本发明应用于机房空调，具体涉及一种改进型风冷冷凝器及其控制方法，属于制冷设备技术领域。
背景技术：
机房空调隶属于工艺性空调，所服务的对象多是数据传输机房，程控交换机房，idc数据中心等发热量很大的场所。服务器发热量很大，热负荷不以季节变化而变化，因此全年都需要机房空调进行制冷运行。因地理因素我国幅员辽阔，南北气候差异巨大，室外温度变化巨大，造成风冷型机房空调的室外冷凝器的环境温度从低温到高温剧烈变化。为了让机房空调制冷系统安全稳定可靠的运行，目前大多数空调厂商采用室外冷凝风机的调速运行，调速方式又有调电压和调频率两种方式。上述调节方式基本上可以应对华北以南的地区，低于-15℃环境的东北及西北区域使用效果并不好，会经常产生低压报警，甚至停机后机器无法开启的情形。
针对以上问题，专利zl200920129849.3公开了一种低温启动组件。低温启动组件包含储液器，单向阀及电磁阀，将低温组件串联在冷凝器之后，停机后依靠电磁阀及单向阀的关闭作用，保留在储液器内的足量制冷剂保证蒸发器的供液量。专利zl201210403521.2公开一种低温启动与低温运转的压缩制冷冷凝系统，核心方法是压缩机出口设置旁路，旁路设置有压差开启旁通阀，同时设有并联的分组冷凝器及冷凝压力调节阀，依靠旁路的机械阀体及并联的分组冷凝器保证膨胀阀的压差。专利zl201720397155.2公开了一种可低温启动的机房空调，包含储液装置和并联设置的电磁阀。控制系统在温度低于-20℃时，打开电磁阀从而保证膨胀阀的压差。
现有技术或不适用于更低温环境的区域，或采用机械阀控制精度不高，将冷凝器分组制造成本和零部件成本较高。因此，如何准确高效节能的解决极低温机房空调运行和启动的问题，还有待进一步研究。
技术实现要素：
发明目的：针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种改进型风冷冷凝器及其控制方法，以实现风冷型机房空调在全年宽温度范围的安全可靠的运行和启动。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种改进型风冷冷凝器，包括室外风机，室外换热器，设于室外换热器进气管路上用于检测高压压力的压力传感器以及与所述室外风机和压力传感器相连接的控制系统；所述冷凝器还包括设于室外换热器出液管路上的套管式换热器，所述套管式换热器的罐体与室外换热器的出液管相连通，内管与室外换热器的进气管相连；室外换热器的出液口与套管式换热器罐体进液口间的管路上设有第一电磁阀和单向阀；室外换热器、第一电磁阀和单向阀相连的管路并联有第一旁通管路，所述第一旁通管路上设有第二电磁阀；所述套管式换热器内管与室外换热器进气管间设有第三电磁阀；所述控制系统分别与第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀相连，用于向所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀输出控制信号。
作为优选，所述套管式换热器罐体内设有液位及温度传感器；所述控制系统与液位及温度传感器相连，用于接收检测的液位及温度信号。
作为优选，所述套管式换热器的罐体容积为室外换热器内部容积的2倍以上。
作为优选，所述套管式换热器位于室外。
本发明的风冷冷凝器可工作在如下两种模式：
一、常规温度循环(制冷系统高压压力不低于设定值)，该环境下，冷凝器的第一电磁阀开启，第二、第三电磁阀关闭，系统内制冷剂依次通过室外换热器、第二电磁阀、套管式换热器回流至室内机换热器。
二、寒冷温度循环(制冷系统高压压力低于设定值)，该环境下，冷凝器的第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开进行旁通循环，未经过冷凝器换热器冷却的制冷剂高压气体直接进入套管式换热器，保证套管式换热器内部的压力，提高机组的冷凝压力。此时因为第一电磁阀关闭，冷凝成液体的制冷剂会逐步占用室外换热器的内部容积，高压压力也会逐渐上升，待上升到设定的高压压力时，关闭第二电磁阀，打开第一电磁阀，进行常规循环。在寒冷温度情况下，如果制冷剂温度低于常规制冷剂最低温度32℃，第三电磁阀开启，高温的气体制冷剂通过套管换热器的流路加热液态制冷剂，保证液态制冷剂和润滑油的溶解性，从而确保压缩机的机械安全。
所述改进型风冷冷凝器的控制方法，包括如下步骤：
在风冷冷凝器的高压压力大于设定值时，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀和第三电磁阀；
在第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭状态下，若高压压力大于压力设定值，则风机全速运行，若高压压力介于设定值和控制比例带之间，则风机调速运行；
在第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭状态下，若高压压力低于设定值，控制风机最低转速运行或停止运行，若高压压力持续低于设定值，则关闭第一电磁阀，开启第二电磁阀；
在第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启状态下，若套管式换热器罐体内制冷剂温度低于常规最低制冷剂温，则开启第三电磁阀；若制冷剂温度高于常规最低制冷剂温度，则关闭第三电磁阀；
在第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启状态下，若高压压力回落等于压力设定值，则关闭第二电磁阀，开启第一电磁阀，风机继续保持最低转速运行或停止运行。
作为优选，所述控制方法还包括：
若套管式换热器达到最低液位，则关闭第二电磁阀和第三电磁阀，开启第一电磁阀；若持续设定时间，液位还是处于最低液位状态，则系统停机。
有益效果：与现有技术相比，本发明的效果和优点如下：
1.扩展了机房空调使用地域，在环境温度低于-15℃的东北及西北区域使用本发明冷凝器的机房空调运行效果良好。
2.采用本发明后，风冷直膨型机房空调能够降低或消除低压报警的频率，进而保证机房内温湿度的恒定。
3.本发明无论任何温度下都可以保证制冷系统的顺利启动，并提高低温下润滑油和液态制冷剂的互溶性，保证制冷压缩机的机械性能。
4.本发明提出的控制高压压力及制冷剂液位和温度的方法，均是采用现行流行的单片机控制而非机械控制，具有控制精度高，响应速度快，同时控制成本低廉的优点；
5.本发明对液态制冷剂加温的方法是利用压缩机排出的高温气体，通过高温气体在套管式换热器内的流路对液态制冷剂进行加热，节能环保，比传统电热带方式全年节电200kw-h。
6.本发明所使用的物理器件均是常规的单向阀，电磁阀，套管换热器等，具有选型简单，制造成本低，易于在现场安装和改造的特点。
附图说明
图1为传统的风冷冷凝器的原理图。
图2为本发明实施例的风冷冷凝器的原理图。
图中：1-室外风机；2-室外换热器；3-压力传感器；4-控制系统；5-单向阀；6-第一电磁阀；7-第二电磁阀；8-第三电磁阀；9-套管式换热器；10-液位及温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，传统型风冷冷凝器，主要包括室外风机1、室外换热器2、压力传感器3和控制系统4。压力传感器3设于室外换热器进气管路上，用于检测制冷系统的高压压力。控制系统4采集压力传感器3的压力值(即制冷系统的高压压力)，与控制系统4的高压压力设定值比较，通过所得差值按照比例调节室外风机1的转速，调节方式或通过调节电压或通过调节频率，达到闭环控制冷凝压力的目的。传统型风冷冷凝器应对华北以南地域环境都没有问题，但在特别低温的东北及西北区域，如果停机时间过长，室外机在低温环境中静置，制冷剂会往低压低温处迁移，即大量的制冷剂会从室内机迁移至室外机换热器2，造成再次启动时，室内压缩机处缺少冷媒，压缩机抽真空而无法启动。就算空调机能顺利启动，因为室外环境温度低，即使室外风机不运转，往往还是因为经过室外机换热器的制冷剂压力过低，而导致空调及无法正常运行。
如图2所示，本发明实施例公开的一种改进型风冷冷凝器，在传统的冷凝器上加装了套管换热器、单向阀、电磁阀等器件。其中套管换热器9设于室外换热器2出液管路上，套管式换热器9的罐体与室外换热器2的出液管相连通，内管与室外换热器2的进气管相连；室外换热器2的出液口与套管式换热器9罐体进液口间的管路上设有第一电磁阀6和单向阀5；室外换热器2、第一电磁阀6和单向阀5相连的管路并联有第一旁通管路，第一旁通管路上设有第二电磁阀7；套管式换热器9内管与室外换热器2进气管间设有第三电磁阀8。
在常规温度循环环境时，控制系统4采集压力传感器3的压力值(即制冷系统的高压压力)，与控制系统4的高压压力设定值比较，通过所得差值按照比例调节室外风机1的转速，调节方式或通过调节电压或通过调节频率，这种方式就可以将冷凝压力调节在合适的范围。此时第二电磁阀7和第三电磁阀8处于关闭状态，第一电磁阀6处于打开状态。系统内制冷剂依次通过换热器2、单向阀5、第一电磁阀6、套管换热器9回流至室内机换热器，保证系统安全可靠的运行。
需要说明的是，单向阀5的作用是制冷系统停止运行时，防止套管换热器9内的液态制冷剂回流至换热器2，造成再次启动时室内机压缩机吸气口制冷剂不足而无法启动。
在寒冷温度循环环境到来时，此时室外机风机1已经处于最低转速状态或停止状态，冷凝压力还是低于控制系统4的高压压力设定值，此时控制系统4发出指令将第一电磁阀6关闭，第二电磁阀7打开进行旁通1循环，未经过换热器2冷却的制冷剂高压气体直接进入套管换热器9，保证套管换热器9内部的压力，提高机组的冷凝压力，从而保证膨胀阀的顺利开启。同时控制系统4通过检测液位及温度传感器10，如果制冷剂温度低于常规制冷剂最低温度32℃，则进一步第三电磁阀8打开进行旁通2循环，高温的气体制冷通过套管换热器的流路加热液态制冷剂，使之温度稳定在常规温度内，保证液态制冷剂和润滑油的溶解性，从而确保压缩机的机械安全。
与此同时因为第一电磁阀6处于关闭状态，冷凝成液体的制冷剂会逐步占用换热器2的内部容积，换热器2的有效换热面积会逐步减小，压力传感器3处的压力也会逐渐上升，待其压力上升到控制系统4设定的高压压力时，控制系统可再将第二电磁阀7关闭，第一电磁阀6打开，进行常规循环。相比于将换热器分组的方法，本专利采用改变换热器2内部储液量的方式改变其有效换热面积，更容易实现且实现起来更为经济。另外，在换热器2内部储液量慢慢累积的过程中，高压压力也是逐渐变化的，从而避免了控制系统4采集到的高压压力快速振荡，导致pid控制系统发散稳定性差。
另需要说明的是，在旁通循环时应防止套管换热器9内的液态氟利昂耗尽，失去制冷效果。应对措施有三。措施一是套管换热器9应根据制冷系统大小，适当选择大容量罐体，因为旁通循环时，制冷剂气体会直接进入套管换热器9，此时套管换热器9内部的液态制冷剂要维持制冷循环一段时间的。一般来讲，罐体容积需要为换热器2内部容积的2倍以上。措施二是套管换热器9在旁通循环切换为正常循环时，换热器2冷却后的液态制冷剂会通过套管换热器9，此过程会贮存液态制冷剂至套管换热器9。措施三是控制系统4会通过液位传感器10实时检测套管换热器9内的液位，至低液位状态时，控制系统4会切换旁通循环至正常循环进行充液；使液位恢复至安全状态。
采用本发明实施例的改进型风冷冷凝器，能够保证机房空调在全年宽温度范围的可靠运行与启动。其具体控制方法包括如下步骤：
(1)检测风冷冷凝器的高压压力，如果高压压力大于压力设定值则风机1全速运行；如果高压压力介于设定压力和控制比例带之间，则风机1调速运行；如果高压压力低于设定压力，则风机1可按照最低转速运行或停止运行。此过程第一电磁阀6开启，第二电磁阀7和第三电磁阀8关闭。
(2)如果风机1已经处于最低转速运行或停止运行，高压压力继续低于设定压力，则第一电磁阀6关闭，第二电磁阀7开启进行旁通1循环。第三电磁阀8不动作。
(3)风机1已经保持最低转速运行或停止运行；第二电磁阀7开启后，开始检测液态制冷剂温度10；如制冷剂温度高于常规最低制冷剂温度32℃，则不动作；如果制冷剂温度低于此数值，则打开第三电磁阀8进行旁通2循环。
(4)风机1已经保持最低转速运行或停止运行；第二电磁阀7开启，第一电磁阀6关闭。持续检测液态制冷剂温度10，如制冷剂温度低于常规最低制冷剂温度32℃，则保持第三电磁阀8打开；若制冷剂温度高于常规最低制冷剂温度32℃，则关闭第三电磁阀8。
(5)检测风冷冷凝器的高压压力，如果高压压力回落等于压力设定值，则关闭第二电磁阀7，开启第一电磁阀6；风机1继续保持最低转速运行或停止运行；
(6)保持第二电磁阀7关闭，第一电磁阀6开启状态；检测风冷冷凝器的高压压力，如果高压压力介于设定压力和控制比例带之间，则风机1调速运行。如果高压压力大于压力设定值则风机1全速运行。
(7)于上述阶段任意时刻实时检测套管式换热器9的液位，如果液位大于最低液位则无动作。如果达到最低液位，首先关闭第二电磁阀7和8，打开第一电磁阀6,；如3分钟内，液位还是处于最低液位状态，则系统停机以保护系统的机械安全。
(8)循环进行上述动作。
若系统开启时检测高压压力远低于设定压力，则直接关闭第一电磁阀6，开启第二电磁阀7进行旁通1循环，后续处理与上述流程一致。