CN104949295A - 一种舰船用水冷空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰船用水冷空调系统，包括压缩机、用于与海水换热的冷凝器和设置在船舱或者储物柜内的蒸发器，该水冷空调系统还包括：用于检测冷凝器进水口进水温度T_a的第一温度传感器；设置于船舱或者储物柜内的电加热器；控制器，在制热工况下，当T_a＜T₁时，控制器控制压缩机停止运行，且开启电加热器。该水冷空调系统有效避免了系统多次出现低压保护的情况，使得空调系统能够持续对船舱以及储物柜内进行供热，并且在低温时及时使压缩机停止运行还可以有效降低换热器被冻裂以及压缩机被烧毁的风险。本发明中还公开了一种舰船用水冷空调系统的控制方法。

Description

一种舰船用水冷空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及船用空调技术领域，更具体地说，涉及一种舰船用水冷空调系统及其控制方法。

背景技术

无论是舰船内部的乘坐空间还是舰船内部的储物空间内，都需要保持适宜的温度，这就需要舰船上所安装的空调系统持续不断的进行工作。

为了充分地利用环境条件，降低制热和制冷的成本，现有的舰船空调系统一般均设计为水冷空调系统，其中用于与制冷剂进行换热的水为就地取用的海水，海水的温度在夏季是显著低于外界环境的温度，因而在夏季制冷的过程中其节能优势是非常明显的，通常舰船用水冷空调系统的制冷过程为：压缩机中排出的高温高压制冷剂气体流经冷凝器，与低温海水进行热交换后进入节流元件，经过节流元件的节流后成为低温低压的制冷剂液体，低温低压的制冷剂液体流到位于船舱内或者储物柜内的蒸发器与周围的气体进行热交换后变为低温低压的制冷剂气体，然后流回至压缩机内进行压缩并进行下一循环。

然而冬季制热的过程中，由于海水的温度会显著降低，空调系统中的制冷剂在与海水进行热交换的过程中容易发生系统低压保护，多次反复出现低压保护不仅会造成船舱以及储物柜内忽冷忽热的现象，同时还极易容易出现冻裂换热器甚至存在烧毁压缩机的风险。

因此，如何既能够保证船舱以及储物柜内的供热质量，又能够有效保护换热器和压缩机是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种舰船用水冷空调系统，以便能够在保证船舱以及储物柜内供热质量的同时，有效保护换热器和压缩机。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述舰船用水冷空调系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种舰船用水冷空调系统，包括压缩机、用于与海水换热的冷凝器和设置在船舱或者储物柜内的蒸发器，该舰船用水冷空调系统中还包括：

用于检测所述冷凝器进水口进水温度T_a的第一温度传感器；

设置于所述船舱或者所述储物柜内的电加热器；

控制器，在制热工况下：

当T_a＜T₁时，所述控制器控制所述压缩机停止运行，且开启所述电加热器。

优选地，在上述舰船用水冷空调系统中，还包括用于检测所述冷凝器出水口出水温度T_b的第二温度传感器，当T₁≤T_a＜T₂，且T_b＜T₃时，所述控制器控制所述压缩机停止运行，且开启所述电加热器；当T₁≤T_a＜T₂，且T_b≥T₃时，所述控制器控制所述压缩机保持运行。

优选地，在上述舰船用水冷空调系统中，当T_a≥T₂时，所述控制器控制所述压缩机保持运行。

优选地，在上述舰船用水冷空调系统中，还包括可控制所述电加热器开启的输入装置。

优选地，在上述舰船用水冷空调系统中，还包括靠近所述电加热器或者所述蒸发器设置的送风机。

优选地，在上述舰船用水冷空调系统中，所述冷凝器为套管式海水冷凝器。

本发明还提供了一种舰船用水冷空调系统的控制方法，所述舰船用水冷空调系统包括压缩机、用于与海水换热的冷凝器和设置在船舱或者储物柜内的蒸发器以及电加热器，并且该控制方法中：在制热工况下，当所述冷凝器进水口的进水温度T_a＜T₁时，控制所述压缩机停止运行，且开启所述电加热器。

优选的，在上述舰船用水冷空调系统的控制方法中，当T₁≤T_a＜T₂，且所述冷凝器出水口的出水温度T_b＜T₃时，控制所述压缩机停止运行，且开启所述电加热器；当T₁≤T_a＜T₂，且T_b≥T₃时，控制所述压缩机保持运行。

优选的，在上述舰船用水冷空调系统的控制方法中，当所述进水温度T_a≥T₂时，控制所述压缩机保持运行。

优选的，在上述舰船用水冷空调系统的控制方法中，还包括：检测是否有电加热器开启的输入信号，若是，则控制电加热器开启；若否，则保持所述电加热器关闭。

由以上技术方案中可以看出，本发明所提供的舰船用水冷空调系统中在原有空调系统的技术上还设置了用于检测冷凝器进水口进水温度T_a的第一温度传感器、在船舱或者储物柜内还设置了电加热器，并且还设置了控制器，并且在T_a＜T₁时，控制器控制压缩机停止运行，且开启电加热器。

T₁为可以采用压缩机运行来进行制热时的最低海水温度，由上述方案可以看出，当第一温度传感器所采集到的进水温度T_a＜T₁时，控制器即控制压缩机停止运行，并且开启电加热器来替换蒸发器来对船舱或者储物柜内进行供热，这就有效避免了由于海水温度过低而使系统多次出现低压保护的情况，使得空调系统能够持续对船舱以及储物柜内进行供热，从而保证了供热的质量，并且在低温时及时使压缩机停止运行还可以有效降低换热器被冻裂以及压缩机被烧毁的风险。

本发明中所提供的舰船用水冷空调系统的控制方法中，在T_a＜T₁时，控制压缩机停止运行，且开启电加热器，因而也就避免了由于海水温度过低而使系统多次出现低压保护的情况，使得空调系统能够持续对船舱以及储物柜内进行供热，从而保证了供热的质量，并且在低温时及时使压缩机停止运行还可以有效降低换热器被冻裂以及压缩机被烧毁的风险。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所提供的舰船用水冷空调系统在制冷工况下的运行示意图；

图2为本发明实施例中所提供的舰船用水冷空调系统在制热工况下的运行示意图。

其中，

1为压缩机，2为冷凝器，3为蒸发器，4为第一温度传感器，5为第二温度传感器，6为送风机，7为四通阀，8为气液分离器，9为第一过滤器，10为制热节流点感温包，11为制冷节流点感温包，12为第二过滤器，13为低压压力开关，14为吸气感温包，15为排气感温包，16为高压压力开关，17为电加热器。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种舰船用水冷空调系统，以便能够在保证船舱以及储物柜内供热质量的同时，有效保护换热器和压缩机。

本发明的另一核心在于提供一种上述舰船用水冷空调系统的控制方法。

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做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。

请同时参考图1和图2，本发明所提供的舰船用水冷空调系统中，包括压缩机1、四通阀7、冷凝器2、蒸发器3、气液分离器8以及电加热器17，其中压缩机1的进气口与气液分离器8相连通，压缩机1的出气口与四通阀7中的第一接口相连通，四通阀7中与第一接口相邻的第二接口和第三接口分别与气液分离器8和冷凝器2相连通，四通阀7中的第四接口与蒸发器3相连通，并且冷凝器2和蒸发器3通过制冷管路相连通，在压缩机1与四通阀7之间的连接管路上设置有排气感温包15和高压压力开关16，在冷凝器2和蒸发器3的连接管路上依次设置有第一过滤器9、制热节流点感温包10、节流元件、制冷节流点感温包11以及第二过滤器12，在气液分离器8和压缩机1之间的连接管路上设置有低压压力开关13和吸气感温包14，同时在蒸发器3上还设置有蒸发器防冻感温包和回风感温包，并且该舰船用水冷空调系统中还包括，用于检测冷凝器2进水口进水温度T_a的第一温度传感器4、设置在船舱或者所述储物柜内的电加热器17以及控制器，并且在制热工况下，当T_a＜T₁时，控制器控制压缩机1停止运行，且开启所述电加热器17。

应当进行说明的是，T₁是可以采用压缩机1来进行制热时所要求的海水的最低温度，通常情况下，T₁的值取为5-8℃，优选的为7℃，当水温为5℃时，压缩机不仅功耗加剧，而且磨损严重，并且冷凝器2极易出现结冰或者被冻裂的情况。由上述实施例中可以看出，当第一温度传感器4所采集到的进水温度T_a＜T₁时，控制器即控制压缩机1停止运行，并且开启电加热器17来替换蒸发器3对船舱或者储物柜内进行供热，这就有效避免了由于海水温度过低而使系统多次出现低压保护的情况，使得空调系统能够持续对船舱以及储物柜内进行供热，从而保证了供热的质量，并且在低温时及时使压缩机1停止运行还可以有效降低换热器被冻裂以及压缩机被烧毁的风险。

当进水温度大于T₁时，采用压缩机1进行制热冷凝器被冻坏的风险显著减小，为了进一步避免冷凝器2被冻裂，同时进一步避免压缩机1出现烧毁的情况，本实施例中对上述实施例所提供的舰船用水冷空调系统进行了优化，具体的，增加冷用于检测冷凝器2出水口出水温度T_b的第二温度传感器5，并且选取了大于T₁的温度T₂作为比较参数，T₂的取值为15℃，通常情况下当水温大于15℃时，空调系统完全没有冻结的风险，在T₁≤T_a＜T₂时，控制器判断冷凝器2的出水温度是否小于T₃，T₃的取值为1-3℃，优选的为2℃，一般情况下，当出水温度小于1℃时，整个空调系统出现冻结的风险较大，因而若是出水温度小于T₃，则表示冷凝器2存在冻结风险，此时控制器将控制压缩机1停止运行，并且开启电加热器17进行加热，使用电加热方式替代压缩机运行的供热方式；若出水温度不小于T₃，则断定冷凝器2不存在冻结的风险，此时控制器将控制压缩机1继续保持运行。

可以理解的是，上述实施例中在进行冷凝器2的出水温度判断时，压缩机是处于运行状态的，即当进水温度T_a≥T₁时，压缩机即进入运行状态，然后进行冷凝器2出水温度的判断，控制器根据冷凝器2的出水温度与T₃之间的关系，来控制压缩机的停止或者继续运行。

本领域技术人员熟知的是，采用压缩机1进行制暖相比于电加热器17进行制暖而言，其耗费的能量相对较低，因而制热成本也相对较低，所以在允许的情况下，应优先选择压缩机1制暖的方式，为此本实施例中，在当T_a≥T₂时，即海水的温度较高时，控制器控制压缩机1保持运行。

当然，船舱或者储物柜有时需要在短时间内进行快速制热，因此本实施例中还设置了可控制电加热器17开启的输入装置，该输入装置可以实现在压缩1机处于运行状态时，同时开启电加热器17进行加热，以便于使船舱或者储物柜内迅速达到需要的温度。输入装置可以为实体开关，也可以为具有人机交互功能的触摸式输入装置，例如触摸屏等。

更进一步的，为了保证电加热器17和蒸发器3所传递的热量快速的散发至船舱或者储物柜空间内，本实施例中还在靠近电加热器17或者蒸发器3的位置处设置了送风机6，如图1和图2中所示，当电加热器17和蒸发器3采用一前一后的设置方式时，可以仅设置有一个送风机6。

为了保证冷凝器2具有较好的换热效果，本实施例中所提供的冷凝器2具体为套管式海水冷凝器，套管式海水冷凝器可以显著提高冷凝器2的换热系数，增大空调机组的制热量，尤其是在较低的水温下依然可以保证制取较多的热量。

下面结合图1和图2分别对本发明中所提供的舰船用水冷空调系统的制冷工况和制热工况进行说明：图中的箭头代表制冷剂的流动方向，来自蒸发器3的低温、低压制冷剂气体被压缩机1吸入后压缩成为高温、高压制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体被排入到冷凝器2中与海水进行热交换后成为制冷剂液体，制冷剂液体经节流元件降温降压后进入到蒸发器3内与室内需要调节的空气进行热交换，完成热交换后的制冷剂变为低温低压的制冷剂气体，然后又被吸入到压缩机1内进行下一循环。

请参考图2，在制热工况时，制冷剂的流动方向通过四通阀7的换向作用与制冷时的流动方向相反，压缩机1所排出的高温高压制冷剂气体首先进入到蒸发器3（此时蒸发器起到冷凝器的作用），并与室内需要调节的空气进行热交换，完成热交换后的制冷剂经过节流元件的降温降压后进入到冷凝器2中（此时冷凝器起到蒸发器的作用），并从低温的海水中吸取热量变温气态，然后进入到压缩机1内进行热泵制热循环。

当然，由于该舰船用水冷空调系统中还包括电加热器17和控制器，并且在制热过程中，第一传感器4实时检测冷凝器进水口进水温度T_a，一旦出现T_a＜T₁的情况，控制器控制压缩机1停止运行，且开启所述电加热器。

优选的是，在当T₁≤T_a＜T₂时，判断冷凝器2出水口温度T_b，且在T_b＜T₃时，控制器控制压缩机1停止运行，且开启电加热器17；当T₁≤T_a＜T₂，且T_b≥T₃时，控制器控制压缩1机保持运行，在T_a≥T₂时，控制器控制压缩机1保持运行。

在压缩机1保持运行的状态下，操作人员还可以根据需要确定是否通过输入装置开启电加热器17进行快速制热。

本发明实施例中还公开了一种舰船用水冷空调系统的控制方法，该控制方法所针对的舰船用水冷空调系统包括压缩机1、用于与海水交换的冷凝器2和设置在船舱或者储物柜内的蒸发器3以及电加热器17，并且在制热工况下，当冷凝器2进水口的进水温度T_a＜T₁时，控制压缩机1停止运行，且开启电加热器。

该实施例中的T₁是可以采用压缩机1来进行制热时所要求的海水的最低温度。

采用该种方法来控制上述舰船用水冷空调系统，可以在海水温度较低，并且冷凝器2存在被冻裂的风险时，停止压缩机1的运行，并开启电加热器，从而将整个系统从压缩机1运行制热模式切换为电加热制热模式，这就有效保证了船舱或者储物柜内的连续供热，并且有效保护了压缩机1和冷凝器2。

虽然当进水温度大于T_a时，采用压缩机1进行制热冷凝器2被冻坏的风险显著减小，但是为了进一步避免冷凝器2被冻裂，同时进一步避免压缩机1出现烧毁的情况，本实施例中的控制方法中还选取了一个大于T₁的中间温度值T₂，并同时对获取的冷凝器2出水口出水温度T_b进行判断，当T₁≤T_a＜T₂，且冷凝器2出水口的出水温度T_b＜T₃时，则认为冷凝器2存在被冻裂的风险，因而控制压缩机1停止运行，且开启所述电加热器17进行加热；当T₁≤T_a＜T₂，且T_b≥T₃时，则认为没有冻结风险，因而控制所述压缩机1保持运行。

当进水温度T_a≥T₂时，一般冷凝器2不存在被冻裂的风险，为了降低能源消耗，本实施例中的控制方法中优选的控制压缩机1保持运行。

需要说明的是，本发明所提供的舰船用水冷空调系统的控制方法中T₁、T₂、和T₃的取值与上述舰船用水冷空调系统中相应参数的取值相同。

当然，若需要在短时间内快速进行制热，操作人员还可以同时开启电加热器17进行制热，因而本发明实施例中所公开的控制方法中还包括检测是否有电加热器17开启的输入信号，若是，则控制电加热器17开启，若否，则保持电加热器17关闭。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种舰船用水冷空调系统，包括压缩机（1）、用于与海水换热的冷凝器（2）和设置在船舱或者储物柜内的蒸发器（3），其特征在于，还包括：

用于检测所述冷凝器（2）进水口进水温度T_a的第一温度传感器（4）；

设置于所述船舱或者所述储物柜内的电加热器（17）；

控制器，在制热工况下：

当T_a＜T₁时，所述控制器控制所述压缩机（1）停止运行，且开启所述电加热器（17）。

2.如权利要求1所述的舰船用水冷空调系统，其特征在于，还包括用于检测所述冷凝器（2）出水口出水温度T_b的第二温度传感器（5），当T₁≤T_a＜T₂，且T_b＜T₃时，所述控制器控制所述压缩机（1）停止运行，且开启所述电加热器（17）；当T₁≤T_a＜T₂，且T_b≥T₃时，所述控制器控制所述压缩机（1）保持运行。

3.如权利要求2所述的舰船用水冷空调系统，其特征在于，当T_a≥T₂时，所述控制器控制所述压缩机（1）保持运行。

4.如权利要求3所述的舰船用水冷空调系统，其特征在于，还包括可控制所述电加热器（17）开启的输入装置。

5.如权利要求1-4任意一项所述的舰船用水冷空调系统，其特征在于，还包括靠近所述电加热器（17）或者所述蒸发器（3）设置的送风机（6）。

6.如权利要求1-4所述的舰船用水冷空调系统，其特征在于，所述冷凝器（2）为套管式海水冷凝器。

7.一种舰船用水冷空调系统的控制方法，所述舰船用水冷空调系统包括压缩机（1）、用于与海水换热的冷凝器（2）和设置在船舱或者储物柜内的蒸发器（3）以及电加热器（17），其特征在于，在制热工况下，当所述冷凝器（2）进水口的进水温度T_a＜T₁时，控制所述压缩机（1）停止运行，且开启所述电加热器（17）。

8.如权利要求7所述的舰船用水冷空调系统的控制方法，其特征在于，当T₁≤T_a＜T₂，且所述冷凝器（2）出水口的出水温度T_b＜T₃时，控制所述压缩机（1）停止运行，且开启所述电加热器（17）；当T₁≤T_a＜T₂，且T_b≥T₃时，控制所述压缩机（1）保持运行。

9.如权利要求8所述的舰船用水冷空调系统的控制方法，其特征在于，当所述进水温度T_a≥T₂时，控制所述压缩机（1）保持运行。

10.如权利要求9所述的舰船用水冷空调系统的控制方法，其特征在于，还包括：检测是否有电加热器（17）开启的输入信号，若是，则控制电加热器（17）开启；若否，则保持所述电加热器（17）关闭。