CN101619876A - 整体式恒温恒湿机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种整体式恒温恒湿机，其恒温恒湿调节系统包括：第一、第二换热器，通过四通换向阀选择性连通压缩机；第三换热器，与第二换热器并联；室内风机，与第一、第二换热器安装在室内风道内；室外风机，与第三换热器安装在室外风道内；加湿装置，与室内风道连通；整机分成：上层结构，安装中隔板、第一、第二换热器及室内风机，中隔板上设置洒水槽，第一、第二换热器及室内风机在中隔板上方并排排列；下层结构，安装底盘、蓄水槽、第三换热器、室外风机、压缩机及加湿装置，蓄水槽固定于底盘一侧，压缩机固定于底盘另一侧，第三换热器、室外风机、加湿装置依次设置于蓄水槽上方，且第三换热器位于洒水槽下方。本发明结构简单、安装维护方便。
Description
本发明要求于2009年5月25日提交的申请号为200910143726.X、名称为“恒温恒湿的调节系统及整体式恒温恒湿机”中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于本发明之中。
技术领域
本发明涉及具有可逆循环的压缩机器、装置或系统，具体来说是一种整体式恒温恒湿机。
背景技术
目前市场上销售的家用整体式除湿机多为普通升温型，其室内的送风温度高于运行环境温度，在许多除湿环境下特别是在高温高湿的状态下运行，过高的送风温度往往会给用户带来不适；同时，普通的整体式除湿机仅有除湿功能，一味地除湿无法对所在环境、场所进行有效的湿度调节。为了达到特定环境、场所对特定温度、湿度的要求，更好地满足人体舒适度的需要，有必要实现对温度、湿度的可调控制，恒温恒湿机由此孕育而生。
但目前较为成熟的恒温恒湿机产品在结构上多为分体式(在室内冷凝器的基础上，室外附加风冷或水冷的冷凝器)大型工业用恒温恒湿机组。该类产品的室内机体积尺寸一般在950mm×450mm×1800mm左右，室外机体积尺寸在900mm×400mm×1100mm左右，普遍存在着设备体积大、安装困难、成本较为高昂等缺点，不适用于家庭房间、实验室、医院特别看护病房、档案室、精密仪器室等空间较为狭小且不方便安装分体机组的环境。
发明内容
本发明目的在于，提供一种整体式恒温恒湿机，其系统结构简单、安装维护方便。
为解决以上技术问题，本发明提供一种整体式恒温恒湿机，其恒温恒湿调节系统包括：第一换热器、第二换热器，通过四通换向阀选择性连通压缩机；第三换热器，与第二换热器并联；室内风机，与第一换热器、第二换热器一起安装在室内风道内；室外风机，与第三换热器一起安装在室外风道内；加湿装置，与室内风道连通；整机分成上层结构和下层结构，其中：
上层结构安装中隔板、第一换热器、第二换热器及室内风机，中隔板上设置有洒水槽，第一换热器、第二换热器及室内风机在中隔板的上方并排排列；
下层结构安装底盘、蓄水槽、第三换热器、室外风机、压缩机及加湿装置，蓄水槽固定于底盘的一侧，压缩机固定于底盘的另一侧，第三换热器、室外风机、加湿装置依次设置于蓄水槽的上方，且第三换热器位于洒水槽的下方。
第一换热器设置于室内风道的回风口处，第二换热器设置在第一换热器与室内风机的中间。
第一换热器与第二换热器间隔10～20mm。
室内风机的吸风面与第二换热器的一侧换热面平行，且送风口向上。
第三换热器设置于室外风道的回风口处。
室外风机的吸风面与第三换热器的一侧换热面平行、且送风口向后。
设置有循环水泵，其排水口与洒水槽连通。
设置有水位开关，其探头置于蓄水槽之中。
上层结构的送风口处设置有加湿口，通过湿气排放管连接加湿装置；下层结构的送风口连接整机背板上的排风管。
整机背板上设置有加水口，通过加水管连接加湿装置。
与现有技术相比，本发明整体式恒温恒湿机的主要部件设置于整体式可移动的机体内，克服传统系统复杂庞大、安装维护困难的缺陷，具有可移动、免安装、系统简易、功能多样的特点。特别适合于家庭卧室、医院看护病房、机房等不方便安装分体机组的狭小空间等有温度、湿度特殊要求的环境。
附图说明
图1是本发明整体式恒温恒湿机中恒温恒湿调节系统的示意图；
图2是本发明整体式恒温恒湿机的内部结构主视图；
图3是本发明整体式恒温恒湿机的侧视图；
图4是图1中上层结构的俯视图；
图5是图1中下层结构的俯视图；
图6是本发明整体式恒温恒湿机的整机示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例进行说明。
参见图1，本发明整体式恒温恒湿机包括恒温恒湿调节系统，其主要由压缩机1、四通换向阀2、第一换热器3、节流装置4、第二换热器5、第三换热器6、第一比例阀7、第二比例阀8、室内风机9、室外风机10加湿装置11等组成，其中，第一换热器3、第二换热器5，通过四通换向阀2选择性连通压缩机1，通过制冷剂管路构成一个制冷/制热循环回路；第二换热器5、第三换热器6两个支路并联，并分别在两支路上安装第一比例阀7、第二比例阀8，用来控制支路流量及通断。
具体而言，四通换向阀2，第一端口D1连接压缩机1的吸气口，第二端口D2连接第一换热器3，第三端口D3连接压缩机1的排气口，第四端口D4连接第二换热器5与第三换热器6的节点；由此，压缩机1、第一换热器3、节流装置4、第二换热器5串联构成第一循环回路；而第三换热器6与第二换热器5并联，使得压缩机1、第一换热器3、节流装置4、第三换热器6构成第二循环回路。
装配时，室内风机9及第一换热器3、第二换热器5安装在室内风道WD1内；室外风机10及第三换热器6安装在室外风道WD2内；第一比例阀7、第二比例阀8，分别安装在第二换热器5、第三换热器6所在的制冷剂管路上；而加湿装置11，通过加湿通道与室内风道WD1连通。
所述四通换向阀2为电磁阀，可使系统进行制冷和制热模式转换：线圈断电时，运行制冷模式；线圈通电时，运行制热模式。通过其在制热/制冷模式间切换，可满足全年运行冷热负荷大范围变化的要求；同时，在低温调湿的状态下，可采用四通换向阀2除霜，从而可方便地实现不停机快速除霜。
所述第一比例阀7、第二比例阀8均为电子两通调节阀，即阀板的开度可调、出口冷媒流量可调。通过电子两通调节阀，可实现在系统中调节第二换热器5与第三换热器6的制冷剂流量，从而按比例分配冷凝热的热量，使被调节环境的温度波动范围大大缩小，有效地提高温度调节的精度。此类电子两通调节阀现有市场已有销售，其阀体结构与一般两通调节阀结构大致相同，在此不再赘述。
所述加湿装置11主要由包括超声波加湿器、水位开关、进水连杆机构等部件，组成一个模块化、独立式的加湿装置，类似于现有高档家用空调柜机在室内机中安装的加湿装置，在此不再赘述。
在上述恒温恒湿调节系统的基础上，本发明整体式恒温恒湿机的对整机中的有关部件进行优化设计，以便使其布局更为合理，性能更优良，简述如下：
同时参见图2-6，本发明的整体式恒温恒湿机分为上下两层，其中：
上层结构主要由塑料中隔板14、第一换热器3、第二换热器5、上层风机即室内风机9等部件组成。中隔板14在左侧对应第三换热器3的顶部位置设有一洒水槽15，第一换热器3、第二换热器5、室内风机9在中隔板14上方并排排列。其中，第一换热器3置于靠近室内回风口一侧，与第二换热器5中间间距约15mm，两侧以钣金端板配合连接形成密封的室内风道；室内风机9置于靠近第二换热器5一侧，其吸风面与第二换热器5的一侧换热面平行，其送风口向上。
下层结构主要由第三换热器6、下层风机即室外风机10、压缩机1、底盘塑料蓄水槽18、钣金底盘、加湿装置11、水位开关17等部件组成。蓄水槽18利用自攻螺钉固定于钣金底盘，并设有排水口；蓄水槽18上方放置第三换热器6、室外风机10、加湿装置11、水位开关17依次设置，其中，水位开关17的探头置于蓄水槽18之中；第三换热器5靠近下层回风口一侧并置于洒水槽15的下方；室外风机10以吸风面与第三换热器6的一侧换热面平行、送风口水平向后的位置安放。加湿装置11设置有加水管和湿气排放管，通过塑料软管分别连接整机背板处的加水口13和室内送风口处的加湿口12；压缩机1放置于钣金底盘前右角。
该整体式恒温恒湿机的风道循环设计是：上层风道即室内风道由上层回风口处吸风，先经第一换热器3、第二换热器5后，再经上层送风口处的加湿口12后，送风室内；下层风道即室外风道由下层回风口吸风，经第三换热器6后，通过与整机背板配合安装的可伸缩排风管19送风室外。
该整体式恒温恒湿机的水循环设计是：上层换热器在除湿过程中产生的冷凝水，通过设置在中隔板14处洒水槽15均匀洒落在冷凝器顶部，再经冷凝器后流入下层的蓄水槽18中。当蓄水槽18的水位达到一定高度时，设置于此处的水位开关17动作并报警，提醒用户及时通过蓄水槽18的排水口排水。
该整体式恒温恒湿机的系统水循环另一种设计是：按照中隔板14的冷凝水洒水结构，在蓄水槽18预留处安装一台循环水泵16(市场已有成熟产品，如华晨公司的WSB-II(A)-01G)，其排水口通过PVC软管与上层中隔板14的洒水槽15连接。循环水泵16运行时，吸收蓄水槽18中的冷凝水，通过PVC软管将冷凝水导入中隔板14的洒水槽15中，并对第三换热器6进行喷淋，从而极大的提高第三换热器6在制冷循环中的换热效率，大幅降低系统的运行功率。
由此，通过在底盘的蓄水槽18上选用循环水泵16，将冷凝水抽起喷淋于辅助换热器，既可提高整机制冷循环的能效比，又可实现整机冷凝水的自蒸发。
此外，由水位开关17实时检测蓄水槽18的水位高度，并通过可编程控制器PLC控制循环水泵16的启停、运行时间实现整机系统制冷循环的冷凝水自蒸发，使用户免除自行排水困扰，同时有效提高系统制冷循环运行时的能效比EER。
该整体式恒温恒湿机，在结构上将第一换热器3、第二换热器5、第三换热器6、压缩机1、室内风机9、室外风机10、加湿装置11等部件巧妙的设置于一个类似移动空调的整体式可移动机体内。有别于传统分体式恒温恒湿机(室外附加风冷或水冷的冷凝器)，克服其系统复杂庞大、安装维护困难的缺点；也有别于普通家用移动空调仅有单一的制冷除湿功能以及普通家用除湿机仅有升温除湿功能。该整体式恒温恒湿机具有可移动、免安装、系统简易、功能多样的特点，更适合为家庭卧室、医院看护病房、机房等不方便安装分体机组的狭小空间提供有温度、湿度特殊要求的环境。
本发明整体式恒温恒湿机中，通过温度传感器、湿度传感器、控制器，可轻易实现对四通换向阀2、第一比例阀7、第二比例阀8的自动控制，从而对恒温恒湿机运行模式进行转换，简述如下。
温度传感器、湿度传感器，分别设置于室内风道WD1的回风口，用于检测并输出室内温度信号、室内湿度信号；
控制器，用于接收室内温度信号、室内湿度信号，并与目标温度、目标湿度比较，根据预定的控制策略，输出四通换向阀2、第一比例阀7、第二比例阀8、加湿装置11的控制信号；
在室内温度大于目标温度的微调区间(目标温度的微调区间为：当室温较接近目标温度时，系统设定进入温度微调节状态的一个温度范围)上限且室内湿度大于目标湿度时，输出四通换向阀关闭信号、零开度的第一比例阀控制信号、全开度的第二比例阀控制信号、加湿装置关闭信号；在室内温度小于目标温度的微调区间下限且室内湿度大于目标湿度时，输出四通换向阀关闭信号、全开度的第一比例阀控制信号、零开度的第二比例阀控制信号、加湿装置关闭信号；
在室内温度位于目标温度的微调区间且室内湿度大于目标湿度时，输出四通换向阀关闭信号、半开度的第一比例阀控制信号、半开度的第二比例阀控制信号(其中，第一比例阀控制信号和第二比例阀控制信号的开度调节为百分比互补性)、加湿装置关闭信号；
在室内温度大于目标温度的微调区间上限且室内湿度小于目标湿度时，输出四通换向阀关闭信号、零开度的第一比例阀控制信号、全开度的第二比例阀控制信号、加湿装置开启信号；
在室内温度小于目标温度的微调区间下限且室内湿度小于目标湿度时，输出四通换向阀开启信号、零开度的第一比例阀控制信号、全开度的第二比例阀控制信号、加湿装置开启信号；
在室内温度位于目标温度的微调区间且室内湿度小于目标湿度时，根据温度/湿度传感器对室内温/湿度的实时检测对比：当室内温度大于目标温度时，输出四通换向阀关闭信号、半开度的第一比例阀控制信号和半开度的第二比例阀控制信号(两者的开度调节为百分比互补性)、加湿装置开启信号；当室内温度小于目标温度时，输出四通换向阀开启信号、半开度的第一比例阀控制信号和半开度的第二比例阀半开度的控制信号(两者的开度调节为百分比互补性)、加湿装置开启信号。
此外，控制器还进行除霜控制；在系统运行于制冷状态时，控制器输出四通换向阀开启信号；在系统运行于制热状态时，控制器输出四通换向阀关闭信号。
据此，本发明恒温恒湿的调节系统包括除湿降温、除湿升温、除湿调温、加湿降温、加湿升温、加湿调温、自动除霜等运行模式的切换，由设置于回风口处的温、湿度传感器对环境温、湿度进行实时检测、判断，并通过可编程控制器PLC依照既有程序进行系统的自动调节和控制，即：根据室内温、湿度的设置要求，实时检测室内的温、湿度和系统的运行状态；根据室内温、湿度的变化，控制调节系统中的第一比例阀7、第二比例阀8、四通换向阀2、加湿装置11等部件的运行模式，保证室内的温、湿度要求和系统安全运行。
以下对各运行模式简要说明。
(1)除湿降温模式
在高温高湿的环境工况下，即室内实际温度、湿度均比设定的温度、湿度高时，系统运行于除湿降温模式。此时，四通换向阀2断电，系统按制冷方式运行；第二换热器5支路上的第一比例阀7完全关断，该支路无制冷剂经过；第二比例阀8完全开启，下层风机启动运转，第三换热器6承担所有的换热负载，第一换热器3相当于蒸发器，从而将室内空气降温除湿，形成低温低湿的空气后返回室内送风。
(2)除湿升温模式
当在低温高湿的环境工况下，即室内实际温度比设定温度低而室内实际湿度比设定湿度高时，系统运行于除湿升温模式。此时，四通换向阀2断电，系统按制冷方式运行；第三换热器6支路上的第二比例阀8完全关断，该支路无制冷剂经过，下层风机停止运转；第一比例阀7完全开启，全部冷凝热都由第二换热器5承担；室内空气被第一换热器3除湿降温后，经过第二换热器5等湿升温，全部冷凝热都被用来再热空气后送风室内。
(3)除湿调温模式
当在常温高湿的环境工况下，运行除湿调温模式。此时，四通换向阀2断电，系统仍按制冷方式运行；在此除湿调温模式下，室内空气的实际温、湿度与设定的温、湿度决定了系统的运行状态，即系统在除湿降温和除湿升温状态之间切换。
当系统由除湿降温模式切换至除湿升温模式时，第一比例阀7由关闭状态逐渐开启，第二比例阀8由开启状态逐渐关闭。此间，第一比例阀7和第二比例阀8的开度由PLC根据室内空气的实际温、湿度与设定温、湿度的对比，下达指令进行控制。当第一比例阀7完全开启、第二比例阀8完全关闭时，第二换热器5承担全部冷凝热。
其中：第一比例阀7和第二比例阀8的开度调节为互补性；例如，一个电子调节阀的开度为80％，另外一个电子调节阀的开度即为20％。利用两个电子调节阀的百分比分流特性，可精确控制流入第二换热器5的制冷剂流量，消除传统开闭式电磁阀和转向阀切换的串联旁通式系统所故有的温度调节盲区，改善送风温度的可调节范围，使送风温度调节曲线更平滑。
当系统由除湿升温模式切换至除湿降温模式，由PLC的指令控制第一比例阀7由开启状态逐渐关闭，第二比例阀8由关闭状态逐渐开启，其过程与上述由除湿降温模式切换至除湿升温模式相反。
(4)加湿降温模式
当在高温低湿的环境工况下，即室内实际温度比设定温度高而室内实际湿度比设定湿度低时，系统运行于加湿降温模式。此时，加湿装置11启动，四通换向阀2断电，系统按制冷方式运行，送风口处的加湿装置11开始运行；第二换热器5支路上的第一比例阀7完全关断，该支路无制冷剂经过，下层风机启动运转；第二比例阀8完全开启，第三换热器6承担所有的换热负载，室内空气被第一换热器3除湿降温后，再经加湿装置11进行加湿后送风室内。此间，室内空气由于经过第一换热器3，湿度会有所下降，但设置在送风口处的加湿装置11可有效补偿并使送风湿度上升。
(5)加湿升温模式
当在低温低湿的环境工况下，即室内实际温度、湿度均比设定的温度、湿度低时，系统运行于加湿升温模式。此时，加湿装置11启动，四通换向阀2通电，系统按制热方式运行，送风口处的加湿装置11开始运行；第二换热器5支路上的第一比例阀7完全关断，该支路无制冷剂经过，下层风机启动运转；第二比例阀8完全开启，第三换热器6承担所有的换热负载，室内空气被第一换热器3等湿升温后再经加湿装置11加湿送风室内。
(6)加湿调温模式
当在常温低湿的环境工况下，运行加湿调温模式。此时，加湿装置11启动，其调温方式与除湿调温模式类似。根据室内空气的实际温、湿度与设定的温、湿度决定系统的运行状态，利用电磁四通换向阀2和电子调节阀的百分比分流特性在PLC的指令下控制，加湿降温和加湿升温状态之间切换。
(7)自动除霜模式
当系统按照制冷方式运行时，第一换热器3为蒸发器。此时，其表面温度因运行环境温度较低(如干球温度为5；相对湿度为80％的工况)而低于0℃，当进入蒸发器的空气相对湿度大时，空气中的水分可能在蒸发器外表面结霜。在霜达到一定厚度后，使得空气侧压力损失上升，空气流量降低，换热效果差，需要进行除霜。四通换向阀2此时通电，系统运行制热模式，第一换热器3转化为冷凝器，高温制冷剂的进入使得霜迅速融化后，恢复原来的运行模式。
当系统按照制热方式运行时，第二换热器5或第三换热器6为蒸发器，如遇表面结霜状态，四通换向阀2断电，系统运行制冷模式进行除霜。
该恒温恒湿调节系统，采用比例调节式的电子两通阀控制两并联支路中的制冷剂流量，有效避免传统系统在调温过程中所固有“调温盲区”，改善了送风温度的可调节范围；同时，在系统中设置电磁四通转向阀，增加制热模式，既可满足全年运行冷热负荷大范围变化的要求，又可在换热器运行结霜时实现不停机快速除霜。
在上述恒温恒湿的调节系统的基础上，通过一定结构设计，获得本发明整体式恒温恒湿机，下面进一步描述。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种整体式恒温恒湿机，其恒温恒湿调节系统包括：第一换热器、第二换热器，通过四通换向阀选择性连通压缩机；第三换热器，与第二换热器并联；室内风机，与第一换热器、第二换热器一起安装在室内风道内；室外风机，与第三换热器一起安装在室外风道内；加湿装置，与室内风道连通，其特征在于，整机分成上层结构和下层结构，其中：
上层结构安装中隔板、第一换热器、第二换热器及室内风机，中隔板上设置有洒水槽，第一换热器、第二换热器及室内风机在中隔板的上方并排排列；
下层结构安装底盘、蓄水槽、第三换热器、室外风机、压缩机及加湿装置，蓄水槽固定于底盘的一侧，压缩机固定于底盘的另一侧，第三换热器、室外风机、加湿装置依次设置于蓄水槽的上方，且第三换热器位于洒水槽的下方。
2、如权利要求1所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，第一换热器设置于室内风道的回风口处，第二换热器设置在第一换热器与室内风机的中间。
3、如权利要求2所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，第一换热器与第二换热器间隔10～20mm。
4、如权利要求2所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，室内风机的吸风面与第二换热器的一侧换热面平行，且送风口向上。
5、如权利要求1所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，第三换热器设置于室外风道的回风口处。
6、如权利要求5所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，室外风机的吸风面与第三换热器的一侧换热面平行、且送风口向后。
7、如权利要求1所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，设置有循环水泵，其排水口与洒水槽连通。
8、如权利要求1所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，设置有水位开关，其探头置于蓄水槽之中。
9、如权利要求1所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，上层结构的送风口处设置有加湿口，通过湿气排放管连接加湿装置；下层结构的送风口连接整机背板上的排风管。
10、如权利要求1所述的整体式恒温恒湿机，其特征在于，整机背板上设置有加水口，通过加水管连接加湿装置。
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