CN101865497B

CN101865497B - 高精度节能型恒温恒湿空调机及其控制方法

Info

Publication number: CN101865497B
Application number: CN 201010220384
Authority: CN
Inventors: 李敏华; 刘文彬; 原志锋; 王亮添
Original assignee: Guangdong Shenling Air Conditioning Equipment Co Ltd
Current assignee: Guangdong Shenling Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: CN101865497A

Abstract

一种高精度节能型恒温恒湿空调机及其控制方法，所述空调机包括空调机壳体内的压缩机，以及设置于出风口上的送风机、电加湿器、电加热器和温湿度传感器，压缩机的排气管上连接有控温调湿部件；控温调湿部件包括依次相连的再热电磁阀、M个冷凝面积不相同的再热冷凝器、过冷冷凝器、制冷电磁阀和N个换热面积相同的蒸发器。M和N的数目为2-10个；再热电磁阀的数目等于M+1个，制冷电磁阀的数目等于N-1个。本发明通过增设再热冷凝器和蒸发器，回收系统冷凝热，降低了机组的废热排放，具有节能和环保双重作用，并且可进一步提高压缩机组的季节能效比。通过切换再热冷凝器以及旁通管路的再热电磁阀，再配以电加热器和电加湿器的高精度补偿调节，整机可获得高精度的温湿度控制。

Description

高精度节能型恒温恒湿空调机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调机，特别是一种高精度节能型恒温恒湿空调机及其控制方法。

背景技术

目前，恒温恒湿空调机广泛适用于烟草、医院、食品加工、印刷厂、机房仓库等对温度和湿度有较高要求的场所。现有技术中的恒温恒湿空调机是采用制冷系统进行过度的降温除湿后，再利用电加热进行再热升温以抵消过大的制冷量，利用加湿器进行湿度补偿以抵消过大的除湿量，尽量避免压缩机停机以维持对空间温湿度精确控制的高耗能运行模式。

中国专利文献号CN2632546Y于2004年8月11日公开了一种恒温恒湿空调机组，其特征在于：包括机箱、压缩机、蒸发器、冷凝器、蒸发风机、冷凝风机，所述机箱分为两个相互隔离的空间，蒸发器和蒸发风机位于一个机箱空间内，冷凝器和冷凝风机位于另一个机箱空间内，压缩机位于机箱内，分别与蒸发器及冷凝器相连接。据称，其可以同时实现降温除湿、升温除湿、室内通风等作用模式，功能多样，适用性较好，而且具有结构简单、合理，安装、清洗与维修比较方便的优点。但是，该结构运行时向大气环境排放大量的冷凝热，这些热量的散发又使周围环境温度升高，造成严重的环境热污染。并且其存在温度和湿度的控制精度较低。因此，有必要作进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、易于生产、制作成本低、高效节能的高精度节能型恒温恒湿机及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种高精度节能型恒温恒湿空调机，包括空调机壳体内的压缩机，和设置于出风口上的送风机、电加湿器、电加热器和温湿度传感器，其结构特征是压缩机的排气管上连接有控温调湿部件；所述控温调湿部件包括依次相连的再热电磁阀、M个冷凝面积不相同的再热冷凝器、过冷冷凝器、制冷电磁阀和N个换热面积相同的蒸发器；

所述M和N的数目为2-10个；再热电磁阀的数目等于M+1个，制冷电磁阀的数目等于N-1个；每个再热冷凝器的进口管串联到一个再热电磁阀上，每个再热冷凝器的出口管串联到一个单向阀上；

所述再热冷凝器各支路并联，再并联一条旁通管路，旁通管路上设有一个再热电磁阀；N-1个蒸发器都串联一个制冷电磁阀后并联，再与第N个蒸发器并联。

所述过冷冷凝器的出口管上设有膨胀阀，且与膨胀阀的进口管相连接；过冷冷凝器为风冷式冷凝器或者水冷式冷凝器，其放置于室内或者室外。

所述膨胀阀的出口管与制冷电磁阀相连接，膨胀阀为热力式膨胀阀或者电子式膨胀阀。

所述制冷电磁阀与蒸发器的进口管相连，蒸发器的出口管与压缩机之间设有汽液分离器，汽液分离器的进口管、出口管分别与蒸发器的出口管以及压缩机的吸气管相连接；压缩机为定容量式压缩机、可变容量式压缩机、定频式压缩机或变频式压缩机。

所述压缩机、再热电磁阀、膨胀阀、制冷电磁阀、电加热器、电加湿器、送风机和温湿度传感器分别与空调机上的主控制器电连接。

一种高精度节能型恒温恒湿空调机的控制方法，再热电磁阀的控制步骤为：1)根据受控环境通过温湿度传感器的信号反馈，与温度设定值进行检测，并进行执行下一步骤；

2)当环境温度值低于温度设定值，或者不断下降并趋近于温度设定值，旁通管路上的再热电磁阀处于开启状态，而与每个再热冷凝器连接的再热电磁阀，则启动其中冷凝面积最小的一个再热冷凝器上的再热电磁阀，如果当时冷凝面积最小的一个再热冷凝器上的再热电磁阀处于开启状态，则启动冷凝面积稍大一个的再热冷凝器上的再热电磁阀；当所有再热电磁阀，包括与再热冷凝器及旁通管路相连接的再热电磁阀均开启，温度仍然没有达到设定值，则关闭与旁通管路相连接的再热电磁阀，使得回收的冷凝再热量达到最大，并进行执行下一步骤；

3)当再热冷凝器相连接的再热电磁阀均开启、与旁通管路相连接的再热电磁阀关闭的状态下，且环境温度值仍然低于温度设定值，或者不断下降并趋近于温度设定值，电加热器开始投入使用，根据PID判断，按比例逐步加载投入或减载投入，并进行执行下一步骤；

4)当环境温度值高于温度设定值，或者不断上升并趋近于温度设定值，再热电磁阀则按上述相反的顺序动作：先打开与旁通管路相连接的再热电磁阀，再根据PID判断，按冷凝面积从大到小的顺序，逐步关闭每个再热冷凝器，直到冷凝面积最小的一个再热冷凝器上的再热电磁阀为止，此时没有回收冷凝热。

所述高精度节能型恒温恒湿空调机的控制方法，制冷电磁阀的控制步骤为：1)根据受控环境通过温湿度传感器的信号反馈，与温度设定值进行检测，并进行执行下一步骤；

2)当环境湿度值高于湿度设定值，或者不断上升并趋近于湿度设定值，且其上升速率大于某个PID值时：如果当时全部的制冷电磁阀都处于开启状态，则关闭第一个蒸发器相连接的制冷电磁阀；如果当时只有第一个蒸发器的制冷电磁阀关闭，则关闭第二个蒸发器的制冷电磁阀；如此类推，直到所有制冷电磁阀都关闭，并进行执行下一步骤；

3)当环境湿度值低于湿度设定值，或者不断下降并趋近于湿度设定值，且其下降速率大于某个PID值时，制冷电磁阀则按上述相反的顺序动作：如果当时全部的制冷电磁阀都处于关闭状态，则开启第一个蒸发器相连接的制冷电磁阀；如果当时只有第二个蒸发器的制冷电磁阀开启，则开启第二个蒸发器的制冷电磁阀；如此类推，直到所有制冷电磁阀都开启。

本发明与现有技术相比具有以下有益之处：

1、通过增设冷凝面积不相同的再热冷凝器回收系统冷凝热，利用原本废弃的部分和全部冷凝热量作为再热能源，不但减少了电加热器再热补偿量的节能运行，而且降低了机组的废热排放，具有节能和环保双重作用。

2、通过增设换热面积相同的蒸发器，使得机组制冷量和环境热负荷更匹配，故实际运行更节能，可进一步提高压缩机组的季节能效比。

3、通过切换再热冷凝器以及旁通管路的再热电磁阀，从而获得不同的再热量调节级数，再配以电加热器和电加湿器的高精度补偿调节，整机可以获得非常高精度的温湿度控制。

附图说明

图1为本发明一实施例的工作原理示意图。

图中：1为压缩机，2为再热电磁阀，3为再热冷凝器，a为再热冷凝器的进口管，b为再热冷凝器的出口管，4为单向阀，5为过冷冷凝器，6为膨胀阀，7为蒸发器，71为第一个蒸发器，72为第二个蒸发器，c为蒸发器的进口管，d为蒸发器的出口管，8为汽液分离器，9为电加热器，10为电加湿器，11为送风机，12为制冷电磁阀，121为第一个制冷电磁阀，122为第二个制冷电磁阀，13为主控制器，14为温湿度传感器，15为旁通管路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本高精度节能型恒温恒湿空调机，包括空调机壳体内的压缩机1，和设置于出风口上的送风机11、电加湿器10、电加热器9和温湿度传感器14。压缩机1的排气管上连接有控温调湿部件。控温调湿部件包括依次相连的再热电磁阀2、M个冷凝面积不相同的再热冷凝器3、制冷电磁阀12和N个换热面积相同的蒸发器7构成。所述压缩机1、再热电磁阀2、制冷电磁阀12、电加热器9、膨胀阀6、电加湿器10、送风机11和温湿度传感器14分别与空调机上的主控制器13电连接。压缩机1为可变容量式压缩机、也可以是变频式压缩机。

再热冷凝器3连接有一根与之并联设置的旁通管路15，用于增加再热量调节级数，亦即扩大冷凝再热量的调节范围。附图中再热冷凝器3的数目为两个，每个再热冷凝器3设置再热电磁阀2外，旁通管路15也需要设置一个再热电磁阀2，即再热电磁阀2的数目等于M+1个，因此再热电磁阀2的个数为三个。一般来说，再热冷凝器3个数越多，温度及湿度的控制精度也越高，并且每个再热冷凝器3的冷凝面积是不相同的，这样可以获得更多的再热量调节级数。再热冷凝器3的进口管a以及旁通管路15与再热电磁阀2的一端相连接，再热电磁阀2的另一端与压缩机1的排气管相连。再热冷凝器3的出口管b以及旁通管路15连接有过冷冷凝器5，过冷冷凝器的进口管与再热冷凝器之间设有单向阀4。过冷冷凝器5的出口管上设有膨胀阀6，且与膨胀阀的进口管相连接，膨胀阀6为电子式膨胀阀，采用电子膨胀阀的系统调节性能和温湿度控制精度会更优。

过冷冷凝器5为水冷式冷凝器，其可放置于室内或者室外，其作用主要是保证在任何运行工况下冷媒在流经过冷冷凝器5并进入膨胀阀6前具有一定的过冷度。膨胀阀6的出口管与制冷电磁阀12相连接。制冷电磁阀12与蒸发器7的进口管c相连，蒸发器7与压缩机1之间设有汽液分离器8，汽液分离器8的进口管、出口管分别与蒸发器7的出口管d以及压缩机1的吸气管相连接。如果采用定容量式压缩机的系统或定频式压缩机的系统，蒸发器7可以设计为一个或两个，并以设计为两个为佳。蒸发器7为三个或以上的设计仅适用于可变容量式压缩机或者变频式压缩机的系统，蒸发器7个数越多，温度及湿度的控制精度也越高，运行也更匹配。附图所示蒸发器7的数目为三个，值得注意的是，单独一个的蒸发器7无需设置制冷电磁阀12，制冷电磁阀12的数目等于N-1个，因此本实施中的制冷电磁阀12的个数为二个。并且每个蒸发器7设计的换热面积是相同的，这样可以有利于每个蒸发器7的均匀分液。

高精度节能型恒温恒湿空调机的控制方法为：根据受控环境通过温湿度传感器14的信号反馈，由主电控器采用PID控制方案控制再热电磁阀2、制冷电磁阀12、电加热器9和电加湿器10的动作。

再热电磁阀2的控制：

1)当环境温度值低于温度设定值，或者不断下降并趋近于温度设定值，且其下降速率大于某个PID值时：如果当时只有旁通管路15上的再热电磁阀2处于开启状态，而与每个再热冷凝器3连接的再热电磁阀2，则启动其中冷凝面积最小的一个再热冷凝器3上的再热电磁阀2；如果当时冷凝面积最小的一个再热冷凝器3上的再热电磁阀2处于开启状态，则启动冷凝面积稍大一个的再热冷凝器3上的再热电磁阀2；如此类推，当所有再热电磁阀2，包括与再热冷凝器3及旁通管路15相连接的再热电磁阀2均开启，温度仍然没有达到设定值，则关闭与旁通管路15相连接的再热电磁阀2，使得回收的冷凝再热量达到最大。

2)当环境温度值高于温度设定值，或者不断上升并趋近于温度设定值，且其上升速率大于某个PID值时，再热电磁阀2则按上述相反的顺序动作：先打开与旁通管路15相连接的再热电磁阀2，再根据PID判断，按冷凝面积从大到小的顺序，逐步关闭每个再热冷凝器3，直到冷凝面积最小的一个再热冷凝器3上的再热电磁阀2为止，此时没有回收冷凝热。

制冷电磁阀12的控制：

1)当环境湿度值高于湿度设定值，或者不断上升并趋近于湿度设定值，且其上升速率大于某个PID值时：如果当时全部的制冷电磁阀12都处于开启状态，则关闭第一个蒸发器71相连接的制冷电磁阀12；如果当时只有第一个蒸发器71的制冷电磁阀12关闭，则关闭第二个蒸发器72的制冷电磁阀12；如此类推，直到所有制冷电磁阀12都关闭。

2)当环境湿度值低于湿度设定值，或者不断下降并趋近于湿度设定值，且其下降速率大于某个PID值时，制冷电磁阀12则按上述相反的顺序动作：如果当时全部的制冷电磁阀12都处于关闭状态，则开启第一个蒸发器71相连接的制冷电磁阀12；如果当时只有第二个蒸发器72的制冷电磁阀12开启，则开启第二个蒸发器72相连接的制冷电磁阀12；如此类推，直到所有制冷电磁阀12都开启。

3)对于采用变容量式压缩机1的机组，每个制冷电磁阀12的动作除了受环境湿度控制外，还受到变容式量压缩机的容量投入比例的限制，以蒸发器7以设计为三个为例：当变容量式压缩机的容量投入比例为0--30％范围内，只能开启第一个制冷电磁阀121，第二个制冷电磁阀122不能开启；当变容量式压缩机的容量投入比例为30--60％范围内，所有制冷电磁阀12都可以开启或关闭；当变容量式压缩机的容量投入比例为60--100％范围内，只能关闭第一个制冷电磁阀121，第二个制冷电磁阀122不能关闭。

电加热器9的控制：

在所有与再热冷凝器3相连接的再热电磁阀2均开启、与旁通管路15相连接的再热电磁阀2关闭的状态下，如果当环境温度值仍然低于温度设定值，或者不断下降并趋近于温度设定值，且其下降速率大于某个PID值时：电加热器9开始投入使用，根据PID判断，按比例逐步加载投入；反之逐步减载投入。

电加湿器10的控制：

对于定容量式压缩机的系统，在所有制冷电磁阀12均开启的状态下；在对应的压缩机容量投入比例范围里，制冷电磁阀12开启数量达到上限的状态下，如果当环境湿度值仍然低于湿度设定值，或者不断下降并趋近于湿度设定值，且其下降速率大于某个PID值时：电加湿器10开始投入使用，根据PID判断，按比例逐步加载投入；反之逐步减载投入。

Claims

1.一种高精度节能型恒温恒湿空调机，包括空调机壳体内的压缩机(1)，以及设置于出风口上的送风机(11)、电加湿器(10)、电加热器(9)和温湿度传感器，其特征是压缩机的排气管上连接有控温调湿部件；所述控温调湿部件包括依次相连的再热电磁阀(2)、M个冷凝面积不相同的再热冷凝器(3)、过冷冷凝器(5)、制冷电磁阀(12)和N个换热面积相同的蒸发器(7)；

所述M和N的数目为2-10个；再热电磁阀(2)的数目等于M+1个，制冷电磁阀(12)的数目等于N-1个；每个再热冷凝器(3)的进口管串联到一个再热电磁阀上，每个再热冷凝器的出口管串联到一个单向阀(4)上；

所述再热冷凝器(3)各支路并联，再并联一条旁通管路(15)，旁通管路上设有一个再热电磁阀(2)；N-1个蒸发器(7)都串联一个制冷电磁阀(12)后并联，再与第N个蒸发器并联。

2.根据权利要求1所述的高精度节能型恒温恒湿空调机，其特征是所述过冷冷凝器(5)的出口管上设有膨胀阀(6)，且与膨胀阀的进口管相连接；过冷冷凝器为风冷式冷凝器或者水冷式冷凝器，其放置于室内或者室外。

3.根据权利要求1或2所述的高精度节能型恒温恒湿空调机，其特征是所述膨胀阀(6)的出口管与制冷电磁阀(12)相连接，膨胀阀为热力式膨胀阀或者电子式膨胀阀。

4.根据权利要求3所述的高精度节能型恒温恒湿空调机，其特征是所述制冷电磁阀(12)与蒸发器(7)的进口管(c)相连，蒸发器的出口管(d)与压缩机(1)之间设有汽液分离器(8)，汽液分离器的进口管、出口管分别与蒸发器的出口管以及压缩机的吸气管相连接；压缩机为定容量式压缩机、可变容量式压缩机、定频式压缩机或变频式压缩机。

5.根据权利要求4所述的高精度节能型恒温恒湿空调机，其特征是所述压缩机(1)、再热电磁阀(2)、电加热器(9)、电加湿器(10)、送风机(11)、膨胀阀(6)、制冷电磁阀(12)和温湿度传感器(14)分别与空调机上的主控制器(13)电连接。

6.一种如权利要求1所述高精度节能型恒温恒湿空调机的控制方法，其特征是所述再热电磁阀(2)的控制步骤为：

1)根据受控环境通过温湿度传感器(14)的信号反馈，与温度设定值进行检测，并进行执行下一步骤；

2)当环境温度值低于温度设定值，或者不断下降并趋近于温度设定值，旁通管路(15)上的再热电磁阀处于开启状态，而与每个再热冷凝器(3)连接的再热电磁阀，则启动其中冷凝面积最小的一个再热冷凝器上的再热电磁阀，如果当时冷凝面积最小的一个再热冷凝器上的再热电磁阀处于开启状态，则启动冷凝面积稍大一个的再热冷凝器上的再热电磁阀；当所有再热电磁阀，包括与再热冷凝器及旁通管路相连接的再热电磁阀均开启，温度仍然没有达到设定值，则关闭与旁通管路相连接的再热电磁阀，使得回收的冷凝再热量达到最大，并进行执行下一步骤；

3)当再热冷凝器(3)相连接的再热电磁阀(2)均开启、与旁通管路(15)相连接的再热电磁阀关闭的状态下，且环境温度值仍然低于温度设定值，或者不断下降并趋近于温度设定值，电加热器(9)开始投入使用，根据PID判断，按比例逐步加载投入或减载投入，并进行执行下一步骤；

4)当环境温度值高于温度设定值，或者不断上升并趋近于温度设定值，再热电磁阀(2)则按上述相反的顺序动作：先打开与旁通管路(15)相连接的再热电磁阀，再根据PID判断，按冷凝面积从大到小的顺序，逐步关闭每个再热冷凝器(3)，直到冷凝面积最小的一个再热冷凝器上的再热电磁阀为止，此时没有回收冷凝热。

7.根据权利要求6所述高精度节能型恒温恒湿空调机的控制方法，其特征是所述制冷电磁阀(12)的控制步骤为：

2)当环境湿度值高于湿度设定值，或者不断上升并趋近于湿度设定值，且其上升速率大于某个PID值时：如果当时全部的制冷电磁阀(12)都处于开启状态，则关闭第一个蒸发器(71)相连接的制冷电磁阀；如果当时只有第一个蒸发器的制冷电磁阀关闭，则关闭第二个蒸发器(72)的制冷电磁阀；如此类推，直到所有制冷电磁阀都关闭，并进行执行下一步骤；

3)当环境湿度值低于湿度设定值，或者不断下降并趋近于湿度设定值，且其下降速率大于某个PID值时，制冷电磁阀(12)则按上述相反的顺序动作：如果当时全部的制冷电磁阀都处于关闭状态，则开启第一个蒸发器(71)相连接的制冷电磁阀；如果当时只有第二个蒸发器(72)的制冷电磁阀开启，则开启第二个蒸发器的制冷电磁阀；如此类推，直到所有制冷电磁阀都开启。