跨临界COSUB2/SUB制冷与转轮除湿组合式空调系统.pdf

跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统，属于制冷与空调技术领域。本发明包括压缩机、主气体冷却器、流量调节阀、第一副气体冷却器、第二副气体冷却器、截止阀、辅回路节流阀、辅回路蒸发器、主回路节流阀、主回路蒸发器组成的制冷系统，以及转轮除湿机、电加热器、控制器。制冷工质为CO2。主回路蒸发器、转轮除湿机、辅回路蒸发器、第二副气体冷却器按照室外空气流入室内的方向依次排列，第一副气体冷却器、主气体冷却器、电加热器、转轮除湿机按照室内空气排出室外的方向依次排列。本发明有利于提高制冷循环的效率，降低转轮除湿机的能耗，并且环保性好。

1、  一种跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统，其特征在于它包括压缩机(1)、主气体冷却器(2)、流量调节阀(3)、第一副气体冷却器(4)、第二副气体冷却器(5)、截止阀(6)、辅回路节流阀(7)、辅回路蒸发器(8)、主回路节流阀(9)、主回路蒸发器(10)、转轮除湿机(11)、电加热器(12)、控制器(13)，其连接方式为：压缩机(1)出口与主气体冷却器(2)的进口相连，主气体冷却器(2)的出口与流量调节阀(3)的进口相连，流量调节阀(3)有二个出口，其中一个出口与第一副气体冷却器(4)的进口相连，另一个出口与第二副气体冷却器(5)的进口相连，第一副气体冷却器(4)的出口与第二副气体冷却器(5)的出口汇合后再分成二路，其中一路与截止阀(6)的进口相连，另一路与主回路节流阀(9)的进口相连，截止阀(6)的出口与辅回路节流阀(7)的进口相连，辅回路节流阀(7)的出口与辅回路蒸发器(8)的进口相连，辅回路蒸发器(8)的出口与压缩机(1)的进口相连，主回路节流阀(9)的出口与主回路蒸发器(10)的进口相连，主回路蒸发器(10)的出口与压缩机(1)的进口相连，流量调节阀(3)、截止阀(6)、电加热器(12)的控制信号线均与控制器(13)电连接。

2、  如权利要求1所述的跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统，其特征是，制冷工质采用CO2。

3、  如权利要求1所述的跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统，其特征是，所述的主回路蒸发器(10)、转轮除湿机(11)、辅回路蒸发器(8)、第二副气体冷却器(5)按照室外空气流入室内的方向依次排列，第一副气体冷却器(4)、主气体冷却器(2)、电加热器(12)、转轮除湿机(11)按照室内空气排出室外的方向依次排列。

4、  如权利要求1所述的跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统，其特征是，所述的流量调节阀(3)采用出口阻力可调的三通阀。

跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统
技术领域
本发明涉及的是一种空调系统，特别是一种采用跨临界二氧化碳制冷机提供冷源，利用冷却去湿和转轮除湿共同作用提高去湿效果的跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统，属于制冷与空调技术领域。
背景技术
将空气湿度降到所需要的范围，是空调中经常需要解决的问题。目前，空气除湿最主要的方法为二种：冷却除湿和固体吸附除湿。冷却除湿在一般条件下除湿效果好，性能稳定且能耗较低；但对低湿要求的空气进行处理时，需使蒸发器表面温度降得很低，当表面温度低于零度时，冷却盘管将结霜，除湿能力下降，能耗增加，甚至于无法正常工作。应用固态吸附原理的转轮除湿机，不受露点影响，且除湿量大，特别适用于低温低湿条件下应用，但由于再生耗热量大，使这类除湿机能耗偏高。转轮除湿与冷却除湿各有所长，如果能优化组合，将会更好地发挥其效能。当组合时，其中制冷系统的冷凝热可以作为转轮除湿机的部分再生热，以降低转轮除湿机的能耗。而将低湿度空气的处理交给转轮除湿机后，有利于提高制冷系统的蒸发温度，提高制冷循环的效率。再生温度的提升有利于提高转轮除湿机的再生效率，因此如果制冷循环的冷凝温度高、热量大，则更适合于这种组合式空调系统。由于二氧化碳跨临界循环的制热效果高于一般的制冷系统，因此用于这种组合式空调系统更为有利。
经对现有技术的公开文献检索发现，已有的采用二氧化碳作为制冷剂的专利包括：(1)CO2-module for cooling and heating(制冷与加热用的CO2模式)，美国专利号6,708,513；(2)Optimized CO2 operated air-conditioning system(优化的CO2空调系统)，美国专利号6,588,223；(3)Air-conditioning systemoperated with CO2(采用CO2的空调系统)，美国专利号6,543,239。这些专利中所述的二氧化碳制冷系统均单独作为车用空调系统用，没有进一步组合转轮除湿机，对于空气去湿的能力较弱。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用跨临界二氧化碳制冷机提供冷源，利用冷却去湿和转轮除湿共同作用提高去湿效果的跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统。其中制冷系统的冷凝热作为转轮除湿机的部分再生热，以降低转轮除湿机的能耗。将低湿度空气的处理交给转轮除湿机，以提高制冷系统的蒸发温度，从而提高制冷循环的效率。利用二氧化碳跨临界循环的制热效果高于一般的制冷系统的特点，提高这种组合式空调系统的效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：压缩机、主气体冷却器、流量调节阀、第一副气体冷却器、第二副气体冷却器、截止阀、辅回路节流阀、辅回路蒸发器、主回路节流阀、主回路蒸发器、转轮除湿机、电加热器、控制器，其连接方式为：压缩机出口与主气体冷却器的进口相连，主气体冷却器的出口与流量调节阀的进口相连，流量调节阀有二个出口，其中一个出口与第一副气体冷却器的进口相连，另一个出口与第二副气体冷却器的进口相连，第一副气体冷却器的出口与第二副气体冷却器的出口汇合后再分成二路，其中一路与截止阀的进口相连，另一路与主回路节流阀的进口相连，截止阀的出口与辅回路节流阀的进口相连，辅回路节流阀的出口与辅回路蒸发器的进口相连，辅回路蒸发器的出口与压缩机的进口相连，主回路节流阀的出口与主回路蒸发器的进口相连，主回路蒸发器的出口与压缩机的进口相连，流量调节阀、截止阀、电加热器的控制信号线均与控制器电连接。
制冷工质采用CO2。
主回路蒸发器、转轮除湿机、辅回路蒸发器、第二副气体冷却器按照室外空气流入室内的方向依次排列，第一副气体冷却器、主气体冷却器、电加热器、转轮除湿机按照室内空气排出室外的方向依次排列。
当系统工作时，压缩机出来的超临界CO2气体首先在主气体冷却器中放出热量，然后经流量调节阀分成二路流入第一副气体冷却器和第二副气体冷却器，并进一步放出热量。流经第一副气体冷却器和第二副气体冷却器的制冷剂经出口汇合后再分成二路，其中一路流经截止阀和辅回路节流阀变成低温低压制冷剂，在辅回路蒸发器中放出冷量后流回压缩机；另一路经主回路节流阀变成低温低压制冷剂，在主回路蒸发器中放出冷量后流回压缩机。
来自室外需要进入空调室的空气，首先流经主回路蒸发器降温去湿，然后经转轮除湿机进一步去湿，再经辅回路蒸发器进一步冷却，最后经第二副气体冷却器加热后流入室内。由于不需要由主回路蒸发器承担所有的去湿任务，因此蒸发温度不需要太低，可避免蒸发器表面结霜等不利情况。而辅回路蒸发器和第二副气体冷却器对于流入室内的空气起到进一步温度调节的作用。
从空调器室需要排向室外的空气，首先经第一副气体冷却器升温，然后经主气体冷却器进一步升温，再经电加热器加热后，流过转轮除湿机，吸收转轮除湿机的水份后排向室外。由于跨临界CO2气体温度在气体冷却器中是逐渐降低的，因此先经第一副气体冷却器再经主气体冷却器的空气流动，可以有效提升这部分空气的温度，提高流经转轮除湿机时吸收水份地能力。
控制器根据排向室外的空气进入转轮除湿机的温度，调节电加热器的加热功率；根据通过转轮除湿机流向空调室内的空气是否需要再冷却，控制器使截止阀开启或关闭；根据流向空调室内的空气需要加热的量，控制器调节流量调节阀的开启度，如果所需要的热量较小，则减小调节阀流入第二副气体冷却器的容量，直至安全关闭。
截止阀采用电磁阀，辅回路节流阀和主回路节流阀采用热力膨胀阀，流量调节阀采用出口阻力可调的三通阀。
本发明具有显著的优点和积极效果。第一，将低湿度空气的处理交给转轮除湿机后，有利于提高制冷系统的蒸发温度，提高制冷循环的效率；第二，制冷系统的冷凝热可以作为转轮除湿机的部分再生热，降低转轮除湿机的能耗；第三，采用自然工质二氧化碳作为制冷剂，不破坏臭氧层，环保性好；第四，跨临界CO2循环的冷凝热较大而温度高，有利于转轮除湿机的脱湿再生。
附图说明
图1为本发明跨临界CO2制冷与转轮除湿组合式空调系统示意图。
图中，1为压缩机，2为主气体冷却器，3为流量调节阀，4为第一副气体冷却器，5为第二副气体冷却器，6为截止阀，7为辅回路节流阀，8为辅回路蒸发器，9为主回路节流阀，10为主回路蒸发器，11为转轮除湿机，12为电加热器，13为控制器。
图中实线箭头示出制冷剂的流向，空心箭头示出空气的流向，虚线示出控制信号连接线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1，本发明包括压缩机1、主气体冷却器2、流量调节阀3、第一副气体冷却器4、第二副气体冷却器5、截止阀6、辅回路节流阀7、辅回路蒸发器8、主回路节流阀9、主回路蒸发器10、转轮除湿机11、电加热器12、控制器13，其连接方式为：压缩机1出口与主气体冷却器2的进口相连，主气体冷却器2的出口与流量调节阀3的进口相连，流量调节阀3有二个出口，其中一个出口与第一副气体冷却器4的进口相连，另一个出口与第二副气体冷却器5的进口相连，第一副气体冷却器4的出口与第二副气体冷却器5的出口汇合后再分成二路，其中一路与截止阀6的进口相连，另一路与主回路节流阀9的进口相连，截止阀6的出口与辅回路节流阀7的进口相连，辅回路节流阀7的出口与辅回路蒸发器8的进口相连，辅回路蒸发器8的出口与压缩机1的进口相连，主回路节流阀9的出口与主回路蒸发器10的进口相连，主回路蒸发器10的出口与压缩机1的进口相连，流量调节阀3、截止阀6、电加热器12的控制信号线均与控制器13电连接。
制冷工质采用CO2。
主回路蒸发器10、转轮除湿机11、辅回路蒸发器8、第二副气体冷却器5按照室外空气流入室内的方向依次排列，第一副气体冷却器4、主气体冷却器2、电加热器12、转轮除湿机11按照室内空气排出室外的方向依次排列。
当系统工作时，压缩机1出来的超临界CO2气体首先在主气体冷却器2中放出热量，然后经流量调节阀3分成二路流入第一副气体冷却器4和第二副气体冷却器5，并进一步放出热量。流经第一副气体冷却器4和第二副气体冷却器5的制冷剂经出口汇合后再分成二路，其中一路流经截止阀6和辅回路节流阀7变成低温低压制冷剂，在辅回路蒸发器8中放出冷量后流回压缩机1；另一路经主回路节流阀9变成低温低压制冷剂，在主回路蒸发器10中放出冷量后流回压缩机1。
来自室外需要进入空调室的空气，首先流经主回路蒸发器10降温去湿，然后经转轮除湿机11进一步去湿，再经辅回路蒸发器8进一步冷却，最后经第二副气体冷却器5加热后流入室内。由于不需要由主回路蒸发器10承担所有的去湿任务，因此蒸发温度不需要太低，可避免蒸发器表面结霜等不利情况。而辅回路蒸发器8和第二副气体冷却器5对于流入室内的空气起到进一步温度调节的作用。
从空调室需要排向室外的空气，首先经第一副气体冷却器4升温，然后经主气体冷却器2进一步升温，再经电加热器12加热后，流过转轮除湿机11，吸收转轮除湿机11的水份后排向室外。由于跨临界CO2气体温度在气体冷却器中是逐渐降低的，因此先经第一副气体冷却器4再经主气体冷却器2的空气流动，可以有效提升这部分空气的温度，提高流经转轮除湿机11时吸收水份的能力。
控制器13根据排向室外的空气进入转轮除湿机11的温度，调节电加热器12的加热功率；根据通过转轮除湿机11流向空调室内的空气是否需要再冷却，控制器13使截止阀6开启或关闭；根据流向空调室内的空气需要加热的量，控制器13调节流量调节阀3的开启度，如果所需要的热量较小，则减小调节阀3流入第二副气体冷却器5的容量，直至安全关闭。
截止阀6采用电磁阀，辅回路节流阀7和主回路节流阀9采用热力膨胀阀，流量调节阀3采用出口阻力可调的三通阀。