CN108253560A - 一种加压空气温湿度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加压空气温湿度控制方法，其技术方案具有加压装置、散热装置、制冷装置、加热装置等。加压装置在加压空气的过程中因输入功率加压做功而导致空气压力增加、温度升高；散热装置不用额外功率输入，利用加压空气与外界温差进行散热而使加压空气温度初步降低到接近外界环境温度；然后制冷装置通过功率输入利用热泵原理进一步对加压空气进行降温，通过控制最低制冷温度对加压空气冷凝去湿以控制湿度；加热装置不需要额外功率输入，利用加压空气与其它装置传热介质温差进行热交换吸热而使加压空气温度升高，通过控制加热装置热交换器介质流量实现加压空气出风温度控制。本发明充分利用各个装置温度差进行热交换器散热降温及吸热加温，系统能量循环互补利用，极大地降低系统整体功耗，达到低成本、高效、环保及节能的目的。

Description

一种加压空气温湿度控制方法

技术领域

本发明涉及空气温湿度调节技术领域，具体涉及一种特别适合于飞机地面空调车用的加压空气温湿度控制方法及增压供风空调设备、去湿设备等。

背景技术

飞机地面空调车系统（简称：空调车）主要用途是飞机在地面维护时向相关电子设备和座舱供风，可以在飞机维护或检修时为飞机上的维修和操作人员提供舒适、安全、清洁、干燥的新鲜空气，也可为舱内的电子设备提供适宜温度的干燥空气，防止调试过程环境温度过高造成电子设备损坏。同时能提供环控系统进行地面检查（如环控系统局部管路气密性检查、除雾功能检查）的干净气源。

现有的飞机地面空调车将全新风空气经过增压后的高压高温空气，直接经过空调机组的多级制冷系统进行蒸发制冷或电加热处理，然后形成冷空气或热空气经绝热输送软管和快速接头通过飞机空调送风口送入飞机机舱和驾驶室，为地面飞机提供具有一定流量、温度、湿度、压力的冷/ 热空气。

由于现在的空调车在使用过程需要使用大功率风机、制冷系统、散热装置、加热器等高功率设备，这些高功率设备之间没有能量交换，散热的能量没有再利用，故现有的空调车整体功耗较高，运转效率较低。

例如中国公开号为：CN103407578A的专利就公开了一种可利用自然冷方式降低能耗的空调车，其主要结构包括汽车底盘，安装在汽车底盘上的外框架空调箱，外框架空调箱内装设有空调机组，所述空调机组包括电源系统，用于给变频飞机地面空调车提供市电或自主发电供电；进风系统，用于将新风压缩形成高温高静压空气；自然冷却系统，用于根据环境温度冷却高温高静压空气；制冷系统，用于对冷却后的高温高静压空气进行再次冷却，变频调温冷却、加热调湿后排出冷风；送风系统，用于控制冷风的排出状态。该空调车系统对高温静压空气进行自然冷却，这样虽然使得高温空气温度有所降低，相比采用制冷机组制冷的空调车具有低能耗。但是其制冷装置、加热装置所产生的能量得不到利用，也会造成能源的浪费。

因此如何实现降低空调车整体能耗、实现节能环保、提高运转效率是现有空调车及增压供风空调设备领域的难题。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有的增压空气的温湿度调节方式，提供一种利用设备各个装置温差进行热交换器散热降温及吸热加温，设备各个装置间有能量交换，能量循环利用，极大地降低系统整体功耗的方法和装置，以达到对空气温湿度调节的低成本、高效、环保及节能的目的。本发明适用于各类空气温湿度调节，特别适合于飞机地面空调车及增压供风空调设备中使用。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种加压空气温湿度控制装置，其包括加压装置、散热装置、制冷装置、加热装置，所述加压装置出风口与散热装置进风口连接，散热装置出风口与制冷装置进风口连接，制冷装置出风口与加热装置进风口连接；所述散热装置通过管路与加热装置连通，所述散热装置通过管路与制冷装置连通，所述制冷装置通过管路与加热装置连通。

根据本发明所提供的加压空气温湿度控制装置，其所述管路上都设置流量调节装置，以实现可控制性地将散热装置、制冷装置以及环境空气中的热能用于对出风口空气的加温。

根据本发明所提供的加压空气温湿度控制装置，其所述加压装置包括增压风机，增压风机做功提高出风口空气压力，加压装置出风口的空气焓值增加、温度升高。该加压装置通过外部功率输入驱动加压装置，加压装置做功实现出风口空气压力高于进风口，使出风口空气焓值增加、温度升高，并向散热装置供风。

根据本发明所提供的加压空气温湿度控制装置，其中所述散热装置不采用热泵原理，散热装置采用热交换器将加压空气与外界温度差进行互换散热，高温介质的能量自动转移到低温介质，实现加压空气的散热降温。

根据本发明所提供的加压空气温湿度控制装置，其中所述制冷装置采用热泵原理（比如蒸发制冷机组），通过外部功率输入做功实现低温介质的能量转移到高温介质，进一步降低空气温度，通过控制最低制冷温度（比如压缩机变频控制或制冷介质调节阀流量控制）对加压空气冷凝去湿以控制湿度。

根据本发明所提供的加压空气温湿度控制装置，其中所述加热装置不采用热泵原理，采用热交换器利用其内加压空气温度低于周围环境中其它介质温度进行吸热，不需要外部功率输入，实现加压空气吸热升温；通过管路上设置的流量调节装置控制加热装置热交换介质流量来控制空气温度。

本发明还提出了一种飞机地面用节能空调车，该空调车包括了车架、车厢和排水口，本发明的改进是其空调机组采用了本发明所述的加压空气温湿度控制装置作为空调机组的温湿度控制系统。

本发明还提供了一种加压空气的温湿度调节方法，该加压空气的焓值变化符合以下特征：

1、加压装置进风前空气焓值为H，做功ΔH1加压后压力及温度增加，空气焓值增加ΔH1，此时空气焓值为H1=H+ΔH1；

2、散热装置对从加压装置出口出来的高温空气进行散热降温，散热量为ΔH2,此时空气焓值为H2=H+ΔH1-ΔH2，其中ΔH1≈ΔH2， 故H2≈H，因此无需额外功率输入，进行自然散热；

3、制冷装置采用热泵原理对从散热装置出口出来的加压空气进一步制冷降温，消耗功率ΔH3，（假设制冷装置热泵能效比为a），故H3≈H-a*ΔH3；此时通过控制最低制冷温度对加压空气冷凝去湿以控制湿度；

4、加热装置利用散热装置散热量ΔH2及制冷装置散热量ΔH3 或者环境热量与该处空气焓值差ΔH4对从制冷装置处出来的低温空气进行加温，加温后的空气，加热装置处可利用的加热能量可以来自散热装置、制冷装置或者环境温度三处地方，也可以是这三处的任一两处或一处；此时空气焓值H4≈H-a*ΔH3+ΔH4，完成了加压空气温湿度的调节。

本发明是通过对加压空气各个环节能量的循环互补利用来实现对空气温湿度的控制，实际消耗功率为：ΔH1+ΔH3（如果能量不循环利用，系统最低消耗功率为：ΔH1+ΔH2/3+ΔH3+ΔH4）。从而达到降低整体功率、节约能源、减低成本的目的。

本发明的优点是：

1、在加压空气到达制冷装置前增加自然散热装置，采用自然散热的方式先对高温空气进行初步散热降温，不需要额外的功率消耗就实现了大量热负荷的散热。这样极大地降低了制冷装置的热负荷，可以降低制冷装置的功率（比如可以选择小功率制冷机组），制冷装置工作工况得到优化，故可延长设备寿命，降低制冷装置功耗，节约能源消耗，提高制冷效率。

2、在制冷装置后级采用自然吸热方式的加热装置代替传统的电加热器，通过传热介质把前级散热装置、制冷装置或环境热量回收传导到加热装置对加压空气进行加热，能量循环利用，没有额外消耗能源来加热，进一步达到了节能环保的目的。

综上所述，本发明相比现有技术具有能耗低、成本低、效率高、环保等优点，具有较好的经济效应和社会效应。

附图说明

图1是本发明结构原理示意图；

图中：1-加压装置，2-散热装置，3-制冷装置，4-加热装置，5-管路，6-流量调节装置,7-排水阀，8-泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不仅限于以下实施方式。

实施例

如图1所示：一种加压空气温湿度控制装置，其结构包括加压装置1，散热装置2，制冷装置3和加热装置4。所述散热装置2通过管路5与加热装置4单向连通，所述加热装置4通过管路5分别与制冷装置3和散热装置2单向连通，所述制冷装置3通过管路5与加热装置4单向连通。所述管路上通过安装流量调节装置6（该流量调节器6可以采用变频控制器或制冷介质流量控制阀等）来实现对流量的流向和大小的控制，当开启流量调节装置6时，管路实现单向流通，当关闭流量调节装置6时管路可以实现双向流通。本实施例还在制冷装置3处设置冷凝水排水阀7。

其中加压装置1一般包括含有过滤器、消音器、加压设备（可采用加压风机或压缩机）及出风口，其中消音器安装在加压设备的进风口和出风口。加压装置1的出风口与散热装置2的进风口连接。这样可以实现对进风的加压升温作用。

散热装置2主要包括热交换器，其采用热交换器将加压空气与外界温度差进行互换散热，高温介质的能量自动转移到低温介质，实现加压空气的散热降温。其中的热交换器可以采用介质散热换热器、空气吸热换热器，通过导热介质进行互换散热。散热装置2的出风口与制冷装置3进风口连接。

制冷装置3主要由进风口、空气吸热换热器、热泵（例如压缩机）、导热介质、介质散热换热器、温度控制器（可采用变频控制器或制冷介质流量控制阀）、进风口组成。制冷装置3的出风口与加热装置4连接。制冷装置通过外部功率（泵9）输入做功实现低温介质的能量转移到高温介质，进一步降低空气温度。通过控制最低制冷温度（比如压缩机变频控制或制冷介质调节阀流量控制）对加压空气冷凝去湿以控制湿度。

加热装置4主要由进风口、空气散热换热器、温度控制器（介质流量控制装置）、进风口组成。加热装置4采用一种出风温度调节结构来替代传统电加热装置。该结构包括将制冷装置3的热交换介质与散热装置2的热交换介质以及加热装置4的热交换介质连接成回路的管路，并在管路上安装流量调节阀，这样通过调节介质的流量来控制出风温度，没有额外的功耗，从而达到节约能耗的目的。

本装置中所用到的控制系统、外部能源供给等设备都是在市面上进行购买的现有技术。

本实施例的装置在运行过程中空气温度控制原理及空气焓值变化如下：

首先假设进入加压装置前的空气焓值为H，加压装置做功ΔH1，加压后压力及温度增加，则空气焓值增加为ΔH1，因此经过加压装置加压后的空气焓值为H1=H+ΔH1。

散热装置对从加压装置出口出来的高温空气进行散热降温，散热量为ΔH2,则经过散热后的空气焓值为H2=H+ΔH1-ΔH2，假设其中ΔH1≈ΔH2， 那么H2≈H。

制冷装置采用热泵原理对从散热装置出口出来的加压空气进一步制冷降温，设定消耗功率ΔH3（热泵效能根据具体情况而定，本实施例中的制冷装置热泵能效比a为3，），则此时H3≈H2-3ΔH3也为H3≈H-3ΔH3。

加热装置利用散热装置散热量ΔH2及制冷装置散热量3ΔH3 或者环境热量对从制冷装置处出来的低温空气进行加温，假设此时空气焓值变化量为ΔH4，则此时空气焓值H4≈H-3ΔH3+ΔH4。ΔH4为散热装置散处余留的热量ΔH2及制冷装置功耗能量散热量3ΔH3 或者环境热量将在加热装置处空气提升的空气焓值。由于实际操作时可以根据控制器控制调节阀的工作，因此加热装置处可利用的加热能量可以来自散热装置、制冷装置或者环境温度三处地方，也可以是这三处的任一两处或一处。

上文已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制；本领域的技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型，应属于本发明请求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种加压空气温湿度控制装置，其特征在于：包括加压装置、散热装置、制冷装置、加热装置，所述加压装置出风口与散热装置进风口连接，散热装置出风口与制冷装置进风口连接，制冷装置出风口与加热装置进风口连接；所述散热装置通过管路与加热装置连通，所述散热装置通过管路与制冷装置连通，所述制冷装置通过管路与加热装置连通。

2.根据权利要求1所述的加压空气温湿度控制装置，其特征在于：所述管路上都设置有流量调节装置。

3.根据权利要求1所述的加压空气温湿度控制装置，其特征在于：所述加压装置通过功率输入做功提高出风口空气压力高于进风口空气压力。

4.根据权利要求1所述的加压空气温湿度控制装置，其特征在于：所述散热装置利用加压空气与外界的温差、加压空气与制冷装置以及加热装置中热交换介质的温差，通过加压空气与介质热交换来散热降低温度。

5.根据权利要求1所述的加压空气温湿度控制装置 ，其特征在于：所述制冷装置采用热泵原理，通过外部功率输入做功实现低温介质的能量转移到高温介质，进一步降低空气温度，通过控制最低制冷温度对加压空气冷凝去湿以控制湿度。

6.根据权利要求1所述的加压空气温湿度控制装置 ，其特征在于：所述加热装置采用热交换器利用其内加压空气温度低于周围环境中其它介质温度进行吸热，实现加压空气吸热升温；通过管路上设置的调节阀控制加热装置热交换介质流量来控制空气温度。

7.一种飞机地面节能空调车，其包括车架、车厢和排水口，其特征在于其车厢内的空调机组采用权利要求1所述的加压空气温湿度控制装置。

8.一种加压空气的温湿度调节方法，其特征在于：加压空气焓值变化符合以下特征：

加压装置进风前空气焓值为H，做功ΔH1加压后压力及温度增加，空气焓值增加ΔH1，此时空气焓值为H1=H+ΔH1；

散热装置对从加压装置出口出来的高温空气进行散热降温，散热量为ΔH2,此时空气焓值为H2=H+ΔH1-ΔH2；

制冷装置采用热泵原理对从散热装置出口出来的加压空气进一步制冷降温，消耗功率为ΔH3，制冷装置热泵能效比为a，则此时空气焓值为H3=H2-ΔH=H+ΔH1-ΔH2-a*ΔH3，此时通过控制最低制冷温度对加压空气冷凝去湿以控制湿度；

加热装置利用散热装置散热量ΔH2及制冷装置散热量ΔH3 对从制冷装置处出来的低温加压空气加热，空气焓值增加ΔH4，此时空气焓值H4=H3+ΔH4=H+ΔH1-ΔH2-a*ΔH3+ΔH4，实现了对加压空气温湿度的调节；整个过程中系统实际消耗功率为ΔH1+ΔH3。