CN107024013A - 空调器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空调器及其控制方法。该空调器包括依次连接的压缩机(1)、冷凝器(2)、第一节流装置(3)和蒸发器(4)，空调器还包括制冷剂泵(5)和冷却循环管路(6)，制冷剂泵(5)与开度可调的第一节流装置(3)并联，冷却循环管路(6)与压缩机(1)并联，冷却循环管路(6)上设置有第一控制阀(7)。根据本发明的空调器，可以解决现有技术中空调器在自然冷却循环时制冷能力无法进行调节的问题。

Description

空调器及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种空调器及其控制方法。
背景技术
在风冷冷水机组的应用场合中，有些场合是全年发热，需要全年制冷，如计算机机房、工艺性机房。这些场合不仅是在夏季需要制冷，在冬季同样需要制冷。对于普通的风冷冷水机组而言，在冬季制冷时，存在环境温度过低，导致压缩机停机后不能正常启动；以及制冷系统冷凝温度低，高低压差小压缩机超范围运行等缺点，当温度进一步降低时，制冷压缩机根本就无法启动，无法满足用户制冷需求。
目前风冷冷水机组解决冬季供冷的主要方法是：增加制冷剂泵，在冬季低环温下，压缩机不开启，采用制冷剂泵循环冷媒，冷媒室外放热冷却后，冷却壳管内的冷冻水，将从而实现自然冷却(free cooling)。
专利公开号为CN101520219A的专利公开了一种自然冷却循环的风冷冷水机组，可以实现在冬季利用室外空气的自然冷能制取冷水，为建筑内区或高发热区域全年供冷的空调用冷水，但是这种系统在自然冷却循环过程中，无法调节机组能力，无法对机组壳管蒸发温度进行调节，从而容易出现冻裂壳管的现象。
在自然冷却运行循环时，为了能够实现正常运行，一般均会对风机全开运行，在低环境温度工况下，由于环境温度低，制冷剂泵前压力低，而水温一定，制冷剂泵后压力变化不大，容易出现制冷剂泵前后压差大，制冷泵会出现超扬程运行情况，长期运行制冷剂泵的可靠性得不到保证。
发明内容
本发明实施例中提供一种空调器及其控制方法，以解决现有技术中空调器在自然冷却循环时制冷能力无法进行调节的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种空调器，包括依次连接的压缩机、冷凝器、第一节流装置和蒸发器，空调器还包括制冷剂泵和冷却循环管路，制冷剂泵与开度可调的第一节流装置并联，冷却循环管路与压缩机并联，冷却循环管路上设置有第一控制阀。
作为优选，制冷剂泵的进口连接至冷凝器，制冷剂泵的出口连接至蒸发器。
作为优选，压缩机的吸气口设置有第二控制阀，第二控制阀与压缩机串联后与冷却循环管路并联。
作为优选，压缩机的排气口设置有第三控制阀，压缩机与第三控制阀串联后与冷却循环管路并联。
作为优选，空调器还包括变频风机，变频风机对应冷凝器设置。
作为优选，空调器还包括多个定频风机，多个定频风机对应冷凝器设置，多个定频电机的运行数量可调。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述的空调器的控制方法，包括：步骤S1：控制空调器进入自然冷却循环，关闭压缩机，开启第一控制阀，打开制冷剂泵；步骤S2：检测空调器的运行参数，并根据空调器的运行参数对空调器进行控制。
作为优选，步骤S2包括：检测蒸发器的蒸发压力；将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀的开度进行控制。
作为优选，将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀的开度进行控制的步骤包括：当蒸发压力大于蒸发压力目标值和蒸发压力偏差值之和时，加大第一控制阀的开度；当蒸发压力小于或等于蒸发压力目标值时，减小第一控制阀的开度。
作为优选，将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀的开度进行控制的步骤还包括：当蒸发压力大于蒸发压力目标值且小于等于蒸发压力目标值和蒸发压力偏差值之和时，检测空调器的出水温度；若出水温度大于或等于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则加大第一控制阀的开度；若出水温度小于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则保持第一控制阀的开度。
作为优选，步骤S2包括：检测空调器的出水温度，并将出水温度与出水温度目标值进行对比；若出水温度小于或等于出水温度目标值和出水温度偏差值之差，则加大第一节流装置开度；若出水温度大于出水温度目标值和出水温度偏差值之差且小于等于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则保持第一节流装置的开度；若出水温度大于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则减小第一节流装置的开度。
作为优选，步骤S2包括：检测蒸发压力和冷凝器2的出口压力，并确定两者之间的高低压差；将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节。
作为优选，将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节的步骤包括：若高低压差大于高低压差目标值，则调大风机风量；若高低压差小于或等于高低压差目标值与高低压差偏差值之差，则调小风机风量。
作为优选，将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节的步骤还包括：若高低压差大于高低压差目标值与高低压差偏差值之差且小于或等于高低压差目标值，检测蒸发器的蒸发压力；若蒸发压力小于或等于蒸发压力目标值，则调小风机风量；若蒸发压力大于蒸发压力目标值，则保持当前的风机风量。
根据本发明的空调器，包括依次连接的压缩机、冷凝器、第一节流装置和蒸发器，空调器还包括制冷剂泵和冷却循环管路，制冷剂泵与开度可调的第一节流装置并联，冷却循环管路与压缩机并联，冷却循环管路上设置有第一控制阀。当空调器进入到自然冷却循环时，压缩机关闭，第一节流装置关闭，制冷剂泵和第一控制阀打开，制冷剂经制冷剂泵、蒸发器、冷却循环管路和冷凝器形成自然冷却循环，并且可以通过连续调节第一节流装置的开度来调节空调器的制冷能力，实现空调器的无极能量调节。
附图说明
图1是本发明实施例的空调器的结构原理图；
图2是本发明实施例的空调器的工作原理图；
图3是本发明第一实施例的空调器的工作流程图；
图4是本发明第二实施例的空调器的工作流程图；
图5是本发明第三实施例的空调器的工作流程图。
附图标记说明：
1、压缩机；2、冷凝器；3、第一节流装置；4、蒸发器；5、制冷剂泵；6、冷却循环管路；7、第一控制阀；8、第二控制阀；9、第三控制阀；10、变频风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参考图1所示，本发明提供了一种空调器，包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、第一节流装置3和蒸发器4，空调器还包括制冷剂泵5和冷却循环管路6，制冷剂泵5与第一节流装置3并联，冷却循环管路6与压缩机1并联，冷却循环管路6上设置有第一控制阀7。
当空调器进入到自然冷却循环时，压缩机1关闭，第一节流装置3关闭，制冷剂泵5和第一控制阀7打开，制冷剂经制冷剂泵5、蒸发器4、冷却循环管路6和冷凝器2形成自然冷却循环，并且可以通过连续调节第一节流装置3的开度来调节空调器的制冷能力，实现空调器的无级能量调节。
制冷剂泵5的进口连接至冷凝器2，制冷剂泵5的出口连接至蒸发器4。在空调器处于制冷状态下，制冷剂从冷凝器2处经第一节流装置3流动至蒸发器4处，在空调器处于自然冷却循环状态下，制冷剂泵5打开，此时制冷剂仍然继续沿着原来的流向流动，因此可以避免制冷剂泵5的泵送方向与制冷剂原来流向不同而造成的能量浪费的问题，减少空调器工作状态切换时的能量损耗，保证空调器的正常运行。
制冷剂泵使得空调器能够全年运行制冷，特别是在冬季低温环境下为用户提供冷水，并且冬季运行可靠性高，用户无需另外安装其他设备，维护简单。
制冷剂泵5所在的管路上还可以设置一个开关阀，制冷剂泵5与该开关阀串联之后与第一节流装置3之间并联。在空调器制冷运行时，开关阀关闭，制冷剂不会流经制冷剂泵5，可以保证进入第一节流装置3进行节流的制冷剂量，保证空调器的工作性能。
第一控制阀7例如为电子膨胀阀、电动球阀或电动蝶阀等可以对制冷剂流量进行控制的阀，从而可以在空调器处于自然冷却循环时对循环管路中的制冷剂流量进行调节，实现对空调器制冷能力的调节。在本实施例中，该第一控制阀7为电子膨胀阀，制冷剂从蒸发器4出来后，在空调器处于制冷运行状态时关闭，阻断制冷剂从压缩机1的高压端直接连通低压端，在空调器处于自然冷却循环时，调节蒸发器4的蒸发量，控制蒸发温度，实现空调器的无级能力调节和蒸发器4的可靠运行。蒸发器4例如为壳管蒸发器。
压缩机1的吸气口设置有第二控制阀8，第二控制阀8与压缩机1串联后与冷却循环管路6并联。第二控制阀8例如为电磁阀、手动截止阀、球阀等可以对进入压缩机1的制冷剂流露进行关断的阀。在本实施例中，第二控制阀8为电磁阀。
优选地，压缩机1的排气口设置有第三控制阀9，压缩机1与第三控制阀9串联后与冷却循环管路6并联。在本实施例中，第三控制阀9为单向阀。第三控制阀9也可以为其他类型的开关阀。
通过在压缩机1的吸气口增加电动阀，在压缩机1的排气口增加单向阀，在空调器自然冷却循环运行时，电动阀关闭，由于电动阀和单向阀的止挡作用，制冷剂无法进入到压缩机1内，从而避免了空调器在自然冷却循环流程中，制冷剂迁移至压缩机及其附属管路内，的问题，解决了空调器自然冷却循环时循环冷媒量不足，导致制冷剂泵前不全是液体制冷剂，从而无法实现正常自然冷却循环的问题。
空调器还包括变频风机10，变频风机10对应冷凝器2设置。通过调节变频风机10的工作频率，可以对变频风机10的风量进行控制，进而控制制冷剂泵5的前后压差，保证制冷剂泵5的可靠运行以及节能运行。
空调器还包括多个定频风机，多个定频风机对应冷凝器2设置，多个定频电机的运行数量可调。通过调整定频电机的运行数量，也可以对风机风量进行调节，从而有效控制制冷剂泵5而对前后压差。
空调器进行压缩机制冷循环时，第一控制阀7关闭，制冷剂泵5关闭，压缩机1开启后，高温高压的制冷剂气态进过单向阀后进入冷凝器2中冷凝成中温高压的制冷剂液体，液态制冷剂经过第一节流装置3节流后进入蒸发器4，在蒸发器4内和冷冻水换热蒸发，变成低温低压制冷剂气体经过第二控制阀8进入压缩机1。
空调器自然冷却循环时，压缩机1关闭，主节流电子膨胀阀和自然冷却电子膨胀阀根据实际运行情况进行开度调节，制冷剂泵5开启后，低温液态制冷剂进入蒸发器4和冷冻水换热，蒸发成中温低压的制冷剂气体，经过第一控制阀7进入冷凝器2中换热变成低温液体制冷剂，然后回到制冷剂泵5。
结合参见图2至图5所示，根据本发明的实施例，一种上述的空调器的控制方法包括：步骤S1：控制空调器进入自然冷却循环，关闭压缩机1，开启第一控制阀7，打开制冷剂泵5；步骤S2：检测空调器的运行参数，并根据空调器的运行参数对空调器进行控制。
通过在第一节流装置3外并联制冷剂泵5的方式，使得空调器能够全年运行制冷，尤其是在冬季低温环境下，即使压缩机无法运行时，仍然可以有效保证为用户提供冷水，而且运行可靠性高，结构简单，维护方便。
通过检测空调器的运行参数，并根据空调器的运行参数对空调器进行控制，可以使得空调器在自然冷却循环工作状态下仍然能够具有较高的能效比，有效提高空调器在自然冷却循环状态下的工作效率。
结合参见图3所示，根据本发明的第一实施例，通过检测空调器的运行参数，并根据空调器的运行参数对空调器进行控制的方法包括：检测蒸发器的蒸发压力；将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀7的开度进行控制。
将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀7的开度进行控制的步骤包括：当蒸发压力大于蒸发压力目标值和蒸发压力偏差值之和时，并加大第一控制阀7的开度；当蒸发压力小于或等于蒸发压力目标值时，减小第一控制阀7的开度。
将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀7的开度进行控制的步骤还包括：当蒸发压力大于蒸发压力目标值且小于等于蒸发压力目标值和蒸发压力偏差值之和时，检测空调器的出水温度；若出水温度大于或等于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则加大第一控制阀7的开度；若出水温度小于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则保持第一控制阀7的开度。
通过此种控制方式，可以确保在任何工况下，蒸发器的蒸发压力均大于蒸发压力目标值，避免蒸发器由于蒸发温度过低而出现冻裂现象。此外，引入蒸发压力偏差值，可以对空调器的蒸发压力控制更加精确，提高空调器的控制精度。
此处的蒸发压力目标值为大于0℃所对应的饱和压力的一个值，可以根据空调器的实际运行情况进行设定。出水温度目标值也可以根据空调器的实际运行情况进行设定。
结合参见图4所示，根据本发明的第二实施例，通过检测空调器的运行参数，并根据空调器的运行参数对空调器进行控制的方法还可以为：检测空调器的出水温度，并将出水温度与出水温度目标值进行对比；若出水温度小于或等于出水温度目标值和出水温度偏差值之差，则加大第一节流装置3开度；若出水温度大于出水温度目标值和出水温度偏差值之差且小于等于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则保持第一节流装置3的开度；若出水温度大于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则减小第一节流装置3的开度。
通过对出水温度进行有效控制，可以实现空调器自然冷却循环状态下制冷能力的无级调节，提高空调器的调节精度。
结合参见图5所示，根据本发明的第三实施例，通过检测空调器的运行参数，并根据空调器的运行参数对空调器进行控制的方法还可以为：检测制冷剂泵5两端的压力，并确定高低压差；将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节。
将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节的步骤包括：若高低压差大于高低压差目标值，则调大风机风量；若高低压差小于或等于高低压差目标值与高低压差偏差值之差，则调小风机风量。
将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节的步骤还包括：若高低压差大于高低压差目标值与高低压差偏差值之差且小于或等于高低压差目标值，检测蒸发器的蒸发压力；若蒸发压力小于或等于蒸发压力目标值，则调小风机风量；若蒸发压力大于蒸发压力目标值，则保持当前的风机风量。
在空调器正常运行自然冷却循环时，考虑制冷剂在壳管蒸发器和翅片冷凝器流动的压降，可以将蒸发压力和高压压力的差值类比成制冷剂泵前后压降，也即制冷剂泵的扬程。通过对蒸发压力和高压压力之间的差值进行控制，就可以方便地对制冷剂泵的扬程进行控制，从而避免制冷剂泵出现超扬程的情况，保证制冷剂泵的可靠运行。
此处的高低压差是指制冷剂泵的进口和出口之间的压力差值。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种空调器，其特征在于，包括依次连接的压缩机(1)、冷凝器(2)、第一节流装置(3)和蒸发器(4)，所述空调器还包括制冷剂泵(5)和冷却循环管路(6)，所述制冷剂泵(5)与开度可调的所述第一节流装置(3)并联，所述冷却循环管路(6)与所述压缩机(1)并联，所述冷却循环管路(6)上设置有第一控制阀(7)。
2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述制冷剂泵(5)的进口连接至所述冷凝器(2)，所述制冷剂泵(5)的出口连接至所述蒸发器(4)。
3.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述压缩机(1)的吸气口设置有第二控制阀(8)，所述第二控制阀(8)与所述压缩机(1)串联后与所述冷却循环管路(6)并联。
4.根据权利要求3所述的空调器，其特征在于，所述压缩机(1)的排气口设置有第三控制阀(9)，所述压缩机(1)与所述第三控制阀(9)串联后与所述冷却循环管路(6)并联。
5.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述空调器还包括变频风机(10)，所述变频风机(10)对应所述冷凝器(2)设置。
6.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述空调器还包括多个定频风机，所述多个定频风机对应所述冷凝器(2)设置，所述多个定频电机的运行数量可调。
7.一种如权利要求1所述的空调器的控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：控制空调器进入自然冷却循环，关闭压缩机(1)，开启第一控制阀(7)，打开制冷剂泵(5)；
步骤S2：检测空调器的运行参数，并根据空调器的运行参数对空调器进行控制。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
检测蒸发器的蒸发压力；
将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀(7)的开度进行控制。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀(7)的开度进行控制的步骤包括：
当蒸发压力大于蒸发压力目标值和蒸发压力偏差值之和时，加大第一控制阀(7)的开度；
当蒸发压力小于或等于蒸发压力目标值时，减小第一控制阀(7)的开度。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述将检测到的蒸发压力与蒸发压力目标值进行对比，根据对比结果对第一控制阀(7)的开度进行控制的步骤还包括：
当蒸发压力大于蒸发压力目标值且小于等于蒸发压力目标值和蒸发压力偏差值之和时，检测空调器的出水温度；
若出水温度大于或等于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则加大第一控制阀(7)的开度；
若出水温度小于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则保持第一控制阀(7)的开度。
11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
检测空调器的出水温度，并将出水温度与出水温度目标值进行对比；
若出水温度小于或等于出水温度目标值和出水温度偏差值之差，则加大第一节流装置(3)开度；
若出水温度大于出水温度目标值和出水温度偏差值之差且小于等于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则保持第一节流装置(3)的开度；
若出水温度大于出水温度目标值和出水温度偏差值之和，则减小第一节流装置(3)的开度。
12.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
检测蒸发压力和冷凝器2的出口压力，并确定两者之间的高低压差；
将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节的步骤包括：
若高低压差大于高低压差目标值，则调大风机风量；
若高低压差小于或等于高低压差目标值与高低压差偏差值之差，则调小风机风量。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述将高低压差与高低压差目标值进行对比，并根据对比结果对风机风量进行调节的步骤还包括：
若高低压差大于高低压差目标值与高低压差偏差值之差且小于或等于高低压差目标值，检测蒸发器的蒸发压力；
若蒸发压力小于或等于蒸发压力目标值，则调小风机风量；
若蒸发压力大于蒸发压力目标值，则保持当前的风机风量。
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