CN104165487A - 独立控制制冷除湿装置及独立控制制冷除湿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种独立控制除湿制冷装置,用于对区域空气进行制冷时基于该区域空气中的湿度进行除湿，其特征在于，包括：制冷模块，包含：压缩机、冷凝器、蒸发器、冷管；以及流量控制模块，用于控制高压过冷液态制冷剂的流量，包含：温湿度传感部；设定存储部；比较部；判断控制部；节流限流部，当判断控制部输出低流量控制信号控制节流限流部将高压过冷液态制冷剂进行低流量限流得到低蒸发压力制冷剂，蒸发器将低蒸发压力制冷剂进行蒸发吸收区域空气热量同时对区域空气进行除湿；判断控制部输出高流量流量控制信号控制节流限流部将高压过冷液态制冷剂进行高流量限流得到高蒸发压力制冷剂，蒸发器将高蒸发压力制冷剂进行蒸发吸收区域空气热量。

Description

独立控制制冷除湿装置及独立控制制冷除湿方法

技术领域

本发明涉及环境控制保障领域，具体涉及一种独立控制除湿制冷装置及独立控制制冷除湿方法。

背景技术

传统空调装置、恒温恒湿装置等制冷(除湿)循环的设计蒸发温度较低，使得无论实际空气调节区域的实际温湿度情况，即使空气调节区域内湿度已处于舒适区之外(偏干燥)，制冷机也不会提高蒸发温度从而减小除湿量。此外，蒸发温度低导致送风温度过低，导致使用者的吹风感更为强烈、更不舒适。

现有技术中，出于节能和提高舒适性的考虑，一些中央空调系统采用溶液除湿或转轮除湿等手段来实现热负荷和湿负荷的独立处理。但上述系统一般体积庞大，均需要热源用于溶液或转轮的再生，系统结构复杂，初投资很高，需要专业技术人员进行维护和运行，对于家庭和商业等大部分场合均不能适用。专利号是200820171750.5的实用新型专利《温湿独立控制的空调系统》，该专利提供了一种温湿独立控制的空调系统的技术方案，包括冷媒循环系统、水循环系统与风管机送风系统，使用12～22℃的独立冷冻水，通过辐射或对流型末端消除室内显热；同时检测室内湿度，在需要除湿时，采用冷冻除湿，实现节能与室内空气品质改善的双重效果，但该系统太过复杂，成本昂贵，系统的构建及控制等实现难度大。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种结构简单且节约能源的独立控制除湿制冷装置及独立控制制冷除湿方法。

本发明提供了一种独立控制除湿制冷装置,具有这样的特征，包括：制冷模块，用于对区域空气进行制冷，包含：用于将气态制冷剂进行压缩后排出高温高压气态制冷剂的压缩机、用于将高温高压气态制冷剂进行冷却得到高压过冷液态制冷剂的冷凝器、用于吸收区域空气的热量进行制冷并输出气态制冷剂到压缩机的入口的蒸发器、以及设置在冷凝器和蒸发器之间用于输送高压过冷液态制冷剂的冷管；以及流量控制模块，用于控制高压过冷液态制冷剂在冷管中的流量，包含：安装在蒸发器吸风口处用于根据区域空气的温度采集到相对应的温度值和根据区域空气的湿度采集到相对应的湿度值的温湿度传感部；用于设定上限湿度值和上限温度值并存储温度值和湿度值的设定存储部；用于将温度值与上限温度值进行比较以及湿度值与上限湿度值进行比较的比较部；根据比较部对温度值和湿度值的比较进行判断是否温度值大于上限温度值且湿度值大于上限湿度值并且当判断为是时输出低流量控制信号当判断为不是时发出高流量控制信号的判断控制部；设置在冷管中用于接收低流量控制信号或高流量控制信号并根据低流量控制信号或高流量控制信号来限制冷管中高压过冷液态制冷剂的流量的节流限流部，其中，高压过冷液态制冷剂经过节流限流部后进入蒸发器被蒸发并且吸收区域空气的热量后成为气态制冷剂，当判断控制部输出低流量控制信号控制节流限流部将高压过冷液态制冷剂进行低流量限流得到低蒸发压力制冷剂，判断控制部输出高流量流量控制信号控制节流限流部将高压过冷液态制冷剂进行高流量限流得到高蒸发压力制冷剂。

在本发明提供的独立控制除湿制冷装置中，还可以具有这样的特征，包括：其中，节流限流部包含：用于将高压过冷液态制冷剂转化为高蒸发压力制冷剂的高蒸发压力毛细管、设置在高蒸发压力毛细管中用于根据接收到低流量控制信号或高流量控制信号控制阀门开合的电磁阀、以及与电磁阀入口和高蒸发压力毛细管出口相并联的低蒸发压力毛细管。

在本发明提供的独立控制除湿制冷装置中，具有这样的特征，包括：其中，节流限流部是电子膨胀阀，电子膨胀阀设置在冷管中用于接收判断控制部发出低流量控制信号或高流量控制信号相应地调节阀门开口大小。

本发明还提供一种使用如上述任意一项的独立控制除湿制冷装置的独立控制制冷除湿方法,其特征在于，具有以下步骤：正常制冷步骤，当判断控制部输出高流量控制信号到节流限流部，节流限流部将高压过冷液态制冷剂进行高流量限流得到高蒸发压力制冷剂，高蒸发压力制冷剂在蒸发器中进行蒸发并吸热区域空气的热量；制冷除湿步骤，当判断控制部输出低流量控制信号到节流限流部，节流限流部将高压过冷液态制冷剂进行低流量限流得到低蒸发压力制冷剂，低蒸发压力制冷剂进入蒸发器进行蒸发吸收区域空气的热量并将区域空气中的部分水蒸气凝结成为凝结水。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及到的独立控制除湿制冷装置及独立控制制冷除湿方法，通过流量控制模块根据区域空气的温度值和湿度值与上限温度值和上限湿度值比较后，当区域空气的湿度不大于上限湿度时，判断控制部控制节流限流部进行高流量限流，使高压过冷液态制冷剂被节流为高蒸发压力制冷剂进入蒸发器中蒸发吸热；当区域空气温度大于上限温度值且当区域湿度大于上限湿度值时，判断控制部控制节流限流部进行低流量限流，使高压过冷液态制冷剂被节流为低蒸发压力制冷剂并进入蒸发器中。低蒸发压力制冷剂在蒸发器的蒸发压力低，相对应的蒸发温度较低，从而区域空气的水蒸气在蒸发器的表面被冷凝为凝结水后排出。本装置实现同时对温度和湿度的独立控制，在区域空气湿度过大时对区域空气进行除湿，否则只进行制冷，提高使用效率、节约能源的优点。

附图说明

图1是本发明实施例中的独立控制除湿制冷装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中的独立控制除湿制冷除湿方法的热力分析LgP-h原理图；以及

图3是本发明实施例中的独立控制除湿制冷除湿方法的实例计算热力分析LgP-h图。

具体实施案例

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的独立控制除湿制冷装置及独立控制制冷除湿方法作具体阐述。

图1是本发明实施例中的独立控制除湿制冷装置的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中独立控制除湿制冷装置100用于对空气调节区域的空气进行制冷，并且当区域空气湿度超出人体舒适区湿度范围时对区域空气进行除湿。

独立控制除湿制冷装置100具体包含制冷模块10和流量控制模块20。

制冷模块10用于对区域空气进行制冷，包含压缩机11、冷凝器12、蒸发器13、冷管14、干燥过滤器15和视液镜16。冷管14设置在冷凝器12的出气口和蒸发器13的进口之间，用于输送高压过冷液态制冷剂。

压缩机11用于将气态制冷剂进行压缩后排出高温高压气态制冷剂。冷凝器12的进气口与压缩机11的出气口相连，冷凝器12的用于接收高温高压气态制冷剂并对其进行冷却至高压过冷液态制冷剂。蒸发器13的出口与压缩机11的入口相连，高压过冷液态制冷剂通过冷管14处理后进入蒸发器13中被蒸发为气态制冷剂，气态制冷剂从蒸发器13的出口输出到压缩机11中。干燥过滤器15和视液镜16依次安装在冷管14中，干燥过滤器15用于对高压过冷液态制冷剂进行干燥，视液镜16用于观察高压过冷液态制冷剂的液面。

流量控制模块20用于对冷管14中的高压过冷液态制冷剂进行流量控制，包含温湿度传感部21、信号处理器22和节流限流部23。

温湿度传感部21安装在蒸发器13的吸风口处，用于采集空气区域的温度和湿度，并将得到的温度值和湿度值传入信号处理器22中。

信号处理器22用于控制节流限流部23，包含设定存储部22a、比较部22b判断控制部22c。设定存储部22a用于设定上限温度值和上限湿度值，并且存储温湿度传感部21采集得到的区域空气的温度值和湿度值。比较部22b用于将设定存储部22a中存储的温度值和湿度值分别与设定的上限温度值和上限湿度值进行比较，判断控制部22c根据比较部22b的比较结果进行判断，当温度值大于上限温度值且湿度值大于上限湿度值时，判断为是，判断控制部22c输出低流量控制信号到节流限流部23中进行低流量限流；当温度值大于上限温度值且湿度值不大于上限湿度值时，判断为否，判断控制部22c输出高流量控制信号到节流限流部23中进行高流量限流。

节流限流部23位于视液镜16与蒸发器13之间的冷管14上，用于对高压过冷液态制冷剂进行限流实现对高压过冷液态制冷剂的节流作用。节流限流部23是采用并联的高蒸发压力毛细管23a和低蒸发压力毛细管23b，以及位于高蒸发压力毛细管23a中的电磁阀23c。

电磁阀23c用于接收判断控制部22c输出的低流量控制信号和高流量控制信号。当电磁阀23c接收到低流量控制信号时，电磁阀23c的阀门关闭，高压过冷液态制冷剂经低蒸发压力毛细管23b节流后得到低蒸发压力制冷剂；当电磁阀23c接收到高流量控制信号时，电磁阀23c的阀门开启，高压过冷液态制冷剂经高蒸发压力毛细管23b节流后得到高蒸发压力制冷剂。

本实施例的独立控制除湿制冷装置100中,根据流量控制模块20使得区域空气的湿度被调节在舒适区湿度范围内。使用独立控制除湿制冷装置100的独立控制除湿制冷除湿方法具体步骤如下：

正常制冷步骤，当温湿度传感部21采集到的温度值大于上限温度值且湿度值不大于上限湿度值时，判断控制部22c输出高流量控制信号到电磁阀23c中，使电磁阀23c的阀门开启，切换至高蒸发压力循环：气态制冷剂被压缩机11压缩后排出高温高压气态制冷剂到冷凝器12中进行冷却，高温高压气态制冷剂被冷却至高压过冷液态制冷剂。高压过冷液态制冷剂通过节流作用较小的高蒸发压力毛细管23a被节流成为高蒸发压力制冷剂后，高蒸发压力制冷剂输入蒸发器13中进行蒸发，高蒸发压力制冷剂被蒸发成为气态制冷剂，继续进入压缩机11中。如此循环往复，实现循环制冷，由于高蒸发压力制冷剂的蒸发压力高，对应的蒸发温度较高，高于露点稳定，区域空气中的水蒸气不被凝结，实现对区域空气湿度处于舒适湿度范围时在进行制冷的同时不进行除湿。

制冷除湿步骤，当温湿度传感部21采集到的温度值大于上限温度值且湿度值大于上限湿度值时，判断控制部22c输出低流量控制信号到电磁阀23c中，使电磁阀23c的阀门关闭，切换至低蒸发压力循环：气态制冷剂被压缩机11压缩后排出高温高压气态制冷剂到冷凝器12中进行冷却，高温高压气态制冷剂被冷却至高压过冷液态制冷剂，因为电磁阀23c的阀门关闭，高压过冷液态制冷剂通过节流作用较大的低蒸发压力毛细管23b被节流成为低蒸发压力制冷剂后，低蒸发压力制冷剂输入蒸发器13中进行蒸发，由于低蒸发压力制冷剂的蒸发压力低高，对应的蒸发温度较低，低于露点稳定，区域空气中的水蒸气在蒸发器13表面结露并流入积水盘(图中未画出)后排出，低蒸发压力制冷剂被蒸发成为气态制冷剂，继续进入压缩机11中。如此循环往复，实现根据对区域空气湿度情况在进行制冷的同时进行除湿。

图2是本发明实施例中的独立控制除湿制冷除湿方法的热力分析LgP-h原理图。

如图2所示，图2中以数字“1”、“2”、“4”分别对应的焓值依次为h₁、h₂、h₄，数字“1'”、“2'”、“4'”对应的比焓值依次为h₁'、h₂'、h₄'。常规空调制冷机的设计蒸发压力为p_e′，对应的蒸发温度为T_e′，由于蒸发压力较低，制冷量q_e'较小，q′_e＝h₁′-h₄′，压缩机耗功w'较大，w′＝h₂′-h₁′，制冷性能系数ε'较小，传统的低蒸发压力、低蒸发温度设计的目的是通过使蒸发器盘管表面温度低于露点温度的方法来承担室内的湿负荷。在不需要除湿时，将蒸发器表面温度提高至露点温度以上，即可避免不必要的除湿，并可提高制冷循环的性能系数，如图2所示，在不需要除湿时，将蒸发压力提高至p_e，对应蒸发温度为T_e，由于蒸发压力较高，制冷量q_e较大，q_e＝h₁-h₄，冷凝压力不变时，压缩机耗功w较小，w＝h₂-h₁，制冷性能系数ε较大， $\mathrm{\ϵ}=\frac{q_e}{w}=\frac{h_1-h_4}{h_2-h_1}.$

图3是本发明实施例中的独立控制除湿制冷除湿方法的实例计算热力分析LgP-h图。

具体数据实例计算：

假定以R410A为制冷剂，冷凝温度均为T_k＝50℃，对应冷凝压力P_k＝3071.10kPa，高蒸发压力循环时，高蒸发压力P_e＝1248.89kPa，对应高蒸发温度T_e＝15℃，而低蒸发压力时，低蒸发压力P_e＝933.50kPa，应低蒸发温度T_e＝5℃。

图3中以数字“1”至“6”分别对应下面高蒸发压力循环热力计算中的1至6状态焓值，数字“1'”至“6'”分别对应下面高蒸发压力循环热力计算中的1'至6'状态焓值。

高蒸发压力循环热力计算：1状态焓值h₁＝206.07kJ/kg，2状态焓值h₂＝431.04kJ/kg，2状态熵s₂＝1815.32kJ/(kg·K)，压缩过程为等熵压缩，因此，3状态熵s₃＝1815.32kJ/(kg·K)，3状态排气温度T₃＝72.28℃，3状态焓值h₃＝459.51kJ/kg，4状态焓值h₄＝292.56kJ/kg，5状态焓值h₅＝279.04kJ/kg，节流过程为等焓过程，因此，6状态焓值h₆＝279.04kJ/kg，单位质量制冷量q_e＝h₂-h₅＝155.60kJ/kg，压缩机耗功w＝h₃-h₂＝24.87kJ/kg，制冷性能系数 $\mathrm{\ϵ}=\frac{q_e}{w}=6.26.$

高蒸发压力循环热力计算：1′状态焓值h_1′＝219.06kJ/kg，2′状态焓值h_2′＝431.04kJ/kg，2′状态熵s_2′＝1830.42kJ/(kg·K)，压缩过程为等熵压缩，因此，3′状态熵s_3′＝1830.42kJ/(kg·K)，3′状态排气温度T_3′＝76.66℃，3′状态焓值h_3′＝464.79kJ/kg，4状态焓值h₄＝292.56kJ/kg，5状态焓值h₅＝279.04kJ/kg，节流过程为等焓过程，因此，6′状态焓值h_6′＝279.04kJ/kg，单位质量制冷量q′_e＝h_2′-h₅＝152kJ/kg，压缩机耗功w′＝h_3′-h_2′＝33.75kJ/kg，制冷性能系数 ${\mathrm{\ϵ}}^{\′}=\frac{q_e^{\′}}{w^{\′}}=4.50.$

可见，通过具体数据带入制冷性能系数计算式中得到的计算结构可知，采用本实施例的独立控制除湿制冷装置及独立控制制冷除湿方法，高蒸发压力循环时制冷性能提高39.1％。

实施例的作用与效果

根据本实施例根据本发明所涉及到的独立控制除湿制冷装置及独立控制制冷除湿方法，通过流量控制模块根据区域空气的温度值和湿度值与上限温度值和上限湿度值比较后，当区域空气的湿度不大于上限湿度时，判断控制部控制节流限流部进行高流量限流，使高压过冷液态制冷剂被节流为高蒸发压力制冷剂进入蒸发器中蒸发吸热；当区域空气温度大于上限温度值且当区域湿度大于上限湿度值时，判断控制部控制节流限流部进行低流量限流，使高压过冷液态制冷剂被节流为低蒸发压力制冷剂并进入蒸发器中。低蒸发压力制冷剂在蒸发器的蒸发压力低，相对应的蒸发温度较低，从而区域空气的水蒸气在蒸发器的表面被冷凝为凝结水后排出。本装置实现同时对温度和湿度的独立控制，在区域空气湿度过大时对区域空气进行除湿，否则只进行制冷，提高使用效率、节约能源的优点。

在本实施例中，由于低蒸发压力毛细管和高蒸发压力毛细管，因此，实现在蒸发器中进行双蒸发压力蒸发，本装置具有结构简单节能减排和节省运行费用的优点。此外，使用者舒适度大幅提高。因此，采用本实施例不仅实现了室内温湿度更为精确的控制，提高了室内空气品质和舒适性，还可以增大制冷量、提高综合制冷性能系数，节约能源和使用费用。实验测试表明增加的初投资仅需8个月即可回收，具有系统构成和控制简单、节能减排和节省运行费用的优点。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

节流限流部也不仅限为优选案例中的低蒸发压力毛细管和高蒸发压力毛细管；也可采用电子膨胀阀，通过调节电子膨胀阀的开口大小即可实现高蒸发压力循环和低蒸发压力循环。当判断控制部发出低流量控制信号时，电子膨胀阀接收到该低流量控制信号，控制阀门开度关小，由于节流作用大，使高压过冷液态制冷剂被节流成为低蒸发压力制冷剂并进入蒸发器进行蒸发吸热，实现制冷和除湿；当判断控制部发出高流量控制信号时，电子膨胀阀接收到该高流量控制信号，控制阀门开度开大，由于节流作用小，使高压过冷液态制冷剂被节流成为高蒸发压力制冷剂并进入蒸发器进行蒸发吸热，实现制冷。

Claims (4)

1.一种独立控制除湿制冷装置,其特征在于，包括：

制冷模块，用于对区域空气进行制冷，包含：用于将气态制冷剂进行压缩后排出高温高压气态制冷剂的压缩机、用于将所述高温高压气态制冷剂进行冷却得到高压过冷液态制冷剂的冷凝器、用于吸收所述区域空气的热量进行所述制冷并输出所述气态制冷剂到所述压缩机的入口的蒸发器、以及设置在所述冷凝器和所述蒸发器之间用于输送所述高压过冷液态制冷剂的冷管；以及

流量控制模块，用于控制所述高压过冷液态制冷剂在冷管中的流量，包含：安装在所述蒸发器吸风口处用于根据所述区域空气的温度采集到相对应的温度值和根据所述区域空气的湿度采集到相对应的湿度值的温湿度传感部；用于设定上限湿度值和上限温度值并存储所述温度值和所述湿度值的设定存储部；用于将所述温度值与所述上限温度值进行比较以及所述湿度值与所述上限湿度值进行比较的比较部；根据所述比较部对所述温度值和所述湿度值的比较进行判断是否所述温度值大于所述上限温度值且所述湿度值大于所述上限湿度值并且当判断为是时输出低流量控制信号当判断为不是时发出高流量控制信号的判断控制部；设置在所述冷管上用于接收所述低流量控制信号或高流量控制信号并根据所述低流量控制信号或高流量控制信号来限制所述冷管中所述高压过冷液态制冷剂的流量的节流限流部，

其中，所述高压过冷液态制冷剂经过所述节流限流部后进入所述蒸发器被蒸发并且吸收所述区域空气的热量后成为所述气态制冷剂，

当所述判断控制部根据输出的低流量控制信号来控制所述节流限流部将所述高压过冷液态制冷剂进行低流量限流得到低蒸发压力制冷剂，

所述判断控制部根据输出的高流量流量控制信号控制所述节流限流部将所述高压过冷液态制冷剂进行高流量限流得到高蒸发压力制冷剂。

2.根据权利要求1所述的独立控制除湿制冷装置，其特征在于：

其中，所述节流限流部包含：用于将所述高压过冷液态制冷剂转化为所述高蒸发压力制冷剂的高蒸发压力毛细管、设置在所述高蒸发压力毛细管中用于根据接收到所述低流量控制信号或高流量控制信号控制阀门开合的电磁阀、以及与所述电磁阀入口和所述高蒸发压力毛细管出口相并联的低蒸发压力毛细管。

3.根据权利要求1所述的独立控制除湿制冷装置，其特征在于：

其中，所述节流限流部是电子膨胀阀，

所述电子膨胀阀设置在所述冷管中用于接收所述判断控制部发出所述低流量控制信号或高流量控制信号相应地调节阀门开口大小。

4.一种使用如权利要求1至3中任意一项的独立控制除湿制冷装置的独立控制除湿制冷方法,其特征在于，具有以下步骤：

正常制冷步骤，当所述判断控制部输出所述高流量控制信号到所述节流限流部，所述节流限流部将所述高压过冷液态制冷剂进行高流量限流得到所述高蒸发压力制冷剂，所述高蒸发压力制冷剂在所述蒸发器中进行蒸发并吸热所述区域空气的热量；

制冷除湿步骤，当所述判断控制部输出所述低流量控制信号到所述节流限流部，所述节流限流部将所述高压过冷液态制冷剂进行低流量限流得到所述低蒸发压力制冷剂，所述低蒸发压力制冷剂进入所述蒸发器进行蒸发吸收所述区域空气的热量并将所述区域空气中的部分水蒸气凝结成为凝结水。