一种双蒸发器调温除湿空调机组 【技术领域】
本发明涉及一种冷冻除湿设备，尤其涉及一种双蒸发器调温除湿空调设备，属于制冷、空调与除湿技术领域，特别适用于地下工程及除湿要求较高的空调应用场合。
背景技术
冷冻调温除湿空调机组是利用其蒸发器对空气进行降温除湿，并通过回收机组部分冷凝热对冷冻除湿后的空气进行加热的空气处理设备，是一种高效、节能的除湿方式，目前已广泛应用于地下工程的除湿与温度控制及粮食、木材与食品等的除湿干燥。
目前常见的冷冻除湿机主要有降温型、升温型及调温型三种形式。降温型除湿机是由一个室内蒸发器、一个室外冷凝器构成，空气经过室内蒸发器进行冷冻除湿及降温，该型除湿机只能用于冷负荷及湿负荷较大且热湿比较稳定的应用场合，当被调区域热湿比发生变化后，难以适应湿度与温度的双重有效控制。升温型除湿机由一个室内蒸发器和一个室内冷凝器构成，空气在经过室内蒸发器进行降温除湿后，再经过室内冷凝器进行加热使空气温度升高，该型除湿机可实现被调区域的除湿和供热功能，但不能实现调温之目的，只适用于有余湿负荷及热负荷需求的应用场合。而调温除湿机则是在升温型除湿机基础上，在室外增加一个与室内冷凝器并联或串联的冷凝器，机组运行时利用室内蒸发器对空气进行降温除湿，并通过室内冷凝器回收机组的部分冷凝热对蒸发器处理后的空气进行调温，富余的冷凝热则通过室外冷凝器散发至环境中。吴瑾等对调温除湿机的双冷凝器在不同连接模式下的调温方式和调温效果进行了分析(吴瑾，张建珍.调温除湿机的双冷凝器连接模式的分析，制冷与空调，2007，7(4)：84-7.)。朱志平等公布了一种冷凝器并联的“无盲区调温除湿机”(中国发明专利，专利申请号：200610088389.5)，该调温除湿机通过制冷剂三通比例调节阀将室内风冷冷凝器与室外水冷冷凝器并联连接，通过蒸发器降温除湿后的空气经室内风冷冷凝器调温后送入被调区域，可实现16.6℃～38.5℃范围内出风温度的连续调节，虽然该方案可在一定程度上消除除湿机的调温盲区，但依靠机组冷凝热对出风进行调温的前提是压缩机必须连续工作，而该除湿机对湿度采用双位控制。因此，压缩机运行与否取决于室内湿度是否达到设计值，当其达到湿度设定值后，压缩机停机，此时除湿机对送风的调温功能丧失，必然会引起室内温湿度出现较大的波动，即难以实现对室内温度与湿度的有效调节和控制，特别是在热湿比及湿负荷变化较大的场合。吴茂杰等对室内冷凝器与室外冷凝器串联的双冷凝器调温除湿机进行了研究(吴茂杰，刘凤田，田维.关于调温除湿机调温盲区的研究.建筑热能通风空调，2001，4，12-14.)，指出在双冷凝器串联情况下除湿机出风温度存在调温盲区，即该型除湿机在被调区域要求的送风参数处于调温盲区参数时是无法满足温度与湿度的控制要求的。
综上所述，目前的调温除湿机只能适用于特定的应用场合，调节能力较差，适用范围窄，无法实现对出风温度与湿度的双重连续调节，即难以实现对被调区域温度与湿度的双重有效调控，在一些热湿负荷变化明显的场合，现有技术难以很好满足实际要求的温度与湿度的良好控制。
【发明内容】
针对现有技术的不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种双蒸发器调温除湿空调机组，以实现调温除湿机出风温度与湿度参数的双重连续调节，达到对被调区域温度与湿度的连续、独立控制，扩大调温除湿机的适用范围并提高机组的运行性能。
实现本发明目的的技术解决方案为：本发明双蒸发器调温除湿空调机组，该机组通过两个蒸发器、两个冷凝器、压缩机、储液器、气液分离器、膨胀阀、电磁阀及制冷剂管路构成双蒸发器调温除湿系统，并根据被调区域室内空气或机组进风的含湿量调节流经两个蒸发器的空气流量控制机组的出风湿度，根据被调区域室内空气或机组进风温度调节流经两个冷凝器的制冷剂流量控制机组的出风温度，实现机组出风温度与湿度参数的连续、独立控制；所述的两个蒸发器具有不同的蒸发温度。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，包括串联冷冻除湿部分和压缩冷凝部分，压缩冷凝部分包括一个用于吸入气态制冷剂并进行压缩输出的压缩机，一个与压缩机的排气口相连的制冷剂三通比例调节阀，一个与制冷剂三通比例调节阀的b端连接的第一冷凝器，一个与制冷剂三通比例调节阀的a端连接的第二冷凝器，一个与第一冷凝器及第二冷凝器的出口相连地高压储液器，第二冷凝器为室内冷凝器；串联冷冻除湿部分包括一个出口与压缩机的吸气口相连的气液分离器，在串联冷冻除湿部分中还包括一个入口与高压储液器的出口连接的第一膨胀阀；一个入口与第一膨胀阀的出口连接的高温蒸发器；一个出口与气液分离器入口连接的低温蒸发器；一个入口与高温蒸发器的出口连接的闪发器，闪发器的液相出口通过制冷剂管路依次与第一电磁阀、第二膨胀阀及低温蒸发器的入口连接，闪发器的气相出口分为并联的两路，一路与第三膨胀阀的入口连接，另一路与第二电磁阀的入口连接，第三膨胀阀、第二电磁阀的出口与低温蒸发器的出口通过制冷剂管路并联后与气液分离器的入口连接。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，包括压缩冷凝部分和并联冷冻除湿部分，压缩冷凝部分包括一个用于吸入气态制冷剂并进行压缩输出的压缩机，一个与压缩机排气口相连的制冷剂三通比例调节阀，一个与制冷剂三通比例调节阀的b端连接的第一冷凝器，一个与制冷剂三通比例调节阀的a端连接的第二冷凝器，一个与第一冷凝器及第二冷凝器的出口相连的高压储液器，第二冷凝器为室内冷凝器；并联冷冻除湿部分包括一个出口与压缩机的吸气口相连的气液分离器，在并联冷冻除湿部分中还包括一个出口与低温蒸发器的入口相连的低温膨胀阀，一个出口与高温蒸发器的入口相连的第一膨胀阀，低温膨胀阀的入口与第一膨胀阀的入口通过制冷剂管路并联后与高压储液器的出口连接；高温蒸发器的出口分为并联的两路，一路与第三膨胀阀的入口连接，另一路与第二电磁阀的入口连接，第三膨胀阀、第二电磁阀的出口与低温蒸发器的出口通过制冷剂管路并联后与气液分离器的入口连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明采用一个按干工况或微湿工况运行的高温蒸发器和一个按湿工况运行的低温蒸发器对机组入口空气进行降温除湿处理，并根据进风含湿量通过三通风量比例调节阀调节流经两蒸发器的风量控制机组的出风湿度，同时根据进风温度调节第二冷凝器的加热量控制机组的出风温度，有效实现了机组出风温度与湿度的连续、独立控制，提高了机组的调温除湿性能，能满足不同热湿负荷的需要，使被调区域室内温度与湿度得到有效的控制，提高了机组的适应性。本发明应用范围广，调节性能好，能适应热湿负荷较宽范围变化的调温除湿应用场合。
【附图说明】
图1为本发明双蒸发器调温除湿空调机组一种结构原理图。
图2为本发明双蒸发器调温除湿空调机组另一种结构原理图。
图3为本发明双蒸发器调温除湿空调机组空气处理过程的焓-湿(i-d)图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明实施过程作进一步的说明。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，该机组根据被调区域室内空气或机组进风的含湿量调节流经两个蒸发器的空气流量控制机组的出风湿度，并根据被调区域室内的空气或机组进风温度调节流经两个冷凝器的制冷剂流量控制机组的出风温度，实现机组出风温度与湿度参数的连续、独立控制。
结合图1，图1为本发明提供的一种双蒸发器调温除湿空调机组结构原理图。本发明双蒸发器调温除湿空调机组，包括串联冷冻除湿部分19和压缩冷凝部分20，压缩冷凝部分20包括一个用于从气液分离器14中吸入气态制冷剂并进行压缩输出的压缩机1，一个与压缩机1的排气口相连的制冷剂三通比例调节阀2，一个与制冷剂三通比例调节阀2的b端口连接的第一冷凝器3，第一冷凝器3用于向环境排放冷凝热；一个与制冷剂三通比例调节阀2的a端口连接的第二冷凝器4，第二冷凝器4用于调节机组的出风温度；制冷剂三通比例调节阀2用于调节进入第一冷凝器3与第二冷凝器4的制冷剂流量；一个与第一冷凝器3及第二冷凝器4的出口相连的高压储液器5，高压储液器5用于储存高压液态制冷剂，第二冷凝器4为室内冷凝器；串联冷冻除湿部分19包括一个出口与压缩机1的吸气口相连的气液分离器14，该气液分离器14用于制冷剂气液分离；在串联冷冻除湿部分19中还包括一个入口与高压储液器5的出口连接的第一膨胀阀6；一个入口与第一膨胀阀6的出口连接的高温蒸发器7，高温蒸发器7用于对空气进行冷却；一个出口与气液分离器14入口连接的低温蒸发器11，低温蒸发器11用于对空气进行降温除湿；一个入口与高温蒸发器7的出口连接的闪发器8，闪发器8的液相出口通过制冷剂管路依次与第一电磁阀9、第二膨胀阀10及低温蒸发器11的入口连接，闪发器8的气相出口分为并联的两路，一路与第三膨胀阀13的入口连接，另一路与第二电磁阀12的入口连接，第三膨胀阀13、第二电磁阀12的出口与低温蒸发器11的出口通过制冷剂管路并联后与气液分离器14的入口连接。通过上述各部件的连接构成一个完整的双蒸发器调温除湿循环系统。
结合图2，图2为本发明提供的另一种双蒸发器调温除湿空调机组结构原理图。本发明双蒸发器调温除湿空调机组，包括压缩冷凝部分20和并联冷冻除湿部分21，压缩冷凝部分20包括一个用于从气液分离器14中吸入气态制冷剂并进行压缩输出的压缩机1，一个与压缩机1的排气口相连的制冷剂三通比例调节阀2，一个与制冷剂三通比例调节阀2的b端口连接的第一冷凝器3，第一冷凝器3用于向环境排放冷凝热；一个与制冷剂三通比例调节阀2的a端口连接的第二冷凝器4，第二冷凝器4用于调节机组的出风温度；制冷剂三通比例调节阀2用于调节进入第一冷凝器3与第二冷凝器4的制冷剂流量；一个与第一冷凝器3及第二冷凝器4的出口相连的高压储液器5，高压储液器5用于储存高压液态制冷剂，第二冷凝器4为室内冷凝器；并联冷冻除湿部分21包括一个出口与压缩机1的吸气口相连的气液分离器14，气液分离器14用于制冷剂进行气液分离；在并联冷冻除湿部分21中还包括一个出口与低温蒸发器11的入口相连的低温膨胀阀17，低温蒸发器11用于对空气降温除湿；一个出口与高温蒸发器7的入口相连的第一膨胀阀6，高温蒸发器7用于对空气进行冷却，高温蒸发器7和低温蒸发器11的入口分别与第一膨胀阀6的出口及低温膨胀阀17的出口连接，低温膨胀阀17的入口与第一膨胀阀6的入口通过制冷剂管路并联后与高压储液器5的出口连接；高温蒸发器7的出口分为并联的两路，一路与第三膨胀阀13的入口连接，另一路与第二电磁阀12的入口连接，第三膨胀阀13、第二电磁阀12的出口与低温蒸发器11的出口通过制冷剂管路并联后与气液分离器14的入口连接。通过上述各部件的连接构成一个完整的双蒸发器调温除湿循环系统。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，还包括一个三通风道15，高温蒸发器7和低温蒸发器11分别置于三通风道15的两个分支管路上，第二冷凝器4安装于高温蒸发器7和低温蒸发器11的下游三通风道15的合流管段内。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，还包括一个三通风量比例调节阀16，三通风量比例调节阀16安装于高温蒸发器7和低温蒸发器11的入口风道内，用以调节流经高温蒸发器7和低温蒸发器11的风量。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，高温蒸发器7内的蒸发温度高于低温蒸发器11内的蒸发温度。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，高温蒸发器7主要承担被调区域内的冷负荷，按干工况或微湿工况运行对流经的空气进行降温处理；低温蒸发器11同时承担被调区域内的冷负荷和湿负荷，按湿工况运行对流经的空气进行降温除湿处理。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，第二冷凝器4对流经高温蒸发器7和低温蒸发器11混合后的空气进行加热调温处理，并通过制冷剂三通比例调节阀2调节第二冷凝器4的冷凝热量。
本发明双蒸发器调温除湿空调机组，第一膨胀阀6、第二膨胀阀10、第三膨胀阀13、低温膨胀阀17采用热力膨胀阀或电子膨胀阀。
结合图3，图3为本发明提供的一种双蒸发器调温除湿空调机组空气处理过程的焓-湿(i-d)图。图中N点为被调区域室内状态点，该点对应温度为tset，含湿量为dset；E1点为高温蒸发器7出口空气状态点，该点对应温度为t1，含湿量为dset；E2点为低温蒸发器11出口空气状态点，该点对应温度为t2，含湿量为d2；C点为高温蒸发器7及低温蒸发器11处理后空气的混合状态点，该点对应温度为tc，含湿量为dc；S点为机组出风状态点，该点对应温度为ts，含湿量为dc。N→E1为高温蒸发器7的空气处理过程线；N→E2为低温蒸发器11的空气处理过程线；E2→C←E1为高温蒸发器7与低温蒸发器11出口空气混合过程线；C→S为第二冷凝器4的调温过程线；S→N为被调区域的热湿比线。
实施例1：
图1为本发明提供的一种双蒸发器调温除湿空调机组结构原理图。按图1将压缩机1的排气口通过制冷剂管路与制冷剂三通比例调节阀2的入口连接，并将制冷剂三通比例调节阀2的a端口和b端口分别与第二冷凝器4的入口及第一冷凝器1的入口连接，同时将第一冷凝器3的出口和第二冷凝器4的出口通过制冷剂管路并联后接入高压储液器5的入口，构成调温除湿机组的压缩冷凝部分20。在串联冷冻除湿部分19中，将高温蒸发器7的入口通过第一膨胀阀6与高压储液器5的出口连接，将高温蒸发器7的出口与闪发器8的入口连接，闪发器8的液相出口依次通过第一电磁阀9、第二膨胀阀10与低温蒸发器11的入口连接，闪发器8的气相出口分为并联两路分别与第三膨胀阀13及第二电磁阀12连接后与低温蒸发器11的出口并联接入气液分离器14的入口，并将气液分离器14的出口与压缩机1的吸气口连接。同时将高温蒸发器7和低温蒸发器11分别安装于三通风道15的两个分支管路上，将低温冷凝器4安装于高温蒸发器7和低温蒸发器11的下游三通风道15的合流管段内，并在三通风道15的入口安装三通风量比例调节阀16。第一膨胀阀6、第二膨胀阀10和第三膨胀阀13采用热力膨胀阀。
该双蒸发器调温除湿空调机组根据室内空气温湿度控制参数要求设定低温蒸发器11的蒸发温度为tel，高温蒸发器7的蒸发温度为teh，并使低温蒸发器11的外表面温度低于机组进风的露点温度tdew，高温蒸发器7的外表面温度不低于机组进风的露点温度tdew。设计工况时，三通风量比例调节阀16及制冷剂三通比例调节阀2均处于中间开度，第一电磁阀9开启，第二电磁阀12关闭。调温除湿运行时根据机组入口空气的含湿量调节流经高温蒸发器7及低温蒸发器11的风量以控制机组的出风湿度，并根据入口空气温度调节第二冷凝器4的制冷剂流量以控制机组的出风温度，实现对对被调区域室内温度与湿度的连续、独立控制。
(a)机组的出风湿度控制
机组在设计工况运行时，三通风量比例调节阀16处于中间开度，第一电磁阀9开启，第二电磁阀12关闭。当机组入口空气的含湿量din低于室内空气含湿量的设定值dset时，调节三通风量比例调节阀16的开度，减小低温蒸发器11的风量而增加高温蒸发器7的风量，降低机组的除湿能力，以控制被调区域室内湿度达到设定值；当机组入口空气的含湿量din达到或小于室内空气含湿量的设定下限值dmin时，关闭第一电磁阀9，开启第二电磁阀12，并调节三通风量比例调节阀16，使所有空气均流经高温蒸发器7，机组按干工况降温运行。当机组入口空气的含湿量din高于室内空气含湿量的设定值dset时，调节三通风量比例调节阀16的开度，以增加低温蒸发器11的风量而减小高温蒸发器7的风量，增大机组的除湿能力，以控制被调区域室内湿度达到设定值；当机组入口空气的含湿量din达到或高于室内空气含湿量的设定上限值dmax时，开启第一电磁阀9，关闭第二电磁阀12，并调节三通风量比例调节阀16，使所有空气均流经低温蒸发器11，机组按湿工况降温除湿运行。
(b)机组的出风温度控制
当机组入口的空气温度tin低于室内空气温度的设定值tset时，调节制冷剂三通比例调节阀2的开度，增加第二冷凝器4的制冷剂流量、减小第一冷凝器3的制冷剂流量，增加机组的加热量，以控制被调区域室内空气温度达到设定值；当机组入口空气的温度tin达到或小于室内空气温度的设定下限值tmin时，调节制冷剂三通比例调节阀2使所有制冷剂均流经第二冷凝器4，利用机组的全部冷凝热对高温蒸发器7和低温蒸发器11处理后的混合空气进行加热处理。当机组的入口空气温度tin高于室内空气温度的设定值tset时，调节制冷剂三通比例调节阀2的开度，减小第二冷凝器4的制冷剂流量、增加第一冷凝器3的制冷剂流量，减小机组的加热量，以控制被调区域室内空气温度达到设定值。
实施例2：
图2为本发明提供的另一种双蒸发器调温除湿空调机组结构原理图。按图2将压缩机1的排气口通过制冷剂管路与制冷剂三通比例调节阀2的入口连接，并将制冷剂三通比例调节阀2的a端口和b端口分别与第二冷凝器4的入口及第一冷凝器1的入口连接，同时将第一冷凝器3的出口和第二冷凝器4的出口通过制冷剂管路并联后接入高压储液器5的入口，构成调温除湿机组的压缩冷凝部分20。高压储液器5的出口分为并联两路，分别通过并联冷冻除湿部分21中的低温膨胀阀17和第一膨胀阀6与低温蒸发器11的入口及高温蒸发器7的入口连接，高温蒸发器7的出口分为并联两路分别与第三膨胀阀13及第二电磁阀12连接后与低温蒸发器11的出口并联接入气液分离器14的入口，并将气液分离器14的出口与压缩机1的吸气口连接。同时将高温蒸发器7和低温蒸发器11分别安装于三通风道15的两个分支管路上，将低温冷凝器4安装于高温蒸发器7和低温蒸发器11的下游三通风道15的合流管段内，并在三通风道15的入口安装三通风量比例调节阀16。第一膨胀阀6、第三膨胀阀13和低温膨胀阀17采用电子膨胀阀。
该双蒸发器调温除湿空调机组根据室内空气温湿度控制参数要求设定低温蒸发器11的蒸发温度为tel，高温蒸发器7的蒸发温度为teh，并使低温蒸发器11的外表面温度低于机组进风的露点温度tdew，高温蒸发器7的外表面温度不低于机组进风的露点温度tdew。设计工况时，三通风量比例调节阀16及制冷剂三通比例调节阀2均处于中间开度，第二电磁阀12关闭。调温除湿运行时根据机组入口空气的含湿量调节流经高温蒸发器7及低温蒸发器11的风量控制机组的出风湿度，并根据入口空气温度调节第二冷凝器4的制冷剂流量控制机组的出风温度，以实现对对被调区域室内温度与湿度的连续、独立控制。
(a)机组的出风湿度控制
当机组入口空气的含湿量din低于室内空气含湿量的设定值dset时，调节三通风量比例调节阀16的开度，以减小低温蒸发器11的风量而增加高温蒸发器7的风量，降低机组的除湿能力，以控制被调区域室内湿度达到设定值；当机组入口空气的含湿量din达到或小于室内空气含湿量的设定下限值dmin时，开启第二电磁阀12，并调节三通风量比例调节阀16，使所有空气均流经高温蒸发器7，机组按干工况降温运行。当机组入口空气的含湿量din高于室内空气含湿量的设定值dset时，调节三通风量比例调节阀16的开度，以增加低温蒸发器11的风量而减小高温蒸发器7的风量，增大机组的除湿能力，以控制被调区域室内湿度达到设定值；当机组入口空气的含湿量din达到或高于室内空气含湿量的设定上限值dmax时，第二电磁阀12关闭，并调节三通风量比例调节阀16，使所有空气均流经低温蒸发器11，机组按湿工况降温除湿运行。
(b)机组的出风温度控制
机组出风温度的控制方法同实施例1。
当机组入口空气的温度tin低于室内空气温度的设定值tset时，调节制冷剂三通比例调节阀2的开度，增加第二冷凝器4的制冷剂流量、减小第一冷凝器3的制冷剂流量，增加机组的加热量，以控制被调区域室内空气温度达到设定值；当机组入口空气的温度tin达到或小于室内空气温度的设定下限值tmin时，调节制冷剂三通比例调节阀2使所有制冷剂均流经第二冷凝器4，利用机组的全部冷凝热对高温蒸发器7和低温蒸发器11处理后的混合空气进行加热处理。当机组的入口空气温度tin高于室内空气温度的设定值tset时，调节制冷剂三通比例调节阀2的开度，减小第二冷凝器4的制冷剂流量、增加第一冷凝器3的制冷剂流量，减小机组的加热量，以控制被调区域室内空气温度达到设定值。