一种换热器、制热水循环机组及其控制方法与流程

[0001]
本公开涉及空调技术领域，具体涉及一种换热器、制热水循环机组及其控制方法。


背景技术：

[0002]
多功能热水机的制热运行范围一般在35～-35℃，不过在35～-7℃范围内，不会进入频繁化霜的状态，可以长久运行。不过也会有异常情况，比如我国的长江沿岸地区，湿度太大，温度小于0℃时会有大量结霜，此时整机的化霜负荷非常大，会占有非常大的整机负荷输出，而且也会化霜不干净、频繁化霜等问题。
[0003]
从另一个角度来讲，当外界环温-7～-35℃时，此时翅片会有大量结霜，且由于翅片间距过小，管间距过小，结霜厚度厚导致整个翅片通风困难；环温过低再加上此时的换热能力由于通风困难大幅降低，会导致化霜难度大幅增高；增高整机运行的危险性，此时很容易出现高低压等故障。
[0004]
如果再出现低温带液等致命问题，会对压缩机产生不可恢复的损伤，从而降低整机的使用寿命，对整机的可靠性产生威胁，这些都是目前机组原始方案导致出来的问题。
[0005]
从以上问题来看，目前的只适用于常温段的高换热性能翅片已经无法满足多功能热水机运行范围持续拉大面临的问题。
[0006]
由于现有技术中的只适用于常温段的换热器的高换热性能翅片已经无法满足多功能热水机大温度运行范围、工况适用范围较小等技术问题，因此本公开研究设计出一种换热器、制热水循环机组及其控制方法。


技术实现要素：

[0007]
因此，本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中适用于常温段的换热器的高换热性能翅片已经无法满足多功能热水机大温度运行范围、工况适用范围较小的缺陷，从而提供一种换热器、制热水循环机组及其控制方法。
[0008]
为了解决上述问题，本公开提供一种换热器，其包括：
[0009]
换热管和换热翅片，所述换热翅片穿设在所述换热管上，并且所述换热翅片为至少两个、至少两个所述换热翅片组成一组换热翅片组；且在相邻两组换热翅片组中，第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间的间距沿着气流流动方向逐渐减小，所述间距为垂直于气流流动方向的距离。
[0010]
在一些实施方式中，所述第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与所述第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间夹设角度θ，并有0＜θ＜45
°
。
[0011]
在一些实施方式中，所述换热翅片组包括第一换热翅片和第三换热翅片，在气流流动方向的上游侧、所述第一换热翅片的迎风端和所述第三换热翅片的迎风端相接，在气流流动方向的下游侧、所述第一换热翅片的背风端和所述第三换热翅片的背风端间隔开。
[0012]
在一些实施方式中，所述换热翅片组还包括第二换热翅片，所述第二换热翅片位于所述第一换热翅片和所述第三换热翅片中间，且在气流流动方向的上游侧、所述第二换热翅片的迎风端和所述第一换热翅片的迎风端、所述第三换热翅片的迎风端均相接。
[0013]
在一些实施方式中，在气流流动方向的下游侧，所述第二换热翅片的背风端和所述第一换热翅片的背风端间隔开，同时所述第二换热翅片的背风端也和所述第三换热翅片的背风端间隔开。
[0014]
在一些实施方式中，所述第二换热翅片的换热面与所述换热管的轴线方向相垂直设置；和/或，所述第二换热翅片与所述换热管固定设置；和/或，在沿着气流流动方向、位于所述第二换热翅片的上游侧还设置有风量传感器。
[0015]
本公开还提供一种制热水循环机组，其包括前任一项所述的换热器，且所述换热器为第一换热装置，还包括第二换热装置和压缩机、第三换热装置、控制阀，所述第一换热装置和所述第二换热装置并联设置，所述控制阀设置在所述第一换热装置和所述第二换热装置相交的管路位置，通过控制所述控制阀能够控制所述第一换热装置和所述第二换热装置中的其中一个打开、另一个关闭，且所述第一换热装置的工作温度范围≤所述第二换热装置的工作温度范围。
[0016]
在一些实施方式中，所述制热水循环机组的工作温度范围为(a℃，b℃]，并有所述第一换热装置的工作温度范围为(a℃，n℃]，所述第二换热装置的工作温度范围为(n℃，b℃]，其中a＜n＜b；检测得室外环境温度为te：当a＜te≤n时，通过控制所述控制阀打开所述第一换热装置，关闭所述第二换热装置；当n＜te≤b时，通过控制所述控制阀打开所述第二换热装置，关闭所述第一换热装置，其中n值为切换温度点。
[0017]
在一些实施方式中，所述控制阀为三通阀：
[0018]
当a＜te≤n时，控制所述三通阀切换到on状态；
[0019]
当n＜te≤b时，控制所述三通阀切换到off状态。
[0020]
在一些实施方式中，切换温度点n计算如下：
[0021][0022]
式中：为温度计算系数，tw为实际化霜温度，0～t1为化霜传感器数据传回时间。
[0023]
在一些实施方式中，当所述第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与所述第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间夹设角度θ，并有0＜θ＜45
°
时，风量最大时的角度为θ1；
[0024]
设定额定风量为q，翅片长为l，翅片间距为l1，翅片宽l2，翅片数量为m；
[0025]
额定进风风速v1计算为：v1＝q/((m-1)*l1*l2)
[0026]
实际进风风速v计算为：
[0027]
v＝q/((m-1)*(l1-2*l*sinθ)*l2)
[0028]
则风速差δv＝v-v1，计算得如下
[0029]
[0030]
在一些实施方式中，当所述第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与所述第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间夹设角度θ，并有0＜θ＜45
°
时，风量最大的角度为θ1；
[0031]
设定额定风量为q，翅片长为l，翅片间距为l1，翅片宽l2，翅片数量为m；
[0032]
风量最大时的进风风速v计算为：
[0033]
v2＝q/((m-1)*(l1-2*l*sinθ1)*l2)
[0034]
以此低温换热装置启动后，便直接将翅片角度调整至θ1运行3min；然后角度θ每t1s调整一次，调整计算如下:
[0035]
θ＝θ1*(v/v2)进一步计算得到如下
[0036]
本公开还提供一种如前任一项所述制热水循环机组的控制方法，其中：所述制热水循环机组的工作运行范围为(a℃，b℃]，并有所述第一换热装置(3)的工作温度范围为(a℃，n℃]，所述第二换热装置(4)的工作温度范围为(n℃，b℃]，其中a＜n＜b；检测得室外环境温度为te：
[0037]
当a＜te≤n时，控制所述控制阀打开所述第一换热装置，关闭所述第二换热装置；当n＜te≤b时，控制所述控制阀打开所述第二换热装置，关闭所述第一换热装置，其中n值为切换温度点。
[0038]
本公开提供的一种换热器、制热水循环机组及其控制方法具有如下有益效果：
[0039]
本公开通过将至少两个换热翅片设置为一个换热翅片组，并且使得相邻两个换热翅片组中、第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间的间距沿着气流流动方向逐渐减小，能够使得形成翅片之间间距沿着气流流动方向逐渐减小，形成大翅片距，从而有效地提高风速，进而有效地提升风量，进一步提高换热翅片的换热能力，保证换热翅片间的通风正常、有效地提高化霜能力，能够有效满足多功能热水机的大温度运行范围，提高工况适用范围；在运行初始根据不同的运行工况(室外环境温度)控制该换热装置的翅片之间的夹角θ大小，从而在不增加功率的情况下加大风量，加大翅片换热量，减轻超温运行时的压缩机负荷；将之整机控制系统结合，并设计控制策略，结合整机外部工况，自动切换模式以及调整需求能力对应到低温换热装置上，从而使得机组能够适应大范围运行的需求；从而消除频繁化霜问题、避免高低压故障或者低温带液等问题，降低压缩机多余启动次数，提高压缩机寿命，从而提高整机运行可靠性；保证机组平稳运行，持续向室内输入热量保证用户的使用舒适性。
附图说明
[0040]
图1是本公开的制热水循环机组的系统结构图；
[0041]
图2是本公开的换热翅片间夹角θ与换热能力(风量)的对应曲线图；
[0042]
图3是本公开的换热翅片间存在夹角θ时的俯视结构示意图。
[0043]
附图标记表示为：
[0044]
1、换热管；2、换热翅片；21、第一换热翅片；22、第二换热翅片；23、第三换热翅片；3、第一换热装置；4、第二换热装置；5、压缩机；6、第三换热装置；7、控制阀；8、气液分离器；
9、风机。
具体实施方式
[0045]
如图1-3所示，本公开提供一种换热器，其包括：
[0046]
换热管1和换热翅片2，所述换热翅片2穿设在所述换热管1上，并且所述换热翅片2为至少两个、至少两个所述换热翅片2组成一组换热翅片组；且在相邻两组换热翅片组中，第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间的间距沿着气流流动方向逐渐减小，所述间距为垂直于气流流动方向的距离。
[0047]
本公开通过将至少两个换热翅片设置为一个换热翅片组，并且使得相邻两个换热翅片组中、第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间的间距沿着气流流动方向逐渐减小，能够使得形成翅片之间间距沿着气流流动方向逐渐减小，形成大翅片距，从而有效地提高风速，进而有效地提升风量，进一步提高换热翅片的换热能力，保证换热翅片间的通风正常、有效地提高化霜能力，能够有效满足多功能热水机的大温度运行范围，提高工况适用范围。
[0048]
在一些实施方式中，所述第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与所述第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间夹设角度θ，并有0＜θ＜45
°
。
[0049]
本公开在运行初始根据不同的运行工况(室外环境温度)控制该换热装置的翅片之间的夹角θ大小，从而在不增加功率的情况下加大风量，加大翅片换热量，减轻超温运行时的压缩机负荷；将之整机控制系统结合，并设计控制策略，结合整机外部工况，自动切换模式以及调整需求能力对应到低温换热装置上，从而使得机组能够适应大范围运行的需求；从而消除频繁化霜问题、避免高低压故障或者低温带液等问题，降低压缩机多余启动次数，提高压缩机寿命，从而提高整机运行可靠性；保证机组平稳运行，持续向室内输入热量保证用户的使用舒适性。
[0050]
现有空调领域中普遍使用平行翅片，换热能力有限。本公开的翅片角度θ增大可以增强进风速度，在整机内侧制造低压区，持续从外界吸取风量，从而增强低温冷凝器的换热能力；
[0051]
值得注意的是θ的范围为0～45度，在之间有一个最高风量点θ1，即θ大了不行(太大了就会导致风阻骤然升高，反而影响综合风量。)，小了也不行(太小接近平行翅片、风速和风量难以得到提升)。
[0052]
在一些实施方式中，所述换热翅片组包括第一换热翅片21和第三换热翅片23，在气流流动方向的上游侧、所述第一换热翅片21的迎风端和所述第三换热翅片23的迎风端相接，在气流流动方向的下游侧、所述第一换热翅片21的背风端和所述第三换热翅片23的背风端间隔开。这是本公开的换热翅片组的优选结构形式，通过第一换热翅片和第三换热翅片的设置、第一换热翅片和第三换热翅片在气流上游端(迎风端)相接设置，第一换热翅片和第三换热翅片在气流下游端(背风端)分隔开，能够使得换热翅片组形成沿着气流流动方向的“<”形状，从而使得两个相邻换热翅片组之间的气流流动空间形成气流流动面积逐渐
减小的结构，进而使得气流的速度逐渐增大，推动风量逐渐增大，提高了气流与换热翅片之间的换热能力。
[0053]
在一些实施方式中，所述换热翅片组还包括第二换热翅片22，所述第二换热翅片22位于所述第一换热翅片21和所述第三换热翅片23中间，且在气流流动方向的上游侧、所述第二换热翅片22的迎风端和所述第一换热翅片21的迎风端、所述第三换热翅片23的迎风端均相接。这是本公开的换热翅片组的进一步优选结构形式，通过第二换热翅片的设置使得三个换热翅片组成一个换热翅片组，三个翅片的迎风端均相接、有效提高了换热翅片组的结构强度，并且一块肋片变成三片形成加强型肋片效应，可以增加换热能力。
[0054]
图3为现拟开发翅片间距不平行局部示意图，其中3个翅片通过特殊工艺处理，将3个翅片连为一组，其中第一换热翅片21、第三换热翅片23可通过调节机构控制达到与旁边翅片θ的变化，其中第二换热翅片2为固定在冷媒铜管上的翅片,通过加以风量传感器以及控制装置，感知并通过负反馈控制调节θ的变化，达到最大的出风量要求。
[0055]
在一些实施方式中，在气流流动方向的下游侧，所述第二换热翅片22的背风端和所述第一换热翅片21的背风端间隔开，同时所述第二换热翅片22的背风端也和所述第三换热翅片23的背风端间隔开。通过第二换热翅片的背风端的设置，使得第二换热翅片的背风端与第一换热翅片的背风端间隔、同时第二换热翅片的背风端也与第三换热翅片的背风端间隔，能够有效使得第一和第三换热翅片之间的背风端之间张得更开，使得相邻两个换热翅片组之间的夹角更大，提高风速的效果更佳明显，进一步提高风量。
[0056]
在一些实施方式中，所述第二换热翅片22的换热面与所述换热管1的轴线方向相垂直设置；和/或，所述第二换热翅片22与所述换热管1固定设置；和/或，在沿着气流流动方向、位于所述第二换热翅片22的上游侧还设置有风量传感器。本公开通过第二换热翅片的换热面与换热管的轴线方向垂直设置，能够保证其与换热管之间的牢固结合长度，固定设置能够保证第二换热翅片减少晃动、对第一和第三换热翅片形成良好的固定效果，通过风量传感器能够检测得到翅片迎风侧的风量，相对于现有平行设置的翅片而言提高了风量、提高了换热效果。
[0057]
本公开还提供一种制热水循环机组，其包括前任一项所述的换热器，且所述换热器为第一换热装置3(优选为室外低温换热器)，还包括第二换热装置4(优选为室外常温换热器)和压缩机5、第三换热装置6(优选为室内制热水换热器)、控制阀7，所述第一换热装置3和所述第二换热装置4并联设置，所述控制阀7设置在所述第一换热装置3和所述第二换热装置4相交的管路位置，通过控制所述控制阀7能够控制所述第一换热装置3和所述第二换热装置4中的其中一个打开、另一个关闭，且所述第一换热装置3的工作温度范围≤所述第二换热装置4的工作温度范围。
[0058]
本公开在常温冷凝器旁再并联一个可控的低温冷凝器，低温冷凝器设计采用大管距，大翅片距从而适应超低温运行时的高结霜情况，保证机组通风正常，依然会有足够化霜能力；使用制动结构控制该冷凝器的翅片从而在不增加功率的情况下加大风量，加大翅片换热量，减轻超低温运行时的压缩机负荷；将之整机控制系统结合，并设计控制策略，结合整机外部工况，自动切换模式以及调整需求能力对应到低温冷凝器上，从而使得机组能够适应大范围运行的需求；从而消除频繁化霜问题、避免高低压故障或者低温带液等问题，降低压缩机多余启动次数，提高压缩机寿命，从而提高整机运行可靠性；保证机组平稳运行，
持续向室内输入热量保证用户的使用舒适性。
[0059]
在一些实施方式中，所述制热水循环机组的工作温度范围为(a℃，b℃]，并有所述第一换热装置3的工作温度范围为(a℃，n℃]，所述第二换热装置4的工作温度范围为(n℃，b℃]，其中a＜n＜b；检测得室外环境温度为te：当a＜te≤n时，通过控制所述控制阀打开所述第一换热装置，关闭所述第二换热装置；当n＜te≤b时，通过控制所述控制阀打开所述第二换热装置，关闭所述第一换热装置，其中n值为切换温度点。
[0060]
在一些实施方式中，所述控制阀为三通阀：
[0061]
当a＜te≤n时，控制所述三通阀切换到on状态；
[0062]
当n＜te≤b时，控制所述三通阀切换到off状态。
[0063]
在一些实施方式中，切换温度点n计算如下：
[0064][0065]
式中：为温度计算系数，tw为实际化霜温度，0～t1为化霜传感器数据传回时间；te越低两者差值会越大，从而导致系数增大，说明整机运行情况越恶劣，结霜越严重，从而导致切换点温度上升，机组提前进入低温运行模式，从而保护整机运行可靠性；
[0066]
在一些实施方式中，设定翅片角度θ的范围为0～45
°
，设定最佳风量角度为θ1；
[0067]
当所述第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与所述第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间夹设角度θ，并有0＜θ＜45
°
时，风量最大时的角度为θ1；
[0068]
设定额定风量为q，翅片长为l，翅片间距为l1，翅片宽l2，翅片数量为m；
[0069]
额定进风风速v1计算为：v1＝q/((m-1)*l1*l2)
[0070]
实际进风风速v计算为：
[0071]
v＝q/((m-1)*(l1-2*l*sinθ)*l2)
[0072]
则风速差δv＝v-v1，计算得如下
[0073][0074]
在一些实施方式中，当所述第一组换热翅片组中的靠近所述第二组换热翅片组的换热翅片、与所述第二组换热翅片组中的靠近所述第一组换热翅片组的换热翅片之间夹设角度θ，并有0＜θ＜45
°
时，风量最大的角度为θ1；
[0075]
设定额定风量为q，翅片长为l，翅片间距为l1，翅片宽l2，翅片数量为m；
[0076]
风量最大时的进风风速v计算为：
[0077]
v2＝q/((m-1)*(l1-2*l*sinθ1)*l2)
[0078]
以此低温换热装置启动后，便直接将翅片角度调整至θ1运行3min；然后角度θ每t1s调整一次，调整计算如下:
[0079]
θ＝θ1*(v/v2)进一步计算得到如下
[0080]
本公开还提供一种如前任一项所述制热水循环机组的控制方法，其中，所述制热水循环机组的工作运行范围为(a℃，b℃]，并有所述第一换热装置3的工作温度范围为(a℃，n℃]，所述第二换热装置4的工作温度范围为(n℃，b℃]，其中a＜n＜b；检测得室外环境温度为te：
[0081]
当a＜te≤n时，控制所述控制阀打开所述第一换热装置，关闭所述第二换热装置；当n＜te≤b时，控制所述控制阀打开所述第二换热装置，关闭所述第一换热装置，其中n值为切换温度点。
[0082]
本公开在常温冷凝器(第二换热装置4)旁再并联一个可控的低温冷凝器(第一换热装置3)，低温冷凝器设计采用大管距，大翅片距从而适应超低温运行时的高结霜情况，保证机组通风正常，依然会有足够化霜能力；使用制动结构控制该冷凝器的翅片从而在不增加功率的情况下加大风量，加大翅片换热量，减轻超低温运行时的压缩机负荷；将之整机控制系统结合，并设计控制策略，结合整机外部工况，自动切换模式(当a＜te≤n时，控制所述控制阀打开所述第一换热装置，关闭所述第二换热装置；当n＜te≤b时，控制所述控制阀打开所述第二换热装置，关闭所述第一换热装置)以及调整需求能力对应到低温冷凝器上，从而使得机组能够适应大范围运行的需求；从而消除频繁化霜问题、避免高低压故障或者低温带液等问题，降低压缩机多余启动次数，提高压缩机寿命，从而提高整机运行可靠性；保证机组平稳运行，持续向室内输入热量保证用户的使用舒适性。
[0083]
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。

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