CN102455017B - 基于物联网概念的高效空调 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网概念的高效空调，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器通过工质通道相连接，该空调还包括控制系统，控制系统包括GSM通信模块、微控制器、存储器和温度传感器，在压缩机的工质通道的进口和出口、冷凝器的工质通道出口、蒸发器的工质通道进口、冷凝器的排风口以及蒸发器的排风口分别设有温度传感器，温度传感器的信号输出端与微控制器相连接。本发明在现有空调的基础上，增加了GSM通信模块，对家庭的空调进行远程控制与监测，空调的控制系统根据指令中设置的温度参数，避免了需要等待较长的制冷过程；也可将故障情况发送给维修平台，便于维修；通过技术改进，提高制冷效率，节约电能。

Description

基于物联网概念的高效空调

技术领域

本发明涉及制冷装置，特别涉及空调，具体是一种基于物联网概念的高效空调。

背景技术

近年来，互联网日益普及，通信技术迅速发展，物联网概念逐渐被人们所关注。随着控制技术的发展，家居电器在控制方面得到了发展，从以前的手动控制，到现在的红外遥控器控制。但是红外控制的距离有限，并且必须要有人在附近操作才可以；而且现有的空调遥控器及其控制系统，不能给用户及时反馈空调的工作情况，特别是故障情况。从空调机启动，到房间达到合适宜人的温度需要一段时间，为了满足人们对生活环境舒适性的要求，能够在用户回到家之前，就将室内温度调节到舒适状态，避免用户回到家后还要等待漫长的制冷过程，需要对空调的控制加以改进。而且，现有的家用空调制冷系数低、耗电量大。这主要是其制冷循环中的冷凝温度较高，这极大降低了空调制冷效率，增加了能耗，也阻碍了空调的大面积普及使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网概念的高效空调，所述的这种基于物联网概念的高效空调能够解决现有技术中空调需要操作人员在附近才可以启动空调，导致用户人需要等待较长的制冷过程的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器通过工质通道相连接，其特征在于：该空调还包括控制系统，控制系统包括GSM通信模块、微控制器、存储器和温度传感器，在压缩机的工质通道的进口和出口分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，在冷凝器的工质通道出口设有第三温度传感器，在蒸发器的工质通道进口设有第四温度传感器，在冷凝器的排风口设有第五温度传感器，在蒸发器的排风口设有第六温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器的信号输出端与微控制器相连接，GSM通信模块和存储器与微控制器相连接，在冷凝换热器的入风口处安装一个超声波雾化器，在室外机内侧上方安装有储水容器，储水容器通过管路与超声波雾化器相连接，储水容器与超声波雾化器之间的管路上设有电磁阀，电磁阀的控制端与微控制器相连接，超声波雾化器和储水容器内安装有水位感应装置，水位感应装置的信号输出线与微控制器相连接，蒸发器的凝结水通过注水管路与储水容器相连接，在该空调中设有制取冷水部件，制取冷水部件由设于蒸发器出口与压缩机进口之间的套管构成，该套管由内管和套设于内管外的外管构成，内管为工质通道，该外管一端与储水容器相连接，另一端与超声波雾化器相连接，外管中水的流动方向与内管中工质流动方向相反，在室内机设有注水口，该注水口通过注水管路与储水容器相连通。

微控微器采用ARM处理器。

GSM模块采用西门子TC35。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本基于物联网概念的高效空调在现有空调的基础上，采用物联网概念和相应技术手段对其进行改进，增加了GSM全球移动通信系统模块，这样可以借助现有的手机无线通信方式，对家庭的空调进行远程控制与监测，用户可利用手机短信息来发送命令，或者通过网络登录飞信软件发送指令给空调的控制系统，在微控制器控制下，GSM通信模块接收到指令，然后核对手机号码以及用户设置的通讯密码来判断指令来源是否正确，然后启动空调系统，根据指令中设置的温度参数，调节室内空气温度，这就避免了需要等待较长的制冷过程，让用户回到家就能享受舒服的室内环境；在压缩机的工质通道的进口和出口、冷凝器的工质通道出口、蒸发器的工质通道进口、冷凝器的排风口以及蒸发器的排风口设有温度传感器，可以对空调的工作情况进行实时监控，通过分析温度数据判断系统工作状态是否正常，并由微控制器将该信息及时反馈给用户，也可以将故障情况发送给维修平台，能使维修部门及时获得信息、到现场进行维修。在冷凝换热器入风口处安装一个超声波雾化器，可以有效降低空气温度，从而降低制冷循环中制冷剂的冷凝温度，该超声波雾化器的水源来自于设于室外机内的储水容器，在储水容器与超声波雾化器之间的管路上设电磁阀，电磁阀的控制端与微控制器相连接，由微控制器根据实际检测的空调工作情况对其进行合理控制。将蒸发器的凝结水收集，经过注水管路引入储水容器，一方面节约了雾化器用水量，另一方面也避免了室外滴水的现象。在蒸发器出口与压缩机进口之间，采用一段套管结构，内管流动的是工质制冷剂，从蒸发器流向压缩机，外管流动的是水，从储水容器流向超声波雾化器，水与工质采用逆流方式，经过降温后的水流入雾化器，低温水以水雾的形式喷出，空气经过水雾，温度下降，湿度增加，然后流经冷凝换热器，增加了换热效果，所以在循环过程中就可以降低制冷剂的冷凝温度，提高制冷量，增加制冷系数。在空调系统中的室内机设有注水口，可以及时给储水容器补充水。

附图说明 

图1是本发明基于物联网概念的高效空调的工作原理图。

图2是一般空调的制冷循环过程示意图。

图3 是本发明基于物联网概念的高效空调第一制冷循环过程示意图。

图4是本发明基于物联网概念的高效空调第二制冷循环过程示意图。

图5是一般空调的制冷循环过程、本发明的第一制冷循环过程以及本发明的第二制冷循环过程对比示意图。

图6是本发明中对蒸发器与压缩机之间连接管道的改进示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，在本实施例中，该基于物联网概念的高效空调，包括压缩机6、冷凝器7、膨胀阀10和蒸发器11，压缩机6、冷凝器7、膨胀阀10和蒸发器11通过工质通道相连接，工质通道采用铜管，该空调还包括控制系统，控制系统包括GSM通信模块2、微控制器3、存储器4和温度传感器，在压缩机6的工质通道的进口和出口分别设有第一温度传感器16和第二温度传感器17，在冷凝器7的工质通道出口设有第三温度传感器19，在蒸发器11的工质通道进口设有第四温度传感器20，在冷凝器7的排风口设有第五温度传感器18，在蒸发器11的排风口设有第六温度传感器21，第一温度传感器16、第二温度传感器17、第三温度传感器19、第四温度传感器20、第五温度传感器18和第六温度传感器21的信号输出端与微控制器3相连接，GSM通信模块2和存储器4与微控制器3相连接。微控制器采用ARM处理器，可以构建嵌入式控制系统，在ARM单片机上运行实时操作系统，对整个空调进行控制。GSM模块2采用西门子TC35，来自手机或飞信的信息指令1由GSM模块接收，由微控制器进行分析、处理；用户也可以使用遥控器（或室内机上的控制界面）5来控制空调。在冷凝换热器7的入风口处安装一个超声波雾化器8，在室外机内侧上方安装有储水容器9，储水容器9通过管路与超声波雾化器8相连接，储水容器9中的水以水流12的形式流入超声波雾化器8，储水容器9与超声波雾化器8之间的管路上设有电磁阀，电磁阀的控制端与微控制器相连接，超声波雾化器和储水容器内安装有水位感应装置，水位感应装置的信号输出线与微控制器相连接。由超声波雾化器8将来自储水容器9的水形成水蒸汽，如图1中箭头所示，对冷凝换热器进行冷却，可以降低冷凝温度，提高空调制冷性能。蒸发器11的凝结水经过注水管路以水流13的形式流入储水容器9，可以减少注水量，另一方面避免室外滴水。在室内机设有注水口，该注水口通过注水管路与储水容器相连通。在该空调中设有制取冷水部件，制取冷水部件由设于蒸发器出口与压缩机进口之间的套管25构成，该套管25由内管和套设于内管外的外管构成，内管为工质14通道，采用铜管，该外管一端与储水容器9相连接，另一端与超声波雾化器8相连接，外管中水15的流动方向与内管中工质14流动方向相反，即内管工质14流动方向为从蒸发器流向压缩机，而外管中水15的流动方向为从储水容器流向超声波雾化器。工质吸收室内温度后，液态变为气态（蒸发吸热），但是温度仍为-10℃，而夏季水温则为25-30℃左右，由于内管采用导热性能较好的铜管，所以可以使外管内的水温降低。

为了实现这个功能，该发明在室内机内安装有控制电路模块，它包括GSM通信电路，控制器电路，储存电路，红外装置电路等。用户利用手机短信息来发送命令，或者通过网络登录飞信软件发送指令给空调系统，GSM通信模块接收到指令，然后核对手机号码以及用户设置的通讯密码来判断指令来源正确，然后启动空调系统，根据指令中设置的温度参数，调节室内空气温度。这就避免了由于空间较大，而要等待较长的制冷过程，让用户回到家就能享受舒服的室内环境。

为了实现人机相互通讯，空调接收到指令后，微控制器控制空调开启，然后接收各个温度传感器测得的数据，进行分析判断，若空调机组正常工作，则微控制器发送指令给GSM通信模块，将程序设定的存储模块内对应的信息发送到用户手机或者网络飞信终端，这样用户可以及时了解空调的工作状态。若空调机组没能正常启动，或者启动后，通过分析温度数据判断系统工作状态异常，则微控制器控制压缩机停止工作，同时将存储模块内相应的信息发送给用户，并将测得的数据以及相关的信息发送到指定的维修平台，这样能使维修部门及时获得信息，并排维修人员到现场进行维修。

由于采嵌入式控制芯片，可以开发功能较为完善的控制软件，控制界面的功能更加完善，显示屏显示内容有：设定的室内温度、室内相对湿度、储水容器水量、控制器工作模式等信息；另外增加了语音提示功能，让用户更加方便地知道当前的工作状态，用户可以在控制界面上设置“开启”或者“关闭”此功能。在室内机的中设有一个注水口，当水位感应装置检测到储水容器内的水量少于一定量时，控制器将启动语音提示，告知用户及时加水。

下面对本发明工作循环的制冷系数进行分析，并与一般空调加以对比，此处都不考虑管道以及换热器中的压降。

为了对比本发明的在制冷效率方面的改进，图2中画出的是一般空调的制冷循环过程。在图2、图3、图4和图5中，横坐标代表单位质量工质的焓值，纵坐标代表工质压力的对数值（该坐标为常用的对数坐标）。

以R134a为制冷剂，一般空调的制冷循环参数为：蒸发温度定为-10度，冷凝温度为60度，过热温度为0度，过冷温度为0度，其制冷循环log(p)-h图如图2所示。根据循环图可得到：蒸发过程焓增：103.936kJ/kg，压缩过程焓增：44.041kJ/kg，所以制冷系数COP=103.936/44.041=2.36。

本发明空调的第一制冷循环，也就是第一改进循环，如图3所示。由于本发明将冷水雾化，降低了用来冷却冷凝器的空气温度，所以可以将制冷剂冷却到过冷的状态。其循环参数为：蒸发温度定为-10度，冷凝温度为60度，过热温度为10度，过冷温度为10度。其性能分析如下：由于这里的过热是无效过热，所以此过程的制冷效果不能计入制冷量。根据循环图可得到：蒸发过程焓增：120.7kJ/kg，压缩过程焓增：46.4kJ/kg，所以制冷系数COP=120.7/46.4=2.60；相对提高了(2.60-2.36)/2.36=10.2% 。

由于超声波雾化器的功率为35W，而一般的家用空调为735W（1匹）、1102.5W（1.5匹）、1470W（2匹），雾化器功率所占比例小，在计算过程中可以忽略。

本发明空调的第二制冷循环，也就是第二改进循环，如图4所示。为了减少压缩机的消耗功率，在冷凝温度允许的范围内，降低冷凝压力，这可由对压缩机控制实现。其循环参数为：蒸发温度定为-10度，冷凝温度为50度，过热为10度，过冷为0度。

其性能分析如下：由于这里的过热是无效过热，所以此过程的制冷效果不能计入制冷量。根据循环图可得到：蒸发过程焓增：120.7kJ/kg，压缩过程焓增：40.8kJ/kg，所以制冷系数COP=120.7/40.8=2.96；相对提高了(2.96-2.36)/2.36= 25.4% 。

图5中为一般空调的制冷循环22、本发明的第一制冷循环23以及本发明的第二制冷循环24三者对比示意图。

可见，经过技术改进，在蒸发器与压缩机之间采用套管结构，利用低温工质对流入超声波雾化器的水进行降温，可以有效降低冷凝换热器的入口空气温度，雾化水分的蒸发提高了冷凝换热的效果。本发明的制冷系数比一般的空调系统要高，两种改进循环的制冷系数相对提高分别为10.2%、25.4% 。所以本发明比一般空调的效率要高，满足同样的制冷量下，耗能较少。

Claims (3)

1.一种基于物联网概念的高效空调，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器通过工质通道相连接，其特征在于：该空调还包括控制系统，控制系统包括GSM通信模块、微控制器、存储器和温度传感器，在压缩机的工质通道的进口和出口分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，在冷凝器的工质通道出口设有第三温度传感器，在蒸发器的工质通道进口设有第四温度传感器，在冷凝器的排风口设有第五温度传感器，在蒸发器的排风口设有第六温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器的信号输出端与微控制器相连接，GSM通信模块和存储器与微控制器相连接，在冷凝器的入风口处安装一个超声波雾化器，在室外机内侧上方安装有储水容器，储水容器通过管路与超声波雾化器相连接，储水容器与超声波雾化器之间的管路上设有电磁阀，电磁阀的控制端与微控制器相连接，超声波雾化器和储水容器内安装有水位感应装置，水位感应装置的信号输出线与微控制器相连接，蒸发器的凝结水通过注水管路与储水容器相连接，在该空调中设有制取冷水部件，制取冷水部件由设于蒸发器出口与压缩机进口之间的套管构成，该套管由内管和套设于内管外的外管构成，内管为工质通道，该外管一端与储水容器相连接，另一端与超声波雾化器相连接，外管中水的流动方向与内管中工质流动方向相反，在室内机设有注水口，该注水口通过注水管路与储水容器相连通。

2.如权利要求1所述的基于物联网概念的高效空调，其特征在于：微控微器采用ARM处理器。

3.如权利要求1所述的基于物联网概念的高效空调，其特征在于：GSM模块采用西门子TC35。

Images