专利名称：调温除湿系统和方法
技术领域：
本发明涉及调温除湿系统，尤其是一种可连续调温的除湿系统。本发明还涉及一种调温除湿方法，尤其是用于室内空气的调温除湿方法。
背景技术：
冷冻除湿机用蒸发器来给空气降温除湿，并回收系统的冷凝热，弥补空气中因为冷却除湿时散失的热量，是一种高效节能的除湿与干燥方式，已经广泛应用于粮食、木材等和高湿度空间的除湿与温度控制。目前我国的冷冻除湿机主要有升温型和调温型两种。升温型除湿机由一个室内冷凝器和一个室内蒸发器构成，在给室内进行除湿的同时，也要把冷凝热散发到室内给室内空气加热，湿空气湿度降低的同时，温度会升高，没有调节空气温度功能。调温型除湿机是在升温型除湿机的基础上，在室外增加一个冷凝器，与室内冷凝器串联或者并联，如图1所示的王文质等公开的“一种可连续除湿列车空调机”(中国实用新型专利，专利号 CN98215431. 3)就是一种并联双冷凝器型调温除湿机，空气经过室内蒸发器8降温除湿后通过室内冷凝器7进行再热，并通过室内冷凝器进口处的电磁阀17的通断来控制室内空气温度。这样的系统由于室外冷凝器2要承担比较多的冷凝热，室内冷凝器7回收的冷凝热很少，因此只能适用于在室内需要制冷或热负荷比较小的情况，当室内热负荷比较大时， 系统供热能力不足，此外靠电磁阀17的通断来调节温度，具有一定的调温盲区，而且温度波动大，并且流过电磁阀17的是压缩机1排出的高温气态制冷剂，频繁通断使得电磁阀17 非常容易老化损坏。如图2所示的朱志平等公开的“无盲区调温除湿机”(中国发明专利， 专利号CN200610088389. 5)在压缩机1的出口安装了三通调节阀18，其出口分别连接到室内冷凝器7和室外冷凝器2，三通调节阀18可以对两个冷凝器中的制冷剂流量的比例进行连续调节，由于该三通调节阀18位于压缩机1排气处，高温的制冷剂容易使阀门老化损坏，降低系统运行的可靠性和使用寿命，而且三通调节阀18本身的技术和产品成熟度还需进一步加强。且设置三通调节阀的方式使得当总流量不变时，冷凝器中的一个流量增大时， 另一个必须减小，这给调节平稳性和系统寿命带来不利影响。此外，在室外冷凝器和室内冷凝器构成的并联支路的下游且在室内蒸发器的上游设置有一个热力膨胀阀16作为节流装置，这个节流装置只能对通过并联支路的总制冷剂流量进行调节，不能起到对室外冷凝器和室内冷凝器分别地节流调节的作用。于2009年10月21日授权公告的中国实用新型 CN20133158Y公开了一种能同时调节温度和湿度的空调机，其通过在循环回路中设置一个可调节节流装置和多个电磁阀来实现制冷/制热以及除湿的调节。但是在该专利的空调机用于调温除湿时，压缩机、室内的第一交换器、室内的第二热交换器与室内电子膨胀阀(可调节节流装置)构成的并联支路、和室外热交换器是串联布置的，即只是通过与第二热交换器并联的室内电子膨胀阀来调节经过第二热交换器的制冷剂流量来调温。因此，该装置的调温范围仍然较小，并且调温波动性较大，控温精度不够高，且不能充分发挥室外热交换器的功能。
综上所述，目前的除湿调温方案中只能适用于比较特定的环境要求，调温的连续性和平稳性较差(即调温波动性较大)，控温精度低，调温范围小，不适应热/冷/湿负荷明显的变化，不能很好的满足实际应用的需要。因此存在着提供一种能显著地改善其上至少一种情况的调温除湿系统和方法的需要。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可以在不同的室内、外温度下对室内空气除湿的同时，可以连续进行温度调节的系统和方法，其具有改善的连续平稳的调温能力和控温精度，并能有效扩大调温范围，且还具有改善的系统可靠度。为此，本发明提供一种调温除湿系统，其包括制冷循环，该制冷循环由压缩机、位于压缩机下游的室内冷凝器和室外冷凝器、和位于压缩机上游的室内蒸发器通过制冷剂管路连接构成。该室内冷凝器和该室外冷凝器构造成并联支路。该调温除湿系统还包括使室内空气依次通过室内蒸发器和室内冷凝器的室内风机。该调温除湿系统包括用于测定从该室内冷凝器出来的空气温度的送风温度传感器和用于测定该压缩机吸入的制冷剂蒸汽过热度的过热度检测机构。在该并联支路中，室外冷凝器的下游安装有室外可调节节流装置， 且室内冷凝器的下游安装有室内可调节节流装置。该室内可调节节流装置构造成其开度基于测定的所述空气温度被调节，该室外可调节节流装置构造成其开度基于测定的所述过热度被调节。优选地，所述室内风机构造成可变转速风机。根据本发明进一步实施例，该室内可调节节流装置包括室内电子膨胀阀和/或该室外可调节节流装置包括室外电子膨胀阀。进一步优选地，该调温除湿系统还包括用于基于测定的空气温度自动地调节所述室内节流装置的开度和基于测定的过热度自动地调节所述室外节流装置的开度的控制单兀。根据本发明另一优选实施例，该除湿系统还包括蒸发温度传感器，其用于测定所述室内蒸发器中制冷剂的蒸发温度。优选地，所述压缩机构造成能基于所述蒸发温度传感器测得的制冷剂蒸发温度改变转速或排气容积。根据本发明又一优选实施例，该调温除湿系统包括在制冷循环中在所述压缩机上游且在所述室内蒸发器下游安装的汽液分离器。根据本发明再一优选实施例，该室内蒸发器在空气进入的一侧设置过滤器且在空气离开的一侧设置挡水板。优选地，所述压缩机包括活塞式、滚动转子式或涡旋式压缩机。优选地，所述室外冷凝器包括通过室外风机驱动的室外空气进行冷却的风冷式冷凝器。所述室外风机优选构造成可变转速风机。优选地，所述室外冷凝器包括通过室外水泵驱动的冷却水进行冷却的水冷式冷凝器。所述室外泵优选构造成可变转速水泵或可变容积水泵。根据本发明另一方案，提供了一种用于室内空气的调温除湿的方法，其包括提供制冷循环，该制冷循环由压缩机、位于压缩机下游的室内冷凝器和室外冷凝器、和位于压缩机上游的室内蒸发器通过制冷剂管路连接而成，该室内冷凝器和该室外冷凝器构造成并联支路，且在该并联支路中，在室外冷凝器下游安装有室外可调节节流装置和在室内冷凝器下游安装有室内可调节节流装置；使室内空气依次通过室内蒸发器和室内冷凝器；测定从所述室内冷凝器出来的空气温度；测定所述压缩机吸入的制冷剂蒸汽的过热度；基于测定的所述空气温度来调节所述室内可调节节流装置的开度；和基于测定的所述过热度来调节所述室外可调节节流装置的开度。优选地，所述室内可调节节流装置包括室内电子膨胀阀和/或该室外可调节节流装置包括室外电子膨胀阀。根据本发明进一步实施例，压缩机呈可变转速或可变排气容积压缩机形式。该方法优选还包括测定所述室内蒸发器中制冷剂的蒸发温度的步骤和基于测定的所述蒸发温度调节所述压缩机的转速或排气容积的步骤。根据本发明的调温除湿系统和方法，调节范围大，连续平稳的调温能力强，控温精度尚。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中图1示出了现有技术的一种调温除湿系统的示意图；图2示出了现有技术的另一种调温除湿系统的示意图；图3示出了根据本发明的调温除湿系统的第一实施例；图4示出了根据本发明的调温除湿系统的第二实施例；图5示出了根据本发明的调温除湿系统的第三实施例；图6示出了根据本发明的调温除湿系统的第四实施例。
具体实施例方式图3示出了根据本发明的调温除湿系统的第一实施例。所示的调温除湿系统与现有技术相比具有更连续、平稳的调温能力。继续参考图3，所示出的调温除湿系统，由压缩机1、室外冷凝器2、室外电子膨胀阀3、室内冷凝器7、室内电子膨胀阀4、室内蒸发器8通过制冷剂管路连接成一个制冷循环。 其中，室外冷凝器2与室内冷凝器7布置成并联支路。如图所示该并联支路位于所述压缩机1的下游且在该室内蒸发器8的上游，该室内蒸发器9位于该压缩机1的上游。且在该并联支路中，室外电子膨胀阀3设置在室外冷凝器2的出口处(即下游)，室内电子膨胀阀 4设置在室内冷凝器7的出口处(即下游)，由此两个电子膨胀阀3和4可以连续调节通过两个冷凝器2和7的制冷剂流量，即连续调节两个冷凝器2和7所分担的冷凝热，从而连续调节室内冷凝器回收的冷凝热，达到在除湿的同时可以连续进行温度调节的目的。通过将电子膨胀阀设置在冷凝器的下游避免了被压缩机排出的高温气体的影响寿命。而通过将室外电子膨胀阀3和室内电子膨胀阀4均设置在并联支路中而不是总体上串联的制冷循环中可以实现分别对室外冷凝器2和室内冷凝器7的开度(或者说通过流量)实现0-100%的调节或控制，从而能实现较大的调节范围并能实现较高的调温平稳性和控温精度。尽管本发明的附图中示出了电子膨胀阀，但是可以想到的是也可以使用其它常规的或新颖的可调节节流装置，这都落入本发明的范围。本发明所述的术语“开度”对于本领域普通技术人员来说是公知的，即指节流装置的打开程度，通常用百分比表示，如通过该节流装置的制冷剂流量占到该节流装置最大允许通过流量的百分比。图3中，室内的湿空气在室内风机6的作用下，依次通过室内蒸发器8和室内冷凝器7。所述室内风机6是已知的，其可以设置在该调温除湿系统中任何合适的位置。并且该室内风机优选是可变转速风机，以通过室内风机6转速的变化调节系统的除湿量和制冷量。图3还示出了多个传感器。如图所示，在室内蒸发器8盘管中间安装有蒸发温度传感器9，其用于用来测定在室内蒸发器8内制冷剂的蒸发温度。此外，在压缩机1吸气口 (入口)处安装的吸气温度度传感器10，其用于测定压缩机吸气(即所吸收的制冷剂蒸汽) 温度，并与蒸发温度传感器9共同测定压缩机的吸气过热度。本领域技术人员将明白，除了可以如附图所示实施例那样通过吸气温度传感器10和蒸发温度传感器9来测定压缩机的吸气过热度之外，也可以采用任何合适的检测机构(或者说感应机构)，只要其能测定压缩机吸气温度的过热器。在该实施例中，蒸发温度传感器9构成了该检测机构的一部分，然而可以想到的是该检测机构也可以与蒸发温度传感器是分别的部件。此外，在室内冷凝器7 的空气出口侧安装有送风温度传感器5，用来测定从室内冷凝器7出来的空气温度(该温度通常也称为调温除湿系统的送风温度)。本领域技术人员将能理解，本文所述的传感器是包括多种的感应装置尤其是温度感应装置，例如常规的或新颖的，且本发明的传感器和检测机构可带有分析计算功能。此外，本文中的术语“测定”包括但不限于测量出所要的参数值、 测量并计算出所要的参数值和/或测量出与该参数值相关的函数值或中间值或者近似值， 例如上述的测定吸气的过热度可以通过测量压缩机吸气温度并计算出吸气过热度。此外， 本领域技术人员还可以想到在多个位置处测量上述参数或其函数值或近似值，然后求平均得到测定的参数值。上述的描述只是作为“测定”上述参数值的举例而不是限制，事实上对于上述参数的多种数据处理均落入本发明的思想中。根据本发明的调温除湿系统还可以包括用于基于测定的空气温度(或其函数值、 平均值或近似值)自动地调节所述室内节流装置的开度和基于测定的过热度自动地调节所述室外节流装置的开度的控制单元(未示出)。优选，压缩机1是能可变转速或可变排气容积压缩机，通过调节压缩机的转速或排气容积可调节系统的制冷与除湿能力，且该控制单元能够基于所述蒸发温度传感器9测得的制冷剂蒸发温度改变压缩机的转速或排气容积。优选地，该调温除湿系统可以具有对应于上述相应参数的阀值。例如该调温除湿系统可以包括送风温度阀值、过热度阀值和/或蒸发温度阀值。本领域技术人员可以想到这些阀值可以使固定值、数值区间和/或例如随时间变化的函数，且这些阀值优选可以被操作者调节和控制或者基于其它的感应装置感应到的参数改变。控制单元可以通过将测定的参数与相应的阀值相对比来对调温除湿系统的相应部件进行控制(例如电子膨胀阀的开度)。下面详细描述根据本发明的调温除湿系统的工作。如上所述且本领域技术人员已知地，室内的湿空气在室内风机6的作用下，依次通过室内蒸发器8和室内冷凝器7，湿空气通过室内蒸发器8时空气温度下降，空气中的水分在室内蒸发器8表面凝结，空气的温度和含湿量都得到降低，再经过室内冷凝器7时回收全部或部分或完全不回收冷凝热，空气被冷凝器内高温的制冷剂加热(当不回收时温度不
而对于制冷循环回路来说，当室外电子膨胀阀3完全关闭时，全部的冷凝热都由室内冷凝器7承担，冷凝热完全被室内冷凝器7回收，加热量最大，例如送风温度可以达到 450C ；而当室内电子膨胀阀4完全关闭时，全部的冷凝热都由室外冷凝器2承担，冷凝热全部被散发到室外(没有冷凝热被回收)，加热量最小，例如送风温度可以达到12°C。室外电子膨胀阀3和室内电子膨胀阀4都部分打开时，可以连续调节两个电子膨胀阀的开度，以调节被回收的冷凝热，进而调节系统的送风温度，实现送风温度在12°C 45°C范围内连续且平稳的调节或控制。优选地，两个电子膨胀阀的控制方法如下室内电子膨胀阀4的开度基于测定的空气从室内冷凝器7出来的温度(送风温度)来被控制或调节(优选被控制单元自动控制，但是也不排除操作者通过送风温度传感器提供的信息调节室内电子膨胀阀4的开度)，而室外电子膨胀3的开度是基于测定的压缩机1的吸气过热度被控制或调节。当实际的送风温度高于设定的送风温度(例如送风温度阀值)时，减小室内电子膨胀阀4的开度，则经过室内冷凝器7的制冷剂流量减少，空气回收的冷凝热也减少，空气的出口温度降低；反之，当实际的送风温度低于设定的送风温度时，室内电子膨胀阀4的开度增大，则经过室内冷凝器7的制冷剂流量增加，空气回收的冷凝热也增加，空气的出口温度上升。通过室内冷凝器与室内电子膨胀阀的串联布置可以实现良好的温度调节，而且由于该电子膨胀阀不设置在串联的循环回路中，从而对系统的其它部件尤其是室外冷凝器的影响降到最低。由于包括但不限于送风温度、风量的变化或室内电子膨胀阀4的调节等多种因素，制冷循环的运行状态在运行过程中也是变化的，从而压缩机1的吸气过热度在运行过程中可能增大或者减小。而过热度过大使得室内蒸发器8内制冷剂含液量减少，系统的制冷和除湿能力都会下降，系统的运行效率也下降；而过热度太小，液态制冷剂在室内蒸发器8内不能得到完全蒸发，液态制冷剂进入压缩机1会造成压缩机1的液击，易导致压缩机1的损坏。 因此，在根据本发明的调温除湿系统中，基于测定的压缩机1的吸气过热度来调节或控制室外电子膨胀阀3的开度，从而又改变压缩机当前的吸气过热度以使其落入合适的范围或到达合适的数值。例如，当实际的吸气过热度高于设定的过热度(例如过热度阀值)时，室外电子膨胀阀3的开度增大，则流入室内蒸发器8的液态制冷剂增多，过热度下降；反之，当实际的吸气过热度低于设定的过热度时，室外电子膨胀阀3的开度减小，流入室内蒸发器8 的液态制冷剂减少，过热度上升。如背景技术所述，CN200610088389. 5和CN20133158Y中的可调节节流装置均不能实现在调温除湿时对室内和室外冷凝器的制冷剂流量进行彼此独立的控制，即调节任一个可调节节流装置对室内和室外冷凝器的制冷剂流量都有影响， 这例如会造成调温效果差和/或系统复杂和/或可靠性相对差等缺点；而CN98215431. 3根本就不能对室外冷凝器的流量进行控制。通过本发明的这种构造方式，可以发现所述电子膨胀阀对室内和室外冷凝器的流量的控制是彼此独立的，从而例如带来了在保证了调温效果的情况下，还有效地增加了该调温除湿系统的可靠性并延长了寿命的优点，且还具有结构简单容易实现的优点。本领域技术人员将明白对室内和室外冷凝器的调节或控制是独立的，仅是就调节或控制行为本身而言，即调节对应于室内冷凝器的室内电子膨胀阀时不会影响(或不会显著影响)室外冷凝器的流量，反之亦然，而并不排除所述电子膨胀阀的调节所基于的参数之间是独立或不关联的(例如，如上所述地，送风温度与过热度之间是存在着关联或者函数关系)。
7
通过本发明的调温除湿系统的构造，能够满足冷热负荷大范围变化的要求，在进行除湿的同时可以连续调节送风温度，使得送风温度在12°C 45C范围内连续且平稳地调节和控制，并具有较高的控温精度。上述的一种可连续调温的除湿系统中，所述的压缩机1可以为活塞式、滚动转子式或涡旋式压缩机。现参考图4，示出了根据本发明的调温除湿系统的第二实施例，其构造与图3所示的实施例大体相同，除了该除湿系统还包括在制冷循环中在所述压缩机1入口处(即在制冷循环中，在压缩机1的上游且在室内蒸发器8的下游)安装的汽液分离器13。此外，在第二实施例中，在室内蒸发器8的空气进入侧安装有过滤器12以防止杂质堵塞室内蒸发器 6，在室内蒸发器8的空气出口侧安装有挡水板11以防止空气带走凝结水。现参考图5所示的根据本发明的调温除湿系统的第三实施例，其部件组成和连接关系与图4中所示的实施例大体相同，只是室外冷凝器2采用风冷冷凝器，通过室外风机14 输送来的室外空气来冷却室外冷凝器2内的高温制冷剂。在该调温除湿系统中，所述室外风机14可以为可变转速风机，通过室外风机14转速的变化调节系统的再热量和冷凝温度。现参考图6所示的根据本发明的调温除湿系统的第四实施例，其部件组成和连接关系与图4中本发明所示的实施例大体相同，只是室外冷凝器2采用水冷冷凝器，通过室外水泵15输送来的冷却水来冷却室外冷凝器2内的高温制冷剂。在该调温除湿系统中，所述室外水泵15可以为可变转速水泵或可变容积水泵，通过室外水泵15转速或容积的变化来调节系统的再热量和冷凝温度。现已详细描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员将明白上述的描述仅是示例性的说明而不打算构成限制。本领域技术人员基于本发明公开的内容可以对本发明的实施例进行互换、改变和变型而不背离本发明的范围和思想，本发明的范围由所附的权利要求书及其等同所限定。
权利要求
1.一种调温除湿系统，其包括制冷循环，该制冷循环由压缩机(1)、位于压缩机下游的室内冷凝器( 和室外冷凝器(7)、和位于压缩机上游的室内蒸发器(8)通过制冷剂管路连接构成；该室内冷凝器(2)和该室外冷凝器(7)构造成并联支路；该调温除湿系统还包括使室内空气依次通过室内蒸发器(8)和室内冷凝器(7)的室内风机(6)；其特征是，该调温除湿系统包括用于测定从该室内冷凝器(7)出来的空气温度的送风温度传感器(5)和用于测定该压缩机(1)吸入的制冷剂蒸汽过热度的过热度检测机构；在该并联支路中，室外冷凝器O)的下游安装有室外可调节节流装置，且室内冷凝器(7)的下游安装有室内可调节节流装置；其中，该室内可调节节流装置构造成其开度基于测定的所述空气温度被调节，该室外可调节节流装置构造成其开度基于测定的所述过热度被调节。
2.根据权利要求1所述的调温除湿系统，其特征是，该室内可调节节流装置包括室内电子膨胀阀(4)和/或该室外可调节节流装置包括室外电子膨胀阀(3)。
3.根据权利要求1或2所述的调温除湿系统，其特征是，该调温除湿系统包括用于基于测定的空气温度自动地调节所述室内节流装置的开度和基于测定的过热度自动地调节所述室外节流装置的开度的控制单元。
4.根据权利要求3所述的调温除湿系统，其特征是，该调温除湿系统包括用于测定该室内蒸发器(8)中制冷剂蒸发温度的蒸发温度传感器(9)。
5.根据权利要求4所述的调温除湿系统，其特征在于，所述压缩机(1)构造成能基于所述蒸发温度传感器(9)测得的制冷剂蒸发温度改变转速或排气容积。
6.根据权利要求1或2所述的调温除湿系统，其特征是，该调温除湿系统包括在制冷循环中在所述压缩机(1)上游且在所述室内蒸发器(8)下游安装的汽液分离器(13)。
7.根据权利要求1或2所述的调温除湿系统，其特征是，该室内蒸发器(8)在空气进入侧设置过滤器(12)且在空气离开侧设置挡水板(11)。
8.一种用于室内空气的调温除湿的方法，其包括提供制冷循环，该制冷循环由压缩机(1)、位于压缩机下游的室内冷凝器( 和室外冷凝器(7)、和位于压缩机上游的室内蒸发器(8)通过制冷剂管路连接而成，其中，该室内冷凝器( 和该室外冷凝器(7)构造成并联支路，且在该并联支路中，在室外冷凝器( 下游安装有室外可调节节流装置和在室内冷凝器(7)下游安装有室内可调节节流装置；使室内空气依次通过室内蒸发器(8)和室内冷凝器(7)；测定从所述室内冷凝器(7)出来的空气温度；测定所述压缩机(1)吸入的制冷剂蒸汽的过热度；基于测定的所述空气温度来调节所述室内可调节节流装置的开度；和基于测定的所述过热度来调节所述室外可调节节流装置的开度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述压缩机(1)呈可变转速或可变排气容积压缩机形式；且该方法还包括测定所述室内蒸发器(8)中制冷剂的蒸发温度的步骤和基于测定的所述蒸发温度调节所述压缩机的转速或排气容积的步骤。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征是，所述室内可调节节流装置包括室内电子膨胀阀(4)和/或所述室外可调节节流装置包括室外电子膨胀阀(3)。
全文摘要
本发明提供一种调温除湿系统，其包括由压缩机、位于压缩机下游的室内冷凝器和室外冷凝器、和位于压缩机上游的室内蒸发器通过制冷剂管路连接构成的制冷循环、和室内风机。室内冷凝器和室外冷凝器构造成并联支路。该调温除湿系统包括用于测定从该室内冷凝器出来的空气温度的送风温度传感器和用于测定该压缩机吸入的制冷剂蒸汽过热度的过热度检测机构。在该并联支路中，室外冷凝器的下游安装有室外可调节节流装置，且室内冷凝器的下游安装有室内可调节节流装置。该室内可调节节流装置构造成其开度基于测定的所述空气温度被调节，该室外可调节节流装置构造成其开度基于测定的所述过热度被调节。本发明还提供一种用于室内空气的调温除湿的方法。
文档编号F24F13/30GK102486322SQ201010582258
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者戴兴泉, 田长青, 邵双全 申请人:中国科学院理化技术研究所, 山西新华人工环境设备有限责任公司