CN112033182A - 壳管换热器、具有热回收功能的机组及热回收控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了壳管换热器、具有热回收功能的机组及热回收控制方法，壳管换热器包括：设有安装腔的壳体，安装腔的一端为安装有驱动盘的调整端，安装腔的另一端为安装有冷媒管的换热端，驱动盘与换热端之间的区域为换热腔，驱动盘在安装腔内移动以调节换热腔的容积。热回收控制方法包括：当室外环境温度处于第一温度区间时，执行热回收型控制方案，根据热水机组的实际制冷量计算比例以动态调节热回收量；当室外环境温度处于第二温度区间时，执行恒温型控制方案，根据热水机组的实际功率计算比例以动态调节热回收量。本发明通过设计可变容积式壳管换热器，辅以对应的控制方案，契合用户实际需求，实现动态热量回收。

Description

壳管换热器、具有热回收功能的机组及热回收控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及壳管换热器、具有热回收功能的机组及热回收控制方法。

背景技术

多功能冷水机组或热水机组在使用中有大量可以回收的热量，但是由于特殊的使用环境，无法做到有效回收，造成大量的热量浪费，给用户造成了多余的使用成本。同时，由于常规冷凝器的散热受运行环境的影响大，夏季长江以南地区普遍白天环温35~40度，对于机组的制冷性能影响较大，导致压缩机负载增大，用户的耗电量增多，造成能源浪费。

现有技术中已经出现热回收方案，其采用壳管换热器回收机组冷凝侧的多余热量，然而常见的壳管换热器均为定容积式壳管换热器，其无法根据机组的运行状态调整热回收量，导致机组的运行效率低、用户使用舒适度差。

因此，如何设计可调整热回收量的壳管换热器、机组及热回收控制方法是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有机组的多余热量无法被有效回收的缺陷，本发明提出壳管换热器、具有热回收功能的机组及热回收控制方法，通过设计可变容积式壳管换热器，契合用户实际需求，实现动态热量回收。

本发明采用的技术方案是，设计壳管换热器，包括：设有安装腔的壳体、设于安装腔内的冷媒管、与冷媒管连通的冷媒进口和冷媒出口、以及与安装腔连通的进水口和出水口。安装腔的一端为安装有驱动盘的调整端，安装腔的另一端为安装有冷媒管的换热端，驱动盘与换热端之间的区域为换热腔；驱动盘在安装腔内移动以调节换热腔的容积。

其中，调整端内还安装有电机，驱动盘连接在电机的驱动杆上，电机驱动所述驱动盘在安装腔内移动，驱动盘的边缘设有至少一层挡水胶圈，挡水胶圈贴合安装腔的腔壁。

本发明还提出具有热回收功能的机组，包括：压缩机、冷凝器、蒸发器、控制主板、用于回收机组的冷凝侧热量且热回收量可调节的壳管换热器，壳管换热器采用上述的壳管换热器。控制主板通过电机调整驱动盘在安装腔内的位置，壳管换热器的热回收量随换热腔的容积同步增大或减小。

优选的，设定驱动盘的行程为K，K的运动范围为0~L；当K=0时，换热腔的容积最大，热回收量为机组额定冷凝负荷Q；当K=L时，换热腔的容积最小，热回收量为0。

在一实施例中，当K=L时，壳管换热器的进水口和/或出水口被关断，以实现热回收量为0。

本发明还提出了热回收控制方法，其应用在上述的机组中，热回收控制方法包括以下步骤：

检测机组的室外环境温度；

判断室外环境温度所处的温度区间；

当室外环境温度处于第一温度区间时，执行热回收型控制方案，根据热水机组的实际制冷量计算比例以动态调节热回收量；

和/或当室外环境温度处于第二温度区间时，执行恒温型控制方案，根据热水机组的实际功率计算比例以动态调节热回收量；

其中，第一温度区间低于第二温度区间，设定机组的室外环境温度范围为a~b，则第一温度区间为（a，b/2]，第二温度区间为（b/2，b]。

在优选实施例中，根据热水机组的实际制冷量计算比例以动态调节热回收量的计算方式为：

；

其中，Q=Q1+Q2，q1=x*ΔT1= x*（T1-T10），q=y*ΔT2= y*（T20-T2），Q为机组额定冷凝负荷，Q1为机组额定制冷量，Q2为机组额定功率，q为机组实际冷凝负荷，q1为机组实际制冷量，T1为室内环境温度，T10为目标室内温度，T2为机组的用户侧出水温度，T20为目标出水温度，x、y为流量系数，m为能力变化系数，t1为所述室内环境温度的检测周期。

在优选实施例中，根据热水机组的实际功率计算比例以动态调节热回收量的计算方式为：

；

其中，Q=Q1+Q2，q=q1+q2，q1=x*ΔT1= x*（T1-T10），Q为机组额定冷凝负荷，Q1为机组额定制冷量，Q2为机组额定功率，q为机组实际冷凝负荷，q1为机组实际制冷量，q2为机组实际功率，T1为室内环境温度，T10为目标室内温度，x为流量系数，n为功率变化系数，t2为所述机组实际功率的检测周期。

与现有技术相比，本发明通过设计可变容积式壳管换热器，将热回收量的控制转化为机械控制目标，降低机组结构的复杂度，在机组运行中辅以对应的控制方案，将热回收量与用户实际需求相结合，实现回收的柔性控制，提高机组的能效，壳管换热器换热产生的温水可用保温水箱进行存储，当部分地区日夜温差较大，其热量回收产生的热水可用作生活热水，达到节能环保的效果。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明中壳管换热器的结构示意图；

图2是本发明中水冷机组的系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出的壳管换热器是在常规壳管换热器的基本结构上作出改进，壳管换热器1的壳体设有安装腔，安装腔的两端分别为调整端11和换热端12，换热端12的内部设有冷媒管13，换热端12的端面上设有与冷媒管13连通的冷媒进口和冷媒出口，调整端11的内部安装有驱动盘14，驱动盘14将安装腔分隔为调整腔15和换热腔16，驱动盘14与调整端11之间的区域为调整腔15，驱动盘14与换热端12之间的区域为换热腔16，壳管换热器1的壳体上设有与换热腔16连通的进水口和出水口，驱动盘14在安装腔内移动以调节换热腔16的容积。

更详细的说，如图1所示，调整腔15内安装有电机17，电机17的机壳固定在调整端11，电机17的驱动杆沿安装腔的轴向朝驱动盘14伸出，驱动盘14连接在电机17的驱动杆上，驱动盘14在电机17的驱动下沿安装腔的轴向移动。较优的，驱动盘14的边缘设有至少一层挡水胶圈，挡水胶圈贴合安装腔的腔壁，通过挡水胶圈阻挡换热腔14中的水进入调整腔15。当然，以上电机17的和挡水胶圈仅是本发明的一个实施例，并不限定驱动盘14的驱动结构，实际使用中可以采用其他驱动方式。

如图2所示，本发明还提出具有热回收功能的机组，该机组包含且不限于冷水机组、热水机组等空调机组，机组包括：压缩机2、冷凝器3、蒸发器4、控制主板和壳管换热器1，壳管换热器1安装在机组的冷凝侧，用于回收机组的冷凝侧热量，并且壳管换热器1的热回收量可调节。

在一实施例中，壳管换热器1串联在压缩机2和冷凝器3之间，冷媒流经壳管换热器1的冷媒管，与换热腔16中的水进行热交换，热水从出水口流出送入保温水箱进行存储，当部分地区日夜温差较大，其热量回收产生的热水可用作生活热水，既能起到辅助冷凝器降温、补偿恶劣环境的工况能效的作用，又能有效回收冷凝侧的多余热量，达到节能环保的效果。

控制主板与电机17连接，电机17可选用步进电机，控制主板通过电机17调整驱动盘14在安装腔内的位置，壳管换热器1的热回收量随换热腔16的容积同步增大或减小。

设定驱动盘14的行程为K，K的运动范围为0~L，则当K=0时，电机17的驱动杆回缩至极限位置，驱动盘14与调整端11之间的距离最短，此时换热腔16的容积最大，即热回收量最大，理想状态下K=0时的热回收量为机组额定冷凝负荷Q；当K=L时，电机17的驱动杆伸出至极限位置，驱动盘14与调整端11之间的距离最远，此时换热腔16的容积最小，即热回收量最小，理想状态下K=L时的热回收量为0。需要说明的是，由于壳管换热器1串联在压缩机2和冷凝器3之间，在K=L时可以将壳管换热器1的进水口和出水口关断，此时换热腔16中没有水流，以实现热回收量为0。当然，实际使用时也可以采用其他方式阻断冷媒与水的热交换，实现热回收量为0，本发明对此不作限制。

驱动盘14的行程与室外环境温度相关，当室外环境温度较高时，冷凝器3的翅片与空气的换热效果较差，可增大壳管换热器1的换热腔16容积，提高热回收量以降低流入冷凝器3的冷媒温度，提升机组能效；反之，当室外环境温度较低时，冷凝器3的翅片与空气的换热效果良好，可根据用户的实际制冷需求调节热回收量，有效回收冷凝侧的多余热量。控制主板根据室外环境温度判断热回收量的控制方案，通过电信号反馈给电机17，电机17将驱动盘14移动至目标位置。需要说明的是，热回收量的控制方案有多种，下面以优选实施例进行说明。

本发明还提出了热回收控制方法，其应用在上述的机组中，热回收控制方法包括以下步骤：

检测机组的室外环境温度；

判断室外环境温度所处的温度区间，设定机组的室外环境温度范围为a~b，则第一温度区间为（a，b/2]，第二温度区间为（b/2，b]；

当室外环境温度处于第一温度区间时，此时室外环境温度较低，机组处于节能运行状态，实际功率小，此种环境下影响冷凝负荷大小的是实际制冷量，执行热回收型控制方案，根据热水机组的实际制冷量计算比例以动态调节热回收量，在保证机组节能运行的情况下，有效回收冷凝侧多余热量，使得用户侧出水温度趋于稳定。

其中，根据热水机组的实际制冷量计算比例以动态调节热回收量的计算方式为：

；

Q=Q1+Q2，Q为机组额定冷凝负荷，Q1为机组额定制冷量，Q2为机组额定功率，Q、Q1和Q2是机组型号对应的固定值。

q1=x*ΔT1= x*（T1-T10），q=y*ΔT2= y*（T20-T2），q为机组实际冷凝负荷，q1为机组实际制冷量，T1为室内环境温度，T1由室内环境传感器实时检测得到，T10为目标室内温度，T2为机组的用户侧出水温度，T2由安装在壳管换热器出水口管路上的出水感温包实时检测得到，T20为目标出水温度，x、y为流量系数，根据水泵的实际参数取得固定值，m为能力变化系数，根据实际室内制冷需求取得固定值，t1为室内环境温度的检测周期。

当室外环境温度处于第二温度区间时，此时室外环境温度较高，机组在恶劣环境下运行，实际功率大，此种环境下影响冷凝负荷大小的是实际功率，执行恒温型控制方案，根据热水机组的实际功率计算比例以动态调节热回收量，达到提升机组能效的效果。

其中，根据热水机组的实际功率计算比例以动态调节热回收量的计算方式为：

；

Q=Q1+Q2，Q为机组额定冷凝负荷，Q1为机组额定制冷量，Q2为机组额定功率，Q、Q1和Q2是机组型号对应的固定值。

q=q1+q2，q1=x*ΔT1= x*（T1-T10），q为机组实际冷凝负荷，q1为机组实际制冷量，q2为机组实际功率，T1为室内环境温度，T1由室内环境传感器实时检测得到，T10为目标室内温度，q2通过检测机组的电流和电压计算得到，q2等于电流、电压与功率因数的乘积，x为流量系数，根据水泵的实际参数取得固定值，n为功率变化系数，根据外部环境条件取得固定值，t2为机组实际功率的检测周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.壳管换热器，包括：设有安装腔的壳体、设于所述安装腔内的冷媒管、与所述冷媒管连通的冷媒进口和冷媒出口、以及与所述安装腔连通的进水口和出水口；

其特征在于，所述安装腔的一端为安装有驱动盘的调整端，所述安装腔的另一端为安装有所述冷媒管的换热端，所述驱动盘与所述换热端之间的区域为换热腔；所述驱动盘在所述安装腔内移动以调节所述换热腔的容积。

2.根据权利要求1所述的壳管换热器，其特征在于，所述调整端内还安装有电机，所述驱动盘连接在所述电机的驱动杆上，所述电机驱动所述驱动盘在所述安装腔内移动。

3.根据权利要求1所述的壳管换热器，其特征在于，所述驱动盘的边缘设有至少一层挡水胶圈，所述挡水胶圈贴合所述安装腔的腔壁。

4.具有热回收功能的机组，包括：压缩机、冷凝器、蒸发器和控制主板，其特征在于，还包括：用于回收所述机组的冷凝侧热量且热回收量可调节的壳管换热器，所述壳管换热器采用权利要求1至3任一项所述的壳管换热器；

所述控制主板通过所述电机调整所述驱动盘在所述安装腔内的位置，所述壳管换热器的热回收量随所述换热腔的容积同步增大或减小。

5.根据权利要求4所述的机组，其特征在于，设定所述驱动盘的行程为K，K的运动范围为0~L；

当K=0时，所述换热腔的容积最大，所述热回收量为机组额定冷凝负荷Q；

当K=L时，所述换热腔的容积最小，所述热回收量为0。

6.根据权利要求5所述的机组，其特征在于，当K=L时，所述壳管换热器的进水口和/或出水口被关断。

7.热回收控制方法，其应用在权利要求5或6所述的机组中，其特征在于，所述热回收控制方法包括以下步骤：

检测所述机组的室外环境温度；

判断所述室外环境温度所处的温度区间；

当所述室外环境温度处于第一温度区间时，执行热回收型控制方案，根据所述热水机组的实际制冷量计算比例以动态调节所述热回收量；

和/或当所述室外环境温度处于第二温度区间时，执行恒温型控制方案，根据所述热水机组的实际功率计算比例以动态调节所述热回收量；

其中，所述第一温度区间低于所述第二温度区间。

8.根据权利要求7所述的热回收控制方法，其特征在于，设定所述机组的室外环境温度范围为a~b，则所述第一温度区间为（a，b/2]，所述第二温度区间为（b/2，b]。

9.根据权利要求7所述的热回收控制方法，其特征在于，所述根据热水机组的实际制冷量计算比例以动态调节所述热回收量的计算方式为：

；

其中，Q=Q1+Q2，q1=x*ΔT1= x*（T1-T10），q=y*ΔT2= y*（T20-T2），Q为机组额定冷凝负荷，Q1为机组额定制冷量，Q2为机组额定功率，q为机组实际冷凝负荷，q1为机组实际制冷量，T1为室内环境温度，T10为目标室内温度，T2为机组的用户侧出水温度，T20为目标出水温度，x、y为流量系数，m为能力变化系数，t1为所述室内环境温度的检测周期。

10.根据权利要求7所述的热回收控制方法，其特征在于，所述根据热水机组的实际功率计算比例以动态调节所述热回收量的计算方式为：

；

其中，Q=Q1+Q2，q=q1+q2，q1=x*ΔT1= x*（T1-T10），Q为机组额定冷凝负荷，Q1为机组额定制冷量，Q2为机组额定功率，q为机组实际冷凝负荷，q1为机组实际制冷量，q2为机组实际功率，T1为室内环境温度，T10为目标室内温度，x为流量系数，n为功率变化系数，t2为所述机组实际功率的检测周期。

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