CN106500378A - 基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组及控制方法，本发明的高效空调机组包括空气处理单元与冷凝散热单元，冷凝散热单元包括压缩机、冷凝再热流量调节装置、冷凝器及冷凝风机，空气处理单元包括再热器、再热流量调节装置、冷凝再热阀、过冷再热阀、过冷再热流量调节装置、旁通阀、旁通流量调节装置、蒸发器、节流装置和送风风机。与现有技术相比，本发明可以通过切换制冷剂管路的方式来切换不同的高温侧制冷剂再热源，选用合理的再热方式，在保证系统高能效比和满足送风温度的条件下，使整个机组在设计工况范围内均能有效运行。

Description

基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组及控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调机组，尤其是涉及一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组及控制方法。

背景技术

随着社会的发展，人们对空气品质的要求不断提高，越来越多的地方需要提供恒温恒湿的环境。传统的空调机组为了保证恒温恒湿的环境，其工作原理为：先通过蒸发器制冷降低需处理空气的温度至露点除湿，之后通过再热的方式使其达到预设送风状态。

在空调机组的再热过程中，基于制冷系统高温侧制冷剂的再热方式有以下几种：1.利用冷凝全段的冷凝热再热的方式(简称为冷凝再热方式)，这种方式克服了传统电加热再热方式需要消耗额外电能的缺点。再热源来源于制冷系统本身，无需额外消耗能源，回收了冷量，降低了机组冷凝压力，机组能效比较高。2.利用过冷段的冷凝热再热的方式(简称为过冷再热方式)，该方式除了具有冷凝再热的优点之外，相比于冷凝再热的方式，空气与过冷段的换热温差更小，热损失更少，回收效率更高，因此机组能效比更高。但由于过冷段所携带的热量有限，因此过冷再热这种方式可运行范围较窄。

因此这两种基于高温侧制冷剂再热的方式都有自己的局限性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组及控制方法，本发明可以通过切换制冷剂管路的方式来切换不同的高温侧制冷剂再热源，选用合理的再热方式，在保证系统高能效比和满足送风温度的条件下，使整个机组在设计工况范围内均能有效运行。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，包括空气处理单元与冷凝散热单元，冷凝散热单元包括压缩机、冷凝再热流量调节装置、冷凝器及冷凝风机，空气处理单元包括再热器、再热流量调节装置、冷凝再热阀、过冷再热阀、过冷再热流量调节装置、旁通阀、旁通流量调节装置、蒸发器、节流装置和送风风机，

冷凝器、蒸发器分别设有制冷剂通道与空气通道，所述的送风风机与蒸发器的空气通道连通，所述的冷凝风机与冷凝器的空气通道连通，

压缩机排气口、冷凝器的制冷剂通道、过冷再热流量调节装置、过冷再热阀、再热器、再热流量调节装置、节流装置、蒸发器的制冷剂通道、压缩机吸气口通过管路顺序相连，形成制冷剂循环回路，

压缩机排气口还通过冷凝再热管路与再热器入口连通，所述的冷凝再热流量调节装置与冷凝再热阀设置在冷凝再热管路上，

制冷剂循环回路上设置有旁通管路，该旁通管路连通冷凝器的出口与节流装置入口，所述的旁通阀与旁通流量调节装置设置在旁通管路上。

所述的压缩机优选为变频压缩机。

所述的再热器、蒸发器均为风冷型换热器。

所述的蒸发器的进口空气可以为房间的回风、新风或者回风与新风的混风。

所述再热器的进口空气状态为经蒸发器处理后的低温低湿空气。

所述的节流装置的节流面积可变，即为变截面节流装置，选自电子膨胀阀或热力膨胀阀；

所述的冷凝再热流量调节装置、过冷再热流量调节装置、旁通流量调节装置均为变截面流量调节装置，优选电子膨胀阀。

所述的冷凝再热阀、过冷再热阀、旁通阀为起截断作用的调节阀，优选电磁阀或截止阀。

所述的效空调机组根据工作时所需的再热量多少可以分为“少量再热”、“中等再热”、“大量再热”三种工作模式，三种工作模式之间的切换控制策略为：从“少量再热”模式启动，当旁通流量调节装置开度几乎为0，且再热后的空气温度仍低于设计值时切换为“中等再热”模式，当“中等再热”模式下，再热后的空气温度仍低于设计值时切换为“大量再热”模式。

所述的高效空调机组用于“少量再热”工作模式下时，冷凝再热阀关闭，过冷再热阀和旁通阀打开，过冷再热流量调节装置和再热流量调节装置全开，制冷剂在压缩机作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器放热，一部分冷凝的制冷剂通过管道进入再热器进一步过冷放热，另一部分则通过管道经过旁通流量调节装置，与另一部分制冷剂在节流装置前汇合后共同节流进入蒸发器，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机的吸气口返回压缩机，完成制冷循环。

“少量再热”工作模式下的控制策略为：所述的压缩机的转速根据蒸发器的冷负荷进行调节，节流装置的开度保证压缩机吸气口的吸气过热度，旁通流量调节装置的开度根据再热后的空气温度进行调节。当旁通流量调节装置达到最大开度且再热后送风温度仍高于设定值时，可以减小过冷再热流量调节装置或再热流量调节阀的开度做进一步温度调节。

所述的高效空调机组用于“中等再热”工作模式下时，冷凝再热阀和旁通阀关闭，过冷再热阀打开，过冷再热流量调节装置全开，制冷剂在压缩机作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器放热，通过管道进入再热器进一步过冷放热，通过节流装置节流后进入蒸发器，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机的吸气口返回压缩机，完成制冷循环；

“中等再热”工作模式下的控制策略为，所述的压缩机的转速根据蒸发器的冷负荷进行调节，节流装置的开度保证压缩机吸气口的吸气过热度。

所述的高效空调机组用于“大量再热”工作模式下时，冷凝再热阀和过冷再热阀打开，旁通阀关闭，过冷再热流量调节装置和再热流量调节装置全开，制冷剂在压缩机作用下成为高温高压蒸汽，经连接管一部分进入冷凝器放热，一部分通过管道通过冷凝再热流量调节装置后与另一部分经冷凝器冷凝后的制冷剂汇合，共同进入再热器进一步放热，然后通过管道连接经节流装置节流进入蒸发器，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机的吸气口返回压缩机，完成制冷循环；

“大量再热”工作模式下的控制策略为，所述的压缩机的转速根据蒸发器的冷负荷进行调节，节流装置的开度保证压缩机吸气口的吸气过热度，冷凝再热流量调节装置的开度根据再热后的空气温度进行调节。当冷凝再热流量调节装置达到最大开度且再热后送风温度仍低于设定值时，可以减小过冷再热流量调节装置的开度做进一步温度调节。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.用制冷系统高温废热代替电加热，无需消耗额外的能源再热空气，且可以实现温湿度独立精准控制；

2.基于高温制冷剂再热的方式，回收了系统高温废热，改善了高温侧换热，有效提升了机组性能；

3.根据所需再热量的不同，通过管道的切换使系统在三种工作模式中切换，系统在广泛的运行范围内均处于最佳运行状态，提高了制冷效率。

附图说明

图1为实施例1中基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组的流程示意图。

图2为实施例2的流程示意图。

图3为实施例3的流程示意图。

图中，1为压缩机，2为冷凝器，3为再热器，4为蒸发器，5为冷凝再热流量调节装置，6为过冷再热流量调节装置，7为旁通流量调节装置，8为再热流量调节装置，9为冷凝再热阀，10为过冷再热阀，11为旁通阀，12节流装置，13冷凝风机，14为送风风机，其余为连接管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，如图1所示，包括空气处理单元与冷凝散热单元，冷凝散热单元包括压缩机1、冷凝再热流量调节装置5、冷凝器2及冷凝风机13，空气处理单元包括再热器3、再热流量调节装置8、冷凝再热阀9、过冷再热阀10、过冷再热流量调节装置6、旁通阀11、旁通流量调节装置7、蒸发器4、节流装置12和送风风机14，冷凝器2、蒸发器4分别设有制冷剂通道与空气通道，所述的送风风机14与蒸发器4的空气通道连通，所述的冷凝风机13与冷凝器的空气通道连通。压缩机1排气口、冷凝器2的制冷剂通道、过冷再热流量调节装置6、过冷再热阀10、再热器3、再热流量调节装置8、节流装置12、蒸发器4的制冷剂通道、压缩机1吸气口通过管路顺序相连，形成制冷剂循环回路，压缩机1排气口还通过冷凝再热管路与再热器3入口连通，所述的冷凝再热流量调节装置5与冷凝再热阀9设置在冷凝再热管路上，制冷剂循环回路上设置有旁通管路，该旁通管路连通冷凝器2的出口与节流装置12入口，所述的旁通阀11与旁通流量调节装置7设置在旁通管路上。

具体而言，压缩机1排气口通过连接管15分别与连接管16和连接管19相连，连接管16、冷凝器2通过连接管17分别与旁通阀11、过冷再热流量调节装置6相连，旁通阀11、旁通流量调节装置7、连接管18、连接管21顺序相连，连接管19、冷凝再热流量调节装置5、冷凝再热阀9、再热器3通过管道顺序相连，过冷再热流量调节装置6、过冷再热阀10、通过管道与再热器3顺序相连，再热器3、再热流量调节阀8、连接管20、连接管21、节流装置12、连接管22、蒸发器4、连接管23、压缩机1吸气口顺序相连。

本实施例中，压缩机1优选为变频压缩机。冷凝器2、再热器3、蒸发器4均为风冷型换热器。蒸发器4的进口空气可以为房间的回风、新风或者回风与新风的混风。所述再热器3的进口空气状态为经蒸发器4处理后的低温低湿空气。节流装置12的节流面积可变，即为变截面节流装置，选自电子膨胀阀或热力膨胀阀；冷凝再热流量调节装置5、过冷再热流量调节装置6、旁通流量调节装置7均为变截面流量调节装置，优选电子膨胀阀。冷凝再热阀9、过冷再热阀10、旁通阀11为起截断作用的调节阀，选自电磁阀或截止阀。

高效空调机组根据工作时所需的再热量多少可以分为“少量再热”、“中等再热”、“大量再热”三种工作模式，三种工作模式之间的切换控制策略为：从“少量再热”模式启动，当旁通流量调节装置7开度几乎为0，且再热后的空气温度仍低于设计值时切换为“中等再热”模式，当“中等再热”模式下，再热后的空气温度仍低于设计值时切换为“大量再热”模式。

高效空调机组用于“少量再热”工作模式下时，冷凝再热阀9关闭，过冷再热阀10和旁通阀11打开，过冷再热流量调节装置6和再热流量调节阀8全开，制冷剂在压缩机1作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器2放热，一部分冷凝的制冷剂通过管道进入再热器3进一步过冷放热，另一部分则通过管道经过旁通流量调节装置7，与另一部分制冷剂在节流装置12前汇合后共同节流进入蒸发器4，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机1的吸气口返回压缩机1，完成制冷循环。

“少量再热”工作模式下的控制策略为：压缩机1的转速根据蒸发器4的冷负荷进行调节，节流装置12的开度保证压缩机1吸气口的吸气过热度，旁通流量调节装置7的开度根据再热后的空气温度进行调节，当旁通流量调节装置7的达到最大开度且再热后送风温度仍高于设定值时，可以减小过冷再热流量调节装置6或再热流量调节阀8的开度做进一步温度调节。

高效空调机组用于“中等再热”工作模式下时，冷凝再热阀9和旁通阀11关闭，过冷再热阀10打开，过冷再热流量调节装置6和再热流量调节阀8全开，制冷剂在压缩机1作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器2放热，通过管道进入再热器3进一步过冷放热，通过节流装置12节流后进入蒸发器4，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机1的吸气口返回压缩机1，完成制冷循环；

“中等再热”工作模式下的控制策略为，压缩机1的转速根据蒸发器4的冷负荷进行调节，节流装置12的开度保证压缩机1吸气口的吸气过热度。“中等再热”可以视为介于“少量再热”和“大量再热”的中间状态。

高效空调机组用于“大量再热”工作模式下时，冷凝再热阀9和过冷再热阀10打开，旁通阀11关闭，过冷再热流量调节装置6和再热流量调节阀8全开，制冷剂在压缩机1作用下成为高温高压蒸汽，经连接管一部分进入冷凝器2放热，一部分通过管道通过冷凝再热流量调节装置5后与另一部分经冷凝器2冷凝后的制冷剂汇合，共同进入再热器3进一步放热，然后通过管道连接经节流装置12节流进入蒸发器4，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机1的吸气口返回压缩机1，完成制冷循环；

“大量再热”工作模式下的控制策略为，压缩机1的转速根据蒸发器4的冷负荷进行调节，节流装置12的开度保证压缩机1吸气口的吸气过热度。冷凝再热流量调节装置5的开度根据再热后的空气温度进行调节，当冷凝再热流量调节装置5的达到最大开度且再热后送风温度仍低于设定值时，可以减小过冷再热流量调节装置6的开度做进一步温度调节。

实施例2

一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，如图2所示。与实施例1相比，省略了过冷再热流量调节装置6和再热流量调节装置8。实施例2的优势在于节约了成本，但可以起到相同的调节效果，缺点在于极端情况下(再热量特别小或再热量占冷凝放热比例特别高)的调节能力不及实施例1。

实施例3

一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，如图3所示。与实施例1相比，省略了冷凝再热流量调节装置5和过冷再热流量调节装置6。

“大量再热”工作模式下时，冷凝再热阀9打开，旁通阀11和过冷再热阀10关闭，制冷剂在压缩机1作用下成为高温高压蒸汽，经连接管一部分进入冷凝器2放热，一部分通过制冷剂连接管直接进入再热器3再热空气。然后所有制冷剂经节流装置12节流进入蒸发器4，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机1的吸气口返回压缩机1，完成制冷循环。由再热流量调节装置8调节再热后的温度。

与实施例1相比，实施例3的优势在于节约了成本，但可以起到相同的调节效果，缺点在于“大量再热”模式下仅能使用冷凝再热，机组运行范围及能效比均比实施例1有所下降。

上述实施例中未完整展示制冷剂循环的所有部件，实施过程中，在制冷剂回路设置四通换向阀、储液器、气液分离器、油分离、过滤器、干燥器等常见制冷辅件，均不能视为对本发明进行了实质性改进，应属于本发明保护范围。

上述实施例并不限于单冷系统，热泵系统在制冷工况下使用本发明的技术方案提高制冷性能，应属于本发明保护范围。

上述实施例并不限于风冷系统，水冷系统使用本发明的技术方案提高制冷性能，应属于本发明保护范围。

本文中使用“冷凝再热”、“过冷再热”、“旁通”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“冷凝再热”、“过冷再热”、“旁通”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，但只要不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，其特征在于，包括空气处理单元与冷凝散热单元，冷凝散热单元包括压缩机(1)、冷凝再热流量调节装置(5)、冷凝器(2)及冷凝风机(13)，空气处理单元包括再热器(3)、再热流量调节装置(8)、冷凝再热阀(9)、过冷再热阀(10)、过冷再热流量调节装置(6)、旁通阀(11)、旁通流量调节装置(7)、蒸发器(4)、节流装置(12)和送风风机(14)，

冷凝器(2)、蒸发器(4)分别设有制冷剂通道与空气通道，所述的送风风机(14)与蒸发器(4)的空气通道连通，所述的冷凝风机(13)与冷凝器的空气通道连通，

压缩机(1)排气口、冷凝器(2)的制冷剂通道、过冷再热流量调节装置(6)、过冷再热阀(10)、再热器(3)、再热流量调节装置(8)、节流装置(12)、蒸发器(4)的制冷剂通道、压缩机(1)吸气口通过管路顺序相连，形成制冷剂循环回路，

压缩机(1)排气口还通过冷凝再热管路与再热器(3)入口连通，所述的冷凝再热流量调节装置(5)与冷凝再热阀(9)设置在冷凝再热管路上，

制冷剂循环回路上设置有旁通管路，该旁通管路连通冷凝器(2)的出口与节流装置(12)入口，所述的旁通阀(11)与旁通流量调节装置(7)设置在旁通管路上。

2.根据权利要求1所述的一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，其特征在于，所述的再热器(3)、蒸发器(4)均为风冷型换热器。

3.根据权利要求1所述的一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，其特征在于，所述的蒸发器(4)的进口空气为房间的回风、新风或者回风与新风的混风。

4.根据权利要求1所述的一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，其特征在于，所述再热器(3)的进口空气状态为经蒸发器(4)处理后的低温低湿空气。

5.根据权利要求1所述的一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，其特征在于，所述的节流装置(12)的节流面积可变，即为变截面节流装置，选自电子膨胀阀或热力膨胀阀；

所述的冷凝再热流量调节装置(5)、过冷再热流量调节装置(6)、旁通流量调节装置(7)均为变截面流量调节装置，优选电子膨胀阀。

6.根据权利要求1所述的一种基于高温制冷剂混合再热模式的高效空调机组，其特征在于，所述的冷凝再热阀(9)、过冷再热阀(10)、旁通阀(11)均为起截断作用的调节阀，优选电磁阀或截止阀。

7.权利要求1-6中任一项所述的高效空调机组的控制方法，其特征在于，所述的效空调机组根据工作时所需的再热量多少分为“少量再热”、“中等再热”、“大量再热”三种工作模式，三种工作模式之间的切换控制策略为：从“少量再热”模式启动，当旁通流量调节装置(7)开度为0，且再热后的空气温度仍低于设计值时切换为“中等再热”模式，当“中等再热”模式下，再热后的空气温度仍低于设计值时切换为“大量再热”模式。

8.根据权利要求7所述的高效空调机组的控制方法，其特征在于，所述的高效空调机组用于“少量再热”工作模式下时，冷凝再热阀(9)关闭，过冷再热阀(10)和旁通阀(11)打开，过冷再热流量调节装置(6)和再热流量调节阀(8)全开，制冷剂在压缩机(1)作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器(2)放热，一部分冷凝的制冷剂通过管道进入再热器(3)进一步过冷放热，另一部分则通过管道经过旁通流量调节装置(7)，与另一部分制冷剂在节流装置(12)前汇合后共同节流进入蒸发器(4)，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机(1)的吸气口返回压缩机(1)，完成制冷循环；

“少量再热”工作模式下的控制策略为：所述的压缩机(1)的转速根据蒸发器(4)的冷负荷进行调节，节流装置(12)的开度保证压缩机(1)吸气口的吸气过热度，旁通流量调节装置(7)的开度根据再热后的空气温度进行调节，当旁通流量调节装置(7)的达到最大开度且再热后送风温度仍高于设定值时，可以减小过冷再热流量调节装置(6)或再热流量调节阀(8)的开度做进一步温度调节。

9.根据权利要求7所述的高效空调机组的控制方法，其特征在于，所述的高效空调机组用于“中等再热”工作模式下时，冷凝再热阀(9)和旁通阀(11)关闭，过冷再热阀(10)打开，过冷再热流量调节装置(6)全开，制冷剂在压缩机(1)作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器(2)放热，通过管道进入再热器(3)进一步过冷放热，通过节流装置(12)节流后进入蒸发器(4)，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机(1)的吸气口返回压缩机(1)，完成制冷循环；

“中等再热”工作模式下的控制策略为，所述的压缩机(1)的转速根据蒸发器(4)的冷负荷进行调节，节流装置(12)的开度保证压缩机(1)吸气口的吸气过热度。

10.根据权利要求7所述的高效空调机组的控制方法，其特征在于，所述的高效空调机组用于“大量再热”工作模式下时，冷凝再热阀(9)和过冷再热阀(10)打开，旁通阀(11)关闭，过冷再热流量调节装置(6)和再热流量调节阀(8)全开，制冷剂在压缩机(1)作用下成为高温高压蒸汽，经连接管一部分进入冷凝器(2)放热，一部分通过管道通过冷凝再热流量调节装置(5)后与另一部分经冷凝器(2)冷凝后的制冷剂汇合，共同进入再热器(3)进一步放热，然后通过管道连接经节流装置(12)节流进入蒸发器(4)，蒸发吸热，冷却空气，再从压缩机(1)的吸气口返回压缩机(1)，完成制冷循环；

“大量再热”工作模式下的控制策略为，所述的压缩机(1)的转速根据蒸发器(4)的冷负荷进行调节，节流装置(12)的开度保证压缩机(1)吸气口的吸气过热度，冷凝再热流量调节装置(5)的开度根据再热后的空气温度进行调节，当冷凝再热流量调节装置(5)达到最大开度且再热后送风温度仍低于设定值时，可以减小过冷再热流量调节装置(6)的开度做进一步温度调节。