CN103557643A - 压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置及其控制方法，安装在冷凝器盘管处，其包括导流罩、电动通风机、空气导流板、水泵、传感器组、MCU控制模块、水雾射流管组、喷嘴组、水管；所述导流罩包裹在冷凝器盘管外围；所述电动通风机安装在导流罩一端；所述空气导流板安装在导流罩另一端；所述MCU控制模块，其电性连接于电动通风机、水泵、传感器组；所述MCU控制模块通过接收分析来自传感器的温度信号和压力信号，来控制电动通风机和水泵的运转情况。本发明可以用于取代水冷式制冷机组的散热水塔及循环管路系统，加装在风冷式制冷机时，可以大幅度提高在极端环境中的运行效率。

Description

压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及冷凝器散热装置技术领域，尤其涉及一种用于压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置及其控制方法。

背景技术

常用散热器的结构及优缺点分析：

水冷式冷凝器的结构

水冷式冷凝器需要一套系统支持其运行，该系统包括包裹冷凝器散热盘管的冷却水箱，连接冷却水箱和散热塔的冷却水循环管路、主水泵、备用水泵、控制阀门及旁通管路等等，而散热塔的结构大多是由塔身外壳，内装有波纹状填料，填料上方有冷却水喷淋管路，塔顶有电动机驱动的扇叶将外界的空气从散热塔下部吸入，与流经波纹状填料表面的较热的冷却水实现热交换，将冷却水降温，被加热的空气从散热塔顶部排入大气。降温后的冷却水被水泵送往冷却水箱进入下一循环。

水冷式冷凝器的优点

水冷方式的好处是冷却效果较好。

水冷式冷凝器的缺点表现在：

1、系统的占地面积大，结构复杂，造价高，管路较长，水泵和风扇的驱动电机功率较大，此功耗没有参与制冷，属于无用功。以XX型水冷机组为例，制冷量100KW，如果配涡旋式压缩机的功率为25KW，假设散热塔在八楼屋顶，冷却水泵扬程30米，水泵功率为11KW，配套散热水塔风扇的装机电功率为2.5KW，机组总装机电功率为38.5KW，而属于无用功的水泵、水塔风扇电机的功率为13.5KW，占到装机总电功率的35％。

2、散热塔风扇还会把水沫吹向四周，称为“飞水”，这种“飞水”污染一些国家或地区的法律规定是会被处罚金的。同时散热塔的低频振动和噪音往往会引起投诉。

3、刚装机的时候散热效率还好，但因为散热塔是开式的，空气中的粉尘、微生物以及藻类，在与冷却水接触进行热交换的过程中被大量地吸收，随冷却水进入循环水管路沉积并大量繁殖，附着在冷媒管路的换热面上，降低了热交换的效率，而且换热效率会随着时间的推移而加速下降。由于循环水管路存在着不同程度的长度和弯曲度，各种尝试进行管路清洗的效果都不好。在沙尘较大的地区，散热塔和管路甚至可能会淤塞而造成制冷机组停机。

4、冷却塔填料因为在阳光、空气、热水和微生物的作用下，老化速度很快，所以必须定期停机更换，成本很高。对于一些要求制冷系统持续工作的用户(如冷库等)，因为上述原因造成的被迫停机是不能接受的。

风冷式冷凝器的结构

风冷式制冷机的在工作时，冷媒从压缩机的出口端以较高的温度和压力进入冷凝器上的盘管，位于盘管一侧的电动机带动风扇叶片，在冷凝器盘管的两侧制造压力差，实现强制通风，将冷媒的热量传导给流经冷凝器盘管的空气，冷媒的温度和压力下降到一定程度后经节流阀以液态进入蒸发器蒸发制冷，然后冷媒以气态回到压缩机入口端进入下一循环。

风冷式冷凝器的优点

体积小，占地面积小，系统简单，制造、安装和运行成本相对较低，维护工作量小，在环境温度适中的情况下可靠性较好。

风冷式冷凝器的缺点表现在：

1、风冷式冷凝器的冷却介质是空气，通过空气与冷凝器盘管进行传导和辐射来散热，而空气的热容量只有1.0*103J／(kg.℃)，散热效果取决于环境温度低于冷凝器盘管温度的差额，当此差额不足时，流经冷凝器盘管的空气不能带走足够的热量，使冷凝器出口端冷媒的温度和压力高于理想工作温度和压力，，压缩机负荷加重，造成耗电量急剧上升而制冷量却不能相应提高。在环境温度趋近于冷凝器盘管温度的极端条件下，压缩机甚至可能因负荷过重而停机。

2、由于传统的冷凝器布局和风扇的结构有缺陷，使得冷凝器散热盘管表面的空气流场分布不合理，或多或少存在着“干点”，即冷凝器表面局部空气流动不畅而造成散热器局部温度偏高，从而拖累冷凝器总体的散热效率。

3、部分风冷式冷凝器在环境温度过高时，采取在冷凝器上直接喷淋水(包括蒸发器收集来的冷凝水和外来水源)来降低温度，耗水量较大，不适用于缺水地区，如果循环使用喷淋水也会遇到水受到沙尘及微生物污染的问题，增加维护量，最终还是会导致散热效率大幅下降；另一方面，当环境温度和湿度都较高时，喷淋水的蒸发率下降，冷却效率就随之下降，这种方式并不能解决极端工作环境下制冷效率下降的问题。

提高冷凝器效率的意义

不管是水冷式冷凝器还是传统的风冷式冷凝器，在散热效率下降，冷媒压力和温度高于理想工作温度和压力时，制冷效率都会下降，功耗上升。据统计，在特定区间内，蒸发器入口端冷媒温度每降低1摄氏度，压缩机的功耗就降低5％。所以将冷媒温度控制在理想工作温度范围内，具有巨大的节能潜力。

提高冷凝器散热效率的途径

根据热学原理，热的散发方式包括蒸发、对流，传导和辐射。

在冷凝器采用水冷散热塔散热时，因为水的比热容量大，且系统工作时上述四种散热方式都在发挥作用，所以散热效果好。而当循环冷却水受到粉尘和微生物污染时，冷凝器盘管表面结成的水垢妨碍了冷媒向冷却水传导热量，使散热效率降低。如果能够利用水的热容量较大的特点，又不依赖散热水塔，还能够同时利用蒸发、对流、传导和辐射来进行散热，就能够大幅度提高冷凝器的散热效率。

发明内容

本发明的目的在于对上述问题不足之处，提供压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置及其控制方法，具有结构简单，可靠性高，降低运行费用的优点，可以用于取代水冷式制冷机组的散热水塔及循环管路系统，加装在风冷式制冷机时，可以大幅度提高在极端环境中的运行效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置，安装在冷凝器盘管处，所述冷凝器盘管分为入口端和出口端，其包括：

导流罩，套设于冷凝器外围，其内部设有自一端往另一端贯通的流通道；

电动通风机，其固定在流通道一端；

空气导流板，其固定在流通道另一端，且设有若干个用于配合空气流动的开口及挡板；

水雾装置，所述水雾装置包括水泵、喷嘴组、水雾射流管组和水管；所述水泵，其设有进水口和出水口；水雾射流管组，其固定在流通道的空气导流板端内部，由若干并联的水雾射流管组成；所述喷嘴组，其固定在流通道的空气导流板端内部，由若干个喷嘴组成，每个喷嘴对应安装在水雾射流管；水管，其一端与所述水泵所设的出水口连接，另一端与所述水雾射流管连接；

传感器组，由安装在所述入口端的第一温度传感器，安装在所述出口端的第二温度传感器，以及安装在所述出水口的压力传感器组成；

MCU控制模块，其电性连接于所述电动通风机、水泵、电源模块、输入模块、第一温度传感器、第二温度传感器及压力传感器。

MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机。

所述流通道自电动通风机端往空气导流板端依次分为用于安装电动通风机的第一区域、用于安装冷凝器的第二区域、用于安装水雾射流管和喷嘴组的第三区域。所述流通道三个区域的分布决定了冷却气流的方向，提高冷却效果。

所述流通道自第二区域往电动通风机端逐渐收缩成圆环形函道，有利于提高冷却效果。

所述空气导流板与所述导流罩通过卡扣结构连接，或通过螺栓固定连接。

所述喷嘴射流方向与所述冷凝器盘管端面之间的夹角在0°-180°度之间，有利于提高冷却效果。

压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置控制方法，其特征在于步骤为：

A1、所述MCU控制模块判断压缩式制冷机是否开机，如果是转入步骤A2；

A2、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别探测所述冷凝器所设入口和出口的冷媒温度，转入步骤A3；

A3、所述MCU控制模块接收第一温度传感器及第二温度传感器的温度信号，所述MCU控制模块的内置处理器对温度信号进行分析判断，如果温度低于预设低温线，那么转入A4，如果温度高于低温线、且低于最高预设温度线，那么转入A5，如果温度高于最高预设温度线，那么转入A6；

A4、所述MCU控制模块向所述电动通风机发出风冷信号，电动通风机启动运转；

A5、所述MCU控制模块向所述水泵发出水冷信号，水泵正常运转，所述MCU控制模块向所述电动通风机发出风冷信号，电动通风机正常运转；

A6、所述MCU控制模块向所述水泵发出增强水冷信号，水泵加速运转增强水压，所述MCU控制模块向所述电动通风机发出增强风冷信号，电动通风机加速运转增大流量。

本发明压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置控制方法，其根据实际温度情况来调节水泵及电动通风机的运行情况，以达到节能高效的散热效果。

本发明采用上述结构具有结构简单，成本低廉，可靠性高，降低运行费用的优点；用于改造水冷式制冷机组，取代散热塔和水循环系统时，可以大幅度提高这类制冷机系统的效率，加装在风冷式制冷机时，可以大幅度提高在极端环境中的运行效率和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图推导出其他类似的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电路模块示意图；

图3为本发明步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置，安装在冷凝器盘管4处，所述冷凝器盘管4分为入口端和出口端，其包括：

导流罩1，套设于冷凝器外围，其内部设有自一端往另一端贯通的流通道；

电动通风机3，其固定在流通道一端；

空气导流板2，其固定在流通道另一端，且设有若干个用于配合空气流动的开口及挡板；

水泵8，其设有进水口和出水口；

电源模块；

输入模块；

传感器组，由安装在所述入口端的第一温度传感器，安装在所述出口端的第二温度传感器，以及安装在所述出水口的压力传感器组成；

MCU控制模块，其电性连接于电动通风机、水泵、电源模块、输入模块、第一温度传感器10、第二温度传感器11及压力传感器12；

水雾射流管组，其固定在流通道的空气导流板端内部，由若干个喷嘴5组成，每个喷嘴5对应安装在水雾射流管6；

水管7，其一端与所述水泵所设的出水口连接，另一端与所述水雾射流管6连接；

喷嘴组，其固定在流通道的空气导流板端内部，由若干个喷嘴5组成，每个喷嘴对应安装在水雾射流管。

为了消除冷却气流的回流区和冷凝器上的“干点”，使冷却效果更好，所述流通道自安装冷凝器的第二区域往电动通风机端逐渐收缩成圆环形函道。

为了方便拆装，所述空气导流板2与所述导流罩1通过卡扣结构连接，或通过螺栓固定连接。

所述流通道自电动通风机端往空气导流板端依次分为用于安装电动通风机3的第一区域、用于安装冷凝器4的第二区域、用于安装喷嘴组的第三区域。

所述喷嘴5射流方向与所述冷凝器盘管成适当的角度。

为了能够更加准确的控制水压，所述压力传感器安装在所述水泵8所设的出水口，所述压力传感器与所述MCU控制模块9电性连接。所述压力传感器用于探测水泵8加压后的水压值，有利于更加节能的方式为冷凝器4进行冷却工作。

如图3所示，压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置控制方法，其步骤为：

A1、所述MCU控制模块9判断压缩式制冷机是否开机，如果是转入步骤A2；

A2、所述第一温度传感器10和所述第二温度传感器11分别探测所述冷凝器4所设入口和出口的冷媒温度，转入步骤A3；

A3、所述MCU控制模块9接收第一温度传感器10及第二温度传感器11的温度信号，所述MCU控制模块9内置的处理器对温度信号进行分析判断，如果温度低于预设低温线，那么转入A4，如果温度高于低温线、且低于最高预设温度线，那么转入A5，如果温度高于最高预设温度线，那么转入A6；

A4、所述MCU控制模块9向所述电动通风机3发出风冷信号，电动通风机3启动运转；

A5、所述MCU控制模块9向所述水泵8发出水冷信号，水泵8正常运转，所述MCU控制模块9向所述电动通风机3发出风冷信号，电动通风机3正常运转；

A6、所述MCU控制模块9向所述水泵8发出增强水冷信号，水泵8加速运转增强水压，所述MCU控制模块9向所述电动通风机3发出增强风冷信号，电动通风机3加速运转增大流量。

本发明压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置控制方法，其根据实际温度情况来调节水泵及电动通风机的运行情况，以达到节能高效的散热效果。

空调系统开机后，电控系统启动压缩机，冷媒以高温高压的气态进入冷凝器4，装在流通道中的电动通风机3开始抽风，水泵8以适当的压力将水通过水管7输送到水雾射流管6从喷嘴5中喷射出，形成水雾射流，因为冷凝器4是被导风罩1和空气导流板2包裹的，所以导风罩1内形成小于环境气压的低压区，外部的空气在压力差的作用下被迫经过空气导流板2引导加速并与水雾射流混合，并均匀地导向整个冷凝器4，水雾在冷凝器4形成一层极薄的水膜，冷凝器4中冷媒的热量通过传导，蒸发，辐射和对流的综合作用被吹袭的空气和水雾射流吸收并被电动通风机3排入大气，冷媒的温度和压力下降到适当程度后，经管路和节流阀，进入蒸发器与需要制冷的介质进行热交换，再以气态流入压缩机的入口端进入下一个循环。

电控系统通过把MCU控制模块9接收到的冷凝器入口端的第一温度传感器10和出口端的第二热传感器11探测到的冷媒温度信号，与MCU控制模块9内程序设定值进行比照，发出控制信号提高或降低电动通风机3的转速，并以同样的方式控制水泵8的流量，来达到既保证冷媒温度处在理想工作温度区间，又能够最大限度节水节电的目的。

当环境温度偏低，电控系统的MCU控制模块9接收到的第一温度传感器10和第二温度传感器11探测到的冷媒温度，经过与程序设定值比照低于理想工作温度区间时，MCU控制模块9控制水泵8降低转速，减少水泵8的输出流量，以减少耗水和耗电。在此工况下探测到的冷媒温度，经过与程序设定值比照仍然低于理想工作温度区间时，MCU控制模块9将停止水泵8的工作，只靠电动通风机3进行散热。

当环境温度较高，电控系统的MCU控制模块9接收到的第一温度传感器10、第二温度传感器11探测到的冷媒温度，经过与程序设定值比照高于理想工作温度区间时，MCU控制模块9控制水泵8加速，将加大水泵8的输出流量，或同时提高电动通风机3的转速，以提升散热效能。

电控系统的特点在于，电控系统通过把MCU控制模块9接收到的冷凝器4入口端的第一温度传感器10和出口端的第二温度传感器11探测到的冷媒温度信号，与程序设定值进行比照，发出控制信号提高或降低电动通风机3的转速，并通过MCU控制模块9控制水泵8的流量，来达到既保证冷媒温度处在理想工作温度区间，又能够最大限度节水节电的目的。

所述电动通风机的安装位置有两种选择，第一种位置选择为：所述电动通风机所在的第一区域部件安装在所述导流罩的空气导流板端，此时所述电动通风机起吹风作用，第二种位置选择为：所述电动通风机安装在所述导流罩的空气导流板另一端，此时所述电动通风机起抽风作用，也就是所述电动通风机所在的第一区域部件既可以安装在流通道的一端，也可以安装在流通道的另一端。

本发明采用上述结构具有结构简单，成本低廉，可靠性高，降低运行费用的优点，用于改造水冷式制冷机组，取代散热塔和水循环系统时，可以大幅度提高这类制冷机系统的效率，加装在风冷式制冷机时，可以大幅度提高在极端环境中的运行效率和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，本发明同样适用于其他相应的散热器，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置，安装在冷凝器盘管处，所述冷凝器盘管分为入口端和出口端，其特征在于包括：

导流罩，套设于冷凝器外围，其内部设有自一端往另一端贯通的流通道；

电动通风机，其固定在流通道一端；

空气导流板，其固定在流通道另一端，且设有若干个用于配合空气流动的开口及挡板；

水雾装置，所述水雾装置包括水泵、喷嘴组、水雾射流管组和水管；所述水泵，其设有进水口和出水口；水雾射流管组，其固定在流通道的空气导流板端内部，由若干并联的水雾射流管组成；所述喷嘴组，其固定在流通道的空气导流板端内部，由若干个喷嘴组成，每个喷嘴对应安装在水雾射流管；水管，其一端与所述水泵所设的出水口连接，另一端与所述水雾射流管连接；

传感器组，由安装在所述入口端的第一温度传感器，安装在所述出口端的第二温度传感器，以及安装在所述出水口的压力传感器组成；

MCU控制模块，其电性连接于所述电动通风机、水泵、电源模块、输入模块、第一温度传感器、第二温度传感器及压力传感器。

2.根据权利要求1所述压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置，其特征在于：所述流通道自电动通风机端往空气导流板端依次分为用于安装电动通风机的第一区域、用于安装冷凝器的第二区域、用于安装水雾射流管和喷嘴组的第三区域。

3.根据权利要求2所述压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置，其特征在于：所述流通道自第二区域往电动通风机端逐渐收缩成圆环形函道。

4.根据权利要求1所述压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置，其特征在于：所述空气导流板与所述导流罩通过卡扣结构连接，或通过螺栓固定连接。

5.根据权利要求1所述压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置，其特征在于：所述喷嘴射流方向与所述冷凝器盘管端面之间的夹角在0°-180°度之间。

6.压缩式制冷机的冷凝器散热增强装置控制方法，其特征在于步骤为：

A1、所述MCU控制模块判断压缩式制冷机是否开机，如果是转入步骤A2；

A2、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别探测所述冷凝器所设入口和出口的冷媒温度，转入步骤A3；

A3、所述MCU控制模块接收第一温度传感器及第二温度传感器的温度信号，所述MCU控制模块的内置处理器对温度信号进行分析判断，如果温度低于预设低温线，那么转入A4，如果温度高于低温线、且低于最高预设温度线，那么转入A5，如果温度高于最高预设温度线，那么转入A6；

A4、所述MCU控制模块向所述电动通风机发出风冷信号，电动通风机启动运转；

A5、所述MCU控制模块向所述水泵发出水冷信号，水泵正常运转，所述MCU控制模块向所述电动通风机发出风冷信号，电动通风机正常运转；

A6、所述MCU控制模块向所述水泵发出增强水冷信号，水泵加速运转增强水压，所述MCU控制模块向所述电动通风机发出增强风冷信号，电动通风机加速运转增大流量。

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