CN101021351A - 双向换风的风管式空调装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双向换风的风管式空调装置及其控制方法。所述双向换风的风管式空调装置包括由壳体、控制系统、制冷系统和送风系统组成的制冷装置，由换风风扇、换风风扇电机、流向切换机构组成的换气装置，换气装置的流向切换机构设有室外进气口、室内排气口和风道排气口，在风道排气口与制冷装置的冷凝侧进风口之间设有风管连接。所述双向换风的风管式空调装置可以按照压缩制冷模式运行或按照双向换风模式运行，在室外温度较低时压缩制冷系统停而双向换风装置运行，以利用室外低温空气双向换风制冷。本发明提供的双向换风的风管式空调装置显著降低了空调器低温运行的能耗，并具有安装维修方便、成本低、可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调设备，特别是涉及一种双向换风的节能空调设备，本发明还涉及控制空调设备节能运行的方法。
背景技术
整体式空调器的制冷系统布置在一个壳体内，没有活动连接管路，具有结构紧凑、安装方便、成本低、可靠性高的优点。现有的整体式空调器通常没有室内外换风的功能，或者虽然设计了换新风的功能而实际换风量很低，通常小于每小时10立方米，不能满足换新风的需要。
特别地，对于一类用于电器设备的环境，特别是具有大功率器件的设备的环境，如电力、通信机房，设备局部散热量很高，局部环境温度急剧升高，需要使用空调装置进行制冷。对于这类应用需求，即使室外环境处在很低温度下，设备局部环境仍然温度很高需要制冷。现有技术仍然是启动空调压缩机系统进行压缩制冷，不仅能耗很高，而且室外侧环境温度很低时压缩机的启动都存在很多困难，甚至压缩制冷系统不能正常运行。
专利“双向换风整体式空调装置及其控制方法(200610124015.4)”提供了一种安装在墙体上的整体式空调器，但安装时在墙体上的开孔尺寸很大，不仅施工困难，而且可能影响建筑结构。另外，这种空调装置在双向换风时室外进风口与室外出风口相邻，容易形成吸风与排风之间的循环，影响了换风运行时的制冷效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，针对整体式空调装置，特别是适用于对散热设备进行冷却用途的空调装置进行改进，提供一种双向换风的风管式空调装置及其控制方法。
本发明提供一种双向换风的风管式空调装置，包括由壳体、控制系统、制冷系统和送风系统组成的制冷装置，由换风风扇、换风风扇电机、流向切换机构组成的换气装置。其特征在于，所述双向换风的风管式空调装置可以按照压缩制冷模式运行或按照双向换风模式运行。
制冷装置的壳体内分隔为由蒸发器、蒸发器风扇和蒸发器风道组成的蒸发侧，和由冷凝器、冷凝器风扇和冷凝器风道组成的冷凝侧。冷凝侧出风口还设有室外出风风道与室外相通。
所述换气装置的流向切换机构设有室外进气口、室内排气口和风道排气口，在风道排气口与制冷装置的冷凝侧进风口之间设有风管连接。
换气装置的室外进气口还设有室外温度传感器，室外温度传感器与制冷装置的控制系统电连接，用来检测室外进风温度。换气装置的室内排气口还可以设有送风管，可以将冷空气直接送到所需要冷却的局部空间。
按照压缩制冷模式运行时，流向切换机构的室外进气口与风道排气口相通。室外空气从换气装置的室外进气口进入，从风道排气口经风管进入制冷装置的冷凝侧进风口，与冷凝器进行热交换后由制冷装置的冷凝侧出风口流向室外。室内空气在蒸发器风扇的作用下，从制冷装置的蒸发侧进风口进入，与蒸发器进行热交换后被冷却，由蒸发侧与室内相通的出风口流向室内。
按照双向换风模式运行时，可以通过以下方法使室内空气与室外空气的双向换风：
方法一是所述换气装置的流向切换机构还设有室内进气口。如前文所述，按照压缩制冷模式运行时，流向切换机构的室外进气口与风道排气口相通，室内进气口与室内排气口相通。按照双向换风模式运行时，流向切换机构的室外进气口与室内排气口相通，室内进气口与风道排气口相通。室外空气在换风风扇的作用下，从室外进气口进入换气装置，从室内排气口流向室内。室内空气在冷凝器风扇的作用下，从室内进气口进入换气装置，从风道排气口经风管进入制冷装置的冷凝侧进风口，由冷凝侧出风口流向室外。
方法二是所述制冷装置的蒸发侧设有至少一个进风口和两个出风口，出风口一与室内相通，出风口二与冷凝侧进风口相通。出风口一、出风口二分别设有可通过控制系统控制其开闭的风门。按照压缩制冷模式运行时出风口一打开，出风口二关闭。按照双向换风模式运行时，出风口一关闭，出风口二打开。室外空气在换风风扇的作用下，从室外进气口进入换气装置，从室内排气口流向室内。室内空气在蒸发器风扇和冷凝器风扇的作用下，从制冷装置的蒸发侧进风口进入，从出风口二进入冷凝侧进风口，由冷凝侧出风口流向室外。
方法三是所述换气装置还设有由排风风扇和排风风扇电机组成的排风风道。其特征在于，所述排风风扇电机与控制系统电连接。按照压缩制冷模式运行时，排风风扇电机停。按照双向换风模式运行时，排风风扇电机开，排风风扇将室内空气排向室外；换气风扇电机开，换气风扇将室外空气送入室内。
显然，对于家用或类似用途的制冷需求，本发明可以通过按键或遥控器控制，或以网络通讯方式由上位机控制空调系统，或通过控制系统设定条件或程序控制空调系统按照双向换风模式运行，进行双向换新风。
进一步地，对于散热设备制冷用途，即使在室外环境温度很低时，由于设备散热很大，仍然要对室内或设备进行冷却。本发明提供的双向换风的风管式空调装置，在室外环境温度较高时采用压缩制冷模式运行，在室外环境温度较低时则采用双向换风模式运行，与压缩制冷相比可以节约耗电量约80％。
本发明的目的可以通过以下技术措施来进一步实现。
所述的双向换风的风管式空调装置的控制方法包括以下步骤：设定温度Ts、dTs；由室内温度传感器检测室内进风温度Ti，和由室外温度传感器检测室外进风温度Te；当Ti＞Ts且Ti-Te＜dTs时，所述双向换风的风管式空调装置按照压缩制冷模式运行；当Ti＞Ts且Ti-Te≥dTs时，所述双向换风的风管式空调装置按照双向换风模式运行。
另外，为了提高空调系统的可靠性，特别是在高温环境下的正常运行，本发明提供的双向换风的风管式空调装置，其制冷系统还设有卸荷装置，在室外环境温度或排气压力高于设定的限值时动作，使制冷系统的排气压力降低。
所述的卸荷装置由卸荷阀与辅助毛细管串联组成，卸荷阀在压力高于规定值Ps时开启。其特征在于，所述卸荷装置的一端与制冷系统中冷凝器的出口相连，另一端与制冷系统中蒸发器的入口相连，或与蒸发器的中部相连，或与蒸发器的出口相连。
与现有技术相比，本发明所提供的双向换风的风管式空调装置，克服了现有技术中低温不启动和高温停机的问题，具有经济节能、运行可靠、安装维护方便的优点。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明：
附图1：实施例一的原理示意图。
附图2：制冷系统原理示意图。
附图3：控制系统原理示意图。
附图4：实施例二的原理示意图。
附图5：实施例二的内部结构示意图。
附图6：实施例二室内侧送风系统斜视示意图。
附图7：实施例三的原理示意图。
附图8：实施例三的换气装置原理示意图。
具体实施方式
以下详细介绍本发明的详细实施例，其实例如附图所示，其中全文以相同的标号表示相同的元件。
实施例一：
本实施例描述的是一种带有双向换风功能的节能空调装置，如图1所示，包括由壳体(1)、制冷系统(2)、送风系统(3)和控制系统(4)组成的制冷装置，由换风风扇(51)、换风风扇电机(43)、流向切换机构(53)组成的换气装置(5)。
送风系统(3)包括冷凝器风扇(31)、冷凝器风道(32)、蒸发器风扇(33)和蒸发器风道(34)。冷凝器风扇(31)与蒸发器风扇(33)可以分别由两台独立的冷凝器风扇电机与蒸发器风扇电机驱动，也可以按本实施例所示共用一台双轴伸风扇电机(42)。
控制系统(4)包括控制器(41)、驱动冷凝器风扇(31)和蒸发器风扇(33)的双轴伸风扇电机(42)、驱动换风风扇(51)的换风风扇电机(43)、控制流向切换风阀(535)开闭的风阀电机(44)、检测室内进风温度的室内温度传感器(45)和检测室外进风温度的室外温度传感器(46)。
壳体(1)由外壳(11)、底座(12)、前面板(13)组成。壳体内由中隔板(14)分隔为由冷凝器(22)、冷凝器风扇(31)和冷凝器风道(32)组成的冷凝侧(15)，和由蒸发器(24)、蒸发器风扇(33)和蒸发器风道(34)组成的蒸发侧(16)。冷凝侧出风口还设有室外出风风道(151)与室外相通。
制冷系统(2)由压缩机(21)、冷凝器(22)、节流部件(23)、蒸发器(24)和辅助管路组成。冷凝器(22)设于室外侧冷凝器风道(32)的出风口，将通过冷凝器风扇(31)吸入的室外空气与制冷剂进行热交换。蒸发器(24)设于室内侧蒸发器风道(34)的进风口，将通过蒸发器风扇(33)吸入的室内空气与制冷剂进行热交换。
如图2所示，节流部件(23)由一条主毛细管(231)与一受压力控制的辅助节流部件并联连接组成，该辅助节流部件由卸荷阀(232)与辅助毛细管(233)串联组成。卸荷阀(232)在压力高于规定值Ps时开启，此时辅助毛细管(233)导通，使系统排气压力下降；当系统压力恢复正常时，卸荷阀(232)自动关闭，辅助毛细管(233)不导通。这种带有卸荷阀的辅助节流系统，使系统在额定环境中能高效运行，在高温环境中也能正常制冷，避免因压缩机保护而停机。
换气装置的流向切换机构(53)设有室外进气口(531)、室内排气口(532)、风道排气口(533)和室内进气口(534)。流向切换机构(53)设有切换风阀(535)和驱动风阀开闭的风阀电机(44)。风道排气口(533)与制冷装置的冷凝侧进风口(152)之间设有风管(6)连接。风阀(535)处于附图1所示的开启位置时，室外进气口(531)与风道排气口(533)相通，室内进气口(534)与室内排气口(532)相通；风阀(535)处于附图1中虚线所示的关闭位置时，室外进气口(531)与室内排气口(532)相通，室内进气口(534)与风道排气口(533)相通。
换气装置的室外进气口(531)设有可拆卸清洗和更换的过滤网(536)。室外进气口(531)还设有室外温度传感器(46)，室外温度传感器(46)与控制器(41)电连接，用来检测室外进风温度。换气装置的室内排气口(532)还可以设有送风管(537)，可以将冷空气直接送到所需要冷却的局部空间。
本实施例描述的整体式空调装置，可以按照压缩制冷模式运行或按照双向换风模式运行。
按照压缩制冷模式运行时，控制器(41)控制风阀电机(44)动作使风阀(535)处于附图1所示的开启状态，压缩机(21)、双轴伸风扇电机(42)和换风风扇电机(43)运行。室外空气在换风风扇(51)的作用下，从室外进气口(531)进入换气装置，从风道排气口(533)经风管(6)流向冷凝侧进风口(152)，在冷凝器风扇(31)的作用下与冷凝器(22)进行热交换后，由冷凝侧出风口的室外出风风道(151)排向室外。
按照双向换风模式运行时，控制器(41)控制风阀电机(44)动作使风阀(535)处于附图1中虚线所示的关闭状态，压缩机(21)停，双轴伸风扇电机(42)和换风风扇电机(43)运行。室外空气在换风风扇(51)的作用下，从室外进气口(531)进入换气装置，从室内排气口(532)流向室内。室内空气在冷凝器风扇(31)的作用下，从室内进气口(534)进入换气装置，从风道排气口(533)经风管(6)进入制冷装置的冷凝侧进风口(152)，由冷凝侧出风口的室外出风风道(151)流向室外。
试验表明，某额定制冷量7500W的整体式空调器，压缩制冷运行时室内侧蒸发器风扇的风量为每小时约750立方米。在双向换风模式运行时，室内向室外的送风量约为每小时约950立方米。在室外干湿球温度12℃/10℃、室内干湿球温度27℃/19℃时，通过室内外双向换风就可以达到约7600W的制冷量，完全能满足制冷需要。因此本实施例描述的整体式空调装置，在室外低温环境下仍需要对室内制冷的条件下，可以通过双向换风系统代替压缩制冷系统运行来向室内提供冷量。如图3所示，其控制方法如下：
1)设定温度Ts、dTs。Ts是空调器的设定温度，当室内进风温度高于Ts时，空调器运行对室内制冷。dTs是空调器节能运行的设定温差，当室外温度低于室内温度达dTs以上时，空调器转为双向换风的节能模式运行。
2)具体地，由室内温度传感器(45)检测室内进风温度Ti，由室外温度传感器(46)检测室外进风温度Te，并将所检测的温度信号传送到控制器(41)。
3)当Ti＞Ts且Ti-Te＜dTs时，所述整体式空调装置按照压缩制冷模式运行；当Ti＞Ts且Ti-Te≥dTs时，所述整体式空调装置按照双向换风模式运行。
进一步地，控制系统(4)可以设有通过网络与网络服务器连接的网络接口。双向换风得节能空调装置的运行数据，包括室内进风温度Ti、室外进风温度Te，通过网络接口传送到网络服务器上进行监控。当空调器工作状态异常，或室内进风温度高于警戒值时，可以通过网络服务器的监控程序进行报警，以便及时处理。网络服务器也可以通过网络接口将控制命令，包括开停机控制、模式转换或设定Ts、dTs参数，传送到控制系统(4)上执行。
实施例二：
本实施例描述的带有双向换风功能的节能空调装置的另一种实施方式。如图4所示，包括由壳体(1)、制冷系统(2)、送风系统(3)和控制系统(4)组成的制冷装置，由换风风扇(51)、换风风扇电机(43)、流向切换机构(53)组成的换气装置(5)。
蒸发侧送风系统由蒸发器风道(34)和蒸发器风扇(33)组成。如图5和图6所示，蒸发器风道(34)由集流板(331)、风道腔(332)、隔板和蒸发器盖板(334)组成，设有一个与室内相通的进风口(35)和两个出口。进风口(35)位于空调器蒸发侧的正面，进风口(35)处安装有前面板(13)、过滤网和蒸发器(24)。出口一(36)与室内相通，也位于空调器室内侧的正面，处于进风口(35)的一侧或上方。出口一(36)设有由一组横向风板组成的风门一(361)。通过控制系统(4)控制风门电机一(47)，可以带动风门一(361)转动来打开或关闭出口一(36)。出口二(37)也处于进风口(35)的一侧或上方，位于蒸发器风道(34)的与出口一(36)相对的位置，与冷凝侧送风系统的进风口(152)相通。出口二(37)设有由一组横向风板组成的风门二(371)。通过控制系统(4)控制风门电机二(48)，可以带动风门二(371)转动来打开或关闭出口二(37)。
控制系统(4)包括控制器(41)、驱动冷凝器风扇(31)和蒸发器风扇(33)的双轴伸风扇电机(42)、驱动换风风扇(51)的换风风扇电机(43)、控制流向切换风阀(535)开闭的风阀电机(44)、检测室内进风温度的室内温度传感器(45)、检测室外进风温度的室外温度传感器(46)、控制风门一(361)的风门电机一(47)和控制风门二(371)的风门电机二(48)。
换气装置的流向切换机构(53)设有室外进气口(531)、室内排气口(532)和风道排气口(533)。流向切换机构(53)设有切换风阀(535)和驱动风阀开闭的风阀电机(44)。风道排气口(533)与制冷装置的冷凝侧进风口(152)之间设有风管(6)连接。风阀(535)处于附图4所示的开启位置时，室外进气口(531)与风道排气口(533)相通；风阀(535)处于附图4中虚线所示的关闭位置时，室外进气口(531)与室内排气口(532)相通。换气装置的室内排气口(532)还设有送风管(536)，可以将冷空气直接送到所需要冷却的局部空间。
本实施例描述的整体式空调装置，可以按照压缩制冷模式运行或按照双向换风模式运行。
按照压缩制冷模式运行时，控制器(41)控制风阀电机(44)动作使风阀(535)处于附图4所示的开启状态，风门电机一(47)控制风门一(361)开启，风门电机二(48)控制风门二(371)关闭，压缩机(21)、双轴伸风扇电机(42)和换风风扇电机(43)运行。室外空气在换风风扇(51)的作用下，从室外进气口(531)进入换气装置，从风道排气口(533)经风管(6)流向冷凝侧进风口(152)，在冷凝器风扇(31)的作用下与冷凝器(22)进行热交换后，由冷凝侧出风口的室外出风风道(151)排向室外。室内空气在蒸发器风扇(33)的作用下从进风口(35)流入，与蒸发器(24)内的制冷剂进行热交换，被冷却后的空气由蒸发器风道(34)引导从出口一(36)向室内侧排出。
按照双向换风模式运行时，控制器(41)控制风阀电机(44)动作使风阀(535)处于附图4中虚线所示的关闭状态，风门电机一(47)控制风门一(361)关闭，风门电机二(48)控制风门二(371)开启，压缩机(21)停，双轴伸风扇电机(42)和换风风扇电机(43)运行。室外空气在换风风扇(51)的作用下，从室外进气口(531)进入换气装置，从室内排气口(532)流向室内。
室内空气在蒸发器风扇(33)的作用下从进风口(35)流入，由蒸发器风道(34)引导从出口二(37)流向室外侧送风系统的进风侧，再由冷凝器风道(32)的出风口向室外侧排出。这样，就实现了室内空气与室外空气的双向换风。
本实施例的制冷系统结构和其它控制方法与实施例一相同。
实施例三：
本实施例描述的带有双向换风功能的节能空调装置的另一种实施方式。如图7所示，包括由壳体(1)、制冷系统(2)、送风系统(3)和控制系统(4)组成的制冷装置，由换风风扇(51)、换风风扇电机(43)、排风风扇(52)、排风风扇电机(49)和流向切换机构组成的换气装置(5)。
换气装置的流向切换机构设有室外进气口(531)、室外排气口(537)、室内进气口(534)、室内排气口(532)和风道排气口(533)。流向切换机构设有切换风阀一(535)、切换风阀二(538)和驱动风阀开闭的风阀电机一(44)和风阀电机二(441)。风道排气口(533)与制冷装置的冷凝侧进风口(152)之间设有风管(6)连接。
风阀(535)、(538)处于附图8所示的开启位置时，室外进气口(531)与风道排气口(533)相通；风阀(535)、(538)处于附图8中虚线所示的关闭位置时，室外进气口(531)与室内排气口(532)相通，室内进气口(534)与室外排气口(537)相通。
本实施例描述的整体式空调装置，可以按照压缩制冷模式运行或按照双向换风模式运行。
按照压缩制冷模式运行时，控制器(41)控制风阀电机(44)、(441)动作风阀(535)、(538)处于附图8所示的开启位置，压缩机(21)、双轴伸风扇电机(42)和换风风扇电机(43)运行。室外空气在换风风扇(51)的作用下，从室外进气口(531)进入换气装置，从风道排气口(533)经风管(6)流向冷凝侧进风口(152)，在冷凝器风扇(31)的作用下与冷凝器(22)进行热交换后，由冷凝侧出风口的室外出风风道(151)排向室外。
按照双向换风模式运行时，控制器(41)控制风阀电机(44)、(441)动作使风阀(535)、(538)处于附图8中虚线所示的关闭状态，压缩机(21)和双轴伸风扇电机(42)停，换风风扇电机(43)和排风风扇电机(49)运行。室外空气在换风风扇(51)的作用下，从室外进气口(531)进入换气装置，从室内排气口(532)流向室内。室内空气在排风风扇(52)的作用下，从室内进气口(534)进入换气装置，从室外排气口(537)流向室内。
本实施例的制冷系统结构和其它控制方法与实施例一相同。
综上所述，本发明提供具有双向换风功能的节能空调装置，在室外环境温度较低时按照双向换风模式制冷，显著降低了空调装置的能耗。
Claims (11)
1、一种双向换风的风管式空调装置，包括由壳体、控制系统、制冷系统和送风系统组成的制冷装置，由换风风扇、换风风扇电机、流向切换机构组成的换气装置。其特征在于，所述双向换风的风管式空调装置可以按照压缩制冷模式运行或按照双向换风模式运行。
2、根据权利要求1所述的风管式空调装置，所述换气装置的流向切换机构设有室外进气口、室内排气口和风道排气口，在风道排气口与制冷装置的冷凝侧进风口之间设有风管连接。
3、根据权利要求2所述的风管式空调装置，按照压缩制冷模式运行时，室外空气从换气装置的室外进气口进入，从风道排气口经风管进入制冷装置的冷凝侧进风口，与冷凝器进行热交换后由制冷装置的冷凝侧出风口流向室外；按照双向换风模式运行时，室外空气从换气装置的室外进气口进入，从换气装置的室内排气口流向室内。
4、根据权利要求3所述的风管式空调装置，所述换气装置的流向切换机构还设有室内进气口。其特征在于，按照双向换风模式运行时，室内空气从换气装置的室内进气口进入，从风道排气口经风管进入制冷装置的冷凝侧进风口，由制冷装置的冷凝侧出风口流向室外。
5、根据权利要求3所述的风管式空调装置，所述制冷装置的蒸发侧设有至少一个进风口和两个出风口，出风口一与室内相通，出风口二与冷凝侧进风口相通，出风口一、出风口二分别设有可通过控制系统控制其开闭的风门。其特征在于，按照压缩制冷模式运行时出风口一打开，出风口二关闭；按照双向换风模式运行时，出风口一关闭，出风口二打开。
6、根据权利要求3所述的风管式空调装置，所述换气装置还设有由排风风扇和排风风扇电机组成的排风风道。其特征在于，所述排风风扇电机与控制系统电连接；按照压缩制冷模式运行时，排风风扇电机停；按照双向换风模式运行时，排风风扇电机开，换气风扇电机开。
7、根据权利要求4或5或6所述的风管式空调装置，其制冷装置的冷凝侧出风口还设有室外出风风道与室外相通。
8、根据权利要求2或3所述的风管式空调装置，所述换气装置的室外进气口还设有室外温度传感器，室外温度传感器与制冷装置的控制系统电连接。
9、根据权利要求2或3所述的风管式空调装置，所述换气装置的室内排气口还设有送风管。
10、根据权利要求1或2或3所述的风管式空调装置的控制方法包括以下步骤：设定温度Ts、dTs，检测室内进风温度Ti和室外进风温度Te；当Ti＞Ts且Ti-Te＜dTs时，所述双向换风的风管式空调装置按照压缩制冷模式运行；当Ti＞Ts且Ti-Te≥dTs时，所述双向换风的风管式空调装置按照双向换风模式运行。
11、根据权利要求1或2或3所述的风管式空调装置，所述制冷系统还设有由卸荷阀与辅助毛细管串联组成的卸荷装置，卸荷阀在压力高于规定值Ps时开启。其特征在于，所述卸荷装置的一端与制冷系统中冷凝器的出口相连，另一端与制冷系统中蒸发器的入口相连，或与蒸发器的中部相连，或与蒸发器的出口相连。
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2007
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070822 |