CN111854136A - 一种使用再热器防止出风口结露的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用再热器防止出风口结露的装置及方法，该装置包括壳体、风机、蒸发器、再热器以及控制器，所述壳体内设置有气流通道，所述气流通道包括进风口和出风口，所述风机、蒸发器以及再热器沿空气流动方向依次设置在壳体内，所述再热器与控制器电连接，所述控制器用于控制再热器的加热功率，使经过再热器加热的出风口空气温度大于等于环境空气露点温度。本发明采用电加热的方式，在蒸发器与出风口之间增加再热器，并通过控制器控制再热器的发热量，从而控制出风口的空气温度大于等于环境空气露点温度，解决空调出风口凝露的问题。

Description

一种使用再热器防止出风口结露的装置及方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种使用再热器防止出风口结露的装置及方法。

背景技术

在高温高湿的气候条件下，尤其在南方比邻海边的城市，制冷模式下的电梯空调出风口经常出现滴水现象，严重影响空调的使用舒适性；除了安装于电梯内的空调，在机房或室内有大量电子设备的场合，也需要通过空调制冷来保持环境内的温度相对稳定，受环境的制约，空调出风口位置不得不安装在天花顶上，滴水会对电子设备造成损害，产生安全问题。

造成上述空调出风口滴水的原因是：空调设备在制冷模式下，出风口低温气流使出风口周边钣金温度下降低于环境空气露点温度，从而导致出风口周边钣金温度下降低于空气露点温度，并产生凝露现象，这种凝露问题严重影响使用环境的舒适性和安全性。

另外，电梯空调在运行过程中，由于人员频繁进出，电梯内部温湿度直接受制于外部空间温湿度，而电梯外部空间温湿度受制于建筑物外部环境温湿度，外部环境温湿度则随机变化，受风向、日照、朝向、地域等多因素影响，但电梯空调运行参数却极少考虑这个不确定性因素，因此空调的定参数运行模式无法随轿厢内温湿度随机特性动态调节，这必然引起空调出风口凝露现象。

现有技术中，通常在风机盘管内设置冷水管和热水管，让经过冷水管降温后的气流再通过热水管，使气流温度再热提高到接近或超过环境露点温度，以消除出风口冷凝水现象。但该方案一般针对高档酒店或会所的电梯，限制于同时具备冷水管和热水管的场合，且存在热水泄漏风险、系统复杂、能耗高、控制稳定性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种使用再热器防止出风口结露的装置，该装置使用电加热的方式，通过增设再热器及控制器，防止出风口凝露现象，结构简单，控制稳定性好。

本发明的另一个目的在于提供了一种使用再热器防止出风口结露的方法，该方法能有效调节出风口的空气温度，使其大于等于环境空气露点温度，防止凝露。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种使用再热器防止出风口结露的装置，包括壳体、风机、蒸发器、再热器以及控制器，所述壳体内设置有气流通道，所述气流通道包括进风口和出风口，所述风机、蒸发器以及再热器沿空气流动方向依次设置在壳体内，所述再热器与控制器电连接，所述控制器用于控制再热器的加热功率，使经过再热器加热的出风口空气温度大于等于环境空气露点温度。

进一步地，所述再热器为PTC陶瓷加热器。

进一步地，在进风口处设置有温度传感器以及湿度传感器，温度传感器、湿度传感器分别与控制器电连接。温度传感器用于测量环境空气温度，湿度传感器用于测量环境空气相对湿度。

进一步地，所述控制器采用PID控制器。

本发明的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种使用再热器防止出风口结露的方法，包括如下步骤：

在壳体的气流通道内，沿空气流动方向依次设置风机、蒸发器以及再热器；

再热器与控制器电连接，控制器控制再热器的发热量，使经过再热器加热的出风口空气温度大于等于环境空气露点温度。

进一步地，在气流通道的进风口处设置温度传感器以及湿度传感器，控制器根据温度传感器所测量的环境空气温度以及湿度传感器所测量的环境空气相对湿度，计算环境空气露点温度。

进一步地，环境空气露点温度可以表示为环境空气温度与环境空气相对湿度的函数，具体关系如下：

其中，t_l为环境空气露点温度；

为环境空气相对湿度；P_q,b为环境空气饱和分压力，可以由环境空气温度T拟合得到。

进一步地，所述环境空气饱和分压力与环境空气温度的拟合关系如下：

P_q,b＝(5.97+0.43T+0.018T²+5.42×10^-5T³+6.96×10^-6T⁴)×10²

上述拟合关系适用于环境空气温度在0至60℃范围内。

进一步地，所述控制器根据所计算得到的环境空气露点温度，并叠加控制裕度，动态控制再热器的加热功率，使出风口气流温度等于环境实际露点温度，即等于环境空气露点温度与控制裕度之和。

进一步地，环境实际露点温度可表示为如下公式：

其中，t_l,实际为环境实际露点温度；Δt_l为控制裕度；

所述控制裕度可以根据误差传递原则推算，表示为如下公式：

其中，δ_T为环境空气温度的测量误差，

为环境空气相对湿度的测量误差，ΔT_出风口为出风口空气温度的测量误差。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明采用电加热的方式，在蒸发器与出风口之间增加再热器，并通过控制器控制再热器的发热量，从而控制出风口的空气温度大于等于环境空气露点温度，解决空调出风口凝露的问题。

2.本发明使用再热器防止出风口结露的装置，使用场景不受任何条件限制，几乎所有使用空调的场合都可以增加该装置来消除出风口冷凝水现象和提高冷气送风的舒适性。

3.本发明使用再热器防止出风口结露的装置结构简单，体积小，容易与空调设备融合为一体，制造成本低。

4.本发明使用再热器防止出风口结露的方法采用PID控制器，利用环境空气露点温度以及控制裕度，动态调整再热器的发热量，使出风口气流温度值接近空气露点温度，实现节能运行。

附图说明

图1是本发明实施例中使用再热器防止出风口结露的装置结构示意图。

其中：1：壳体，2：气流通道，21：进风口，22：出风口，3：风机，4：蒸发器，5：钣金，6：水珠，7：再热器，8：控制器，9：经蒸发器降温除湿的气流，10：经再热器加热后的气流。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种使用再热器防止出风口结露的装置，包括壳体、风机、蒸发器、再热器以及控制器。壳体内设置有气流通道，气流通道包括进风口和出风口。风机和蒸发器沿空气流动方向依次设置在壳体内。风机用于向气流通道内吹入环境空气，蒸发器用于对风机所吹入的循环空气进行冷却减湿，将气流温度降到一定的温度(假设该温度与环境空气温度有较大温差)。若该气流直接从出风口流出，则出风口位置四周的钣金(或铝合金百叶)降温到接近出风口气流温度，如果钣金(或铝合金百叶)表面温度低于其周围环境空气露点温度，则水汽凝露成液态水珠挂于钣金(或铝合金百叶)表面，当凝结水累加到一定程度后则下滴，此时便破坏了环境的舒适性，或者因下滴的水珠造成其他电器/仪器二次损坏。

本发明在蒸发器与出风口之间设置再热器，再热器与控制器电连接。再热器用于对经过蒸发器降温除湿的空气进行加热，控制器用于控制再热器的加热功率，使经过再热器加热的出风口空气温度大于等于环境空气露点温度。经过蒸发器降温除湿的空气被再热器加热，温度上升，经过控制器控制再热器的发热量，使得到达出风口处的空气温度恰好接近环境里空气的露点温度，此时出风口四周的钣金(或铝合金百叶)表面温度接近环境的露点温度，因此该表面无法使其周围空气凝露，从而避免产生冷凝水，达到防止冷凝水结露的效果。

为了使出风口处的气流温度恰好接近环境里空气的露点温度，再热器可选用PTC陶瓷加热器，并且在进风口处设置温度传感器、湿度传感器。温度传感器、湿度传感器分别与控制器电连接，分别用于测量环境空气的温度和相对湿度。控制器可根据测量的环境空气的温度和相对湿度，计算环境空气露点温度。

在0-60℃范围内，环境空气温度T(℃)与空气饱和分压力P_q,b(Pa)之间的拟合关系式如下:

P_q,b＝(5.97+0.43T+0.018T²+5.42×10^-5T³+6.96×10^-6T⁴)×10²

空气饱和分压力P_q,b(Pa)与环境空气露点温度t_l(℃)的关系如下：

其中，t_l为环境空气露点温度；

为环境空气相对湿度；P_q,b为环境空气饱和分压力。

所以环境空气露点温度可以表示为环境空气温度与环境空气相对湿度的函数，即：

控制器采用PID控制器，将根据所计算得到的环境空气露点温度，动态控制再热器的加热功率，使出风口气流温度大于等于环境空气露点温度。但考虑到安装于进风口处的温度传感器、湿度传感器以及安装于出风口处的温度传感器必然存在测量误差，由此间接测量值所推算的环境空气露点温度同样存在一定测量误差，如不考虑环境空气露点温度测量值可能存在测量误差的现实，则极可能使得出风口空气实际温度低于环境空气露点温度。

为确保不发生凝露现象，本发明在根据间接测量所获得环境露点温度基础上附加一个控制裕度，使出风口气流空气温度等于环境实际露点温度，即等于环境空气露点温度与控制裕度之和。环境实际露点温度可表示为如下公式：

其中，t_l,实际为环境实际露点温度；Δt_l为控制裕度。

在空调实际运行过程中，环境实际露点温度是动态变化的，因此控制器相应调节PTC加热器，以实现动态调节。同时，要确保控制器的可靠运行，PID控制逻辑中需要考虑的控制裕度可以根据误差传递原则推算，即：

其中，δ_T为环境空气温度的测量误差，可以根据传感器的测量基本误差确定，也可实验获得，一般取值为0.2℃-0.5℃。

为环境空气相对湿度的测量误差，可以根据传感器的测量基本误差确定，也可实验获得，一般取值为3％-5％。ΔT_出风口为出风口温度测量的误差，可以根据传感器的测量基本误差确定，也可实验获得，一般取值为0.2℃-0.5℃。

本发明采用控制器对再热器的发热量进行精确控制，保证出风口的温度始终接近环境空气的露点温度。相对于，采用热水管进行出风口气流温度的调节，本发明的控制稳定性更高。且当环境空气的露点温度大幅度下降后，控制器可切断再热器的供电，不再对出风口气流进行加热，实现有效节能。

需要说明的是，虽然出风口的气流通过再热，温度有所提高，但有效送风温差减少，且由于气流经过蒸发器已经除湿，因此吹向环境的低湿度气流较低温度气流反而更贴近人体舒适性的体感，在消除了出风口结露的弊端后，更进一步提高了人的体感舒适性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种使用再热器防止出风口结露的装置，其特征在于，包括壳体、风机、蒸发器、再热器以及控制器，所述壳体内设置有气流通道，所述气流通道包括进风口和出风口，所述风机、蒸发器以及再热器沿空气流动方向依次设置在壳体内，所述再热器与控制器电连接，所述控制器用于控制再热器的加热功率，使经过再热器加热的出风口空气温度大于等于环境空气露点温度。

2.根据权利要求1所述的一种使用再热器防止出风口结露的装置，其特征在于，所述再热器为PTC陶瓷加热器。

3.根据权利要求1所述的一种使用再热器防止出风口结露的装置，其特征在于，在进风口处设置有温度传感器以及湿度传感器，温度传感器、湿度传感器分别与控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种使用再热器防止出风口结露的装置，其特征在于，所述控制器采用PID控制器。

5.一种使用再热器防止出风口结露的方法，其特征在于，包括如下步骤：

在壳体的气流通道内，沿空气流动方向依次设置风机、蒸发器以及再热器；

再热器与控制器电连接，控制器控制再热器的发热量，使经过再热器加热的出风口空气温度大于等于环境空气露点温度。

6.根据权利要求5所述的一种使用再热器防止出风口结露的方法，其特征在于，在气流通道的进风口处设置温度传感器以及湿度传感器，控制器根据温度传感器所测量的环境空气温度以及湿度传感器所测量的环境空气相对湿度，计算环境空气露点温度。

7.根据权利要求6所述的一种使用再热器防止出风口结露的方法，其特征在于，环境空气露点温度可以表示为环境空气温度与环境空气相对湿度的函数，具体关系如下：

其中，t_l为环境空气露点温度；

为环境空气相对湿度；P_q,b为环境空气饱和分压力，可以由环境空气温度T拟合得到。

8.根据权利要求7所述的一种使用再热器防止出风口结露的方法，其特征在于，所述环境空气饱和分压力与环境空气温度的拟合关系如下：

P_q,b＝(5.97+0.43T+0.018T²+5.42×10^-5T³+6.96×10^-6T⁴)×10²

上述拟合关系适用于环境空气温度在0至60℃范围内。

9.根据权利要求6至8任一项所述的一种使用再热器防止出风口结露的方法，其特征在于，所述控制器根据所计算得到的环境空气露点温度，并叠加控制裕度，动态控制再热器的加热功率，使出风口空气温度等于环境实际露点温度，即等于环境空气露点温度与控制裕度之和。

10.根据权利要求9所述的一种使用再热器防止出风口结露的方法，其特征在于，环境实际露点温度可表示为如下公式：

其中，t_l,实际为环境实际露点温度；Δt_l为控制裕度；

所述控制裕度可以根据误差传递原则推算，表示为如下公式：

其中，δ_T为环境空气温度的测量误差，

为环境空气相对湿度的测量误差，ΔT_出风口为出风口空气温度的测量误差。

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