CN107131598A - 一种冷水空调系统 - Google Patents

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陈忠
徐珊
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Abstract

本发明公开了一种冷水空调系统，包括板式蒸发器、压缩机和冷凝器，板式蒸发器、压缩机和冷凝器通过管路相连接，在所述压缩机的吸气管路上安装有温度传感器和压力传感器，在压缩机的出口管路上连接有旁通管路，旁通管路的另一端与板式蒸发器的进口管路相连通，旁通管路上安装有电磁阀，当实际过热度小于标准过热度或者吸气压力小于标准吸气压力时，电磁阀开启，当实际过热度大于或等于标准过热度且吸气压力大于或等于标准吸气压力时，电磁阀关闭。本发明不再采用压力平衡阀来防止冰堵，而是采用普通的电磁阀即可达到防冰堵的效果，大大降低了防冰堵成本，采用电磁阀相对于压力平衡阀精度更高，重量更轻，而且控制更加精确，保证蒸发器内无结冰，彻底消除了板式蒸发器的冰堵现象。

Description

一种冷水空调系统
技术领域
本发明涉及一种冷水空调系统，尤其涉及一种能够防止板式蒸发器冰堵的空调系统。
背景技术
近年来，在冷水空调领域中，板式蒸发器应用逐渐变少，主要原因是板式蒸发器在低蒸发温度工况中，容易出现部分冷水通道冰堵，造成板式蒸发器冻坏，维修成本高，品牌形象影响大。但是板式蒸发器具有体积小，换热效率高的优点，促使空调行业采用了很多种方法解决这个问题，最常用的一种方法就是增加低压压力平衡阀。其控制原理图如图1所示，在压缩机的出口管路8上通过一个三通10连接一个旁通管路3，旁通管路3连接在板式蒸发器1上，在旁通管路3上连接有一个压力平衡阀12，根据板式蒸发器1出口压力，适当旁通一部分高压气体到板式蒸发器1中，提高板式蒸发器中冷媒温度、压力，防止蒸发器冻坏。这种防冰堵装置存在如下缺陷：
1、压力平衡阀属于机械式调节阀，加工精度、材料选择要求高，技术难度比较大，目前只有丹佛斯等少有的外资企业完全掌握了该项技术，因此他们采用垄断式价格，在空调利润微薄的今天，该技术很难得到大面积使用；
2、压力平衡阀的调节技术比较成熟，但是机械式调节精度始终不高，特别是关闭压力波动范围大。从制冷原理上讲，节流后的液态冷媒加入高压高温气体，严重影响板式蒸发器的换热效率，同时也影响压缩机的等熵压缩效率，使空调系统能力、效率低；
3、压力平衡阀本身体积大、重量重，且需要高压气体进/出、压力平衡三根管路，管路多占用空间大，同时管路多、振动大，存在泄漏的风险。
授权公告号为CN201476426U，授权公告日为2010年5月19日的一件中国发明专利公开了一种用于水/地源热泵系统的防冰堵装置，交流电源与交流执行器电连接，直流电源分别与直流执行器和控制器电连接；温度传感器与控制器的输入端电性相连，控制器的控制端电性连接交流泵执行器和直流泵执行器，交流泵执行器的输出接交流水泵、直流泵执行器的输出接直流水泵；所述直流水泵和交流水泵的入水管与一热水水源连通，直流水泵和交流水泵的出水管经一常闭电磁阀和止回阀与蒸发器入口端连通，止回阀设置在蒸发器一侧，常闭电磁阀与控制器电连接。该发明是通过安装在蒸发器内的温度传感器检测出蒸发器内的温度，通过控制器来判断检测到的温度是否低于设定的温度，当低于设定温度时，及启动装置，防止冰堵。该发明专利虽然不再用压力平衡阀来防止冰堵，降低了成本，但是在实际的使用过程中，在蒸发器内的温度还没有低于设定的温度时，蒸发器里面就出现了冰堵，在蒸发器内通过检测温度来判断是否启动防冰堵装置并不准确，不能起到有效的防冰堵的作用。
发明内容
为了克服现有冷水空调系统通过压力平衡阀来防止板式蒸发器冰堵存在的上述缺陷，本发明提供了一种冷水空调系统，该系统不再采用压力平衡阀来防止冰堵，而是采用普通的电磁阀即可达到防冰堵的效果，大大降低了防冰堵成本，采用电磁阀相对于压力平衡阀精度更高，重量更轻，而且控制更加精确，保证蒸发器内无结冰，彻底消除了板式蒸发器的冰堵现象。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种冷水空调系统，包括板式蒸发器、压缩机和冷凝器，板式蒸发器、压缩机和冷凝器通过管路相连接，其特征在于：在所述压缩机的吸气管路上安装有温度传感器和压力传感器，在压缩机的出口管路上连接有旁通管路，旁通管路的另一端与板式蒸发器的进口管路相连通，旁通管路上安装有电磁阀，当实际过热度小于标准过热度或者吸气压力小于标准吸气压力时，电磁阀开启，当实际过热度大于或等于标准过热度且吸气压力大于或等于标准吸气压力时，电磁阀关闭。
还包括控制器，温度传感器和压力传感器连接在控制器的信号输入端上，电磁阀连接在控制器的信号输出端上，温度传感器和压力传感器将检测到的温度和压力传输给控制器，控制器计算出实际过热度，将实际过热度与标准过热度以及将接收到的吸气压力与标准吸气压力进行比较，根据比较判断结果来控制电磁阀开闭。
所述旁通管路一端通过三通连接在压缩机的出口管路上，另一端连接在蒸发器的进口管路的喷射室上。
所述冷水空调系统用到的冷媒为R134a，所述实际过热度TSH1= T1（T1为温度传感器检测到的温度）-Te（Te为蒸发温度），蒸发温度Te与吸气压力P1（P1为压力传感器检测到吸气压力）的关系为：
本发明控制原理和过程为：
温度传感器和压力传感器适时检测压缩机的吸气温度T1和吸气压力P1，根据吸气温度T1和吸气压力P1计算出实际过热度TSH1= T1-Te（Te为蒸发温度），蒸发温度与吸气压力的关系为：Te∝P1（不同冷媒类型，Te与P1的关系的计算公式有所不同）
当度TSH1＜TSH（设定的标准过热度），电磁阀开启，提高蒸发器内部冷媒温度和流速，以达到防止板式蒸发器内部部分流道液态冷媒停滞或者蒸发不完全，导致冷水结冰，胀坏蒸发器的目的，
当P1＜P（设定的标准压缩机吸气压力）时，电磁阀开启，提高吸气压力保护压缩机。
当TSH1≥TSH，同时P1≥P时电磁阀关闭，系统正常运行，保持与普通空调一样的运行状态。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明包括板式蒸发器、压缩机和冷凝器，板式蒸发器、压缩机和冷凝器通过管路相连接，其特征在于：在所述压缩机的吸气管路上安装有温度传感器和压力传感器，在压缩机的出口管路上连接有旁通管路，旁通管路的另一端与板式蒸发器的进口管路相连通，旁通管路上安装有电磁阀，当实际过热度小于标准过热度或者吸气压力小于标准吸气压力时，电磁阀开启，当实际过热度大于或等于标准过热度且吸气压力大于或等于标准吸气压力时，电磁阀关闭。本发明相对于现有的防冰堵装置来讲，不再采用压力平衡阀来调节板式蒸发器的通气量，而是采用电磁阀的形式，电磁阀精度相对于压力平衡阀精度更高，不会对板式蒸发器的换热效率造成影响，同时也不会影响压缩机的等熵压缩效率，使空调系统能力、效率更高，采用电磁阀使用成本大大降低，体积也大大减小。本发明通过温度传感器和压力传感器采集压缩机吸气压力和吸气温度，通过吸气压力和吸气温度计算出实际过热度，通过实际过热度与设定的标准过热度进行比较，当TSH1＜TSH（设定的标准过热度），电磁阀开启，提高蒸发器内部冷媒温度和流速，以达到防止板式蒸发器内部部分流道液态冷媒停滞或者蒸发不完全，导致冷水结冰，胀坏蒸发器的目的。本发明设定的比较判断参数为实际过热度，而不是蒸发器的内部温度，实际过热度是由压缩机吸气压力和吸气温度所影响的，相对于采用板式换热器中的温度为比较判断参数来讲，判断更加精确，保证板式换热器内没有结冰，相对于现有技术来讲，更加精确，确保了板式换热器不会结冰，不会发生冰堵，胀坏蒸发器。当P1＜P（设定的标准压缩机吸气压力）时，电磁阀开启，提高吸气压力保护压缩机，相对于现有技术来讲，起到了保护压缩机的作用。由于采用的是电磁阀而不是压力平衡阀，高温高压气体不会进入到蒸发器中与节流后的液态冷媒混合，也就不会影响板式蒸发器的换热效率，也不会影响压缩机的等熵压缩效率，使空调系统能力、效率低；提高了板式蒸发器的换热效率，提高机组的能效比，符合节能减排的政策。采用电池阀不会像压力平衡阀那样需要高压气体进/出和压力平衡三根管路，这样管路减少，无振动，也就消除了泄漏的风险。
2、本发明还包括控制器，温度传感器和压力传感器连接在控制器的信号输入端上，电磁阀连接在控制器的信号输出端上，温度传感器和压力传感器将检测到的温度和压力传输给控制器，控制器计算出实际过热度，将实际过热度与标准过热度以及降接收到的吸气压力与标准吸气压力进行比较，根据比较判断结果来控制电磁阀开闭。通过控制器的作用，可实现控制器的自动计算和判断，自动控制电磁阀开启还是关闭，不需要人工参与，控制更加精确和智能化。
3、本发明旁通管路一端通过三通连接在压缩机的出口管路上，另一端连接在蒸发器的进口管路的喷射室上。旁通的液体与节流后的液体混合后再从喷射室流入到蒸发器中，这样不仅有效的防止了冰堵现象的发生，而且不会对蒸发器内部铜管造成损伤。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图。
图中标记 1、板式蒸发器，2、压缩机，3、旁通管路，4、电磁阀，5、温度传感器，6、压力传感器，7、压缩机的吸气管路，8、压缩机的出口管路，9、板式蒸发器的进口管路，10、三通，11、喷射室，12、压力平衡阀，13、冷凝器，14、储液器，15、干燥过滤器，16、视液镜，17、节流阀，18、安全阀，19、低压开关，20、高压开关。
具体实施方式
下面结合实施例对发明形作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提供的是一种冷水空调系统，包括板式蒸发器1、压缩机2、和冷凝器13，板式蒸发器1、压缩机2和冷凝器13通过管路相连接，其特征在于：在所述压缩机的吸气管路7上安装有温度传感器5和压力传感器6，在压缩机的出口管路8上连接有旁通管路3，旁通管路3的另一端与板式蒸发器的进口管路9相连通，旁通管路3上安装有电磁阀4，当实际过热度小于标准过热度或者吸气压力小于标准吸气压力时，电磁阀开启，当实际过热度大于或等于标准过热度且吸气压力大于或等于标准吸气压力时，电磁阀关闭。
还包括控制器，温度传感器和压力传感器连接在控制器的信号输入端上，电磁阀连接在控制器的信号输出端上，温度传感器和压力传感器将检测到的温度和压力传输给控制器，控制器计算出实际过热度，将实际过热度与标准过热度以及降接收到的吸气压力与标准吸气压力进行比较，根据比较判断结果来控制电磁阀开闭。
所述旁通管路3一端通过三通10连接在压缩机的出口管路8上，另一端连接在蒸发器的进口管路9的喷射室11上。
本发明控制原理和过程为：
温度传感器和压力传感器适时检测压缩机的吸气温度T1和吸气压力P1，根据吸气温度T1和吸气压力P1计算出实际过热度TSH1= T1-Te（Te为蒸发温度），Te∝P1。
当度TSH1＜TSH（设定的标准过热度），电磁阀开启，提高蒸发器内部冷媒温度和流速，以达到防止板式蒸发器内部部分流道液态冷媒停滞或者蒸发不完全，导致冷水结冰，胀坏蒸发器的目的，
当P1＜P（设定的标准压缩机吸气压力）时，电磁阀开启，提高吸气压力保护压缩机。
当TSH1≥TSH，同时P1≥P时电磁阀关闭，系统正常运行，保持与普通空调一样的运行状态。
冷媒是在冷冻空调系统中，用以传递热能，产生冷冻效果的一种物质，常见的冷媒类型有R12、R22、R134a、R407c、R410a、R290和R32。
实施例1
本实施例以R134a冷媒为例，进行详细说明：
本实施例为冷冻空调系统，其包括冷凝器13、板式蒸发器1和压缩机2，冷凝器13的进口管路连接在压缩机的出口管路8上，冷凝器13的出口管路连接在板式蒸发器的进口管路9上，板式蒸发器1的出口管路连接在压缩机的吸气管路7上，在冷凝器13与板式蒸发器1的连接管路上依次布置有储液器14、干燥过滤器15、视液镜16、节流阀17和喷射室11，在压缩机1与冷凝器13的连接管路上依次设置有高压开关20和安全阀18，本实施例的改进点在于：在压缩机的出口管路8上连接有一个旁通管路3，旁通管路3通过一个三通10连接在压缩机的出口管路8上，旁通管路3的另一端连接在喷射室11上，旁通管路3上安装有电磁阀4，在压缩机的吸气管路7上安装有温度传感器5、压力传感器6和低压开关19。
设定标准过热度TSH=4℃，标准吸气压力P=2bar（绝对压力），标准过热度和标准吸气压力的设定值是申请人根据冷冻空调系统正常运行总结出来的数值。
在本实施例中，蒸发温度Te与吸气压力P1的关系为：
-1< P1≤0 Te=-127.24* P1 4-185.78* P1 3-112.31* P1 2+0.016* P1-27.74
0< P1≤3 Te=-0.1624* P1 4+1.4876* P1 3-6.099* P1 2+21.03* P1-26.31
3< P1≤10 Te=0.0204* P1 3-0.648* P1 2+10.45* P1-17.04
P1＞10 Te=-0.648* P1 2+4.691* P1+3
正常运行时，电磁阀处于关闭状态。
在某一时刻，我们通过温度传感器测出的吸气温度T1=3℃，压力传感器测出的吸气压力P1=2bar。
根据蒸发温度与吸气压力关系计算得到Te=0.65℃。
根据实际过热度计算公式TSH1= T1-Te=3-0.65=2.35℃。
判断，TSH1=2.35℃＜TSH=4℃，则控制电磁阀打开。
系统实时监测P1、T1，计算Te、TSH1，判断TSH1与TSH的大小关系，以及P1和P的大小关系。
当检测到P1=2.2bar，T1=8.5℃时，根据蒸发温度与吸气压力关系计算得到Te=2.47℃，根据实际过热度计算公式TSH1= T1-Te=8.5-2.47=5.03℃，
判断，TSH1=5.03℃＞TSH=4℃，同时P1=2.2 bar＞P=2 bar，则电磁阀关闭，系统恢复正常。
当检测到P1=1.8bar＜P=2 bar，无论TSH1是否小于TSH，均控制电磁阀打开。
只有当实际过热度TSH1＞标准过热度TSH，且实际吸气压力P1≥标准吸气压力P时才会控制电磁阀关闭。电磁阀的开闭控制可以通过人工控制，也可以通过控制器来控制，如果通过控制器来控制，则需要将控制器的信号输入端连接在温度传感器和压力传感器上，控制器的信号输出端连接在电磁阀上。控制器采集温度传感器和压力传感器传输过来的温度信号和压力信号，然后将接收到的温度信号和压力信号转化为温度和压力，根据温度和压力计算出实际过热度和吸气压力，再将实际过热度于标准过热度进行比较，实际吸气压力与标准吸气压力进行比较，通过比较的结果来控制电磁阀的开闭。通过控制器来控制电磁阀的开闭，系统控制更加精确和智能化。

Claims (4)

1.一种冷水空调系统，包括板式蒸发器、压缩机和冷凝器，板式蒸发器、压缩机和冷凝器通过管路相连接，其特征在于：在所述压缩机的吸气管路上安装有温度传感器和压力传感器，在压缩机的出口管路上连接有旁通管路，旁通管路的另一端与板式蒸发器的进口管路相连通，旁通管路上安装有电磁阀，当实际过热度小于标准过热度或者吸气压力小于标准吸气压力时，电磁阀开启，当实际过热度大于或等于标准过热度且吸气压力大于或等于标准吸气压力时，电磁阀关闭。
2.根据权利要求1所述的一种冷水空调系统，其特征在于：还包括控制器，温度传感器和压力传感器连接在控制器的信号输入端上，电磁阀连接在控制器的信号输出端上，温度传感器和压力传感器将检测到的温度和压力传输给控制器，控制器计算出实际过热度，将实际过热度与标准过热度以及将接收到的吸气压力与标准吸气压力进行比较，根据比较判断结果来控制电磁阀开闭。
3.根据权利要求1所述的一种冷水空调系统，其特征在于：所述旁通管路一端通过三通连接在压缩机的出口管路上，另一端连接在蒸发器的进口管路的喷射室上。
4.根据权利要求1所述的一种冷水空调系统，其特征在于：所述冷水空调系统用到的冷媒为R134a，所述实际过热度TSH1= 温度传感器检测到的温度T1-蒸发温度Te， 蒸发Te与吸气压力P1的关系为：
-1< P1≤0 Te=-127.24* P1 4-185.78* P1 3-112.31* P1 2+0.016* P1-27.74；
0< P1≤3 Te=-0.1624* P1 4+1.4876* P1 3-6.099* P1 2+21.03* P1-26.31；
3< P1≤10 Te=0.0204* P1 3-0.648* P1 2+10.45* P1-17.04；
P1＞10 Te=-0.648* P1 2+4.691* P1+3。
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