自然冷機(jī)房空調(diào)及其過冷度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自然冷機(jī)房空調(diào)及其過冷度控制方法,該自然冷機(jī)房空調(diào)包括冷凝器、制冷劑泵、節(jié)流器和蒸發(fā)器,還包括用于提高節(jié)流器制冷劑輸入端制冷劑溫度的換熱器,所述換熱器設(shè)于所述制冷劑泵和所述節(jié)流器之間。通過在節(jié)流器前設(shè)置換熱器的方式,利用溫差換熱將過冷度大的制冷劑溫度提升,降低實(shí)際過冷度至目標(biāo)過冷度,保證節(jié)流后的制冷劑能夠進(jìn)入氣液混合的兩相態(tài),提高制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的分配均勻度和換熱效率。
【專利說明】
自然冷機(jī)房空調(diào)及其過冷度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及空調(diào)領(lǐng)域,更具體地說,涉及一種自然冷機(jī)房空調(diào)及其過冷度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為維持工業(yè)和信息機(jī)房恒定的室內(nèi)溫度,機(jī)房空調(diào)的一個(gè)特點(diǎn)是全年制冷,在室外溫度低于室內(nèi)溫度時(shí),可直接或間接利用室外的自然冷源。直接利用自然冷源會(huì)受到空氣質(zhì)量、地理位置等條件限制;間接使用室外自然冷源是目前機(jī)房空調(diào)常用的解決方案。其中,氟栗循環(huán)自然冷卻方案是一種具有競爭力的高效節(jié)能方案。氟栗循環(huán)自然冷空調(diào)系統(tǒng)包括氟栗、節(jié)流器、蒸發(fā)器、冷凝器等部件,并由耐高壓的銅管將之連接成密閉的系統(tǒng),系統(tǒng)充注一定量的低沸點(diǎn)介質(zhì),即制冷劑,氟栗循環(huán)制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)。其工作原理為,氟栗強(qiáng)制液體制冷劑經(jīng)過節(jié)流器流向蒸發(fā)器,室內(nèi)熱空氣放熱給蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)的制冷劑,制冷劑吸熱且少部分的制冷劑吸熱汽化,帶氣泡的制冷劑液體循環(huán)到冷凝器內(nèi),再將其攜帶的熱量釋放到室外的大氣中,制冷劑放熱后變?yōu)檫^冷液體。由此可見,在制冷劑栗循環(huán)中,由于流入節(jié)流器的制冷劑過冷度過大,節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑仍為過冷液體,會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱面積無法有效利用,制冷量不足。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于,針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷,提供一種解決制冷劑過冷度過大,蒸發(fā)器換熱不充分等問題的自然冷機(jī)房空調(diào)及其過冷度控制方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種自然冷機(jī)房空調(diào),包括冷凝器、制冷劑栗、節(jié)流器和蒸發(fā)器,所述自然冷機(jī)房空調(diào)還包括用于提高節(jié)流器制冷劑輸入端制冷劑溫度的換熱器,所述換熱器設(shè)于所述制冷劑栗和所述節(jié)流器之間。
[0005]優(yōu)選地,還包括用于控制流制冷劑流量的調(diào)節(jié)閥,所述調(diào)節(jié)閥設(shè)于所述制冷劑栗和所述換熱器之間。
[0006]優(yōu)選地,還包括與所述調(diào)節(jié)閥連接用于控制所述調(diào)節(jié)閥開度的控制器。
[0007]優(yōu)選地,還包括與所述控制器連接用于測量所述節(jié)流器制冷劑輸入端的制冷劑壓力及溫度的傳感器,所述控制器根據(jù)所述傳感器的采樣數(shù)據(jù)控制調(diào)節(jié)閥的開度。
[0008]優(yōu)選地,所述傳感器包括溫度傳感器與壓力傳感器,所述制冷劑依次流過所述換熱器、所述溫度傳感器、所述壓力傳感器和所述節(jié)流器。
[0009]優(yōu)選地,所述換熱器為以熱空氣為熱媒的換熱器,所述換熱器為設(shè)置在所述蒸發(fā)器熱空氣迎風(fēng)面上的翅片式過熱盤管。
[0010]優(yōu)選地,所述換熱器為以熱水為熱媒的換熱器,所述換熱器包括換熱箱,所述換熱箱上設(shè)有熱水進(jìn)口和熱水出口 ;所述換熱箱內(nèi)的循環(huán)熱水為流入換熱箱的制冷劑加熱。
[0011 ]本發(fā)明還提供一種自然冷機(jī)房空調(diào)的過冷度控制方法,所述自然冷機(jī)房空調(diào)包括冷凝器、制冷劑栗、節(jié)流器、蒸發(fā)器,所述控制方法包括以下步驟:
[0012]S1:在所述制冷劑栗(I)與所述節(jié)流器(3)之間對流過的制冷劑進(jìn)行加熱處理;
[0013]S2:所述加熱處理后的制冷劑再依次流向所述節(jié)流器(3)、蒸發(fā)器(4)和冷凝器
(9)0
[0014]進(jìn)一步地,所述控制方法還包括:
[0015]Sll:檢測所述節(jié)流器(3)制冷劑輸入端的制冷劑壓力Pl,根據(jù)所述壓力確定對應(yīng)的制冷劑飽和溫度TO;
[0016]S12:檢測所述節(jié)流器(3)制冷劑輸入端的制冷劑溫度Tl,根據(jù)所述溫度Tl和步驟S11得到的制冷劑飽和溫度TO確定實(shí)際過冷度Ta,S卩Ta = TO-TI;
[0017]513:設(shè)定目標(biāo)過冷度1^,精度為&,即1^=|1^-&,1^+&|;
[0018]S14:根據(jù)所述實(shí)際過冷度值Ta與目標(biāo)過冷度Ts的大小關(guān)系,調(diào)控進(jìn)行加熱處理的制冷劑流量。
[0019]進(jìn)一步地,所述步驟S14包括:
[0020]若實(shí)際過冷度Ta>Ts+a,增加進(jìn)行加熱處理的制冷劑流量;
[0021 ]若實(shí)際過冷度Ta〈Ts_a,減少進(jìn)行加熱處理的制冷劑流量;
[0022]若實(shí)際過冷度Ta在Ts的精度范圍內(nèi),不對制冷劑進(jìn)行加熱處理。
[0023]本發(fā)明針對自然冷機(jī)房空調(diào)在制冷劑栗運(yùn)行模式下,制冷劑栗輸出的液體制冷劑具有較高的過冷度的問題,采用在節(jié)流器前設(shè)置換熱器的方式,利用溫差換熱將過冷度大的制冷劑的溫度提升,降低實(shí)際過冷度至目標(biāo)過冷度,使理論值與實(shí)際值接近,從而保證節(jié)流后的制冷劑能夠進(jìn)入氣液混合的兩相態(tài),提高制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的分配均勻度和換熱效率,增加空調(diào)的制冷量。
【附圖說明】
[0024]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明,附圖中:
[0025]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的過冷度控制電路框圖;
[0027]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的控制流程圖;
[0028]圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的以熱空氣為熱媒的換熱器結(jié)構(gòu)示意圖;
[0029]圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的以熱水為熱媒的換熱器結(jié)構(gòu)示意圖;
[0030]圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0031 ]圖7是本發(fā)明第三實(shí)施例的控制流程圖;
[0032]圖8是本發(fā)明第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例一:
[0034]如圖1所示,在本發(fā)明自然冷機(jī)房空調(diào)第一實(shí)施例中,該空調(diào)包括通過管道連接的制冷劑栗I,換熱器2、節(jié)流器3、蒸發(fā)器4和冷凝器9。制冷劑栗I集成在柜型結(jié)構(gòu)件內(nèi)。該空調(diào)還包括控制制冷劑流入換熱器2流量的調(diào)節(jié)閥7,從冷凝器9流出的制冷劑通過調(diào)節(jié)閥7流向換熱器2和節(jié)流器3。為了實(shí)現(xiàn)更好的調(diào)節(jié)效果,調(diào)節(jié)閥7優(yōu)先使用兩個(gè)二通閥;第一二通閥71的進(jìn)口通過制冷劑栗I與冷凝器9的過冷液體制冷劑輸出端連接,其出口與換熱器2的制冷劑進(jìn)液端連接。第二二通閥7的2進(jìn)口通過制冷劑栗I與冷凝器9的過冷液體制冷劑輸出端連接,出口與節(jié)流器3的制冷劑輸入端連接。節(jié)流器3的制冷劑輸入端設(shè)有溫度傳感器5和壓力傳感器6。
[0035]如圖2所示的過冷度控制電路框圖中,該空調(diào)還包括控制器8,控制器8與溫度傳感器5、壓力傳感器6和調(diào)節(jié)閥7連接。該控制器采用PID控制方法,對流入節(jié)流器3的制冷劑的過冷度進(jìn)行偏差調(diào)節(jié),使制冷劑過冷度的實(shí)際值與要求的預(yù)定值一致。
[0036]本實(shí)施例中,自然冷機(jī)房空調(diào)控制器8對制冷劑過冷度的控制方法包括以下步驟:
[0037]I根據(jù)壓力傳感器的采樣壓力值Pl確定對應(yīng)的制冷劑飽和溫度TO;
[0038]2根據(jù)溫度傳感器的采樣溫度值Tl和步驟Sll得到的制冷劑飽和溫度TO確定實(shí)際過冷度Ta,S卩 Ta = TO-Tl;
[0039]3根據(jù)空調(diào)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境,設(shè)定目標(biāo)過冷度Ts,精度為a,即Ts = | Ts_a,Ts+a | ;如圖3示出的控制流程圖:
[0040]4若實(shí)際過冷度Ta>Ts+a,說明實(shí)際過冷度過大,會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱不充分,應(yīng)對制冷劑進(jìn)行加熱以減小過冷度。控制器8關(guān)閉第二二通閥72,打開并增大第一二通閥71的開度,增加流向換熱器2的制冷劑流量;使實(shí)際過冷度Ta進(jìn)入目標(biāo)過冷度的精度范圍。
[0041]若實(shí)際過冷度Ta〈Ts_a,說明實(shí)際過冷度雖然接近目標(biāo)過冷度,但仍會(huì)影響蒸發(fā)器的換熱效率,控制器8開啟第二二通閥72,打開并減小第一二通閥71的開度,減少流向換熱器2的制冷劑流量;使實(shí)際過冷度Ta進(jìn)入目標(biāo)過冷度的精度范圍。
[0042]若實(shí)際過冷度Ta在Ts的精度范圍內(nèi),控制器8關(guān)閉第一二通閥71,制冷劑直接流向節(jié)流器3,無需通過換熱器2加熱。
[0043]具體地,在步驟I中確定制冷劑飽和溫度TO的方法為,通過制冷劑屬性表查詢出壓力值Pl對應(yīng)的制冷劑飽和溫度T0。
[0044]為了實(shí)現(xiàn)更好的檢測效果,當(dāng)實(shí)際過冷度Ta超過Ts的范圍時(shí),控制器8每1S檢測一次實(shí)際過冷度Ta,并根據(jù)檢測得到的數(shù)據(jù)控制調(diào)節(jié)閥7的制冷劑輸出量,使實(shí)際過冷度Ta進(jìn)入目標(biāo)過冷度的精度范圍,提高蒸發(fā)器4的換熱效率。
[0045]如圖4所示,針對換熱器的換熱形式,優(yōu)選利用吹向室內(nèi)蒸發(fā)器4的熱風(fēng)和機(jī)房室內(nèi)溫度對制冷劑加熱,達(dá)到精確控制過冷度的目的。換熱器2為過熱盤管,設(shè)置在蒸發(fā)器盤管41的熱風(fēng)迎風(fēng)面上。換熱器進(jìn)液端21設(shè)置在蒸發(fā)器盤管的背風(fēng)面,換熱器出液端22設(shè)置在蒸發(fā)器盤管的迎風(fēng)面,盡量增大過熱盤管與熱風(fēng)的接觸面積。在室內(nèi)風(fēng)機(jī)42的作用下室內(nèi)熱空氣流向蒸發(fā)器4,熱風(fēng)與蒸發(fā)器接觸換熱的同時(shí)也與設(shè)置在蒸發(fā)器盤管41迎風(fēng)面上的換熱器2接觸,與換熱器2進(jìn)行熱交換,使換熱器2內(nèi)的制冷劑升溫。
[0046]為提高換熱器2的換熱效率,優(yōu)選采用翅片管形式的熱盤管作為換熱器2,增大過熱盤管的外表面積,提升換熱效率。
[0047]實(shí)施例二:
[0048]如圖5所示,為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的換熱效果,對實(shí)施例一自然冷機(jī)房空調(diào)的換熱器進(jìn)行改進(jìn),采用以熱水作為熱媒的間壁式換熱器。該換熱器設(shè)有換熱箱25,制冷劑依次流過換熱器進(jìn)液端21、換熱箱25和換熱器出液端22,該箱體上設(shè)有熱水進(jìn)口 23和熱水出口 24。此類換熱器通過在換熱箱內(nèi)循環(huán)的熱水對流入換熱箱的制冷劑加熱,減小其過冷度。
[0049]實(shí)施例三:
[0050]如圖6所示,為簡化空調(diào)結(jié)構(gòu),針對實(shí)施例一的調(diào)節(jié)閥7進(jìn)行改進(jìn),采用一個(gè)三通閥來調(diào)節(jié)制冷劑流入換熱器2的流量。調(diào)節(jié)閥7為一個(gè)三通閥;三通閥7的進(jìn)口通過制冷劑栗I與冷凝器9的過冷液體制冷劑輸出端連接,三通閥7的第一出口與換熱器2的進(jìn)液端連接,其第二出口與節(jié)流器3的制冷劑輸入端連接。
[0051]該空調(diào)同樣包括控制器8,控制器8與溫度傳感器5、壓力傳感器6和調(diào)節(jié)閥7連接。該控制器采用PID控制方法,對流入節(jié)流器3的制冷劑的過冷度進(jìn)行偏差調(diào)節(jié),使制冷劑過冷度的實(shí)際值與要求的預(yù)定值一致。
[0052]本實(shí)施例中,具有自然冷機(jī)房空調(diào)控制器8對制冷劑過冷度的控制方式如下:
[0053]I根據(jù)壓力傳感器的采樣壓力值Pl確定對應(yīng)的制冷劑飽和溫度TO;
[0054]2根據(jù)溫度傳感器的采樣溫度值Tl和步驟Sll得到的制冷劑飽和溫度TO確定實(shí)際過冷度Ta,S卩 Ta = TO-Tl;
[0055]3根據(jù)空調(diào)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境,設(shè)定目標(biāo)過冷度Ts,精度為a,即Ts = | Ts_a,Ts+a | ;如圖7所示的控制流程圖所示:
[0056]4若實(shí)際過冷度Ta>Ts+a,說明實(shí)際過冷度過大,會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱不充分,應(yīng)對制冷劑進(jìn)行加熱減小過冷度??刂破?控制三通閥7增大第一出口的開度,增加流向換熱器2的制冷劑流量;使實(shí)際過冷度Ta進(jìn)入目標(biāo)過冷度的精度范圍。
[0057]若實(shí)際過冷度Ta〈Ts_a,說明實(shí)際過冷度雖然接近目標(biāo)過冷度,但仍會(huì)影響蒸發(fā)器的換熱效率,控制器8控制三通閥7減小第一出口的開度,減少流向換熱器2的制冷劑流量;使實(shí)際過冷度Ta進(jìn)入目標(biāo)過冷度的精度范圍。
[0058]若實(shí)際過冷度Ta在Ts的精度范圍內(nèi),控制器8控制三通閥7關(guān)閉第一出口,制冷劑直接流向節(jié)流器3,無需通過換熱器2加熱。
[0059]具體地,在步驟I中確定制冷劑飽和溫度TO的方法為,通過制冷劑屬性表查詢出Pl對應(yīng)的制冷劑飽和溫度TO。
[0060]為了實(shí)現(xiàn)更好的檢測效果,當(dāng)實(shí)際過冷度Ta超過Ts的范圍時(shí),控制器8每1S檢測一次實(shí)際過冷度Ta,并根據(jù)檢測得到的數(shù)據(jù)控制調(diào)節(jié)閥7的制冷劑輸出量,使實(shí)際過冷度Ta進(jìn)入目標(biāo)過冷度的精度范圍,提高蒸發(fā)器4的換熱效率。
[0061 ] 實(shí)施例四:
[0062]如圖8所示,對于寒冷地區(qū)的機(jī)房空調(diào),若制冷劑總處于過冷度過大的狀態(tài)??蓪χ评鋭┝飨驌Q熱器2的流量不做控制,在制冷劑栗運(yùn)行時(shí),直接開啟換熱器2,加熱流過換熱器的制冷劑,減小其過冷度。
[0063]需要指出的是,本發(fā)明中提及的自然冷機(jī)房空調(diào)中的換熱器形式可以為套管、翅片管、微通道及殼管等任意形式。根據(jù)自然冷機(jī)房空調(diào)的實(shí)際工作情況,可為換熱器設(shè)定相應(yīng)的熱源,并不限于上述的熱空氣和熱水兩種熱源形式。本發(fā)明中提及的二通閥可以是開關(guān)型二通閥,也可以是可調(diào)節(jié)型二通閥。本發(fā)明中提及的三通閥可以是手動(dòng)調(diào)節(jié)型,也可以是電動(dòng)調(diào)節(jié)型。
[0064]本發(fā)明針對自然冷機(jī)房空調(diào)在制冷劑栗運(yùn)行模式下,制冷劑栗輸出的液體制冷劑具有較高的過冷度的問題,采用在節(jié)流器前設(shè)置換熱器的方式,利用溫差換熱將過冷度大的制冷劑的溫度提升,降低實(shí)際過冷度至目標(biāo)過冷度,使理論值與實(shí)際值接近,從而保證節(jié)流后的制冷劑能夠進(jìn)入氣液混合的兩相態(tài),提高制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的分配均勻度和換熱效率,增加空調(diào)的制冷量。
[0065]可以理解的,以上實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制;應(yīng)當(dāng)指出的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,可以對上述技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行自由組合,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍;因此,凡跟本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的等同變換與修飾,均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自然冷機(jī)房空調(diào),包括冷凝器(9)、制冷劑栗(I)、節(jié)流器(3)和蒸發(fā)器(4),其特征在于,所述自然冷機(jī)房空調(diào)還包括用于提高節(jié)流器(3)制冷劑輸入端制冷劑溫度的換熱器(2),所述換熱器(2)設(shè)于所述制冷劑栗(I)和所述節(jié)流器(3)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然冷機(jī)房空調(diào),其特征在于,所述自然冷機(jī)房空調(diào)還包括用于控制制冷劑流量的調(diào)節(jié)閥(7),所述調(diào)節(jié)閥(7)設(shè)于所述制冷劑栗(I)和所述換熱器(2)之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自然冷機(jī)房空調(diào),其特征在于,還包括與所述調(diào)節(jié)閥(7)連接用于控制所述調(diào)節(jié)閥(7)開度的控制器(8)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自然冷機(jī)房空調(diào),其特征在于,還包括與所述控制器(8)連接用于測量所述節(jié)流器(3)制冷劑輸入端的制冷劑壓力及溫度的傳感器,所述控制器(8)根據(jù)所述傳感器的采樣數(shù)據(jù)控制調(diào)節(jié)閥(7)的開度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自然冷機(jī)房空調(diào),其特征在于,所述傳感器包括溫度傳感器(5)與壓力傳感器(6),所述制冷劑依次流過所述溫度傳感器(5)、所述壓力傳感器(6)和所述節(jié)流器(3)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然冷機(jī)房空調(diào),其特征在于,所述換熱器(2)為以熱空氣為熱媒的換熱器(2),所述換熱器(2)為設(shè)置在所述蒸發(fā)器(4)的熱空氣迎風(fēng)面上的翅片式過熱盤管。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自然冷機(jī)房空調(diào),其特征在于,所述換熱器(2)為以熱水為熱媒的換熱器(2),所述換熱器(2)包括換熱箱(25),所述換熱箱上設(shè)有熱水進(jìn)口( 23)和熱水出口(24);所述換熱箱(25)內(nèi)的循環(huán)熱水為流入換熱箱(25)的制冷劑加熱。8.—種自然冷機(jī)房空調(diào)的過冷度控制方法,其特征在于,所述自然冷機(jī)房空調(diào)包括冷凝器(9)、制冷劑栗(1)、節(jié)流器(3)、蒸發(fā)器(4),所述控制方法包括以下步驟: S1:在所述制冷劑栗(I)與所述節(jié)流器(3)之間對流過的制冷劑進(jìn)行加熱處理; S2:所述加熱處理后的制冷劑再依次流向所述節(jié)流器(3)、蒸發(fā)器(4)和冷凝器(9)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,還包括: Sll:檢測所述節(jié)流器(3)制冷劑輸入端的制冷劑壓力Pl,根據(jù)所述壓力確定對應(yīng)的制冷劑飽和溫度TO; S12:檢測所述節(jié)流器(3)制冷劑輸入端的制冷劑溫度Tl,根據(jù)所述溫度Tl和步驟Sll得到的制冷劑飽和溫度TO確定實(shí)際過冷度Ta,S卩Ta = TO-Tl; S13:設(shè)定目標(biāo)過冷度Ts,精度為a JPTs= Ts-a,Ts+a| ; S14:根據(jù)所述實(shí)際過冷度值Ta與目標(biāo)過冷度Ts的大小關(guān)系,調(diào)控進(jìn)行加熱處理的制冷劑流量。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于,所述步驟S14包括: 若實(shí)際過冷度Ta>Ts+a,增加進(jìn)行加熱處理的制冷劑流量; 若實(shí)際過冷度Ta〈Ts_a,減少進(jìn)行加熱處理的制冷劑流量; 若實(shí)際過冷度Ta在Ts的精度范圍內(nèi),不對制冷劑進(jìn)行加熱處理。
【文檔編號(hào)】F24F13/30GK106016541SQ201610506121
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】曹維兵, 歐陽超波, 張健輝, 游慶生, 李垂君
【申請人】深圳市艾特網(wǎng)能技術(shù)有限公司, 深圳市艾特網(wǎng)能有限公司