本技術(shù)涉及新風(fēng)制冷機，尤其是涉及一種高效冷凝散熱的新風(fēng)制冷機。

背景技術(shù)：

1、全新風(fēng)制冷機適用于需要大面積新風(fēng)處理的工業(yè)應(yīng)用場合，例如在船舶制造行業(yè)船艙內(nèi)需提供長時間新風(fēng)通風(fēng)的情況。它能夠?qū)π嘛L(fēng)進行降溫處理，為應(yīng)用場地提供舒適的環(huán)境。全新風(fēng)制冷機通常運用蒸汽壓縮制冷循環(huán)的原理，將室外新風(fēng)通過蒸發(fā)側(cè)換熱器降溫，然后送入應(yīng)用場地。

2、直接處理新風(fēng)是全新風(fēng)制冷機的一個特點。它的負(fù)荷大小直接取決于新風(fēng)流量和溫差，負(fù)荷規(guī)模大，能耗也相對較高。與傳統(tǒng)空氣制冷設(shè)備不同，其蒸發(fā)和冷凝側(cè)狀態(tài)都直接受新風(fēng)狀況影響，難以實現(xiàn)優(yōu)化控制。尤其是在高溫工況下，制冷循環(huán)的冷凝溫度較高，抑制了循環(huán)效率。因此提升冷凝側(cè)的散熱效率對改善全新風(fēng)制冷機的整體性能影響很大。

3、此外，由于直接處理環(huán)境新風(fēng)，全新風(fēng)制冷機需要適應(yīng)不同條件下的新風(fēng)工況。其系統(tǒng)負(fù)荷也隨環(huán)境和應(yīng)用條件而變化，給機組匹配和調(diào)節(jié)帶來挑戰(zhàn)。盡管理論上可以采用全變頻壓縮機的形式對系統(tǒng)能力加以調(diào)節(jié)，但實際應(yīng)用中存在諸多問題：比如新風(fēng)制冷機能耗高，對成本敏感，而壓縮機變頻器需要增加額外的成本。大部分新風(fēng)制冷機為移動式使用，對耐振動等可靠性要求高，采用變頻壓縮機很難平衡不同頻率下的振動特性，難以始終保障可靠運行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高效冷凝散熱的新風(fēng)制冷機，在結(jié)構(gòu)上采用高效冷凝散熱方式，在冷凝側(cè)設(shè)置四個換熱器并巧妙排布，合理分配給兩個制冷劑循環(huán)回路，實現(xiàn)制冷劑側(cè)和空氣側(cè)的更優(yōu)換熱匹配；在控制上采用定頻壓縮機+變頻風(fēng)機的部件控制方案，可降低設(shè)備成本、控制復(fù)雜度、故障率，避免變頻壓縮機散熱、振動等問題，同時借助制冷劑側(cè)兩級離散調(diào)節(jié)和空氣側(cè)風(fēng)量連續(xù)調(diào)節(jié)的合理搭配，可以實現(xiàn)媲美變頻壓縮機調(diào)節(jié)的性能調(diào)控方法，機組可覆蓋30％～100％的能力調(diào)節(jié)范圍。

2、本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、本實用新型提供一種高效冷凝散熱的新風(fēng)制冷機，包括制冷劑循環(huán)流路、新風(fēng)空氣流路、冷凝散熱空氣流路；

4、所述制冷劑循環(huán)流路包括第一制冷劑循環(huán)流路和第二制冷劑循環(huán)流路；

5、所述第一制冷劑循環(huán)流路包括順序連接的第一壓縮機、冷凝器制冷劑通道第一模組、第一節(jié)流元件、第一蒸發(fā)器的制冷劑通道；

6、所述第二制冷劑循環(huán)流路包括順序連接的第二壓縮機、冷凝器制冷劑通道第二模組、第二節(jié)流元件、第二蒸發(fā)器的制冷劑通道；

7、所述新風(fēng)空氣流路包括依次連接的第一蒸發(fā)器的空氣通道、第二蒸發(fā)器的空氣通道、送風(fēng)風(fēng)機；

8、所述冷凝散熱空氣流路為兩側(cè)對稱形式分布，所述新風(fēng)制冷機的冷凝側(cè)設(shè)有4個呈交錯分布冷凝器，其中第一冷凝器設(shè)于一側(cè)的冷凝散熱進風(fēng)空氣流路的下游，第二冷凝器設(shè)于另一側(cè)冷凝散熱進風(fēng)空氣流路的上游，第一冷凝器、第二冷凝器的制冷劑通道串聯(lián)，用于第一制冷劑循環(huán)流路，第三冷凝器設(shè)于第二冷凝器同側(cè)的冷凝散熱進風(fēng)空氣流路下游，第四冷凝器設(shè)于第一冷凝器同側(cè)的冷凝散熱進風(fēng)空氣流路上游，第三冷凝器、第四冷凝器的制冷劑通道串聯(lián)，用于第二制冷劑循環(huán)流路。

9、進一步地，所述新風(fēng)制冷機還包括冷凝散熱風(fēng)機，兩側(cè)的冷凝散熱空氣流路匯聚后并為一路，并經(jīng)冷凝散熱風(fēng)機排出；

10、所述新風(fēng)空氣流路與第一制冷劑循環(huán)流路通過第一蒸發(fā)器實現(xiàn)換熱式連接，與第二制冷劑循環(huán)流路通過第二蒸發(fā)器實現(xiàn)換熱式連接；

11、所述第一制冷劑循環(huán)流路和第二制冷劑循環(huán)流路在制冷劑側(cè)為并聯(lián)關(guān)系，在空氣側(cè)為串、并聯(lián)同時存在的關(guān)系。

12、進一步地，所述第一制冷劑循環(huán)流路包括順序連接的第一壓縮機、第一冷凝器的制冷劑通道、第二冷凝器的制冷劑通道、第一節(jié)流元件、第一蒸發(fā)器的制冷劑通道；

13、所述第二制冷劑循環(huán)流路包括順序連接的第二壓縮機、第三冷凝器的制冷劑通道、第四冷凝器的制冷劑通道、第二節(jié)流元件、第二蒸發(fā)器的制冷劑通道。

14、進一步地，所述冷凝散熱空氣流路的進風(fēng)一側(cè)與第一制冷劑循環(huán)流路的第二冷凝器、第二制冷劑循環(huán)流路的第三冷凝器依次換熱式連接，所述冷凝散熱空氣流路的進風(fēng)另一側(cè)與第二制冷劑循環(huán)流路的第四冷凝器、第一制冷劑循環(huán)流路的第一冷凝器依次換熱式連接。

15、進一步地，本實用新型提供另一種冷凝側(cè)換熱器連接方式，所述第一冷凝器和第三冷凝器并聯(lián)，用于第一制冷劑循環(huán)流路中；

16、所述第二冷凝器和第四冷凝器并聯(lián)，用于第二制冷劑循環(huán)流路中。

17、進一步地，所述冷凝散熱空氣流路的進風(fēng)一側(cè)與第二制冷劑循環(huán)流路的第二冷凝器、第一制冷劑循環(huán)流路的第三冷凝器依次換熱式連接，所述冷凝散熱空氣流路的進風(fēng)另一側(cè)與第二制冷劑循環(huán)流路的第四冷凝器、第一制冷劑循環(huán)流路的第一冷凝器依次換熱式連接。

18、進一步地，本實用新型還提供一種冷凝側(cè)換熱器布置方式。即兩個制冷劑循環(huán)流路共用合并的冷凝器。該方式在結(jié)構(gòu)布置上更為簡單。

19、進一步地，所述第一壓縮機和第二壓縮機均為定頻壓縮機形式；

20、所述送風(fēng)風(fēng)機為預(yù)設(shè)變頻范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)形式的風(fēng)機。

21、所述冷凝散熱風(fēng)機為無級調(diào)節(jié)方式的風(fēng)機，或者為高速-低速兩檔的有級調(diào)節(jié)方式的風(fēng)機。

22、進一步地，所述新風(fēng)制冷機的新風(fēng)進風(fēng)處和出風(fēng)處均設(shè)有溫度傳感器或溫濕度傳感器；

23、所述新風(fēng)制冷機的控制目標(biāo)為新風(fēng)送風(fēng)溫度或應(yīng)用場所的回風(fēng)溫度；

24、所述新風(fēng)制冷機的系統(tǒng)制冷負(fù)荷范圍基于進風(fēng)口采集的新風(fēng)狀態(tài)計算得到。

25、進一步地，所述第一節(jié)流元件和第二節(jié)流元件為毛細(xì)管、節(jié)流短管、熱力膨脹閥或電子膨脹閥中的一種。本技術(shù)方案優(yōu)選電子膨脹閥，以實現(xiàn)自動化控制。

26、本實用新型一種高效冷凝散熱的新風(fēng)制冷機，制冷劑工作流程為：第一蒸發(fā)器中的低溫低壓制冷劑被第一壓縮機吸入并壓縮到高溫高壓狀態(tài)，從第一壓縮機流出后進入到第一冷凝器向流經(jīng)的較高溫空氣初步放熱，再流經(jīng)第二冷凝器向另一側(cè)空氣通道中的較低溫空氣進一步放熱，從而轉(zhuǎn)為制冷劑過冷液體狀態(tài)。從第二冷凝器出來的過冷制冷劑經(jīng)第一節(jié)流元件節(jié)流，成為低溫低壓的兩相態(tài)制冷劑，回到第一蒸發(fā)器從另一側(cè)通道中的空氣取熱，重新轉(zhuǎn)變?yōu)橹评鋭┻^熱氣體，繼續(xù)被第一壓縮機吸入，重復(fù)上述過程，從而構(gòu)成第一制冷劑循環(huán)。

27、第二蒸發(fā)器中的低溫低壓制冷劑被第二壓縮機吸入并壓縮到高溫高壓狀態(tài)，從第二壓縮機流出后進入到第三冷凝器向流經(jīng)的較高溫空氣初步放熱，再流經(jīng)第四冷凝器向另一側(cè)空氣通道中的較低溫空氣進一步放熱，從而轉(zhuǎn)為制冷劑過冷液體狀態(tài)。從第四冷凝器出來的過冷制冷劑經(jīng)第二節(jié)流元件節(jié)流，成為低溫低壓的兩相態(tài)制冷劑，回到第二蒸發(fā)器從另一側(cè)通道中的空氣取熱，重新轉(zhuǎn)變?yōu)橹评鋭┻^熱氣體，繼續(xù)被第二壓縮機吸入，重復(fù)上述過程，從而構(gòu)成第二制冷劑循環(huán)。

28、新風(fēng)空氣處理流程為：環(huán)境新風(fēng)在送風(fēng)風(fēng)機的驅(qū)動下，進風(fēng)先流經(jīng)第一蒸發(fā)器的空氣通道，與另一側(cè)制冷劑通道中的低溫制冷劑換熱，被初步降溫(并可能伴隨一部分除濕)；再流經(jīng)第二蒸發(fā)器的空氣通道，同樣與制冷劑通道中的溫度更低的制冷劑換熱，被進一步降溫除濕后，由送風(fēng)機送出至應(yīng)用場所。

29、冷凝散熱空氣工作流程為：在冷凝散熱風(fēng)機的驅(qū)動下，散熱空氣進風(fēng)從兩側(cè)對稱分布吸入，一側(cè)先流經(jīng)第二冷凝器的空氣通道與另一側(cè)通道中第一制冷劑循環(huán)回路的制冷劑換熱，以形成較大的制冷劑過冷度，同時該空氣被初步升溫，再流經(jīng)第三冷凝器的空氣通道，同另一側(cè)制冷劑通道中第二制冷劑循環(huán)流路從壓縮機排出的高溫制冷劑換熱，帶走其大部分冷凝熱；類似地，散熱空氣進風(fēng)在另一側(cè)先流經(jīng)第四冷凝器的空氣通道與另一側(cè)通道中第二制冷劑循環(huán)回路的制冷劑換熱，以形成較大的制冷劑過冷度，同時該空氣被初步升溫，再流經(jīng)第一冷凝器的空氣通道，同另一側(cè)制冷劑通道中第一制冷劑循環(huán)流路從壓縮機排出的高溫制冷劑換熱，帶走其大部分冷凝熱。這兩部分空氣充分換熱后，被冷凝散熱風(fēng)機吸入，作為冷凝排風(fēng)排出。

30、本實用新型中第一壓縮機和第二壓縮機均優(yōu)選定頻壓縮機形式，有利于降低設(shè)備成本和控制復(fù)雜度。

31、送風(fēng)風(fēng)機采取一定范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)形式，例如常規(guī)的35～50hz變頻調(diào)節(jié)。

32、冷凝散熱風(fēng)機采用無級調(diào)節(jié)方式(例如ec變頻調(diào)節(jié))或者高速-低速兩檔的有級調(diào)節(jié)方式。

33、通過以上主要動力部件控制形式的搭配，以及合理的控制算法匹配，本技術(shù)方案可利用盡可能少的成本完成機組大范圍內(nèi)(30％～100％)的能力調(diào)節(jié)。本技術(shù)方案的控制方法為：

34、在新風(fēng)進風(fēng)和出風(fēng)處分別設(shè)置溫度或溫濕度傳感器。允許用戶設(shè)定新風(fēng)送風(fēng)溫度作為控制目標(biāo)(也可以監(jiān)測應(yīng)用場所的回風(fēng)溫度并將其接入機組作為控制目標(biāo))，并依據(jù)進風(fēng)口采集的新風(fēng)狀態(tài)，折算出系統(tǒng)制冷負(fù)荷范圍。

35、壓縮機啟停：當(dāng)新風(fēng)制冷機的制冷負(fù)荷超過最大能力的50％，開啟兩臺壓縮機運行；若新風(fēng)制冷機的制冷負(fù)荷低于最大能力的50％，則關(guān)閉其中一臺，并可結(jié)合運行時長選擇性地關(guān)閉任意一臺，以平衡壓縮機的損耗程度。

36、送風(fēng)風(fēng)機調(diào)速：送風(fēng)機轉(zhuǎn)速抬升，將使得送風(fēng)風(fēng)量增加，進而增大新風(fēng)制冷機的制冷能力；反之則降低新風(fēng)制冷機的制冷能力。當(dāng)新風(fēng)制冷機的制冷負(fù)荷超過最大能力的50％并位于最大能力70％～100％的范圍，或新風(fēng)制冷機的制冷負(fù)荷低于最大能力的50％并位于最大能力35％～50％的范圍，通過改變送風(fēng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)送風(fēng)風(fēng)量，實現(xiàn)系統(tǒng)制冷能力的調(diào)節(jié)。

37、冷凝散熱風(fēng)機調(diào)速：當(dāng)冷凝散熱風(fēng)機運行在高速，流經(jīng)冷凝器的散熱風(fēng)量增大，有利于系統(tǒng)散熱，新風(fēng)制冷機的制冷能力提升；反之，新風(fēng)制冷機的制冷能力下降。配合送風(fēng)風(fēng)機的調(diào)速，可以將新風(fēng)制冷機制冷負(fù)荷超過最大能力的50％(運行兩臺壓縮機)時的調(diào)節(jié)范圍拓寬到60％～100％，將新風(fēng)制冷機制冷負(fù)荷低于最大能力的50％(運行一臺壓縮機)時的調(diào)節(jié)范圍拓寬到30％～60％，從而最終實現(xiàn)系統(tǒng)能力在30％～100％范圍的全覆蓋。

38、在實際控制中，例如送風(fēng)機調(diào)速等可以采取pid等反饋控制算法。最終表現(xiàn)為當(dāng)設(shè)定新風(fēng)送風(fēng)溫度低于當(dāng)前實際新風(fēng)送風(fēng)溫度，首先送風(fēng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速提升，冷凝散熱風(fēng)機轉(zhuǎn)速提升，進而視需要開啟另一臺壓縮機(如果當(dāng)前低負(fù)荷下只開啟了一臺壓縮機)；當(dāng)設(shè)定新風(fēng)送風(fēng)溫度高于當(dāng)前實際值，則送風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降，散熱風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降，并可能關(guān)停一臺壓縮機(如果當(dāng)前負(fù)荷下兩臺壓縮機已全開)。

39、若冷凝散熱風(fēng)機同樣采用無級變速調(diào)節(jié)，其對新風(fēng)制冷機制冷能力的調(diào)節(jié)范圍同送風(fēng)風(fēng)機有一定的重疊，即在該范圍內(nèi)略高的冷凝散熱風(fēng)機轉(zhuǎn)速+略低的送風(fēng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速和略低的冷凝散熱風(fēng)機轉(zhuǎn)速+略高的送風(fēng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)同樣的制冷能力，此時將在控制算法中預(yù)估二者的功耗大小，并優(yōu)先選擇運行在總功耗更低的模式。

40、上述的略低和略高轉(zhuǎn)速值將在送風(fēng)風(fēng)機和冷凝散熱風(fēng)機二者各自的可調(diào)范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié)，例如方式之一為送風(fēng)風(fēng)機運行在42～50hz范圍，冷凝散熱風(fēng)機運行在低速檔；等價的方式之二為送風(fēng)風(fēng)機運行在35～42hz范圍，冷凝散熱風(fēng)機運行在高速檔。

41、本實用新型中一種高效冷凝散熱的新風(fēng)制冷機，和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

42、1.更高的平均蒸發(fā)溫度和顯熱比(制冷量轉(zhuǎn)化為溫降的效率)：第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器通過兩級不同的蒸發(fā)溫度與流經(jīng)的空氣換熱，形成了梯級形式，第一級蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度較單一蒸發(fā)器更高，一方面能提升循環(huán)能效，另一方面可以增大換熱過程的顯熱比(即更多的制冷量滿足降溫而非除濕)，從而耗費更少的功耗滿足新風(fēng)冷卻需求。

43、2.高效的冷凝散熱結(jié)構(gòu)：冷凝側(cè)采用了四個小換熱器并進行了巧妙的布置，使制冷劑同空氣的換熱過程實現(xiàn)更小的溫差。冷凝散熱進風(fēng)的溫度相對較低，被用于在第二冷凝器和第四冷凝器中分別給第一和第二循環(huán)回路的制冷劑過冷，以實現(xiàn)更大的過冷度，增大循環(huán)效率；被第二和第四冷凝器初步加熱后的空氣進一步同第二和第一制冷劑循環(huán)中壓縮機排出的高溫制冷劑換熱，帶走主要冷凝熱量。換熱過程分配合理。

44、3.更低的成本和更可靠的控制：盡管可以采用全變頻形式的壓縮機以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的機組能力調(diào)節(jié)，但將導(dǎo)致設(shè)備成本、控制復(fù)雜度、故障率的升高，需要考慮壓縮機變頻器抗電磁干擾、變頻器散熱等問題，且變頻壓縮機不同轉(zhuǎn)速下的振動特性不一，需要更復(fù)雜的研究及設(shè)計以保障全頻率范圍內(nèi)的穩(wěn)定可靠。本實用新型采用定頻壓縮機可以避免這些問題。

45、4.媲美無級調(diào)節(jié)的性能調(diào)控方法：制冷劑側(cè)定頻壓縮機的調(diào)節(jié)能力有限，對兩個并聯(lián)回路而言，通過壓縮機啟停僅能實現(xiàn)0％/50％/100％離散檔位的能力調(diào)節(jié)，不能覆蓋中間負(fù)荷(例如75％)，運行在更高負(fù)荷以保障能力或者采用啟停控制，都會額外增加不必要的能耗。本實用新型則進一步輔助空氣側(cè)的能力調(diào)節(jié)方式，基于送風(fēng)風(fēng)機變化送風(fēng)風(fēng)量和冷凝散熱風(fēng)機變化散熱風(fēng)量，分別改變機組蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)的空氣換熱能力，調(diào)節(jié)送入應(yīng)用場所的風(fēng)量，進而起到機組整體能力在較大范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)的效果。最終機組可覆蓋30％～100％范圍，且部分負(fù)荷下更為節(jié)能。