CN108758795B - 一种超高精度恒温恒湿空调系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高精度恒温恒湿空调系统及控制方法，包括室内机和室外机组模块，所述室内机包括机箱、形成于机箱内的混合室、过滤室、加湿室、调温加热室及出风段；所述加湿室位于过滤室和调温加热室之间；所述室外机组模块包括室外机单元、与室外机单元相配合的化霜单元及用于对加湿室进行加湿操作的恒温水加湿单元。本发明中通过室外机提供的恒温的水来对室内空气进行湿度调节，并在加湿段内进行热湿交换来控制机组的出风绝对湿度，机组通过控制机组出风的绝对含湿量来保证空调机组的湿度精度；其次，室内机的出风温度通过调温加热室分开进行控制，从而实现了出风温度和湿度的独立控制，使得出风温湿度的控制更为准确。

Description

一种超高精度恒温恒湿空调系统及控制方法

技术领域

本发明属于空调技术领域，尤其是涉及一种超高精度恒温恒湿空调系统及控制方法。

背景技术

随着经济的发展和能源供给间的矛盾日益突出，能源问题正成为制约中国完成工业化、城镇化发展阶段和国民经济高速发展的瓶颈，节能减排已成为实现国家经济安全和可持续发展的基本国策。

节能与环保是人类亟待解决的两大问题。2002年8月26日至9月4日在南非约翰内斯堡举行了可持续发展世界峰会。在该次会议上国际制冷学会发表了《制冷业对于可持续发展和减缓大气变化的承诺》，在此文件中阐明制冷业主要的挑战来自全球气候变暖。造成制冷业影响全球气候变暖80%的原因是二氧化碳的排放。这些间接的排放部分是由制冷装置运行所需能量的生产引起的。制冷设备所消耗的电能约占机房所消耗电能的40%左右，这表明间接排放的影响是非常严重，提高这些设备的运行效率是空调从业人员的当务之急。

由于经济的飞速发展，国家产业的升级，随着国家制造以及创新的发展，越来越多的试验以及工艺需要越来越高的温湿度环境要求，对于超高精度恒温恒湿空调机组有越来越多的市场，超高精度恒温恒湿空调机组应用于特殊工艺要求、实验室、等需要空调环境有高精度要求的空调场所。

然而现有的恒温恒湿空调机组运行时只有压缩制冷模式，不节能，同时控制的温湿度的精度低，难以实现对空调的温湿度的精准控制。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种温湿度控制精准的超高精度恒温恒湿空调系统及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种超高精度恒温恒湿空调系统，包括室内机和室外机组模块，所述室内机包括机箱、形成于机箱内的混合室、过滤室、加湿室、调温加热室及出风段；所述加湿室位于过滤室和调温加热室之间；所述室外机组模块包括室外机单元、与室外机单元相配合的化霜单元及用于对加湿室进行加湿操作的恒温水加湿单元；所述室外机单元包括换热机构、第一压缩机构及第二压缩机构；所述化霜单元、第一压缩机构及第二压缩机构之间通过第一流体主管和第二流体主管连通形成化霜回路。本发明中通过室外机提供的恒温的水来对室内空气进行湿度调节，并在加湿段内进行热湿交换来控制机组的出风绝对湿度，机组通过控制机组出风的绝对含湿量来保证空调机组的湿度精度；其次，室内机的出风温度通过调温加热室分开进行控制，从而实现了出风温度和湿度的独立控制，单独进行调节调控，使得出风温湿度的控制更为准确，实现了精准的控制；正常运行过程中，将有一组或多组压缩机构作为备用压缩机构，当正在运动的压缩机构需要化霜处理时，可启用备用的压缩机构来替代正在化霜的压缩机构，或者降低化霜的压缩机构的输出能力，提高备用压缩机构的输出能力；使得整个空调系统的制热能力不会出现衰减，不会影响空调的工作效率。

进一步的，所述换热机构、第一压缩机构及第二压缩机构之间通过第一换热主管和第二换热主管相连通形成换热回路。

作为优选的，所述化霜单元包括化霜换热器、冷媒流入管道、冷媒流出管道、分流装置及节流装置；所述冷媒流入管道与化霜换热器的进口相连通，冷媒流出管道与化霜换热器的出口相连通；所述节流装置设于所述冷媒流入管道上，所述分流装置设于所述冷媒流出管道上；通过节流装置对经过冷凝器后需要进入至化霜模块的高温高压制冷剂进行节流处理，避免进入化霜模块的制冷剂流量过大，保证制冷剂能够完全变为低温低压的气体，重新返回至压缩机内，避免出现返回至压缩机的气体不够而使得压缩机无法正常工作的情况。

进一步的，所述第一压缩机构包括压缩机、风冷冷凝器、过冷器及气液分离器；所述压缩机与风冷冷凝器之间设有油分离器，该油分离器通过回油管道与所述压缩机相连；所述风冷冷凝器和过冷器之间设有制热节流器；通过制热节流器的设置，提高过冷器对冷却剂的过冷效果，保证后期经过化霜模块时，能够更好的将过冷的液体气化成为低温低压的气体，转换率高，转换速度快，工作效率高；其次，通过回油管道的设置，使得系统能够采用制冷制热双回油模式，特别是减小以往制热回油采用制冷回油的模式引起的能力输出突变而引起的温湿度波动，降低能耗。

优选的，所述压缩机通过换热出流分管与所述第一换热主管相连通，通过换热入流分管与所述第二换热主管相连通。

进一步的，所述恒温水加湿单元包括与所述换热机构相连的进水管道和出水管道、设于加湿室内的加湿管道、设于加湿管道上的喷雾发生部件及设于加湿器内的吸水件；通过喷雾发生器将液体转换为喷雾，对出风的加湿效果较好，且对于湿度的控制更为精准；吸水件可吸收一定量的水，使得加湿室在进风出风时的风均能够与吸水件进行接触，实现良好的接触，避免喷雾状态下出现的加湿不完全或加湿控制不够精准的情况；其次，由于吸水件的存在，可有效避免加湿室内出现滴水的情况，避免空调在使用过程中产生噪音。

或优选的，所述吸水件设置为两个，分别设置在所述加湿室的进口和出口处；所述喷雾发生部件设置为两组，两组分别设于加湿管道的左右两侧上；每组喷雾发生部件均包括沿所述加湿管道长度方向间隔分布的多个喷雾头；设置为两组，使得气体在进风出风的过程中均能够与吸水件进行接触，有效提高加湿效率。

进一步的，所述加湿室下部设有集水槽，该集水槽上设有回水管道，该回流管道的出水端连通至所述加湿管道与进水管道的连接处；所述回水管道上设有用于将集水槽内的水泵入至加湿管道与出水管道的连接处的泵体；通过集水槽的设置，使得喷雾产生的多余的水能够被下部的集水槽收集，再通过回流管道重新回流再经过加湿管道向外喷出，有效提高水资源的利用率，实现节能环保；且回水管道连通至加水管道与出水管道的连接处，进而当水回流时，还能够再经过两组喷雾组件进行喷雾处理，最大程度的提高水资源的利用率。

本发明还公开了一种空调系统的控制方法，当室外机中有需要化霜的压缩机构时，系统启动备用的压缩机构，或提高其他压缩机构的输出能力同时降低需化霜压缩机构的输出能力；化霜时，压缩机排出的高温高压制冷剂气体经过风冷冷凝器对其进行化霜操作，并形成高温高压的制冷剂液体，之后被输送至化霜模块，在化霜换热器中进行热交换变成低温低压的气体，再返回至压缩机内，完成化霜。本发明在正常运行过程中，将有一组或多组压缩机构作为备用压缩机构，当正在运动的压缩机构需要化霜处理时，可启用备用的压缩机构来替代正在化霜的压缩机构，或者降低化霜的压缩机构的输出能力，提高备用压缩机构的输出能力；使得整个空调系统的制热能力不会出现衰减，不会影响空调的工作效率。

优选的，室内机需要处理的空气经过混合室后，经过滤室进行过滤，再进入加湿室进行湿度调节达到送风需要的绝对湿度，最后通过调温加热室进行送风温度的调整达到设定的送风温度，再通过出风段送入空调房间；

室内机在加湿室通过调节恒温水加湿单元提供恒温水的温度和流量来控制机组出风绝对含湿量，当出风湿度低于所需要的湿度时，系统提高室外机的水温和水量来进行加湿；当机组的出风湿度高于所需要的湿度时，系统降低室外机的水温和水量以减小加湿量；通过室外机提供的恒温的水来对室内空气进行湿度调节，并在加湿段内进行热湿交换来控制机组的出风绝对湿度，机组通过控制机组出风的绝对含湿量来保证空调机组的湿度精度；其次，室内机的出风温度通过调温加热室分开进行控制，从而实现了出风温度和湿度的独立控制，单独进行调节调控，使得出风温湿度的控制更为准确，实现了精准的控制。

综上所述，本发明具有以下优点：室内机出风的湿度控制精准；其次，室内机的出风温度和湿度的独立控制，单独调节调控，出风温湿度的控制更为精准。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的局部示意图一。

图3为本发明的局部示意图二。

图4为本发明的局部示意图三。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1-4所示，一种超高精度恒温恒湿空调系统，包括室内机和室外机组模块，所述室内机包括机箱11、由左至右依次形成于机箱内的混合室12、过滤室13、加湿室14、调温加热室15以及出风段16；所述加湿室14位于过滤室13和调温加热室15之间，所述混合室12、过滤室13、加湿室14、调温加热室15以及出风段16之间分别通过隔板分隔开来；进一步的，所述室外机组模块包括室外机单元2、化霜单元3以及恒温水加湿单元4，所述化霜单元3与室外机单元相配合，所述恒温水加湿单元4用于对加湿室进行加湿操作；过滤室13内设有过滤网和活性炭层，以对空气进行过滤；所述调温加热室15内设有电加热片，可对进入调温加热室15内的风进行加热。

所述恒温水加湿单元4包括进水管道41、出水管道42、加湿管道43、喷雾发生部件以及吸水件44，所述进水管道41和出水管道42分别与换热机构，可将换热机构内的热量转换至管道内的水中，节约能耗；所述加湿管道43设于加湿室内，该加湿管道43呈U型结构设置，且一端与进水管道相连，一端与出水管道相连；所述喷雾发生部件设置为两组，两组分别设于加湿管道43两个竖管的左右两侧上；且每组喷雾发生部件均包括沿所述加湿管道43长度方向间隔分布的多个喷雾头431，喷雾头的结构和原理均为现有技术，不再赘述；所述吸水件44由海绵制成，设置在加湿器内，且优选设置为两个，分别设置在所述加湿室14的进口和出口处。

为了实现对水资源的回收利用，我们在加湿室14的下部设有了集水槽141，该集水槽141可固连在加湿室内的不锈钢槽；集水槽141的底部设有塑料或不锈钢制成的回水管道142，该回流管道142的出水端连通至所述加湿管道43与进水管道41的连接处，且回水管道上设有泵体，该泵体可为水泵，进而在泵体的作用下，集水槽内的水可通过回水管道142回流至加湿管道43与出水管道42的连接处，重新经过喷雾头喷出，对出风进行加湿处理。

具体的，所述室外机单元2包括换热机构21、第一压缩机构22及第二压缩机构23；且所述换热机构21、第一压缩机构22及第二压缩机构23之间通过第一换热主管5和第二换热主管6相互连通形成换热回路，所述化霜单元3、第一压缩机构22及第二压缩机构23之间通过第一流体主管7和第二流体主管8相互连通形成化霜回路；换热机构21优选为换热器。

所述第一压缩机构22包括压缩机221、风冷冷凝器222、过冷器223及气液分离器224；所述压缩机221与风冷冷凝器222之间设有油分离器225，该油分离器225通过回油管道226与所述压缩机221相连；油分离器225和风冷冷凝器222之间设有四通阀，所述油分离器225、四通阀、风冷冷凝器222、过冷器223及气液分离器224依次通过管道相互连接；其中，所述四通阀的其中一通路与油分离器连接，一个通路与风冷冷凝器连接，一个通路与气液分离器连接，最后一个通路通过管道与第二换热主管6直接连通；具体的，所述压缩机221进口处连接一换热入流分管61，该换热入流分管61与四通阀最后一个通路上连接的管道相连通，进而实现压缩机221与第二换热主管6的连通；压缩机221的出口处连接一换热出流分管51，该换热出流分管51与油分离器连接，再经过油分离器225、四通阀、风冷冷凝器222、过冷器223后与第一换热主管5相连通；所述换热出流分管51还与所述第二流体主管8相连通，所述换热入流分管61还与所述第一流体主管7相连通，进而保证压缩机与化霜模块之间能够构成回路；进行热交换时，高温气体由换热出流分管51流入至第一换热主管5，通过第一换热主管5送入至换热机构，换热后由第二换热主管6送回，由换热入流分管61送回至压缩机内；第二压缩机构的结构与第一压缩机构的结构相同，故不再赘述。

作为优选，所述风冷冷凝器222和过冷器223之间设有制热节流器227，该制热节流器227为市面上购买得到的电子膨胀阀。

具体的，所述化霜单元3包括化霜换热器31、冷媒流入管道32、冷媒流出管道33、分流装置34及节流装置35；所述冷媒流入管道32一端与化霜换热器31的进口相连通，另一端与第一流体主管7相连通；所述冷媒流出管道33一端与化霜换热器31的出口相连通，另一端与所述第二流体主管8相连通；进一步的，所述节流装置35为市面上购买的电子膨胀阀，该节流装置35设于所述冷媒流入管道32上；所述分流装置34为四通阀，该分流装置34设于所述冷媒流出管道33上；化霜时，高温气体经过风冷冷凝器对其进行化霜，由换热入流分管61输送至第一流体主管7，由第一流体主管7送至冷媒流入管道32，再送入化霜换热器31，处理后由冷媒流出管道33送出，第二流体主管8输送，再由换热出流分管51送回至压缩机。

上述空调系统的控制方法，具体包括化霜操作时的控制方法和出风湿度调节时的控制方法；其中，出风湿度调节的控制方法具体如下：室内机需要处理的空气经过混合室12后，经过滤室13进行过滤，再进入加湿室14进行湿度调节达到送风需要的绝对湿度，最后通过调温加热室15进行送风温度的调整达到设定的送风温度，再通过出风段16送入空调房间；进水管道上设有电子膨胀阀，第二换热主管上也设有电子膨胀阀，室内机在加湿室14通过调节恒温水加湿单元4提供恒温水的温度和流量来控制机组出风绝对含湿量，当出风湿度低于所需要的湿度时，可调节进水管道上的电子膨胀阀以增大进水水量，同时调节第二换热主管上的电子膨胀阀控制第二换热主管内的介质流量增大，进而使得系统提高恒温水加湿单元4的水温和水量来进行增加加湿了；量；当机组的出风湿度高于所需要的湿度时，可调节进水管道上的电子膨胀阀以减小进水水量，同时调节第二换热主管上的电子膨胀阀控制第二换热主管内的介质流量减小，使得系统降低恒温水加湿单元4的水温和水量以减小加湿量。

化霜操作时的控制方法具体操作如下：当室外机中有需要化霜的压缩机构时（如第一压缩机构），系统启动备用的压缩机构（如第二压缩机构），或提高其他压缩机构的输出能力同时降低需化霜压缩机构的输出能力；化霜时，压缩机排出的高温高压制冷剂气体经过风冷冷凝器222对其进行化霜操作，并形成高温高压的制冷剂液体，之后被输送至化霜模块3，在化霜换热器31中进行热交换变成低温低压的气体，再返回至压缩机221内，完成化霜。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种超高精度恒温恒湿空调系统，包括室内机和室外机组模块，其特征在于：所述室内机包括机箱（11）、形成于机箱内的混合室（12）、过滤室（13）、加湿室（14）、调温加热室（15）及出风段（16）；所述加湿室（14）位于过滤室（13）和调温加热室（15）之间；所述室外机组模块包括室外机单元（2）、与室外机单元相配合的化霜单元（3）及用于对加湿室进行加湿操作的恒温水加湿单元（4）；所述室外机单元（2）包括换热机构（21）、第一压缩机构（22）及第二压缩机构（23）；所述化霜单元（3）、第一压缩机构（22）及第二压缩机构（23）之间通过第一流体主管（7）和第二流体主管（8）连通形成化霜回路；所述换热机构（21）、第一压缩机构（22）及第二压缩机构（23）之间通过第一换热主管（5）和第二换热主管（6）相连通形成换热回路；所述化霜单元（3）包括化霜换热器（31）、冷媒流入管道（32）、冷媒流出管道（33）、分流装置（34）及节流装置（35）；所述冷媒流入管道（32）与化霜换热器（31）的进口相连通，冷媒流出管道（33）与化霜换热器（31）的出口相连通；所述节流装置（35）设于所述冷媒流入管道（32）上，所述分流装置（34）设于所述冷媒流出管道（33）上；所述第一压缩机构（22）包括压缩机（221）、风冷冷凝器（222）、过冷器（223）及气液分离器（224）；所述压缩机（221）与风冷冷凝器（222）之间设有油分离器（225），该油分离器（225）通过回油管道（226）与所述压缩机（221）相连；所述风冷冷凝器（222）和过冷器（223）之间设有制热节流器（227）；所述压缩机（221）通过换热出流分管（51）与所述第一换热主管（5）相连通，通过换热入流分管（61）与所述第二换热主管（6）相连通；所述恒温水加湿单元（4）包括与所述换热机构相连的进水管道（41）和出水管道（42）、设于加湿室内的加湿管道（43）、设于加湿管道上的喷雾发生部件及设于加湿器内的吸水件（44）；所述吸水件（44）设置为两个，分别设置在所述加湿室（14）的进口和出口处；所述喷雾发生部件设置为两组，两组分别设于加湿管道（43）的左右两侧上；每组喷雾发生部件均包括沿所述加湿管道（43）长度方向间隔分布的多个喷雾头（431）；所述加湿室（14）下部设有集水槽（141），该集水槽（141）上设有回水管道（142），该回水管道（142）的出水端连通至所述加湿管道（43）与出水管道（42）的连接处；所述回水管道（142）上设有用于将集水槽内的水泵入至加湿管道（43）与进水管道（41）的连接处的泵体。

2.根据权利要求1所述的空调系统的控制方法，其特征在于：当室外机中有需要化霜的压缩机构时，系统启动备用的压缩机构，或提高其他压缩机构的输出能力同时降低需化霜压缩机构的输出能力；化霜时，压缩机排出的高温高压制冷剂气体经过风冷冷凝器（222）对其进行化霜操作，并形成高温高压的制冷剂液体，之后被输送至化霜单元（3），在化霜换热器（31）中进行热交换变成低温低压的气体，再返回至压缩机（221）内，完成化霜。

3.根据权利要求2所述的空调系统的控制方法，其特征在于：室内机需要处理的空气经过混合室（12）后，经过滤室（13）进行过滤，再进入加湿室（14）进行湿度调节达到送风需要的绝对湿度，最后通过调温加热室（15）进行送风温度的调整达到设定的送风温度，再通过出风段（16）送入空调房间；

室内机在加湿室（14）通过调节恒温水加湿单元（4）提供恒温水的温度和流量来控制机组出风绝对含湿量，当出风湿度低于所需要的湿度时，系统提高恒温水加湿单元（4）的水温和水量来进行加湿；当机组的出风湿度高于所需要的湿度时，系统降低恒温水加湿单元（4）的水温和水量以减小加湿量。