CN113154569A - 一种直膨式空调系统精确热回收装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本专利提供一种安装简单、成本低廉、不增加运行成本、能够大范围推广的直膨式空调系统精确热回收装置。它包括压缩机、冷凝器、蒸发器、冷媒、热回收器，热回收器的两端分别通过第一级节流/膨胀阀、第二级节流/膨胀阀与冷凝器、蒸发器相连通；热回收器、蒸发器位于同一个风道中，风道中设置有室内风机；第一级节流/膨胀阀、第二级节流/膨胀阀都采用开度可进行0‑100%调节的电子膨胀阀。本专利同时提供了一种能够精确调节再热回收量的直膨式空调系统精确热回收方法，制冷工况运行时，空气在室内风机的作用下，先经过蒸发器与其进行热交换，空气被降温除湿，被降温除湿后的空气再经过热回收器与其进行热交换后，温度升高，送入室内。

Description

一种直膨式空调系统精确热回收装置及方法
技术领域
本专利涉及空调系统热回收装置及方法，具体地说，是一种直膨式空调系统精确热回收装置及方法。
背景技术
高精密恒温恒湿空调系统应用场合，将制冷系统的冷凝废热回收作为再热热源，并对热回收的热量实现精确控制调节的输出，都是通过间接回收的方式：先使用冷凝废热得到热回收的相对恒温热水，再通过比例三通阀精确调节再热（水）盘管的所需热水流量，从而加热空气的温度。
直膨式空调冷凝热回收再热技术，竞争厂家采用的是按需求切换电磁阀控制热回收器与冷凝器内冷媒流量的方式，存在冷凝再热回收控制滞后的现象，不能实现柔性热回收，无法进行冷凝热回收量的精确输出；而且容易造成系统内漏隐患（冷媒会在切换流量时大部分单向储存到热回收器或冷凝器其中之一），而造成制冷系统运行不稳定。
竞争厂家采用的冷凝再热回收技术只适用于单冷型直膨空调系统，本专利在制冷工况运行时可实现精确冷凝热回收再热，制热工况运行时通过四通阀转换流向可实现热泵制热，广泛应用于热泵型直膨空调系统在运行制冷/除湿工况时实现精确冷凝热回收再热的节能领域。
发明内容
本专利的目的是提供一种安装简单、成本低廉、不增加运行成本、能够大范围推广的直膨式空调系统精确热回收装置。
直膨式空调系统精确热回收装置，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、冷媒，其特征是：它还包括热回收器，热回收器的两端分别通过第一级节流/膨胀阀、第二级节流/膨胀阀与冷凝器、蒸发器相连通；热回收器、蒸发器位于同一个风道中，风道中设置有室内风机；第一级节流/膨胀阀、第二级节流/膨胀阀都采用在直膨式空调系统中的控制系统的控制下能够对阀开度进行0-100%调节的电子膨胀阀。
直膨式空调系统精确热回收装置，制冷工况工作时，进风空气在室内风机的作用下，先经过蒸发器与其进行热交换，进风空气被降温除湿，根据室内恒温恒湿工况需求，控制系统计算出需要的再热量，通过调节第一级节流/膨胀阀开度控制热回收器的换热量，将原本全部通过冷凝器散发的废热精确回收部分热量作为再热，降温除湿后的空气经过热回收器与其进行热交换后，送风温度升高，从而精确的将室内温度控制在目标范围内。
上述直膨式空调系统精确热回收装置，它还包括四通阀、串联有单向阀的旁路支管，旁路支管连接在第二级节流/膨胀阀和冷凝器之间；单向阀只允许制冷时冷凝器内冷媒通过第一级节流/膨胀阀和热回收器再从第二级节流/膨胀阀向蒸发器单向流动；压缩机通过四通阀连接冷凝器和蒸发器，控制系统对四通阀的控制可实现制冷和制热工况运行切换。
直膨式空调系统精确热回收装置在制热工况运行时，热回收器不工作，空气在风机的作用下，经过制热工况时的冷凝器（即制冷工况时的蒸发器）与其进行热交换，空气加热后，温度升高，送入室内。
本专利同时提供了一种能够精确调节再热回收量，满足精密恒温恒湿工况要求的直膨式空调系统精确热回收方法。
本专利所述的直膨式空调系统精确热回收方法，采用上述的直膨式空调系统精确热回收装置，制冷工况运行时，空气在室内风机的作用下，先经过蒸发器与其进行热交换，空气被降温除湿，被降温除湿后的空气再经过热回收器与其进行热交换后，温度升高，送入室内。
上述的直膨式空调系统精确热回收方法，根据室内恒温恒湿工况需求，控制系统精确计算冷凝热回收再热量，具体地说，通过控制冷凝器的压力值调节冷凝器内冷媒流量，以保证在满足系统所需再热回收量的前提下，冷凝器将多余的废热排出制冷系统，实现再热回收量的初步调节；再根据风道内进风的温度信号来调节第一级节流/膨胀阀的开度，以实现再热回收量的精确调节；第一级节流/膨胀阀的最大开度满足：热回收器回收的热量达到最大，等于计算出所需要的再热回收量的最大值。
上述的直膨式空调系统精确热回收方法，第一级节流阀的阀后温度≮进风温度。经过第一级节流/膨胀阀后的冷媒温度≥风道入口处的进风温度
本专利的有益效果：
冷凝废热回收作为再热热源，再热回收量的精确调节输出有以下必要条件与收益：
一是，冷凝废热的有效热量≥再热的需求热量。恒温恒湿工况的再热应用，是满足这一条件的，还有大量的富裕废热，需要排放到系统的外面，为满足室内恒温恒湿工况需求，将部分废热回收到室内进行利用，减少了热量的排放，达到节能减排的效果。
二是，在制冷循环时，蒸发器除湿过程与再热过程，要同时发生。因为除湿过程的冷量、与再热过程的废热回收的热量，均来自于制冷系统的压缩机产生，再热量利用系统自身的冷凝热量，无额外增加耗能元件，真正的达到节能效果。
三是，虽然除湿过程与再热过程是同时发生，但两个功能段的能量需求，并没有线性关系。一般热回收无法做到很好的精确控制，本专利采用冷量的调节可以使用压缩机变频能调实现，再热回收量的调节采用通过控制冷凝压力，并结合进风温度信号调节第一级节流/膨胀阀门开启度的方式，实现了热回收器冷媒流量调节，满足节能的同时达到再热回收量的精确控制。
对于常规直膨式热回收，由于回收的需求热量没有规律，造成热量的精确调节难以一步到位。与间接热回收的方式不同，间接热回收是通过热回收来加热水且相对恒定水温或水系统蓄能来进行初步调节（粗调），然后使用比例调节阀调节再热（水）盘管换热器的热水流量来实现升级调节（精调）。本专利解决了该问题，在直膨制冷系统上直接实现了热回收量粗调与精调。
工作原理：在制冷模式运行时，压缩机排出的高温高压的冷媒（气体），通过四通阀进入冷凝器；根据室内需要的恒温恒湿工况，计算出需要的再热回收量的需求量，根据需求量计算出冷凝器的冷媒流量的大小，通过控制冷凝器的压力保证满足再热回收量所需冷媒流量的前提下，冷凝器将富裕的废热排出制冷系统，实现再热回收量的初步调节；然后根据风道内进风的温度信号调节第一级节流/膨胀阀的开度，再实现再热回收量的精确调节。
具体地说，在恒温恒湿工况的应用场合，可以确定需要的再热回收量的最大值，根据最大值设定冷凝器的冷媒流量调节的起始点（最小值，一般以冷凝器的压力作为控制信号），冷凝器将富裕的废热排出制冷系统，实现再热回收的初步调节（粗调）；冷凝器的冷媒流量起始点（最小值）设定值与现场使用工艺越匹配，进入稳定越迅速与平滑，具有完全可行的实际操作性。第一级节流/膨胀阀根据冷凝器的调节起始点（最小值）作为热回收器的调节最大点（即第一级节流/膨胀阀的最大开度满足：热回收器能够回收的热量达到最大，等于计算出的恒温恒湿工况需要的再热回收量最大值），第一级节流/膨胀阀根据风道内进风的温度信号来进行精确调节以实现再热回收量的精确输出（精调）；再通过第二级节流/膨胀阀到蒸发器，实现制冷系统的正常运行。系统安装简单、可靠，去除中间换热设备及施工过程，减少初投资并能达到原来的效果。
附图说明
图1是直膨式空调系统精确热回收装置原理图。
具体实施方式
参见图1所示的直膨式空调系统精确热回收装置，包括压缩机1、四通阀2、冷凝器3、蒸发器4、冷媒、热回收器5、控制系统，热回收器的两端分别通过第一级节流/膨胀阀6、第二级节流/膨胀阀7与冷凝器3、蒸发器4相连通；热回收器5、蒸发器4位于同一个风道中，风道中设置有室内风机8。第一级节流/膨胀阀6、第二级节流/膨胀阀7都采用电子膨胀阀，通过控制系统对阀开度范围0-100%进行调节。
串联有单向阀10的旁路支管9，与串联的第一级节流/膨胀阀6和热回收器5相并联，共同连接在第二级节流/膨胀阀7和冷凝器3之间；单向阀10只允许热泵制热时冷媒沿旁路支管从第二级节流/膨胀阀7向冷凝器3单向流动；压缩机通过四通阀连接冷凝器和蒸发器。控制系统通过对四通阀的控制可实现制冷和制热工况运行自动切换。
制冷模式工作时，空气在室内风机8的作用下，先经过蒸发器4与其进行热交换，空气被降温除湿，被降温除湿后的空气再经过热回收器5与其进行热交换后，温度升高，送入室内，使得室内保持恒温恒湿工况。
制热模式工作时，热回收器不工作，空气在室内风机的作用下，经过制热时的冷凝器（即制冷模式时的蒸发器4）与其进行热交换，空气加热后，温度升高，送入室内。
1）在制冷时，室外侧冷凝器压力调节冷媒流量，辅助粗调节再热回收的热量。
2）在制冷时，第一级节流/膨胀阀精调节热回收器的冷媒流量，精确调节再热回收的热量。
3）在制冷时，蒸发器对空气除湿，热回收器对除湿后的空气进行再热。无需提供额外的再热热源，通过回收冷凝废热实现室内恒温恒湿工况。
4）直膨式空调系统精确热回收装置能够满足室内恒温恒湿工况要求，安装简单；且冬季通过四通阀调节冷媒流向可以运行热泵制热。
5)对于冷却方式为风冷型，冷凝器3为风冷换热器，需单独配备散热风扇，并安装在室外侧。
6)对于冷却方式为水冷型，冷凝器3为水冷换热器。

Claims (6)

1.一种直膨式空调系统精确热回收装置，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、冷媒，其特征是：它还包括热回收器，热回收器的两端分别通过第一级节流/膨胀阀、第二级节流/膨胀阀与冷凝器、蒸发器相连通；热回收器、蒸发器位于同一个风道中，风道中设置有室内风机；第一级节流/膨胀阀、第二级节流/膨胀阀都采用在直膨式空调系统中的控制系统的控制下能够对阀开度进行0-100%调节的电子膨胀阀。
2.如权利要求1所述的直膨式空调系统精确热回收装置，其特征是：它还包括四通阀、串联有单向阀的旁路支管，旁路支管连接在第二级节流/膨胀阀和冷凝器之间；单向阀只允许制冷时冷凝器内冷媒通过第一级节流/膨胀阀和热回收器再从第二级节流/膨胀阀向蒸发器单向流动；压缩机通过四通阀连接冷凝器和蒸发器，控制系统通过对四通阀的控制可实现制冷和制热工况运行切换。
3.直膨式空调系统精确热回收方法，其特征是：采用权利要求1或2所述的直膨式空调系统精确热回收装置，制冷工况工作时，进风空气在室内风机的作用下，先经过蒸发器与其进行热交换，进风空气被降温除湿，根据室内恒温恒湿工况需求，控制系统计算出需要的再热量，通过调节第一级节流/膨胀阀开度控制热回收器的换热量，将原本全部通过冷凝器散发的废热精确回收部分热量作为再热，降温除湿后的空气经过热回收器与其进行热交换后，送风温度升高，从而精确的将室内温度控制在目标范围内。
4.如权利要求3所述的直膨式空调系统精确热回收方法，其特征是：根据室内恒温恒湿工况，计算出需要的再热回收量的最大值，根据最大值计算出冷凝器冷媒流量的最小值，再通过控制冷凝器的压力值使得冷凝器冷媒流量达到最小值，冷凝器将多余的废热排出制冷系统，实现再热回收量的初步调节。
5.如权利要求4所述的直膨式空调系统精确热回收方法，其特征是：根据风道内进风的温度信号来调节第一级节流/膨胀阀的开度，以实现再热回收量的精确调节；第一级节流/膨胀阀的最大开度满足：热回收器回收的热量达到最大，等于计算出所需要的再热回收量。
6.如权利要求5所述的直膨式空调系统精确热回收方法，其特征是：第一级节流/膨胀阀的阀后温度≮进风温度。
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