專利名稱：無霜空氣處理機組及其比例-積分-微分控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無霜空氣處理機組及其比例-積分-微分控制方法。
背景技術(shù)：
焓差法制冷空調(diào)性能試驗裝置，往往需要空氣處理機組來控制試驗環(huán)境的溫度和濕度，滿足被試機組的運行工況要求。比如風(fēng)冷冷風(fēng)單元式空氣調(diào)節(jié)機進行名義制冷性能試驗的時候，室外側(cè)試驗環(huán)境間的干濕球溫度要控制在35°C /24°C，而室內(nèi)側(cè)試驗環(huán)境間的干濕球溫度要控制在27°C /19°C，無論室外還是室內(nèi)側(cè)試驗環(huán)境間的干濕球溫度控制都是通過空氣處理機組實現(xiàn)的。按照功能段劃分空氣處理機組可以分為初效過濾段、蒸發(fā)盤管段、加熱盤管段、力口濕盤管段和風(fēng)機段等等。當(dāng)被試機組需要進行融霜工況等濕度極端的條件下，空氣處理機組往往會發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象。即當(dāng)蒸發(fā)器翅片表面溫度低于(TC且低于空氣露點溫度時，翅片表面將會結(jié)霜。結(jié)霜不僅增 加換熱器與空氣的傳熱熱阻，而且增加了空氣側(cè)阻力，導(dǎo)致空氣流量減小，使空氣處理機組制冷量大幅度降低，嚴(yán)重時將導(dǎo)致機組無法正常運行，引起電機燒毀等故障。目前針對空氣處理機組常用的除霜方法有電加熱法、熱氣旁通法和備用機組的方法。電加熱法通過電加熱的方式融霜，簡單易行，但需要消耗高品位的電能，不符合節(jié)能環(huán)保理念；熱氣旁通法是指壓縮機排出的高溫高壓氣體通過旁通管旁通一部分至室蒸發(fā)器(外側(cè)換熱器)進行融霜，缺點是除霜時間較長，且會降低機組出力；所謂備用機組方法，是指當(dāng)一臺空氣處理機組結(jié)霜嚴(yán)重的時候，開啟另外一臺空氣處理機組，兩臺機組交替使用。由于試驗環(huán)境間的溫濕度條件沒有發(fā)生明顯改變，備用機組結(jié)霜后也是難以融霜的，所以這種方法其實也是一種權(quán)宜之計。美國橡樹嶺國家實驗室在“The Development of a Fross-Less Heat Pump” 論文中認(rèn)為向氣液分離器中的制冷劑加入適量的熱量，可以升高壓縮機的吸氣溫度和吸氣壓力，進而可以提高室外蒸發(fā)器盤管表面溫度，降低室外蒸發(fā)器盤管上霜形成和堆積的速度。但是蒸發(fā)器表面溫度的升高會降低與空氣之間的傳熱溫差，制冷劑從空氣中吸收的熱量減少，設(shè)置完全吸收不到熱量而變成完全電加熱；向氣液分離器中加入適量的熱量，并沒有確切的數(shù)值表達，沒有實用價值，而且電加熱器功率不可調(diào)節(jié)，不能隨室外溫度的變化加以調(diào)節(jié)，有可能在室外溫度調(diào)節(jié)不是很惡劣時導(dǎo)致壓縮機排氣溫度過高，影響壓縮機的正常運行，并且有可能導(dǎo)致室內(nèi)送風(fēng)溫度過高，反而降低室內(nèi)熱舒適性。綜上，現(xiàn)有的技術(shù)都只是片面地關(guān)注了空氣處理機組的結(jié)霜和融霜問題，在系統(tǒng)外部間斷地進行除霜，因而不能保證機組以及壓縮機的平穩(wěn)連續(xù)運行，長期使用會影響機組的使用壽命
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:針對現(xiàn)有空氣處理機組運行效率不高，被試機組融霜等高濕工況結(jié)霜，系統(tǒng)壽命短等缺陷，本發(fā)明提供一種運行效率高，監(jiān)測控制精確，在低溫高濕的環(huán)境下能連續(xù)運行，電加熱器功率可根據(jù)室外氣象條件調(diào)節(jié)以降低能耗，能保證壓縮機安全運行，系統(tǒng)壽命長的無霜空氣處理機組，同時還提供了一種該機組的比例-積分-微分控制方法。技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的無霜空氣處理機組，包括沿制冷劑流向依次連接的壓縮機組件、冷凝器、電子膨脹閥和蒸發(fā)器總成構(gòu)成的循環(huán)工作回路，以及可控硅功率調(diào)整器。蒸發(fā)器總成包括風(fēng)機、多支路蒸發(fā)盤管、過熱盤管、溫濕度傳感器、第一溫度傳感器、第一壓力傳感器和計算控制器，過熱盤管設(shè)置在蒸發(fā)器總成中換熱效果最差的位置并與多支路蒸發(fā)盤管平行。多支路蒸發(fā)盤管的制熱出口和過熱盤管的制熱進口連接，溫濕度傳感器和第一壓力傳感器設(shè)置在蒸發(fā)器總成的進風(fēng)口處，第一溫度傳感器設(shè)置在多支路蒸發(fā)盤管的迎風(fēng)前排中換熱最差管路的管壁上，計算控制器采用裝載有露點溫度計算和溫度比較程序的芯片，通過數(shù)據(jù)連接線分別與溫濕度傳感器、第一溫度傳感器、第一壓力傳感器和電子膨脹閥連接。壓縮機組件包括壓縮機、高壓開關(guān)、油分離器、氣液分離器、低壓開關(guān)、可控功率電加熱器、第二溫度傳感器和第二壓力傳感器，氣液分離器的出口經(jīng)低壓開關(guān)與壓縮機的吸氣口連接，壓縮機的排氣口依次通過第一單向閥和高壓開關(guān)后與油分離器的進口連接，低壓開關(guān)與壓縮機吸氣口之間的管路上設(shè)置有一開 口，開口與油分離器的潤滑油出口連接，可控功率電加熱器設(shè)置在氣液分離器中，第二溫度傳感器和第二壓力傳感器分別設(shè)置在壓縮機的吸氣管管壁上和吸氣口處；氣液分離器的進口即壓縮機組件的吸氣端，油分離器的制冷劑出口即壓縮機組件的排氣端，可控硅功率調(diào)整器通過數(shù)據(jù)線分別與第二溫度傳感器、第二壓力傳感器和可控功率電加熱器連接。本發(fā)明中，冷凝器的制冷劑出口和電子膨脹閥之間設(shè)置有儲液器，儲液器的制冷劑進口與冷凝器的制冷劑出口連接，儲液器的制冷劑出口與電子膨脹閥連接。本發(fā)明中，壓縮機的排氣口和高壓開關(guān)之間的管路上設(shè)置有第一單向閥，第一單向閥的流通方向是壓縮機排氣口至高壓開關(guān)的方向。本發(fā)明中，油分離器的潤滑油出口依次連接有過濾網(wǎng)和第一毛細(xì)管，然后再同低壓開關(guān)與壓縮機吸氣口之間管路上的開口連接。本發(fā)明中，多支路蒸發(fā)盤管由多支路蒸發(fā)管構(gòu)成，制冷劑經(jīng)分液裝置分為多路進入這些蒸發(fā)盤管中，并在其中充分換熱，再經(jīng)集氣裝置匯成一路經(jīng)過位于空氣換熱效果最差處的過熱盤管實現(xiàn)過熱。共同過熱段的設(shè)置，使得制冷劑混合均勻，并且獲得一定的過熱度，從而提高了系統(tǒng)的性能，同時系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性也得以保證。對于多支路蒸發(fā)盤管，又包括換熱性能相對較好和換熱性能相對較差的管段，在結(jié)霜工況下由于換熱效果不同，多支路蒸發(fā)管各管段的快速化霜能力也有所不同。而蒸發(fā)器單位時間內(nèi)的總結(jié)霜量集中在最前排管上，尤其第一排。故最易結(jié)霜的管段位于多支路蒸發(fā)管中迎風(fēng)排換熱效果最差的管段。輔助裝置包括溫濕度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、計算控制器、可控硅功率調(diào)整器和可調(diào)功率電加熱器。溫濕度傳感器裝設(shè)在蒸發(fā)器的進風(fēng)口處用于感知空氣的溫度和濕度參數(shù)；第一溫度傳感器裝設(shè)在蒸發(fā)器總成中多支路蒸發(fā)盤管迎風(fēng)前排換熱最差管路的管壁上；第二溫度傳感器裝設(shè)在壓縮機的吸氣管上；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別裝設(shè)在蒸發(fā)器的進風(fēng)側(cè)和壓縮機的吸氣口 ；計算控制器采用裝載有露點溫度計算和溫度比較程序的芯片，計算控制器設(shè)在蒸發(fā)器的入口側(cè)，并通過數(shù)據(jù)連接線與溫濕度傳感器、第一溫度傳感器、第一壓力傳感器和電子膨脹閥連接；可控硅功率調(diào)整器通過數(shù)據(jù)連接線與第二溫度傳感器、第二壓力傳感器和可調(diào)功率電加熱器連接。在融霜等低溫高濕工況下，溫濕度傳感器實時檢測室外側(cè)空氣的溫度和濕度，并傳輸給計算控制器。當(dāng)計算控制器接收到的溫濕度傳感器傳輸來的溫度參數(shù)低于(TC時，則根據(jù)接收到的空氣溫度、濕度、壓力參數(shù)計算空氣的露點溫度，并與接收到的由第一溫度傳感器傳送來的蒸發(fā)器表面溫度參數(shù)進行比較，進而控制電子膨脹閥的開度。機組運行時，經(jīng)壓縮機壓縮排出的氣態(tài)高溫高壓制冷劑經(jīng)過油分離器分離出潤滑油后，進入冷凝器冷凝，電子膨脹閥根據(jù)計算控制器傳輸?shù)倪\算結(jié)果調(diào)節(jié)自身開度，增大或減小制冷劑的流量，改變制冷劑的溫度，從而使蒸發(fā)器翅片表面溫度始終高于結(jié)霜點。節(jié)流后的低溫低壓制冷劑經(jīng)過第二單向閥到蒸發(fā)器，制冷劑在多支路蒸發(fā)盤管中吸收熱量后匯集成一路進入共同的過熱盤管段實現(xiàn)過熱，隨后具有一定過熱度的制冷劑進入氣液分離器，氣液分離器中的可調(diào)功率的加熱器根據(jù)可控硅功率調(diào)整器的傳輸結(jié)果調(diào)節(jié)電加熱功率給制冷劑加熱，從而保證壓縮機進口的吸氣過熱度。最后具有一定過熱度的制冷劑蒸汽回到壓縮機，完成整個制冷循環(huán)。如此連續(xù)不斷循環(huán)在冷凝器中放出熱量。制冷劑在蒸發(fā)器中吸收熱量，對于蒸發(fā)器總成中的多支路蒸發(fā)盤管，換熱效果好的管段蒸發(fā)速率快不容易結(jié)霜，換熱效果差的管段更容易結(jié)霜。而蒸發(fā)器單位時間內(nèi)的總結(jié)霜量集中在最前排 管上，尤其第一排。所以，將第一溫度傳感器裝設(shè)在蒸發(fā)器總成中多支路蒸發(fā)盤管迎風(fēng)前排換熱最差管路的管壁上能檢測到翅片表面的最低溫度。當(dāng)該溫度傳感器檢測到室外蒸發(fā)器盤管出口的壁面溫度無限接近空氣露點溫度即翅片將結(jié)霜時，計算控制器會及時作出反饋，控制增大電子膨脹閥的開度10步長即增大通過蒸發(fā)器的制冷劑流量，蒸發(fā)器內(nèi)的換熱量一定時，流經(jīng)蒸發(fā)器的制冷劑的進出口焓差會減小，制冷劑的溫度會提高，從而提高蒸發(fā)器的翅片表面溫度，維持制冷劑與室外空氣之間足夠的傳熱溫差，使翅片表面始終保持無霜。當(dāng)電子膨脹閥開度增大時，制冷劑流量隨之增大，極易造成蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑不完全蒸發(fā)，即蒸發(fā)器出口的氣態(tài)制冷劑中混有液態(tài)制冷劑，即使安裝氣液分離器也不能做到完全分離，壓縮機進口的吸氣過熱度也會減小，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致壓縮機吸氣帶液，影響壓縮機的安全運行。我們吸收美國橡樹嶺實驗室的觀點并加以提升改進:在氣液分離器中設(shè)置了可調(diào)功率的電加熱器，可控硅功率調(diào)整器通過接收到的壓縮機吸氣溫度和吸氣壓力判斷壓縮機吸氣過熱度，調(diào)節(jié)氣液分離器中的電加熱器功率增大或減小，維持壓縮機吸氣過熱度保持在6°C，精度±0.5°C。本發(fā)明通過電子膨脹閥開度的調(diào)節(jié)和氣液分離器中電加熱器功率調(diào)節(jié)的配合，實現(xiàn)維持系統(tǒng)安全、高效運行的目的。本發(fā)明對上述機組進行比例-積分-微分控制的方法為:同步進行蒸發(fā)器翅片表面溫度調(diào)節(jié)和壓縮機的吸氣過熱度調(diào)節(jié)，其中，蒸發(fā)器翅片表面溫度調(diào)節(jié)的具體方法為:溫濕度傳感器實時檢測進風(fēng)口的空氣溫度和濕度，并傳輸給計算控制器，當(dāng)計算控制器接收到的溫濕度傳感器溫度參數(shù)低于0°c時，則根據(jù)由溫濕度傳感器傳輸來的空氣溫度和濕度參數(shù)、由第一壓力傳感器傳輸來的空氣壓力參數(shù)進行運算，計算出空氣露點溫度后，與由第一溫度傳感器傳輸來的蒸發(fā)器翅片表面溫度比較:當(dāng)翅片表面溫度高于空氣露點溫度的值不大于0.2°C時，則計算控制器控制增大電子膨脹閥的開度10步長；當(dāng)翅片表面溫度高于空氣露點溫度的值大于0.2°C且不大于0.5°C時，則計算控制器維持電子膨脹閥的開度不變；當(dāng)翅片表面溫度高于空氣露點溫度大于0.5°C時，減小電子膨脹閥的開度5步長；壓縮機的吸氣過熱度調(diào)節(jié)的具體方法為:可控硅功率調(diào)整器接收由第二壓力傳感器傳輸來的壓力參數(shù)，通過該壓力參數(shù)得到對應(yīng)的制冷劑飽和溫度，并與接收到的由第二溫度傳感器傳輸來的溫度參數(shù)進行對比:當(dāng)所接收溫度參數(shù)高于制冷劑飽和溫度的值大于6°C時，則可控硅功率調(diào)整器減小可調(diào)功率電加熱器的功率，維持壓縮機吸氣過熱度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)，否則，可控硅功率調(diào)整器增大可調(diào)功率電加熱器的功率。電子膨脹閥和氣分可調(diào)電加熱的控制方法如下:(I)控制電子膨脹閥開度，調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的翅片表面溫度:電子膨脹閥的開度范圍為0-100%，步長為0.1，共1000步。制熱工況下，電子膨脹閥的開度通常維持在40-45%，計算控制器每次調(diào)控電 子膨脹閥開度增大10步長，每次減小5步長。溫濕度傳感器實時檢測室外側(cè)空氣的溫度和濕度，并傳輸給計算控制器，當(dāng)計算控制器接收到的溫度參數(shù)低于o°c時,則根據(jù)由溫濕度傳感器傳輸來的空氣溫度和濕度參數(shù)、由第一壓力傳感器傳輸來的空氣壓力參數(shù)進行運算，計算出空氣露點溫度后，與由第一溫度傳感器傳輸來的蒸發(fā)器總成中多支路盤管迎風(fēng)排換熱最差管路壁面溫度比較:當(dāng)壁面溫度高于空氣露點溫度的值不大于0.2°C時，則計算控制器控制增大電子膨脹閥的開度10步長維持制冷劑與室外空氣之間足夠的傳熱溫差，使翅片表面始終保持無霜；當(dāng)壁面溫度高于空氣露點溫度的值大于0.2°C且不大于0.5°C時，則計算控制器維持電子膨脹閥的開度不變；當(dāng)壁面溫度高于空氣露點溫度的值大于0.5°C時，則計算控制器控制減小電子膨脹閥的開度5步長以減小制冷劑流量，節(jié)約氣液分離器中電加熱器的能耗。(2)控制氣液分離器中電加熱器功率，調(diào)節(jié)壓縮機進口的吸氣過熱度:可控硅功率調(diào)整器接收由第二壓力傳感器傳輸來的壓力參數(shù)，通過該壓力參數(shù)得到對應(yīng)的制冷劑飽和溫度，并與接收到的由第二溫度傳感器傳輸來的溫度參數(shù)進行對比:當(dāng)所接收溫度參數(shù)高于制冷劑飽和溫度的值不大于6°C時，則可控硅功率調(diào)整器連續(xù)調(diào)節(jié)加大電加熱器功率，提高壓縮機進口的吸氣過熱度；當(dāng)所接收溫度參數(shù)高于制冷劑飽和溫度的值大于6°C時，則可控硅功率調(diào)整器連續(xù)控制電加熱器減小加熱量。對可調(diào)電加熱器功率進行PID調(diào)節(jié)控制吸氣過熱度，在壓縮機吸氣過熱度發(fā)生變化時迅速作出反應(yīng)，維持壓縮機吸氣過熱度6°C，精度±0.5°C有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:1.機組內(nèi)部平穩(wěn)連續(xù)的調(diào)節(jié)確保無霜運行，延長壓縮機使用壽命:不論是傳統(tǒng)的除霜方法還是美國橡樹嶺論文中中提到的方法，其出發(fā)點都在于如何除霜或是減少結(jié)霜，且片面地強調(diào)結(jié)霜和除霜對系統(tǒng)運行效率的影響。這些除霜方法通常選擇在系統(tǒng)外部間斷地進行除霜，系統(tǒng)始終處在一個波動的狀態(tài)，不能保證機組以及壓縮機的平穩(wěn)連續(xù)運行，完全忽視對壓縮機壽命的影響，導(dǎo)致除霜效果未必好，但壓縮機壽命很短，達不到設(shè)計使用時長；本發(fā)明通過電子膨脹閥開度的調(diào)節(jié)和氣液分離器中電加熱器功率調(diào)節(jié)的配合完全克服了這些不足，先是基于系統(tǒng)無霜運行確保系統(tǒng)的出力和運行效率，進而采用一系列技術(shù)手段保證壓縮機在安全區(qū)域內(nèi)運行，在系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)一種平穩(wěn)連續(xù)的調(diào)節(jié)，確保壓縮機以及整個系統(tǒng)安全、高效、長期運行?？諝馓幚頇C組可以在更寬的溫度范圍內(nèi)高效運行，制冷能力比常規(guī)空氣處理機組高。2.機組經(jīng)濟節(jié)能。傳統(tǒng)的熱氣旁通法雖然能在一定程度上緩解空氣處理機組結(jié)霜，但是會造成系統(tǒng)出力減少且消耗電能增加，而且除霜時間很長。本發(fā)明的系統(tǒng)則有效解決了這些問題，電加熱器功率可根據(jù)室外氣象條件調(diào)節(jié)以降低能耗，只需要消耗相對很少的電能即可實現(xiàn)機組無霜運行。3.機組結(jié)構(gòu)簡單、可靠、高效。備用機組方法雖然能通過開啟另外一臺空氣處理機組暫時緩解原空氣處理機組結(jié)霜嚴(yán)重的情況，但由于試驗環(huán)境間的溫濕度條件沒有發(fā)生明顯改變，備用機組結(jié)霜后也是難以化霜的，所以僅是一種權(quán)宜之計。本發(fā)明只需要在原有空氣處理機組的基礎(chǔ)上增加一些探測設(shè)備和相應(yīng)的控制機構(gòu)，對原有系統(tǒng)幾乎不做改動，即能達到機組無霜運行，從而實現(xiàn)了控制簡單、可靠、高效的目的。4.通過控制電子膨脹閥開度，調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的翅片表面溫度，確保機組無霜。相比于傳統(tǒng)空氣處理機組由壓縮機吸氣過熱度控制熱力膨脹閥開度，本發(fā)明采用調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度更科學(xué)合理，更能有效避免結(jié)霜，實現(xiàn)機組無霜運行；通過監(jiān)測蒸發(fā)器盤管出口壁面溫度，控制電子膨脹閥開度，調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的翅片表面溫度，在實時反饋調(diào)節(jié)中實現(xiàn)對制冷劑蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度的調(diào)節(jié)，維持制冷劑與室外空氣之間足夠的傳熱溫差，確保從空氣中吸收足夠的熱量，保證機組制熱量。5.通過控制氣液分離器中電加熱器功率，調(diào)節(jié)壓縮機進口的吸氣過熱度，避免吸氣帶液。對可調(diào)節(jié)功率電加熱器功率進行PID調(diào)節(jié)控制吸氣過熱度，可以在壓縮機吸氣過熱度發(fā)生變化時迅速作出反應(yīng)，維持壓縮機吸氣過熱度在6°C，精度±0.5°C，可以有效避免壓縮機吸氣帶液，確保 壓縮機安全運行，同時過熱度范圍足夠大，容易實現(xiàn)；電加熱器功率可以根據(jù)壓縮機吸氣過熱度進行調(diào)節(jié)，可以降低耗電量，實現(xiàn)節(jié)能的目的。通過控制電子膨脹閥的開度直接調(diào)節(jié)制冷劑的流量從而控制制冷劑的溫度，進而間接控制室外側(cè)換熱器(蒸發(fā)器)表面溫度和與空氣之間的溫差，保證蒸發(fā)器表面無霜且能夠從空氣中吸收足夠的熱量；通過氣液分離器中可調(diào)功率的電加熱控制壓縮機的吸氣過熱度，保證壓縮機安全穩(wěn)定運行。電子膨脹閥開度調(diào)節(jié)和氣液分離器中電加熱器功率調(diào)節(jié)技術(shù)的結(jié)合，克服了現(xiàn)存各種除霜方法片面強調(diào)除霜而忽略系統(tǒng)安全運行的不足，本發(fā)明具有空氣處理機組無霜運行、效率高、運行安全、運行時間長等其他各種方法所不能實現(xiàn)的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的無霜空氣處理機組原理圖。圖2是壓縮機組件的原理圖。圖3是本發(fā)明實施例中平出風(fēng)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明實施例中平出風(fēng)蒸發(fā)器的空氣風(fēng)速場矢量圖。圖中，1-壓縮機組件，11-壓縮機，12-第一單向閥，13-高壓開關(guān)，14-油分離器，141-過濾網(wǎng)，142-第一毛細(xì)管，15-第二溫度傳感器，16-第二壓力傳感器，17-氣液分離器，18-低壓開關(guān)，19-可控功率電加熱器，2-冷凝器，3-電子膨脹閥，31-第二毛細(xì)管，4-蒸發(fā)器總成，41-風(fēng)機，42-多支路蒸發(fā)盤管，421-多支路蒸發(fā)盤管中迎風(fēng)前排換熱效果最差管路，43-過熱盤管，44-溫濕度傳感器，45-第一溫度傳感器，46第一壓力傳感器，47-計算控制器，5-儲液器，6-過濾器，7-可控硅功率調(diào)整器，8-截止閥，9-第二單向閥。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。如圖1及圖2所示，本發(fā)明無霜空氣處理機組，包括壓縮機組件1，冷凝器2，電子膨脹閥3，蒸發(fā)器總成4，儲液器5，可控硅功率調(diào)整器7。壓縮機組件1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發(fā)器總成4通過管道串聯(lián)在一個循環(huán)的工作回路中，儲液器5裝設(shè)在冷凝器2的出口和電子膨脹閥3之間。 蒸發(fā)器總成4包括風(fēng)機41、多支路蒸發(fā)盤管42、過熱盤管43、溫濕度傳感器44、第一溫度傳感器45和第一壓力傳感器46和計算控制器47。過熱盤管43設(shè)置在蒸發(fā)器總成4中換熱效果最差的位置并與多支路蒸發(fā)盤管42平行。分液裝置的制熱出口和多支路蒸發(fā)盤管42的制熱進口連接，多支路蒸發(fā)盤管42的制熱出口和集氣裝置的制熱進口連接，集氣裝置的制熱出口和過熱盤管43的制熱進口連接，過熱盤管43的制熱出口和壓縮機組件I連接。過熱盤管43位于蒸發(fā)器總成4中空氣換熱效果最差處并與多支路換熱盤管42平行，共同過熱段的設(shè)置，使得制冷劑混合均勻，并且獲得一定的過熱度，從而提高了系統(tǒng)的性能，同時系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性也得以保證。對于多支路蒸發(fā)盤管42，又包括換熱性能相對較好和換熱性能相對較差的管段，在結(jié)霜工況下由于換熱效果不同，多支路蒸發(fā)管各管段的快速化霜能力也有所不同。而蒸發(fā)器單位時間內(nèi)的總結(jié)霜量集中在最前排管上，尤其第一排。故最易結(jié)霜的管段位于多支路蒸發(fā)管中迎風(fēng)排換熱效果最差的管段421。壓縮機組件I包括壓縮機11、第一單向閥12、高壓開關(guān)13、油分離器14、第二溫度傳感器15、第二壓力傳感器14、可控硅功率調(diào)整器7、低壓開關(guān)18、氣液分離器17、可控功率電加熱器19。氣液分離器I的出口經(jīng)低壓開關(guān)18與壓縮機11的吸氣口連接，壓縮機11的排氣口先后經(jīng)第一單向閥12和高壓開關(guān)13和油分離器14的進口連接。氣液分離器17的進口即壓縮機組件I的吸氣端，油分離器14的制冷劑出口即壓縮機組件I的排氣端，潤滑油出口經(jīng)過濾網(wǎng)141和第一毛細(xì)管142與壓縮機11吸氣管道連接。輔助裝置包括溫濕度傳感器44、第一溫度傳感器45、第二溫度傳感器15、第一壓力傳感器44、第二壓力傳感器16、計算控制器47、可控硅功率調(diào)整器7和可控功率電加熱器19。溫濕度傳感器44為一個市售產(chǎn)品，裝設(shè)在蒸發(fā)器總成4 (室外側(cè)換熱器)進風(fēng)口處，并通過數(shù)據(jù)連接線與計算控制器47連接，用以實時而準(zhǔn)確地檢測室外側(cè)空氣的溫度和濕度，并傳輸給計算控制器47進行計算控制。第一溫度傳感器45和第二溫度傳感器15為兩個市售產(chǎn)品，分別裝蒸發(fā)器總成4中多支路蒸發(fā)盤管迎風(fēng)前排換熱最差管路421的管壁和壓縮機11的吸氣管，用于實時而準(zhǔn)確地檢測翅片表面最低溫度和壓縮機11吸氣溫度；第一壓力傳感器44和第二壓力傳感器16為兩個市售產(chǎn)品，分別裝設(shè)在蒸發(fā)器總成4進風(fēng)側(cè)用于檢測大氣壓力和壓縮機I吸氣口用于檢測壓縮機11吸氣壓力。計算控制器47為定制的裝載有露點溫度計算和溫度比較程序的芯片。本計算控制器47設(shè)置在蒸發(fā)器總成4的入口側(cè)，連接溫濕度傳感器44、第一溫度傳感器45、第一壓力傳感器44，用以實時接收室外空氣的溫度和濕度，大氣壓力以及翅片表面和蒸發(fā)器盤管出口壁面溫度。計算控制器47同時與電子膨脹閥3連接，根據(jù)接收到的溫度、壓力信號及時做出反饋，控制電子膨脹閥3的開度，從而保證蒸發(fā)器無霜穩(wěn)定運行?？煽毓韫β收{(diào)整器7與第二溫度傳感器15、第二壓力傳感器16以及可調(diào)功率電加熱器19通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，可根據(jù)溫度、壓力傳感器傳輸回來的壓縮機11吸氣溫度、壓力信號及時作出反饋，控制可調(diào)功率電加熱器19的加熱功率，從而保證壓縮機11吸氣口的制冷劑氣體過熱度保持在6°C，精度±0.5°C。本發(fā)明的無霜空氣處理機組，蒸發(fā)器總成風(fēng)機41出風(fēng)位置有三種:上出風(fēng)、下出風(fēng)、平出風(fēng)，與此相對應(yīng)的空氣風(fēng)速場矢量圖為上三角形、下三角形、正三角。本發(fā)明以蒸發(fā)器總成風(fēng)機41平出風(fēng)為例，對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的實施例中，蒸發(fā)器風(fēng)機41為平出風(fēng)，風(fēng)速的分布矢量圖符合正三角形。換熱器結(jié)構(gòu)形式確定的情況下，這種特定的送風(fēng)方式和風(fēng)速的正三角形分布矢量圖具有
--對應(yīng)的關(guān)系。由正三角形風(fēng)速分布矢量圖可見，換熱器中部風(fēng)速大，故當(dāng)外部空氣橫掠
換熱器中部支路時與管內(nèi)制冷劑發(fā)生強制換熱效果好，換熱器上部以及下部風(fēng)速小，故當(dāng)外部空氣橫掠換熱器上部或者下部支路時與管內(nèi)制冷劑換熱效果差，那么在蒸發(fā)器總成4中過熱盤管43的設(shè)置上就有三種選擇方式，分別是最上部的一個支路、最下部的一個支路或者最上部與最下部的兩個支路同時做為過熱盤管43，本實施例選擇最上部的一個支路為過熱盤管43，并且過熱盤管43與多支路蒸發(fā)盤管42互相平行，則多支路蒸發(fā)盤管的最下部的一個支路421由于換熱效果差作為第一溫度傳感器45安裝的管路。在冬季融霜工況下，溫濕度傳感器44實時檢測室外側(cè)空氣的溫度和濕度，并傳輸給計算控制器47。當(dāng)計算控制器47接收到的溫濕度傳感器44傳輸來的溫度參數(shù)低于0°C時，則根據(jù)接收到的空氣溫度、濕度、壓力參數(shù)計算空氣的露點溫度，并與接收到的由第一溫度傳感器45傳送來的蒸發(fā)器表面溫度參數(shù)進行比較，從而控制電子膨脹閥3的開度。當(dāng)該機組運行時，經(jīng)壓縮機11壓縮排出的氣態(tài)高溫高壓制冷劑經(jīng)過油分離器14分離出潤滑油后冷凝器2冷凝，電子膨脹閥3根據(jù)計算控制器47傳輸?shù)?運算結(jié)果調(diào)節(jié)自身開度，增大或減小制冷劑的流量，改變制冷劑的溫度，從而使蒸發(fā)器翅片表面溫度始終高于結(jié)霜點。節(jié)流后的低溫低壓制冷劑經(jīng)過第二單向閥9到蒸發(fā)器總成4，制冷劑在多支路蒸發(fā)盤管42中吸收熱量后匯集成一路進入共同的過熱盤管43段實現(xiàn)過熱，隨后具有一定過熱度的制冷劑進入氣液分離器17中，氣液分離器中的可調(diào)功率電加熱器19根據(jù)可控硅功率調(diào)整器7的傳輸結(jié)果調(diào)節(jié)電加熱功率給制冷劑加熱，從而保證壓縮機11進口的吸氣過熱度。最后具有一定過熱度的制冷劑蒸汽回到壓縮機11，完成整個制熱循環(huán)。如此連續(xù)不斷循環(huán)，進行制冷。本發(fā)明的控制過程:(I)控制器內(nèi)露點溫度的計算環(huán)境溫度低于0°C時，空氣露點溫度是判斷翅片表面是否結(jié)霜的重要參數(shù)，滿足翅片表面溫度高于空氣露點溫度即可實現(xiàn)翅片表面不結(jié)霜，實現(xiàn)空氣處理機組無霜運行?？諝饴饵c溫度的具體計算過程如下:T=273.15+tt=_100 (TC 時) = + C2 + C^T + C4T + csT + c6T + c7 In(T)
權(quán)利要求
1.一種無霜空氣處理機組，其特征在于，該機組包括沿制冷劑流向依次連接的壓縮機組件(I)、冷凝器(2)、電子膨脹閥(3)和蒸發(fā)器總成(4)構(gòu)成的循環(huán)工作回路，以及可控硅功率調(diào)整器(7)； 蒸發(fā)器總成(4)包括風(fēng)機(41)、多支路蒸發(fā)盤管(42)、過熱盤管(43)、溫濕度傳感器(44)、第一溫度傳感器(45)、第一壓力傳感器(46)和計算控制器(47)，所述過熱盤管(43)設(shè)置在蒸發(fā)器總成(4)中換熱效果最差的位置并與所述多支路蒸發(fā)盤管(42)平行，所述多支路蒸發(fā)盤管(42)的制熱出口和過熱盤管(43)的制熱進口連接，所述溫濕度傳感器(44)和第一壓力傳感器(46)設(shè)置在蒸發(fā)器總成(4)的進風(fēng)口處，所述第一溫度傳感器(45)設(shè)置在多支路蒸發(fā)盤管(42)的迎風(fēng)前排中換熱最差管路(421)的管壁上，所述計算控制器(47)采用裝載有露點溫度計算和溫度比較程序的芯片，通過數(shù)據(jù)連接線分別與溫濕度傳感器(44)、第一溫度傳感器(45)、第一壓力傳感器(46)和電子膨脹閥(3)連接； 所述壓縮機組件(I)包括壓縮機(11)、第一單向閥(12)、高壓開關(guān)(13)、油分離器(14)、氣液分離器(17)、低壓開關(guān)(18)、可控功率電加熱器(19)、第二溫度傳感器(15)和第二壓力傳感器(16)，所述氣液分離器(17)的出口經(jīng)低壓開關(guān)(18)與壓縮機(11)的吸氣口連接，壓縮機(11)的排氣口依次通過第一單向閥(12)和高壓開關(guān)(13)后與油分離器(14)的進口連接，所述低壓開關(guān)(18)與壓縮機(11)吸氣口之間的管路上設(shè)置有一開口，所述開口與油分離器(14)的潤滑油出口連接，所述可控功率電加熱器(19)設(shè)置在氣液分離器(17 )中，所述第二溫度傳感器(15 )和第二壓力傳感器(16 )分別設(shè)置在壓縮機(11)的吸氣管管壁上和吸氣口處；所述氣液分離器(17)的進口即壓縮機組件(I)的吸氣端，油分離器(14)的制冷劑出口即壓縮機組件(I)的排氣端，可控硅功率調(diào)整器(7)通過數(shù)據(jù)連接線分別與第二溫度傳感器(15)、第二壓力傳感器(16)和可控功率電加熱器(19)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無霜空氣處理機組，其特征在于，所述的冷凝器(2)的制冷劑出口和電子膨脹閥 (3)之間設(shè)置有儲液器(5)，所述儲液器(5)的制冷劑進口與冷凝器(2)的制冷劑出口連接，儲液器(5 )的制冷劑出口與電子膨脹閥(3 )連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無霜空氣處理機組，其特征在于，所述壓縮機(11)的排氣口和高壓開關(guān)(13)之間的管路上設(shè)置有第一單向閥(12)，所述第一單向閥(12)的流通方向是壓縮機(11)排氣口至高壓開關(guān)(13)的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無霜空氣源熱泵熱水機組，其特征在于，所述油分離器(14)的潤滑油出口依次連接有過濾網(wǎng)(141)和第一毛細(xì)管(142)，然后再同低壓開關(guān)(18 )與壓縮機(11)吸氣口之間管路上的開口連接。
5.一種對權(quán)利要求1所述的無霜空氣處理機組進行比例-積分-微分控制的方法，其特征在于，該方法同步進行壓縮機(11)的吸氣過熱度調(diào)節(jié)和蒸發(fā)器翅片表面溫度調(diào)節(jié)，所述蒸發(fā)器翅片表面溫度調(diào)節(jié)的具體方法為: 溫濕度傳感器(44)實時檢測進風(fēng)口的空氣溫度和濕度，并傳輸給計算控制器(47)，當(dāng)計算控制器(47 )接收到的溫濕度傳感器(44 )溫度參數(shù)低于O °C時，則根據(jù)由溫濕度傳感器(44)傳輸來的空氣溫度和濕度參數(shù)、由第一壓力傳感器(46)傳輸來的空氣壓力參數(shù)進行運算，計算出空氣露點溫度后，與由第一溫度傳感器(45)傳輸來的蒸發(fā)器翅片表面溫度比較:當(dāng)翅片表面溫度高于空氣露點溫度的值不大于0.2°C時，則計算控制器(47)控制增大電子膨脹閥(3)的開度10步長，當(dāng)翅片表面溫度高于空氣露點溫度的值大于0.2°C且不大于0.5°C時，則計算控制器(47)維持電子膨脹閥(3)的開度不變；當(dāng)翅片表面溫度高于空氣露點溫度大于0.5°C時，減小電子膨脹閥(3)的開度5步長； 所述壓縮機(11)的吸氣過熱度調(diào)節(jié)的具體方法為: 可控硅功率調(diào)整器(7)接收由第二壓力傳感器(16)傳輸來的壓力參數(shù)，通過該壓力參數(shù)得到對應(yīng)的制冷劑飽和溫度，并與接收到的由第二溫度傳感器(15)傳輸來的溫度參數(shù)進行對比:當(dāng)所接收溫度參數(shù)高于制冷劑飽和溫度的值大于6°C時，則可控硅功率調(diào)整器(7)減小可調(diào)功率電加熱器(19)的功率，維持壓縮機(11)吸氣過熱度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)，否貝U，可控硅功率調(diào) 整器(7)增大可調(diào)功率電加熱器(19)的功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無霜空氣處理機組及其比例-積分-微分控制方法，機組包括沿制冷劑流向依次連接的壓縮機組件、冷凝器、電子膨脹閥和蒸發(fā)器總成構(gòu)成的循環(huán)工作回路，以及可控硅功率調(diào)整器。當(dāng)計算控制器接收到溫濕度傳感器傳輸來的室外溫度參數(shù)低于0℃時，則根據(jù)接收到的空氣溫度濕度參數(shù)、空氣壓力參數(shù)和蒸發(fā)器表面溫度參數(shù)進行運算，根據(jù)運算結(jié)果控制電子膨脹閥的開度，通過電子膨脹閥開度的增大或減小調(diào)節(jié)蒸發(fā)器表面溫度；同時可控硅功率調(diào)整器通過接收到壓縮機吸氣溫度和吸氣壓力判斷壓縮機吸氣過熱度，調(diào)節(jié)電加熱器功率增大或減小，維持壓縮機吸氣過熱度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)。本發(fā)明實現(xiàn)了維持系統(tǒng)安全、高效運行的目的。
文檔編號F25B49/02GK103216981SQ20131015912
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者鹿世化, 董云達, 黃虎, 張忠斌, 李克成, 張敬坤, 田光建, 林福建 申請人:寧波沃弗圣龍環(huán)境技術(shù)有限公司, 南京師范大學(xué)