CN107631464A - 换热器组件及其设计方法、空调器 - Google Patents

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范兴发
刘警生
苏培焕
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Abstract

本发明公开一种换热器组件及其设计方法、空调器。该换热器组件包括第一换热器(1)和第二换热器(2)，第一换热器(1)和第二换热器(2)通过载冷介质管(3)串联，第一换热器(1)设置在第二换热器(2)的背风侧，载冷介质依次流经第一换热器(1)和第二换热器(2)，回风依次流经第二换热器(2)和第一换热器(1)，以使载冷介质沿着第一换热器(1)和第二换热器(2)逐层冷却，回风沿着第二换热器(2)和第一换热器(1)逐层冷却。根据本发明的换热器组件，保证充分冷量的同时，提高显热比，减少除湿量。

Description

换热器组件及其设计方法、空调器
技术领域
本发明涉及空气调节技术领域，具体而言，涉及一种换热器组件及其设计方法、空调器。
背景技术
在冷冻水机房空调中，对空调的显热比要求很高，并且换热器的面积较大，显热比较低的空调除湿量大，耗能高，对于节能来说是很大的挑战。目前大多数用户使用的是通过提高进水温度来减少除湿，提升显热比，但是此方法会影响降温的速度，减少换热量。
发明内容
本发明实施例中提供一种换热器组件及其设计方法、空调器，保证充分冷量的同时，提高显热比，减少除湿量。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种换热器组件，包括第一换热器和第二换热器，第一换热器和第二换热器通过载冷介质管串联，第一换热器设置在第二换热器的背风侧，载冷介质依次流经第一换热器和第二换热器，回风依次流经第二换热器和第一换热器，以使载冷介质沿着第一换热器和第二换热器逐层冷却，回风沿着第二换热器和第一换热器逐层冷却。
优选地，第一换热器的换热面积小于第二换热器的换热面积。
优选地，沿着回风的流动方向，第一换热器位于第二换热器的下游侧。
优选地，第一换热器和第二换热器之间成预设夹角，且沿着第一换热器内的载冷介质流动方向，第一换热器与第二换热器之间的间距递减。
优选地，第一换热器和第二换热器之间的夹角可调。
优选地，换热器组件还包括第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和第三温湿度传感器，第一温湿度传感器设置在回风入口侧，第二温湿度传感器设置在第一换热器和第二换热器之间，第三温湿度传感器设置在回风出口侧。
优选地，第一换热器的载冷介质进口端设置有调节载冷介质流量的第一调节装置。
优选地，第二换热器的载冷介质进口端设置有调节载冷介质流量的第二调节装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种空调器，包括换热器组件，该换热器组件为上述的换热器组件。
优选地，换热器组件为两组，两组换热器组件并联设置。
根据本发明的再一方面，提供了一种换热器组件的设计方法，包括：将第一换热器和第二换热器通过载冷介质管串联，使载冷介质依次流经第一换热器和第二换热器；将第一换热器位于第二换热器的背风侧，使回风依次流经第二换热器和第一换热器。
优选地，设计方法还包括：获取第一换热器的进口载冷介质温度；获取第一换热器和第二换热器之间的环境温度和环境湿度；根据第一换热器的进口载冷介质温度以及第一换热器和第二换热器之间的环境温度和环境湿度确定第一换热器的换热面积。
优选地，设计方法还包括：在第一换热器的载冷介质进口设置调节载冷介质流量的第一调节装置；通过调节第一调节装置控制第一换热器的翅片温度处于第一换热器和第二换热器之间的环境温度和环境湿度所确定的空气凝露点温度以上。
优选地，设计方法还包括：获取第二换热器的出口载冷介质温度；获取回风进口处的环境温度和环境湿度；根据第二换热器的出口载冷介质温度以及回风进口处的环境温度和环境湿度确定第二换热器的换热面积。
优选地，设计方法还包括：在第二换热器的载冷介质进口设置调节载冷介质流量的第二调节装置；通过调节第二调节装置控制第二换热器的翅片温度处于回风进口处的环境温度和环境湿度所确定的空气凝露点温度以上。
应用本发明的技术方案，换热器组件包括第一换热器和第二换热器，第一换热器和第二换热器通过载冷介质管串联，第一换热器设置在第二换热器的背风侧，载冷介质依次流经第一换热器和第二换热器，回风依次流经第二换热器和第一换热器，以使载冷介质沿着第一换热器和第二换热器逐层冷却，回风沿着第二换热器和第一换热器逐层冷却。本发明的换热器组件，多个换热器逐层设置，使得载冷介质的流动方向与回风的流动方向相反，实现载冷介质逐层冷却，回风逐层冷却，从而能够实现换热器表面的温度在凝露温度点附近或高于回风温度凝露点，减少凝露，保证充分冷量的同时，提高显热比，减少除湿量，减少能耗，提高能效水平。
附图说明
图1是本发明实施例的换热器组件的结构原理图；
图2是本发明实施例的空调器的结构原理图；
图3是本发明实施例的换热器组件的设计方法流程图。
附图标记说明：1、第一换热器；2、第二换热器；3、载冷介质管；4、第一温湿度传感器；5、第二温湿度传感器；6、第三温湿度传感器；7、第一调节装置；8、第二调节装置。
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。
结合参见图1和图2所示，根据本发明的实施例，换热器组件包括第一换热器1和第二换热器2，第一换热器1和第二换热器2通过载冷介质管3串联，第一换热器1设置在第二换热器2的背风侧，载冷介质依次流经第一换热器1和第二换热器2，回风依次流经第二换热器2和第一换热器1，以使载冷介质沿着第一换热器1和第二换热器2逐层冷却，回风沿着第二换热器2和第一换热器1逐层冷却。
本发明的换热器组件，多个换热器逐层设置，使得载冷介质的流动方向与回风的流动方向相反，实现载冷介质逐层冷却，回风逐层冷却，从而能够实现换热器表面的温度在凝露温度点附近或高于回风温度凝露点，减少凝露，保证充分冷量的同时，提高显热比，减少除湿量，减少能耗，提高能效水平。本发明以载冷介质为冷冻水为例对换热器组件的结构进行说明，但载冷介质并不局限于冷冻水，也可以为其他具有降温作用的载冷介质，例如冷媒等。
本发明通过两个换热器的布局，第一换热器1布置于第二换热器2与空气换热之后，即冷冻水先经过第一换热器1，再经过第二换热器2，回风先经过第二换热器2，再经过第一换热器1。由于冷冻水先经过第一换热器1，因此第二换热器2表面的温度较高。回风先经过第二换热器2，经过第一层换热后的冷风再经过温度较低的第一换热器1，可以使回风首先通过第二换热器2进行降温，然后通过第一换热器1降温，由于第二换热器2的表面温度大于第一换热器1的表面温度，因此经第二换热器2换热之后的回风温度仍然会高于第一换热器1的表面温度，使得回风在流经第一换热器1时仍然可以进行有效的换热，从而保证冷冻水逐层冷却，回风逐层冷却，实现换热器表面的温度在凝露温度点附近或高于回风温度凝露点，减少凝露，提高显热比。
优选地，第一换热器1的换热面积小于第二换热器2的换热面积。这样一来，冷冻水再流经第一换热器1和第二换热器2时，对第一换热器1的降温效果明显高于对第二换热器2的降温效果，可以加大第一换热器1的表面温度和第二换热器2的表面温度之间的温差，提高冷冻水对第一换热器1的降温效果，使得第一换热器1的温度更低，能够对回风更好地降温。
优选地，沿着回风的流动方向，第一换热器1位于第二换热器2的下游侧，能够使回风流经第二换热器2之后，和第一换热器1之间的换热更加均衡，对回风的换热更加均匀。
优选地，第一换热器1和第二换热器2之间成预设夹角，且沿着第一换热器1内的载冷介质流动方向，第一换热器1与第二换热器2之间的间距递减。
在本实施例中，第一换热器1和第二换热器2之间的夹角可调，从而使得第一换热器1和第二换热器2之间的角度根据风道进风和回风的角度进行调节，实现缓慢变向，避免风压损失。
优选地，换热器组件还包括第一温湿度传感器4、第二温湿度传感器5和第三温湿度传感器6，第一温湿度传感器4设置在回风入口侧，第二温湿度传感器5设置在第一换热器1和第二换热器2之间，第三温湿度传感器6设置在回风出口侧。通过对上述各点的温湿度进行检测，可以根据检测结果对第一换热器1和第二换热器2之间的相对位置关系进行调节，从而更加有效地避免在第一换热器1和第二换热器2表面发生凝露现象，提高第一换热器1和第二换热器2的显热比。
优选地，第一换热器1的载冷介质进口端设置有调节载冷介质流量的第一调节装置7，能够根据需要对第一换热器1的载冷介质流量进行调节，从而更加有效地对第一换热器1的表面温度进行调节，使得第一换热器1的表面温度达到凝露点温度以上，避免回风在第一换热器1的表面形成凝露，提高第一换热器1的显热比。
优选地，第二换热器2的载冷介质进口端设置有调节载冷介质流量的第二调节装置8，能够根据需要对第二换热器2的载冷介质流量进行调节，从而更加有效地对第二换热器2的表面温度进行调节，使得第二换热器2的表面温度达到凝露点温度以上，避免回风在第二换热器2的表面形成凝露，提高第二换热器2的显热比。
根据本发明的实施例，空调器包括换热器组件，该换热器组件为上述的换热器组件。
优选地，换热器组件可以为两组，两组换热器组件并联设置。两组换热器组件的布置需要保证外部空气从两个第二换热器2进入两组换热器组件之间，然后从两个第一换热器1处流出风道。
结合参见图3所示，根据本发明的实施例，换热器组件的设计方法包括：将第一换热器1和第二换热器2通过载冷介质管3串联，使载冷介质依次流经第一换热器1和第二换热器2；将第一换热器1位于第二换热器2的背风侧，使回风依次流经第二换热器2和第一换热器1。
设计方法还包括：获取第一换热器1的进口载冷介质温度；获取第一换热器1和第二换热器2之间的环境温度和环境湿度；根据第一换热器1的进口载冷介质温度以及第一换热器1和第二换热器2之间的环境温度和环境湿度确定第一换热器1的换热面积。第一换热器1的换热面积的确定根据换热器表面的温度进行匹配，确保表面的温度在凝露点左右或以下。
设计方法还包括：在第一换热器1的载冷介质进口设置调节载冷介质流量的第一调节装置7；通过调节第一调节装置7控制第一换热器1的翅片温度处于第一换热器1和第二换热器2之间的环境温度和环境湿度所确定的空气凝露点温度以上。
设计方法还包括：获取第二换热器2的出口载冷介质温度；获取回风进口处的环境温度和环境湿度；根据第二换热器2的出口载冷介质温度以及回风进口处的环境温度和环境湿度确定第二换热器2的换热面积。
设计方法还包括：在第二换热器2的载冷介质进口设置调节载冷介质流量的第二调节装置8；通过调节第二调节装置8控制第二换热器2的翅片温度处于回风进口处的环境温度和环境湿度所确定的空气凝露点温度以上。
在进行换热器组件的设计时，进入第一换热器1的冷冻水温度为T1，第一换热器1翅片温度为T1+ΔT1，通过调节第一换热器1的面积、进水的温度T1和进水水压等可以调节第一换热器1翅片的温度T1+ΔT1。第一换热器1的出水温度，即第二换热器2的进水温度为T2，第二换热器2翅片的温度为T2+ΔT2。第二换热器2的出水温度为T3。进入第二换热器2的空气为进入机组的热空气，从第一换热器1出来的空气为机组换热后的冷空气。在第二换热器2的进风侧设置有检测空气温湿度的装置——第一温湿度传感器4，检测的温度值T4、湿度值RH4。在第一换热器1和第二换热器2之间设置有第二温湿度传感器5，检测的温度值为T5、湿度值为RH5。在换热器的出风口设计有第三温湿度传感器6，检测的温度值为T6、湿度值为RH6。一般来说，进水温度T1一般是确定的，可以根据第二温湿度传感器5的检测值T5、RH5，设计出最合理的第一换热器1面积，并调节进水的水压，使得第一换热器1翅片的温度T1+ΔT1的值处于温度为T5、湿度为RH5的空气凝露点值以上，或者附近。
第一换热器1的出水温度为T2，可以根据第一温湿度传感器4的检测值T4、RH4，设计出最合理的第二换热器2的面积，并调节进水的流量，使得第二换热器2翅片的温度T2+ΔT2的值处于温度为T4、湿度为RH4的空气凝露点值以上，或者附近。第二换热器2的翅片温度T2+ΔT2的值受第二换热器2的进水温度T2的影响。
为了提升控制精度，第一换热器1和第二换热器2之间可以增加第二调节装置8，用于调节进入第二换热器2的流量，便于调节第二换热器2的翅片温度T2+ΔT2。同时也可以增加T2的检测装置，作为流量的逻辑判断值，确定进入第二换热器2的流量值。
对于控制的第一换热器1的翅片温度值T1+ΔT1和第二换热器2的翅片温度值T2+ΔT2的最终值应该是在进入换热器空气的凝露点之上，或者附近。凝露点的计算有多种，例如可以使用以下公式，其中Dp(t)为t时刻的回风露点温度：
Dp(t)＝((0.66077-log EW)×237.3)/(log EW-8.16077)
其中T为当前环境温度，RH为当前空气相对湿度，ew为在温度T和相对湿度RH条件下的饱和水蒸气压力。
在换热器的出风口设计有第三温湿度传感器6，检测的温度值为T6、湿度值为RH6，主要用于判定机组是否满足设计需求，进而调节第一调节装置7对整机冷冻水流量进行控制。
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 (15)

1.一种换热器组件，其特征在于，包括第一换热器(1)和第二换热器(2)，所述第一换热器(1)和所述第二换热器(2)通过载冷介质管(3)串联，所述第一换热器(1)设置在所述第二换热器(2)的背风侧，载冷介质依次流经所述第一换热器(1)和所述第二换热器(2)，回风依次流经所述第二换热器(2)和所述第一换热器(1)，以使载冷介质沿着第一换热器(1)和第二换热器(2)逐层冷却，回风沿着第二换热器(2)和第一换热器(1)逐层冷却。
2.根据权利要求1所述的换热器组件，其特征在于，所述第一换热器(1)的换热面积小于所述第二换热器(2)的换热面积。
3.根据权利要求1所述的换热器组件，其特征在于，沿着回风的流动方向，所述第一换热器(1)位于所述第二换热器(2)的下游侧。
4.根据权利要求1所述的换热器组件，其特征在于，所述第一换热器(1)和所述第二换热器(2)之间成预设夹角，且沿着所述第一换热器(1)内的载冷介质流动方向，所述第一换热器(1)与所述第二换热器(2)之间的间距递减。
5.根据权利要求4所述的换热器组件，其特征在于，所述第一换热器(1)和所述第二换热器(2)之间的夹角可调。
6.根据权利要求1所述的换热器组件，其特征在于，所述换热器组件还包括第一温湿度传感器(4)、第二温湿度传感器(5)和第三温湿度传感器(6)，所述第一温湿度传感器(4)设置在回风入口侧，所述第二温湿度传感器(5)设置在所述第一换热器(1)和所述第二换热器(2)之间，所述第三温湿度传感器(6)设置在回风出口侧。
7.根据权利要求1所述的换热器组件，其特征在于，所述第一换热器(1)的载冷介质进口端设置有调节载冷介质流量的第一调节装置(7)。
8.根据权利要求1所述的换热器组件，其特征在于，所述第二换热器(2)的载冷介质进口端设置有调节载冷介质流量的第二调节装置(8)。
9.一种空调器，包括换热器组件，其特征在于，所述换热器组件为权利要求1至8中任一项所述的换热器组件。
10.根据权利要求9所述的空调器，其特征在于，所述换热器组件为两组，两组所述换热器组件并联设置。
11.一种换热器组件的设计方法，其特征在于，包括：
将第一换热器(1)和第二换热器(2)通过载冷介质管(3)串联，使载冷介质依次流经第一换热器(1)和第二换热器(2)；
将第一换热器(1)位于第二换热器(2)的背风侧，使回风依次流经第二换热器(2)和第一换热器(1)。
12.根据权利要求11所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：
获取第一换热器(1)的进口载冷介质温度；
获取第一换热器(1)和第二换热器(2)之间的环境温度和环境湿度；
根据第一换热器(1)的进口载冷介质温度以及第一换热器(1)和第二换热器(2)之间的环境温度和环境湿度确定第一换热器(1)的换热面积。
13.根据权利要求12所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：
在第一换热器(1)的载冷介质进口设置调节载冷介质流量的第一调节装置(7)；
通过调节第一调节装置(7)控制第一换热器(1)的翅片温度处于第一换热器(1)和第二换热器(2)之间的环境温度和环境湿度所确定的空气凝露点温度以上。
14.根据权利要求11所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：
获取第二换热器(2)的出口载冷介质温度；
获取回风进口处的环境温度和环境湿度；
根据第二换热器(2)的出口载冷介质温度以及回风进口处的环境温度和环境湿度确定第二换热器(2)的换热面积。
15.根据权利要求14所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：
在第二换热器(2)的载冷介质进口设置调节载冷介质流量的第二调节装置(8)；
通过调节第二调节装置(8)控制第二换热器(2)的翅片温度处于回风进口处的环境温度和环境湿度所确定的空气凝露点温度以上。
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