CN103032938B - 空调装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空调装置及其控制方法，空调装置包括一第一开关阀、一压缩机、一压降元件、一第二开关阀、一冷凝器及一蒸发器。而空调装置的控制方法包括：设定一预设温度；量测一室内温度；比较该预设温度与该室内温度；当该室内温度小于该预设温度，开启该第一开关阀及该第二开关阀，且关闭该压缩机；以及当该室内温度大于该预设温度，关闭该第一开关阀及该第二开关阀，且启动该压缩机。

Description

空调装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调装置及其控制方法，特别涉及可更节省能源的空调装置及其控制方法。

背景技术

请参阅图1，其为现有冷气空调装置1的示意图，该冷气空调装置1包含压缩机11、冷凝器12、冷凝器风扇13、蒸发器15、蒸发器风扇16及毛细管或膨胀阀14。冷媒可在压缩机11、冷凝器12、毛细管或膨胀阀14及蒸发器15内循环流动，而冷凝器风扇13设于冷凝器12的一侧，蒸发器风扇16设于蒸发器15的一侧。上述冷气空调装置的各元件为冷冻空调领域中具有通常知识者所熟知，故于此不详加说明。

现有冷气空调装置1又可因压缩机11的种类，分成变频式冷气空调装置及非变频式冷气空调装置。若冷气空调装置1为非变频式，其压缩机11使用交流电电流。只要压缩机11通电运转，压缩机11的转速为固定不变的。当室内温度达到使用者的预设温度时，压缩机11即会关闭，此时冷媒不循环流动，故室内的热量不会被冷气空调装置吸收。如此，室内温度很快便会提高，导致压缩机11很快地再启动。短时间内压缩机11启动及关闭，容易造成电能的消耗，亦会使压缩机11寿命变短。

若冷气空调装置1为变频式，其压缩机11可使用直流电，而压缩机11的转速为可调整的。当室内温度达到使用者的预设温度时，压缩机11的转速会降低，以减少电能的消耗。由于压缩机11仍在运转而使冷媒循环流动，故冷气空调装置1仍可吸收室内的热量，使得室内温度不会快速地上升。然而，变频式空调装置1的压缩机11在室内温度低于预设温度时的持续运转，仍会消耗一定电能。

发明内容

本发明的一目的为提供一种空调装置及其控制方法，其可使压缩机停止运转时，依然可吸收室内的热能，以节省能源。

为达上述目的，本发明所提供的空调装置包含一第一开关阀；一压缩机，与该第一开关阀并联；一压降元件；一第二开关阀，与该压降元件并联；一冷凝器，分别与该压缩机与该第一开关阀相连接；以及一蒸发器，分别与该第二开关阀和该压降元件相连接，其中当一室内温度小于该空调装置的一预设温度，开启该第一开关阀及该第二开关阀，且关闭该压缩机；以及当该室内温度大于该预设温度，关闭该第一开关阀及该第二开关阀，且启动该压缩机。

该空调装置还包括一冷凝器风扇，该冷凝器风扇位于该冷凝器的一侧；以及一蒸发器风扇，该蒸发器风扇位于该蒸发器的一侧。

较佳地，该空调装置还包括一控制器，该控制器电性连接该第一开关阀、该第二开关阀及该压缩机。

另外，该空调装置还包括一温度传感器，该温度传感器位于该蒸发器的另一侧，且与该控制器电性连接。

较佳地，该冷凝器的一放置位置高于该蒸发器的一放置位置，或者该冷凝器的放置位置与该蒸发器的放置位置部分重叠。更佳地，该冷凝器的最下侧与该蒸发器的最上侧等高。

较佳地，该第一开关阀及该第二开关阀分别为一电磁开关阀。

此外，该空调装置还包括一制冷剂，在该压缩机、该冷凝器、该压降元件、该第一开关阀、该第二开关阀及该蒸发器内循环流动，其中该制冷剂为冷媒、R410、R134或R22。

较佳地，该压降元件为一毛细管或一膨胀阀。

该第一开关阀的一输入端与一第一管路的一端相连接，且该第一开关阀的一输出端与一第二管路的一端相连接；该压缩机的一输入端与一第三管路的一端相连接，且该压缩机的一输出端与一第四管路的一端相连接；该压降元件的一输入端与一第五管路的一端相连接，且该压降元件的一输出端与一第六管路的一端相连接；该第二开关阀的一输入端与一第七管路的一端相连接，且该第二开关阀的一输出端与一第八管路的一端相连接；该冷凝器的一输入端与该第二管路的另一端及该第四管路的另一端相连接，且该冷凝器的一输出端与该第五管路的另一端及该第七管路的另一端相连接；该蒸发器的一输入端与该第六管路的另一端及该第八管路的另一端相连接，且该蒸发器的一输出端与第一管路的另一端及该第三管路的另一端相连接。上述的管路较佳为一中空的铜管、铝管或金属管。

该第一管路的一直径大于该第三管路的一直径或该第四管路的一直径；该第二管路的一直径大于该第三管路的一直径或该第四管路的一直径；该第七管路的一直径大于该第五管路的一直径或该第六管路的一直径；该第八管路的一直径大于该第五管路的一直径或该第六管路的一直径。

为达上述目的，本发明提供一种空调装置的控制方法，其中该空调装置包括一第一开关阀、一压缩机、一压降元件、一第二开关阀、一冷凝器及一蒸发器，该方法的步骤包括设定一预设温度；量测一室内温度；比较该预设温度与该室内温度；当该室内温度小于该预设温度，开启该第一开关阀及该第二开关阀，且关闭该压缩机；以及当该室内温度大于该预设温度，关闭该第一开关阀及该第二开关阀，且启动该压缩机，其中该预设温度大于一室外温度，该预设温度较佳为摄氏40至50度。

当该室内温度小于该预设温度，形成经过该蒸发器、该第一开关阀、该冷凝器、该第二开关、再回到该蒸发器的一第一循环回路；当该室内温度大于该预设温度，形成经过该蒸发器、该压缩机、该冷凝器、该压降元件、再回到该蒸发器的一第二循环回路。而该第一循环回路和该第二循环回路通过一控制器整合在一起，该蒸发器与该冷凝器分别配置一风扇，该控制器控制该压缩机、该冷凝器的风扇、该蒸发器的风扇、该第一开关阀和该第二开关阀。

为了让上述的目的、技术特征和优点能够更为本领域的人士所知悉并应用，下文以本发明的多个较佳实施例以及附图进行详细的说明。

附图说明

图1为现有冷气空调装置的示意图；

图2a为本发明空调装置的较佳实施例的立体结构图；

图2b为图2a所示的空调装置的冷凝器及冷凝器风扇的示意图；

图2c为图2a所示的空调装置的蒸发器及蒸发器风扇的示意图；

图2d为图2a所示的本发明空调装置的较佳实施例的方块图；

图3a为本发明的空调装置的控制方法的较佳实施例的步骤流程图；

图3b为图2d的空调装置的制冷剂的流动状态示意图；

图3c为图2d的空调装置的制冷剂的另一流动状态示意图；

图4a为图2a的空调装置与现有变频式空调装置的温度与功率的关系图；以及

图4b为图2a的空调装置与现有非变频式空调装置的温度与功率的关系图。

其中，附图标记说明如下：

1空调装置

11压缩机

12冷凝器

13冷凝器风扇

14毛细管或膨胀阀

15蒸发器

16蒸发器风扇

21第一开关阀

21a第一开关阀的输入端

21b第一开关阀的输出端

211第一管路

212第二管路

22压缩机

22a压缩机的输入端

22b压缩机的输出端

221第三管路

222第四管路

23冷凝器

23a冷凝器的输入端

23b冷凝器的输出端

24冷凝器风扇

25压降元件

25a压降元件的输入端

25b压降元件的输出端

251第五管路

252第六管路

26第二开关阀

26a第二开关阀的输入端

26b第二开关阀的输出端

261第七管路

262第八管路

27蒸发器

27a蒸发器的输入端

27b蒸发器的输出端

28蒸发器风扇

29控制器

30温度传感器

具体实施方式

请参阅图2a、2b、2c及2d，其中图2a为本发明空调装置的一较佳实施例的立体结构图，图2b为图2a所示的空调装置的冷凝器及冷凝器风扇的示意图，图2c为图2a所示的空调装置的蒸发器及蒸发器风扇的示意图，而图2d为图2a所示的本发明空调装置的该较佳实施例的方块图。

详细而言，该空调装置可包含一第一开关阀21、一压缩机22、一冷凝器23、一冷凝器风扇24、一压降元件25、一第二开关阀26、一蒸发器27、一蒸发器风扇28及一控制器29。

控制器29可与第一开关阀21、压缩机22、冷凝器风扇24、第二开关阀26及蒸发器风扇28电性连接，以分别控制第一开关阀21、压缩机22、冷凝器风扇24、第二开关阀26及蒸发器风扇28的运行与否。

第一开关阀21的一输入端21a与一第一管路211的一端相连接，且第一开关阀21的一输出端21b与一第二管路212的一端相连接；第一开关阀21可为一电磁开关阀。

压缩机22的一输入端22a与一第三管路221的一端相连接，且压缩机22的一输出端22b与一第四管路222的一端相连接。该压缩机22与第一开关阀21并联；压降元件25可为一毛细管或一膨胀阀，而压降元件25的一输入端25a与一第五管路251的一端相连接，且压降元件25的一输出端25b与一第六管路252的一端相连接。

第二开关阀26的一输入端26a与一第七管路261的一端相连接，且第二开关阀26的一输出端26b与一第八管路262的一端相连接；第二开关阀26也可为一电磁开关阀。该压降元件25与该第二开关阀26并联。

冷凝器23的一输入端23a与第二管路212的另一端及第四管路222的另一端相连接，且冷凝器23的一输出端23b与第五管路251的另一端及第七管路261的另一端相连接。另外，冷凝器风扇24可设于冷凝器23的一侧，而本实施例中，冷凝器风扇24设置于冷凝器23的下侧。

蒸发器27的一输入端27a与第六管路252的另一端及第八管路262的另一端相连接，且蒸发器27的一输出端27b与第一管路211的另一端及第三管路221的另一端相连接。另外，蒸发器风扇28设于蒸发器27的一侧，而本实施例中，蒸发器风扇28设置于蒸发器27的上侧。

在蒸发器27的另一侧设有一温度传感器30，以量测室内的温度；且温度传感器30也与控制器29电性连接，以将量测到的温度信息传递给控制器29。

冷凝器23的放置位置可高于蒸发器27的放置位置，也就是冷凝器23的最下侧会高于蒸发器27的最上侧；或是，冷凝器23的放置位置可与蒸发器27的放置位置部分重叠，也就是冷凝器23的最下侧会低于蒸发器27的最上侧，但高于蒸发器27的最下侧。或者，该冷凝器23的最下侧与该蒸发器27的最上侧等高。如此，一制冷剂在冷凝器23中凝结成液体时，可因自身的重力而向下流动至蒸发器27中。该制冷剂可为冷媒，如R410，R134或R22。

第一管路211的直径可大于第三管路221或第四管路222的直径，第二管路212的直径可大于第三管路221或第四管路222的直径，第七管路261的直径可大于第五管路251或第六管路252的直径，而第八管路262的直径也可大于第五管路251或第六管路252的直径。如此，制冷剂在管径较大的第一管路211、第二管路212、第七管路261及第八管路262中流动时，流动阻力会较小。

在本实施例中，第一管路211的一直径同时大于第三管路221及第四管路222的直径，第二管路212的直径同时大于第三管路221及第四管路222的直径，第七管路261的直径同时大于第五管路251及第六管路252的直径，第八管路262的直径同时大于第五管路251或第六管路252的直径。上述的所有管路可为中空的铜管、铝管或金属管。

通过上述空调装置的各元件的连接及配置，空调装置中的制冷剂可至少有两种循环流动顺序，其一为“依序在蒸发器27、压缩机22、冷凝器23及压降元件25中循环流动”，另一为“依序在蒸发器27、第一开关阀21、冷凝器23及第二开关阀26中循环流动”。通过切换此两种制冷剂的流动顺序，可使本实施例的空调装置比起现有的变频式或非变频式的空调装置更为节能。

以下将进一步说明本实施例的空调装置如何切换制冷剂的循环流动顺序，也就是说明本发明的空调装置的控制方法的一较佳实施例。请参阅图3a所示，为本发明的空调装置的控制方法的一较佳实施例的步骤流程图；并请配合参阅图2d。

首先，使用者可先设定一预设温度，控制器29会记录所设定的预设温度(步骤31)；预设温度须大于一室外温度，例如可为摄氏40度至50度。接着，温度传感器30会不断或间隔地量测室内温度，然后将所量测到的室内温度传输至控制器29(步骤32)。控制器29会不断地或是间隔地比较预设温度及所量测到的室内温度高低(步骤33)。

若控制器29判断室内温度小于预设温度时，表示目前室内温度已达到使用者的要求，控制器29会关闭压缩机22，然后开启第一开关阀21及第二开关阀26(步骤34)；请参阅图3b所示的图2d的空调装置的制冷剂的流动状态示意图，此时，制冷剂的循环流动路径为“蒸发器27、第一开关阀21、冷凝器23及第二开关阀26”的一第一循环回路。

详言之，制冷剂在蒸发器27中吸收室内的热量后，会汽化成气体，然后向上飘升并通过开启的第一开关阀21而到达冷凝器23；接着制冷剂会在冷凝器23中凝结成液体，然后通过开启的第二开关阀26而到达蒸发器27中。前文提过冷凝器23至少部分地高于蒸发器27，故液态的制冷剂会因本身的重力而向下流至蒸发器27。

需说明的是，制冷剂在通过第一开关阀21及第二开关阀26后，虽不会被大幅地加压及降压，但制冷剂依然可吸收一定的室内的热能，故可减缓或抑制室内温度的上升。

此外，在制冷剂从冷凝器23流至蒸发器27的过程中，部分的制冷剂可能会通过压降元件25。但因为压降元件25的流阻较大，故只会有少部分的制冷剂通过压降元件25，大部分的制冷剂还是会通过第二开关阀26。

若控制器29判断室内温度大于预设温度时，表示目前室内温度可能会使得使用者感到不适，或是使室内的物品(例如电子产品)损坏或劣化等，控制器29会开启压缩机22，然后关闭第一开关阀21及第二开关阀26(步骤35)；请参阅图3c所示的图2d的空调装置的制冷剂的另一流动状态示意图，此时，制冷剂的循环流动路径为“蒸发器27、压缩机22、冷凝器23及压降元件25”的一第二循环回路。

详言之，制冷剂在蒸发器27中吸收室内的热量后，会汽化成气体，然后流至压缩机22中；接着，制冷剂会被压缩机22加压成高温高压的气体至冷凝器23；制冷剂会在冷凝器23中凝结成液体，然后通过压降元件25而到达蒸发器27中。由于压缩机22及压降元件25可使制冷剂大幅地加压及降压，因此制冷剂可大量地吸收室内的热能，使得室内温度可较快速地降低至预设温度。

需说明的是，由于第一开关阀21及第二开关阀26为关闭，故被压缩机22压缩后的制冷剂不会通过第一开关阀21而回流至蒸发器27，冷凝后的制冷剂也不会通过第二开关阀26而流至蒸发器27。

上述的控制方法的步骤32至步骤35可不断地重复执行，且过程中，无论室内温度是否高于预设温度，冷凝器风扇24及蒸发器风扇28可持续运转，以使制冷剂可较快速地在冷凝器23散热及在蒸发器27中吸热。

请参阅图4a，为图2a的空调装置与现有变频式空调装置的温度与功率的关系图，图中粗线的部分描述该变频式空调装置的温度与功率的关系，而细线的部分描述本实施例的空调装置的温度与功率的关系。并请配合参阅图1及图2d。

传统变频式空调装置的压缩机11，无论室内温度是否低于预设温度皆会持续运转。而于本实施例的空调装置中，当室内温度低于预设温度(例如摄氏40度)时，压缩机22即关闭，此时只有冷凝器风扇24及蒸发器风扇28会消耗电能；而当室内温度高于预设温度时，压缩机22会启动，此时除了冷凝器风扇24及蒸发器风扇28会消耗电能外，压缩机22亦会耗能。

由图4a可知，在高于预设温度时，传统的变频式空调装置及本实施的空调装置的运行功率差不多，但是在低于预设温度时，本实施的空调装置的运行功率明显地比变频式空调装置减少很多，约较变频式空调装置少50％的耗能。此外，本实施例的空调装置的压缩机22只在室内温度高于预设温度时启动运转，故压缩机22的运转时间较少，有益于压缩机22寿命的延长。

如图4b所示，其为图2a的空调装置与现有非变频式空调装置的温度与功率的关系图，图中粗线的部分描述该非变频式空调装置的温度与功率的关系，而细线的部分描述本实施例的空调装置的温度与功率的关系。并请配合参阅图1及图2d。

当室内温度小于预设温度(例如摄氏40度)时，非变频式空调装置的压缩机11及本实施例的空调装置的压缩机22皆会关闭，而当室内温度大于预设温度时，传统非变频式空调装置的压缩机11及本实施例的空调装置的压缩机22皆会开启。

然而，传统的非变频式空调装置在压缩机11不运转时，无法吸收室内的热量，故室内的温度会上升很快，造成压缩机11在短时间内又会开启。而本实施例的空调装置的压缩机22在不运转时，制冷剂仍会继续在空调装置中循环，使得室内的热能还可持续地被空调装置吸收，以减缓室内温度的上升。因此，本实施例的空调装置的压缩机22开启及关闭的间隔时间可较长，开启及关闭的次数也较少(至少减少一半以上的次数)，故压缩机22的寿命可增加(至少延长两倍以上的寿命)。

请复参阅图2a，本实施例的空调装置较适合用于全密闭的机房或机柜(图未示)，因为机房或机柜内的温度可要求高于室温。此外，本实施例的空调装置可作为机房或机柜的门扇，而冷凝器23可置于机房外，而蒸发器27置于机房内。机房或机柜在安装本实施例的空调装置后，依然可保持全密闭，以防止水气或灰尘进入。

本实施例的空调装置亦可为一种分离式空调装置；冷凝器23可置于室外的屋顶上或是较高位置处，而蒸发器27可置于室内，以达到“冷凝器23的放置位置较蒸发器27的放置位置高”的目的。

综上所述，本发明的空调装置及其控制方法可使压缩机在室内温度低于预设温度时，停止运转而停止消耗电能，以达到节能的目的；此外，本发明的空调装置及其控制方法还可使制冷剂在压缩机停止关闭时，依然在空调装置内循环而吸收室内的热量，以减缓或抑制室内温度的上升，进而延长压缩机关闭的时间，大幅度延长压缩机的寿命。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术的人员可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求的范围为准。

Claims (21)

1.一种空调装置，包含：

一第一开关阀；

一压缩机，与该第一开关阀并联；

一压降元件；

一第二开关阀，与该压降元件并联；

一冷凝器，分别与该压缩机与该第一开关阀相连接；以及

一蒸发器，分别与该第二开关阀和该压降元件相连接，

其中当一室内温度小于该空调装置的一预设温度，开启该第一开关阀及该第二开关阀，且关闭该压缩机；以及当该室内温度大于该预设温度，关闭该第一开关阀及该第二开关阀，且启动该压缩机。

2.如权利要求1所述的空调装置，其中该空调装置还包括一冷凝器风扇，该冷凝器风扇位于该冷凝器的一侧。

3.如权利要求1所述的空调装置，其中该空调装置还包括一蒸发器风扇，该蒸发器风扇位于该蒸发器的一侧。

4.如权利要求1、2或3所述的空调装置，其中该空调装置还包括一控制器，该控制器电性连接该第一开关阀、该第二开关阀及该压缩机。

5.如权利要求4所述的空调装置，其中该空调装置还包括一温度传感器，该温度传感器位于该蒸发器的另一侧，且与该控制器电性连接。

6.如权利要求1所述的空调装置，其中该冷凝器的一放置位置高于该蒸发器的一放置位置，或者该冷凝器的放置位置与该蒸发器的放置位置部分重叠。

7.如权利要求1所述的空调装置，其中该冷凝器的一最下侧与该蒸发器的一最上侧等高。

8.如权利要求1所述的空调装置，其中该第一开关阀及该第二开关阀分别为一电磁开关阀。

9.如权利要求1所述的空调装置，其中该空调装置还包括一制冷剂，在该压缩机、该冷凝器、该压降元件、该第一开关阀、该第二开关阀及该蒸发器内循环流动。

10.如权利要求9所述的空调装置，其中该制冷剂为冷媒。

11.如权利要求10所述的空调装置，其中该冷媒为R410、R134或R22。

12.如权利要求1所述的空调装置，其中该压降元件为一毛细管或一膨胀阀。

13.如权利要求1所述的空调装置，其中该第一开关阀的一输入端与一第一管路的一端相连接，且该第一开关阀的一输出端与一第二管路的一端相连接；该压缩机的一输入端与一第三管路的一端相连接，且该压缩机的一输出端与一第四管路的一端相连接；该压降元件的一输入端与一第五管路的一端相连接，且该压降元件的一输出端与一第六管路的一端相连接；该第二开关阀的一输入端与一第七管路的一端相连接，且该第二开关阀的一输出端与一第八管路的一端相连接；该冷凝器的一输入端与该第二管路的另一端及该第四管路的另一端相连接，且该冷凝器的一输出端与该第五管路的另一端及该第七管路的另一端相连接；该蒸发器的一输入端与该第六管路的另一端及该第八管路的另一端相连接，且该蒸发器的一输出端与第一管路的另一端及该第三管路的另一端相连接。

14.如权利要求13所述的空调装置，其中该第一管路至该第八管路分别为一中空的金属管。

15.如权利要求14所述的空调装置，其中该中空的金属管为铜管或铝管。

16.如权利要求13所述的空调装置，其中该第一管路的一直径大于该第三管路的一直径或该第四管路的一直径；该第二管路的一直径大于该第三管路的一直径或该第四管路的一直径；该第七管路的一直径大于该第五管路的一直径或该第六管路的一直径；该第八管路的一直径大于该第五管路的一直径或该第六管路的一直径。

17.一种空调装置的控制方法，其中该空调装置包括一第一开关阀、一压缩机、一压降元件、一第二开关阀、一冷凝器及一蒸发器，其中，该压缩机与该第一开关阀并联，该第二开关阀与该压降元件并联，该控制方法的步骤包括：

设定一预设温度；

量测一室内温度；

比较该预设温度与该室内温度；

当该室内温度小于该预设温度，开启该第一开关阀及该第二开关阀，且关闭该压缩机；以及

当该室内温度大于该预设温度，关闭该第一开关阀及该第二开关阀，且启动该压缩机。

18.如权利要求17所述的空调装置的控制方法，其中该预设温度大于一室外温度。

19.如权利要求18所述的空调装置的控制方法，其中该预设温度为摄氏40至50度。

20.如权利要求17所述的空调装置的控制方法，其中当该室内温度小于该预设温度，形成经过该蒸发器、该第一开关阀、该冷凝器、该第二开关、再回到该蒸发器的一第一循环回路；当该室内温度大于该预设温度，形成经过该蒸发器、该压缩机、该冷凝器、该压降元件、再回到该蒸发器的一第二循环回路。

21.如权利要求20所述的空调装置的控制方法，其中该第一循环回路和该第二循环回路通过一控制器整合在一起，该蒸发器与该冷凝器分别配置一风扇，该控制器控制该压缩机、该冷凝器的风扇、该蒸发器的风扇、该第一开关阀和该第二开关阀。