麦克维尔的产品专利为《CN201320863387-一种全热回收机组-实用新型》,其中的流程图如下。
1、热源侧风冷换热器;2、压缩机;3、负荷侧水冷换热器;4、热回收器;5、储液器;6、过滤器;D1、D2、D3均为单向阀;EXVH、 EXVC、EXVD均为电子膨胀阀;A1-A4、B1-B4均为四通阀接口
根据专利描述及流程图,将各个循环通路整理如下:
制冷:2-A4-A1-B4-B1-1-D1-5-6-EXVC-3-B3-B2-2
伴随通路:4-A3-A2-2
制冷+热水:2-A4-A3-4-D3-5-6- EXVC-3-B3-B2-2
伴随通路:1-B1-B4-A1-A2-2(B1-B4对于四通阀为逆向流)
制热:2-A4-A1-B4-B3-3-D2-5-6-EXVH-1-B1-B2-2
伴随通路:4-A3-A2-2
热水:2-A4-A3-4-D3-5-6-EXVH-1-B1-B2-2
伴随通路:3-B3-B4-A1-A2-2(B3-B4对于四通阀为逆向流)
除霜:2-A4-A1-B4-B1-1-D1-5-6- EXVD-4-A3-A2-2
伴随通路:3-B3-B2-2
上面所说的“伴随通路”是指,在不同模式下,除了参与换热循环的流程外,还有另外一条相通的制冷剂线路。
如果只看各个模式下的流程通路,并没有什么问题,问题就出在伴随通路上。
当系统从“制冷”模式切换到“制冷+热水”模式时,热源侧风冷换热器1和压缩机2的吸气口相通。切换前,热源侧风冷换热器1作为冷凝器,其内为高温高压的饱和制冷剂,切换后,由于和压缩机吸气口相通,压力迅速降低,仍然是饱和状态,被吸入压缩机,可能会造成压缩机的液击。
当系统从“制冷+热水”模式切换到“制冷”模式时,热回收器4和压缩机2的吸气口相通。同样也会出现上面说的问题。
当系统从“热水”模式切换到“制热”模式、从“制热”模式切换到“热水”模式,以及切换到“除霜”模式,都有同样的问题。
要想解决这个问题,需要截断伴随通路或在压缩机吸气管上添加一个气液分离器。鉴于此类系统切换频繁,系统制冷剂流量波动较大,我建议同时截断伴随通路和添加气液分离器。
由于专利图纸流程看着不是很习惯,我根据其流程整理了一份流程图,并分别在两个四通阀和回气的连接管上加了两个电磁阀,同时在压缩机回气管上加了一个气液分离器。
电磁阀的控制逻辑,根据切换和通路的需要,有时常开,有时常闭,有时还先开一段时间,待四通阀切换后再关闭。
麦克维尔的这个专利用了三个电子膨胀阀,成本较高,控制繁琐。
我将系统流程做了以下改进,如下图所示。下面所有的流程图中,过滤器等非必要类配件在图中省略。
我们一起来看看上图这些阀件的使用原则。
双四通阀的使用是为了保证各个模式运行时,制冷剂循环始终只经过三个换热器中的两个,我把它称之为全热回收的并联系统。
电磁阀SD1、SD2的使用是为了保证各个模式运行时,伴随通路被截断,防止切换时先前参与循环的换热器内的高温高压的制冷剂液体被吸入切换后的压缩机内,造成液击。
所有的单向阀,都是为了保证各个模式下流路的正常通断。
使用电磁阀SD3而不是使用单向阀,这是为什么呢?
单向阀D1、D2和电磁阀SD3在所有的模式运行时都处于冷凝器的出口,储液器的进口。当系统运行从一种模式切换到另一种模式时,不参与系统运行的那个换热器在切换前是冷凝器。如果该换热器在切换前运行的模式下,压力高于切换后的系统冷凝器的压力,制冷剂就会迁移到系统中。
从“制冷+热水”模式切换到“制冷”模式和从“热水”模式切换到“制热”模式,均会出现热水侧换热器内的制冷剂迁移到系统中。
为防止制冷剂迁移,于是就在热水侧换热器出口和储液器进口之间装了电磁阀SD3。
也许你会说,不是有储液器吗,迁移的制冷剂不是可以进入储液器内,热水侧换热器出口和储液器进口之间用一个单向阀就能搞定。
首先,迁移的制冷剂量很难确切的计算,为了满足制冷剂迁移,可能会加大储液器的整个体积,那么机组外形会有所加大或内部空间减小。而且储液器容积越大,系统的过冷度损失越严重。(具体分析我在《空调制冷产品设计时,储液器放在什么位置最合适》一文中有说明)同时制冷剂的迁移也会造成系统一定的波动。
如果你非得用单向阀也是可以的。
那么单向阀D1、D2是不是也需要换成电磁阀呢?
在系统处于停机状态,开始启动任何模式时,由于停机整个系统的压力已经平衡,不参与运行的换热器初始压力一定小于此时冷凝器的压力,制冷剂不会迁移。
从“制冷”模式初次切换到“制冷+热水”模式,由于热水是循环加热,切换初期,热水侧换热器的压力不会太高,此次热源侧的制冷剂会迁移到系统中。
同样,从“制热”模式初次切换到“热水”模式,由于热水是循环加热,切换初期,热水侧换热器的压力不会太高,此次负荷侧的制冷剂会迁移到系统中。
以上两种迁移的情况只发生在初次切换,并非频繁出现,对系统的波动影响不大,依旧使用单向阀。
单向阀D3、D4、、D5在所有的模式运行时都处于膨胀阀出口,蒸发器的进口。
在系统处于停机状态,开始启动任何模式时,由于停机整个系统的压力已经平衡,不参与运行的换热器初始压力一定大于此时膨胀阀出口的压力,制冷剂不会迁移。
当系统运行过程中模式切换时,不参与系统运行的那个换热器在切换前是冷凝器,压力一定大于此时膨胀阀出口的压力,制冷剂也不会迁移。
单向阀D3、D4、、D5的使用可以满足制冷剂不发生迁移。
现在的电子膨胀阀可以满足双向流,电磁阀也可以做到双向流,可以将上图改为如下所示。
其中储液器为双向流,两管都插入底部。
如果是水源热回收系统,可以取消逆向除霜的流程,系统更加简单。
上面使用的双四通阀系统中,在“热水”模式下出现了B1-B4逆向流的情况,针对此种情况我在《热回收机组换热器并联系统》一文中是通过在第二四通阀进口管B4前加了一个单向阀,同时将B1和B4相连,并在此管段上加了一个单向阀。
解决这个逆向流问题,也可以将连接在B4口的先导阀毛细管改装到系统排气管上,第二四通阀可以在“热水”模式下换向,流向由B1-B4变为B1-B2。具体做法我在《还你一个不一样的四通阀(二)》中有说明。
麦克维尔的专利上说,三通阀需要停机切换。他所说的应该是直接电磁驱动的三通阀。现在市面上有由四通阀改造而成三通阀,换向原理和四通阀一样。如果四通阀在运行中切换没有问题,三通阀也没有问题。其换向原理和特点我在《你真的了解制冷系统用三通换向阀吗》一文中有详细说明。
那我们来看一下如果用三通阀,系统会是什么样呢?
根据上图整理,各个循环通路如下:
制冷:1-A1-A2-B1-B2-2-D1-5-EXV-D3-3-B3-B4-6-1
制冷+热水:1-A1-A3-4-SD1-5-EXV-D3-3-B3-B4-6-1
热水:1-A1-A3-4-SD1-5-EXV-D4-2-B2-B4-6-1
制热:1-A1-A2-B1-B3-3-D2-5-EXV-D4-2-B2-B4-6-1
那么,化霜是不是用制冷循环呢。当然不合适,除霜时制冷剂要从负荷侧中吸取热量用于除霜,这就造成供热温度急剧波动,因而影响了空调系统的舒适性。用热水的逆向化霜更合适,热水一般都有蓄热装置,而且需求不是连贯性的,本身的水温很高,用于化霜产生的温降不影响热水的使用。
那么就需要添加一支流路用于化霜。
如上图所示,添加了管路和阀件。
化霜:1-A1-A2-B1-B2-2-D1-5-EXV-D5-4-SD2-B3-B4-6-1
如果是水冷系统,就不需要除霜管路,系统更加简单。系统流程图和未加除霜管路的一样。
根据以上分析,可以看出,一个三通阀加一个四通阀的系统相对于双四通阀系统,管路简单,控制简单,更适合做全热回收并联系统。
最后,我想声明一下,我写这篇文章,并不是认为麦克维尔的技术不好,而是想告诉大家,做技术必须要有质疑精神,不可以盲目的相信权威。
你是不是在工作中喜欢照搬别人的,而不去思考消化,转化为自己的知识和能量!
千里每星期都定时更新自己工作中的经验,如果感兴趣的可以加千里V信:beiqianli99,拉你进技术讨论群;或者直接关注北千里V信公众号:b9053343每星期定期分享!
【版权声明】凡来源为北千里公众号的内容、信息、数据及图片、报告等均为北千里原创,其版权均属北千里所有。北千里享有著作权,著作权受我国法律保护,未经北千里允许,任何媒体、网站以及微信公众平台不得引用、复制、转载、摘编或以其他任何方式使用上述内容或建立镜像。