CN216522314U - 节能型空调系统用换热器组件及其控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开节能型空调系统用换热器组件及其控制器，其换热器组件的出水管上安装控制器，控制器包括子控制器、中央控制器、阀门机构、步进电机和流量传感器，阀门机构设置阀芯，阀门机构安装在出水管上，步进电机与阀门机构的阀芯驱动连接，流量传感器安装在进水管上，子控制器与步进电机和流量传感器分别控制连接，中央控制器与子控制器控制连接；其保证建筑物不论处于满负荷状态，还是部分负荷状态，均可使水泵处于运行的高效区，都能大大节省空调系统中水泵的能耗；其能够实时监测和控制流经换热器的水流量，节省空调水系统的运行成本。

Description

节能型空调系统用换热器组件及其控制器

技术领域

本实用新型属于空调技术领域，具体涉及节能型空调系统用换热器组件及其控制器。

背景技术

在空调系统，尤其是大型中央空调系统的运行过程中，能耗主要由三大部分组成：空调主机的能耗、水泵的能耗、末端设备的能耗。空调系统主机、水泵等装置的配置通常是根据建筑物的最大负荷来设计。然而大多数时间里，空调系统往往以部分负荷状态运行。对于配置多台冷水机组、多台水泵的空调系统而言，大多数时间里，只运行部分台数的冷水机组和水泵。但是通常在大型空调系统设计选型时，是根据所需要的扬程、水泵台数、单台水泵负担的水流量等参数来选择水泵的规格型号，即确定水泵的选型流量和扬程，在设计的流量和扬程下，此时水泵处于运行高效点。而当建筑物处于部分负荷状态时，可能只运行一台水泵，而在压差旁通阀的作用下，整个空调水系统管网特性系数S并不会发生改变。此时便会发生水泵工作状态点的偏移，水泵的工作状态点转移到低效运行区域，因此水泵在大多数时间阶段是处于低效运行的，因此便导致了大量的能源浪费。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型通过提供节能型空调系统用换热器组件及其控制器，克服现有技术上述问题的缺陷，保证当空调系统处于部分负荷时，在保证系统正常运行的前提下，维持水泵的工作状态点处于高效运行区，以节省水泵能耗的作用。

本实用新型提供了节能型空调系统用换热器组件，包括换热器壳体，换热器壳体上设置制冷剂入口和制冷剂出口，换热器壳体内设置换热管，换热器壳体上设置进水管口和出水管口，进水管口内安装有与换热管一端连通连接的进水管，出水管口内安装有与换热管另一端连通连接的出水管；出水管上安装控制器，控制器包括子控制器、中央控制器、阀门机构、步进电机和流量传感器，阀门机构设置阀芯，阀门机构安装在出水管上，步进电机与阀门机构的阀芯驱动连接，流量传感器安装在进水管上，子控制器与步进电机和流量传感器分别控制连接，中央控制器与子控制器控制连接。

优选的，进水管的外端部与空调水进口连通连接。

优选的，出水管的外端部与空调水出口连通连接。

优选的，换热器的数量为至少两个，中央控制器与每个换热器的子控制器分别控制连接。

其中，每个换热器可以属于不同的空调机组，即机组的数量为至少两个。

本实用新型还提供了上述任一换热器组件用控制器，包括子控制器、中央控制器、阀门机构、步进电机和流量传感器，阀门机构设置阀芯，阀门机构用于安装在换热器的出水管上，步进电机驱动连接阀门机构的阀芯，流量传感器用于安装在换热器的进水管上，子控制器分别控制连接步进电机和流量传感器，中央控制器控制连接子控制器。

优选的，子控制器、阀门机构、步进电机和流量传感器构成控制器组件，控制器组件的数量为至少两个，分别安装在每个换热器上，中央控制器分别控制连接每个控制器组件的子控制器。

优选的，流量传感器用于采集其所在空调机组的水流量信息，并将水流量信息传送至子控制器；

子控制器用于获得其所在空调机组的水流量信息，并将水流量信息与其所在空调机组的启停状态信息，一同传输至中央控制器，然后接收中央控制器发送的指令，并将指令发送至步进电机；

中央控制器用于接收子控制器采集和发送的其所在空调机组的水流量信息、及其所在空调机组的启停状态信息，并向子控制器发出指令，指令用于控制步进电机，以驱动阀门机构的开启、关闭或维持设定流量；

步进电机用于接收子控制器传送的来自中央控制器的指令，并驱动阀门机构的阀芯，实现阀门机构的开启、关闭或维持设定流量；

阀门机构通过步进电机的驱动，调节其所在换热器内水流经过与否的状态及水流量。

优选的，当所有的空调机组均处于开启状态时，中央控制器用于向所有的子控制器发出指令“阀门全开”，子控制器用于向步进电机发出该指令，使得步进电机执行全开阀门的指令；当一部分空调机组处于开机状态，另一部分空调机组处于关机状态时，中央控制器用于向处于关机状态的空调机组的子控制器发出指令“阀门全关”，子控制器通过向步进电机发出该指令，使得步进电机执行关闭阀门机构的指令；同时，中央控制器向处于开机状态的空调机组的子控制器发出指令“维持设定流量”，子控制器接收到该指令后向步进电机发出该指令，使得步进电机调整阀门机构的开度，直到每台空调机组的流量传感器检测到的实际流量维持在设定的流量值。

本实用新型的节能型空调系统用换热器组件及其控制器，至少具有如下优势：

1、实现当空调系统处于部分负荷时，在保证空调系统正常运行的前提下，维持水泵的工作状态点处于高效运行区，以节省水泵能耗。

2、保证建筑物不论处于满负荷状态，还是部分负荷状态，均可使水泵处于运行的高效区，都能大大节省空调系统中水泵的能耗。

3、通过在换热器的出水管处设置控制器，能够实时监测和控制流经换热器的水流量，更有利于保证实现上述两项功能优势，且节省空调水系统的运行成本，提高空调系统自动化程度、提高工作效率、使用寿命和经济效益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的节能型空调系统用换热器组件的结构示意图；

图2为采用本实用新型的节能型空调系统用换热器组件的空调水系统性能曲线图。

图中，1为换热器壳体，2为制冷剂入口，3为制冷剂出口，4为进水管，5为出水管，6为流量传感器，7为子控制器，8为中央控制器，9为阀门机构，10为步进电机，11为空调水进口，12为空调水出口，13为第一空调机组，14为第二空调机组。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

在空调系统中常常采用多台水泵与多台空调主机串联，以适应建筑物空调负荷的变化。在设计工况下空调主机的能效、水泵的效率处于高效区。但是根据已有的暖通知识得知，空调系统在全年绝大多数时间内均处于部分负荷运行，这意味着虽然为建筑物配置了多台空调主机和水泵，但是在大部分时间内，由于建筑物处于部分负荷状态，实际需要运行的空调主机和水泵仅为一少部分。例如某建筑物配置有两台水泵和两台空调主机，但是在大部分时间段，只需要运行一台空调主机和一台水泵即可满足建筑物的空调需求。此时虽然空调末端和空调主机均未做任何改变，但是水泵的工作状态点是发生改变的，水泵实际工作的状态点已偏离设计的高效点，处于低效区。鉴于建筑物在绝大多数时间均处于部分负荷状态，水泵在绝大多数时间均处于低效区，这是非常不节能的。本实用新型通过提供一种节能型空调系统用换热器组件及其控制器，使得建筑物不论处于满负荷状态，还是部分负荷状态，均可使水泵处于运行的高效区，都能大大节省空调系统中水泵的能耗；其能够实时监测和控制流经换热器的水流量，节省空调水系统的运行成本。

实施例1

参见图1，节能型空调系统用换热器组件，包括换热器壳体1，换热器壳体1上设置制冷剂入口2和制冷剂出口3，换热器壳体1内设置换热管，换热器壳体1上设置进水管口和出水管口，进水管口内安装有与换热管一端连通连接的进水管4，出水管口内安装有与换热管另一端连通连接的出水管5；出水管5上安装控制器，控制器包括子控制器7、中央控制器8、阀门机构9、步进电机10和流量传感器6，阀门机构9设置阀芯，阀门机构9安装在出水管5上，步进电机10与阀门机构9的阀芯驱动连接，流量传感器6安装在进水管4上，子控制器7与步进电机10和流量传感器6分别控制连接，中央控制器8与子控制器7控制连接。

参见图1，实际应用中，进水管4的外端部与空调水进口11连通连接，出水管5的外端部与空调水出口12连通连接。

参见图1，在一些实施例中，换热器的数量为至少两个，中央控制器8与每个换热器的子控制器7分别控制连接。

参见图1，其中，每个换热器可以属于不同的空调机组，即空调机组的数量为至少两个，例如空调机组的数量为两个，分别为第一空调机组13和第二空调机组14。其中不同空调机组的空调主机的型号相同、水泵的型号相同。

实施例2

参见图1，实施例1中所述任一项换热器组件用控制器，包括子控制器7、中央控制器8、阀门机构9、步进电机10和流量传感器6，阀门机构9设置阀芯，阀门机构9用于安装在换热器的出水管5上，步进电机10驱动连接阀门机构9的阀芯，流量传感器6用于安装在换热器的进水管4上，子控制器7分别控制连接步进电机10和流量传感器6，中央控制器8控制连接子控制器7。

参见图1，在一些实施例中，子控制器7、阀门机构9、步进电机10和流量传感器6构成控制器组件，控制器组件的数量为至少两个，分别安装在每个换热器上，中央控制器8分别控制连接每个控制器组件的子控制器7。

在一些实施例中，流量传感器6用于采集其所在空调机组的水流量信息，并将水流量信息传送至子控制器7；

子控制器7用于获得其所在空调机组的水流量信息，并将水流量信息与其所在空调机组的启停状态信息，一同传输至中央控制器8，然后接收中央控制器8发送的指令，并将指令发送至步进电机10；

中央控制器8用于接收子控制器7采集和发送的其所在空调机组的水流量信息、及其所在空调机组的启停状态信息，并向子控制器7发出指令，指令用于控制步进电机10，以驱动阀门机构9的开启、关闭或维持设定流量；

步进电机10用于接收子控制器7传送的来自中央控制器8的指令，并驱动阀门机构9的阀芯，实现阀门机构9的开启、关闭或维持设定流量；

阀门机构9通过步进电机10的驱动，调节其所在换热器内水流经过与否的状态及水流量。

在一些实施例中，当所有的空调机组均处于开启状态时，中央控制器8用于向所有的子控制器7发出指令“阀门全开”，子控制器7用于向步进电机10发出该指令，使得步进电机10执行全开阀门的指令；当一部分空调机组处于开机状态，另一部分空调机组处于关机状态时，中央控制器8用于向处于关机状态的空调机组的子控制器7发出指令“阀门全关”，子控制器7通过向步进电机10发出该指令，使得步进电机10执行关闭阀门机构9的指令；同时，中央控制器8向处于开机状态的空调机组的子控制器7发出指令“维持设定流量”，子控制器7接收到该指令后向步进电机10发出该指令，使得步进电机10调整阀门机构9的开度，直到每台空调机组的流量传感器6检测到的实际流量维持在设定的流量值。

上述控制器的控制方法，可以包括以下步骤：

通过流量传感器6采集其所在空调机组的水流量信息，并将水流量信息传送至子控制器7；

通过子控制器7获得其所在空调机组的水流量信息，并将水流量信息与其所在空调机组的启停状态信息，一同传输至中央控制器8，然后接收中央控制器8发送的指令，并将指令发送至步进电机10；

通过中央控制器8接收子控制器7采集和发送的其所在空调机组的水流量信息、及其所在空调机组的启停状态信息，并向子控制器7发出指令，指令用于控制步进电机10，以驱动阀门机构9的开启、关闭或维持设定流量；

通过步进电机10接收子控制器7传送的来自中央控制器8的指令，并驱动阀门机构9的阀芯，实现阀门机构9的开启、关闭或维持设定流量；

通过步进电机10驱动阀门机构9，调节其所在换热器内水流经过与否的状态及水流量。

上述控制器的控制方法，还包括以下步骤：

当所有的空调机组均处于开启状态时，通过中央控制器8向所有的子控制器7发出指令“阀门全开”；通过子控制器7向步进电机10发出该指令，使得步进电机10执行全开阀门的指令；

当一部分空调机组处于开机状态，另一部分空调机组处于关机状态时，通过中央控制器8向处于关机状态的空调机组的子控制器7发出指令“阀门全关”，通过子控制器7向步进电机10发出该指令，使得步进电机10执行关闭阀门机构9的指令；同时，通过中央控制器8向处于开机状态的空调机组的子控制器7发出指令“维持设定流量”，通过子控制器7接收到该指令后向步进电机10发出该指令，使得步进电机10调整阀门机构9的开度，直到每台空调机组的流量传感器6检测到的实际流量维持在设定的流量值。

本实用新型的节能型空调系统用换热器组件及其控制器，在实际工作中，例如，某建筑物配置有两台相同型号的空调主机和两台同型号的水泵，空调水系统形式为一次泵定流量系统。空调水系统的管网特性系数为s1。此时可以在流量-扬程(Q-P)坐标系中画出空调水系统的性能曲线如图2所示。在设计工况下，系统的工作状态点为两台水泵并联后的水泵性能曲线(水泵性能曲线Ⅱ)与管网特性曲线(管网特性曲线Ⅰ)的交点a(Q1，P1)，此时单台水泵的工作状态点为b(Q3，P1),其中Q3＝Q1/2，此时两台水泵均处于高效区，水泵的运行效率是非常高的。当建筑物处于部分负荷时，关闭一台空调主机和对应的水泵，此时水泵的工作状态点为单台水泵的性能曲线与管网特性曲线(水泵性能曲线Ⅰ与管网特性曲线Ⅰ)的交点c(Q2，P2)，此时水泵的实际工作状态点已偏离高效区，是不节能的。此时水泵的实际流量大于设计工况下的流量，水泵的扬程小于设计工况下的扬程。

图2中，曲线S1为管网特性曲线Ⅰ，曲线S2为管网特性曲线Ⅱ，曲线S3为水泵性能曲线Ⅰ，曲线S4为水泵性能曲线Ⅱ，曲线S为水泵效率曲线。

而空调主机采用本实用新型的节能型空调系统用换热器组件及其控制器后，在两台空调主机和两台水泵均运行时，中央控制器8发出指令，所有空调机组的阀门全部开启，通过每台空调机组的水流量均为Q3，即水泵的工作状态点为b点，水泵运行在高效区；

在建筑物处于部分负荷时，仅开启第一空调机组13和对应的一台水泵，此时中央控制器8向第二空调机组14的子控制器7发出指令，关闭阀门机构9的阀门，向第一空调机组13的子控制器7发出指令“维持设定流量”，此时子控制器7通过步进电机10调整阀门的开度，直至流量传感器6检测到实际水流量与水流量设定值一致，此时流进换热器的水流量为Q3，即水泵的工作状态点仍然为b点。水泵处于高效运行区。

可见，应用本实用新型的节能型空调系统用换热器组件及其控制器后，能够使得不论是满负荷工况还是部分负荷工况，水泵均处于运行高效区，节省水泵的运行能耗。且便于对流经换热器的水流量进行实时监测和控制，且适用于空调系统配置为多台空调机组、多台水泵的情况。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.节能型空调系统用换热器组件，包括换热器壳体，所述换热器壳体上设置制冷剂入口和制冷剂出口，所述换热器壳体内设置换热管，所述换热器壳体上设置进水管口和出水管口，所述进水管口内安装有与所述换热管一端连通连接的进水管，所述出水管口内安装有与所述换热管另一端连通连接的出水管；其特征在于，所述出水管上安装控制器，所述控制器包括子控制器、中央控制器、阀门机构、步进电机和流量传感器，所述阀门机构设置阀芯，所述阀门机构安装在所述出水管上，所述步进电机与所述阀门机构的阀芯驱动连接，所述流量传感器安装在所述进水管上，所述子控制器与所述步进电机和所述流量传感器分别控制连接，所述中央控制器与所述子控制器控制连接。

2.如权利要求1所述的节能型空调系统用换热器组件，其特征在于，所述进水管的外端部与空调水进口连通连接。

3.如权利要求2所述的节能型空调系统用换热器组件，其特征在于，所述出水管的外端部与空调水出口连通连接。

4.如权利要求1所述的节能型空调系统用换热器组件，其特征在于，所述换热器的数量为至少两个，所述中央控制器与每个所述换热器的所述子控制器分别控制连接。

5.如权利要求1-4中任一项所述的换热器组件用控制器，其特征在于，包括子控制器、中央控制器、阀门机构、步进电机和流量传感器，所述阀门机构设置阀芯，所述阀门机构用于安装在所述换热器的所述出水管上，所述步进电机驱动连接所述阀门机构的所述阀芯，所述流量传感器用于安装在所述换热器的所述进水管上，所述子控制器分别控制连接所述步进电机和所述流量传感器，所述中央控制器控制连接所述子控制器。

6.如权利要求5所述的换热器组件用控制器，其特征在于，所述子控制器、所述阀门机构、所述步进电机和所述流量传感器构成控制器组件，所述控制器组件的数量为至少两个，分别安装在每个所述换热器上，所述中央控制器分别控制连接每个所述控制器组件的所述子控制器。

7.如权利要求6所述的换热器组件用控制器，其特征在于，所述流量传感器用于采集其所在空调机组的水流量信息，并将所述水流量信息传送至所述子控制器；

所述子控制器用于获得其所在空调机组的水流量信息，并将所述水流量信息与其所在所述空调机组的启停状态信息，一同传输至所述中央控制器，然后接收所述中央控制器发送的指令，并将所述指令发送至所述步进电机；

所述中央控制器用于接收所述子控制器采集和发送的其所在空调机组的水流量信息、及其所在所述空调机组的启停状态信息，并向所述子控制器发出指令，所述指令用于控制步进电机，以驱动所述阀门机构的开启、关闭或维持设定流量；

所述步进电机用于接收所述子控制器传送的来自所述中央控制器的指令，并驱动所述阀门机构的阀芯，实现所述阀门机构的开启、关闭或维持设定流量；

所述阀门机构通过所述步进电机的驱动，调节其所在所述换热器内水流经过与否的状态及水流量。

8.如权利要求7所述的换热器组件用控制器，其特征在于，当所有的所述空调机组均处于开启状态时，所述中央控制器用于向所有的所述子控制器发出指令“阀门全开”，所述子控制器用于向所述步进电机发出该指令，使得步进电机执行全开阀门的指令；当一部分所述空调机组处于开机状态，另一部分所述空调机组处于关机状态时，所述中央控制器用于向处于关机状态的所述空调机组的所述子控制器发出指令“阀门全关”，所述子控制器通过向所述步进电机发出该指令，使得所述步进电机执行关闭所述阀门机构的指令；同时，所述中央控制器向处于开机状态的所述空调机组的所述子控制器发出指令“维持设定流量”，所述子控制器接收到该指令后向所述步进电机发出该指令，使得所述步进电机调整所述阀门机构的开度，直到每台所述空调机组的所述流量传感器检测到的实际流量维持在设定的流量值。

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