CN113028670B - 一种全新风空调系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于流体机械领域和空气调节领域，涉及一种全新风空气调节系统及方法，系统包括：膨胀机、压缩机、高速电机、通风机、换热器、除水换热器、第一四通阀、第二四通阀和三通阀；高速电机驱动压缩机工作，膨胀机、压缩机的进气端分别通过第二四通阀、空气过滤器与空气连接，膨胀机、压缩机的排气端分别通过第一四通阀与换热器、除水换热器连接；除水换热器通过三通阀与第二四通阀分别与膨胀机、压缩机的进气端连接；通风机的吸气口通过换热器与除水换热器连接。本发明以空气作为工质，无泄漏风险，送风温度、湿度均可调节，集成膨胀机、压缩机为一体，用一台机器实现压缩和膨胀的功能，减小透平机械的体积，并且回收膨胀功，提高系统效率。

Description

一种全新风空调系统及方法
技术领域
本发明涉及流体机械领域和空气调节领域。具体而言，涉及一种以高速电机驱动的透平机械为核心的全新风空气调节系统及方法。
背景技术
空气调节的任务是向室内提供冷量或热量，并稀释室内的污染物，以保证室内具有适宜的舒适环境和良好的空气品质，在任何自然环境下，将室内空气控制在一定的温度、湿度、气流速度以及一定的清洁程度。空气制冷是以气体为工质，通过改变其热力参数产生温降效应，实现将热量从低温热源转移至高温热源的一类制冷技术。因为空气的节流降温效果不佳，所以空气制冷一般采用等熵膨胀来制冷。膨胀机即是实现这一过程的机器。
在装甲、客机、舰船、列车等军用、民用运输设备中，考虑到电子设备的散热需求以及乘客的舒适性要求，基于逆布雷顿循环的空气制冷系统时常会被采用，膨胀机便是循环中的核心部件，但是在飞机、装甲车等交通工具上膨胀机只是单纯的提供冷量，并且常有冲压空气或者高压的发动机排气来驱动膨胀机。对于新风空调，若为其单独配备一个高压气源，会有体积大，成本高的缺点。现有空调与新风系统相对独立，送风温度取决于蒸发器蒸发温度，不便于调节。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种全新风空调系统及方法，通过高速电机带动压缩膨胀一体主机来实现制冷或制热。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种全新风空调系统，其特殊之处在于，包括：
膨胀机、压缩机、高速电机、通风机、换热器、除水换热器、第一四通阀、第二四通阀和三通阀；
膨胀机、压缩机的进气端均通过第二四通阀、空气过滤器与空气连接，膨胀机、压缩机的排气端分别通过第一四通阀与换热器、除水换热器连接；除水换热器通过三通阀与第二四通阀分别与膨胀机、压缩机的进气端连接；
通风机的吸气口通过换热器与除水换热器连接；所述高速电机与膨胀机和压缩机同轴工作。
进一步地，上述所述高速电机驱动压缩机工作，膨胀机回收膨胀功后驱动压缩机工作。将膨胀机和压缩机集成在一台压缩膨胀一体机上，用一台机器实现空气膨胀制冷和压缩制热，减小系统体积，提高系统可靠性，同时回收膨胀功，降低电机功耗，提高系统效率。
进一步地，上述高速电机的动力输出轴采用气体轴承作为支承，小摩擦的气体轴承使得高速电机可以达到较高的速度，高转速下可以有效减小压缩膨胀一体机的体积，同时使得送入房间的空气干净无油。
进一步地，通过三通阀控制除水换热器的流量，实现对新风除湿量的控制。
进一步地，上述换热器和除水换热器，根据实际需求可以布置为顺流、逆流、交叉流。
一种全新风空调系统的制冷方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)使第一四通阀切换为房间与膨胀机连通，换热器与压缩机连通，第二四通阀切换为膨胀机与三通阀连通，压缩机与环境连通；
2)使空气经过空气过滤器后，通过第二四通阀进入压缩机压缩增压升温，高压高温的空气通过第一四通阀先进入换热器与房间排风进行换热降温，再进入除水换热器除水；
3)通过三通阀控制进入除水换热器的风量来控制除湿量，换热后的高压常温空气通过第二四通阀进入膨胀机膨胀降温，并回收膨胀功，压力降低至稍大于待控温的房间的压力后通过第一四通阀送入待控温的房间。
一种全新风空调系统的制热方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)使第一四通阀切换为房间与压缩机连通，换热器与膨胀机连通，第二四通阀切换为压缩机与三通阀连通，膨胀机与环境连通；
2)使空气经过空气过滤器后，通过第二四通阀进入膨胀机膨胀降压，输出膨胀功，然后低温低压的空气通过第一四通阀进入换热器和除水换热器，与待控温的房间排风进行热交换，
3)换热后的低压常温空气通过第二四通阀进入压缩机压缩增压升温，压力升至稍大于待控温的房间压力后通过第一四通阀送风到待控温的房间。
本发明的优点：
1)环保。制冷工质为空气，自然工质不用担心泄漏，不会导致臭氧层破坏、温室效应等等。
2)直接送风，送风温度、湿度可调。通过调节转速控制压比，从而实现对温度的控制，调节除水换热器的流量，从而实现对湿度的控制。
3)气体轴承无磨损、无润滑油。使用寿命长、可靠性高，使得其在维护成本上具有明显的优势，而且不用润滑油，所以不会对送风造成污染；
4)体积小。集成膨胀机、压缩机为一体，用一台机器实现压缩和膨胀的功能，并用一个高速电机同时驱动膨胀机、压缩机，节省空间。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的工作原理图(制冷工况)；
图2为本发明的一个实施例的工作原理图(制热工况)。
其中：1、环境，2、通风机，3、换热器，4、除水换热器，5、膨胀机，6、高速电机，7、压缩机，8、第一四通阀，9、第二四通阀，10、三通阀，11、房间。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
现有空调与新风系统相对独立，送风温度取决于蒸发器蒸发温度，不便于调节。本发明压缩膨胀一体机就很好的解决了这个问题，使用空气作为制冷工质即可直接送风，并且对送风的温度可以调节，舒适性有所提升。
参见图1和图2，一种全新风空调系统，包括：膨胀机5、压缩机7、高速电机6、通风机2、换热器3、除水换热器4、第一四通阀8、第二四通阀9和三通阀10；高速电机6与膨胀机5和压缩机7同轴工作，膨胀机5、压缩机7的进气端分别通过第二四通阀9、空气过滤器与空气连接，膨胀机5、压缩机7的排气端分别通过第一四通阀8与换热器3、除水换热器4连接；除水换热器4通过三通阀10与第二四通阀9分别与膨胀机5、压缩机7的进气端连接；通风机2的吸气口通过换热器3与除水换热器4连接。
作为本发明的一个优选实施例，上述高速电机6驱动压缩机7工作，膨胀机5回收膨胀功后也压缩机7工作。将膨胀机5和压缩机7集成在一台压缩膨胀一体机上，用一台机器实现空气膨胀制冷和压缩制热，减小系统体积，提高系统可靠性。
作为本发明的一个优选实施例，上述高速电机6的动力输出轴采用气体轴承作为支承，小摩擦的气体轴承使得高速电机6可以达到较高的速度，高转速下可以有效减小压缩膨胀一体机的体积，同时使得送入房间的空气干净无油。
作为本发明的一个优选实施例，通过三通阀10控制除水换热器4的流量，实现对新风除湿量的控制。
作为本发明的一个优选实施例，上述换热器3和除水换热器4，根据实际需求可以布置为顺流、逆流、交叉流。
空气调节系统的核心压缩膨胀一体机由高速电机6同轴驱动，膨胀机和压缩机同轴布置，回收部分膨胀功，提高系统效率，采用气体轴承作为支承，实现高转速的稳定运行。
参见图1，本发明全新风空调系统在制冷工况时的步骤为：
第一四通阀8切换为房间11与膨胀机5连通，换热器3与压缩机7连通，第二四通阀9切换为膨胀机5与三通阀10连通，压缩机7与环境1连通，环境1的空气经空气过滤器后通过第二四通阀9进入压缩机7压缩增压升温，高压高温的空气通过第一四通阀8先进入换热器3与房间排风进行换热降温，再进入除水换热器4除水，三通阀10通过控制进入除水换热器4的风量来控制除湿量，换热后的高压常温空气通过第二四通阀9进入膨胀机5膨胀降温，并回收膨胀功，压力降低至稍大于房间11的压力后通过第一四通阀8送入房间11。
参见图2，本发明全新风空调系统在制热工况时的步骤为：
第一四通阀8切换为房间11与压缩机7连通，换热器3与膨胀机5连通，第二四通阀9切换为压缩机7与三通阀10连通，膨胀机5与环境1连通，环境1的空气经空气过滤器后通过第二四通阀9进入膨胀机5膨胀降压，输出膨胀功，然后低温低压的空气通过第一四通阀8进入换热器3和除水换热器4，与房间11排风进行热交换，换热后的低压常温空气通过第二四通阀9进入压缩机7压缩增压升温，压力升至稍大于房间11压力后通过第一四通阀8送风到房间11。
通过调节高速电机6的转速，可以调节压缩膨胀一体机的压比，从而调节膨胀机5出口和压缩机7出口的空气温度，直接控制送入房间11的新风的温度。
排风侧通过通风机2提供压差从房间11吸气，排风先进入除水换热器4，再进入换热器3，与压缩膨胀一体机侧的空气进行预热或预冷，制冷工况时，通过调节三通阀10可以控制除水换热器4的流量，实现对新风除湿量的控制。
本发明以空气作为工质，无泄漏风险，送入室内的空气全为新风，并且是直接送风给房间，送风温度、湿度均可调节，集成膨胀机、压缩机为一体，用一台机器实现压缩和膨胀的功能，采用气体轴承作为支承，可以实现透平机械的高转速，减小透平机械的体积，同时给房间的送风不会有油的污染。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种全新风空调系统，其特征在于：
包括膨胀机（5）、压缩机（7）、高速电机（6）、通风机（2）、换热器（3）、除水换热器（4）、第一四通阀（8）、第二四通阀（9）和三通阀（10）；
所述膨胀机（5）、压缩机（7）的进气端分别通过第二四通阀（9）、空气过滤器与空气连接，膨胀机（5）、压缩机（7）的排气端分别通过第一四通阀（8）与换热器（3）、除水换热器（4）连接；除水换热器（4）通过三通阀（10）与第二四通阀（9）分别与膨胀机（5）、压缩机（7）的进气端连接；
所述通风机（2）的吸气口通过换热器（3）与除水换热器（4）连接；
所述高速电机（6）与膨胀机（5）和压缩机（7）同轴工作；通过三通阀（10）控制除水换热器（4）的流量，实现对新风除湿量的控制；
所述全新风空调系统在制冷时的步骤为：
1）将第一四通阀（8）切换为房间（11）与膨胀机（5）连通，换热器（3）与压缩机（7）连通，第二四通阀（9）切换为膨胀机（5）与三通阀（10）连通，压缩机（7）与环境（1）连通；
2）使空气经空气过滤器后通过第二四通阀（9）进入压缩机（7）压缩增压升温，高压高温的空气通过第一四通阀（8）先进入换热器（3）进行换热降温，再进入除水换热器（4）除水；
3）通过三通阀（10）控制进入除水换热器（4）的风量来控制除湿量，换热后的高压常温空气通过第二四通阀（9）进入膨胀机（5）膨胀降温，并回收膨胀功，压力降低至稍大于待控温的房间（11）的压力后通过第一四通阀（8）送入待控温的房间（11）。
2.根据权利要求1所述的一种全新风空调系统，其特征在于：
所述高速电机（6）驱动压缩机（7）工作，膨胀机（5）回收膨胀功后驱动压缩机（7）工作。
3.根据权利要求2所述的一种全新风空调系统，其特征在于：
所述高速电机（6）的动力输出轴采用气体轴承作为支承。
4.根据权利要求3所述的一种全新风空调系统，其特征在于：
所述换热器（3）和除水换热器（4）内布置为顺流、逆流或交叉流。
5.一种基于权利要求1所述的全新风空调系统的制热方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）使第一四通阀（8）切换为房间（11）与压缩机（7）连通，换热器（3）与膨胀机（5）连通，第二四通阀（9）切换为压缩机（7）与三通阀（10）连通，膨胀机（5）与环境（1）连通；
2）使空气经空气过滤器后通过第二四通阀（9）进入膨胀机（5）膨胀降压，输出膨胀功，然后低温低压的空气通过第一四通阀（8）进入换热器（3）和除水换热器（4），与待控温的房间（11）排风进行热交换，
3）换热后的低压常温空气通过第二四通阀（9）进入压缩机（7）压缩增压升温，压力升至稍大于待控温的房间（11）压力后通过第一四通阀（8）送风到待控温的房间（11）。
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