CN106016541A - 自然冷机房空调及其过冷度控制方法 - Google Patents

自然冷机房空调及其过冷度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自然冷机房空调及其过冷度控制方法，该自然冷机房空调包括冷凝器、制冷剂泵、节流器和蒸发器，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。通过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温度提升，降低实际过冷度至目标过冷度，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。

Description

自然冷机房空调及其过冷度控制方法
技术领域
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
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时，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***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***，***充注一定量的低沸点介质，即制冷剂，氟泵循环制冷剂在***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。
发明内容
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。
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。
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。
优选地，还包括与所述调节阀连接用于控制所述调节阀开度的控制器。
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开度。
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。
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。
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。
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：
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)。
进一步地，所述控制方法还包括：
S11：检测所述节流器(3)制冷剂输入端的制冷剂压力P1，根据所述压力确定对应的制冷剂饱和温度T0；
S12：检测所述节流器(3)制冷剂输入端的制冷剂温度T1，根据所述温度T1和步骤S11得到的制冷剂饱和温度T0确定实际过冷度Ta，即Ta＝T0-T1；
S13：设定目标过冷度Ts，精度为a，即Ts＝|Ts-a,Ts+a|；
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。
进一步地，所述步骤S14包括：
若实际过冷度Ta>Ts+a，增加进行加热处理的制冷剂流量；
若实际过冷度Ta<Ts-a，减少进行加热处理的制冷剂流量；
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。
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。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明第一实施例的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的过冷度控制电路框图；
图3是本发明第一实施例的控制流程图；
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；
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；
图6是本发明第三实施例的结构示意图；
图7是本发明第三实施例的控制流程图；
图8是本发明第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
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。
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。
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：
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T0；
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T0确定实际过冷度Ta，即Ta＝T0-T1；
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＝|Ts-a,Ts+a|；如图3示出的控制流程图：
4若实际过冷度Ta>Ts+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，打开并增大第一二通阀71的开度，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。
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开启第二二通阀72，打开并减小第一二通阀71的开度，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。
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。
具体地，在步骤1中确定制冷剂饱和温度T0的方法为，通过制冷剂属性表查询出压力值P1对应的制冷剂饱和温度T0。
为了实现更好的检测效果，当实际过冷度Ta超过Ts的范围时，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阀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。
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时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。
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。
实施例二：
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。
实施例三：
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。
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。
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：
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T0；
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T0确定实际过冷度Ta，即Ta＝T0-T1；
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＝|Ts-a,Ts+a|；如图7所示的控制流程图所示：
4若实际过冷度Ta>Ts+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增大第一出口的开度，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。
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减小第一出口的开度，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。
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。
具体地，在步骤1中确定制冷剂饱和温度T0的方法为，通过制冷剂属性表查询出P1对应的制冷剂饱和温度T0。
为了实现更好的检测效果，当实际过冷度Ta超过Ts的范围时，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阀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。
实施例四：
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，在制冷剂泵运行时，直接开启换热器2，加热流过换热器的制冷剂，减小其过冷度。
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开关型二通阀，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。
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。
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 (10)

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。
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。
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)开度的控制器(8)。
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)的开度。
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)。
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。
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。
8.一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)。
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P1，根据所述压力确定对应的制冷剂饱和温度T0；
S12：检测所述节流器(3)制冷剂输入端的制冷剂温度T1，根据所述温度T1和步骤S11得到的制冷剂饱和温度T0确定实际过冷度Ta，即Ta＝T0-T1；
S13：设定目标过冷度Ts，精度为a，即Ts＝|Ts-a,Ts+a|；
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。
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>Ts+a，增加进行加热处理的制冷剂流量；
若实际过冷度Ta<Ts-a，减少进行加热处理的制冷剂流量；
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。
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