CN112460854B - 换热器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热器及其控制方法,其中,该换热器包括:换热管,位于换热区域;其中,所述换热管分为多组;控制阀,与每组换热管对应设置,用于控制所述每组换热管的通断。本发明解决了现有技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题,提高换热效果和空调机组的能效。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域,具体而言,涉及一种换热器及其控制方法。
背景技术
在空调技术领域,根据逆卡诺循环原理,蒸发温度、冷凝温度是制冷循环效率的两个最关键参数值,若能将它们始终维持在最佳设计点,有利于提升冷水机组的整体能效。
常规冷水机组蒸发器、冷凝器的换热管是根据某一特定的设计工况设计的,换热面积固定,不会随工况变化而变化。实际运行中水流量并非一成不变,尤其是随着变流量系统的推广,水流量会随着冷水机组负荷的变化而随时变化,水流速就会偏离最佳的设计点,蒸发温度、冷凝温度就会随之偏离最佳设计值,机组能效降低。
针对相关技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题,目前尚未提出有效地解决方案。
发明内容
本发明提供了一种换热器及其控制方法,以至少解决现有技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题。
为解决上述技术问题,根据本发明实施例的一个方面,提供了一种换热器,包括:换热管,位于换热区域;其中,所述换热管分为多组;控制阀,与每组换热管对应设置,用于控制所述每组换热管的通断。
进一步地,所述换热区域包括:进出水隔板,用于将所述换热区域分为高温区和低温区;其中,冷冻水从所述高温区进入所述换热管,从所述低温区流出所述换热管。
进一步地,还包括:分水室,一端与冷冻水进水管连接,另一端与所述高温区的入水口连接;水室,与所述高温区的出水口和所述低温区域的入水口连接;集水室,一端与所述低温区域的出水口连接,另一端与冷冻水出水管连接。
进一步地,所述每组换热管对应的所述控制阀包括两个电磁阀,分别位于所述高温区的换热管的进水口和所述低温区的换热管的进水口。
根据本发明实施例的另一方面,提供了一种换热器控制方法,应用于上述的换热器,包括:检测冷冻水的总流量,根据总流量确定换热管的第一开通数值范围;对第一开通数值范围进行修正,确定换热管的第二开通数值范围;计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值,作为换热管的开通数值。
进一步地,根据总流量确定换热管的第一开通数值范围,包括:通过如下公式计算第一开通数值范围n:n=G/(B*V*3600);其中,G为冷冻水的总流量,B为每组换热管束的横截面积,V为最佳流速范围。
进一步地,对第一开通数值范围进行修正,确定换热管的第二开通数值范围,包括:检测当前蒸发温度,获取当前蒸发温度对应的水的运动黏度λ;计算第一开通数值范围内各个开通数值所对应的雷诺数Re;其中,雷诺数Re=V*Di/λ,Di为换热管内径;确定第一开通数值范围内雷诺数Re大于等于预设雷诺数的开通数值,作为第二开通数值范围。
进一步地,计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值,包括:检测冷冻水进水温度Ti和冷冻水出水温度To;根据如下公式计算各个开通数值所对应的蒸发温度Te:Te=(Ti-To*eA)/(1-eA);其中,A=Q/(k*n*s),Q为制冷量,k为传热系数,s为每组换热管的换热面积。
进一步地,在计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值之后,还包括:检测换热器的水压降;判断水压降是否满足工程要求;如果不满足,则进一步修正换热管的开通数值。
进一步地,在计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值之后,还包括:检测每组换热管的开通时间;按照开通时间从小到大的顺序开启换热管,直至满足换热管的开通数值。
根据本发明实施例的又一方面,提供了一种空调机组,包括如上述的换热器。
根据本发明实施例的又一方面,提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质,所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的换热器控制方法。
在本发明中,将换热管分为多组,并且通过对应的控制阀控制每组换热管的通断。在变水流量系统中,通过电磁阀控制换热管通断、变更参与制冷系统的换热管数量,调节水流速,使蒸发温度、冷凝温度始终维持在最佳值。相比于现有技术中换热管固定的换热器,换热效果更佳且保持机组始终运行在高能效状态,有效解决了现有技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题。
附图说明
图1是根据现有技术中的空调机组的一种可选的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的换热器的一种可选的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的换热器控制方法的一种可选的流程图;
图4是根据本发明实施例的换热器控制方法的另一种可选的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
制冷循环四大部件如图1所示,包括压缩机、冷凝器、蒸发器和节流装置。本发明提出一种新型的蒸发器、冷凝器的结构,即换热器结构及冷水机组的整体控制方式,用以提升整机能效。
具体来说,图2示出该换热器的一种可选的结构示意图,如图2所示,该机组包括:
换热管,位于换热区域;其中,所述换热管分为多组;换热区域即换热管和管板所在区域,冷媒和冷冻水进行换热;
控制阀,与每组换热管对应设置,用于控制所述每组换热管的通断。
以蒸发器为例,将传统的壳管式蒸发器内部的换热管束按组区分(例如10根管为1组),总共分为n组,如图2所示,每一组换热管由1组(2个)电磁阀控制通断,分别为M1、M2、……Mn。
其中,换热区域包括:进出水隔板,用于将换热区域分为高温区和低温区;其中,冷冻水从高温区进入换热管,从低温区流出换热管。
此外,换热器还包括:分水室,一端与冷冻水进水管连接,另一端与高温区的入水口连接;水室,与高温区的出水口和低温区域的入水口连接;集水室,一端与低温区域的出水口连接,另一端与冷冻水出水管连接。
为了对每组换热器进行控制,每组换热管对应的控制阀包括两个电磁阀,分别位于高温区的换热管的进水口和低温区的换热管的进水口。在控制时,同时开通或者同时闭合,以使每组换热管参数换热。
冷冻水通过冷冻水进水管进入分水室后,进入电磁阀开通的换热管束,而后进入左侧的水室,再进入电磁阀开通的换热管束,然后通过集水室、冷冻水出水管,供至空调末端。
冷凝器内部结构原理同蒸发器。
在上述实施方式中,将换热管分为多组,并且通过对应的控制阀控制每组换热管的通断。在变水流量系统中,通过电磁阀控制换热管通断、变更参与制冷系统的换热管数量,调节水流速,使蒸发温度、冷凝温度始终维持在最佳值。相比于现有技术中换热管固定的换热器,换热效果更佳且保持机组始终运行在高效状态,有效解决了现有技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题。无论是满负荷工况下,还是部分负荷工况下低水流量时,冷水机组始终高效运行。
实施例2
在本发明优选的实施例2中提供了一种换热器控制方法,应用于上述实施例1中的换热器。具体来说,图3示出该方法的一种可选的流程图,如图3所示,该方法包括如下步骤S302-S306:
S302:检测冷冻水的总流量,根据总流量确定换热管的第一开通数值范围;
S304:对第一开通数值范围进行修正,确定换热管的第二开通数值范围;
S306:计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值,作为换热管的开通数值。
在上述实施方式中,将换热管分为多组,并且通过对应的控制阀控制每组换热管的通断。在变水流量系统中,通过电磁阀控制换热管通断、变更参与制冷系统的换热管数量,调节水流速,使蒸发温度、冷凝温度始终维持在最佳值。相比于现有技术中换热管固定的换热器,换热效果更佳且保持机组始终运行在高效状态,有效解决了现有技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题。
根据总流量确定换热管的第一开通数值范围,包括:通过如下公式计算第一开通数值范围n:n=G/(B*V*3600);其中,G为冷冻水的总流量,B为每组换热管束的横截面积,V为最佳流速范围。
在确定初始范围,即第一开通数值范围后,对第一开通数值范围进行修正,确定换热管的第二开通数值范围,包括:检测当前蒸发温度,获取当前蒸发温度对应的水的运动黏度λ;计算第一开通数值范围内各个开通数值所对应的雷诺数Re;其中,雷诺数Re=V*Di/λ,Di为换热管内径;确定第一开通数值范围内雷诺数Re大于等于预设雷诺数的开通数值,作为第二开通数值范围。
根据逆卡诺循环原理,蒸发温度、冷凝温度是制冷循环效率的两个最关键参数值,若能将它们始终维持在最佳设计点,有利于提升冷水机组的整体能效。因此,为了将机组能效维持在较高水平,本方案中还通过蒸发温度来确定最佳的换热管数量。
具体的,计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值,包括:检测冷冻水进水温度Ti和冷冻水出水温度To;根据如下公式计算各个开通数值所对应的蒸发温度Te:Te=(Ti-To*eA)/(1-eA);其中,A=Q/(k*n*s),Q为制冷量,k为传热系数,s为每组换热管的换热面积。
考虑到减少换热面积可能存在的水压降过低的问题,在计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值之后,还包括:检测换热器的水压降;判断水压降是否满足工程要求;如果不满足,则进一步修正换热管的开通数值。
并且,在计算第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定蒸发温度最大的开通数值之后,还包括:检测每组换热管的开通时间;按照开通时间从小到大的顺序开启换热管,直至满足换热管的开通数值。优先开启开通时间较短的电磁阀,平衡所有电磁阀开通时间。
在本发明优选的实施例2中还提供了另一种换热器控制方法,具体来说,图4示出该方法的一种可选的流程图,如图4所示,该方法包括如下步骤S401-S410:
S401:检测冷冻水流量G;
S402:检测冷冻水进水温度Ti;
S403:检测冷冻水出水温度To;
S404:根据最佳流速范围,初步确定n=N1~Nn;
通过流量计检测冷冻水总流量G(m3/h),根据公式n=G/(B*V*3600),初步确定电磁阀开通的数量范围,其中:B为每组换热管束的横截面积(m2),V为最佳流速范围(假定1.5m/s~3.0m/s)。计算得到:N=N1~Nn。
S405:根据最佳雷诺数,缩小n的范围;
检测当前蒸发温度,从数据库匹配该温度下水的运动黏度λ。根据雷诺数计算公式Re=V*Di/λ,(Di为换热管内径,单位m),计算n=N1~Nm下的Re,要求雷诺数Re≥1000,缩小n的范围为N2~Nm。
S406:根据冷冻水流量G、冷冻水进水温度Ti、冷冻水出水温度To计算制冷量Q;
S407:计算蒸发温度;通过检测到的冷冻水总流量G(m3/h)和冷冻水进水温度Ti(℃)、出水温度To(℃),计算得到冷水机组总制冷量Q(kW)=c*G*ρ*(To-Ti)/3600,其中c为水该蒸发温度下的比热容,ρ为水该蒸发温度下的密度(kg/m3)。
S408:确定n;
分别计算n=N2~Nm下的蒸发温度Te,Te=f(Q、n),得到Te值最大的那个最佳n值。计算过程如下:
1)计算系数A:A=Q/(k*n*s);
其中,k为传热系数,s为每组换热管的换热面积,均为已知量。
2)计算蒸发温度Te:
Te=(Ti-To*eA)/(1-eA);
其中,Ti为冷冻水进水温度,To为冷冻水出水温度,均为已知量。
S409:校核水压降;校验该结果下的水压降是否满足工程要求,如否,返回第408步,直至水压降满足工程要求。
S410:退出计算。
通过上述控制模式,可在不同水流量工况下,将冷水机组的蒸发温度、冷凝温度控制在最佳状态,有效提升冷水机组的能效。
实施例3
基于上述实施例1中提供的换热器,在本发明优选的实施例3中还提供了一种空调机组,包括如上述的换热器。
在上述实施方式中,将换热管分为多组,并且通过对应的控制阀控制每组换热管的通断。在变水流量系统中,通过电磁阀控制换热管通断、变更参与制冷系统的换热管数量,调节水流速,使蒸发温度、冷凝温度始终维持在最佳值。相比于现有技术中换热管固定的换热器,换热效果更佳且保持机组始终运行在高效状态,有效解决了现有技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题。
实施例4
基于上述实施例2中提供的换热器控制方法,在本发明优选的实施例4中还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质,所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的换热器控制方法。
在上述实施方式中,将换热管分为多组,并且通过对应的控制阀控制每组换热管的通断。在变水流量系统中,通过电磁阀控制换热管通断、变更参与制冷系统的换热管数量,调节水流速,使蒸发温度、冷凝温度始终维持在最佳值。相比于现有技术中换热管固定的换热器,换热效果更佳且保持机组始终运行在高效状态,有效解决了现有技术中空调换热面积固定,不能根据负荷调节,导致能效低的问题。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种换热器,其特征在于,包括:
换热管,位于换热区域;其中,所述换热管分为多组;
控制阀,与每组换热管对应设置,用于控制所述每组换热管的通断;
所述换热区域包括:进出水隔板,用于将所述换热区域分为高温区和低温区;其中,冷冻水从所述高温区进入所述换热管,从所述低温区流出所述换热管;
所述每组换热管对应的所述控制阀包括两个电磁阀,分别位于所述高温区的换热管的进水口和所述低温区的换热管的进水口,且所述电磁阀安装在与其对应的所述换热管上。
2.根据权利要求1所述的换热器,其特征在于,还包括:
分水室,一端与冷冻水进水管连接,另一端与所述高温区的入水口连接;
水室,与所述高温区的出水口和所述低温区的入水口连接;
集水室,一端与所述低温区的出水口连接,另一端与冷冻水出水管连接。
3.一种换热器控制方法,应用于如权利要求1-2任一项所述的换热器,其特征在于,包括:
检测冷冻水的总流量,根据所述总流量确定所述换热管的第一开通数值范围;
对所述第一开通数值范围进行修正,确定所述换热管的第二开通数值范围;
计算所述第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定所述蒸发温度最大的开通数值,并按照所述蒸发温度最大的开通数值控制所述换热管。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据所述总流量确定所述换热管的第一开通数值范围,包括:
通过如下公式计算所述第一开通数值范围n:
n=G/(B*V*3600);其中,G为所述冷冻水的总流量,B为每组换热管束的横截面积,V为最佳流速范围。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述对所述第一开通数值范围进行修正,确定所述换热管的第二开通数值范围,包括:
检测当前蒸发温度,获取所述当前蒸发温度对应的水的运动黏度λ;
计算所述第一开通数值范围内各个开通数值所对应的雷诺数Re;其中,雷诺数Re=V*Di/λ,Di为换热管内径,V为最佳流速范围;
确定所述第一开通数值范围内所述雷诺数Re大于等于预设雷诺数的开通数值,作为所述第二开通数值范围。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述计算所述第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,包括:
检测冷冻水进水温度Ti和冷冻水出水温度To;
根据如下公式计算所述各个开通数值所对应的蒸发温度Te:
Te=(Ti-To*eA)/(1-eA);其中,A=Q/(k*n*s),Q为制冷量,k为传热系数,s为每组换热管的换热面积。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,在所述计算所述第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定所述蒸发温度最大的开通数值之后,还包括:
检测所述换热器的水压降;
判断所述水压降是否满足工程要求;
如果不满足,则进一步修正所述换热管的开通数值。
8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,在所述计算所述第二开通数值范围内各个开通数值所对应的蒸发温度,确定所述蒸发温度最大的开通数值之后,还包括:
检测每组换热管的开通时间;
按照所述开通时间从小到大的顺序开启所述换热管,直至满足所述换热管的开通数值。
9.一种空调机组,其特征在于,包括如权利要求1-2任一项所述的换热器。
10.一种包含计算机可执行指令的存储介质,其特征在于,所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求3至8中任一项所述的换热器控制方法。
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