CN203824182U - 用于定频空调器的制冷功率调控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了用于定频空调器的制冷功率调控装置，所述调控装置包括电磁阀控制器（1）、第一电磁阀（3）、第二电磁阀（4）、储液铜管（5）和单向安全阀（6），蒸发器（9）的制冷剂进口作为低压侧（12），通过第二电磁阀（4）与储液铜管（5）的出口相连；冷凝器（8）的制冷剂出口作为高压侧（11），通过第一电磁阀（3）与储液铜管（5）的入口相连，第二电磁阀（4）的入口、出口分别与单向安全阀（6）的入口、出口相连通。该装置能使定频空调器的运行像变频空调器一样节能和精确控温，且造价较低。

Description

用于定频空调器的制冷功率调控装置

技术领域

本实用新型属于空调控制领域，特别涉及一种用于定频空调器的制冷功率调控装置。

背景技术

目前，空调器的功率调控主要是通过采用电源变频技术的空调器（变频空调器）来实现的，即：空调器以变频电源供给压缩机工作，通过电源的变频来改变压缩机的转速，以此实现空调器制冷（或制热）功率的调控。而功率可调控的定频空调器（定频电源的空调器）市面上还未见使用。

变频空调器比起功率不可调控的定频空调器来说，其制冷（或制热）运行相对节能，控温相对精确，但变频空调器造价较高，且其变频电源自身有功率消耗，此外，当其功率配置相对不足时，空调器有可能持续以最大能力工作，不能发挥变频功能的优势，这时同比定频空调器其能耗更高。其次，在冬季空调器运行于热泵制热状态时，作为蒸发器的空调室外机的机体中容易结霜和结冰，使空调器不能正常运行，对于这一问题，目前还没有太好的解决办法，而利用本装置可控制空调高低压压差的功能，能间接控制住空调制热循环系统中的低压压力，从而可控制蒸发器中制冷剂的温度不至太低，以避免蒸发器结霜和结冰，使空调器能持续工作于热泵制热状态。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于定频空调器的制冷功率调控装置，该装置能使定频空调器的运行像变频空调器一样节能和精确控温，且造价较低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：用于定频空调器的制冷功率调控装置，所述定频空调器包括蒸发器、冷凝器、压缩机、热力膨胀阀和温度传感器，蒸发器通过压缩机进气管与压缩机相连，压缩机通过压缩机排气管与冷凝器相连，蒸发器的制冷剂进口与冷凝器的制冷剂出口之间通过热力膨胀阀相连，蒸发器的出风口内设有蒸发器风扇，冷凝器的出风口内设有冷凝器风扇，温度传感器设置在蒸发器的进风口处，温度传感器与电磁阀控制器相连，其特征在于：所述调控装置包括电磁阀控制器、第一电磁阀、第二电磁阀、储液铜管和单向安全阀，蒸发器的制冷剂进口作为低压侧，通过第二电磁阀与储液铜管的出口相连；冷凝器的制冷剂出口作为高压侧，通过第一电磁阀与储液铜管的入口相连，第二电磁阀的入口、出口分别与单向安全阀的入口、出口相连通。

进一步地，电磁阀控制器包括微控制器、第一光耦控制开关、第二光耦控制开关、第一微继电器和第二微继电器，微控制器通过第一光耦控制开关与第一微继电器相连，微控制器通过第二光耦控制开关与第二微继电器相连，第一微继电器还与第一电磁阀相连，第二微继电器还与第二电磁阀相连，微控制器的信号输入端与温度传感器相连。

进一步地，电磁阀控制器还包括电源模块，电源模块与微控制器、第一微继电器、第二微继电器、第一电磁阀和第二电磁阀均相连。

进一步地，储液铜管设置在冷凝器的进风口处，也可以设置在蒸发器的进风口或出风口处，其作用与储液罐相同。

进一步地，电磁阀控制器与蒸发器设置在同一个机箱内。

本实用新型具有以下的主要的技术效果：

1.利用空调制冷循环系统中不同环节处的制冷剂温度与压力的不同及其形成的压差，来达到按设定程序并以自流方式改变其制冷剂充注量的目的；

2.利用空调制冷循环系统中制冷剂充注量可按设定程序自动进行的改变来实现定频空调器制冷（或制热）功率的有益调控；

3.利用加装了本装置的定频空调器的这种功率调控功能来实现其制冷（或制热）的节能运行及对房间温度的精确控制。

总之，本实用新型调控装置在定频空调器的功率调控方面具有开创性，加装本实用新型调控装置的定频空调器不会存在现有技术中变频空调器能耗更高的问题，且具备了变频空调器制冷（或制热）运行相对节能、控温相对精确的优势，而造价比变频空调器低。

附图说明

图1为本实用新型调控装置与普通定频空调器的结合关系图。

图2为电磁阀控制器1的内、外连接关系方框图。

图中：1为电磁阀控制器；2为温度传感器；3为第一电磁阀；4为第二电磁阀；5为储液罐；6为单向安全阀；7为压缩机；8为冷凝器；9为蒸发器；10为热力膨胀阀；11为空调器制冷循环系统的高压侧；12为空调器制冷循环系统的低压侧；13为压缩机进气管；14为压缩机排气管；15为蒸发器风扇；16为冷凝器风扇；17为电源模块；18为微控制器；19和20分别为第一和第二光耦控制开关；21和22分别为第一和第二微继电器；23为电源模块17的AC220V输入端子；24为温度传感器2的信号输入端子；25和26分别为第一和第二微继电器21和22的主触头与第一和第二电磁阀3和4的电磁线圈相串联的接入端子；27为电源模块17对微控制器18的DC3.3V输出连接线；28和29为电源模块17分别对第一和第二微继电器21和22的电磁线圈的DC24V输出连接线；30和31为微控制器18分别控制第一和第二光耦控制开关19和20的光电信号输出连接线；32和33分别为第一和第二微继电器21和22的电磁线圈与第一和第二光耦控制开关19和20的主通路的串联连接线；34和35为电源模块17的AC220V分别对第一和第二电磁阀3和4的电磁线圈的输出端子。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明，但并不局限于下面所述内容。

本实用新型利用空调制冷循环系统中不同环节处、制冷剂温度与压力的不同及其形成的压差，设计出了空调器的制冷剂充注量可以按照设定程序以自流方式改变的流程及其实现这一流程的装置。其所要达到的技术目标是：依据设计出的该流程及其实现该流程的装置，提供一种可实现定频空调器制冷功率调控的技术途径，用于开发节能性能优于变频空调器的功率可调控的定频空调器。

组成本装置的实物是融入在普通定频空调器中的几项功能部件及其连接管线，其与普通定频空调器相结合后，即可实现利用空调制冷循环系统中不同环节处的制冷剂温度与压力的不同及其形成的压差，达到按设定程序并以自流方式改变其制冷剂充注量的目的，并利用空调制冷循环系统中制冷剂充注量可按设定程序自动进行的改变来实现定频空调器制冷（或制热）功率的有益调控，进一步的利用加装了本装置的定频空调器的这种功率调控功能、来实现其制冷（或制热）的节能运行及对房间（或有限小空间）温度的精确控制。

用于定频空调器的制冷功率调控装置，装置的各部件分散设置于定频空调器中，其部件包括：储液铜管5、第一电磁阀3、第二电磁阀4、电磁阀控制器1和单向安全阀6，定频空调器部件包括温度传感器2、压缩机7、冷凝器8、蒸发器9、热力膨胀阀10、蒸发器风扇15、冷凝器风扇16等，在组成调控装置的部件中，储液铜管5的入口与第一电磁阀3的出口连通；储液铜管5的出口与第二电磁阀4的入口连通；第一电磁阀3的入口与高压侧11即冷凝器8的出口管道连通；第二电磁阀4的出口与低压侧12即蒸发器9的入口管道连通；单向安全阀6与第二电磁阀4入口对入口、出口对出口并联连通；电磁阀控制器1分别与第一电磁阀3、第二电磁阀4电连接。

电磁阀控制器1与蒸发器9设置在一个机箱内，其包括电源模块17、微控制器18、第一光耦控制开关19、第二光耦控制开关20、第一微继电器21和第二微继电器22等，其微控制器18的输出端分别与第一光耦控制开关19和第二光耦控制开关20的光耦回路串联；微控制器18的信号输入端24与温度传感器2相连；第一光耦控制开关19的开关通路与第一微继电器21的电磁线圈串联；第二光耦控制开关20的开关通路与第二微继电器22的电磁线圈串联；第一微继电器21的主触头与第一电磁阀3的电磁线圈串联；第二微继电器22的主触头与第二电磁阀4的电磁线圈串联。

储液铜管5的作用与储液罐相同，由一段类似冷凝器结构的空调专用铜管充当，其设置在冷凝器8的进风口处，也可以设置在蒸发器9的进风口或出风口处。电源模块17与微控制器18、第一微继电器21、第二微继电器22、第一电磁阀3和第二电磁阀4均相连。

下面结合具体实施例进一步详述本实用新型。

在定频空调器的基础上增加设置其制冷（或制热）功率的调控装置，装置的各部件分散设置于定频空调器中，装置由储液铜管5、第一电磁阀3、第二电磁阀4、电磁阀控制器1和单向安全阀6等组成（见图1所示），其中：储液铜管5的入口与第一电磁阀3的出口连通；储液铜管5的出口与第二电磁阀4的入口连通；第一电磁阀3的入口与高压侧11即冷凝器8的出口管道连通；第二电磁阀4的出口与低压侧12即蒸发器9的入口管道连通；单向安全阀6与第二电磁阀4入口对入口、出口对出口并联连通；电磁阀控制器1分别与第一电磁阀3、第二电磁阀4和温度传感器2电连接。所述的定频空调器包括温度传感器2、压缩机7、冷凝器8、蒸发器9、热力膨胀阀10、蒸发器风扇15、冷凝器风扇16等。

所述的储液铜管5的作用与储液罐相同，其设置在冷凝器8的进风口处，也可以设置在蒸发器9的进风口或出风口处。

所述的第一电磁阀3和第二电磁阀4与冷凝器8设置在一个机箱内（图中不便形象显示），它们均采用TYPE1064/3型电磁阀。

所述的单向安全阀6亦与冷凝器8设置在一个机箱内（图中不便形象显示），其采用A21系列的弹簧式单向安全阀，用于防止储液铜管5中出现过高的制冷剂热膨胀压力，以确保空调运行安全。

所述的温度传感器2设置在蒸发器9的进风口处，其采用DS18B20型温度传感器。

所述的电磁阀控制器1与蒸发器9设置在一个机箱内（图中不便形象显示），其由电源模块17、微控制器18、第一光耦控制开关19、第二光耦控制开关20、第一微继电器21和第二微继电器22等搭建而成（见图二所示）。

所述的电源模块17为AC220V输入、DC24V-3.3V输出的电源模块，其由输入端子23输入AC220V电源，由输出连接线27向微控制器18输出DC3.3V工作电源，由输出连接线28和29分别向第一微继电器21和第二微继电器22的电磁线圈输出DC24V工作电源，由输出端子34和35分别向第一电磁阀3和第二电磁阀4的电磁线圈输出AC220V工作电源。

所述的微控制器18为STM32F型微控制器，其由电信号输入端子24输入温度传感器2的温度信号，由输出端连接线30向第一光耦控制开关19的光耦回路串联输出光电控制信号；由输出端连接线31向第二光耦控制开关20的光耦回路串联输出光电控制信号。

所述的第一和第二光耦控制开关19和20均为以TLP621型光电耦合器做开关控制元件的光耦控制开关，其第一光耦控制开关19的开关通路通过连接线32与第一微继电器21的电磁线圈相串联；第二光耦控制开关20的开关通路通过连接线33与第二微继电器22的电磁线圈相串联。

所述的第一和第二微继电器21和22均为G5V-2型微继电器，其第一微继电器21的主触头通过接入端子25与第一电磁阀3的电磁线圈相串联；第二微继电器22的主触头通过接入端子26与第二电磁阀4的电磁线圈相串联。

由于储液铜管5设置在冷凝器8的进风口处，其温度低于空调制冷循环系统高压侧11的制冷剂的温度，高于空调制冷循环系统低压侧12的制冷剂的温度，因此，其储液铜管5中处于饱和状态下的制冷剂压力也相应低于高压侧11的制冷剂压力，高于低压侧12的制冷剂压力，当储液铜管5与高压侧11之间的阀路（第一电磁阀3的阀路）或储液铜管5与低压侧12之间的阀路（第二电磁阀4的阀路）开通时，在压差作用下制冷剂将从高压侧11流向储液铜管5或从储液铜管5流向低压侧12，从而使空调器制冷循环系统中的制冷剂充注量发生变化，进而使空调器制冷循环系统的高低压压差相应发生变化。这种相应变化的机理是：空调器制冷循环系统中的制冷剂充注量发生变化，其冷凝器8及蒸发器9中的制冷剂汽液体积比亦发生相应变化，当制冷剂充注量减少后，冷凝器8中蒸汽所占容积增大、液体所占容积减小，于是、蒸汽在冷凝器8的铜管中流动的里程相应增加，由于流速基本未变，这就使得蒸汽冷凝所经历的时间延长了，根据传热学理论，在传热负荷（主要是制冷剂蒸气的冷凝潜热）及传热系数、传热面积等条件基本不变的情况下，传热时间与传热温差成反比，因此、冷凝器8中制冷剂温度将下降，其制冷剂压力亦相应下降，同理，蒸汽在蒸发器9的铜管中流动的里程也会增加，使蒸汽流出蒸发器9之前的过热度增加，进而使得蒸发器9中制冷剂压力和温度也有所上升，于是、制冷循环系统的高低压压差也就减小了，反之、当制冷剂充注量增加后，同理，制冷循环系统的高低压压差就会增加。高低压压差增加制冷功率也就增大，反之、高低压压差减小制冷功率也就减小，根据上述道理，在电磁阀控制器1的微控制器18中输入设定的控制程序后，通过电磁阀控制器1可以使第一电磁阀3和第二电磁阀4的开闭状态与空调器的设定制冷温度和房间温度的差值及其变化速率相关联，从而可以实现定频空调器的制冷功率按设定程序自动进行调控，进而实现定频空调器类似于变频空调器的节能运行和精确控温，由此看到，本实用新型装置与普通定频空调器结合在一起，可实现定频空调器的制冷功率按设定程序自动进行调控。

以遥控器操作的加装了本装置的普通定频空调器（简称空调）的制冷运行为例来加以具体说明：

空调开机运行后，给空调器一个设定温度ts，其电磁阀控制器1的微控制器18通过温度传感器2可检测到房间温度t_f、进而获得t_f与ts的差值Δt（Δt=t_f-ts），根据Δt的正与负、大与小，电磁阀控制器1将依照设定的程序对第一电磁阀3和第二电磁阀4的开与闭进行相应的控制：Δt为正值且大于设定的阀值Δts₁时，第一电磁阀3关闭，第二电磁阀4开通；Δt为正值且小于等于设定的阀值Δts₁时，第一电磁阀3和第二电磁阀4均关闭，并视Δt变化情况间断开通，空调开机时若Δt为负值，空调压缩机7不启动。

例如：当空调运行于Δt为正值且大于设定的阀值Δts₁的状态时，第一电磁阀3关闭，第二电磁阀4开通，储液铜管5中的制冷剂液体全部流入低压侧12，即全部流入空调制冷循环系统，使空调器的制冷功率达到额定值（也即满负荷），这时，房间温度t_f有可能保持不变（处于热平衡状态，亦即空调额定制冷功率相对不足的状况）、也有可能在下降之中，假定t_f是在下降之中，当t_f下降到差值Δt为Δts₁时，电磁阀控制器1的微控制器18将根据温度传感器2的信号，通过第二光耦控制开关20及第二微继电器22发出指令，使储液铜管5与低压侧12连通管道上的第二电磁阀4关闭，同时通过第一光耦控制开关19及第一微继电器21发出指令，使储液铜管5与高压侧11连通管道上的第一电磁阀3开通a秒钟后关闭（a值大小与Δt变化速率成正比，其基准值由试验确定），根据前文所述道理，在第一电磁阀3开通a秒钟的时刻，将有部分制冷剂冷凝液从空调器高压侧11流入储液铜管5中，空调器制冷循环系统的高低压压差因此有所减小，空调器制冷功率相应下降，t_f的下降速度因此减缓；当t_f下降到Δt为设定的Δts₂时（Δts₁＞Δts₂），电磁阀控制器1的微控制器18又根据温度传感器2的信号，通过第一光耦控制开关19及第一微继电器21发出指令，使储液铜管5与高压侧11连通管道上的第一电磁阀3开通b秒钟后关闭（b值的确定与a值类同），这时又有部分制冷剂冷凝液从空调高压侧11流入储液铜管5中，同理，t_f下降的速度将进一步减缓；当t_f下降到Δt为设定的Δts₃时（Δts₂＞Δts₃），电磁阀控制器1的微控制器18再次根据温度传感器2的信号，通过第一光耦控制开关19及第一微继电器21发出指令，使储液铜管5与高压侧11连通管道上的第一电磁阀3开通c秒钟后关闭（c值的确定与a值类同），于是又有部分制冷剂冷凝液从空调高压侧11流入储液铜管5中，这时t_f的下降速度趋近零，从设计上来说，制冷循环系统中的制冷剂经过三次减少后（也可以设计成四次或更多次），t_f即已接近设定温度ts（Δts₃＞t_f-t_s＞0），空调进入平衡工况（即空调制冷量与房间的耗冷量达到平衡）。

在空调工况处于热平衡的情况下，当环境温度下降时，将引起t_f下降，当t_f下降到设定温度ts时，电磁阀控制器1的微控制器18将根据温度传感器2的信号，通过第一光耦控制开关19及第一微继电器21发出指令，使储液铜管5与高压侧11连通管道上的第一电磁阀3开通d秒钟后关闭（d值的确定与a值类同），这时又有部分制冷剂冷凝液从空调高压侧11流入储液铜管5中，同理，t_f下降的速度因此减缓，若t_f继续下降到Δt为-Δts₃时，电磁阀控制器1的微控制器18又根据温度传感器2的信号，通过第一光耦控制开关19及第一微继电器21发出指令，使储液铜管5与高压侧11连通管道上的第一电磁阀3开通e秒钟后关闭（e值的大小以Δt能由负值转为正值且小于Δts₃来确定），这时又有部分制冷剂冷凝液从空调高压侧11流入储液铜管5中，使Δt由负值回到正值且小于Δts₃的范围内，这时、空调工况再次达到热平衡。若t_f下降到低于ts且在设定的时间内不可调控回转（即Δt不能在设定的时间内由负值调回到正值范围），则空调压缩机7自动停机。

在空调工况处于热平衡状态的情况下，当环境温度上升时，将引起t_f上升，当t_f上升到Δt为Δts₃时，电磁阀控制器1的微控制器18将根据温度传感器2的信号，通过第二光耦控制开关20及第二微继电器22发出指令，使储液铜管5与低压侧11连通管道上的第二电磁阀4开通d’秒钟后关闭（d’值的大小以Δt能回落到小于Δts₃且大于零的范围来确定），在第二电磁阀4开通d’秒钟的时刻，将有部分制冷剂液体从储液铜管5中流入到低压侧12，空调器制冷循环系统的高低压压差因此有所增大，空调器制冷功率相应增大，t_f重新回落到Δt小于Δts₃且大于零的范围内，且空调工况再次进入平衡。若t_f上升到Δt大于Δts₃且不能调控到小于Δts₃时，第二电磁阀4将长时间开通，使储液铜管5中的制冷剂液体全部流入空调制冷循环系统，空调器的制冷功率将回到额定值，此时，空调器处于额定制冷功率相对不足的运行状态。

上述加装了本装置的定频空调器的制冷功率随房间温度变化而自动调节的状况与变频空调器恒温控制节能运行的功率调节状况是类似的（即能够在空调器不停机的情况下将房间温度控制在设定的温度值附近），同时、它还象变频空调器一样具有精确控温的能力，但却少了变频电源的功耗，因此比变频空调器更节能，而且其制造成本比变频空调器要低。另外，这种装置的制冷功率调控模式也适合双制式定频空调器制热功率的节能控制，其制热功率控制原理与制冷时的控制原理相同，并且、它还很容易满足双制式空调器制冷和制热所需的制冷剂充注量不同的要求。

Claims (5)

1.用于定频空调器的制冷功率调控装置，所述定频空调器包括蒸发器(9)、冷凝器(8)、压缩机(7)、热力膨胀阀(10)和温度传感器(2)，蒸发器(9)通过压缩机进气管(13)与压缩机(7)相连，压缩机(7)通过压缩机排气管(14)与冷凝器(8)相连，蒸发器(9)的制冷剂进口与冷凝器(8)的制冷剂出口之间通过热力膨胀阀(10)相连，蒸发器(9)的出风口内设有蒸发器风扇(15)，冷凝器(8)的出风口内设有冷凝器风扇(16)，温度传感器(2)设置在蒸发器(9)的进风口处，温度传感器(2)与电磁阀控制器(1)相连，其特征在于：所述调控装置包括电磁阀控制器(1)、第一电磁阀(3)、第二电磁阀(4)、储液铜管(5)和单向安全阀(6)，蒸发器(9)的制冷剂进口作为低压侧(12)，通过第二电磁阀(4)与储液铜管(5)的出口相连；冷凝器(8)的制冷剂出口作为高压侧(11)，通过第一电磁阀(3)与储液铜管(5)的入口相连，第二电磁阀(4)的入口、出口分别与单向安全阀(6)的入口、出口相连通。 

2.根据权利要求1所述的用于定频空调器的制冷功率调控装置，其特征在于：电磁阀控制器(1)包括微控制器(18)、第一光耦控制开关(19)、第二光耦控制开关(20)、第一微继电器(21)和第二微继电器(22)，微控制器(18)通过第一光耦控制开关(19)与第一微继电器(21)相连，微控制器(18)通过第二光耦控制开关(20)与第二微继电器(22)相连，第一微继电器(21)还与第一电磁阀(3)相连，第二微继电器(22)还与第二电磁阀(4)相连，微控制器(18)的信号输入端(24)与温度传感器(2)相连。 

3.根据权利要求2所述的用于定频空调器的制冷功率调控装置，其特征在于：电磁阀控制器(1)还包括电源模块(17)，电源模块(17)与微控制器(18)、第一微继电器(21)、第二微继电器(22)、第一电磁阀(3)和第二电磁阀(4)均相连。 

4.根据权利要求1所述的用于定频空调器的制冷功率调控装置，其特征在于：储液铜管(5)设置在冷凝器(8)的进风口处、蒸发器(9)的进风口处或蒸发器(9)的出风口处。 

5.根据权利要求1所述的用于定频空调器的制冷功率调控装置，其特征在于：电磁阀控制器(1)与蒸发器(9)设置在同一个机箱内。