WO2018000345A1

WO2018000345A1 - 自然冷机房空调及其过冷度控制方法

Info

Publication number: WO2018000345A1
Application number: PCT/CN2016/087948
Authority: WO
Inventors: 曹维兵; 欧阳超波; 张健辉; 游庆生; 李垂君
Original assignee: 深圳市艾特网能技术有限公司; 深圳市艾特网能有限公司
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-01-04

Abstract

一种自然冷机房空调，包括冷凝器(9)、制冷剂泵(1)、节流器(3)和蒸发器(4)，在制冷剂泵(1)和节流器(3)之间设有用于提高节流器(3)制冷剂输入端制冷剂温度的换热器(2)。一种自然冷机房空调的过冷度控制方法。通过在节流器前设置换热器，保证节流后的制冷剂能够进入气液混合的两相态，提高了制冷剂在蒸发器内的分配均匀度和换热效率。

Description

发明名称：自然冷机房空调及其过冷度控制方法技术领域

[0001] 本发明涉及空调领域，更具体地说，涉及一种自然冷机房空调及其过冷度控制方法。

背景技术

[0002] 为维持工业和信息机房恒定的室内温度，机房空调的一个特点是全年制冷，在室外温度低于室内温度吋，可直接或间接利用室外的自然冷源。直接利用自然冷源会受到空气质量、地理位置等条件限制；间接使用室外自然冷源是目前机房空调常用的解决方案。其中，氟泵循环自然冷却方案是一种具有竞争力的高效节能方案。氟泵循环自然冷空调系统包括氟泵、节流器、蒸发器、冷凝器等部件，并由耐高压的铜管将之连接成密闭的系统，系统充注一定量的低沸点介质，即制冷剂，氟泵循环制冷剂在系统中循环。其工作原理为，氟泵强制液体制冷剂经过节流器流向蒸发器，室内热空气放热给蒸发器内循环的制冷剂，制冷剂吸热且少部分的制冷剂吸热汽化，带气泡的制冷剂液体循环到冷凝器内，再将其携带的热量释放到室外的大气中，制冷剂放热后变为过冷液体。由此可见，在制冷剂泵循环中，由于流入节流器的制冷剂过冷度过大，节流后进入蒸发器的制冷剂仍为过冷液体，会导致蒸发器换热面积无法有效利用，制冷量不足。

技术问题

[0003] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种解决制冷剂过冷度过大，蒸发器换热不充分等问题的自然冷机房空调及其过冷度控制方法。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自然冷机房空调，包括冷凝器、制冷剂泵、节流器和蒸发器，所述自然冷机房空调还包括用于提高节流器制冷剂输入端制冷剂温度的换热器，所述换热器设于所述制冷剂泵和所述节流器之间。

[0005] 优选地，还包括用于控制流制冷剂流量的调节阀，所述调节阀设于所述制冷剂泵和所述换热器之间。

[0006] 优选地，还包括与所述调节阀连接用于控制所述调节阀幵度的控制器。

[0007] 优选地，还包括与所述控制器连接用于测量所述节流器制冷剂输入端的制冷剂压力及温度的传感器，所述控制器根据所述传感器的采样数据控制调节阀的幵度。

[0008] 优选地，所述传感器包括温度传感器与压力传感器，所述制冷剂依次流过所述换热器、所述温度传感器、所述压力传感器和所述节流器。

[0009] 优选地，所述换热器为以热空气为热媒的换热器，所述换热器为设置在所述蒸发器热空气迎风面上的翅片式过热盘管。

[0010] 优选地，所述换热器为以热水为热媒的换热器，所述换热器包括换热箱，所述换热箱上设有热水进口和热水出口；所述换热箱内的循环热水为流入换热箱的制冷剂加热。

[0011] 本发明还提供一种自然冷机房空调的过冷度控制方法，所述自然冷机房空调包括冷凝器、制冷剂泵、节流器、蒸发器，所述控制方法包括以下步骤：

[0012] S1 : 在所述制冷剂泵（1) 与所述节流器（3) 之间对流过的制冷剂进行加热处理；

[0013] S2: 所述加热处理后的制冷剂再依次流向所述节流器（3) 、蒸发器（4) 和冷凝器（9) 。

[0014] 进一步地，所述控制方法还包括：

[0015] S11 : 检测所述节流器（3) 制冷剂输入端的制冷剂压力 Pl，根据所述压力确定对应的制冷剂饱和温度 TO;

[0016] S12: 检测所述节流器（3) 制冷剂输入端的制冷剂温度 Tl，根据所述温度 T1 和步骤 S11得到的制冷剂饱和温度 TO确定实际过冷度 Ta，即 Ta= T0-T1 ;

[0017] S13: 设定目标过冷度 Ts，精度为 a，即 Ts=ITs-a,Ts+al;

[0018] S14: 根据所述实际过冷度值 Ta与目标过冷度 Ts的大小关系，调控进行加热处 [0019] 进一步地，所述步骤 S14包括：

[0020] 若实际过冷度 Ta>T_S+a，增加进行加热处理的制冷剂流量；

[0021] 若实际过冷度 Ta<Ts-a，减少进行加热处理的制冷剂流量；

[0022] 若实际过冷度 Ta在 Ts的精度范围内，不对制冷剂进行加热处理。

发明的有益效果

有益效果

[0023] 本发明针对自然冷机房空调在制冷剂泵运行模式下，制冷剂泵输出的液体制冷剂具有较高的过冷度的问题，采用在节流器前设置换热器的方式，利用温差换热将过冷度大的制冷剂的温度提升，降低实际过冷度至目标过冷度，使理论值与实际值接近，从而保证节流后的制冷剂能够进入气液混合的两相态，提高制冷剂在蒸发器内的分配均匀度和换热效率，增加空调的制冷量。

对附图的简要说明

附图说明

[0024] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0025] 图 1是本发明第一实施例的结构示意图；

[0026] 图 2是本发明第一实施例的过冷度控制电路框图；

[0027] 图 3是本发明第一实施例的控制流程图；

[0028] 图 4是本发明第一实施例的以热空气为热媒的换热器结构示意图；

[0029] 图 5是本发明第二实施例的以热水为热媒的换热器结构示意图；

[0030] 图 6是本发明第三实施例的结构示意图；

[0031] 图 7是本发明第三实施例的控制流程图；

[0032] 图 8是本发明第四实施例的结构示意图。

[0033]

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0034] 实施例一： [0035] 如图 1所示，在本发明自然冷机房空调第一实施例中，该空调包括通过管道连接的制冷剂泵 1，换热器 2、节流器 3、蒸发器 4和冷凝器 9。制冷剂泵 1集成在柜型结构件内。该空调还包括控制制冷剂流入换热器 2流量的调节阀 7，从冷凝器 9 流出的制冷剂通过调节阀 7流向换热器 2和节流器 3。为了实现更好的调节效果，调节阀 7优先使用两个二通阀；第一二通阀 71的进口通过制冷剂泵 1与冷凝器 9的过冷液体制冷剂输出端连接，其出口与换热器 2的制冷剂进液端连接。第二二通阀 7的 2进口通过制冷剂泵 1与冷凝器 9的过冷液体制冷剂输出端连接，出口与节流器 3的制冷剂输入端连接。节流器 3的制冷剂输入端设有温度传感器 5和压力传感器 6。

[0036] 如图 2所示的过冷度控制电路框图中，该空调还包括控制器 8，控制器 8与温度传感器 5、压力传感器 6和调节阀 7连接。该控制器采用 PID控制方法，对流入节流器 3的制冷剂的过冷度进行偏差调节，使制冷剂过冷度的实际值与要求的预定值一致。

[0037] 本实施例中，自然冷机房空调控制器 8对制冷剂过冷度的控制方法包括以下步骤：

[0038] 1根据压力传感器的采样压力值 P1确定对应的制冷剂饱和温度 TO;

[0039] 2根据温度传感器的采样温度值 T1和步骤 S11得到的制冷剂饱和温度 TO确定实际过冷度 Ta，即 Ta= T0-Tl ;

[0040] 3根据空调实际运行环境，设定目标过冷度 Ts，精度为 a，即 Ts=ITs-a,Ts+al;

[0041] 如图 3示出的控制流程图：

[0042] 4若实际过冷度 Ta>T_S+a，说明实际过冷度过大，会导致蒸发器换热不充分，应对制冷剂进行加热以减小过冷度。控制器 8关闭第二二通阀 72，打幵并增大第一二通阀 71的幵度，增加流向换热器 2的制冷剂流量；使实际过冷度 Ta进入目标过冷度的精度范围。

[0043] 若实际过冷度 Ta<Ts-a，说明实际过冷度虽然接近目标过冷度，但仍会影响蒸发器的换热效率，控制器 8幵启第二二通阀 72，打幵并减小第一二通阀 71的幵度，减少流向换热器 2的制冷剂流量；使实际过冷度 Ta进入目标过冷度的精度范围 [0044] 若实际过冷度 Ta在 Ts的精度范围内，控制器 8关闭第一二通阀 71，制冷剂直接流向节流器 3，无需通过换热器 2加热。

[0045] 具体地，在步骤 1中确定制冷剂饱和温度 TO的方法为，通过制冷剂属性表査询出压力值 P1对应的制冷剂饱和温度 το。

[0046] 为了实现更好的检测效果，当实际过冷度 Ta超过 Ts的范围吋，控制器 8每 10S检测一次实际过冷度 Ta，并根据检测得到的数据控制调节飼 7的制冷剂输出量，使实际过冷度 Ta进入目标过冷度的精度范围，提高蒸发器 4的换热效率。

[0047] 如图 4所示，针对换热器的换热形式，优选利用吹向室内蒸发器 4的热风和机房室内温度对制冷剂加热，达到精确控制过冷度的目的。换热器 2为过热盘管，设置在蒸发器盘管 41的热风迎风面上。换热器进液端 21设置在蒸发器盘管的背风面，换热器出液端 22设置在蒸发器盘管的迎风面，尽量增大过热盘管与热风的接触面积。在室内风机 42的作用下室内热空气流向蒸发器 4，热风与蒸发器接触换热的同吋也与设置在蒸发器盘管 41迎风面上的换热器 2接触，与换热器 2进行热交换，使换热器 2内的制冷剂升温。

[0048] 为提高换热器 2的换热效率，优选采用翅片管形式的热盘管作为换热器 2，增大过热盘管的外表面积，提升换热效率。

[0049] 实施例二：

[0050] 如图 5所示，为实现稳定的换热效果，对实施例一自然冷机房空调的换热器进行改进，采用以热水作为热媒的间壁式换热器。该换热器设有换热箱 25，制冷剂依次流过换热器进液端 21、换热箱 25和换热器出液端 22，该箱体上设有热水进口 23和热水出口 24。此类换热器通过在换热箱内循环的热水对流入换热箱的制冷剂加热，减小其过冷度。

[0051] 实施例三：

[0052] 如图 6所示，为简化空调结构，针对实施例一的调节阀 7进行改进，采用一个三通阀来调节制冷剂流入换热器 2的流量。调节阀 7为一个三通阀；三通阀 7的进口通过制冷剂泵 1与冷凝器 9的过冷液体制冷剂输出端连接，三通阀 7的第一出口与换热器 2的进液端连接，其第二出口与节流器 3的制冷剂输入端连接。

[0053] 该空调同样包括控制器 8，控制器 8与温度传感器 5、压力传感器 6和调节阀 7连接。该控制器采用 PID控制方法，对流入节流器 3的制冷剂的过冷度进行偏差调节，使制冷剂过冷度的实际值与要求的预定值一致。

[0054] 本实施例中，具有自然冷机房空调控制器 8对制冷剂过冷度的控制方式如下： [0055] 1根据压力传感器的采样压力值 P1确定对应的制冷剂饱和温度 TO;

[0056] 2根据温度传感器的采样温度值 T1和步骤 S11得到的制冷剂饱和温度 TO确定实际过冷度 Ta，即 Ta= T0-Tl ;

[0057] 3根据空调实际运行环境，设定目标过冷度 Ts，精度为 a，即 Ts=ITs-a,Ts+al;

[0058] 如图 7所示的控制流程图所示：

[0059] 4若实际过冷度 Ta>T_S+a，说明实际过冷度过大，会导致蒸发器换热不充分，应对制冷剂进行加热减小过冷度。控制器 8控制三通阀 7增大第一出口的幵度，增加流向换热器 2的制冷剂流量；使实际过冷度 Ta进入目标过冷度的精度范围。

[0060] 若实际过冷度 Ta<Ts-a，说明实际过冷度虽然接近目标过冷度，但仍会影响蒸发器的换热效率，控制器 8控制三通阀 7减小第一出口的幵度，减少流向换热器 2 的制冷剂流量；使实际过冷度 Ta进入目标过冷度的精度范围。

[0061] 若实际过冷度 Ta在 Ts的精度范围内，控制器 8控制三通阀 7关闭第一出口，制冷剂直接流向节流器 3，无需通过换热器 2加热。

[0062] 具体地，在步骤 1中确定制冷剂饱和温度 TO的方法为，通过制冷剂属性表査询出 P1对应的制冷剂饱和温度 το。

[0063] 为了实现更好的检测效果，当实际过冷度 Ta超过 Ts的范围吋，控制器 8每 10S检测一次实际过冷度 Ta，并根据检测得到的数据控制调节飼 7的制冷剂输出量，使实际过冷度 Ta进入目标过冷度的精度范围，提高蒸发器 4的换热效率。

[0064] 实施例四：

[0065] 如图 8所示，对于寒冷地区的机房空调，若制冷剂总处于过冷度过大的状态。

可对制冷剂流向换热器 2的流量不做控制，在制冷剂泵运行吋，直接幵启换热器 2，加热流过换热器的制冷剂，减小其过冷度。

[0066] 需要指出的是，本发明中提及的自然冷机房空调中的换热器形式可以为套管、翅片管、微通道及壳管等任意形式。根据自然冷机房空调的实际工作情况，可为换热器设定相应的热源，并不限于上述的热空气和热水两种热源形式。本发明中提及的二通阀可以是幵关型二通阀，也可以是可调节型二通阀。本发明中提及的三通阀可以是手动调节型，也可以是电动调节型。

[0067] 本发明针对自然冷机房空调在制冷剂泵运行模式下，制冷剂泵输出的液体制冷剂具有较高的过冷度的问题，采用在节流器前设置换热器的方式，利用温差换热将过冷度大的制冷剂的温度提升，降低实际过冷度至目标过冷度，使理论值与实际值接近，从而保证节流后的制冷剂能够进入气液混合的两相态，提高制冷剂在蒸发器内的分配均匀度和换热效率，增加空调的制冷量。

[0068] 可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims

权利要求书

[权利要求 1] 一种自然冷机房空调，包括冷凝器（9) 、制冷剂泵（1) 、节流器（

3) 和蒸发器（4) ，其特征在于，所述自然冷机房空调还包括用于提高节流器（3) 制冷剂输入端制冷剂温度的换热器（2) ，所述换热器 (2) 设于所述制冷剂泵（1) 和所述节流器（3) 之间。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的自然冷机房空调，其特征在于，所述自然冷机房空调还包括用于控制制冷剂流量的调节阀（7) ，所述调节阀（7) 设于所述制冷剂泵（1) 和所述换热器（2) 之间。

[权利要求 3] 根据权利要求 2所述的自然冷机房空调，其特征在于，还包括与所述调节阀（7) 连接用于控制所述调节阀（7) 幵度的控制器（8) 。

[权利要求 4] 根据权利要求 3所述的自然冷机房空调，其特征在于，还包括与所述控制器（8) 连接用于测量所述节流器（3) 制冷剂输入端的制冷剂压力及温度的传感器，所述控制器（8) 根据所述传感器的采样数据控制调节阀（7) 的幵度。

[权利要求 5] 根据权利要求 4所述的自然冷机房空调，其特征在于，所述传感器包括温度传感器（5) 与压力传感器（6) ，所述制冷剂依次流过所述温度传感器（5) 、所述压力传感器（6) 和所述节流器（3) 。

[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的自然冷机房空调，其特征在于，所述换热器 (2

) 为以热空气为热媒的换热器（2) ，所述换热器（2) 为设置在所述蒸发器（4) 的热空气迎风面上的翅片式过热盘管。

[权利要求 7] 根据权利要求 1所述的自然冷机房空调，其特征在于，所述换热器 (2

) 为以热水为热媒的换热器（2) ，所述换热器（2) 包括换热箱（25 ) ，所述换热箱上设有热水进口（23) 和热水出口（24) ；所述换热箱（25) 内的循环热水为流入换热箱（25) 的制冷剂加热。

[权利要求 8] —种自然冷机房空调的过冷度控制方法，其特征在于，所述自然冷机房空调包括冷凝器（9) 、制冷剂泵（1) 、节流器（3) 、蒸发器（4 ) ，所述控制方法包括以下步骤：

S1 : 在所述制冷剂泵（1) 与所述节流器（3) 之间对流过的制冷剂进行加热处理；

S2: 所述加热处理后的制冷剂再依次流向所述节流器（3) 、蒸发器 (4) 和冷凝器（9) 。

[权利要求 9] 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，还包括：

S11 : 检测所述节流器（3) 制冷剂输入端的制冷剂压力 Pl，根据所述压力确定对应的制冷剂饱和温度 TO;

S12: 检测所述节流器（3) 制冷剂输入端的制冷剂温度 Tl，根据所述温度 T1和步骤 S11得到的制冷剂饱和温度 TO确定实际过冷度 Ta，即 Ta= T0-Tl _;

S13: 设定目标过冷度 Ts，精度为 a，即 Ts=ITs-a,Ts+al;

S14: 根据所述实际过冷度值 Ta与目标过冷度 Ts的大小关系，调控进行加热处理的制冷剂流量。

[权利要求 10] 根据权利要求 9所述的方法，其特征在于，所述步骤 S14包括：

若实际过冷度 Ta>T_S+a，增加进行加热处理的制冷剂

若实际过冷度 Ta<Ts-a，减少进行加热处理的制冷剂若实际过冷度 Ta在 Ts的精度范围内，不对制冷剂进行加热处理