去湿空调设备 本发明涉及使用一热泵装置进行干燥剂再生和作业空气的冷却的去湿空调设备。
去湿空调设备是公知的，例如可见美国专利No.2,700,537。该专利公开了一种需要使用电热器或锅炉之类、温度范围为100-150℃、用于干燥剂(吸湿剂)再生的热源的去湿空调设备。近年研制出可在60-80℃较低温度下再生干燥剂从而可使用较低工作温度的热源。
图6简示出这类改进的去湿空调设备的一个典型例子，图7为示出该设备的工作情况的湿度图。在图6中，标号101表示一空调空间；102表示一鼓风机；103表示一干燥轮；104表示一显热交换器；105表示一加湿器；106表示该加湿器的供水管；106-111表示空调气流的空气管道；130表示再生空气的鼓风机；120表示热水与再生空气之间的热交换器(热水热交换器)；121表示一显热交换器；122、123表示热水管道；124-129表示再生空气的空气管道。在图6中，带圆圈的字母K-V表示空气在图7所示各点处的热力状态，SA表示供应空气，RA表示回流空气，OA表示外部空气，EX表示废气。
在上述去湿空调设备中，回流空气(作业空气)流过干燥轮103经吸湿过程去湿后与再生空气热交换而冷却后送到空调空间。同时，用作再生空气的外部空气由一外部热源(未示出)的传热介质加热后送到干燥轮103再生干燥轮103。再生空气排出到外部环境中。反复进行上述过程而冷却空调空间。
上述设备的替代方案之一把空调房间的废气用作再生空气而引入外部空气用作作业空气。
这类空调设备的能效率由用图7所示焓差ΔQ(表示冷却效果)除以再生热量ΔH所得性能系数(COP＝ΔQ/ΔH)的值给出。在现有去湿空调设备中，尽管加热再生空气所需热水地温度较之原先设备有所下降，但COP值仍比使用双效果吸收式冷动机之类其他热驱动再生装置进行环境空气的冷却和去湿的空调设备低。其原因在于，尽管它基于一锅炉的高温热源，但该系统在低于100℃的温度下只使用一个单位中的不到一个单位的高质量能(放热)。
解决上述问题的办法之一是使用图8所示空调设备，其中一吸收热泵200取代锅炉用作热源。从吸收器1和冷凝器4回收的热量经传热介质管道123、42、43、122送到加热器120，而在蒸发器3生成的冷却效果经制冷剂管道118、53、117引入作业空气管道中的一冷却器115。按照该空调设备，除了吸收热泵200的冷却效果(Δq)外还有由作业空气与再生空气之间进行显热交换造成的冷却效果(ΔQ-Δq)，从而该设备比图6所示空调设备结构更紧凑，能效率更高。
但在上述空调设备中，当在吸收热泵中使用所谓的单效果型吸热制冷循环且使用溴化锂-水工作流体系统时，若吸收温度设为适合于该去湿空调设备的一热源的60-80℃而蒸发温度设为适合于作业空气的冷却温度的10-15℃，则与这类液体温度和蒸发压力条件相配的吸收流体的热力状态超过结晶限度从而由于结晶而无法工作。此外，由于冷凝温度提高到60-80℃，因此经冷凝的制冷剂的温度与蒸发温度(10-15℃)之间的差从而其间的焓差增加。从而，冷却效果由于制冷剂在送入蒸发器中时自蒸发而较之冷凝温度约为40℃的普通吸收式冷动机大大下降，因此该热泵的COP下降。
因此本发明的一个目的是提供一种工作稳定、能效率高的去湿空调设备。
按照本发明，一去湿空调设备包括：一供作业空气流动而经一干燥剂去湿后送到一空调空间的作业空气管道；一供再生空气流动而除去干燥剂的湿气的再生空气管道；以及一为作业空气提供冷却热源、为再生空气提供加热热源的吸收热泵装置，该吸收热泵装置包括一蒸发器、一吸收器、一蒸汽发生器、一冷凝器以及在其间形成吸收制冷循环的流体管道，其中，该吸收热泵装置在制冷剂管道中在冷凝器与蒸发器之间有一热交换器，从而通过与一传热介质进行热交换而冷却在制冷剂管道中流动的制冷剂。按照本发明，由于制冷剂在从冷凝器流到蒸发器时由该热交换器冷却，因此由于制冷剂在流入蒸发器中时的自蒸发所造成的冷却效果的损耗部分减小，从而冷却效果提高。因此整个设备的冷却效果提高从而能效率提高。
按照本发明的另一方面，传热介质与再生空气管道中的再生空气进行热交换而加热再生空气。按照本发明的这一方面，传热介质以其最低温度供应给该热交换器，制冷剂的冷却效率提高，从而进一步减小制冷剂在流入蒸发器中时由自蒸发造成的冷却效果的损耗。此外，制冷剂本身中的热量可回收而用来加热再生空气，从而进一步提高冷却效率而提高能效率。
图1简示出本发明去湿空调设备第一实施例；
图2为示出第一实施例的去湿空调设备的工作周期的杜林线图；
图3简示出本发明去湿空调设备第二实施例；
图4简示出本发明去湿空调设备第三实施例；
图5简示出本发明去湿空调设备第四实施例；
图6简示出现有去湿空调设备；
图7为图6所示去湿空调设备的湿度图；
图8简示出一假想的去湿空调设备；
图9为图8所示现有去湿空调设备的湿度图。
下面详述本发明各优选实施例。在本说明书中相同部件用同一标号表示。
下面结合图1-3说明第一优选实施例。图1简示出本发明去湿空调设备的基本结构。该设备的热泵装置部分包括形成吸收制冷周期的一循环单元，包括一蒸发器3、一吸收器1、一蒸汽发生器2、一冷凝器4和一热交换器5。该热泵装置部分还包括：制冷剂管道中位于冷凝器4与蒸发器3之间、用来冷却制冷剂的热交换器7；以及供热水从该去湿空调设备的一加热器120经一泵150、热交换器7、吸收器1和冷凝器4流回该加热器120的传热介质(热水)管道。
图1所示去湿空调设备的空调部分的结构与图8相同。作业空气管道A的构成如下：空调空间101经管道107通到鼓风机102的进口；鼓风机102的出口经管道108通到干燥轮103；从干燥轮103排出的作业空气经管道109通到与再生空气有热交换关系的显热交换器104；从热交换器104输出的作业空气经管道110进入冷水热交换器(冷却器)115；从冷却器115输出的作业空气经管道119流入加湿器105；从加湿器105输出的作业空气经管道111流入空调空间101而完成作业空气的作业循环。
同时，再生空气管道B的构成如下：外部空间经管道124通到鼓风机130的进口；鼓风机130的出口通到可与作业空气进行热交换的显热交换器104；从显热交换器104输出的再生空气经管道125流入另一热交换器121的低温边的进口；显热交换器121的低温边的出口经管道126通到热水热交换器120；热水热交换器120的出口经管道127通到干燥轮103的再生空气的进口；从干燥轮103输出的再生空气经管道128流入显热交换器121的高温边的进口；显热交换器121的高温边的出口经管道129通到外部空间；从而完成引入和排出该外部空气的再生周期。
加热器120的热水进口经管道122通到吸收热泵200的冷凝器4的出口。加热器120的热水出口经管道123和热水泵150通到吸收热泵200的热水管道中的热交换器7的进口。
冷却器115的冷水进口经管道117通到吸收热泵的冷水管道中的蒸发器3的出口，而冷却器115的冷水出口经管道118和泵160通到吸收热泵的冷水管道中的蒸发器3的进口。在图1中，带圆圈的字母K-V表示空气的与图9相应点的热力状态，RA表示回流空气，OA表示外部空气，EX表示废气。
下面结合图2的杜林线图说明该去湿空调设备的吸收热泵部分200的吸收周期。适用于该吸收热泵的吸收流体之一可见美国专利No.4,614,605和“使用含水三元氢氧化物工作流体的吸收热泵水加热器(Int.J.R efrig，1991 Vol 14，May，p-157)”，该工作流体在蒸发温度为10-15℃、其吸收温度高达60-90℃的周期中不结晶。在该现有技术中，工作流体系统由一水溶液组成，该水溶液含有用作吸热剂的氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯以及用作制冷剂的水。选用这种工作流体可使制冷周期的工作稳定。
该吸收流体由一外部热源(未示出)经传热管32在蒸汽发生器2中加热到160-165℃生成制冷蒸汽(状态c)、经热交换器5冷凝后送到吸收器1(状态d)。该吸收流体在吸收器1中吸热蒸发器3中在10-15℃下蒸发的制冷剂蒸汽、稀释(状态a)后用泵6经该热交换器泵回发生器2(状态b)。由于在该吸收过程中生成的67-75℃的吸收热量在吸收器1中生成，因此可经传热管31把吸收流体中的吸收热量传给热水之类的传热介质。在发生器2中生成的制冷剂蒸汽流入冷凝器4中冷凝(状态f)。在冷凝器4中制冷剂蒸汽冷凝过程中生成的冷凝热经传热管34传给热水。冷凝的制冷剂送到热交换器7和一节流孔8后流入蒸发器3蒸发。在蒸发器3中，10-15℃的蒸发热由传热管33中的冷水提供。在热交换器7中，75-85℃的冷凝制冷剂由50-60℃的热水冷却(状态g)从而冷凝制冷剂的显热返回给热水。由于制冷剂在蒸发器3进口处的焓减小，因此由流入蒸发器3的制冷剂的自蒸发造成的冷却效果的损耗降低，从而冷却效果提高。此外，该热泵本身的COP值提高，因为为加热热水所需的该热泵的输入热量即输入给发生器2的热量减小。
由于传热介质(热水)从吸收器1的传热管31流到冷凝器4的传热管34，因此吸收流体温度变得低于制冷剂冷凝温度，吸收流体的浓度变得比传热介质反向流动时低。如下所述，空气与热水之间的热交换是该去湿空调设备的空气的显热交换过程，而空气的比热比水小得多，因此水的温度容易发生变化。因此，如上所述布置传热介质管道可减小造成热水的很大温差所需的热水流率，从而减小输送传热介质所需驱动力。
下面说明组合使用上述吸热泵装置与去湿空调部分的该空调设备的工作情况。从图1可见，回流空气(作业空气)从空调空间101经管道107抽入鼓风机102加压后该加压空气经管道108送到干燥轮103由干燥轮103中的吸湿剂除去作业空气中的湿气从而作业空气的湿度比下降。吸湿过程中放出的热量提高了作业空气的温度。湿度降低、温度升高的作业空气经管道109送到显热交换器104与外部空气(再生空气)进行热交换而冷却。该冷却空气经管道110送到冷却器115进一步冷却。该冷却空气送到加湿器105用水喷或蒸发加湿进行等熵冷却后经管道111供应给空调空间101。
在上述过程中干燥材料的湿度提高而需要再生。在该实施例中，为再生干燥轮而如下所述把外部空气用作再生空气。外部空气(OA)经管道124抽入鼓风机130加压后送到显热交换器104冷却作业空气。温度提高的再生空气经管道125送到下一个显热交换器121与高温废再生空气进行热交换而温度进一步提高后经管道126流入加热器120。此时再生空气的温度由热水提高到60-80℃而其相对湿度减小。这一过程是显热交换过程，而空气的比热远大于水的比热而造成很大温差。因此，即使热水流率减小而造成很大温差也可高效进行该热交换，从而可减小热水的驱动力。从加热器120输出的相对湿度下降的再生空气送到干燥轮除湿而再生干燥轮。流过干燥轮103后再生空气经管道128流入显热交换器121预热再生空气后作为废气经管道129排到外部。
下面结合图9说明这一过程。空调空间101的有待处理的空气(作业空气：状态K)经管道107抽入鼓风机102加压后经管道108送到干燥轮103。作业空气的湿度比因其湿气被干燥轮103中的吸湿剂吸收而下降而其温度因吸收吸湿的热量而升高(状态L)。其湿度下降、温度升高的作业空气经管道109送到显热交换器104与外部空气(再生空气)进行热交换而温度降低(状态M)。该冷却空气经管道110送到冷却器115进一步冷却(状态N)。该冷却空气经管道119送到加湿器105用水喷或蒸发加湿进行等熵降温(状态P)后经管道111供应给空调空间101。在上述过程中，在回流空气(状态K)与供应空气(状态P)之间所生成的焓差ΔQ用来冷却空调空间101。按照图1实施例，由于制冷剂在蒸发器进口的焓减小而热泵的制冷效果提高，因此焓差(Δq)比图8的现有技术大从而表示制冷效果的焓差ΔQ提高。
干燥剂的再生步骤如下。用于再生的外部空气(0A：状态Q)经管道124抽入鼓风机130加压后送到显热交换器104冷却作业空气同时其温度升高(状态R)，然后经管道125流入下一个显热交换器121与高温废再生空气进行热交换而温度进一步提高(状态S)。从热交换器121流出的再生空气经管道126流入加热器120从而其温度提高到60-80℃而其相对湿度减小(状态T)。相对湿度下降的再生空气流过干燥轮103除湿(状态U)。流过干燥轮103的废气经管道128流入显热交换器121预热从显热交换器104流出的再生空气从而其温度下降(状态V)。废气经管道129排到外部。上述两作业周期即一方面干燥剂的再生、另一方面作业空气的去湿和冷却反复进行而形成空调空间的去湿空调。把空调房间的废气用作再生空气是公知的，在本发明中，也可把空调房间的废气用作再生空气而获得相同结果。在该实施例中，传热介质引入热交换器7中与制冷剂进行热交换。但该热量可发散到外部空间而降低制冷剂的焓。
按照本发明第一实施例，由于该热交换在从冷凝器到蒸发器的制冷剂管道中进行，因此由制冷剂的自蒸发造成的冷却效率的损耗降低，从而提高了制冷效果。此外，冷凝制冷剂中的热量、吸收热量和冷凝热量可用作加热再生空气的热源。因此，由于冷却性能提高以及热泵的COP值提高，从而整个空调设备的能效率提高。
下面结合图3说明本发明第二实施例。按照本发明第二实施例，从冷凝器4到蒸发器3的制冷剂管道中设置一用来冷却制冷剂的热交换器7，从而加热器120的热水流过泵150、热交换器7、冷凝器4和吸收器1后流回加热器120。按照该实施例，与第一实施例一样，处于其最低温度的传热介质首先送到热交换器7与制冷剂进行热交换而冷却制冷剂，然后送到吸收器1和冷凝器4被加热。因此，制冷剂的冷却效率提高，由制冷剂在流入蒸发器时的自蒸发造成的冷却效率的损耗降低。因此整个设备的冷却效果提高。此外，制冷剂中的能量可回收而用来加热再生空气，从而进一步提高冷却效果和能效率。在该实施例中，当传热介质从冷凝器4的传热管34流到吸收器1的传热管31时，吸收液体的温度变得比制冷剂冷凝温度高，从而吸收流体中的制冷剂浓度比传热介质反向流动时高。但是，实际工作时不会有问题，因为制冷剂浓度提高不会造成结晶。而且，由于冷凝器4与热交换器7经制冷剂管道和热水管道连通，因此冷凝器4与热交换器7可制成一体而降低成本。由于其吸收热泵和去湿空调装置的工作情况与第一实施例大致相同，因此不再赘述。
下面结合图4说明第三优选实施例。按照第三实施例，用来冷却制冷剂的热交换器7设置在从吸热泵200的冷凝器4到蒸发器1的制冷剂管道中。在该实施例中，再生空气从再生空气管道B的鼓风机130下游、显热交换器104的上游处分流从而一部分再生空气经分支管道151引入热交换器7，而经热交换的空气经分支管道152流回主管道125。按照该实施例，制冷剂由从外部引入的处于其最低温度的新鲜再生空气冷却从而提高制冷剂的冷却效果，从而减小由制冷剂在流入蒸发器3时的自蒸发造成的冷却效率的损耗。因此整个空调设备的冷却效果提高。此外，由于制冷剂本身中的热量可回收而用来加热再生空气，因此制冷效率进一步提高从而能效率提高。由于其吸收热泵和去湿空调装置的工作情况与第一实施例大致相同，因此不再赘述。在该实施例中，可使用可与再生空气进行热交换的水之类中间传热介质而不是直接使用再生空气冷却热交换器7中的制冷剂。
下面结合图5说明第四优选实施例。按照该实施例，用来冷却制冷剂的热交换器7也设置在吸热泵200的从冷凝器4到蒸发器3的制冷剂管道中。在该实施例中，用一传热管道21把从吸收器1流出的吸收流体引到热交换器7中与从冷凝器4流到蒸发器3的制冷剂进行热交换，热交换后的该吸收流体然后引到热交换器5和发生器2。按照该实施例，由于处于其最低温度的吸收流体被引到热交换器7冷却制冷剂，因此制冷剂的冷却效率提高，由制冷剂在流入蒸发器3时的自蒸发造成的冷却效率的损耗减小。因此整个设备的冷却效果提高。此外，由于经冷凝的制冷剂的热量回收到吸收流体中，因此热泵用来加热热水所需的热量输入即发生器2的热量输入减小，从而该热泵的COP值以及能效率提高。由于其吸收热泵和去湿空调装置的工作情况与第一实施例大致相同，因此不再赘述。
尽管以上为了理解本发明说明了各实施例，但不应看成对本发明的范围有所限制。