CN104729033A - 空调机组的冷水机组的防冻方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空调机组的冷水机组的防冻方法和装置，要解决的技术问题是防止蒸发器被冻裂。本发明的方法，采用控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，在蒸发器内的蒸发压力不低于某个值，使得蒸发器内载冷剂侧最低温度不低于0℃。本发明的装置，在压缩机排气压力管与蒸发器进口管路之间连接有流量控制装置，蒸发器出口至压缩机吸气口之间连接有压力传感器，控制单元根据蒸发后的压力与目标蒸发压力的差别指令调整流量控制装置的开度。本发明与现有技术相比,通过控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，使蒸发器的蒸发压力不低于目标蒸发压力，从而控制蒸发器内载冷剂侧温度t32＞0℃，防止蒸发器发生被冻坏情况。

Description

空调机组的冷水机组的防冻方法和装置
技术领域
本发明涉及一种空调机组的运行方法和装置，特别是一种以水为载冷剂的蒸发器的防冻方法和装置。
背景技术
现有技术的空调机组(机组)蒸发器的形式有很多种，其中一种是以水为载冷剂的蒸发器(换热器)，如板式换热器、套管式换热器等。这种以水为载冷剂的蒸发器目前都有一个令空调生产企业难以解决但是又不得不面对的问题:冻裂。冻裂发生在换热器的水侧，当换热器中水侧的水结成冰时体积会变大，换热器的水侧通道会受到挤压，结冰严重时则会挤破水侧通道，致使换热器的制冷剂(冷媒)侧与水侧连通，水就会进入到冷媒系统如氟系统里面，对机组造成不可挽救的破坏。若氟系统进水，基本上需要更换机组的所有部件，对用户造成的损失是相当大的，也是每个空调生产企业不愿意其发生的问题。因此，解决以水为载冷剂的蒸发器防冻的问题是空调机组亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种空调机组的冷水机组的防冻方法和装置，要解决的技术问题是防止蒸发器被冻裂。
本发明采用以下技术方案：一种空调机组的冷水机组的防冻方法，采用控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，在蒸发器内的蒸发压力不低于某个值，使得蒸发器内载冷剂侧最低温度不低于0℃；所述蒸发器内的蒸发压力不低于某个值，是指在该蒸发压力值下汽液两相态制冷剂与载冷剂热交换后，蒸发器内载冷剂的温度不低于0℃。
本发明的方法载冷剂为水。
本发明的方法控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，通过连接于压缩机排气压力管与蒸发器进口管路之间的流量控制装置控制蒸发压力。
本发明的方法蒸发器出口处设置压力传感器，将蒸发后的压力反馈给空调机组的控制单元，控制单元根据压力传感器测得的蒸发压力与需要控制的目标蒸发压力进行比较，指令流量控制装置调节自身开度。
本发明的方法流量控制装置采用电子膨胀阀。
一种空调机组的冷水机组的防冻装置，设有压缩机、蒸发器和控制空调机组工作的控制单元，所述压缩机排气压力管与蒸发器进口管路之间连接有流量控制装置，蒸发器出口至压缩机吸气口之间连接有压力传感器，所述压力传感器将蒸发后的压力反馈给控制单元，控制单元根据蒸发后的压力与目标蒸发压力的差别指令调整流量控制装置的开度。
本发明的装置流量控制装置是电子膨胀阀。
本发明的装置蒸发器以水为载冷剂的换热器。
本发明与现有技术相比,通过控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，使蒸发器的蒸发压力不低于目标蒸发压力，从而控制蒸发器内载冷剂侧温度t32＞0℃，防止蒸发器发生被冻坏情况。
附图说明
图1是空调系统制冷原理图。
图2是现有技术的蒸发过程图。
图3是本发明方法的蒸发过程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的空调机组的冷水机组的防冻方法，在空调机组运行制冷模式时，通过连接于压缩机排气压力管与蒸发器进口管路之间的电子膨胀阀控制制冷剂蒸发压力，并通过设置在蒸发器出口处的压力传感器将制冷剂蒸发后的压力反馈给机组的控制单元，形成闭合循环控制，控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，使蒸发器的蒸发压力不低于某个值，控制蒸发器内载冷剂侧最低温度不低于0℃，t32＞0℃，载冷剂为水，从而防止蒸发器发生被冻坏情况。
蒸发器的蒸发压力不低于某个值，为需要控制到的目标蒸发压力，是指在该蒸发压力值下汽液两相态制冷剂与载冷剂热交换后，蒸发器内载冷剂的温度不低于0℃。
控制单元根据压力传感器测得的蒸发压力与目标蒸发压力进行比较，指令电子膨胀阀调节自身开度(步数)，调节蒸发压力控制支路(旁通管道)的高或低压以控制蒸发压力不低于目标蒸发压力。
压力传感器将蒸发后的压力反馈给机组的控制单元，控制单元根据其与目标蒸发压力的差别指令调整电子膨胀阀的开度(步数)，以决定从高压到低压的旁通量，旁通量增大则蒸发压力上升，旁通量减小则蒸发压力下降，形成闭合循环控制。
如图1所示，本发明空调机组的冷水机组的防冻装置，包括：压缩机，通过四通阀与压缩机相连的室外换热器，连接在冷凝器与蒸发器之间的节流装置(节流阀),以及节流阀两端的过滤器1和过滤器2，该蒸发器以水为载冷剂的换热器，在压缩机排气压力管与蒸发器进口管路之间连接有电子膨胀阀，从压缩机的排气管路出口，分出一支路，串接上电子膨胀阀，再连接到蒸发器的进口管路。在蒸发器出口至压缩机吸气口之间连接有压力传感器。电子膨胀阀接收控制单元的控制信号，压力传感器将测得的信号发送至控制空调机组工作的控制单元。
机组工作时，制冷剂经由压缩机压缩变成高压过热态，由压缩机排气口排出后，分两路：第1路为主路，经由四通阀进入冷凝器进行冷凝过程，变为高压过冷态后，进入节流阀进行节流，变为低压汽液两相态，再进入蒸发器进行蒸发，变成低压过热态，经由四通阀和气液分离器回到压缩机吸气口，进行下一个循环；第2路为蒸发压力控制支路，通过一个流量控制装置如电子膨胀阀，连接到蒸发器的入口，用于控制蒸发器入口处的汽液两相态压力。载冷剂水流经蒸发器与低压两相态制冷剂进行热交换。
如图2所示，现有技术的空调机组的蒸发器，水流在蒸发器里与低压两相态制冷剂进行换热，忽略蒸发器压降，在恶劣的工况下，蒸发过程中，蒸发器进口冷媒侧(氟侧)t01<0℃(如t01＝-6℃)，对应的压力为P01，其在蒸发器里面某处的局部区域水温由初始值t21降至t31，最终导致在蒸发器里面局部区域的水侧的温度t31<＝0，容易产生结冰，这样对蒸发器存在有很大的冻坏风险。
以水为载冷剂、氟利昂为制冷剂(冷媒)的蒸发器之所以会被冻坏，最直接的原因是其水侧的最不利区域温度降低到0℃以下，致使水结成冰，从而挤破水侧通道。水侧的温度高低主要是由氟侧的温度决定，氟侧的温度则是由冷媒状态决定，而冷媒的状态参数有压力、温度、过热度、过冷度、干度。对于处于过冷态(冷媒的温度低于其对应的饱和温度)的冷媒，氟侧的温度高低主要取决于冷媒的温度高低；对于处于汽液两相态的冷媒，氟侧的温度高低则主要取决于冷媒的压力大小，当汽液两相态时，冷媒的压力与温度是一一对应的；对于处于过热态的冷媒，氟侧的温度高低主要取决于压力和过热度。
在空调机组中，氟利昂在蒸发器从进口到出口的整个蒸发过程中，其状态变化过程是从汽液两相态发展变成过热态。其中汽液两相态占据了蒸发器的大部分蒸发面积，为在蒸发器里冷媒的主要状态，其对应的压力设定为P02，而在接近蒸发器出口处才最终发展变成过热态。因此，本发明的方法采用提高蒸发器内氟利昂汽液两相态的压力P02，提高其压力即能有效提高其温度，从而降低甚至解决板换冻裂的风险。
如图3所示，本发明的蒸发器,水流在蒸发器里与低压汽液两相态的制冷剂进行换热，t02>t01(如t02＝-4℃)，P02>P01,其中，在蒸发器里面的最不利区域水温会由初始值t22降至t32，t32>0。不会产生结冰。对于板式换热器，最不利区域出现在制冷剂进口段，因为在这里液态制冷剂的蒸发强度最大，换热系数最高，水侧温度剧烈变化。
采用深圳麦克维尔空调有限公司的模块式风冷冷水(热泵)机组进行实验测试，实施例1和实施例2的设备配置如表1，采用本发明的方法。对比例1和对比例2分别采用实施例1和实施例2的设备配置，未采用本发明的方法(按现有技术方法)。测试结果见表2。
表1 测试设备配置
配置 实施例1 实施例2
测试设备型号 MAC450DRM5-FAA MAC230DRM5-FCA
压缩机型号 VP144KSE-TFP-422 VP144KSE-TFP-522
蒸发器型号(板换) DP300*106/1P-SC-M ACH232DQ-82H-F
电子膨胀阀型号 UKV-32D61 UKV-32D61
压力传感器型号 NSK-BA017D-178 NSK-BA017D-178
制冷剂 R410A R410A
表2 实验结果
测试项目 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
设定出水温度(℃) 7 7 7 7
目标蒸发压力(表压bar) 6.5 6.5 无 无
最低蒸发压力(表压bar) 6.21 6.03 5.12 4.97
最低蒸发温度(℃) -3.2 -3.98 -8.19 -8.93
氟侧水侧平均对数温差(℃) 5 5 5 5
蒸发器最不利区域水侧温度(℃) 1.8 1.02 -3.19 -3.93
从测试结果知道，实施例1和实施例2两款机组的最低蒸发压力出现在其压缩机启动后不久，由于为定频压缩机，其启动后迅速达到低压，致使蒸发压力同时也跟着下降。同样，对于其他一般的制冷机组，压缩机启动后的一小段时间内，其蒸发压力下降至最低值，此时最容易发生水侧最不利区域水温下降至最低点，容易诱发结冰的问题，随后蒸发压力再稳步上升至稳定值。由实施例1和实施例2的测试结果可以知道使用本发明的方法后，两台制冷机组的最不利区域水侧温度为1.8℃和1.02℃，均大于0℃，不存在结冰的风险。
机组的控制单元控制蒸发压力不低于目标蒸发压力不会对机组的制冷效果造成负面影响，通常用户的需要出水温度一般为7℃，制冷机组及工况稳定时，经计算此时对应的蒸发温度大概为3℃，所对应的制冷剂压力为7.77bar(R410A)，远高于目标蒸发压力6.5bar，因此，使用本发明的方法不会对机组的制冷效果造成负面影响，同时，无结冰的风险，增强机组的运行的可靠性。
本发明的方法通过控制蒸发器的蒸发压力不低于某个值，具体值随着制冷机组的配置与运行特性不同而不一样，如：蒸发器的换热效率较低，则这个压力值可以较小；蒸发器换热效率较高，则这个压力值则需要较大，从而使水侧的温度不低于0℃，最终达到防止水侧结冰的目的。

Claims (8)

1.一种空调机组的冷水机组的防冻方法，其特征在于：采用控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，在蒸发器内的蒸发压力不低于某个值，使得蒸发器内载冷剂侧最低温度不低于0℃；所述蒸发器内的蒸发压力不低于某个值，是指在该蒸发压力值下汽液两相态制冷剂与载冷剂热交换后，蒸发器内载冷剂的温度不低于0℃。
2.根据权利要求1所述的空调机组的冷水机组的防冻方法，其特征在于：所述载冷剂为水。
3.根据权利要求2所述的空调机组的冷水机组的防冻方法，其特征在于：所述控制蒸发器进口处的制冷剂汽液两相态压力，通过连接于压缩机排气压力管与蒸发器进口管路之间的流量控制装置控制蒸发压力。
4.根据权利要求3所述的空调机组的冷水机组的防冻方法，其特征在于：所述蒸发器出口处设置压力传感器，将蒸发后的压力反馈给空调机组的控制单元，控制单元根据压力传感器测得的蒸发压力与需要控制的目标蒸发压力进行比较，指令流量控制装置调节自身开度。
5.根据权利要求4所述的空调机组的冷水机组的防冻方法，其特征在于：所述流量控制装置采用电子膨胀阀。
6.一种空调机组的冷水机组的防冻装置，设有压缩机、蒸发器和控制空调机组工作的控制单元，其特征在于：所述压缩机排气压力管与蒸发器进口管路之间连接有流量控制装置，蒸发器出口至压缩机吸气口之间连接有压力传感器，所述压力传感器将蒸发后的压力反馈给控制单元，控制单元根据蒸发后的压力与目标蒸发压力的差别指令调整流量控制装置的开度。
7.根据权利要求6所述的空调机组的冷水机组的防冻装置，其特征在于：所述流量控制装置是电子膨胀阀。
8.根据权利要求6所述的空调机组的冷水机组的防冻装置，其特征在于：所述蒸发器以水为载冷剂的换热器。
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