CN110411046A - 一种蒸发冷凝直膨式空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸发冷凝直膨式空调系统及其控制方法，包括压缩机、冷凝器、储液器、过滤器、节流元件、蒸发器、气液分离器；所述的冷凝器位于所述的压缩机高压侧，与所述的储液器进口相连；所述的蒸发器位于低压侧，连接所述的节流元件和气液分离器；所述冷凝器包括壳体、设于壳体上部的水冷装置、设于水冷装置下方的喷淋装置、设于水冷装置上方的冷凝风机、设于壳体下部的进风口、设于壳体内的盘管、形成于箱体下部的水箱及用于将水箱内的水输送至水冷装置的循环部件。本发明同时具备水冷和风冷的优特点，能效大，能耗低，实现节能；且不需要冷却水系统，无冷却塔、冷却水设备及管路，节省占地面积。

Description

一种蒸发冷凝直膨式空调系统及其控制方法

技术领域

本发明属于节能空调技术领域，尤其是涉及一种蒸发冷凝直膨式空调系统及其控制方法。

背景技术

随着经济的发展和能源供给间的矛盾日益突出，能源问题正成为制约中国完成工业化、城镇化发展阶段和国民经济高速发展的瓶颈，节能减排已成为实现国家经济安全和可持续发展的基本国策。而伴随经济的快速发展，空调系统的能源消耗占我国总能耗的比重也日益增加。提高空调系统的能效水平对节能减排和实现可持续发展具有重要意义。

目前传统的直膨式空调机组，冷凝器形式有水冷式和风冷式，即水冷却和风冷却，这两种冷却方式各存在不同问题。

水冷直膨式空调机组，采用水冷壳管冷凝器，需要配置冷却水系统，包括冷却塔、冷却水管、循环水泵等，需要安装在专门的机房内，初始造价成本高。且以冷却水作为冷却介质将冷凝热量排放到大气中，增加了中间换热环节，冷凝温度相对提高了4~5℃，降低了机组能效。

风冷直膨式空调机组，由于空气侧换热系数较低，冷凝盘管换热效果较差，且空气温升高，导致机组冷凝温度较高，整机能效比较低，节能效果差。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种能效高、节能的蒸发冷凝直膨式空调系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种蒸发冷凝直膨式空调系统及其控制方法，包括压缩机、冷凝器、储液器、过滤器、节流元件、蒸发器、气液分离器；所述的冷凝器位于所述的压缩机高压侧，与所述的储液器进口相连；所述的蒸发器位于低压侧，连接所述的节流元件和气液分离器；

所述冷凝器包括壳体、设于壳体上部的水冷装置、设于水冷装置下方的喷淋装置、设于水冷装置上方的冷凝风机、设于壳体下部的进风口、设于壳体内的盘管、形成于箱体下部的水箱及用于将水箱内的水输送至水冷装置的循环部件；所述壳体内设有出风引导装置，外界空气由进风口进入冷凝器后向上运动穿过盘管，之后由出风引导装置的引导下先经过水冷装置的冷却处理后再经由冷凝风机向外排出。

本发明水冷和风冷的优特点，以水和空气为冷却介质，利用部分冷却水的蒸发潜热带走气体制冷剂冷凝过程中所放出的热量，相对于传统水冷冷凝器，蒸发冷机组冷凝温度可降低4~5℃，能效比可提高15%左右；而相对于传统风冷冷凝器系统，蒸发冷冷凝器机组冷凝温度可降低10℃，能效比可提高25%左右；冷凝器换热效率提高，冷凝温度可以较低，可大大提高机组的能效，降低能耗，实现节能；且不需要冷却水系统，无冷却塔、冷却水设备及管路，节省占地面积；

且本申请中设置了水冷装置，且水箱的水先经过水冷装置的冷却处理后再输送至喷淋装置，从而保证喷淋装置中喷出的水始终保持在较低的温度，对盘管的降温效果良好；且经过盘管的风同样先应该水冷装置冷却后再向外排出，从而保证了出风温度较低，不会出现白雾或产生水滴的情况，且出风内存在的水分也能够更大程度的冷凝留存在壳体内，降低了出风的湿度，保证外界环境需要维持在较为干燥状态下时，出风不会影响外界湿度，避免外界的电器件等受潮损坏。

节流元件和储液器之间设有过滤器，所述储液器出口与过滤器相连。

所述节流元件为电子膨胀阀或热力膨胀阀，所述的节流元件进口与所述过滤器出口连接，出口与所述蒸发器进口相连。

所述水冷装置包括位于壳体上部位置上的蓄水箱、设于蓄水箱内的冷凝管、设于蓄水箱上且位于冷凝管上方的抽水管、设于蓄水箱上且位于冷凝管下方的出水管、用于连接该抽水管和出水管的连接管、设于连接管上的抽水件；所述盘管上部至少部分穿设于所述蓄水箱内，且位置对应于所述冷凝管的下方位置设置，该蓄水箱的外壁和壳体内壁之间具有供空气流通的间隙；由于制冷剂是由盘管的上端进入，下端排出的，而盘管的上部从蓄水箱中穿过，从而能够通过蓄水箱内的水对高温制冷剂进行快速降温，制冷剂在后部的喷淋和风冷降温过程中的初始热度已经较低，从而制冷剂的冷凝程度可得到极大程度的提升，冷凝时间可进行缩短，实现节能减耗；采用冷凝管对吸蓄水箱内的水进行降温处理，且由于抽水管设置在冷凝管上方，出水管设置在冷凝管下方，且对应于盘管所在位置，进而抽水件启动时，蓄水箱内与在盘管周侧的水即可向上流动经过冷凝管后进入抽水管内，被冷凝管冷凝，之后再由出水管注入回盘管周侧，保证盘管周测的水始终保持降低温度，对盘管降温速度快。

所述喷淋装置包括设于所述蓄水箱下方位置的多个横向喷淋管、多个与所述横向喷淋管相连通的T字型设置的纵向喷淋管、设于横向喷淋管上的朝向向下的多个第一喷淋孔、沿纵向喷淋管周向间隔分布于其外表面上的多个第二喷淋孔及分别与多个横向喷淋管相连的集流管，该集流管与所述连接管相连，该纵向喷淋管穿设于所述盘管内；该种结构下，采用横向和纵向两个方向共同对盘管进行喷淋降温，避免出现下部风速过大喷淋水无法到达，或喷淋水到达下部时温度较高的情况，进一步增强喷淋水与盘管的热交换效果；且集流管与连接管相连，从而流入喷淋管内的水同样为经过冷凝管冷凝处理后的水，喷淋水的温度较低，进一步增强了换热效果。

所述出风引导装置包括固设于壳体上部的引风件、设于该引风件和冷凝风机之间的过滤网件；该引风件包括隔板、形成于隔板中部的开口、由开口向下延伸形成的缩口状的延伸筒，该延伸筒下部穿入至蓄水箱内，且延伸筒的出口端位于冷凝管下部位置，该延伸筒上设有供冷凝管穿过的嵌槽；所述隔板的外侧壁与壳体的内壁固连，且隔板下表面与蓄水箱上端之间具有供空气流通的间距；由于隔板与壳体的内壁固连，从而风无法从隔板处向上流动，进而风将会沿着延伸筒的倾斜度进入至蓄水箱内，之后再由蓄水箱中的水中透出，由开口处向上流动，进而风中含有的大部分水会进入至蓄水箱内的水中，极大程度的降低了出风的水分含量，提升了水的回收利用率；且由于延伸筒出口端位置低于冷凝管，从而风将进入到冷凝管下部的位置后，再穿过冷凝管向上流动，受到冷凝管的冷却处理，使得出风温度基本降低至室温状态；再者，经过降温后的风还将经过过滤网件，从而降温后风中存在的小水珠将留存在过滤网上，进一步降低出风的湿度，提升水的回用率。

所述循环部件包括与水箱相连的回水管、设于回水管上的泵体、与回水管上端相连的分流管及与分流管相连的多个回流支管，该回流支管穿设于蓄水箱内，且回流支管的对应位于穿设于蓄水箱内的盘管和冷凝管之间；进而由水箱上回收利用的水也将先经过冷凝管冷凝后再流通至喷淋管上，保证喷淋出的水水温保持在较低状态，无需另外设置独立的降温机构对水箱的水进行降温处理，设备投入成本低，损坏率低。

所述壳体内设有对称设置的两支撑板，该支撑板与壳体内壁固连，且与壳体内壁之间具有通风间距，所述盘管穿设于该支撑板上；所述进风口处设有滤网，壳体内设有对称设置的两导流板，该导流板呈倾斜设置，且一端与支撑板相连，一端与进风口相连，该导流板上设有多个供气体流通的条形缝隙；所述支撑板上固设有透风板，该透风板设于蓄水箱底部和横向喷淋管之间；透风板上设有通风开口和围设于通风开口外侧的多个通风缝隙，该通风开口的宽度为通风间隙的8-12倍；该种结构下，相较于盘管端部直接设置在壳体外部的情况而言，盘管的端部也能够受到风冷冷却，进一步提升冷凝器的换热效果和效率；导流板和透风板的设置，可保证由进风口进入至壳体内的风大部分依旧是通过盘管的，仅有小部分风直接由蓄水箱与壳体内壁、支撑板与壳体内壁之间的缝隙中通过，保证盘管受到良好的风冷处理；导向板倾斜设置，从而即使部分喷淋水跟随风进入至支撑板与壳体内壁之间的缝隙后，也能够重新滴落回导向板上，并在导向板的低处聚集，向下流至集水箱内。

本发明还公开了一种蒸发冷凝直膨式空调系统的控制方法，

空调系统包括压缩机、冷凝器、储液器、过滤器、节流元件、蒸发器、气液分离器；所述的冷凝器位于所述的压缩机高压侧，与所述的储液器进口相连；所述的蒸发器位于低压侧，连接所述的节流元件和气液分离器；

所述冷凝器包括壳体、设于壳体上部的水冷装置、设于水冷装置下方的喷淋装置、设于水冷装置上方的冷凝风机、设于壳体下部的进风口、设于壳体内的盘管、形成于箱体下部的水箱及用于将水箱内的水输送至水冷装置的循环部件；所述壳体内设有出风引导装置，外界空气由进风口进入冷凝器后向上运动穿过盘管，之后由出风引导装置的引导下先经过水冷装置的冷却处理后再经由冷凝风机向外排出；

控制方法包括以下步骤：压缩机吸入来自蒸发器的低温低压气态制冷剂，对气态制冷剂压缩做功后变成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器中的盘管内，与盘管外的水和空气进行热交换，水和空气吸收热量后温湿度增高，部分蒸发成水蒸汽带走大量热量后通过冷凝风机吸走排入大气；盘管内的气态制冷剂从盘管上部进入，被冷凝后的液态制冷剂从盘管底部流出进入储液器、过滤器，经过节流装置节流后变成低温低压的气液两相制冷剂，再进入蒸发器与经过的空气进行换热，吸收空气的热量后蒸发成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气体制冷剂再进入压缩机。

本发明水冷和风冷的优特点，以水和空气为冷却介质，利用部分冷却水的蒸发潜热带走气体制冷剂冷凝过程中所放出的热量，相对于传统水冷冷凝器，蒸发冷机组冷凝温度可降低4~5℃，能效比可提高15%左右；而相对于传统风冷冷凝器系统，蒸发冷冷凝器机组冷凝温度可降低10℃，能效比可提高25%左右；冷凝器换热效率提高，冷凝温度可以较低，可大大提高机组的能效，降低能耗，实现节能；且不需要冷却水系统，无冷却塔、冷却水设备及管路，节省占地面积；

且本申请中设置了水冷装置，且水箱的水先经过水冷装置的冷却处理后再输送至喷淋装置，从而保证喷淋装置中喷出的水始终保持在较低的温度，对盘管的降温效果良好；且经过盘管的风同样先应该水冷装置冷却后再向外排出，从而保证了出风温度较低，不会出现白雾或产生水滴的情况，且出风内存在的水分也能够更大程度的冷凝留存在壳体内，降低了出风的湿度，保证外界环境需要维持在较为干燥状态下时，出风不会影响外界湿度，避免外界的电器件等受潮损坏。

本发明同时具备水冷和风冷的优特点，能效大，能耗低，实现节能；且不需要冷却水系统，无冷却塔、冷却水设备及管路，节省占地面积；其次，设置了水冷装置，且水箱的水先经过水冷装置的冷却处理后再输送至喷淋装置，从而保证喷淋装置中喷出的水始终保持在较低的温度，对盘管的降温效果良好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中冷凝器的结构示意图。

图3为图2的侧视图。

图4为图3中沿D-D线的剖视图。

图5为本发明的部分结构示意图。

图6为图5中去除蓄水箱后的正视图。

图7为本发明中透气板的结构示意图。

具体实施方式

如图1-7所示，一种蒸发冷凝直膨式空调系统及其控制方法，包括压缩机1、冷凝器2、储液器3、过滤器4、节流元件5、蒸发器6、气液分离器7；所述的冷凝器2位于所述的压缩机1高压侧，与所述的储液器3进口相连；所述的蒸发器6位于低压侧，连接所述的节流元件5和气液分离器7；所述节流元件5和储液器3之间设有过滤器4，所述储液器3出口与过滤器4相连；所述节流元件5为电子膨胀阀或热力膨胀阀，所述的节流元件5进口与所述过滤器4出口连接，出口与所述蒸发器6进口相连，所述的蒸发器6为风冷翅片式盘管，所述气液分离器7与压缩机的低压侧相连。

具体的，所述冷凝器2包括壳体21、设于壳体上部的水冷装置、设于水冷装置下方的喷淋装置、设于水冷装置上方的冷凝风机8、设于壳体下部的进风口22、设于壳体内的盘管23、形成于箱体下部的水箱24及用于将水箱内的水输送至水冷装置的循环部件；水冷装置包括位于壳体上部位置上的蓄水箱91、设于蓄水箱内的冷凝管92、设于蓄水箱上且位于冷凝管上方的抽水管93、设于蓄水箱上且位于冷凝管下方的出水管94、用于连接该抽水管和出水管的连接管95、设于连接管上的抽水件；所述盘管上部至少部分穿设于所述蓄水箱91内，且位置对应于所述冷凝管92的下方位置设置，该蓄水箱91的外壁和壳体21内壁之间具有供空气流通的间隙；其中，蓄水箱可为塑料或金属制成，且通过侧边的金属凸块固连在壳体内，冷凝风机为市面上直接购买得到，结构不再赘述，冷凝管为盘管状，且两端分别穿出至壳体的外部，用于冷凝的介质可由外部输送至冷凝管内，介质可采用液氮或其他用于冷凝降温的介质，该抽水件为水泵。

所述喷淋装置包括设于所述蓄水箱下方位置的多个横向喷淋管101、多个与所述横向喷淋管相连通的T字型设置的纵向喷淋管102、设于横向喷淋管上的朝向向下的多个第一喷淋孔、沿纵向喷淋管周向间隔分布于其外表面上的多个第二喷淋孔及分别与多个横向喷淋管相连的集流管105，该集流管105与所述连接管95相连，该纵向喷淋管102穿设于所述盘管23内；所述横向喷淋管和纵向喷淋管分别为塑料或金属制成，且纵向喷淋管与横向喷淋管连通，横向喷淋管与集流管连通。

作为优选，所述壳体21内设有出风引导装置，外界空气由进风口22进入冷凝器后向上运动穿过盘管，之后由出风引导装置的引导下先经过水冷装置的冷却处理后再经由冷凝风机向外排出；所述出风引导装置包括固设于壳体上部的引风件、设于该引风件和冷凝风机之间的过滤网件201；该引风件包括隔板202、形成于隔板中部的开口203、由开口向下延伸形成的缩口状的延伸筒204，该延伸筒204下部穿入至蓄水箱内，且延伸筒204的出口端位于冷凝管92下部位置；并且为了不影响冷凝管的安装，该延伸筒204上设有供冷凝管穿过的嵌槽；所述隔板202的外侧壁与壳体的内壁固连，且隔板202下表面与蓄水箱91上端之间具有供空气流通的间距。

所述循环部件包括与水箱相连的回水管301、设于回水管上的泵体302、与回水管上端相连的分流管303及与分流管相连的多个回流支管304，该回流支管304穿设于蓄水箱内，且回流支管304的对应位于穿设于蓄水箱91内的盘管23和冷凝管92之间；其中，该泵体为市面上直接购买得到的水泵。

所述壳体21内设有对称设置的两支撑板211，该支撑板211与壳体内壁固连，且与壳体21内壁之间具有通风间距，所述盘管23穿设于该支撑板上；所述进风口22处设有滤网221，壳体内设有对称设置的两导流板222，该导流板呈倾斜设置，且一端与支撑板相连，一端与进风口相连，该导流板222上设有多个供气体流通的条形缝隙223；所述支撑板上固设有透风板40，该透风板设于蓄水箱底部和横向喷淋管之间；透风板40上设有通风开口401和围设于通风开口外侧的多个通风缝隙402，该通风开口的宽度为通风间隙的8-12倍；其中，该滤网为市面上购买得到的不锈钢滤网，导流板和透风板均为金属制成。

工作时，压缩机1吸入来自蒸发器6的低温低压气态制冷剂，对气态制冷剂压缩做功后变成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器2中的盘管内，与盘管外的水和空气进行热交换，水和空气吸收热量后温湿度增高，部分蒸发成水蒸汽带走大量热量后通过冷凝风机8吸走排入大气；盘管内的气态制冷剂从盘管上部进入，被冷凝后的液态制冷剂从盘管底部流出进入储液器3、过滤器4，经过节流装置5节流后变成低温低压的气液两相制冷剂，再进入蒸发器6与经过的空气进行换热，吸收空气的热量后蒸发成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气体制冷剂再进入压缩机1，如此反复。

Claims (9)

1.一种蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：

包括压缩机（1）、冷凝器（2）、储液器（3）、过滤器（4）、节流元件（5）、蒸发器（6）、气液分离器（7）；所述的冷凝器（2）位于所述的压缩机（1）高压侧，与所述的储液器（3）进口相连；所述的蒸发器（6）位于低压侧，连接所述的节流元件（5）和气液分离器（7）；

所述冷凝器（2）包括壳体（21）、设于壳体上部的水冷装置、设于水冷装置下方的喷淋装置、设于水冷装置上方的冷凝风机、设于壳体下部的进风口（22）、设于壳体内的盘管（23）、形成于箱体下部的水箱（24）及用于将水箱内的水输送至水冷装置的循环部件；所述壳体（21）内设有出风引导装置，外界空气由进风口（22）进入冷凝器后向上运动穿过盘管，之后由出风引导装置的引导下先经过水冷装置的冷却处理后再经由冷凝风机向外排出。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：节流元件（5）和储液器（3）之间设有过滤器（4），所述储液器（3）出口与过滤器（4）相连。

3.根据权利要求1所述的蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：所述节流元件（5）为电子膨胀阀或热力膨胀阀，所述的节流元件（5）进口与所述过滤器（4）出口连接，出口与所述蒸发器（6）进口相连。

4.根据权利要求1所述的蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：所述水冷装置包括位于壳体上部位置上的蓄水箱（91）、设于蓄水箱内的冷凝管（92）、设于蓄水箱上且位于冷凝管上方的抽水管（93）、设于蓄水箱上且位于冷凝管下方的出水管（94）、用于连接该抽水管和出水管的连接管（95）、设于连接管上的抽水件；所述盘管上部至少部分穿设于所述蓄水箱（91）内，且位置对应于所述冷凝管（92）的下方位置设置，该蓄水箱（91）的外壁和壳体（21）内壁之间具有供空气流通的间隙。

5.根据权利要求4所述的蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：所述喷淋装置包括设于所述蓄水箱下方位置的多个横向喷淋管（101）、多个与所述横向喷淋管相连通的T字型设置的纵向喷淋管（102）、设于横向喷淋管上的朝向向下的多个第一喷淋孔、沿纵向喷淋管周向间隔分布于其外表面上的多个第二喷淋孔及分别与多个横向喷淋管相连的集流管（105），该集流管（105）与所述连接管（95）相连，该纵向喷淋管（102）穿设于所述盘管（23）内。

6.根据权利要求1所述的蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：所述出风引导装置包括固设于壳体上部的引风件、设于该引风件和冷凝风机之间的过滤网件（201）；该引风件包括隔板（202）、形成于隔板中部的开口（203）、由开口向下延伸形成的缩口状的延伸筒（204），该延伸筒（204）下部穿入至蓄水箱内，且延伸筒（204）的出口端位于冷凝管（92）下部位置，该延伸筒（204）上设有供冷凝管穿过的嵌槽；所述隔板（202）的外侧壁与壳体的内壁固连，且隔板（202）下表面与蓄水箱（91）上端之间具有供空气流通的间距。

7.根据权利要求1所述的蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：所述循环部件包括与水箱相连的回水管（301）、设于回水管上的泵体（302）、与回水管上端相连的分流管（303）及与分流管相连的多个回流支管（304），该回流支管（304）穿设于蓄水箱内，且回流支管（304）的对应位于穿设于蓄水箱（91）内的盘管（23）和冷凝管（92）之间。

8.根据权利要求1所述的蒸发冷凝直膨式空调系统，其特征在于：所述壳体（21）内设有对称设置的两支撑板（211），该支撑板（211）与壳体内壁固连，且与壳体（21）内壁之间具有通风间距，所述盘管（23）穿设于该支撑板上；所述进风口（22）处设有滤网（221），壳体内设有对称设置的两导流板（222），该导流板呈倾斜设置，且一端与支撑板相连，一端与进风口相连，该导流板（222）上设有多个供气体流通的条形缝隙（223）；所述支撑板上固设有透风板（40），该透风板设于蓄水箱底部和横向喷淋管之间；透风板（40）上设有通风开口（401）和围设于通风开口外侧的多个通风缝隙（402），该通风开口的宽度为通风间隙的8-12倍。

9.一种蒸发冷凝直膨式空调系统的控制方法，其特征在于：

空调系统包括压缩机（1）、冷凝器（2）、储液器（3）、过滤器（4）、节流元件（5）、蒸发器（6）、气液分离器（7）；所述的冷凝器（2）位于所述的压缩机（1）高压侧，与所述的储液器（3）进口相连；所述的蒸发器（6）位于低压侧，连接所述的节流元件（5）和气液分离器（7）；

所述冷凝器（2）包括壳体（21）、设于壳体上部的水冷装置、设于水冷装置下方的喷淋装置、设于水冷装置上方的冷凝风机、设于壳体下部的进风口（22）、设于壳体内的盘管（23）、形成于箱体下部的水箱（24）及用于将水箱内的水输送至水冷装置的循环部件；所述壳体（21）内设有出风引导装置，外界空气由进风口（22）进入冷凝器后向上运动穿过盘管，之后由出风引导装置的引导下先经过水冷装置的冷却处理后再经由冷凝风机向外排出；

控制方法包括以下步骤：压缩机（1）吸入来自蒸发器（6）的低温低压气态制冷剂，对气态制冷剂压缩做功后变成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器（2）中的盘管内，与盘管外的水和空气进行热交换，水和空气吸收热量后温湿度增高，部分蒸发成水蒸汽带走大量热量后通过冷凝风机(8)吸走排入大气；盘管内的气态制冷剂从盘管上部进入，被冷凝后的液态制冷剂从盘管底部流出进入储液器（3）、过滤器（4），经过节流装置（5）节流后变成低温低压的气液两相制冷剂，再进入蒸发器（6）与经过的空气进行换热，吸收空气的热量后蒸发成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气体制冷剂再进入压缩机（1）。