CN116293941A - 换热装置、空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷空调技术领域，尤其涉及换热装置、空调器及其控制方法。其包括箱体结构及内部制冷系统和控制系统，所述制冷系统安装在箱体结构内部，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、冷凝风机、蒸发器、中间换热器、送风机、单向阀、过滤器、电子膨胀阀、电磁阀以及连接系统的管路。本发明解决现有空气调节技术中无法实现摈弃电加热且时而对送风进行加热、时而无需加热的难题，通过本发明的技术手段，无需额外配备电加热便可实现对送风进行可调加热，极大提升机组能效，可靠性高，同时一体化机组蒸发、冷凝独立分腔的方法，避免了冷量的损失。

Description

换热装置、空调器及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷空调技术领域，尤其涉及换热装置、空调器及其控制方法。

背景技术

社会科学日新月异，身处信息化时代，人们的生产生活水平已然得到了极大的提高，但同时也增加了能源的消耗，加重了环境的负担。目前全球制冷设备电力消耗占比超过15％，降低制冷空调的能耗是实现“双碳”目标的必经途径。如何提高空调的能效，如何寻求新的制冷方法已成为空调行业当下亟待解决的热点问题。

除湿机或在某些特定工况下的单冷空调机组，需要对出风进行加热，行业常规的做法是按照需求配备电加热，再利用继电器等器件来控制加热量，但这种方法需要额外增设元器件，成本增加，功耗增大，可靠性降低。一些专利提出将蒸发器和冷凝器串联布置，回风先经过蒸发器降温除湿，再经过冷凝气加热到送风温度，但是这种方案只适用于除湿机等特定机组，如机房空调这种有时需要加热，有时无需加热的机组，如果采用上述方案，无需加热时会使得出风温度过高，不满足要求；另外此类方法无法调节加热量，环境发生变化时，适应性低。本发明提出一种换热装置、控制方法及其空调器，能够有效解决上述问题，显著提升机组能效。

发明内容

本发明的目的是提供一种换热装置、空调器及其控制方法，解决现有空气调节技术中无法实现摈弃电加热且时而对送风进行加热、时而无需加热的难题，通过本发明的技术手段，无需额外配备电加热便可实现对送风进行可调加热，极大提升机组能效，可靠性高，同时一体化机组蒸发、冷凝独立分腔的方法，避免了冷量的损失。

本发明为了解决上述问题，所提出的技术方案为：换热装置、空调器及其控制方法，包括箱体结构及内部制冷系统和控制系统，所述制冷系统安装在箱体结构内部，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、冷凝风机、蒸发器、中间换热器、送风机、单向阀、过滤器、电子膨胀阀、电磁阀以及连接系统的管路。

所述箱体结构由由板件框架、面板和槽钢底座构成，所述箱体内设有隔板，所述隔板将箱体结构分隔成蒸发腔和冷凝腔，所述蒸发腔内主要安装有蒸发器、中间换热器、送风机和电子膨胀阀，所述冷凝腔内主要安装有压缩机、冷凝器和冷凝风机。

所述控制系统整体采用模糊控制和PID控制技术，实时监控负荷空间内温度的变化，并预测下个时间周期内温湿度的变化，从而来控制系统压缩机频率、风机转速和阀件开度。

所述中间换热器为金色防腐翅片换热器，所述中间换热器平行安装在蒸发器后，让送风先经过蒸发器，再流经中间换热器，最后送往需要处理空气的负荷空间。

所述压缩机为变频压缩机，能根据设定送风回风温度、制冷量等自动调节频率，保持最佳工作状态.

所述电子膨胀阀能够根据系统过热度、制冷量变化自动调节开度，保持合适的流量和过热度。

所述送风机为变频离心风机，可根据设定风量、频率或根据送风温度、静压变化，多参数耦合调节。

所述冷凝风机为变频轴流风机，可根据系统高压、环温变化，实现动态调节。

当所述中间换热器功能为蒸发器时，可增加换热面积，提高蒸发温度，提升能效；中间换热器为冷凝器功能时，可加热送风，满足出风需求。

根据预设温度及当前温度、负载状态判断当前机组运行模式，自动调整中间换热器接入系统的功能状态，根据温度自动调节负载动作，调节进入中间换热器的流量控制加热量。

所述中间换热器迎风截面面与蒸发器相同，换热面积为蒸发器的50％。系统运行过程中，当各负载频率降到最低，感温装置检测到送、回风温度仍然过高或者在除湿过程中，压缩机升频送风机降频，送、回风温度低于设定值时，通过截止阀的通断和单向阀的控制，将所述中间换热器接入所述制冷系统，与所述冷凝器串联，冷媒经压缩机排出依次经过冷凝器、中间换热器、过滤器、电子膨胀阀、蒸发器回到压缩机，即中间换热器充当冷凝器，冷凝面积增大，能够有效降低冷凝温度，提升能效。回风或新风经滤网，被所述送风机增压后，依次流经所述蒸发器、中间换热器，送入负荷空间，如此循环。

在上述工况下，回风或新风经蒸发器被等湿冷却或冷却除湿，送风温度T低于目标温度Ta，再经所述此时充当冷凝器的中间换热器等湿干加热，达到目标温度Tm，送到负荷空间。

当系统正常运行，无法加热即可满足工况要求时，通过截止阀的通断和单向阀的控制，将所述中间换热器接入所述制冷系统，与所述蒸发器并联，冷媒经压缩机排出依次经过冷凝器，蒸发器(中间换热器)、过滤器、电子膨胀阀、蒸发器回到压缩机，即中间换热器充当蒸发器，蒸发面积增大，能够有效提高蒸发温度，提升能效。回风或新风经滤网，被所述送风机增压后，依次流经所述蒸发器、中间换热器，送入负荷空间，如此循环。

在上述工况下，机组能够满足工况负荷要求，按照正常PID控制对系统进行负载调节。

通过上述方法，在机组出风需要加热时，无需额外增设电加热元件，节省成本，降低功耗；在无需加热时，将中间换热器转变为蒸发器，增大换热面积，提高蒸发温度，提升能效。

通过上述方法，机组根据负荷、环境变化，自动调节负载动作，自动寻优控制，使得空调器始终运行在高效区间，有效减少能耗。

本发明的有益效果：

(1)利用单向阀、截止阀及流到布置，在机组出风需要加热时，将中间换热器当做加热源，无需额外增设电加热元件，节省成本，降低冷凝温度，显著降低功耗；在无需加热时，将中间换热器转变为蒸发器，增大蒸发换热面积，提高蒸发温度，提升能效。

(2)控制、空调机组一体化设计，有效节约空间；冷凝、蒸发上下分腔的结构布局，冷热气流互不影响，冷量损失小；区域分隔，清洗修护方便。

(3)采用自动寻优的控制方法，基于负荷波动、运行时长、环境变化等对压缩机、风机、电子膨胀阀进行多参数耦合控制，响应及时、调节准确，使得机组始终保持在最优运行区间，有效提升能力能效。

附图说明

图1为本发明换热装置、空调器及其控制方法的换热器相对位置结构示意图。

图2为本发明换热装置、空调器及其控制方法的基本系统原理图。

图3为本发明换热装置、空调器及其控制方法的中间换热器调节逻辑图。

(1、压缩机；2、冷凝器；3、冷凝风机；4、蒸发器；4、中间换热器；6、送风机；7、单向阀；8、过滤器；9、电子膨胀阀；10、冷凝腔；11、隔板；12、蒸发腔)

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的换热装置、空调器及其控制方法，包括箱体结构及内部制冷系统和控制系统，所述制冷系统安装在箱体结构内部，所述制冷系统包括压缩机1、冷凝器2、冷凝风机3、蒸发器4、中间换热器5、送风机6、单向阀7、过滤器8、电子膨胀阀9、电磁阀以及连接系统的管路。

所述箱体结构由由板件框架、面板和槽钢底座构成，所述箱体内设有隔板11，所述隔板11将箱体结构分隔成蒸发腔12和冷凝腔10，所述蒸发腔12内主要安装有蒸发器4、中间换热器5、送风机6和电子膨胀阀9，所述冷凝腔10内主要安装有压缩机1、冷凝器2和冷凝风机3。

所述控制系统整体采用模糊控制和PID控制技术，实时监控负荷空间内温度的变化，并预测下个时间周期内温湿度的变化，从而来控制系统压缩机频率、风机转速和阀件开度。

所述中间换热器5为金色防腐翅片换热器，所述中间换热器5平行安装在蒸发器4后，让送风先经过蒸发器4，再流经中间换热器5，最后送往需要处理空气的负荷空间。

所述压缩机1为变频压缩机，能根据设定送风回风温度、制冷量等自动调节频率，保持最佳工作状态.

所述电子膨胀阀9能够根据系统过热度、制冷量变化自动调节开度，保持合适的流量和过热度。

所述送风机6为变频离心风机，可根据设定风量、频率或根据送风温度、静压变化，多参数耦合调节。

所述冷凝风机3为变频轴流风机，可根据系统高压、环温变化，实现动态调节。

当所述中间换热器5功能为蒸发器时，可增加换热面积，提高蒸发温度，提升能效；中间换热器5为冷凝器功能时，可加热送风，满足出风需求。

根据预设温度及当前温度、负载状态判断当前机组运行模式，自动调整中间换热器5接入系统的功能状态，根据温度自动调节负载动作，调节进入中间换热器的流量控制加热量。

工作原理：

当所述空调器运行时，位于所述进风或送风通道内的感温装置实时监测进出风温T,该负荷空间允许最低出风或回风温度为可设的Tmin。

进一步地，当检测到T≤Tmin，即送、回风温度低于限定值，立即监测负载(压缩机、内外风机、水泵等)频率Pn，判断Pn是否降到最小值Pmin+n,(一般的，在最低值Pmin附近n的范围，可认为降到最低频率，n取10％～15％*Pmin)，若连续t(t＝30～60S可设)时间内满足Pn≤Pmin+n，则说明送、回风温度过低，此时将第三换热器接入系统与冷凝器串联，即K1、K3打开，K2关闭，送风先进过蒸发器冷却，再流经第三换热器加热；

进一步地，若检测到目标冷负荷过大，或者升温温度变化率过小，即Q≥Q1或Δt≥ΔT1(Q为中间换热器发热量，Q1为送、回风多余冷负荷，Δt为送、回风当前温度变化率＝目前温度tnow-一分钟前温度t60，ΔT1为设定温度变化率)，说明此时加热量不够，则增关一级K3(由100％开度降到75％，或75％降到50％，或50％降到25％，或20％降到0％)，增加流过中间换热器的冷媒流量，增大加热量。

进一步地，若检测到目标冷负荷过小，或者升温温度变化率过大，即Q＜Q2或Δt＜ΔT2，说明此时加热量过大，则增开一级K3，减少流过中间换热器的冷媒流量，减少加热量。

进一步地，若Q1≤Q＜Q2，ΔT1≤Δt＜ΔT2，说明此时温度热量契合，保持不变。

进一步地，当系统处于除湿模式时，压缩机加频，送风机降频，此时，Pn仅为送风机频率；

进一步地，当检测到T＞Tmin，即即送、回风温度在正常范围时，负载根据负荷变化，自动调节。此时，第三换热器接入系统与蒸发器并联，成为蒸发器的一部分，即K1关闭，K2、K3打开，增加蒸发面积，提高蒸发温度，提升运行能效。

进一步地，当系统处于最低频率运行时，可在两器之间设置旁通回路，进一步增大机组运行范围。

本发明中的送回风温度T由感温装置检测，Tmin表示该工况下设定允许的温度下限，Tmin可调；Pn表示负载(压缩机、内外风机、水泵)的运行频率，Pmin表示允许运行的最小频率；

K1、K2、K3表示电磁阀，其中K2为可调比例的电磁阀，可按照25％、50％、75％、100％四个开度控制。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：包括箱体结构及内部制冷系统和控制系统，所述制冷系统安装在箱体结构内部，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、冷凝风机、蒸发器、中间换热器、送风机、单向阀、过滤器、电子膨胀阀、电磁阀以及连接系统的管路。

2.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：所述箱体结构由由板件框架、面板和槽钢底座构成，所述箱体内设有隔板，所述隔板将箱体结构分隔成蒸发腔和冷凝腔，所述蒸发腔内主要安装有蒸发器、中间换热器、送风机和电子膨胀阀，所述冷凝腔内主要安装有压缩机、冷凝器和冷凝风机。

3.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：所述控制系统整体采用模糊控制和PID控制技术，实时监控负荷空间内温度的变化，并预测下个时间周期内温湿度的变化，从而来控制系统压缩机频率、风机转速和阀件开度。

4.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：所述中间换热器为金色防腐翅片换热器，所述中间换热器平行安装在蒸发器后，让送风先经过蒸发器，再流经中间换热器，最后送往需要处理空气的负荷空间。

5.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：所述压缩机为变频压缩机，能根据设定送风回风温度、制冷量等自动调节频率，保持最佳工作状态。

6.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：所述电子膨胀阀能够根据系统过热度、制冷量变化自动调节开度，保持合适的流量和过热度。

7.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：所述送风机为变频离心风机，可根据设定风量、频率或根据送风温度、静压变化，多参数耦合调节。

8.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：所述冷凝风机为变频轴流风机，可根据系统高压、环温变化，实现动态调节。

9.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：当所述中间换热器功能为蒸发器时，可增加换热面积，提高蒸发温度，提升能效；中间换热器为冷凝器功能时，可加热送风，满足出风需求。

10.根据权利要求1所述的换热装置、空调器及其控制方法，其特征在于：根据预设温度及当前温度、负载状态判断当前机组运行模式，自动调整中间换热器接入系统的功能状态，根据温度自动调节负载动作，调节进入中间换热器的流量控制加热量。

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