CN102062461A - 温度和湿度独立的四分程空气调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气的调节或处理装置领域，具体公开了一种温度和湿度独立的四分程空气调节系统，包括温度调节模块和湿度调节模块，所述的温度调节模块包括安装在被调空间的温度传感器、与温度传感器相连的温度控制器、以及与温度控制器相连的加热装置和制冷装置；所述的湿度调节模块包括安装在被调空间的湿度传感器、与湿度传感器相连的湿度控制器、以及与湿度控制器相连的加湿装置和除湿装置。本发明所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，具有精确度高、控制方便、操作简单、节能环保等优点，并大大降低了高精度恒温室的运行耗能。

Description

温度和湿度独立的四分程空气调节系统

技术领域

本发明涉及空气的调节或处理装置领域，尤其涉及空气处理装置的控制系统。

背景技术

各类恒温恒湿室、博物馆高精度恒温恒湿展柜、空调器焓差试验室等特殊领域对环境温度和湿度的控制精度要求非常高，常规间歇性工作的空调机组无法满足其要求，往往要求使用工艺性高精度恒温恒湿空调。为了达到特殊环境对温度和湿度的高要求，传统的方法是这样的，步进开启一些制冷机组，使被调节空气有一个固定的、能够覆盖热湿负荷的显冷和除湿控制，然后通过无级调节的对固定空间进行加热和加湿补偿调节，并通过平衡调制冷机组的对固定空间进行多余显冷和除湿的调节，从而使被调空间的温度湿度趋于稳定。

但是，由于上述方法中制冷机组的显冷和除湿组合基本上是固定的，这就使得，在一些特殊工况的调节的过程中，如：只需要空调机提供显冷平衡被试机负荷的情况下，由于工况湿度大使得制冷机组的蒸发器上很容易结露，冷机的除湿量非常大而显热冷量则非常有限。因此，为了满足5HP的被试机试验要求而配置3倍于被试机冷量的制冷机有时也达不到其显热的要求。与此同时，大量的除湿实际是我们不希望的，为了达到工况，我们需要配置大功率的加湿来平衡空气处理机本身的除湿。这样，将损耗大量的能量。以上述一个5HP焓差试验室为例，为了满足一台5HP空调的测试需要，往往需要配置内外约30HP的冷机。运行时的最高电容量配置可能达到120KVA左右。其实这当中，很大一部分的耗能是在相互抵消，造成了大量能源的浪费。

同时，常规设计的间歇式工作的空气处理机组和制冷机组，通常是设计一系列制冷机组，根据粗略估计的热负荷要求使其部分常开，然后通过无级调节的加热和加湿平衡掉冷机的部分显热和潜热，使空气处理机的能力正好切合测试所需要的冷热负荷。一方面，上述的空气处理机组和制冷机组不能满足高精度恒温恒湿室的空气处理机组需要满足热负荷变化范围较大，温度、湿度的控制范围宽，调节精度高的要求。另一方面，上述的空气处理机组和制冷机组非常耗能，因为，为了达到恒定温度的要求，必须要对空气进行制冷处理，制冷处理的过程会除湿，又要对空气进行加湿，加湿有带入了显热，这样冷热湿的相互作用消耗了大量的能量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能独立调节温度和湿度的四分程空气调节系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样：

一种温度和湿度独立的四分程空气调节系统，包括温度调节模块和湿度调节模块，

所述的温度调节模块包括安装在被调空间的温度传感器、与温度传感器相连的温度控制器、以及与温度控制器相连的加热装置和制冷装置，温度传感器将温度信号传送给温度控制器，与设定的目标值进行比较，当温度高于目标值时，温度控制器将发出要求降温的信号，此时，制冷装置正常工作，而加热装置处于最小的工作状态；反之，当温度低于目标值时，温度控制器将发出要求升温的信号，此时，加热装置正常工作，而制冷装置处于最小的工作状态，只维持必要的除湿能力；

所述的湿度调节模块包括安装在被调空间的湿度传感器、与湿度传感器相连的湿度控制器、以及与湿度控制器相连的加湿装置和制冷装置除湿机构，湿度传感器将湿度信号传送给湿度控制器，与设定的目标值进行比较，当湿度高于目标值时，湿度控制器将发出要求除湿的信号，此时，制冷装置除湿机构工作于加大除湿状态，而加湿装置处于最小的工作状态；反之，当湿度低于目标值时，湿度控制器将发出要求加湿的信号，此时，加湿装置正常工作，而制冷装置处于最小除湿的工作状态。

上述的技术方案中，所述的加热装置是加热器，所述的加热器通过固态继电器(SSR)与温度控制器相连接，温度控制器将发出要求升温的信号，固态继电器(SSR)的单位时间导通率将增加，使被调空间的温度升高。

上述的技术方案中，所述的制冷装置包括压缩机，所述的压缩机通过变频器与温度控制器相连接，当温度高于目标值时，温度控制器将发出要求降温的信号，提高变频器的输出频率，使压缩机的转速提高，从而增大制冷剂的流量，使得被调空间的温度降低。

为保证制冷系统正常运转，所述的制冷装置还包括电子膨胀阀EV②、蒸发器和气液分离器，当压缩机吸气温度过高时，可开启电子膨胀阀EV②，喷入少量液态制冷剂与蒸发器出口过热蒸汽在气液分离器中充分混合，降低压缩机吸气的有害过热度后，再回到压缩机。

上述的技术方案中，所述的加湿装置是加湿喷管，所述的加湿喷管通过蒸汽阀与湿度控制器相连接，当湿度低于目标值时，湿度控制器将发出要求加湿的信号，通过增加蒸汽阀的开度，使更多的蒸汽由加湿喷管喷入被调空间，从而增加被调空间的湿度。

上述的技术方案中，所述的制冷装置除湿机构包括可调流量的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV①、电子膨胀阀EV②、蒸发器、电子蒸发压力调节阀组和气液分离器，所述的压缩机的出气口与冷凝器相连接，所述的压缩机的进气口与气液分离器相连接；所述的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV①、蒸发器、电子蒸发压力调节阀组和气液分离器依次相连接并形成一个总回路，所述的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV②和气液分离器依次相连接并形成另一个与总回路并联的分支回路；

当湿度高于目标值时，湿度控制器将发出要求除湿的信号，电子膨胀阀EV①开度将最小，电子蒸发压力调节阀组开度将最大，压缩机工作在最低蒸发温度状态，显热比最小，除湿能力最强，当房间湿度逐步提高，除湿信号逐步减小，相应电子膨胀阀EV①开度逐渐增大，当其增加到最大，蒸发温度仍较低时，电子蒸发压力调节阀组开始逐步减小，蒸发器的蒸发温度进一步提高，除湿能力下降；当电子蒸发压力调节阀组开度减小到一定程度时，此时蒸发器工作在干盘管状态，只有降温功能，没有除湿效果；为保证显热的换热效果，不再继续提高蒸发器的温度。

本发明所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，总冷量和潜冷量成为独立可调参数，可以直接根据被试机的负荷要求和工况要求，自动稳定地提供相应显冷和潜冷，完全不需要或只需要很少额外的内部补偿，有效的减少了能量的损耗，可以大大节约恒温恒湿室的运行成本。本发明所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，具有精确度高、控制方便、操作简单、节能环保等优点，并大大降低了高精度恒温室的运行耗能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为干球控制示意图。

图3为湿球控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明一种温度和湿度独立的四分程空气调节系统，包括温度调节模块和湿度调节模块，

所述的温度调节模块包括安装在被调空间18的温度传感器10、与温度传感器10相连的温度控制器12、以及与温度控制器12相连的加热装置和制冷装置；

所述的加热装置是加热器15，所述的加热器15通过固态继电器(SSR)14与温度控制器12相连接，温度控制器12将发出要求升温的信号，固态继电器(SSR)14的单位时间导通率将增加，使被调空间18的温度升高，此时，制冷装置处于最小的工作状态，只维持必要的除湿能力；

所述的制冷装置包括压缩机1、电子膨胀阀EV②8、蒸发器5和气液分离器7，所述的压缩机1通过变频器9与温度控制器12相连接，当温度高于目标值时，温度控制器12将发出要求降温的信号，提高变频器9的输出频率，使压缩机1的转速提高，从而增大制冷剂的流量，使得被调空间18的温度降低，此时，加热装置处于最小的工作状态；

为保证制冷系统正常运转，当压缩机1吸气温度过高时，可开启电子膨胀阀EV②8，喷入少量液态制冷剂与蒸发器5出口过热蒸汽在气液分离器7中充分混合，降低压缩机1吸气的有害过热度后，再回到压缩机1；

干球控制示意图如图2所示，OUT代表PID控制器的输出，它大小与房间的显热负荷成反比，0％代表显热负荷最大，需要大幅降温，100％表示显热负荷为负值最大，需要大量加热。其中，Invertor表示变频器9频率，Heater表示固态继电器SSR19的导通比率，由图2中可以看出，当显热负荷为正值(OUT为0％)，即被调空间需要供冷时，变频器将带动压缩机高频运转，提高供冷能力；当显热负荷逐步减小，变频器转速逐步下降，供冷能力逐步下降；当显热负荷转变成负值并进一步降低时(OUT向100％过渡)，意味着房间需要供热，这是变频器维持最低转速运转，供冷量最小，同时加热器的功率逐步提高，保持房间温度稳定。

所述的湿度调节模块包括安装在被调空间18的湿度传感器11、与湿度传感器11相连的湿度控制器13、以及与湿度控制器13相连的加湿装置和制冷装置除湿机构，

所述的加湿装置是加湿喷管17，所述的加湿喷管17通过蒸汽阀16与湿度控制器13相连接，当湿度低于目标值时，湿度控制器13将发出要求加湿的信号，通过增加蒸汽阀16的开度，使更多的蒸汽由加湿喷管17喷入被调空间18，从而增加被调空间18的湿度，此时，制冷装置处于最小除湿的工作状态；

所述的制冷装置除湿机构包括可调流量的压缩机1、冷凝器2、储液器3、电子膨胀阀EV①4、电子膨胀阀EV②8、蒸发器5、电子蒸发压力调节阀组6和气液分离器7，所述的压缩机1的出气口与冷凝器2相连接，所述的压缩机1的进气口与气液分离器7相连接；所述的压缩机1、冷凝器2、储液器3、电子膨胀阀EV①4、蒸发器5、电子蒸发压力调节阀组6和气液分离器7依次相连接并形成一个总回路，所述的压缩机1、冷凝器2、储液器3、电子膨胀阀EV②8和气液分离器7依次相连接并形成另一个与总回路并联的分支回路；

当湿度高于目标值时，湿度控制器13将发出要求除湿的信号，电子膨胀阀EV①4开度将最小，电子蒸发压力调节阀组6开度将最大，压缩机1工作在最低蒸发温度状态，显热比最小，除湿能力最强，当房间湿度逐步提高，除湿信号逐步减小，相应电子膨胀阀EV①4开度逐渐增大，当其增加到最大，蒸发温度仍较低时，电子蒸发压力调节阀组6开始逐步减小，蒸发器5的蒸发温度进一步提高，除湿能力下降；当电子蒸发压力调节阀组6开度减小到一定程度时，此时蒸发器5工作在干盘管状态，只有降温功能，没有除湿效果；为保证显热的换热效果，不再继续提高蒸发器5的温度。此时，制冷装置除湿机构工作于加大除湿状态，而加湿装置处于最小的工作状态。

湿球控制示意图如图3所示，OUT代表PID控制器的输出，它大小与房间的潜热负荷成反比，0％代表潜热负荷最大，需要大量除湿，100％表示潜热负荷为负值最大，需要大量加湿。其中，EV1表示电子膨胀阀EV①4的开度，EV2表示电子蒸发压力调节阀组6的开度，HU表示蒸汽阀开度，由图3可见，当潜热负荷为正值并远高于设定值时(OUT最小)，意味着被调空间需要除湿，这时，膨胀阀开度最小，蒸发器蒸发温度最低，显热比最小，除湿能力最强；当潜热负荷逐步减小(OUT逐步增大)，膨胀阀开度逐步增加，除湿能力降低；膨胀阀增加到最大后，如果除湿能力仍然偏大，蒸发压力调节阀组将开始工作，开度减小可以进一步提高蒸发压力，除湿能力进一步降低；潜热负荷减小并转变为负值后，意味着被调空间湿度太低，(OUT逐步增加并向100％过渡)，需要补湿，此时膨胀阀开度最大，蒸发压力调节阀开度最小，除湿能力达到最小，并且蒸汽阀开始打开，向被调空间提供干蒸汽加湿，维持房间湿度平衡。当OUT达到100％时，蒸汽阀输出达到最大。

本发明所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，总冷量和潜冷量成为独立可调参数，可以直接根据被试机的负荷要求和工况要求，自动稳定地提供相应显冷和潜冷，完全不需要或只需要很少额外的内部补偿，有效的减少了能量的损耗，可以大大节约恒温恒湿室的运行成本。本发明所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，具有精确度高、控制方便、操作简单、节能环保等优点，并大大降低了高精度恒温室的运行耗能。

上述实施例仅为本发明若干实施方式中的一种，并非对本发明构思的限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中的工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种温度和湿度独立的四分程空气调节系统，包括温度调节模块和湿度调节模块，其特征在于，

所述的温度调节模块包括安装在被调空间的温度传感器、与温度传感器相连的温度控制器、以及与温度控制器相连的加热装置和制冷装置，温度传感器将温度信号传送给温度控制器，与设定的目标值进行比较，当温度高于目标值时，温度控制器将发出要求降温的信号，此时，制冷装置正常工作，而加热装置处于最小的工作状态；反之，当温度低于目标值时，温度控制器将发出要求升温的信号，此时，加热装置正常工作，而制冷装置处于最小的工作状态，只维持必要的除湿能力；

所述的湿度调节模块包括安装在被调空间的湿度传感器、与湿度传感器相连的湿度控制器、以及与湿度控制器相连的加湿装置和制冷装置除湿机构，湿度传感器将湿度信号传送给湿度控制器，与设定的目标值进行比较，当湿度高于目标值时，湿度控制器将发出要求除湿的信号，此时，制冷装置除湿机构工作于加大除湿状态，而加湿装置处于最小的工作状态；反之，当湿度低于目标值时，湿度控制器将发出要求加湿的信号，此时，加湿装置正常工作，而制冷装置处于最小除湿的工作状态。

2.根据权利要求1所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，其特征在于，所述的加热装置是加热器，所述的加热器通过固态继电器与温度控制器相连接，温度控制器将发出要求升温的信号，固态继电器的单位时间导通率将增加，使被调空间的温度升高。

3.根据权利要求1所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，其特征在于，所述的制冷装置包括压缩机，所述的压缩机通过变频器与温度控制器相连接，当温度高于目标值时，温度控制器将发出要求降温的信号，提高变频器的输出频率，使压缩机的转速提高，从而增大制冷剂的流量，使得被调空间的温度降低。

4.根据权利要求3所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，其特征在于，所述的制冷装置还包括电子膨胀阀EV②、蒸发器和气液分离器，当压缩机吸气温度过高时，可开启电子膨胀阀EV②，喷入少量液态制冷剂与蒸发器出口过热蒸汽在气液分离器中充分混合，降低压缩机吸气的有害过热度后，再回到压缩机。

5.根据权利要求1、2或3所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，其特征在于，所述的加湿装置是加湿喷管，所述的加湿喷管通过蒸汽阀与湿度控制器相连接，当湿度低于目标值时，湿度控制器将发出要求加湿的信号，通过增加蒸汽阀的开度，使更多的蒸汽由加湿喷管喷入被调空间，从而增加被调空间的湿度。

6.根据权利要求1、2或3所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，其特征在于，所述的制冷装置除湿机构包括可调流量的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV①、电子膨胀阀EV②、蒸发器、电子蒸发压力调节阀组和气液分离器，所述的压缩机的出气口与冷凝器相连接，所述的压缩机的进气口与气液分离器相连接；所述的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV①、蒸发器、电子蒸发压力调节阀组和气液分离器依次相连接并形成一个总回路，所述的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV②和气液分离器依次相连接并形成另一个与总回路并联的分支回路；

当湿度高于目标值时，湿度控制器将发出要求除湿的信号，电子膨胀阀EV①开度将最小，电子蒸发压力调节阀组开度将最大，压缩机工作在最低蒸发温度状态，显热比最小，除湿能力最强，当房间湿度逐步提高，除湿信号逐步减小，相应电子膨胀阀EV①开度逐渐增大，当其增加到最大，蒸发温度仍较低时，电子蒸发压力调节阀组开始逐步减小，蒸发器的蒸发温度进一步提高，除湿能力下降；当电子蒸发压力调节阀组开度减小到一定程度时，此时蒸发器工作在干盘管状态，只有降温功能，没有除湿效果；为保证显热的换热效果，不再继续提高蒸发器的温度。

7.根据权利要求5所述的温度和湿度独立的四分程空气调节系统，其特征在于，所述的制冷装置除湿机构包括可调流量的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV①、电子膨胀阀EV2、蒸发器、电子蒸发压力调节阀组和气液分离器，所述的压缩机的出气口与冷凝器相连接，所述的压缩机的进气口与气液分离器相连接；所述的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV①、蒸发器、电子蒸发压力调节阀组和气液分离器依次相连接并形成一个总回路，所述的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀EV②和气液分离器依次相连接并形成另一个与总回路并联的分支回路；

当湿度高于目标值时，湿度控制器将发出要求除湿的信号，电子膨胀阀EV①开度将最小，电子蒸发压力调节阀组开度将最大，压缩机工作在最低蒸发温度状态，显热比最小，除湿能力最强，当房间湿度逐步提高，除湿信号逐步减小，相应电子膨胀阀EV①开度逐渐增大，当其增加到最大，蒸发温度仍较低时，电子蒸发压力调节阀组开始逐步减小，蒸发器的蒸发温度进一步提高，除湿能力下降；当电子蒸发压力调节阀组开度减小到一定程度时，此时蒸发器工作在干盘管状态，只有降温功能，没有除湿效果；为保证显热的换热效果，不再继续提高蒸发器的温度。

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