CN114811763A - 一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱 - Google Patents

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Abstract

本发明属于节能空调技术领域，具体涉及一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，包括空调箱、压缩冷凝机组、热源塔；空调箱包括依次连接的进风段风机、过滤段过滤器、表冷段换热器、前加热段电加热器、直膨段直膨式盘管、热回收段换热器、后加热段电加热器、加湿段电加湿器、微加热段电加热器；空调箱的送风口设有干球温度传感器和湿度温度传感器；压缩冷凝机组包括连接直膨段直膨式盘管进口和出口的回路；冷凝器的进口通过管路一与热源塔的出口连接，冷凝器的出口通过管路二与热源塔的进口连接；热回收段换热器的出口通过管路三与管路一连接，热回收段换热器的进口通过管路四与管路二连接。

Description

一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱
技术领域
本发明属于节能空调技术领域，具体涉及一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱。
背景技术
在制冷空调行业，大型公共建筑空调消耗的电能占总电能的一半左右；在中低温冷冻冷藏行业、精密行业和制冷空调行业等场合中，对储藏环境和生活工作环境的温湿度的精度要求也日益增高。因此，节省空调设备的能耗以及开发具有可实现高中低温度及湿度精准控制的节能出风设备具有十分重要的意义。
目前，空调箱一般应用于大型公共建筑空或者医疗手术书的通风空调系统中，常采用冷水机组/压缩冷凝机组+空调箱末端的形式进行降温除湿。这种系统包括依次连接形成环路的压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和空调箱。冷凝器的热量经冷却设备排到室外，压缩机采用螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、活塞式压缩机单独或者耦合使用，空调箱从下至上依次包括进风段、过滤段、冷却段、加热段和送风段，空调箱的冷却段置有表冷器或直膨盘管，送风段置有离心风机。蒸发器通过冷冻水系统与空调箱中的表冷器相连或者压缩冷凝机组的蒸发器直接为空调箱中的直膨盘管，回风空气(室外空气或混合空气)在表冷器或者直膨盘管中被降温除湿，然后再被加热器升温，通过离心风机送出。冷凝器中的热量通过冷却水系统由冷却装置排到室外环境中。上述系统中存在问题如下：螺杆式压缩机或涡旋式压缩机或活塞式压缩机机组耦合使用机组满足高中低温同时出风的需求但造成了初投资成本和运行费用的增加；空调箱无前电加热造成了低温出风时结霜严重和除霜困难的问题；空调箱无设置前后换热器，没有有效利用系统内外冷热介质的冷热量对空气进行降温除湿和升温，不充分节能；传统空调箱达不到对高中低温度及湿度精准控制的要求。
目前，在冷库如种子库和鲜花库等低温冷冻冷藏库中，储藏物对环境温湿度的精度要求很高，只通过使用配置压缩冷凝机组还不能很好地达到储藏要求；在一些空调设备试验室中，对环境温湿度的精度要求也很高，温度范围也很广，传统空调箱也达不到要求；在一些制药行业的生产车间和仓库，皮件厂的皮件仓库和皮革材料，精密设备厂的精密车间，古典字画类储存，农副产品储存行业等行业，对环境温湿度的精度要求也很高，需要新的节能精准控的设备来满足其使用要求。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，对空调行业使用的空调箱进行了性能优化和完善，并为冷冻冷藏、空调设备试验室、制药储存储藏、皮件皮革储藏储存等对温度和湿度有精准控和宽范围需求的行业提供了创新性的节能出风设备。
本发明的主要内容如下：
1.本发明利用可适用高低温工况范围的活塞压缩机作为压缩冷凝机组的环保制冷剂压缩提压设备。
2.本发明利用前可调电加热、后可调电加热以及为微可调电加热做为空调箱的预防结霜、除霜和提高出风干球温度的设备。
3.本发明利用表冷器和系统内外冷热源为空调出风加热或降温除湿。
4.本发明利用压缩冷凝机组冷却热为空调箱出风提升干球温度。
5.本发明利用以上加热以及除湿方式、可调电加湿、微调电加热以及实验室内干湿球温度传感器精确控制空调箱出风的干湿球温度。
本发明提供了如下的技术方案：
一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，包括空调箱、压缩冷凝机组、热源塔；
所述空调箱包括依次连接的进风段风机、过滤段过滤器、表冷段换热器、前加热段电加热器、直膨段直膨式盘管、热回收段换热器、后加热段电加热器、加湿段电加湿器、微加热段电加热器；空调箱的送风口设有干球温度传感器和湿度温度传感器；
所述压缩冷凝机组包括连接直膨段直膨式盘管进口和出口的回路，回路上依次连接有气液分离器、压缩机、油分离器、冷凝器、储液器、第一截止阀、过滤器、第二截止阀；
所述冷凝器的进口通过管路一与热源塔的出口连接，冷凝器的出口通过管路二与热源塔的进口连接；
所述热回收段换热器的出口通过管路三与管路一连接，热回收段换热器的进口通过管路四与管路二连接。
表冷段换热器的进口和出口通过管路与冷源连接。
表冷段换热器的进口和出口通过管路与热源连接。
与进口连通的管路上安装第八截止阀；与出口连通的管路上安装第七截止阀。
所述管路三上安装第六截止阀，管路四上安装第五截止阀。
所述管路一上安装第三截止阀，管路二上安装第四截止阀和水泵。
位于过滤器和第二截止阀之间的回路上设有两条并联管路，两条并联管路上分别安装有第一膨胀阀、第一电磁阀和第一膨胀阀、第二电磁阀。
本发明的优选方案中，空调箱中直膨段直膨式盘管为制冷剂与空调箱中空气直接换热的设备，采用压缩冷凝机组的方案，但不局限于此方案，也可利用冷冻水与空调箱中空气直接换热，采用适应高低温工况的变频式冷水机组或其他类似能对空调箱中空气进行降温除湿的方案。
本发明的优选方案中，本发明适用于对高中低温度及湿度精准控制有综合需求的种子库、鲜花库、药物库等场合，也适用于对高温度及湿度精准控制、中温度及湿度精准控制、低温度及湿度精准控制分别有需求的医疗手术室等场合。
本发明的优选方案中，进风段风机为变频离心式风机，但不局限于变频离心式，也可为定频离心式或者类似可以输送气体的设备。
本发明的优选方案中，水泵为变频离心式水泵，但不局限于变频离心式，也可为定频离心式或者类似可以输送循环水的设备。
本发明的优选方案中，热源塔可以为其他满足水与空气换热的设备。
本发明的优选方案中，表冷段换热器、热回收段换热器为翅片式，采用紫铜铝制材料，但不局限于紫铜铝制材料翅片式换热器，也可为类似适合工况和需求的其他换热设备。
本发明的优选方案中，直膨段直膨式盘管为翅片式，采用不锈钢黄铜材料，宽间距铝箔的方案，但不局限于此方案，也可为类似适合工况和需求的其他换热设备。
本发明的优选方案中，表冷段换热器的冷热源介质来自于空调箱系统外部，包括冷库或医疗手术室等场合，也可来自于空调箱系统内部，包括空调设备试验室等场合。
本发明的优选方案中，热回收段换热器的热源介质来自于压缩冷凝机组的冷却水，但不局限于此来源，也可来源于冷水机组等类似压缩冷凝机组用途的机组的冷却水。
本发明的优选方案中，前加热段电加热器为可调电加热器与固定电加热器组合模式，但不局限于此模式，也可用全可调电加热器等类似可满足加热空气并可调空气温度需求的模式。
本发明的优选方案中，后加热段电加热器为可调电加热器与固定电加热器组合模式，但不局限于此模式，也可用全可调电加热器等类似可满足加热空气并可调空气温度需求的模式。
本发明的优选方案中，微加热段电加热器为可调电加热器模式，但不局限于此模式，也可用类似可满足加热空气并可调空气温度需求的模式。
本发明的优选方案中，加湿段电加湿器为可调电加湿器与固定电加湿器组合模式，但不局限于此模式，也可用类似可满足加湿空气并可调空气湿度需求的模式。
本发明的优选方案中，通过热回收段换热器、前加热段电加热器、后加热段电加热器、微加热段电加热器的耦合，以干球温度传感器的采集值和设定目标值的比较来调节微加热段电加热器的开度，以达到对空调箱出风温度的精准控制，但不局限于此方案，也可用类似可满足控制空调箱出风温度需求的模式。
本发明的优选方案中，通过表冷段换热器、直膨段直膨式盘管、加湿段电加湿的耦合，以湿球温度传感器的采集值和设定目标值的比较来调节加湿段电加湿的开度，以达到对空调箱出风湿度的精准控制，但不局限于此方案，也可用类似可满足控制空调箱出风湿度需求的模式。
本发明的优选方案中，空调箱各段的排列顺序依次为过滤段过滤器、表冷段换热器、前加热段电加热器、直膨段直膨式盘管、热回收段换热器、后加热段电加热器、进风段风机、加湿段电加湿、微加热段微调电加热，但不局限于此方案，也可用类似可满足空调箱出风温湿度需求的排列方案。
本发明的优选方案中，空调箱的进风为全回风模式，但不局限于此模式，也可用全新风或回风加新风混合模式。
本发明的优选方案中，压缩机活塞式，但不局限于活塞式，也可为涡旋式或者类似可以压缩气体、提高气体压力或输送气体的设备。
本发明的优选方案中，冷凝器为壳管式，但不局限于壳管式，也可为类似可以满足制冷剂和冷却水换热需求的设备；所有电磁阀和截止阀为截止通断流体介质的作用，但不局限于此阀。
本发明的优选方案中，第一膨胀阀、第一膨胀阀为电子膨胀阀，但不局限于电子膨胀阀，也可为热力膨胀阀或者类似可以起到节流作用的设备。
本发明的优选方案中，压缩冷凝机组可以是一台机组件也可以是若干台机组并联组成。
本发明的优选方案中，空调箱的名字不局限于空调箱，也可称为低温出风箱及类似用途设备的其他名称。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用可适用高低温工况范围的一台活塞压缩机或多台活塞压缩机作为压缩冷凝机组的环保制冷剂压缩提压设备，可对高低温空气进行综合连续降温除湿，也可分别对高温空气、中温空气、低温空气单独分别降温除湿。
2.本发明利用前可调电加热、后可调电加热以及为微可调电加热做为空调箱的预防结霜、除霜和提高出风干球温度的设备，可在0度以下低温环境中预防或削弱直膨盘管结霜，有效除霜，并灵活调节空调箱出风干球温度。
3.本发明利用表冷段换热器和系统内外冷热源为空调出风加热或降温除湿，有效利用了系统内外多余冷热量，节省了直膨式盘管和压缩冷凝机组的投资，达到了节能的良好效果。
4.本发明利用压缩冷凝机组冷凝热为空调箱出风提升干球温度，有效利用了机组的冷却余热，减少了空气除湿后加热器的投资，达到了节能的良好效果。
5.本发明利用以上加热以及除湿方式、可调电加湿、微调电加热以及实验室内干湿球温度传感器，可精确控制空调箱出风的干湿球温度。
6.综上所述，本发明可实现一种高温度、中温度、低温度及湿度综合或单独出风并可精准控制温湿度的节能空调箱，不但优化创新于传统空调箱，而且为有高中低温度及湿度精准控制综合需求的种子库、鲜花库、药物库等场合，也为有高温度及湿度精准控制、中温度及湿度精准控制、低温度及湿度精准控制独立需求的医疗手术室等场合提供了合适的创新设备。
附图说明
图1是本发明基本系统原理图；
图2是本发明详细系统原理图。
图中标记为：空调箱1、微加热段电加热器2、加湿段电加湿器3、后加热段电加热器4、热回收段换热器5、直膨段直膨式盘管6、前加热段电加热器7、表冷段换热器8、过滤段过滤器9、进风段风机10、热源塔11、第七截止阀12、第八截止阀13、水泵14、第五截止阀15、第六截止阀16、冷凝器17、油分离器18、压缩机19、气液分离器20、第二截止阀21、第一膨胀阀22、第一膨胀阀23、第三截止阀24、第一电磁阀25、第二电磁阀26、第四截止阀27、储液器28、第一截止阀29、过滤器30、干球温度传感器31、湿度温度传感器32、压缩冷凝机组33、管路二34、管路一35。
具体实施方式
如图所示，一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，包括空调箱1、压缩冷凝机组33、热源塔11。空调箱1包括依次连接的进风段风机10、过滤段过滤器9、表冷段换热器8、前加热段电加热器7、直膨段直膨式盘管6、热回收段换热器5、后加热段电加热器4、加湿段电加湿器3、微加热段电加热器2。空调箱1的送风口设有干球温度传感器31和湿度温度传感器32。
压缩冷凝机组33包括连接直膨段直膨式盘管6进口和出口的回路，回路上依次连接有气液分离器20、压缩机19、油分离器18、冷凝器17、储液器28、第一截止阀29、过滤器30、第二截止阀21。
冷凝器17的进口通过管路一35与热源塔11的出口连接，冷凝器17的出口通过管路二34与热源塔11的进口连接。
热回收段换热器5的出口通过管路三与管路一35连接，热回收段换热器5 的进口通过管路四与管路二34连接。
表冷段换热器8的进口和出口通过管路与冷源连接，或者表冷段换热器8 的进口和出口可以通过管路与热源连接。
与进口连通的管路上安装第八截止阀13；与出口连通的管路上安装第七截止阀12。
管路三上安装第六截止阀16，管路四上安装第五截止阀15。
管路一35上安装第三截止阀24，管路二34上安装第四截止阀27和水泵 14。
位于过滤器30和第二截止阀21之间的回路上设有两条并联管路，两条并联管路上分别安装有第一膨胀阀22、第一电磁阀25和第一膨胀阀23、第二电磁阀26。
通过热回收段换热器5、前加热段电加热器7、后加热段电加热器4、微加热段电加热器2的耦合，以干球温度传感器31的采集值和设定目标值的比较来调节微加热段电加热器2的开度，以达到对空调箱1出风温度的精准控制。
通过表冷段换热器8、直膨段直膨式盘管6、加湿段电加湿3的耦合，以湿球温度传感器31的采集值和设定目标值的比较来调节加湿段电加湿3的开度，以达到对空调箱1出风湿度的精准控制。
第一膨胀阀22、第一膨胀阀23分别为高温级膨胀阀和低温级膨胀阀，并分别配有第一电磁阀25、第二电磁阀26，前者负责高温工况下的节流，后者负责低温级工况下的节流。
本发明的一种可实现高中低温度及湿度精准控的节能空调箱，可实现一种高温度、中温度、低温度及湿度综合或单独出风并可精准控制温湿度的节能空调箱，不但优化创新于传统空调箱，而且为有高中低温度及湿度精准控制综合需求的种子库、鲜花库、药物库等场合，也为有高温度及湿度精准控制、中温度及湿度精准控制、低温度及湿度精准控制独立需求的医疗手术室等场合提供了合适的创新设备。比国内其他同类产品具有节能高效性和创新性，具体原理及方案如下：
高低温工况适合的压缩冷凝机组33设计运行原理：选用运行范围广以及可实现压比大以及高低温工况都可运行的活塞压缩机，针对高温运行工况，选用高温级电子膨胀阀，针对低温级运行工况，选用低温级电子膨胀阀。当进行高温工况测试时，开启高温级电磁阀以及对应膨胀阀；当进行低温工况测试时，开启低温级电磁阀以及对应膨胀阀。
可在0度以下低温环境中预防或削弱直膨盘管结霜，有效除霜，并灵活调节空调箱1出风干球温度原理：前可调电加热和后可调电加热根据所需求电加热量都采用可调电加热加固定点加热的模式，微可调电加热采用全可调电加热模式。当低温空气经过过滤经过前可调电加热稍升温后，再经过直膨段直膨式盘管6降温除湿，可预防或削弱直膨段直膨式盘管6结霜，延长空调箱1有效出风时间；当直膨段直膨式盘管6需要除霜时，可选择性开启前可调电加热和后可调电加热以及微可调电加热，在尽量保持目前出风工况下进行快速除霜；通过手动或自动调节后可调电加热和微加热段电加热器2，可灵活调节空调箱1 出风干球温度。
通过表冷器有效利用系统内外多余冷热量达到节能效果的原理：对于空调设备实验室等系统内有可以利用冷热源场合的空调箱1，可以将实验室内被测机的冷冻水或冷却水引来进行降温或升温通过表冷器的空气，从而提前对空气降温除湿或者升温预防低环境温度下的后期结霜；对于系统外有可以利用冷热源场合的空调箱1，可以将系统外的冷冻水或冷却水引来进行降温或升温通过表冷器的空气，从而提前对空气降温除湿或者升温预防低环境温度下的后期结霜；若没有多余冷热源可以借用，则可以将这部分忽略。
通过热回收段换热器有效利用压缩冷凝机组33冷却热达到节能效果的原理：将压缩冷凝机组33的冷却水通过水泵引导热源塔11和热回收段换热器5，与外界空气或空调箱1内空气换热，达到冷却水降温，空调箱1内空气升温的效果，其通过截止阀实现管路的通断和切换，可减少后可调电加热的配备和投资。
实现高温度、中温度、低温度及湿度综合或单独出风并可精准控制温湿度的原理：
(1)、对于综合出风精准控，其是指使用空调箱1的场合有时需要高温度出风以及温湿度的精准控，有时需要中温度出风以及温湿度的精准控，有时需要低温度出风以及温湿度的精准控制。此时需要配置高低温工况适合的压缩冷凝机组33对空调箱1内空气进行降温除湿，并通过热回收段换热器5、前加热段电加热器7、后加热段电加热器4、微加热段电加热器2的耦合使用，以干球温度传感器31的采集值和设定目标值的比较来调节微加热段电加热器2的开度，以达到对空调箱1出风温度的精准控制；通过表冷段换热器8、直膨段直膨式盘管6、加湿段电加湿器3的耦合使用，以湿球温度传感器32的采集值和设定目标值的比较来调节加湿段电加湿的开度，以达到对空调箱1出风湿度的精准控制。
(2)、对于单独出风精准控，其是指使用空调箱1的场合只需要高温度出风以及温湿度的精准控，或者只需要中温度出风以及温湿度的精准控，或者是需要低温度出风以及温湿度的精准控。此时需要配置适合高温工况或者中温工况或者低温工况运行的压缩冷凝机组33对空调箱1内空气进行降温除湿，并通过热回收段换热器5、前加热段电加热器7、后加热段电加热器4、微加热段电加热器2的耦合使用，以干球温度传感器31的采集值和设定目标值的比较来调节微加热段电加热器2的开度，以达到对空调箱1出风温度的精准控制；通过表冷段换热器8、直膨段直膨式盘管6、加湿段电加湿器3的耦合使用，以湿球温度传感器32的采集值和设定目标值的比较来调节加湿段电加湿器3的开度，以达到对空调箱1出风湿度的精准控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，其特征在于：包括空调箱(1)、压缩冷凝机组(33)、热源塔(11)；
所述空调箱(1)包括依次连接的进风段风机(10)、过滤段过滤器(9)、表冷段换热器(8)、前加热段电加热器(7)、直膨段直膨式盘管(6)、热回收段换热器(5)、后加热段电加热器(4)、加湿段电加湿器(3)、微加热段电加热器(2)；空调箱(1)的送风口设有干球温度传感器(31)和湿度温度传感器(32)；
所述压缩冷凝机组(33)包括连接直膨段直膨式盘管(6)进口和出口的回路，回路上依次连接有气液分离器(20)、压缩机(19)、油分离器(18)、冷凝器(17)、储液器(28)、第一截止阀(29)、过滤器(30)、第二截止阀(21)；
所述冷凝器(17)的进口通过管路一(35)与热源塔(11)的出口连接，冷凝器(17)的出口通过管路二(34)与热源塔(11)的进口连接；
所述热回收段换热器(5)的出口通过管路三与管路一(35)连接，热回收段换热器(5)的进口通过管路四与管路二(34)连接。
2.根据权利要求1所述的可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，其特征在于：表冷段换热器(8)的进口和出口通过管路与冷源或热源连接；
与进口连通的管路上安装第八截止阀(13)；与出口连通的管路上安装第七截止阀(12)。
3.根据权利要求1所述的可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，其特征在于：所述管路三上安装第六截止阀(16)，管路四上安装第五截止阀(15)。
4.根据权利要求1所述的可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，其特征在于：所述管路一(35)上安装第三截止阀(24)，管路二(34)上安装第四截止阀(27)和水泵(14)。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的可实现高中低温度及湿度精准控制的节能空调箱，其特征在于：位于过滤器(30)和第二截止阀(21)之间的回路上设有两条并联管路，两条并联管路上分别安装有第一膨胀阀(22)、第一电磁阀(25)和第一膨胀阀(23)、第二电磁阀(26)。
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