкого давления всасывается в компрессор 1 через четырехходовой клапан 2.

[0030] Таким образом, хладагент циркулирует в контуре 70 хладагента через компрессор 1, наружный теплообменник 3, расширительный клапан 4 и внутренний теплообменник 5 в указанном порядке.

[0031] Ниже будет описана работа контура 70 хладагента в режиме обогрева.

фиг. 4 представляет собой схему, показывающую перемещение хладагента в контуре 70 хладагента в режиме обогрева.

[0032] В режиме обогрева контроллер 60 переключает четырехходовой клапан 2 контура 70 хладагента во второе положение. В упомянутом втором положении отверстие а и отверстие d четырехходового клапана 2 сообщаются друг с другом, и отверстие b и отверстие c четырехходового клапана 2 сообщаются друг с другом. Когда четырехходовой клапан 2 переключен во второе положение, хладагент, выпускаемый из наружного теплообменника 3, перемещается в компрессор 1, а хладагент, выпускаемый из компрессора 1, перемещается во внутренний теплообменник 5.

[0033] Контроллер 60 устанавливает количество циклов в минуту компрессора 1 и степень открытия расширительного клапана 4 равным значениям, пригодным для режима обогрева, и включает компрессор 1. При этом контур 70 хладагента работает следующим образом.

[0034] Хладагент подвергается сжатию в компрессоре 1, превращаясь в парообразный хладагент с высокой температурой и высоким давлением, который проходит через четырехходовой клапан 2 и попадает во внутренний теплообменник 5. В режиме обогрева внутренний теплообменник 5 функционирует как конденсатор, который охлаждает высокотемпературный парообразный хладагент высокого давления. Высокотемпературный парообразный хладагент высокого давления отдает тепло воздуху помещения, подаваемому внутренним вентилятором 7 к внутреннему теплообменнику 5, и таким образом подвергается конденсации, превращаясь в жидкий хладагент высокого давления.

[0035] Затем жидкий хладагент высокого давления проходит через расширительный клапан 4, где в результате снижения давления подвергается расширению, превращаясь в низкотемпературный двухфазный газо-жидкостный хладагент низкого давления, и перемещается в наружный теплообменник 3. В режиме обогрева наружный теплообменник 3 функционирует как испаритель, который поглощает тепло из расширенного хладагента низкого давления. Низкотемпературный двухфазный газо-жидкостный хладагент низкого давления поглощает тепло из наружного воздуха, подаваемого наружным вентилятором 6 к наружному теплообменнику 3, и таким образом подвергается испарению, превращаясь в парообразный хладагент низкого давления. Затем парообразный хладагент низкого давления всасывается в компрессор 1 через четырехходовой клапан 2.

[0036] Таким образом, хладагент циркулирует в контуре 70 хладагента через компрессор 1, внутренний теплообменник 5, расширительный клапан 4 и наружный теплообменник 3 в указанном порядке.

[0037] В режиме обогрева контроллер 60 вычисляет величину SHs перегрева на всасывании на основе температуры TS всасывания и давления PS всасывания. Кроме того, в режиме обогрева контроллер 60 вычисляет величину SHs перегрева на всасывании на основе температуры TS всасывания и температуры ТЕ испарения хладагента в наружном теплообменнике 3.

[0038] В режиме обогрева контроллер 60 вычисляет величину SHd перегрева на нагнетании на основе температуры TD нагнетания и давления PD нагнетания. В режиме обогрева контроллер 60 вычисляет величину SHd перегрева на нагнетании на основе температуры TD нагнетания и температуры ТС конденсации хладагента во внутреннем теплообменнике 5.

[0039] Контроллер 60 регулирует количество циклов в минуту компрессора 1 и скорость вращения наружного вентилятора 6 на основе температуры ТО наружного воздуха.

[0040] Ниже будет описан хладагент, который должен использоваться в кондиционере воздуха данного варианта осуществления.

Учитывая влияние глобального потепления, необходимо использовать хладагент с низким потенциалом глобального потепления. Поэтому в кондиционере воздуха предполагается использовать НС хладагент, такой как R290(GWP4) или R1270 вместо HFC хладагента, такого как R410A(GWP2088) или R32(GWP675).

[0041] Например, у R290 скрытая теплота конденсации в 1,2 раза больше, чем у R32, а холодильный эффект более значительный, что обусловлено разностью энтальпии между входом и выходом конденсатора с учетом возрастания величины SHs перегрева на всасывании. Таким образом, при одинаковой величине SHs перегрева на всасывании количество циркулирующего хладагента R290, требующееся для достижения некоторой производительности, составляет всего 0,8 количества циркулирующего хладагента R32. В результате, при использовании R290 теоретическая работа сжатия компрессора 1 меньше и таким образом теоретический СОР выше, чем при использовании R32.

[0042] фиг. 5 представляет собой график, показывающий зависимость между величиной SHs перегрева на всасывании и теоретическим СОР.

Как показано на фиг. 5, с возрастанием величины SHs перегрева на всасывании теоретический СОР фторуглеродного хладагента, такого как R32 и R410A, уменьшается, а теоретический СОР R290 увеличивается. Это объясняется тем, что с возрастанием величины SHs перегрева на всасывании холодильный эффект R290 увеличивается больше, чем степень уменьшения количества циркулирующего хладагента, по сравнению с холодильным эффектом фторуглеродного хладагента.

[0043] Поэтому в данном варианте осуществления, хладагент, циркулирующий в контуре 70 хладагента, включает по меньшей мере один из R290 и R1270, каждый из которых является воспламеняющимся природным НС хладагентом с низким GWP. Другими словами, хладагент, перемещающийся в контуре 70 хладагента, представляет собой только R290, только R1270 или смешанный хладагент, содержащий по меньшей мере один из R290 и R1270 в качестве основного компонента.

[0044] В обычном кондиционере воздуха, который использует R32, вследствие характеристик R32, смазочное масло и двигатель могут ухудшаться при увеличении температуры нагнетания компрессора 1. Поэтому обычный кондиционер воздуха, который использует R32, выполнен с возможностью регулирования температуры TD нагнетания посредством уменьшения величины SHs перегрева на всасывании компрессора 1, чтобы предотвратить увеличение температуры TD нагнетания. Однако в случае использования хладагента R290 с низким потенциалом глобального потепления, если осуществлять такое же регулирование, как при использовании R32, величина SHd перегрева на нагнетании может становиться чрезмерно большой, а температура TS всасывания и величина SHs перегрева на всасывании могут становиться чрезмерно малыми, что может снизить СОР. Другими словами, хотя у R290 теоретический СОР выше, чем у R32, при использовании R290 трудно получить СОР, равный или выше, чем СОР при использовании R32, посредством обычного регулирования.

[0045] В качестве обычного смазочного масла для углеводородных хладагентов могут быть использованы парафиновые углеводороды, нафтеновые углеводороды, один алкилбензол или смешанное из них масло, однако вследствие их высокой совместимости, они непригодны для легко воспламеняющегося хладагента, такого как R290 или R1270 в целях безопасности в соответствии с нормами заправки хладагента (IEC 60335-2-40). Кроме того, данные смазочные масла непригодны для обычного герметичного кондиционера воздуха высокого давления из-за их низкой вязкости.

[0046] В данном варианте осуществления в качестве смазочного масла компрессора 1 используется масло, которое имеет более высокую плотность, чем плотность хладагента, такое как полиалкиленгликолевое (polyalkylene glycol - PAG) или поливинилэфирное (polyvinyl-ether - PVE), содержащее простую эфирную связь, или полиэфирное (polyol ester - POE), содержащее сложноэфирную связь. Поскольку PAG имеет низкую совместимость с R290, при использовании R290 в качестве хладагента PAG предпочтительно используют в качестве смазочного масла для R290.

[0047] Компрессор 1, четырехходовой клапан 2 и расширительный клапан 4 соединены друг с другом трубопроводами хладагента в машинной камере наружного блока 50. Данные элементы закрыты передней панелью, боковыми панелями, задней панелью и перегородками, каждая из которых изготовлена из металлического листа, и изолированы от наружного воздуха. Таким образом, вследствие тепла, излучаемого из компрессора 1, температура окружающего воздуха в машинной камере может быть выше, чем температура ТО наружного воздуха. Вследствие нагревания окружающего воздуха в машинной камере и тепла, поглощаемого из хладагента, выпускаемого из четырехходового клапана 2 при температуре TD нагнетания, температура TS всасывания может быть выше, чем температура ТО наружного воздуха.

[0048] В Европе для того чтобы уменьшить энергопотребление бытовых кондиционеров нужно, чтобы сезонный коэффициент энергетической эффективности (Seasonal Coefficient of Performance - SCOP), определяемый из СОР при требуемой температуре наружного воздуха, соответствовал директиве ErP Lot 10.

[0049] фиг. 6 представляет собой график, показывающий зависимость между температурой ТО наружного воздуха и нормализованным СОР.

Нормализованный СОР представляет собой отношение СОР при каждой температуре к СОР при температуре ТО наружного воздуха, равной 12°С.

[0050] С увеличением температуры ТО наружного воздуха нагрузка на здание и помещение уменьшается и соответственно СОР увеличивается. SCOP вычисляют на основе СОР(А) при температуре ТО наружного воздуха, равной -7°С, СОР(В) при температуре ТО наружного воздуха, равной 2°С, СОР(С) при температуре ТО наружного воздуха, равной 7°С, и СОР(D) при температуре ТО наружного воздуха, равной 12°С, по следующей формуле:

[0051]

SCOP=0,17хСОР(А)+0,51хСОР(В)+0,23хСОР(С)+0,09хСОР(D) (1)

СОР(В) при температуре ТО наружного воздуха, равной 2°С, и СОР(С) при температуре ТО наружного воздуха, равной 7°С, составляют значительную часть SCOP. Доля СОР(В) при температуре ТО наружного воздуха, равной 2°С, и СОР(С) при температуре ТО наружного воздуха, равной 7°С, в SCOP составляет 74%. Доля СОР(В) при температуре ТО наружного воздуха, равной 2°С, СОР(С) при температуре ТО наружного воздуха, равной 7°С, и СОР(D) при температуре ТО наружного воздуха, равной 12°С, в SCOP составляет 83%.

[0052] Как показано на фиг. 6, СОР кондиционера воздуха изменяется по линейному закону в зависимости от температуры ТО наружного воздуха. Таким образом, если определен СОР кондиционера воздуха при каждой из упомянутых трех температур ТО наружного воздуха, то в принципе определяется SCOP кондиционера воздуха. Однако поскольку при температуре ТО наружного воздуха ниже нуля режим обогрева включает оттаивание, реальный СОР может отличаться от теоретического СОР. Поэтому в данном варианте осуществления из упомянутых четырех температур ТО наружного воздуха, используемых для определения SCOP, будут рассмотрены три температуры ТО наружного воздуха, равные 2°С, 7°С и 12°С.

[0053] фиг. 7(а)-7(с) представляют собой графики, показывающие зависимость между температурой TS всасывания и нормализованным СОР для R290 и R32. фиг. 7(а)-7(с) показывают зависимость между температурой TS всасывания и нормализованным СОР, когда величина SHs перегрева на всасывании для определения SCOP изменяется от 0,1°С до 20°С, при температуре ТО наружного воздуха, равной соответственно 2°С, 7°С и 12°С. Когда величина SHs перегрева на всасывании равна 0,1°С, температура TS всасывания минимальная. Когда величина SHs перегрева на всасывании равна 20°С, температура TS всасывания максимальная. Если СОР R32 при величине SHs перегрева на всасывании, равной 0,1°С, обозначить Х, то нормализованный СОР определяется как (СОР/Х)х100.

[0054] Горизонтальные прямые линии L1, L2 и L3 на фиг. 7(а)-7(с) соответственно показывают нижний предел СОР для достижения SCOP, эквивалентного СОР R32 при другой температуре ТО наружного воздуха. В данном варианте осуществления, когда температура ТО наружного воздуха равна 2°С или 7°С, нижний предел, показанный линиями L1 и L2, составляет 97%, а когда температура ТО наружного воздуха равна 12°С, нижний предел, показанный линией L3, составляет 93%.

[0055] Как показано на фиг. 7(а), когда температура ТО наружного воздуха равна 2°С, а температура TS всасывания находится в пределах от 0°С до 6,6°, другими словами когда ΔТ находится в пределах от -2,0°С до +4,6°С, СОР кондиционера воздуха может быть повышен посредством использования R290 вместо R32. Когда ΔТ˂-2°С, температура TS всасывания становится меньше 0°С, всасывающий трубопровод покрывается инеем, что значительно снижает СОР.

[0056] Как показано на фиг. 7(b), когда температура ТО наружного воздуха равна 7°С, а температура TS всасывания находится в пределах от 3,0°С до 7,6°, другими словами когда ΔТ находится в пределах от -4,0°С до +0,6°С, СОР кондиционера воздуха может быть повышен посредством использования R290 вместо R32. Когда ΔТ(=TS-TO)˃0,6°С, поскольку СОР при использовании R290 меньше, чем СОР при использовании R32, R290 не должен использоваться в кондиционере воздуха, несмотря на то, что у R290 теоретический СОР выше, чем у R32.

[0057] Как показано на фиг. 7(с), когда температура ТО наружного воздуха равна 12°С, а температура TS всасывания находится в пределах от 9,4°С до 13,6°, другими словами когда ΔТ находится в пределах от -2,6°С до +1,6°С, СОР кондиционера воздуха может быть повышен посредством использования R290 вместо R32.

[0058] Как описано выше, посредством регулирования ΔТ в зависимости от температуры ТО наружного воздуха можно использовать R290 вместо R32 в кондиционере воздуха с более высоким СОР.

[0059] Кроме того, посредством регулирования ΔТ(=TS-TO) в пределах от -2,0°С до +0,6°С можно использовать R290 вместо R32 в кондиционере воздуха с более высоким СОР независимо от температуры ТО наружного воздуха.

[0060] Как описано выше, в данном варианте осуществления контроллер 60 управляет расширительным клапаном 4 так, чтобы в режиме обогрева разность ΔТ(=TS-TO) между температурой TS всасывания и температурой ТО наружного воздуха находилась в диапазоне W(от -2,0°С до +0,6°С). Таким образом, в режиме обогрева в кондиционере воздуха можно использовать R290 в качестве хладагента с SCOP, больше или равном SCOP при использовании R32. Хотя выше в качестве примера описан R290, аналогичный эффект может быть достигнут при использовании R1270, который обладает свойствами, такими как температура кипения и рабочее давление, подобными свойствам R290.

[0061] фиг. 8 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую способ управления в режиме обогрева кондиционера воздуха в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0062] На этапе S101 датчик 11 температуры наружного воздуха измеряет температуру TO наружного воздуха. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий температуру TO наружного воздуха, из датчика 11 температуры наружного воздуха.

[0063] На этапе S102 датчик 21 температуры всасывания измеряет температуру TS всасывания компрессора 1. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий измеряемую температуру TS всасывания, из датчика 21 температуры всасывания.

[0064] На этапе S103 контроллер 60 вычисляет разность температур ΔТ=TS-TO.

Если установлено, что разность температур ΔТ меньше (-2,0°С) на этапе S104 (YES на этапе S104), то процесс переходит к этапу S105. Если установлено, что разность температур ΔТ больше (+0,6°С) на этапе S106 (YES на этапе S106), то процесс переходит к этапу S107. Если установлено, что разность температур ΔТ не меньше (-2,0°С) и не больше (+0,6°С)(NO на этапе S104 и NO на этапе S106), то процесс прекращается.

[0065] На этапе S105 контроллер 60 уменьшает степень открытия расширительного клапана 4 на заданную величину. После чего процесс возвращается к этапу S101.

[0066] На этапе S107 контроллер 60 увеличивает степень открытия расширительного клапана 4 на заданную величину. После чего процесс возвращается к этапу S101.

[0067] Второй вариант осуществления

Как показано на фиг. 7(а)-7(с), когда температура ТО наружного воздуха и температура TS всасывания равны друг другу, поскольку R32 имеет максимальный СОР, когда температура TS всасывания выше, чем температура ТО наружного воздуха, что обусловлено свойствами хладагента, он не может быть использован в кондиционере воздуха с более высоким СОР, тогда как R290 может быть использован в кондиционере воздуха с высоким СОР.

[0068] В данном варианте осуществления контроллер 60 управляет расширительным клапаном 4 так, чтобы температура TS всасывания была равна температуре ТО наружного воздуха.

[0069] фиг. 9 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую способ управления в режиме обогрева кондиционера воздуха в соответствии со вторым вариантом осуществления.

[0070] На этапе S201 датчик 11 температуры наружного воздуха измеряет температуру TO наружного воздуха. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий температуру TO наружного воздуха, из датчика 11 температуры наружного воздуха.

[0071] На этапе S202 датчик 21 температуры всасывания измеряет температуру TS всасывания компрессора 1. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий температуру TS всасывания, из датчика 21 температуры всасывания.

[0072] На этапе S203 контроллер 60 вычисляет разность температур ΔТ=TS-TO.

Если установлено, что температура TS всасывания ниже, чем температура ТО наружного воздуха, на этапе S203 (YES на этапе S203), то процесс переходит к этапу S204. Если установлено, что температура TS всасывания выше, чем температура ТО наружного воздуха, на этапе S205 (YES на этапе S205), то процесс переходит к этапу S206. Если установлено, что температура TS всасывания равна температуре ТО наружного воздуха (NO на этапе S203 и NO на этапе S205), то процесс завершается.

[0073] На этапе S204 контроллер 60 уменьшает степень открытия расширительного клапана 4 на заданную величину. После чего процесс возвращается к этапу S201.

[0074] На этапе S206 контроллер 60 увеличивает степень открытия расширительного клапана 4 на заданную величину. После чего процесс возвращается к этапу S201.

[0075] В соответствии с данным вариантом осуществления, можно приводить в действие кондиционер воздуха с высоким СОР в зависимости от изменения температуры ТО наружного воздуха. Поскольку контроллер 60 регулирует температуру TS всасывания на основе измеряемой температуры ТО наружного воздуха, контроллер 60 регулирует хладагент, всасываемый в компрессор 1, посредством превращения хладагента перегретый газ вместо регулирования величины SHs перегрева на всасывании. Другими словами, кондиционер воздуха может работать при температуре ТЕ испарения, которая ниже, чем температура ТО наружного воздуха, а в данном варианте осуществления температура ТО наружного воздуха равна температуре TS всасывания, что означает, что температура ТЕ испарения ниже, чем температура TS всасывания. Таким образом, гарантировано, что хладагент, всасываемый в компрессор 1, превращается в перегретый газ. В результате можно предотвратить возникновение в компрессоре 1 эффекта обратного порядка превращения жидкость-газообразная фаза, который является основной причиной отказа, что позволяет обеспечить стабильную работу кондиционера воздуха. Кроме того, поскольку легко предохранить кондиционер воздуха от работы при температуре всасывания, которая меньше или равна 0°С, что предотвращает образование инея на всасывающих трубопроводах, можно предотвратить повторную конденсацию хладагента в трубопроводе хладагента вследствие увеличения термического сопротивления, обусловленного инеем.

[0076] Третий вариант осуществления

фиг. 10(а)-10(с) представляют собой графики, показывающие зависимость между величиной SHd перегрева на нагнетании и нормализованным СОР для R290 и R32.

[0077] фиг. 10(а)-10(с) показывают зависимость между величиной SHd перегрева на нагнетании и нормализованным СОР при температуре ТО наружного воздуха, равной 2°С, 7°С и 12°С, соответственно, когда величина SHs перегрева на всасывании, которая используется для определения SCOP, изменяется от 0,1°С до 20°С. Когда величина SHs перегрева на всасывании равна 0,1°С, величина SHd перегрева на нагнетании минимальная. Когда величина SHs перегрева на всасывании равна 20°С, величина SHd перегрева на нагнетании максимальная. Если СОР в случае, когда величина SHs перегрева на всасывании R32 равна 0,1°С, обозначить Х, то нормализованный СОР определяется как (СОР/Х)х100.

[0078] Как показано на фиг. 10(а)-10(с), при каждой температуре ТО наружного воздуха существует диапазон величин SHd перегрева на нагнетании, в котором СОР R290 выше, чем СОР R32. Максимальное значение упомянутого диапазона обозначено U(SHd).

[0079] Как показано на фиг. 10(а)-10(с), вследствие различия в физических свойствах хладагентов R290 и R32, величина SHd перегрева на нагнетании R290, обладающего более высоким СОР, чем R32 при температуре ТО наружного воздуха, меньше, чем величина SHd перегрева на нагнетании R32.

[0080] Значение U(SHd) при температуре ТО наружного воздуха может быть выражено следующей формулой:

U(SHd)=-1,1559хТО+19,574 (2)

С другой стороны, если обозначить L(SHd) нижний предел диапазона величин SHd перегрева на нагнетании, при котором в компрессоре 1 не возникает эффект обратного потока жидкости при температуре ТО наружного воздуха, то L(SHd) может быть выражен следующей формулой:

L(SHd)=-0,4526хТО+9,5755 (3)

[0081] фиг. 11 представляет собой график, показывающий диапазон величин SHd перегрева на нагнетании, в котором СОР R290 выше, чем СОР R32, и отсутствует эффект обратного порядка превращения жидкость-газообразная фаза в компрессоре 1.

[0082] На фиг. 11 прямая линия R1 соответствует формуле (2), а прямая R2 соответствует формуле (3). В диапазоне между прямой линией R1 и прямой линией R2 (включая прямые линии R1 и R2) СОР R290 выше, чем СОР R32, и не возникает эффект обратного порядка превращения жидкость-газообразная фаза в компрессоре 1. На фиг. 11, поскольку с повышением температуры наружного воздуха нагрузка на кондиционер воздуха уменьшается, диапазон величин SHd перегрева на нагнетании, в котором кондиционер воздуха может работать с более высоким СОР при использовании R290, становится меньше, чем диапазон при использовании R32.

[0083] В данном варианте осуществления контроллер 60 регулирует степень открытия расширительного клапана 4 на основе температуры ТО наружного воздуха так, чтобы величина SHd перегрева на нагнетании была больше или равна L(SHd), выраженному формулой (3), и меньше или равна U(SHd), выраженному формулой (2).

[0084] фиг. 12 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающую способ управления кондиционером воздуха в режиме обогрева в соответствии с третьим вариантом осуществления.

[0085] На этапе S300 датчик 11 температуры наружного воздуха измеряет температуру ТО наружного воздуха. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий температуру TO наружного воздуха, из датчика 11 температуры наружного воздуха.

[0086] На этапе S301 датчик 23 температуры нагнетания измеряет температуру TD нагнетания компрессора 1. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий температуру TD нагнетания компрессора 1, из датчика 23 температуры нагнетания.

[0087] На этапе S302 датчик 25 температуры внутреннего теплообменника измеряет температуру ТС конденсации хладагента во внутреннем теплообменнике 5. Контроллер 60 принимает сигнал, определяющий температуру ТС конденсации хладагента, из датчика 25 температуры внутреннего теплообменника.

[0088] На этапе S303 контроллер 60 вычисляет величину SHd(=TD-TC) перегрева на нагнетании посредством вычитания TC из TD.

[0089] На этапе S304 контроллер 60 вычисляет U(SHd) из температуры ТО наружного воздуха по вышеуказанной формуле (3).

[0090] На этапе S305 контроллер 60 вычисляет L(SHd) из температуры ТО наружного воздуха по вышеуказанной формуле (2).

[0091] Если установлено, что величина SHd перегрева на нагнетании меньше L(SHd), на этапе S306 (YES на этапе S306), то процесс переходит к этапу S307. Если установлено, что величина SHd перегрева на нагнетании больше U(SHd), на этапе S308 (YES на этапе S308), то процесс переходит к этапу S309. Если установлено, что величина SHd перегрева на нагнетании не меньше L(SHd) и не больше U(SHd) (NO на этапе S306 и NO на этапе S308), то процесс завершается.

[0092] На этапе S307 контроллер 60 уменьшает степень открытия расширительного клапана 4 на заданную величину. После чего процесс возвращается к этапу S300.

[0093] На этапе S309 контроллер 60 увеличивает степень открытия расширительного клапана 4 на заданную величину. После чего процесс возвращается к этапу S300.

[0094] В данном варианте осуществления можно использовать R290 вместо R32 в кондиционере воздуха с более высоким СОР. Кроме того, поскольку регулирование можно осуществлять точно в зависимости от изменения температуры ТО наружного воздуха, можно сэкономить больше энергии по сравнению с обычным регулированием температуры нагнетания. Аналогичный эффект может быть достигнут при использовании R1270, который обладает свойствами, такими как температура кипения и рабочее давление, подобными свойствам R290.

[0095] В том случае, когда R290 используют в качестве хладагента и PAG используют в качестве смазочного масла компрессора 1, для того чтобы регулировать величину SHd перегрева на нагнетании в пределах вышеописанного диапазона, доля хладагента, растворенного в PAG, может быть ограничена 30% или меньше. В результате объем заправки хладагента может быть сделан равным или меньше, чем допустимый объем хладагента. Аналогичный эффект может быть достигнут посредством использования R1270, который обладает свойствами, такими как температура кипения и рабочее давление, подобными свойствам R290.

[0096] (Модификации)

Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и может включать, например, перечисленные ниже модификации.

[0097] (1) Управление расширительным клапаном

На этапах S105 и S107, показанных на фиг. 8 в соответствии с первым вариантом осуществления, описано, что контроллер регулирует степень открытия расширительного клапана на заданную величину, однако настоящее изобретение этим не ограничено. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования степени открытия расширительного клапана на величину, пропорциональную величине разности между ΔТ и (-2,0°C) или величине разности между ΔТ и (+0,6°C).

[0098] Аналогично, на этапах S204 и S206, показанных фиг. 9 в соответствии со вторым вариантом осуществления, описано, что контроллер регулирует степень открытия расширительного клапана на заданную величину, однако настоящее изобретение этим не ограничено. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования степени открытия расширительного клапана на величину, пропорциональную величине разности между TS и ТО.

[0099] Аналогично, на этапах S307 и S309, показанных фиг. 12 в соответствии с третьим вариантом осуществления, описано, что контроллер регулирует степень открытия расширительного клапана на заданную величину, однако настоящее изобретение этим не ограничено. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования степени открытия расширительного клапана на величину, пропорциональную величине разности между SHd и L(SHd), или величине разности между SHd и U(SHd).

[0100] (2) Управление в зависимости от температуры наружного воздуха

Контроллер может быть выполнен с возможностью управления расширительным клапаном так, чтобы ΔТ(=TS-TO) находилась в диапазоне W(от -2,0°С до +4,6°С), когда температура ТО наружного воздуха равна 2°С. Другими словами, если температура ТО наружного воздуха равна 2°С, то контроллер может уменьшать степень открытия расширительного клапана на заданную величину, когда ΔТ меньше (-2,0°C), и увеличивать степень открытия расширительного клапана на заданную величину, когда ΔТ больше (+4,6°C).

[0101] Контроллер может быть выполнен с возможностью управления расширительным клапаном так, чтобы ΔТ находилась в диапазоне W(от -4,0°С до +0,6°С), когда температура ТО наружного воздуха равна 7°С. Другими словами, если температура ТО наружного воздуха равна 7°С, контроллер может уменьшать степень открытия расширительного клапана на заданную величину, когда ΔТ меньше (-4,0°C), и увеличивать степень открытия расширительного клапана на заданную величину, когда ΔТ больше (0,6°C).

[0102] Контроллер может быть выполнен с возможностью управления расширительным клапаном так, чтобы ΔТ находилась в диапазоне W(от -2,6°С до +1,6°С), когда температура ТО наружного воздуха равна 12°С. Другими словами, если температура ТО наружного воздуха равна 12°С, контроллер может уменьшать степень открытия расширительного клапана на заданную величину, когда ΔТ меньше (-2,6°C), и увеличивать степень открытия расширительного клапана на заданную величину, когда ΔТ больше (+1,6°C).

[0103] Если температура наружного воздуха равна другой величине, помимо 2°С, 7°С или 12°С, то контроллер может определять верхний предел и нижний предел диапазона W посредством линейной интерполяции.

[0104] Необходимо понимать, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, приведены только для объяснения и в качестве примера и не ограничены во всех аспектах. Объем настоящего изобретения определяется не вышеприведенным описанием, а формулой изобретения и должен включать любые модификации в пределах смыслового значения и объема, эквивалентного терминам формулы изобретения.

Перечень ссылочных позиций

[0105] 1 - компрессор; 2 - четырехходовой клапан; 3 - наружный теплообменник; 4 - расширительный клапан; 5 - внутренний теплообменник; 6 - наружный вентилятор; 7 - внутренний вентилятор; 11 - датчик температуры наружного воздуха; 21 - датчик температуры всасывания; 22 - датчик давления всасывания; 23 - датчик температуры нагнетания; 24 - датчик давления нагнетания; 25 - датчик температуры внутреннего теплообменника; 35 - датчик температуры наружного теплообменника; 50 - наружный блок; 51 - внутренний блок; 60 - контроллер; 70 - контур хладагента; Р4,Р5,Р6 - трубопровод.

Настоящее изобретение относится к кондиционеру воздуха. Кондиционер воздуха включает в себя: контур (70) хладагента, содержащий компрессор (1), конденсатор (5), расширительный клапан (4) и испаритель (3) и выполненный с возможностью циркуляции хладагента; датчик (21) температуры всасывания, выполненный с возможностью измерения температуры всасывания хладагента, всасываемого в компрессор (1); и датчик (11) температуры наружного воздуха, выполненный с возможностью измерения температуры наружного воздуха. Хладагент включает по меньшей мере один из R290 и R1270. В режиме обогрева, когда величина, полученная посредством вычитания температуры наружного воздуха из температуры всасывания, меньше -2,0°С, степень открытия расширительного клапана (4) уменьшенная; а когда упомянутая величина больше +0,6°С, степень открытия расширительного клапана (4) увеличенная. Технический результат заключается в создании кондиционера воздуха, в котором можно использовать в качестве хладагента НС хладагент с низким потенциалом глобального потепления и который способен обеспечить более высокий COP, чем при использовании R32. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Кондиционер воздуха, содержащий:

контур хладагента, содержащий компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель и выполненный с возможностью циркуляции хладагента;

первый датчик, выполненный с возможностью измерения температуры всасывания всасываемого в компрессор хладагента; и

второй датчик, выполненный с возможностью измерения температуры наружного воздуха,

причем хладагент включает по меньшей мере один из R290 и R1270, и

в режиме обогрева, когда величина, полученная посредством вычитания температуры наружного воздуха из температуры всасывания, меньше -2,0°С, степень открытия расширительного клапана является уменьшенной, а когда эта величина больше +0,6°С, степень открытия расширительного клапана является увеличенной.

2. Кондиционер по п. 1, в котором

в режиме обогрева, когда температура всасывания ниже, чем температура наружного воздуха, степень открытия расширительного клапана является уменьшенной, а когда температура всасывания выше, чем температура наружного воздуха, степень открытия расширительного клапана является увеличенной.

3. Кондиционер воздуха, содержащий:

контур хладагента, содержащий компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель и выполненный с возможностью циркуляции хладагента; и

первый датчик, выполненный с возможностью измерения температуры нагнетания хладагента, выпускаемого из компрессора,

причем хладагент включает по меньшей мере один из R290 и R1270,

в режиме обогрева, когда величина перегрева на нагнетании хладагента, выпускаемого из компрессора, меньше, чем заданный диапазон, степень открытия расширительного клапана является уменьшенной, а когда величина перегрева на нагнетании хладагента, выпускаемого из компрессора, больше, чем заданный диапазон, степень открытия расширительного клапана является увеличенной, и

в упомянутом заданном диапазоне коэффициент энергетической эффективности (Coefficient of Performance - COP), с которым хладагент циркулирует в контуре хладагента, выше чем СОР, с которым циркулирует R32 в контуре хладагента, и в компрессоре отсутствует эффект обратного порядка превращения жидкость - газообразная фаза.

4. Кондиционер по п. 3, дополнительно содержащий:

второй датчик, выполненный с возможностью измерения температуры наружного воздуха,

при этом при обозначении температуры наружного воздуха ТО нижний предел L(SHd) заданного диапазона определяется по следующей формуле:

L(SHd) = -0,4526хТО+9,5755 (А1).

5. Кондиционер по п. 3, дополнительно содержащий:

второй датчик, выполненный с возможностью измерения температуры наружного воздуха,

при этом при обозначении температуры наружного воздуха ТО верхний предел U(SHd) заданного диапазона определяется по следующей формуле:

U(SHd) = -1,1559хТО+19,574 (А2).

6. Кондиционер по п. 3, дополнительно содержащий:

второй датчик, выполненный с возможностью измерения температуры конденсации,

причем упомянутая величина перегрева на нагнетании представляет собой величину, полученную посредством вычитания температуры конденсации из температуры нагнетания.

7. Кондиционер по п. 3, в котором

компрессор включает PAG в качестве смазочного масла.