專利名稱：空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)系統(tǒng)，特別涉及由一處理室內(nèi)循環(huán)空氣的室內(nèi)空調(diào)機(jī)與一處理從室外引入室內(nèi)的空氣的通風(fēng)空調(diào)機(jī)組合而成的組合式空調(diào)裝置。
現(xiàn)有技術(shù)圖8示出現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的一個例子。這是一種組合式空調(diào)系統(tǒng)，其中，一通過循環(huán)室內(nèi)空氣而處理室內(nèi)空氣的室內(nèi)空調(diào)裝置3與一處理室外空氣并把經(jīng)處理的室外空氣引入室內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)機(jī)11組合在一起。該系統(tǒng)基于一焓熱交換器，對室外空氣和室內(nèi)空氣的濕度和顯熱進(jìn)行熱交換。該受調(diào)節(jié)空間中在該空調(diào)機(jī)上生成的處理負(fù)荷被一熱泵系統(tǒng)抽取后排出到室外。
下面結(jié)合圖9所示空氣濕度圖說明這類系統(tǒng)的工作情況。在冷卻期，室外空氣(狀態(tài)K)與室內(nèi)空氣(狀態(tài)Q)交換焓后室外空氣達(dá)到狀態(tài)L，而室內(nèi)空氣達(dá)到狀態(tài)T，從而分別成為供應(yīng)給室內(nèi)空間的供應(yīng)空氣和排出到室外的廢空氣。這一過程的焓交換效率在現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)中只有60-70％，從而在供應(yīng)空氣(狀態(tài)L)與室內(nèi)空氣(狀態(tài)Q)之間生成一焓差ΔH。結(jié)果，濕度過大(即濕度差ΔX)的空氣供應(yīng)給室內(nèi)，所引入的濕氣相當(dāng)于未經(jīng)處理的室外空氣與室內(nèi)空氣之間的濕度比差的30-40％。該空調(diào)系統(tǒng)必須除去這一濕氣，為此把室內(nèi)空氣冷卻到低于其露點(15-16℃)的5-10℃。
基于焓熱交換器的空調(diào)機(jī)上的空氣處理負(fù)荷中，除濕所需潛熱負(fù)荷約為總負(fù)荷的10-15％，其余的85-90％為顯熱負(fù)荷。該顯熱負(fù)荷可在約15-20℃下被除去而不用把空氣溫度冷卻到露點。但是，在現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)中，由于所引入的室外空氣與室內(nèi)空氣混合后必須處理混合空氣，因此只有把空氣冷卻到低于露點的約10℃才能除去潛熱。因此，該空調(diào)機(jī)中的蒸發(fā)器溫度與冷凝器溫度之間的溫度差(溫升)需要設(shè)定成與不使用焓熱交換器時相同，這就是說，盡管可減小該空調(diào)機(jī)上的空調(diào)負(fù)荷，但無法減小泵送熱量的溫升。
從上可見，在現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)中，泵送和排出熱量需要大量溫升，因此熱泵中用來除去顯熱的能耗高而浪費。此外，由于必須用排水管排出冷凝濕氣，因此該空調(diào)系統(tǒng)顯得笨重。
本發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種高效空調(diào)裝置和一種包括該空調(diào)裝置的空調(diào)系統(tǒng)，它可阻止室外空氣中的顯熱和潛熱，從而節(jié)能。
該目的用一空調(diào)裝置實現(xiàn)，該空調(diào)裝置包括把第一空間中的空氣引導(dǎo)到第二空間的第一空氣通道和把第二空間中的空氣引導(dǎo)到第一空間的第二空氣通道；一除濕裝置，該除濕裝置交替地與第一空氣通道和第二空氣通道連通，從而在第一空氣通道中進(jìn)行再生過程，而在第二空氣通道中進(jìn)行除濕過程；一熱泵裝置，該熱泵裝置包括一加熱流經(jīng)第一空氣通道的空氣的高溫?zé)嵩春鸵焕鋮s流經(jīng)第二空氣通道的空氣的低溫?zé)嵩?；以及一在第一與第二空氣通道中的空氣之間進(jìn)行焓熱交換的焓熱交換器；其中，在第一空氣通道中流動的空氣在該焓熱交換器中與在第二空氣通道中的空氣交換熱量，然后與高溫?zé)嵩唇佑|而被加熱，然后流入除濕裝置使除濕裝置脫濕、再生，然后流入第二空間；在第二空氣通道中流動的空氣在該焓熱交換器中與在第一空氣通道中的空氣交換熱量，然后流經(jīng)除濕裝置除濕，然后與低溫?zé)嵩唇佑|而冷卻，然后流入第一空間。
因此，對于冷卻運行來說，待進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的空調(diào)空間成為第一空間，而室外空間成為把室外空氣經(jīng)第二空氣通道引入室內(nèi)空間的第二空間。從第二空氣通道引入的室外空氣經(jīng)處理后濕度比較之室內(nèi)空氣的濕度比減小，因此沒有過多濕氣引入室內(nèi)，從而室內(nèi)空調(diào)機(jī)無需除濕。此外，供應(yīng)空氣中的濕度減小意味著驅(qū)動室內(nèi)空調(diào)機(jī)的加熱/冷卻周期的溫升可減小，從而能量大大節(jié)約。由于室內(nèi)空調(diào)機(jī)無需對通風(fēng)空氣進(jìn)行除濕，因此無需使用一排水管排出冷凝水。
在上述空調(diào)裝置中，熱泵裝置可為蒸汽壓縮型熱泵或吸收型熱泵。
在冷卻運行時，第一空間成為室內(nèi)調(diào)節(jié)空間，而第二空間成為室外空間。在加熱運行時，第一空間成為室外空間，而第二空間成為室內(nèi)調(diào)節(jié)空間。
在上述空調(diào)裝置中，通風(fēng)空調(diào)單元可與對調(diào)節(jié)空間中顯熱負(fù)荷進(jìn)行冷卻的一室內(nèi)空調(diào)單元組合使用。在這種空調(diào)系統(tǒng)中，在冷卻運行時，室外空氣引入通風(fēng)空調(diào)單元中，使得所引入空氣的濕度比比室內(nèi)調(diào)節(jié)空間中的空氣低。因此，沒有過多濕氣引入室內(nèi)，從而室內(nèi)空調(diào)單元無需對室內(nèi)空氣進(jìn)行除濕。驅(qū)動室內(nèi)空調(diào)機(jī)的的溫升可減小，從而能量大大節(jié)約。由于無需除濕，因此無需使用排水管排出冷凝水。
該空調(diào)裝置可構(gòu)作成用熱泵裝置處理調(diào)節(jié)空間中的顯熱冷卻負(fù)荷。在該系統(tǒng)中，冷卻運行時顯熱回收后用作除濕材料的脫濕和再生。再生的除濕劑的工作更有效，加上顯熱回收，實現(xiàn)節(jié)能和高效運行。
該目的也可用這樣一個空調(diào)裝置實現(xiàn)，該空調(diào)裝置包括把第一空間中的空氣引導(dǎo)到第二空間的第一空氣通道和把第二空間中的空氣引導(dǎo)到第一空間的第二空氣通道；一焓熱交換器，使得在第一空氣通道中流動的空氣與在第二空氣通道中流動的空氣交換熱量；一熱泵裝置，包括加熱流過焓熱交換器后流入第一空氣通道或第二空氣通道之一的空氣的一高溫?zé)嵩春屠鋮s流過焓熱交換器后流過第一空氣通道或第二空氣通道中另一個通道的空氣的一低溫?zé)嵩?；以及一交替進(jìn)行吸濕和脫濕周期的除濕裝置，在脫濕時，它與接觸高溫?zé)嵩粗蟮目諝饨佑|，在吸濕時，它與接觸低溫?zé)嵩粗暗目諝饨佑|；其中，該熱泵裝置有兩個可來回轉(zhuǎn)換的熱介質(zhì)路線，使得第一空氣通道和第二空氣通道之一與高溫?zé)嵩唇佑|。
在這種空調(diào)裝置中，在冷卻運行時，第一空間成為室內(nèi)調(diào)節(jié)空間，室內(nèi)空氣在第一空氣通道中流動；而第二空間成為室外空間，室外空氣在第二空氣通道中流動。在加熱運行時，第一空間成為室外空間，室外空氣在第一空氣通道中流動；而第二空間成為室內(nèi)空間，室內(nèi)空氣在第二空氣通道中流動。用一三通閥在冷卻/加熱運行之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而冷卻和加熱運行可公用一路線，因此氣流的改向無需使用調(diào)節(jié)器，從而該空調(diào)裝置的使用更方便。
在上述空調(diào)裝置中，除濕裝置可為一轉(zhuǎn)子，它可在吸濕路線和脫濕路線之間轉(zhuǎn)動。
在上述空調(diào)裝置中，第一空間為室內(nèi)調(diào)節(jié)空間，而第二空間為室外空間，第一空氣通道在冷卻運行時接觸高溫?zé)嵩?，而第二空氣通道在加熱運行時接觸高溫?zé)嵩础?br> 熱泵裝置可為蒸汽壓縮型熱泵，也可為吸收型熱泵。
在上述空調(diào)裝置中，除濕裝置和熱泵裝置中的熱交換器裝在一組件中，而焓熱交換器裝在另一組件中。在這種空調(diào)裝置中，可利用現(xiàn)存空調(diào)裝置中的焓熱交換器構(gòu)作本設(shè)計空調(diào)裝置，從而花費不多就可把現(xiàn)存空調(diào)裝置改裝成更有效的空調(diào)裝置。
同樣，在該空調(diào)裝置中，通風(fēng)空調(diào)單元可與對調(diào)節(jié)空間中顯熱負(fù)荷進(jìn)行冷卻的一顯熱空調(diào)單元(室內(nèi)空調(diào)單元)組合使用。在這種空調(diào)系統(tǒng)中，在冷卻運行時，室外空氣引入通風(fēng)空調(diào)單元中，使得所引入空氣的濕度比比室內(nèi)調(diào)節(jié)空間中的空氣低。因此，沒有過多濕氣引入室內(nèi)，從而室內(nèi)空調(diào)單元無需對所引入的室外空氣進(jìn)行除濕。溫升可減小，從而能量大大節(jié)約。由于無需除濕，因此無需使用排水管排出冷凝水。
附圖的簡要說明

圖1為本發(fā)明空調(diào)裝置的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2為第一實施例的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3為說明除濕劑輔助空調(diào)周期的濕度圖。
圖4為本發(fā)明空調(diào)裝置第二實施例的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖5為本發(fā)明空調(diào)裝置第三實施例的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6為說明圖5所示空調(diào)裝置中的除濕空調(diào)周期的濕度圖。
圖7為本發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)第四實施例的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖8為現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖9為說明現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)中的除濕空調(diào)周期的濕度圖。
本發(fā)明最佳實施方式下面結(jié)合圖1-4說明第一實施例。圖1示出該空調(diào)裝置的基本結(jié)構(gòu)，它包括一室內(nèi)空調(diào)單元3用于處理室內(nèi)空間2中的空氣(待調(diào)節(jié)空氣)而使該空氣循環(huán)，和一通風(fēng)空調(diào)單元1以處理從室外引入室內(nèi)空間2中的室外空氣。室內(nèi)空調(diào)單元3可為普通的冷暖兩用機(jī)，但也可為其他類型的空調(diào)機(jī)。
圖2示出第一實施例通風(fēng)空調(diào)單元1中的空氣通道。該通風(fēng)空調(diào)單元1為除濕空調(diào)機(jī)，它使用反復(fù)進(jìn)行吸濕和脫濕周期的一除濕輪103。詳細(xì)說，該除濕空調(diào)單元1包括一把室內(nèi)廢氣排出到室外的室內(nèi)空氣排出路線A(第一空氣通道)和一把室外空氣引入室內(nèi)、與室內(nèi)空氣排出路線A交叉的室外空氣引入路線B(第二空氣通道)。一焓熱交換器153和一除濕輪103跨接在室內(nèi)空氣排出路線A和室外空氣引入路線B之間，一熱泵裝置200用作除濕空調(diào)單元1的熱源。熱泵裝置200可為任何類型的熱泵，但本發(fā)明使用本發(fā)明人在美國專利申請08/781,038中所公開的蒸汽壓縮型熱泵。
把室內(nèi)空氣排出到室外的室內(nèi)空氣排出路線A(第一空氣通道)的連接如下室內(nèi)調(diào)節(jié)空間(第一空間)中的廢氣的出口(圖2中的RA)經(jīng)一通道124連接到一鼓風(fēng)機(jī)140的進(jìn)口；鼓風(fēng)機(jī)140的出口經(jīng)一通道125連接到焓熱交換器153；室內(nèi)空氣排出路線A中焓熱交換器153的出口經(jīng)通道126連接到熱泵裝置200的一加熱器(高溫?zé)嵩?220；室內(nèi)空氣排出路線A中加熱器(高溫?zé)嵩?220的出口經(jīng)一通道127連接到除濕輪103的再生邊；然后室內(nèi)空氣排出路線A中除濕輪103再生邊的出口經(jīng)一通道128連接到通向室外空間(第二空間)的廢氣口(圖2中的EX)。這些通道構(gòu)成一把室內(nèi)廢氣引向、排出到室外的空氣路線。
室外空氣引入路線B的連接如下室外空間(第二空間)經(jīng)一通道107引入到鼓風(fēng)機(jī)102的進(jìn)口；鼓風(fēng)機(jī)102的出口經(jīng)一通道108連接到焓熱交換器153；室外空氣引入路線B中焓熱交換器153的出口經(jīng)一通道109連接到除濕輪103的空氣除濕邊(經(jīng)處理空氣)；室外空氣引入路線B中除濕輪103的空氣除濕邊(經(jīng)處理空氣)的出口經(jīng)一通道110連接到熱泵裝置200的一冷卻器(低溫?zé)嵩?210；然后室外空氣引入路線B中熱泵一邊上的出口經(jīng)一通道111連接到一空氣出口(圖2中的SA)，從而把空氣供應(yīng)給室內(nèi)空間(第一空間)。這些通道構(gòu)成一引導(dǎo)室外空氣、處理室外空氣并把經(jīng)處理的室外空氣引入該調(diào)節(jié)空間的空氣路線。
加熱器220的加熱介質(zhì)(熱水或致冷劑)的進(jìn)口經(jīng)一通道221連接到熱泵裝置200的加熱介質(zhì)出口，加熱器220的熱水出口經(jīng)一通道222連接到熱泵裝置200的加熱介質(zhì)進(jìn)口。此外，冷卻器210的冷卻介質(zhì)(冰水或致冷劑)進(jìn)口經(jīng)一通道211連接到熱泵裝置200的冷卻介質(zhì)出口，冷卻器210的冰水出口經(jīng)一通道212連接到熱泵裝置200的冷卻介質(zhì)進(jìn)口。括號中的字母K-V與表示圖3中空氣的各狀態(tài)的字母對應(yīng)，SA表示供應(yīng)空氣(經(jīng)處理的室外空氣)，RA表示循環(huán)空氣(待排出的室內(nèi)空氣)，OA表示室外空氣，EX表示廢空氣。
下面結(jié)合圖3所示、與圖2所示第二實施例的空調(diào)作用有關(guān)的濕度圖說明上述除濕通風(fēng)空調(diào)裝置的冷卻運行。
室內(nèi)空間中的循環(huán)空氣(RA狀態(tài)Q)在室內(nèi)空氣排出路線A中經(jīng)通道124受鼓風(fēng)機(jī)140的抽吸、加壓后傳送到焓熱交換器153，在這里按照這類焓熱交換器的公知行為沿連接狀態(tài)K與狀態(tài)Q的直線與室外空氣(狀態(tài)K)進(jìn)行熱交換，從而其焓增加，其溫度和濕度比提高(狀態(tài)R)。循環(huán)空氣從焓熱交換器153傳送到熱泵裝置200的加熱器(高溫?zé)嵩?220被加熱到約45-60℃，從而其相對濕度降低(狀態(tài)S)。相對濕度降低的循環(huán)空氣流入除濕輪103的再生邊后對除濕材料脫濕(脫濕后空氣狀態(tài)T)。該循環(huán)空氣流過除濕輪103后經(jīng)通道128排放到室外。
鼓風(fēng)機(jī)102經(jīng)通道107抽入室外空氣引入路線B中的室外空氣(OA狀態(tài)K)加壓后經(jīng)通道108傳送到焓熱交換器153，在這里按照這類焓熱交換器的公知行為沿連接狀態(tài)K與狀態(tài)Q的直線與循環(huán)空氣(狀態(tài)Q)進(jìn)行焓交換，從而其焓降低，其溫度和濕度比降低(狀態(tài)L)。焓降低(狀態(tài)L)的經(jīng)除濕、冷卻的供應(yīng)空氣經(jīng)通道109流入除濕輪103，其濕氣由除濕材料通過等熵過程被吸收，其濕度比降低(狀態(tài)M)。濕度降低的供應(yīng)空氣流入熱泵裝置200的冷卻器(低溫?zé)嵩?被冷卻到約15-20℃(狀態(tài)N)。經(jīng)冷卻的供應(yīng)空氣經(jīng)通道111流入室內(nèi)空間。
所得供應(yīng)空氣(SA狀態(tài)N)的焓和濕度比比室內(nèi)空間中的空氣低。即，可在供應(yīng)空氣(OA狀態(tài)N)與室內(nèi)空氣(狀態(tài)Q)之間生成一焓差Δh和一濕度比差Δx。這就是說，沒有過多濕氣引入室內(nèi)空間，由焓差實現(xiàn)冷卻。
下面說明該除濕空調(diào)系統(tǒng)中的熱泵裝置200的工作情況。熱泵裝置200的冷卻器210通過除去顯熱而冷卻供應(yīng)空氣，從而降低焓。加熱器220加熱循環(huán)空氣而降低其相對濕度，從而實現(xiàn)除濕輪103的除濕材料的脫濕。該脫濕作用再生除濕材料的除濕能力，使得從室內(nèi)空間排放的狀態(tài)為Q的循環(huán)空氣除濕到狀態(tài)M，加上顯熱的除去，造成變化，從而供應(yīng)空氣(狀態(tài)N)的焓和濕度比室內(nèi)空氣(狀態(tài)Q)低。由于用熱泵裝置200冷卻供應(yīng)空氣(狀態(tài)N)以及使用所除去的熱量再生除濕材料，因此本空調(diào)裝置的運行較之需要另外使用一冷卻源和一加熱源的空調(diào)系統(tǒng)能量大大節(jié)約。
由于本熱泵裝置的冷卻能力可處理的熱量等于空氣流率與狀態(tài)M與N之間的焓差的乘積，因此本熱泵裝置可處理室外供應(yīng)空氣的整個調(diào)節(jié)負(fù)荷。不具有本發(fā)明空調(diào)單元1的現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)必須有一致冷單元，其冷卻能力須足以處理同等數(shù)量的熱量(狀態(tài)K與N之間的焓差乘以空氣流率)，因此本空調(diào)系統(tǒng)顯然在節(jié)能方面有很大優(yōu)勢。
設(shè)本空調(diào)裝置可達(dá)到一等于狀態(tài)Q(室內(nèi)空氣)的狀態(tài)N(供應(yīng)空氣)，并設(shè)焓熱交換效率為70％，則線段LM與一等熵線平行。因此，點M處的焓值可代替點L處的焓值，從而焓差M→N可代替焓差L→Q，焓差K→N可代替焓差K→Q。因此，焓差(K→N)∶焓差(M→N)＝焓差(K→Q)∶焓差(L→Q)＝10∶3換言之，本通風(fēng)空調(diào)裝置所需冷卻能力僅為沒有通風(fēng)空調(diào)單元1的現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的3/10，因此本空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能70％。
室內(nèi)空調(diào)單元3進(jìn)一步節(jié)能。即，除濕通風(fēng)空調(diào)單元1使得供應(yīng)空氣SA的濕度比比循環(huán)空氣RA低，因此沒有過多濕氣引入室內(nèi)空間。因此，空調(diào)單元3無需對供應(yīng)空氣進(jìn)行除濕，只需要降低室內(nèi)空氣的顯熱。因此，空調(diào)單元3只需把室內(nèi)空氣冷卻到約20℃，從而蒸發(fā)器溫度只需比通常高10℃。因此，溫升可降低(例如從40℃降低到30℃)。此時節(jié)能ΔT1/ΔT2＝30/40＝0.75節(jié)能約25％。
由于空調(diào)系統(tǒng)中室外空氣負(fù)荷的比例平均來說約占30％，因此本空調(diào)系統(tǒng)總節(jié)能0.3×0.3+0.7×0.75＝0.615節(jié)能約38％。
此外，單元3無需進(jìn)行除濕，從而無需使用排水管，從而本空調(diào)系統(tǒng)成本降低，操作更簡單。在本空調(diào)系統(tǒng)中，熱泵裝置200使用蒸汽壓縮型熱泵，但也可使用用作熱泵的其他類型的熱源獲得同樣效果。例如可使用美國專利申請08/769,253所公開吸收型熱泵獲得同樣效果。此外，本空調(diào)系統(tǒng)中的傳熱介質(zhì)為熱水/冰水，但也可使用致冷劑的冷凝和蒸發(fā)的熱量。
此外，為了防止蒸汽壓縮型熱泵的噪聲和振動傳播到室內(nèi)，如日本專利申請H8-195732所述，一包括除濕裝置和熱泵裝置的熱交換器的組件可與另一包括熱泵的壓縮機(jī)的組件分開。
此外，上面對該空調(diào)裝置的冷卻運行作了說明，但當(dāng)用該空調(diào)裝置加熱時，室內(nèi)空間的狀態(tài)與室外空間的狀態(tài)互換，從而室外空氣為低溫、低濕度，而室內(nèi)空氣為高溫、高濕度。因此，如需要加熱室內(nèi)，第一通道用作室外空氣引入路線，第二通道用作廢空氣的循環(huán)空氣排出路線，從而供應(yīng)給室內(nèi)空間的空氣的狀態(tài)為T，排放空氣的狀態(tài)為N，從而室外空氣中的濕氣回收后增加室內(nèi)空氣的濕度，從而降低室內(nèi)空調(diào)單元3上的加熱負(fù)荷。該空調(diào)系統(tǒng)在這種情況下的工作情況與冷卻運行時相同，不再贅述。
圖4為通風(fēng)空調(diào)裝置第二實施例的示意圖。與通風(fēng)空調(diào)單元1連接的熱泵200經(jīng)通道41、42連接到位于室內(nèi)空間中的室內(nèi)空調(diào)單元(顯熱處理器)4。在該系統(tǒng)中，通風(fēng)空調(diào)單元1的熱泵裝置200也用作空調(diào)單元4的一熱源，從而室內(nèi)空間中回收的顯熱升高而向熱泵裝置200提供熱量。這增加了可用于除濕材料脫濕的熱量，除濕劑再生過程的脫濕效率提高，從而供應(yīng)空氣中的濕度降低，處理顯熱負(fù)荷的能力、從而最終處理冷卻負(fù)荷的能力提高。因此熱泵裝置200的功耗降低，從而節(jié)能。
下面結(jié)合圖5和6說明第三實施例的空調(diào)系統(tǒng)的工作情況。該系統(tǒng)與圖1所示系統(tǒng)同類型，由循環(huán)、處理室內(nèi)空間的空氣的室內(nèi)空調(diào)單元3與處理室外空氣的通風(fēng)空調(diào)單元1組合而成。室內(nèi)空調(diào)單元3可為普通的冷暖兩用機(jī)，但也可為其他類型的空調(diào)機(jī)。
圖5示出圖1所示空調(diào)系統(tǒng)第三實施例的另一種通風(fēng)空調(diào)單元1。該通風(fēng)空調(diào)單元1為一使用反復(fù)進(jìn)行吸濕和脫濕(再生)周期的除濕輪103的除濕空調(diào)機(jī)，包括一焓熱交換器153和一熱泵裝置200。詳細(xì)說，該除濕空調(diào)單元1包括一把室內(nèi)空氣排出到室外的室內(nèi)空氣排出路線A(第一空氣通道)和一把室外空氣引入室內(nèi)的交叉室外空氣引入路線B(第二空氣通道)。一焓熱交換器153和一除濕輪103跨接在室內(nèi)空氣排出路線A和室外空氣引入路線B之間，一熱泵裝置200用作除濕空調(diào)單元1的熱源。熱泵裝置200可為任何類型的熱泵，但本發(fā)明使用本發(fā)明人在美國專利申請08/781,038中所公開的蒸汽壓縮型熱泵。
把室內(nèi)空氣排出到室外的室內(nèi)空氣排出路線A(第一空氣通道)的連接如下室內(nèi)空間(第一空間)的出口(圖5中的RA)經(jīng)一通道124與焓熱交換器153連接；焓熱交換器153的出口經(jīng)一通道125連接到鼓風(fēng)機(jī)140；室內(nèi)空氣排出路線A中鼓風(fēng)機(jī)140的出口經(jīng)一通道126連接到第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)220A；室內(nèi)空氣排出路線A中第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220A的出口經(jīng)一通道127連接到除濕輪103；然后室內(nèi)空氣排出路線A中除濕輪103的出口經(jīng)一通道128連接到熱泵裝置200的第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器(冷卻器)210B；室內(nèi)空氣排出路線A中第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210B的出口經(jīng)一通道129連接到在室外空間(第二空間)中排放廢空氣的廢氣口(圖5中的EX)。這些通道構(gòu)成一把室內(nèi)廢氣引向、排出到室外的空氣路線。
室外空氣引入路線B的連接如下室外空間(第二空間)的進(jìn)口(圖5中的OA)經(jīng)一通道107與焓熱交換器153連接；焓熱交換器153的出口經(jīng)一通道108連接到室外空氣引入鼓風(fēng)機(jī)102；鼓風(fēng)機(jī)102的出口經(jīng)一通道109連接到第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)220B；室外空氣引入路線B中第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220B經(jīng)一通道110連接到除濕輪103；室外空氣引入路線B中除濕輪103的出口經(jīng)一通道111連接到熱泵裝置200的第一低溫?zé)峤粨Q器(冷卻器)210A；室外空氣引入路線B中第一低溫?zé)嵩礋峤粨Q器(冷卻器)210A的出口經(jīng)一通道112連接到通向室內(nèi)空間(第一空間)的進(jìn)口(圖5中的SA)。這些通道構(gòu)成一引導(dǎo)室外空氣、處理室外空氣并把經(jīng)處理室外空氣引入室內(nèi)空間的空氣路線。
該熱泵裝置200包括一壓縮機(jī)230；第一低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210A；第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220A；第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210B；第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220B；一在冷卻/加熱運行之間來回轉(zhuǎn)換的可逆三通閥240；一用于加熱運行的膨脹閥260B；以及冷卻介質(zhì)通道271-275。在冷卻運行時，如圖5所示，三通閥240轉(zhuǎn)換成連接通道273A與275，從而第一低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210A和第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220A工作。在加熱運行時，三通閥240轉(zhuǎn)換成連接通道273B與275，從而第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210B和第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220B工作。圖5中括號中的字母K-V與表示圖3中空氣的各狀態(tài)的字母對應(yīng)，SA表示供應(yīng)空氣(經(jīng)處理的室外空氣)，RA表示循環(huán)空氣(待排出的室內(nèi)空氣)，OA表示室外空氣，EX表示廢空氣。
第三實施例空調(diào)系統(tǒng)的冷卻運行與圖2所示空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合圖3所述相同。
室內(nèi)空間中的循環(huán)空氣(RA狀態(tài)Q)經(jīng)通道124被抽吸到焓熱交換器153，在這里按照這類焓熱交換器的公知行為沿連接狀態(tài)K與狀態(tài)Q的直線與室外空氣(狀態(tài)K)進(jìn)行熱交換，從而其焓增加，其溫度和濕度比提高(狀態(tài)R)。焓熱交換器153中的循環(huán)空氣由鼓風(fēng)機(jī)140抽吸、加壓后傳送到熱泵裝置200的第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)220A被加熱到約45-60℃，從而其相對濕度降低(狀態(tài)S)。相對濕度降低的循環(huán)空氣流入除濕輪103的再生邊后對除濕材料脫濕(脫濕后空氣狀態(tài)T)。該循環(huán)空氣流過除濕輪103后經(jīng)通道128傳送到第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)210B，但在冷卻運行時，三通閥位于使該熱交換器處于非工作狀態(tài)的位置上，從而空氣流過時溫度不變，然后經(jīng)通道129排放到室外。
經(jīng)通道107抽入室外空氣引入路線B中的室外空氣(OA狀態(tài)K)傳送到焓熱交換器153，在這里按照這類焓熱交換器的公知行為沿連接狀態(tài)K與狀態(tài)Q的直線與循環(huán)空氣(狀態(tài)Q)進(jìn)行熱交換，從而其焓降低，其溫度和濕度比降低(狀態(tài)L)。焓降低(狀態(tài)L)的經(jīng)除濕、冷卻的供應(yīng)空氣經(jīng)通道108抽入鼓風(fēng)機(jī)102加壓后傳送到第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)220B。但是，在加熱運行時，三通閥位于使該熱交換器處于非工作狀態(tài)的位置上，從而空氣流過時溫度不變。然后供應(yīng)空氣經(jīng)通道109流入除濕輪103，其濕氣由除濕材料通過等熵過程被吸收，其濕度比降低(狀態(tài)M)。濕度降低的供應(yīng)空氣流入熱泵裝置200的第一低溫?zé)嵩礋峤粨Q器(冷卻器)210A被冷卻到約15-20℃(狀態(tài)N)。經(jīng)冷卻的供應(yīng)空氣經(jīng)通道112流入室內(nèi)空間。
所得供應(yīng)空氣(SA狀態(tài)N)的焓和濕度比比室內(nèi)空間中的空氣低。即，可在供應(yīng)空氣(OA狀態(tài)N)與室內(nèi)空氣(狀態(tài)Q)之間生成一焓差Δh和一濕度比差Δx。這就是說，沒有過多濕氣引入室內(nèi)空間，由焓差實現(xiàn)冷卻。
在冷卻運行時該除濕空調(diào)系統(tǒng)中的熱泵裝置200的工作情況和節(jié)能效果與圖2所示實施例相同，不再贅述。
在加熱運行時，室內(nèi)空間的狀態(tài)與室外空間的狀態(tài)互換，從而室外空氣為低溫、低濕度，而室內(nèi)空氣為高溫、高濕度。因此，如需要加熱室內(nèi)，室外空氣可用作再生空氣，室內(nèi)空氣可用作處理空氣。冬天時的加熱運行可結(jié)合圖6所示濕度圖說明。此時，設(shè)為一般狀態(tài)，即設(shè)室內(nèi)狀態(tài)為22℃干球溫度、40％相對濕度；室外狀態(tài)為下雪天，即0℃干球溫度、90％相對濕度。圖6中的字母K-Q與加熱運行對應(yīng)，只適用于圖6，與圖5所示字母的意義不同。
室內(nèi)空間中的循環(huán)空氣(RA狀態(tài)K)經(jīng)通道124在室內(nèi)空氣排出路線A中被傳送到焓熱交換器153，在這里按照這類焓熱交換器的公知行為沿連接狀態(tài)K與狀態(tài)Q的直線與室外空氣(狀態(tài)Q)進(jìn)行焓熱交換，其焓降低，從而其溫度和濕度比降低(狀態(tài)L)。焓熱交換器153中的循環(huán)空氣抽入鼓風(fēng)機(jī)140加壓后傳送到熱泵裝置200的第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)220A。在加熱運行時，三通閥轉(zhuǎn)換成不進(jìn)行熱交換，從而空氣流過時不傳熱，然后流入除濕輪103以等熵過程吸濕，其濕度比降低(狀態(tài)M)。循環(huán)空氣流過除濕輪103后經(jīng)通道128傳送到第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器(冷卻器)210B被冷卻到0℃以下(狀態(tài)N)。經(jīng)冷卻的循環(huán)空氣經(jīng)通道129作為廢空氣排出到室外。在該過程中，循環(huán)空氣(狀態(tài)N)與用作熱泵裝置200的低溫?zé)嵩吹牡诙蜏責(zé)嵩礋峤粨Q器(冷卻器)210B接觸。在從狀態(tài)L變?yōu)闋顟B(tài)M的過程中，循環(huán)空氣的濕度比降低，其露點降低到防止在冷卻器210B的熱交換表面上結(jié)霜。即使在下雪天狀態(tài)為Q的循環(huán)空氣的濕度上升到80-90％，露點也能降低到-7℃以下，狀態(tài)為T的循環(huán)空氣的溫度可升高到比室外溫度高10℃。這就是說，熱泵裝置可無需除霜而連續(xù)工作，即使熱泵裝置中回收熱量的有效溫度差設(shè)定成高達(dá)17℃。
同時，室外空氣(OA狀態(tài)Q)經(jīng)通道107傳送到焓熱交換器153，在這里按照這類焓熱交換器的公知行為沿連接狀態(tài)K與狀態(tài)Q的直線與循環(huán)空氣(狀態(tài)K)進(jìn)行全部熱交換，其焓增加，從而其溫度和濕度比增加(狀態(tài)R)。其焓增加的經(jīng)加濕、加熱的室外空氣經(jīng)通道108抽入鼓風(fēng)機(jī)102加壓后經(jīng)通道109傳送到第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)220B，然后在第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器(加熱器)220A中達(dá)到約40-50℃溫度，從而其相對濕度降低(狀態(tài)S)。濕度降低的室外空氣流入除濕輪103中脫濕(再生后空氣狀態(tài)T)。室外空氣從除濕輪103經(jīng)通道111傳送到第一低溫?zé)嵩礋峤粨Q器(冷卻器)210A，但在加熱運行時，三通閥位于使該熱交換器處于非工作狀態(tài)的位置上，從而室外空氣流過時溫度不變，然后作為供應(yīng)空氣經(jīng)通道112吹入室內(nèi)空間。所得供應(yīng)空氣的狀態(tài)為T，其焓和濕度比比室內(nèi)空間中的空氣高。換言之，可在供應(yīng)空氣(狀態(tài)T)與室內(nèi)空氣(狀態(tài)K)之間生成焓差和濕度比差，從而抽取室外空氣中的濕氣、加濕供應(yīng)給室內(nèi)空間的空氣，用焓差向室內(nèi)空間提供熱量。
下面說明該除濕通風(fēng)空調(diào)機(jī)中的熱泵裝置200的工作情況。在熱泵裝置的第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210B中，冷卻循環(huán)空氣，從而可回收其顯熱，在第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220B中，加熱室外供應(yīng)空氣而降低其相對濕度，從而可用它對除濕輪103的除濕材料脫濕。這一再生過程再生吸濕能力，供應(yīng)空氣在焓熱交換器中從狀態(tài)L除濕成狀態(tài)M，從而循環(huán)空氣的濕度比及其露點降低。如上所述，即使為了回收盡可能多的熱量把有效溫度差設(shè)定成高達(dá)17℃，加熱運行也可連續(xù)進(jìn)行而無需除霜。
如高溫?zé)嵩礋峤粨Q器210A、210B中的熱量不足以把流入的室外空氣的溫度提高到足夠高，可使用輔助加熱裝置，例如供應(yīng)熱氣體的旁路或電熱器。
在上述各實施例中，選擇一鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)一三通閥240實現(xiàn)冷卻/加熱運行之間的轉(zhuǎn)換，但冷卻和加熱運行也可分別使用兩壓縮機(jī)構(gòu)作熱泵循環(huán)。
按照這一空調(diào)系統(tǒng)，在冷卻運行時，使用熱泵裝置中的第一低溫?zé)嵩礋峤粨Q器和第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器；在加熱運行時，使用熱泵裝置中的第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器和第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器。這一空調(diào)系統(tǒng)使用轉(zhuǎn)換器在冷卻與加熱運行之間來回轉(zhuǎn)換，無需使用變線調(diào)節(jié)器。
圖7為該空調(diào)系統(tǒng)第四實施例的示意圖。該空調(diào)系統(tǒng)包括由導(dǎo)管108B和125B連接的組件1A和1B。組件1A中裝有至少一個除濕輪103、第一低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210A、第一高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220A、第二低溫?zé)嵩礋峤粨Q器210B和第二高溫?zé)嵩礋峤粨Q器220B；組件1B中裝有焓熱交換器153。參見圖5，圖5中的通道107在圖7中由通道107A、107B構(gòu)成；圖5中的通道108在圖7中由通道108A、108B構(gòu)成；圖5中的通道124在圖7中由通道124A、124B構(gòu)成；圖5中的通道125在圖7中由通道125A、125B和125C構(gòu)成。組件1A、1B經(jīng)接頭處的接口308J、308K、325J和325K連接。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，上述空調(diào)系統(tǒng)可用一包括一現(xiàn)存焓熱交換器的組件1B與上述結(jié)構(gòu)的組件1A組合而成。這一方法通過利用現(xiàn)存空調(diào)結(jié)構(gòu)而可降低實施本空調(diào)系統(tǒng)的成本。這一空調(diào)系統(tǒng)的工作情況與第四實施例相同，不再贅述。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明空調(diào)裝置可用于普通家居，也可用于更大建筑物，如超市、辦公室或公用設(shè)施等等。
權(quán)利要求
1.一種空調(diào)裝置，包括把第一空間中的空氣引導(dǎo)到第二空間的第一空氣通道和把第二空間中的空氣引導(dǎo)到第一空間的第二空氣通道；一除濕裝置，該除濕裝置交替地與所述第一空氣通道和所述第二空氣通道連通，從而在所述第一空氣通道中進(jìn)行再生過程，而在所述第二空氣通道中進(jìn)行除濕過程；一熱泵裝置，該熱泵裝置包括一加熱流經(jīng)所述第一空氣通道的空氣的高溫?zé)嵩春鸵焕鋮s流經(jīng)所述第二空氣通道的空氣的低溫?zé)嵩?；以及一在所述第一與第二空氣通道中的空氣之間進(jìn)行焓熱交換的焓熱交換器；其中，在所述第一空氣通道中流動的空氣在所述焓熱交換器中與在所述第二空氣通道中的空氣交換焓，然后與所述高溫?zé)嵩唇佑|而被加熱，然后流入所述除濕裝置使所述除濕裝置脫濕、再生，然后流入所述第二空間；其中，在所述第二空氣通道中流動的空氣在所述焓熱交換器中與在所述第一空氣通道中的空氣交換焓，然后流經(jīng)所述除濕裝置除濕，然后與所述低溫?zé)嵩唇佑|而冷卻，然后流入所述第一空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述熱泵裝置包括一蒸汽壓縮型熱泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述熱泵裝置包括一吸收型熱泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征在于，在冷卻運行時，所述第一空間為室內(nèi)調(diào)節(jié)空間，所述第二空間為室外空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征在于，在加熱運行時，所述第一空間為室外空間，所述第二空間為室內(nèi)調(diào)節(jié)空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述熱泵裝置對一調(diào)節(jié)空間中的顯熱負(fù)荷進(jìn)行冷卻。
7.一種空調(diào)系統(tǒng)，包括處理室外空氣并把室外空氣引入室內(nèi)空間的第一空調(diào)裝置和處理顯熱負(fù)荷的第二空調(diào)裝置，其中所述第一空調(diào)裝置包括把第一空間中的空氣引導(dǎo)到第二空間的第一空氣通道和把第二空間中的空氣引導(dǎo)到第一空間的第二空氣通道；一除濕裝置，該除濕裝置交替地與所述第一空氣通道和所述第二空氣通道連通，從而在所述第一空氣通道中進(jìn)行再生過程，而在所述第二空氣通道中進(jìn)行除濕過程；一熱泵裝置，該熱泵裝置包括一加熱流經(jīng)所述第一空氣通道的空氣的高溫?zé)嵩春鸵焕鋮s流經(jīng)所述第二空氣通道的空氣的低溫?zé)嵩?；以及一在所述第一與第二空氣通道中的空氣之間進(jìn)行焓熱交換的焓熱交換器；其中，在所述第一空氣通道中流動的空氣在所述焓熱交換器中與在所述第二空氣通道中的空氣交換熱量，然后與所述高溫?zé)嵩唇佑|而被加熱，然后流入所述除濕裝置使所述除濕裝置脫濕、再生，然后流入所述第二空間；其中，在所述第二空氣通道中流動的空氣在所述焓熱交換器中與在所述第一空氣通道中的空氣交換焓，然后流經(jīng)所述除濕裝置除濕，然后與所述低溫?zé)嵩唇佑|而冷卻，然后流入第一所述空間。
8.一種空調(diào)裝置，包括把第一空間中的空氣引導(dǎo)到第二空間的第一空氣通道和把第二空間中的空氣引導(dǎo)到第一空間的第二空氣通道；一焓熱交換器，使得在所述第一空氣通道中流動的空氣與在所述第二空氣通道中流動的空氣交換焓；一熱泵裝置，包括加熱流過所述焓熱交換器后流入所述第一空氣通道或所述第二空氣通道之一的空氣的一高溫?zé)嵩春屠鋮s流過所述焓熱交換器后流過所述第一空氣通道或所述第二空氣通道中另一個通道的空氣的一低溫?zé)嵩?；以及一交替進(jìn)行吸濕和脫濕周期的除濕裝置，在脫濕時，它與接觸所述高溫?zé)嵩粗蟮目諝饨佑|，在吸濕時，它與接觸所述低溫?zé)嵩粗暗目諝饨佑|；其中，所述熱泵裝置有兩個可來回轉(zhuǎn)換的熱介質(zhì)路線，使得所述第一空氣通道和所述第二空氣通道之一與所述高溫?zé)嵩唇佑|。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述除濕裝置包括一可在一吸濕路線與一脫濕路線之間轉(zhuǎn)動的輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述第一空間為室內(nèi)調(diào)節(jié)空間，所述第二空間為室外空間。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述除濕裝置和所述熱泵裝置中的熱交換器裝在一組件中，而所述焓熱交換器裝在另一組件中。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述熱泵裝置包括一蒸汽壓縮型熱泵。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空調(diào)裝置，其特征在于，所述熱泵裝置包括一吸收型熱泵。
14.一種空調(diào)系統(tǒng)，包括處理室外空氣并把室外空氣引入室內(nèi)空間的第一空調(diào)裝置和處理顯熱負(fù)荷的第二空調(diào)裝置，其中所述第一空調(diào)裝置包括把第一空間中的空氣引導(dǎo)到第二空間的第一空氣通道和把第二空間中的空氣引導(dǎo)到第一空間的第二空氣通道；一焓熱交換器，使得在所述第一空氣通道中流動的空氣與在所述第二空氣通道中流動的空氣交換焓；一熱泵裝置，包括加熱流過所述焓熱交換器后流入所述第一空氣通道或所述第二空氣通道之一的空氣的一高溫?zé)嵩春屠鋮s流過所述焓熱交換器后流過所述第一空氣通道或所述第二空氣通道中另一個通道的空氣的一低溫?zé)嵩?；以及一交替進(jìn)行吸濕和脫濕周期的除濕裝置，在脫濕時，它與接觸所述高溫?zé)嵩粗蟮目諝饨佑|，在吸濕時，它與接觸所述低溫?zé)嵩粗暗目諝饨佑|；其中，所述熱泵裝置有兩個可來回轉(zhuǎn)換的熱介質(zhì)路線，使得所述第一空氣通道和所述第二空氣通道之一與所述高溫?zé)嵩唇佑|。
全文摘要
一種高效空調(diào)裝置和包括該裝置的空調(diào)系統(tǒng),該裝置包括引導(dǎo)第一空間中空氣到第二空間的第一空氣通道A和引導(dǎo)第二空間中空氣到第一空間的第二空氣通道B。一除濕裝置103交替與第一和第二通道連通,在第一通道中進(jìn)行再生,在第二通道中進(jìn)行除濕。一熱泵裝置200包括一加熱第一通道空氣的高溫?zé)嵩?20和一冷卻第二通道空氣的低溫?zé)嵩?10。一焓熱交換器153在第一與第二通道空氣之間進(jìn)行焓熱交換。該裝置阻止室外空氣中的顯熱和潛熱從而節(jié)能。
文檔編號F24F5/00GK1242069SQ9718102
公開日2000年1月19日 申請日期1997年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者前田健作 申請人:株式會社荏原制作所