CN109059098A - 一种小型恒温恒湿精密空调装置及其控制方法 - Google Patents

一种小型恒温恒湿精密空调装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种小型恒温恒湿精密空调装置及其控制方法，包括压缩机、比例三通阀、冷凝器、压力控制器、储液罐、蒸发器以及气液分离器；所述压缩机的出口与比例三通阀的进口相连，且在该所述压缩机与比例三通阀之间还连接有高压压力表；所述比例三通阀具有两个出口，其中一出口连接有一露点温控电磁阀，且该露点温控电磁阀异于比例三通阀的另一端连接蒸发器的进口；所述比例三通阀的另一出口与冷凝器进口相连接，该冷凝器的出口与储液罐的进口相连，整个系统紧凑性更好，占用空间小，没有电加热的存在使安全性得到进一步提高，是一种极其适用于小型空间的恒温恒湿精密空调系统，市场应用前景广阔。

Description

一种小型恒温恒湿精密空调装置及其控制方法
[技术领域]
本发明涉及空调装置温湿度控制方法技术领域，尤其涉及一种系统紧凑性好，占用空间小，节能环保的小型恒温恒湿精密空调装置及其控制方法。
[背景技术]
恒温恒湿空调是是工艺性空调中的一种类型，通常我们把对室内温、湿度波动和区域偏差控制要求严格的空调称之为恒温恒湿空调，恒温恒湿广泛应用于电子、光学设备、化妆品、医疗卫生、生物制药、食品制造、各类计量、检测及实验室等行业，空调房间(或区域)根据工艺要求所确定的温度和相对湿度称之为空调温度和相对湿度基数，空调房间(或区域) 内温度和相对湿度在持续时间内偏离温、湿度基数的最大差值称为空调精度，即波动范围，一些特殊的工艺过程或科学实验，要求温度、湿度的变化偏差和区域偏差很小，恒温恒湿空调同时有温、湿度基数和空调精度的要求，例如：温度23℃±0.5℃，相对湿度71％±5％等，有些工艺可能只有恒温的要求，而对湿度要求在一定范围内即可，例如Ⅰ级坐标镗床要求冬夏温度保持在20℃±1℃，而相对湿度为40％～65％。但也有的工艺对相对湿度要求严格，例如人造纤维工厂的物理检验室，相对湿度要求为65％± 3％，而温度为20℃±2℃。这时，虽然温度控制的精度不高，然而温度的波动会引起相对湿度的波动。在20℃时，当温度波动1℃，相对湿度大约波动4％时，已经超过了相对湿度的波动范围，因此这类空调必须同时精确控制室内环境的温度及湿度，而目前大部分恒温恒湿空调采用的是温湿度独立控制方式(即温度独立于湿度采用制冷与电加热结合，而湿度控制采用除湿机与加湿器结合的方式)，这种方式确实能有效控制室内环境的温湿度达到目标值，但是长时间运行时这种方式电加热和独立除湿需要耗费大量的电能，有悖节能环保的理念，同时针对小型的实验室或小型特种装置，其内部空间有限不足以安装多余的除湿机且电加热可能会带来安全隐患等不利影响，这种情况下有必要设计一种装置紧凑、节能环保，且能够达到精确控制温湿度的小型恒温恒湿精密空调装置。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种系统紧凑性好，占用空间小，节能环保的小型恒温恒湿精密空调装置及其控制方法。
本发明解决技术问题的方案是提供一种小型恒温恒湿精密空调装置，包括压缩机、比例三通阀、冷凝器、压力控制器、储液罐、蒸发器以及气液分离器；所述压缩机的出口与比例三通阀的进口相连，且在该所述压缩机与比例三通阀之间还连接有高压压力表；所述比例三通阀具有两个出口，其中一出口连接有一露点温控电磁阀，且该露点温控电磁阀异于比例三通阀的另一端连接蒸发器的进口；所述比例三通阀的另一出口与冷凝器进口相连接，该冷凝器的出口与储液罐的进口相连；还包括连接有膨胀阀的膨胀阀管路以及连接有热气旁通阀的旁通阀管路，该膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接，且并联连接后一端与储液罐相连通；膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接后异于储液罐的另一端与蒸发器的进口相连接；所述蒸发器的出口与气液分离器的进口相连接；且气液分离器的出口与压缩机的进口相连接；所述压力控制器具有高压探头以及低压探头，且其低压探头设置于气液分离器与压缩机之间的管路上，其高压探头设置于冷凝器的出口端外侧管道上。
优选地，所述冷凝器外侧安装有冷凝风机，且蒸发器外侧安装有蒸发风机。
优选地，所述气液分离器与压缩机之间的管路上靠近压缩机的进口一侧设置有低压压力表。
优选地，所述膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接后与储液罐的连接管路上还连接有干燥过滤器。
优选地，所述蒸发器与蒸发风机中间设置有加湿器。
优选地，所述高压压力表靠近压缩机一侧设置。
一种小型恒温恒湿精密空调装置控制方法，包括以下步骤，
S1：设定温度T，温度精度±ΔT，设定湿度d，湿度精度±Δd，设定计算周期t，设定露点温控电磁阀控制参数：关阀湿度偏差Δd1，开阀湿度偏差Δd2(Δd2＜0)(注：参考说明书附图图2湿度偏差Δd0＝d0-d(即实际湿度-设定湿度)；t时间段湿度变化量Δd′＝d0-d1；d0为当前室内环境实际相对湿度，d1为该控制计算周期起始时刻的室内环境相对湿度，t为控制计算周期；
S2：温湿度值设定完成后，正常开机制冷运行，装置中央控制器发出启动指令后，首先启动冷凝风机和蒸发风机，延时10s后自动启动压缩机，进入制冷状态，运行过程初期室内实际温度T0湿度d0同时下降，
此时与常规空调器一样优先控制温度使(T-ΔT)≤T0≤(T+ΔT)时(此时露点温控电磁阀必须关闭)，满足温度要求后进行下一步控制，判断相对湿度偏差是否超出上下限，即是否满足-Δd＜Δd0＜Δd；若满足，则进入步骤S4；若不满足，则进入步骤S3；
S3：Δd0≤-Δd或Δd0≥Δd，执行下面程序：
A1：如果Δd0≤-Δd，则立即开启加湿器，如加湿器处于开启状态持续周期t后仍然满足Δd0≤-Δd则立即开启露点温控电磁阀；
A2：如果Δd0≥Δd，则立即关闭加湿器，如加湿器处于关闭状态持续周期t后仍然满足Δd0≥Δd则立即关闭露点温控电磁阀；
S4：-Δd＜Δd0＜Δd，执行下面程序：
B1：如果Δd′≥0，-Δd＜Δd0＜Δd1，此时制冷系统保持现状不做任何额外操作；
B2：如果Δd′≥0，Δd1＜Δd0＜Δd，此时系统立即优先关闭加湿器，如加湿器处于关闭状态持续周期t后仍然满足Δd′≥0，Δd1＜Δd0＜Δd，则立即关闭露点温控电磁阀；
B3：如果Δd′＜0，Δd2＜Δd0＜Δd，此时制冷系统保持现状不做任何额外操作；
B4：如果Δd′＜0，-Δd＜Δd0＜Δd2，此时系统立即优先开启露点温控电磁阀，如露点温控电磁阀处于开启状态持续周期t后仍然满足Δd′＜0， -Δd＜Δd0＜Δd2，则立即开启加湿器；
S5：温湿度控制完成,可实现温度与湿度长期稳定在 (T-ΔT)≤T0≤(T+ΔT)及-Δd＜Δd0＜Δd设定区间之内。
与现有技术相比，本发明一种小型恒温恒湿精密空调装置及其控制方法通过同时设置压缩机1、比例三通阀3、冷凝器5、压力控制器4、储液罐7、蒸发器14以及气液分离器15，结合具体的管路连接模式，使得该装置在实际运行过程中通过制冷循环在精确控制室内环境温度的前提下，可根据实际需求自适应调节空调制冷装置的蒸发温度以改变空调运行时的除湿量配合内置小型加湿器，达到精确调节室内相对湿度与温度的目的，这种自适应调节除湿量的装置及控制方法比传统的结合电加热与独立除湿恒温恒湿空调系统要更加节能，因取消了电加热和独立除湿装置整个系统紧凑性更好，占用空间小，没有电加热的存在使安全性得到进一步提高，是一种极其适用于小型空间的恒温恒湿精密空调系统，市场应用前景广阔。
[附图说明]
图1是本发明一种小型恒温恒湿精密空调装置的框架式结构示意图。
图2是湿度与时间的对应关系曲线示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1和图2，本发明一种小型恒温恒湿精密空调装置20包括压缩机1、比例三通阀3、冷凝器5、压力控制器4、储液罐7、蒸发器14以及气液分离器15；所述压缩机1的出口与比例三通阀3的进口相连，且在该所述压缩机1与比例三通阀3之间还连接有高压压力表16；所述比例三通阀3具有两个出口，其中一出口连接有一露点温控电磁阀11，且该露点温控电磁阀11异于比例三通阀3的另一端连接蒸发器14的进口；所述比例三通阀3的另一出口与冷凝器5进口相连接，该冷凝器5的出口与储液罐7的进口相连；还包括连接有膨胀阀9的膨胀阀管路以及连接有热气旁通阀10的旁通阀管路，该膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接，且并联连接后一端与储液罐7相连通；膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接后异于储液罐7的另一端与蒸发器14的进口相连接；所述蒸发器14的出口与气液分离器15的进口相连接；且气液分离器15的出口与压缩机1的进口相连接；所述压力控制器4具有高压探头以及低压探头，且其低压探头设置于气液分离器15与压缩机1之间的管路上，其高压探头设置于冷凝器5的出口端外侧管道上。
通过同时设置压缩机1、比例三通阀3、冷凝器5、压力控制器4、储液罐7、蒸发器14以及气液分离器15，结合具体的管路连接模式，使得该装置在实际运行过程中通过制冷循环在精确控制室内环境温度的前提下，可根据实际需求自适应调节空调制冷装置的蒸发温度以改变空调运行时的除湿量配合内置小型加湿器，达到精确调节室内相对湿度与温度的目的，这种自适应调节除湿量的装置及控制方法比传统的结合电加热与独立除湿恒温恒湿空调系统要更加节能，因取消了电加热和独立除湿装置整个系统紧凑性更好，占用空间小，没有电加热的存在使安全性得到进一步提高，是一种极其适用于小型空间的恒温恒湿精密空调系统，市场应用前景广阔。
优选地，所述冷凝器5外侧安装有冷凝风机6，且蒸发器14外侧安装有蒸发风机12。
优选地，所述气液分离器15与压缩机1之间的管路上靠近压缩机1的进口一侧设置有低压压力表2。
优选地，所述膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接后与储液罐7的连接管路上还连接有干燥过滤器8。
优选地，所述蒸发器14与蒸发风机12中间设置有加湿器13。
优选地，所述高压压力表16靠近压缩机1一侧设置。
一种小型恒温恒湿精密空调装置控制方法，包括以下步骤，
S1：设定温度T，温度精度±ΔT，设定湿度d，湿度精度±Δd，设定计算周期t，设定露点温控电磁阀11控制参数：关阀湿度偏差Δd1，开阀湿度偏差Δd2(Δd2＜0)(注：参考说明书附图图2湿度偏差Δd0＝d0-d(即实际湿度-设定湿度)；t时间段湿度变化量Δd′＝d0-d1；d0为当前室内环境实际相对湿度，d1为该控制计算周期起始时刻的室内环境相对湿度，t为控制计算周期；
S2：温湿度值设定完成后，正常开机制冷运行，装置中央控制器发出启动指令后，首先启动冷凝风机6和蒸发风机12，延时10s后自动启动压缩机1，进入制冷状态，运行过程初期室内实际温度T0湿度d0同时下降，此时与常规空调器一样优先控制温度使(T-ΔT)≤T0≤(T+ΔT)时(此时露点温控电磁阀11必须关闭)，满足温度要求后进行下一步控制，判断相对湿度偏差是否超出上下限，即是否满足-Δd＜Δd0＜Δd；若满足，则进入步骤S4；若不满足，则进入步骤S3；
S3：Δd0≤-Δd或Δd0≥Δd，执行下面程序：
A1：如果Δd0≤-Δd，则立即开启加湿器5，如加湿器5处于开启状态持续周期t后仍然满足Δd0≤-Δd则立即开启露点温控电磁阀11；
A2：如果Δd0≥Δd，则立即关闭加湿器5，如加湿器5处于关闭状态持续周期t后仍然满足Δd0≥Δd则立即关闭露点温控电磁阀11；
S4：-Δd＜Δd0＜Δd，执行下面程序：
B1：如果Δd′≥0，-Δd＜Δd0＜Δd1，此时制冷系统保持现状不做任何额外操作；
B2：如果Δd′≥0，Δd1＜Δd0＜Δd，此时系统立即优先关闭加湿器5，
如加湿器5处于关闭状态持续周期t后仍然满足Δd′≥0，Δd1＜Δd0＜Δd，
则立即关闭露点温控电磁阀11；
B3：如果Δd′＜0，Δd2＜Δd0＜Δd，此时制冷系统保持现状不做任何额外操作；
B4：如果Δd′＜0，-Δd＜Δd0＜Δd2，此时系统立即优先开启露点温控电磁阀11，如露点温控电磁阀11处于开启状态持续周期t后仍然满足Δd′＜0，-Δd＜Δd0＜Δd2，则立即开启加湿器5；
S5：温湿度控制完成,可实现温度与湿度长期稳定在(T-ΔT)≤T0≤(T+ΔT) 及-Δd＜Δd0＜Δd设定区间之内。
该装置在精确控制室内环境温度的前提下，可根据实际需求自适应调节空调装置的蒸发温度以改变空调运行时的除湿量配合内置小型加湿器，达到精确调节室内相对湿度的目的，这种自适应调节除湿量的装置及控制方法比传统的结合电加热与独立除湿恒温恒湿空调系统要更加节能，系统装置紧凑性更好，占用空间小，属于节能环保及智能化领域。
与现有技术相比，本发明一种小型恒温恒湿精密空调装置1通过同时设置压缩机1、比例三通阀3、冷凝器5、压力控制器4、储液罐7、蒸发器14 以及气液分离器15，结合具体的管路连接模式，使得该装置在实际运行过程中通过制冷循环在精确控制室内环境温度的前提下，可根据实际需求自适应调节空调制冷装置的蒸发温度以改变空调运行时的除湿量配合内置小型加湿器，达到精确调节室内相对湿度与温度的目的，这种自适应调节除湿量的装置及控制方法比传统的结合电加热与独立除湿恒温恒湿空调系统要更加节能，因取消了电加热和独立除湿装置整个系统紧凑性更好，占用空间小，没有电加热的存在使安全性得到进一步提高，是一种极其适用于小型空间的恒温恒湿精密空调系统，市场应用前景广阔。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种小型恒温恒湿精密空调装置，其特征在于：包括压缩机、比例三通阀、冷凝器、压力控制器、储液罐、蒸发器以及气液分离器；所述压缩机的出口与比例三通阀的进口相连，且在该所述压缩机与比例三通阀之间还连接有高压压力表；所述比例三通阀具有两个出口，其中一出口连接有一露点温控电磁阀，且该露点温控电磁阀异于比例三通阀的另一端连接蒸发器的进口；所述比例三通阀的另一出口与冷凝器进口相连接，该冷凝器的出口与储液罐的进口相连；还包括连接有膨胀阀的膨胀阀管路以及连接有热气旁通阀的旁通阀管路，该膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接，且并联连接后一端与储液罐相连通；膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接后异于储液罐的另一端与蒸发器的进口相连接；所述蒸发器的出口与气液分离器的进口相连接；且气液分离器的出口与压缩机的进口相连接；所述压力控制器具有高压探头以及低压探头，且其低压探头设置于气液分离器与压缩机之间的管路上，其高压探头设置于冷凝器的出口端外侧管道上。
2.如权利要求1所述的一种小型恒温恒湿精密空调装置，其特征在于：所述冷凝器外侧安装有冷凝风机，且蒸发器外侧安装有蒸发风机。
3.如权利要求1所述的一种小型恒温恒湿精密空调装置，其特征在于：所述气液分离器与压缩机之间的管路上靠近压缩机的进口一侧设置有低压压力表。
4.如权利要求1至3中任意一项权利要求所述的一种小型恒温恒湿精密空调装置，其特征在于：所述膨胀阀管路与旁通阀管路并联连接后与储液罐的连接管路上还连接有干燥过滤器。
5.如权利要求2所述的一种小型恒温恒湿精密空调装置，其特征在于：所述蒸发器与蒸发风机中间设置有加湿器。
6.如权利要求1所述的一种小型恒温恒湿精密空调装置，其特征在于：所述低压压力表靠近压缩机一侧设置。
7.如权利要求1所述的一种小型恒温恒湿精密空调装置控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：设定温度T，温度精度±ΔT，设定湿度d，湿度精度±Δd，设定计算周期t，设定露点温控电磁阀控制参数：关阀湿度偏差Δd1，开阀湿度偏差Δd2(Δd2＜0)(注：参考说明书附图图3湿度偏差Δd0＝d0-d(即实际湿度-设定湿度)；t时间段湿度变化量Δd′＝d0-d1；d0为当前室内环境实际相对湿度，d1为该控制计算周期起始时刻的室内环境相对湿度，t为控制计算周期；
S2：温湿度值设定完成后，正常开机制冷运行，装置中央控制器发出启动指令后，首先启动冷凝风机和蒸发风机，延时10s后自动启动压缩机，进入制冷状态，运行过程初期室内实际温度T0湿度d0同时下降，此时与常规空调器一样优先控制温度使(T-ΔT)≤T0≤(T+ΔT)时(此时露点温控电磁阀必须关闭)，满足温度要求后进行下一步控制，判断相对湿度偏差是否超出上下限，即是否满足-Δd＜Δd0＜Δd；若满足，则进入步骤S4；若不满足，则进入步骤S3；
S3：Δd0≤-Δd或Δd0≥Δd，执行下面程序：
A1：如果Δd0≤-Δd，则立即开启加湿器，如加湿器处于开启状态持续周期t后仍然满足Δd0≤-Δd则立即开启露点温控电磁阀；
A2：如果Δd0≥Δd，则立即关闭加湿器，如加湿器处于关闭状态持续周期t后仍然满足Δd0≥Δd则立即关闭露点温控电磁阀；
S4：-Δd＜Δd0＜Δd，执行下面程序：
B1：如果Δd′≥0，-Δd＜Δd0＜Δd1，此时制冷系统保持现状不做任何额外操作；
B2：如果Δd′≥0，Δd1＜Δd0＜Δd，此时系统立即优先关闭加湿器，如加湿器处于关闭状态持续周期t后仍然满足Δd′≥0，Δd1＜Δd0＜Δd，则立即关闭露点温控电磁阀；
B3：如果Δd′＜0，Δd2＜Δd0＜Δd，此时制冷系统保持现状不做任何额外操作；
B4：如果Δd′＜0，-Δd＜Δd0＜Δd2，此时系统立即优先开启露点温控电磁阀，如露点温控电磁阀处于开启状态持续周期t后仍然满足Δd′＜0，-Δd＜Δd0＜Δd2，则立即开启加湿器；
S5：温湿度控制完成,可实现温度与湿度长期稳定在(T-ΔT)≤T0≤(T+ΔT)及-Δd＜Δd0＜Δd设定区间之内。
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