專利名稱：用于空調的熱泵系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到熱泵系統(tǒng)，特別是涉及到采用兩個子循環(huán)的熱泵系統(tǒng)，第一循環(huán)中使用鹽水，第二循環(huán)中使用通常的致冷劑。本發(fā)明還涉及到使用熱泵系統(tǒng)的空氣調節(jié)方法。
我們大家都知道空間加熱和冷卻設備。這樣的設備基本上包括封閉的上層致冷劑，它在壓縮機作用下流過室內和室外的帶散熱片的管道進行循環(huán)。在冬天，壓縮機將壓縮的熱的致冷劑壓進室內散熱管，在這里致冷劑發(fā)生冷凝，在風扇作用下汽化熱散到室內，然后已冷凝的致冷劑通過節(jié)流閥進入蒸發(fā)器，從室外空氣中得到蒸發(fā)所需的熱量。夏天時，將致冷劑的循環(huán)方向反向，室內散熱管用作蒸發(fā)裝置。
但是，在氣候不是很溫暖的地區(qū)，如室外溫度降到零度或更低的地方，使用這樣的設備時，可能會在室外蒸發(fā)裝置的表面上積冰，阻礙了空氣的流動。
因此，本發(fā)明主要的目的是解決上述問題，并提供一個也可以運行在更惡劣氣候環(huán)境之下的熱泵系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的，是提供一種采用鹽水與致冷劑進行熱交換的熱泵系統(tǒng)。
于是，按照本發(fā)明，這里提出了一個至少包括兩個由流體相互連通的相似單元的熱泵系統(tǒng)。每個單元都有一個外殼、一個第一空氣/鹽水熱交換器、一個第二鹽水/致冷劑熱交換器、鹽水注入裝置、一個鹽水池和使鹽水在上述鹽水池和注入裝置間進行循環(huán)的裝置。鹽水注入裝置用于把鹽水注入到至少一個上述熱交換器中。該第一和第二熱交換器在封閉的流體回路中相互連通，并且都有壓縮機，以使致冷劑按選定的方向進行循環(huán)。
本發(fā)明還提出了一種空氣調節(jié)方法，包括一個外殼、一個第一空氣/鹽水熱交換器、一個第二鹽水/致冷劑熱交換器、一個鹽水注入裝置、一個鹽水池和使鹽水在上述鹽水池和注入裝置間進行循環(huán)的裝置。鹽水注入裝置用于把鹽水注入到至少一個上述熱交換器中。上述第一和第二熱交換器在封閉的流體回路中相互連通，并且都有壓縮裝置，以使致冷劑按選定的方向進行循環(huán)。其特征在于，致冷劑蒸發(fā)裝置和冷凝裝置與鹽水溶液進行熱交換，這樣，該致冷劑的冷凝溫度下降了，同時致冷劑的蒸發(fā)溫度也上升了，這就提高了系統(tǒng)的熱效率。
最好使用LiBr、MgCl2、CaCl2這樣的鹽水或其混合而成的鹽水。鹽水的濃度應保證在熱泵的整個工作溫度范圍內不會有鹽析出或結冰。
為了能充分理解，下面將用附圖聯(lián)系幾個推薦的實施例對本發(fā)明進行說明。
現(xiàn)在，參考詳細的附圖，應該強調，其細節(jié)是通過例子來體現(xiàn)的，并且只是為了對本發(fā)明的實施例進行解說性討論，這些細節(jié)是為了給本發(fā)明的原理和概貌提供最有用和最好懂的說明。在這方面，我們不企圖顯示出本發(fā)明的結構細節(jié)，而以對本發(fā)明的基本理解所需為限。用附圖進行的描述使得本領域技術人員很明顯就能知道如何在實用中體現(xiàn)本發(fā)明的幾種形式。
附圖中

圖1是本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)另一實施例的示意圖；圖3是圖1所示的熱泵系統(tǒng)的改進。
圖中可以看到，熱泵系統(tǒng)2基本上包括兩個大致相同的單元4和6，它們交替用作蒸發(fā)裝置和冷凝裝置，一個位于需要進行空氣調節(jié)的封閉室(圖中沒有顯示)內，另一個位于封閉室外并暴露在周圍空氣中。每個單元分別含有一個殼體8或8′和鹽水注入裝置10或10′，鹽水注入裝置位于殼體的上部。鹽水注入裝置最好用一套滴水或噴水管實現(xiàn)。在鹽水注入裝置10和10′的下面裝有鹽水/空氣熱交換器12和12′。而后者可由緊密折疊的卡通紙或填密材料，如玻璃或陶瓷或珠卵石制成(Pebble of bead)。殼體的下部構成了鹽水池14或14′，而殼體內由液面18或18′與熱交換器12或12′所限定的空間，分別用作暴露在周圍空氣中的鹽水下滴空間，其中的空氣是通過鼓風機20或20′或者其它的自然或強制通風的裝置導入的。每個鹽水注入裝置10和10′分別通過管道22和22′與第二熱交換器24和24′相連。管道26和26′分別從熱交換器24和24′經由循環(huán)泵28和28′通到鹽水池14和14′。鹽水池14和14′經過管道30和32，最好還通過第三換熱器34液體連通。
這簡單的實施例中，熱交換器24和24′分別由密封的罐36和36′組成，每個密封罐內都裝有蛇管38或38′。蛇管38和38′通過管道40和42以閉環(huán)方式相連通。壓縮機44安裝在管道40上，強制致冷劑經由節(jié)流閥46流過蛇管38和38′。
系統(tǒng)的零部件，如果不是全部的話也至少是大部分，應由不受鹽水腐蝕的材料制成。
為了避免必須在泵28和28′之間裝上同步和控制裝置，提議建立這樣一個系統(tǒng)，使得鹽水池14′中累積起來的鹽水在重力作用下經過管道32流回到鹽水池14中。這通過將鹽水池14′放在高于鹽水池14的位置而得到實現(xiàn)，或者使管道32連得從鹽水池14′向鹽水池14的方向成一斜度。在任何情況下，鹽水池14和14′間通過管30和32交換的流速應小于單元4和單元6中的鹽水循環(huán)流量。為了能在特定條件下運行，也應該能夠在需要時使兩個單元間的鹽水循環(huán)停下來。
鹽水池的尺寸決定了它最后應用時用作蓄熱器的能力。
圖2中顯示了本發(fā)明的另一個實施例，其中殼體50和50′中也裝入了致冷劑蛇形管52和52′以及鹽水注入裝置54和54′。鹽水注入裝置位于蛇管52和52′的上方，以給蛇管滴上或噴散鹽水。
圖1和圖2所示的實施例也可以裝上一個加水口56，用以將水引入到鹽水池14和14′中。這使得當該系統(tǒng)在非常干燥或熱的氣候下工作時能夠將鹽水稀釋，進一步提高其效率。
圖3所示的是本系統(tǒng)的一種改進。在這里，為了在夏季能夠提高熱泵的效率，給(圖1所示的)系統(tǒng)裝了一個外部濕氣源，其形式如裝置58。然而，在冬季為了增加其效率，我們推薦提高鹽水的濕度，這可以用鼓風機20吹入的熱空氣使鹽水的濕氣凝結而實現(xiàn)，這樣的熱空氣源可以以熱水-空氣熱交換器60的形式提供，熱交換器60有一個熱水入口62、熱交換介質66和一個出水口68，而熱水入口62通到一個滴水器或噴頭64上。這樣，原來直接吹入空間16的環(huán)境冷空氣將首先被加熱，而且只有在加熱之后才被導入空間16中。
現(xiàn)在，很容易理解到，戶外或室內的空氣由鼓風機20或20′送入殼體8或8′中，以逆流或橫流形式流到空間16或16′內的鹽水微滴處，以與鹽水交換熱量和使之蒸發(fā)。由于鹽水保持該單元作為冷凝器時溫度比通常溫度低，例如，保持在37℃而不是47℃；類似地，保持蒸發(fā)器的溫度低于通常的溫度，例如在4℃而不是0℃?？梢钥闯觯员壤硎具@種循環(huán)的效率更好，如47-037-4=1.4]]>因此，與傳統(tǒng)的熱泵相比，本發(fā)明的鹽水熱泵的效率要顯著地高許多。換句話說，如果兩壓縮機效率相同，以同樣的輸入能量，該鹽水熱泵要從它安裝的封閉空間移走高出傳統(tǒng)熱泵40％的熱量。
上述例子中內部氣流和鹽水的溫差約為6℃，可以預料，熱交換器1平方米的區(qū)域內熱交換的功率將大約為6KW。
因此，與傳統(tǒng)熱泵中工作流體和空氣換熱所需的面積相比，熱交換器24和24′中的工作氣流和鹽水換熱所需的面積要小。
熱交換器的較小的面積與冷凝器和蒸發(fā)器壁面(h＝1000w/m2℃)與鹽水間的高的導熱率有關。而空氣導熱率只有70w/m2℃。
本發(fā)明也可用于空調。
對于本領域技術人員來說，顯然本發(fā)明不只限于上面所述的實施例，本發(fā)明也可以不背離其本質特征的其它具體形式體現(xiàn)出來。因此，這些實施例在各方面只能看作解釋而不是限制。本發(fā)明的范圍是由附屬權利要求書指明的，而不是由前面的說明所指出的那樣，因此權利要求書的相同意思或范圍內的變更，也視為包含在本發(fā)明之內。
權利要求
1.一種包括兩個由流體相連的相似單元的熱泵系統(tǒng)，而且每個單元都包含有一個殼體、一個第一空氣/鹽水熱交換器、一個第二鹽水/致冷劑熱交換器、鹽水注入裝置和鹽水池，以及使鹽水從該鹽水池循環(huán)到上述鹽水注入裝置的設備，該鹽水注入裝置用于將鹽水注入到至少一個上述熱交換器中，上述第一和第二熱交換裝置以封閉流體回路相互連通，并且都有壓縮裝置，以使致冷劑按選定的方向在其中進行循環(huán)。
2.一種包括兩個由流體相連的相似單元的熱泵系統(tǒng)，而且每個單元都包含有一個殼體，位于殼體內頂部的鹽水注入裝置，靠近該鹽水注入裝置的第一熱交換器，位于上述殼體內下部的鹽水池，用于將空氣導入到上述第一熱交換器和鹽水池所限定的鹽水下滴空間的裝置，該系統(tǒng)還包括一個與上述鹽水注入裝置和鹽水池液體相連的第二熱交換器。每個單元的鹽水池也相互液體連通，上述第一和第二熱交換裝置以封閉流體回路相互連通，并且都有壓縮裝置以使致冷劑按選定的方向在其中進行循環(huán)，該系統(tǒng)還包含有使鹽水在各單元內的鹽水池和第二熱交換器之間，以及在兩個單元的鹽水池之間進行循環(huán)的裝置。
3.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述鹽水注入裝置是滴水或噴水管。
4.按權利要求2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述導入空氣的裝置是鼓風機。
5.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述殼體對所述第一和第二熱交換器來說是公共的。
6.按權利要求5所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述鹽水注入裝置位于所述第一和第二熱交換器之上。
7.按權利要求2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述第一熱交換器是空氣/鹽水熱交換器。
8.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，還包括一個第三熱交換器，它裝在鹽水循環(huán)管上，并將上述兩個鹽水池連接起來。
9.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述使鹽水在鹽水池間循環(huán)的裝置適于讓鹽水以高于兩鹽水池之間的鹽水循環(huán)速度進行循環(huán)。
10.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于至少該單元和所述第二和第三熱交換裝置是用不受鹽水腐蝕的材料制成的。
11.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，還包括一個節(jié)流閥，它安裝在致冷劑管道上，該管道將所述兩個第二熱交換器連接了起來。
12.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于至少一個所述鹽水池還裝有加水裝置，用以向鹽水中加水。
13.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，還包括一個外界空氣加熱裝置，以在將外界空氣導入到殼體中之前對它進行加熱。
14.按權利要求13所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于，上述加熱裝置是一個水/空氣熱交換器。
15.按權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，它還包含有一個外部濕氣源，用以給導入上述殼體內的外界空氣增加濕度。
16.按權利要求15所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于上述濕氣源是一套設備。
17.一種空氣調節(jié)方法，它包括提供一種如權利要求1或2所述的熱泵系統(tǒng)，其特征在于致冷劑的蒸發(fā)器和冷凝器與鹽水溶液交換熱量，因此致冷劑的冷凝器溫度降低了而該蒸發(fā)器的溫度上升了，于是提高了該系統(tǒng)的效率。
18.按權利要求17所述的方法，其特征在于所述第一熱交換器與致冷劑蒸發(fā)器導熱相連。
19.按權利要求17所述的方法，其特征在于所述第一熱交換器與致冷劑冷凝器導熱相連。
20.按權利要求17所述的方法，其特征在于所述使鹽水在鹽水池間循環(huán)的裝置，應能適合于讓鹽水以高于兩鹽水池之間的鹽水循環(huán)速度進行循環(huán)。
全文摘要
在這里我們提供了一種包含有兩個由流體相互連通的單元(4,6)的熱泵系統(tǒng)。每個熱泵系統(tǒng)都有:一個殼體(8,8′)、一個第一空氣/鹽水熱交換器(12,12′)、一個第二鹽水/致冷劑熱交換器(24,24′)、一個鹽水注入裝置(10,10′)、一個鹽水池(14,14′)、以及一個使鹽水從鹽水池循環(huán)到注入裝置的泵(28),鹽水注入裝置用于將鹽水注入到至少一個上述熱交換器中。第一和第二熱交換器以封閉的流體回路相互連通,并且都有壓縮機,以使致冷劑按選定的方向在其中進行循環(huán)。這里也揭示了一種用于空氣調節(jié)的技術。
文檔編號F24F5/00GK1182475SQ96193382
公開日1998年5月20日 申請日期1996年4月9日 優(yōu)先權日1995年4月20日
發(fā)明者加德·阿薩夫 申請人:加德·阿薩夫