CN102121731A - 双温热管恒温恒湿空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双温热管恒温恒湿空调机组，包括通过高温蒸发器（3）和低温蒸发器（5）相耦合的空气处理循环系统与双温制冷循环系统；空气处理循环系统包括按照空气流动途径依次设置的进风口（1）、过滤器（2）、高温蒸发器（3）、热管换热器蒸发段（4）、低温蒸发器（5）、送风机（6）、热管换热器冷凝段（7）、电加热器（8）、电极式蒸汽加湿器（9）和送风口（10）；双温制冷循环系统由高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路组成；双温热管恒温恒湿空调机组还包括温度传感器（18）、温度控制器（20）、湿度传感器（19）和湿度控制器（21）。本发明可有效解决常见的冷热抵消问题，具有较大的节能潜力。

Description

双温热管恒温恒湿空调机组

技术领域

本发明涉及一种双温热管恒温恒湿空调机组，属于制冷与空调设备技术领域。

背景技术

在恒温恒湿空调机组中，通常利用表冷器对空气进行露点温度控制，再利用电加热器将空气再热到合适的送风温度，这一过程将产生很大的冷热抵消，尤其是在显热负荷较小、潜热负荷较大的工况下浪费更为明显。在解决恒温恒湿机组的过冷再热问题上，目前存在以下几种技术方案：一、独立新风系统（DOAS），该系统方案在2000年左右提出，它由低温送风独立新风系统、辐射冷吊顶以及新风全热交换器组成，以新风机承担全部潜热负荷，末端承担显热负荷，有效避免了冷热抵消的发生，但因需要对新风进行深冷而对冷源温度要求较低（小于5℃），将减弱压缩机能效，另外该技术方案常用于空调系统，并不适合在恒温恒湿机组中采用。二、温湿度独立控制系统，该系统由清华大学江亿教授2006年左右提出，其核心是把温度、湿度两个控制参数由原来的一个手段(7℃的低温冷冻水)改为由两个手段(干燥新风除湿和18℃高温冷水降温)来进行控制，在消除再热的同时，提升了室内温湿度控制的精准度，制冷机也能以更高效率运行，比“独立新风系统”具有了更广泛的含义。温湿度独立控制系统通常需要结合溶液除湿技术才能充分发挥其节能作用，但溶液除湿系统存在控制复杂、体积庞大、一次投资较高等问题，当前还难以广泛开展，实际上若非表冷器不能将新风处理到所需要的露点温度，通常情况下并不采用溶液除湿技术。三、对被处理空气进行旁通，该方案简单易行，但需要不断调整新风比，影响控制精度，另外和“独立新风系统”类似，要求更低的冷源温度，不利于节能。四、热管/表冷器系统（HP/CC系统），在已有的各种热回收装置中，热管以其传热系数大、传递温差小、运行可靠、无运转部件的优点得到广泛采用，其中重力式热管在空调工程中应用最多。热管/表冷器组合系统可有效避免或减少再热的发生已经得到实际验证，该系统还有增强表冷器冷却能力和除湿效果的作用。传统HP/CC系统存在可控性差的问题，即难以对重力式热管进行主动调节从而控制空气回热温度，另外不能同时满足温度和湿度控制要求，而只能采取温度优先或湿度优先控制策略，显然并不适合直接在恒温恒湿空调机组中采用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双温热管恒温恒湿空调机组，本发明旨在提供一种将传统HP/CC系统与温湿度独立控制理念相结合的新技术方案，以解决恒温恒湿空调机组在夏季工况下常见的冷热抵消问题，同时具备温湿度独立控制及能量梯级利用特点，不可逆损失小，具有较高能效。本发明系统方案简单易行，节能潜力较大，利于普及和推广。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双温热管恒温恒湿空调机组，包括通过高温蒸发器和低温蒸发器相耦合的空气处理循环系统与双温制冷循环系统；

空气处理循环系统包括按照空气流动途径依次设置的进风口、过滤器、高温蒸发器、热管换热器蒸发段、低温蒸发器、送风机、热管换热器冷凝段、电加热器、电极式蒸汽加湿器和送风口；相互连通的热管换热器蒸发段与热管换热器冷凝段组成了热管换热器；

双温制冷循环系统由高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路组成；高压级制冷循环回路包含与高温蒸发器相循环连通的高压级压缩机，低压级制冷循环回路包含与低温蒸发器相循环连通的低压级压缩机；在高温蒸发器的入口处设有高压级节流阀，在低温蒸发器的入口处设有低压级节流阀；

用于感知进风口处回风温度的温度传感器与温度控制器信号相连，温度控制器分别与高压级节流阀和电加热器信号相连；

用于感知进风口处回风湿度的湿度传感器与湿度控制器信号相连，湿度控制器分别与低压级节流阀和电极式蒸汽加湿器信号相连。

作为本发明的双温热管恒温恒湿空调机组的一种改进：双温制冷循环系统为高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路通过双级压缩不完全中间冷却形式联接而成的双级压缩双温制冷循环系统；

高压级制冷循环回路由依次相循环连通的高压级压缩机的出口、冷凝器、储液器、高压级节流阀、高温蒸发器、压力调节阀和高压级压缩机的入口组成；

低压级制冷循环回路由依次相连通的低压级压缩机的出口、高压级压缩机的入口、高压级压缩机的出口、冷凝器、储液器、低压级节流阀、低温蒸发器和低压级压缩机的入口组成；

储液器位于冷凝器的下方；

高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路内均充灌高温制冷剂。

作为本发明的双温热管恒温恒湿空调机组的另一种改进：双温制冷循环系统为高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路相互独立的双回路制冷循环系统；

高压级制冷循环回路由依次相循环连通的高压级压缩机的出口、高压级冷凝器、高压级储液器、高压级节流阀、高温蒸发器和高压级压缩机的入口组成；高压级储液器位于高压级冷凝器的下方；

低压级制冷循环回路由依次相连通的低压级压缩机的出口、低压级冷凝器、低压级储液器、低压级节流阀、低温蒸发器和低压级压缩机的入口组成；低压级储液器位于低压级冷凝器的下方；

高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路内均充灌高温制冷剂。

高温制冷剂例如为常用的R22。

作为本发明的双温热管恒温恒湿空调机组的进一步改进：冷凝器为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。

作为本发明的双温热管恒温恒湿空调机组的进一步改进：高压级冷凝器为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器，低压级冷凝器为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。

作为本发明的双温热管恒温恒湿空调机组的进一步改进：由热管换热器蒸发段与热管换热器冷凝段组成的热管换热器内充灌常温工质，该常温工质例如为甲醇、乙醇、丙酮或R134a。

作为本发明的双温热管恒温恒湿空调机组的进一步改进：由热管换热器蒸发段与热管换热器冷凝段组成的热管换热器为有芯毛细热管换热器。

作为本发明的双温热管恒温恒湿空调机组的进一步改进：由热管换热器蒸发段与热管换热器冷凝段组成的热管换热器为整体重力式热管换热器，热管换热器蒸发段位于热管换热器冷凝段的下方。

在本发明中，由热管换热器蒸发段与热管换热器冷凝段组成的热管换热器包括热管和翅片等，热管的根数及翅片形式可以采用多种方案，此为常规技术；即整个热管换热器（为整体重力式热管换热器或者有芯毛细热管换热器）可通过市购的方式获得。

在本发明中，制冷循环可根据制冷剂性质在制冷循环回路中设置回热器以减少节流损失。此为常规技术，一般在高温制冷剂选用R22时考虑选用。

本发明的双温热管恒温恒湿空调机组，温度控制器首先接收温度传感器的测量信号，然后根据内设的调温系统来调控高压级节流阀的开度或电加热器的加热量；即，调节高温蒸发器的供冷量或电加热器的加热量；高温蒸发器和电加热器不同时工作。同理，湿度控制器首先接收湿度传感器的测量信号，然后根据内设的调湿系统来调控低压级节流阀的开度或电极式蒸汽加湿器的加湿量，即，调节低温蒸发器的供冷量或电极式蒸汽加湿器的加湿量；低温蒸发器和电极式蒸汽加湿器不同时工作。

在本发明中，双级压缩双温制冷循环分为高压级制冷循环回路和低压级制冷循环回路这两路，其中高压级制冷循环回路用于保证高温蒸发器供冷，低压级制冷循环回路用于保证低温蒸发器供冷；两路制冷循环可通过双级压缩不完全中间冷却形式联接（如图1所示），也可为相互独立的双路制冷循环（如图2所示），分别向高温蒸发器和低温蒸发器提供冷量。高温蒸发器主要用于消除空气显热，低温蒸发器主要用于显出空气潜热。

本发明和传统恒温恒湿空调机组相比，具有以下优点：

1、能有效避免或减少冷热抵消的产生。本发明采用热管换热器将空气在蒸发段放出的热量在冷凝段释放用于加热表冷器（即低温蒸发器）出口的过冷空气，减少了电加热器的再热能耗。

2、具有温湿度独立控制的特点。高温蒸发器主要负责消除循环空气显热，通过调节其冷量以控制回风温度在设定范围内变化，只有当高温蒸发器输出降到最小时才启动电加热器进行再热；低温蒸发器主要用于消除循环空气潜热，通过调节其冷量输出改变露点送风温度从而控制回风湿度在设定范围内变化。

3、增强了低温蒸发器的除湿能力。由于热管换热器蒸发段及高温蒸发器对循环空气进行预冷，减少了低温蒸发器原先需要承担的显热负荷，因此低温蒸发器得以将冷量主要用于承担显热负荷。

4、不可逆损失小，系统能效高。由于采用双温循环，显热负荷由高温蒸发器承担，减少了传热温差，另外双级压缩减少了过热损失，系统功耗将减小。

综上所述，本发明可有效解决常见的冷热抵消问题，具有较大的节能潜力，符合温湿度独立控制的发展方向，具有明显的能量梯级利用特点，系统所需部件均配套成熟，可行性强，易于普及和推广使用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明的一种双温热管恒温恒湿空调机组的结构原理图；

图2为本发明的另一种双温热管恒温恒湿空调机组的结构原理图。

具体实施方式

实施例1、图1给出了一种双温热管恒温恒湿空调机组，包括通过高温蒸发器3和低温蒸发器5相耦合的空气处理循环系统与双级压缩双温制冷循环系统。

空气处理循环系统包括按照空气流动途径依次设置的进风口1、过滤器2、高温蒸发器3、热管换热器蒸发段4、低温蒸发器5、送风机6、热管换热器冷凝段7、电加热器8、电极式蒸汽加湿器9和送风口10；相互连通的热管换热器蒸发段4与热管换热器冷凝段7组成了热管换热器；该热管换热器为整体重力式热管换热器，热管换热器蒸发段4位于热管换热器冷凝段7的下方。

由热管换热器蒸发段4与热管换热器冷凝段7组成的热管换热器内充灌常温工质，例如可选用甲醇、乙醇、丙酮或R134a。

双级压缩双温制冷循环系统由高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路组成，高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路通过双级压缩不完全中间冷却形式联接。

高压级制冷循环回路包含与高温蒸发器3相循环连通的高压级压缩机11，在高温蒸发器3的入口处设有高压级节流阀14，在高温蒸发器3的出口处设有压力调节阀15；即，高压级制冷循环回路由依次相循环连通的高压级压缩机11的出口、冷凝器12、储液器13、高压级节流阀14、高温蒸发器3、压力调节阀15和高压级压缩机11的入口组成。储液器13位于冷凝器12的下方。冷凝器12例如可选用风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。

低压级制冷循环回路包含与低温蒸发器5相循环连通的低压级压缩机17，在低温蒸发器5的入口处设有低压级节流阀16；即，低压级制冷循环回路由依次相连通的低压级压缩机17的出口、高压级压缩机11的入口、高压级压缩机11的出口、冷凝器12、储液器13、低压级节流阀16、低温蒸发器5和低压级压缩机17的入口组成。

在高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路内均充灌高温制冷剂，例如为R22。

温度传感器18设置在进风口1处（用于测量回风温度），温度传感器18与温度控制器20相连，温度控制器20分别与高压级节流阀14和电加热器8信号相连。

湿度传感器19设置在进风口1处（用于测量回风湿度），湿度传感器19与湿度控制器21信号相连，所述湿度控制器21分别与低压级节流阀16和电极式蒸汽加湿器9信号相连。

具体工作内容如下：

一、夏季工况下工作时：

1、循环空气在送风机6的抽吸作用下从进风口1进入系统，空气在高温蒸发器3中降温，高温蒸发器3的冷量大小受温度传感器18的信号控制，当回风温度高于温度控制器20的设定温度时，温度控制器20加大高压级节流阀14的开度以输出更多冷量，反之，则关小高压级节流阀14，从而减少高压级循环回路的制冷剂流量。过滤器2起到对循环空气进行过滤的作用。

2、空气经过高温蒸发器3后再通过热管换热器蒸发段4被进一步预冷，之后空气通过低温蒸发器5继续降温减湿。低温蒸发器5主要用于调整空气露点温度以满足除湿要求，低温蒸发器5受回风湿度（由湿度传感器19进行检测）信号调控，当所测回风湿度偏大时，湿度控制器21加大低压级节流阀16的开度以输出更多冷量，反之，则关小低压级节流阀16，从而减少低压级循环回路的制冷剂流量。

3、之后，循环空气通过热管换热器冷凝段7被再热，然后进入电加热器8。电加热器8同样受温度控制器20的调控。

当高压级节流阀14的开度最小而回风温度低于设定温度时，启动电加热器8，温度控制器20切换到通过回风温度信号控制电加热器加热量的模式，因此，高温蒸发器3和电加热器8不同时工作。

4、双级压缩双温制冷循环系统工作时，高压级压缩机11出口的高温高压气态制冷剂首先经过冷凝器12；当冷凝器12选用风冷式冷凝器时，上述高温高压气态制冷剂被室外空气冷凝成高温高压液体后流入储液器13，之后分为高压级和低压级两路参与制冷循环。

一路通过低压级节流阀16进入低温蒸发器5，吸收循环空气热量（潜热为主）而蒸发，蒸发后的制冷剂通过低压级压缩机17压缩后增压。另外一路制冷剂通过高压级节流阀14进入高温蒸发器3，吸收循环空气热量（显热为主）而蒸发，蒸发后的制冷剂经过压力调节阀15后与低压级压缩机17出口的制冷剂蒸气混合，混合制冷剂蒸气再进入高压级压缩机11被压缩，从而完成整个制冷循环。高压级节流阀14和低压级节流阀16的开度分别受温度控制器20和湿度控制器21的调控，改变高温蒸发器3和低温蒸发器5的制冷量以适应显热及潜热负荷的变化。

5、最终，处理后的循环空气通过电极式蒸汽加湿器9后，从送风口10吹出。其中电极式蒸汽加湿器9在夏季工况下不工作。

二、冬季工况下工作时：

与常规恒温恒湿机组采用相同的空气处理模式，即，循环空气在送风机6的抽吸作用下从进风口1进入系统，依次经过过滤器2、高温蒸发器3、热管换热器蒸发段4、低温蒸发器5、送风机6、热管换热器冷凝段7、电加热器8和电极式蒸汽加湿器9，最终从送风口10吹出。

高温蒸发器3连同整个高压级制冷循环回路停止工作，低温蒸发器5连同整个低压级制冷循环回路停止工作，由热管换热器蒸发段4与热管换热器冷凝段7组成的热管换热器停止工作。即，仅仅通过电加热器8对空气升温，通过电极式蒸汽加湿器9对空气加湿。其中电加热器8的加热量受温度控制器20根据温度传感器18测量的回风温度信号控制，当所测回风温度低于设定温度时，温度控制器20将加大电加热器8的加热量，反之则减小。电极式蒸汽加湿器9加湿量受湿度控制器21根据湿度传感器19测量的回风湿度信号控制，当所测回风湿度低于设定湿度时，湿度控制器21将加大加湿器9的加湿量，反之则减小。

实施例2、图2给出了一种双温热管恒温恒湿空调机组，包括通过高温蒸发器3和低温蒸发器5相耦合的空气处理循环系统与双回路制冷循环系统。

双回路制冷循环系统由相互独立的高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路组成。

高压级制冷循环回路由依次相循环连通的高压级压缩机11的出口、高压级冷凝器121、高压级储液器131、高压级节流阀14、高温蒸发器3和高压级压缩机11的入口组成；高压级储液器131位于高压级冷凝器121的下方。

低压级制冷循环回路由依次相连通的低压级压缩机17的出口、低压级冷凝器122、低压级储液器132、低压级节流阀16、低温蒸发器5和低压级压缩机17的入口组成；低压级储液器132位于低压级冷凝器122的下方。

其余结构同实施例1。

即，在此实施例2中，两个循环回路（高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路）相互独立，不相互干扰，具有更佳的调节性能，避免了实施例1的中间不完全冷却时存在的混合损失，系统能效更高，但需要增加一个冷凝器和一个储液器。其它结构均与实施例1相同。

上述双温热管恒温恒湿空调机组在夏季工况下工作时：

高压级压缩机11出口的高温高压气态制冷剂首先经过高压级冷凝器121；当高压级冷凝器121选用风冷式冷凝器时，上述高温高压气态制冷剂被室外空气冷凝成高温高压液体后流入高压级储液器131；然后通过高压级节流阀14进入高温蒸发器3，吸收循环空气热量（显热为主）而蒸发，制冷剂蒸气再进入高压级压缩机11被压缩，从而完成整个制冷循环。

同理，低压级压缩机17出口的高温高压气态制冷剂首先经过低压级冷凝器122；当低压级冷凝器122选用风冷式冷凝器时，上述高温高压气态制冷剂被室外空气冷凝成高温高压液体后流入低压级储液器132；然后通过低压级节流阀16进入低温蒸发器5，吸收循环空气热量（潜热为主）而蒸发，制冷剂蒸气再进入低压级压缩机17被压缩，从而完成整个制冷循环。

其余工作内容同实施例1。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：包括通过高温蒸发器（3）和低温蒸发器（5）相耦合的空气处理循环系统与双温制冷循环系统；

所述空气处理循环系统包括按照空气流动途径依次设置的进风口（1）、过滤器（2）、高温蒸发器（3）、热管换热器蒸发段（4）、低温蒸发器（5）、送风机（6）、热管换热器冷凝段（7）、电加热器（8）、电极式蒸汽加湿器（9）和送风口（10）；所述相互连通的热管换热器蒸发段（4）与热管换热器冷凝段（7）组成了热管换热器；

所述双温制冷循环系统由高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路组成；所述高压级制冷循环回路包含与高温蒸发器（3）相循环连通的高压级压缩机（11），所述低压级制冷循环回路包含与低温蒸发器（5）相循环连通的低压级压缩机（17）；在高温蒸发器（3）的入口处设有高压级节流阀（14），在低温蒸发器（5）的入口处设有低压级节流阀（16）；

用于感知进风口（1）处回风温度的温度传感器（18）与温度控制器（20）信号相连，所述温度控制器（20）分别与高压级节流阀（14）和电加热器（8）信号相连；

用于感知进风口（1）处回风湿度的湿度传感器（19）与湿度控制器（21）信号相连，所述湿度控制器（21）分别与低压级节流阀（16）和电极式蒸汽加湿器（9）信号相连。

2.根据权利要求1所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述双温制冷循环系统为高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路通过双级压缩不完全中间冷却形式联接而成的双级压缩双温制冷循环系统；

所述高压级制冷循环回路由依次相循环连通的高压级压缩机（11）的出口、冷凝器（12）、储液器（13）、高压级节流阀（14）、高温蒸发器（3）、压力调节阀（15）和高压级压缩机（11）的入口组成；

所述低压级制冷循环回路由依次相连通的低压级压缩机（17）的出口、高压级压缩机（11）的入口、高压级压缩机（11）的出口、冷凝器（12）、储液器（13）、低压级节流阀（16）、低温蒸发器（5）和低压级压缩机（17）的入口组成；

所述储液器（13）位于冷凝器（12）的下方；

所述高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路内均充灌高温制冷剂。

3.根据权利要求1所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述双温制冷循环系统为高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路相互独立的双回路制冷循环系统；

所述高压级制冷循环回路由依次相循环连通的高压级压缩机（11）的出口、高压级冷凝器（121）、高压级储液器（131）、高压级节流阀（14）、高温蒸发器（3）和高压级压缩机（11）的入口组成；所述高压级储液器（131）位于高压级冷凝器（121）的下方；

所述低压级制冷循环回路由依次相连通的低压级压缩机（17）的出口、低压级冷凝器（122）、低压级储液器（132）、低压级节流阀（16）、低温蒸发器（5）和低压级压缩机（17）的入口组成；所述低压级储液器（132）位于低压级冷凝器（122）的下方；

所述高压级制冷循环回路与低压级制冷循环回路内均充灌高温制冷剂。

4.根据权利要求2所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述冷凝器（12）为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。

5.根据权利要求3所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述高压级冷凝器（121）为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器，所述低压级冷凝器（122）为风冷式冷凝器或水冷式冷凝器。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述由热管换热器蒸发段（4）与热管换热器冷凝段（7）组成的热管换热器内充灌常温工质。

7.根据权利要求6所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述常温工质为甲醇、乙醇、丙酮或R134a。

8.根据权利要求7所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述由热管换热器蒸发段（4）与热管换热器冷凝段（7）组成的热管换热器为有芯毛细热管换热器。

9.根据权利要求7所述的双温热管恒温恒湿空调机组，其特征是：所述由热管换热器蒸发段（4）与热管换热器冷凝段（7）组成的热管换热器为整体重力式热管换热器，所述热管换热器蒸发段（4）位于热管换热器冷凝段（7）的下方。

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