CN109990390A - 节能高效的空调和换热的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了方法和装置以及计算机程序。该装置可包括换热器,其具有填充有冷媒的管圈，加湿器以增加空气湿度。当潮湿的空气流经换热器管圈热交换发生。加湿器为换热器提供了潮湿空气，从而提高了换热器的效率,和/或防止空气变得太干燥而失去效率。此外,加湿器排出的水蒸气可以吸收空气中的污染物,例如空气中的PM2.5微粒,以提供清洁的空调环境。该装置可以包括湿度传感器和/或湿度计。这些传感器和/或湿度计可以放置在一个或多个位置,以测量和/或监测这些地点的湿度。该控制器可用于控制设备的任何部分,该装置可作为家庭自动化系统的一部分,或用于工业/商用自动化系统。该仪器可进一步操作作为暖气系统。

Description

节能高效的空调和换热的方法和装置
技术领域
本发明描述的主题是空调、加湿和热交换。
背景技术
所有当前空调器以相似的原则运作生产冷空气。压缩机压缩制冷剂,如氟利昂,变成液体。当压缩制冷剂变成液体,液体制冷剂通过换热器和蒸发器管圈。当热风流过冷、低压蒸发器管圈外时,内部的制冷剂会吸收热量,因为它从液态状态转变为气态状态。蒸发器管圈达到露点前后或低于露点的温度。当热空气接触管圈时,冷凝发生，部分空气中的水分子凝结成水滴。随着空调继续运行,使空气降温,空气将失去越来越多的水分,并变得不那么潮湿。热交换效率取决于热交换系数。热交换系数和空气中的潮湿度有关，空气湿度越高它的热交换系数就越大。当空调持续运行，空气湿度就越低，空调的排热效率就会变得越来越低，耗能越来越大。
发明内容
在一个方面,提供一种装置。该装置可包括带有装着冷媒的管圈的热交换器,冷媒可以是某种制冷剂或氟利昂,以及加湿器,以增加空气湿度。在装置中,当湿润潮湿的空气流经热交换器管圈热交换发生。加湿器可以是超声波加湿器、蒸发加湿器、叶轮加湿器、空气加湿器、带纤维布的滴头和喷雾枪等.....。一个或多个加湿器可以放在空调单位内或外部的一个或多个位置,并可通过电线或无线连接到该装置。湿润空气使换热器具有更高的能效,使用较少的能量产生同样数量的冷空气。
根据一些实施例,在冷凝发生的时候,冷凝的水下落到接水的盘。接水盘可以连接到加湿器的水容器,以回收冷凝水,或接水盘本身可以作为水容器。它可以减少或消除排出所有冷凝水的需要,从而减少安装材料,简化空调装置的安装。
在另一个方面,装置可能包括湿度传感器和/或者湿度计。这些传感器和/或湿度计可以放置在一个或多个位置,以测量和/或监测这些地点的湿度。
在另一个方面,当水蒸汽进入空气,他们可以吸附脏物、尘土和例如PM2.5微粒的空气污染物，使区域变得较少被污染。
在另一个方面,装置可以包括一个或多个控制器。传感器可以是有线或无线连接到控制器。控制器可以控制加湿器或者装置的任意部分的运作。装置和/或控制器可以是家庭自动化系统的一部分，和/或工业/商业自动化系统的一部分。
在另一个方面,装置可以有存储器和计算机处理器和计算机软件。该装置可以执行机器学习和/或人工智能功能,并自学和执行设计的或自我优化的功能。
在另一个方面,装置可以被重新用作加热器，暖气等，提供高效率加热作用，这由它的不同的实施例和/或者组合提供。
附图说明
在图中,
图1描绘了根据一些实施例的一个空调器；
图2描绘了根据一些实施例的一个加湿器用超声波加湿器气化水的例子；
图3a描绘了根据一些实施例的加湿器使用滴水纤维布,以让空气潮湿的例子；
图3b描绘了根据一些实施例的又另一个加湿器使用雾枪注入水雾气到空气中的例子；
图4描绘了根据一些实施例的冷凝水被加湿器循环利用；
图5描绘了根据一些实施例的,又另一个加湿器放置在冷却压缩机的热分配器(室外排放热量的冷却器)的例子；
附图中的标签用于参照其它图里的同样或相似的部件。
具体实施方式
图1描绘了空调部件100,包括具有可能的空气过滤器110的进气口,具有许多长的蒸发器盘管120的换热器,带排水用的管子的接水盘130,压缩机140,连接换热器和压缩机之间的管子，冷风室和送冷空气到冷气区的风扇150。在一个实施例中,它还显示了一个加湿器160。
热空气流经入口110进入空调部件100并进一步通过热交换器120。热交换器由用于冷媒的管道连接到压缩机140,冷媒是例如氟利昂或某种类型的制冷剂。压缩机将制冷剂压缩成液体。液体制冷剂流向换热器与许多蒸发器管圈。蒸发器管圈内的压力较低。由于热风流经和与蒸发器管圈接触,当冷媒由液态变成气态，蒸发室的温度达到露点的时候，制冷剂吸收大量热量。
潮湿的空气是干燥空气(氮气、氧气、二氧化碳和惰性气体)和水蒸气的混合物。潮湿空气的密度是干燥空气和水蒸汽的密度的总和ρ＝ρi+ρh,此处ρi是干燥密度和ρh水蒸气的密度；空气的湿度是水蒸气和干空气的比值:x＝ρh/ρi。由于潮湿的空气流经换热器,干燥空气的流动保持不变,但空气湿度会改变。蒸发器管圈的温度达到露点或更低。当潮湿的空气接触管圈,冷凝结发生,空气中的一部分水蒸气变成凝结的水。
由经验和/或者通过实验,表明,当潮湿的热的空气流经热交换器和在接触蒸发器线管圈时,在空气中具有更高的水蒸气的比例时,更多热量被交换。当潮湿的热风进入换热器时,其湿度为X(z)。热交换器中有许多点可以发生冷凝。在交换器中间的某处,湿度变为X(h)。当它离开热交换器湿气成为X(a)。总湿度因而减少由X(z)-X(a)。由于这个过程,空气经过换热器后变得更加干燥和寒冷。随着空气变得干燥,它含有较少的水蒸气。从而降低了换热器的效率。即,随着能量量的升高,热空气的温度下降到温度较低的程度。通过增加潮湿度或湿度,或空气中水汽含量的比值,可以改善效率。
图2描绘了实施例。加湿器160包括水箱161(或水容器)。水容器161保存水,水可以预先填充,或可能来自接水盘130,其中水是从潮湿的空气冷凝由换热器掉到接水盘,或水箱可以连接到外部,以进行补充，和/或两样组合一起使用。如果水箱连接到接水盘,冷凝水可以回收。
加湿器160可以是一个带有金属片162的超声波加湿器，金属片162能震动在超声波频率。当金属片在如此高的频率下振动时,一旦水分子之间的键被打断，它会分解水箱的水成水颗粒，它们就变成了凉爽的水蒸气,然后作为一团细而无形的薄雾排放到空气中。水蒸气163混合到空气,以增加空气的湿度(或相对湿度)x＝ρh/ρi。湿度计或湿度传感器164可用于测量和监测湿润空气的湿度。
图1显示了一个实施例,其中加湿器160放置在进气口/空气过滤器110和换热器之间。在操作时,加湿器会向空气中发出一层细的隐形薄雾。空气湿度增加。然后将潮湿空气直接拉入换热器与换热器蒸发器管圈接触。空气中的部分水汽在管圈表面冷凝,凝结的水滴落到接水盘130。热湿空气中的热量被吸收,因为管圈内的制冷剂将其状态从液体转变为气态。通过在本例中增加进入的热空气的湿度,有效地提高了传热系数,从而有效地提高了换热器的效率,或者至少防止了空气变得太干而失去热量交换效率。随着换热器效率的提高,冷却空气以达到想要的温度的时间和能量减少。
冷凝水在接水盘被回收以填满加湿器的水箱。在实施例中,根据冷凝水的回收程度,可以减少或消除排水管道对冷凝水的排出需求。有了这个实施方案,它可能会导致进一步节省空调安装,因为它可能不需要连接排水到外面的排水管道。
图2的湿度传感器或湿度计放置在加湿器附近。传感器可以测量和监测加湿器附近的湿度。该测量可由控制器(没有显示在绘图中)使用以控制到理想的湿度水平,通过开关加湿器或控制加湿器的功率水平或其它组合。
湿气测量可以用许多方式和/或者用许多类型式湿度计完成。举一些例子，比如干和湿式湿度计,露点式湿度计,电子式湿度计。电子式湿度计,有时也可以称为湿度传感器。湿度传感器可以来自各种不同的形式和形状,在不同的原理下运作。电子式湿度计或湿度传感器大致可分为两类:一是采用电容传感原理,另一种采用电阻效应。传感器可以远程执行测量,或者通过有线连接和/或无线连接来发送返回测量,具体取决于应用。
对不同的目的，在哪里安放湿度传感器，或者在多个地方安置多个湿度传感器，可以有很多选择。另一个实施例是将传感器放置在恒温控制器器中(不显示在绘图中),通过打开和关闭空调装置来控制室温。因此,温控器可以设置为控制湿度以及温度到用户所期望的水平。然而,另一个实施例的示例中,湿度传感器可以放在用户指定的地方,传感器可以通过电线连接或无线连接连接回控制器。然后,控制器可以设置为使用传感器的测量以控制该指定点的湿度水平。存在很多变形和组合关于如何和在哪里放置湿度传感器或湿度计和/或用于不同的目的,和/或其组合。
传感器和/或者恒温器也可由控制器控制通过导线和/或者无线连接。该控制器不仅可以控制传感器和加湿器,而且可以控制整个空调机组。另外,控制器可以是家庭自动化系统控制或通过各种方法和/或机制控制的一部分。这也是可以的，系统的不同的部分结合在一起和或独立工作或作为一个系统工作。
可以有许多类型控制器。最简单的一个可能只是一个简单的特定阈触发的开关。也可能有非常复杂的,包括存储器,处理器和计算机程序,它可以执行机器学习和人工智能的功能。然后,可能有很多种在这两者之间之间。控制器还可以是家庭自动化系统的一部分,也可以是工业和商业自动化系统的一部分,或其中的任何组合。
可以有许多其他相似的加湿器的类型。另一个实施例的示例中,相似地,加湿器可以是一个蒸发加湿器。蒸发式加湿器仅包括三个主要部件:风扇、湿膜和水箱。蒸发式加湿器使用内部风扇将空气抽入。这空气将沿一个从水箱吸满水的湿膜经过。空气会吸收一些水分,然后将被排放回房间,以增加周围的湿度。然而,另一个实施例的示例中,加湿器可能是一个叶轮加湿器(凉雾加湿器)，其使用旋转圆盘扔水在一个扩散器,水被打成细滴漂浮到空气中。
图3a描述另一种形式的加湿器310，其包括水箱311,纤维布(或湿膜或类似的任何吸水性材料)312。水在吸水纤维布中挥发，水蒸气313是挥发的水分，其混合到空气中，增加了空气的湿度。通过湿度传感器或湿度计连接控制器(不显示在绘图中)可以监控和控制滴水速度。
图3b描绘了,又一类型加湿器320的另一个实施例，其包括水箱321,雾枪322。雾枪将水雾气注入空气中,以增加空气的湿度。在这个图中,一个实施例的示例中,加湿器放在风扇150之后。在风扇150后,雾枪中的水雾气被混合到空气中,并被吹入冷气区。
吹入冷气机区域的水雾汽将吸收污垢、尘土和空气中的任何其他PM2.5污染物微粒。由于冷气区的空气循环进入冷气机中,因此空气过滤器110可过滤掉部分空气污染物。此外,在冷凝过程中,当肮脏的空气流经换热器并接触蒸发器管圈时,一些污染物可以进一步和水汽一起因冷凝的发生进入冷凝水中。在这个实施例中,空气调节区的空气质量可以通过过滤和/或空气污染物吸收到冷凝水中来大大提高。
图4描绘了一接水盘130的例子。在实施例中,它可以包括水过滤器131。水过滤器可用于过滤水雾气吸收的空气污染物,其在肮脏的热气流经蒸发器管圈时在冷凝过程中冷凝到冷凝水中。过滤过的水是干净的。它可以通过连接接水盘的连接器132,回收到加湿器的水箱中。在一些实施例中,接水盘可用作加湿器的储存器。
当水雾气被释放入干燥空气时,它会吸收它的周围的热量。这将进一步减少冷却空气的能量,使空调设备更节能。
如显示在不同的实施例中,加湿器可以是不同的类型,例如超声波蒸发器,薄雾枪,或者只是简单的滴水纤维类湿膜,和/或组合。加湿器可放置在空调机组内外的不同位置,和/或组合。在某些实施例中,可以在多个位置使用多个加湿器。在某些实施例中,湿度计或多个式湿度计和/或湿度传感器可以放置在不同的位置,以测量和监测空气湿度。在某些实施例中,控制器(不显示在绘图)可用于控制空气湿度至所需水平。在某些实施例中,控制湿度可以用来平衡空调区域的换热器效率和舒适度。在某些实施例中,多个控制器可用于各种不同需求和目的。
在某些实施例中,控制器可以被编程用于收集湿度、温度数据和其他数据。它可以分析数据和执行自学习以达到优化的操作模式或其他所需的功能。还可以将其集成到家庭自动化系统中,以执行家庭自动化功能。它可以提供家庭环境控制。它也可能是商业环境自动化系统的一部分。
图5描绘了一个放在压缩机附近140的加湿器500。当空气变得非常干燥时,通过将制冷剂压缩到液态状态所产生的热量不能轻易地被风扇141吹走,除非通过增加风扇速度和/或其功率。这将导致更多的能量和更高的风扇噪音。该加湿器可用于提高压缩机周围空气的湿度,以吸收热量,降低温度,从而提高整体压缩机的效率。
虽然一些不同的例子在上面详细地被描述了,其他修改或增加是可能的。特别是,除了此处所列的内容之外,还可以提供进一步的功能和/或变化。此外,上面描述的示范实施例可以演变出各种组合和分支组合,可演变出进一步的功能。此外,随附的图和/或此处描述的例子，其逻辑流不需要特定的顺序或序列去以取得理想的结果。其他实施例可能属于权利要求的范围。
作为上述实施例描述的例子，重点在于作为空调的一部分是如何冷却空气。然而,本领域技术人员很容易理解,压缩机产生的热量也可以用来加热房间。在这种实施例中,空调机组可以有效地转化为加热器。用一些调整和变化的组合,加热器可以实现相同的能效,供给房间暖气。上述的同样或类似的效果也可以用在这个新的加热器设置。

Claims (21)

1.一种装置，包括:
具有用冷媒填充的管圈的换热器；
增加空气湿度的加湿器；
其中潮湿空气增加了换热器的能效。
2.如权利要求1所述的装置,其中加湿器是超声波加湿器,蒸发加湿器,叶轮加湿器,空气加湿器,带纤维布的滴头,和雾枪中的一个。
3.如权利要求1所述的装置,还包括湿度传感器或湿度计。
4.如权利要求3所述的装置,其中湿度传感器或湿度计放置在空调机组内部或外部,以测量和/或监测湿度。
5.如权利要求4所述的装置,其中可以有多个地点，放置多个湿度传感器。
6.如权利要求1所述的装置,进一步包括放置在空调器内部或者外部的多个位置的多个加湿器，和/或其组合。
7.如权利要求1所述的装置,进一步包括控制加湿器操作的控制器。
8.如权利要求3所述的装置,湿度传感器通过导线或无线方式连接到控制器。
9.如权利要求6所述的装置,其中控制器在设置控制加湿器操作时使用实测湿度和其他参数。
10.如权利要求7所述的装置,其中控制器可进行人工智能化,以优化操作或设定操作。
11.如权利要求1所述的装置,是家庭自动化系统的一部分或工业/商用自动化系统的一部分。
12.如权利要求1所述的装置,进一步还包括一个接水盘,用于从热湿空气的冷凝中保存水。
13.如权利要求12所述的装置,进一步包括水过滤器。
14.如权利要求1所述的装置,可设置作为加热器。
15.一种方法,包括:
通过加湿器增加空气湿度；
将潮湿的空气流进具有装有冷媒的管圈的空调装置的换热器中,
当潮湿的空气流经换热器和接触到管圈，凝结和换热发生,潮湿的空气会提高换热器的能效。
16.如权利要求15所述的方法,其中加湿器是超声波加湿器,蒸发加湿器,叶轮加湿器,空气加湿器,带纤维布的滴头,和雾枪中的一个。
17.如权利要求15所述的方法,进一步包括在空调机组内部或者外部放置的湿度传感器或湿度计来测量和/或监测空气湿度。
18.如权利要求17所述的方法,可以有多个地点放置多个湿度传感器。
19.如权利要求15所述的方法,进一步包括在空调机组内部或者外部的多个地点放置的多个加湿器，和/或其组合。
20.如权利要求15所述的方法,进一步包括用控制器去控制加湿器的操作。
21.如权利要求15所述的方法,其中通过导线或无线方式将控制器与湿度传感器连接,以接收传感器的测量和其他数据,和/或控制传感器。
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