CN1138679A - 空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有致冷热两种方式的空调装置，它采用一种在致冷致热过程中致冷剂流动都相同的压缩致冷系统，在致冷和致热的过程中空气分别通过蒸发器和冷凝器，这由风门结构的调整来确定。蒸发器位于冷凝器之上。所述装置在致热过程中可加速除去在蒸发器上所形成的霜并供给外部空气和从封闭空间排出内部空气。该装置的压缩机和送风机可以多种转速运行，并且结构紧凑因而所占空间较小。

Description

空调装置

本发明总的涉及空调领域。本发明尤其是涉及一种带有一空气源闭合回路的蒸气压缩致冷系统用于对一封闭空间既可制热又可制冷的装置。

空气源蒸气压缩致冷系统长期被用于对封闭空间进行制冷和制热。可以制热和制冷的这种系统通常叫热泵。热泵的工作原理已为大家熟悉。在一个空气源系统中，空气是用作系统蒸发器中的气化的制冷剂的热源，并且也是用作系统冷凝器中的冷凝的制冷剂的冷源。当需要使空间制冷时，空气从该空间被汲取并使之流经已被冷却的系统蒸发器，并然后返回到该空间中。当需要对空间制热时，空气从该空间被汲取，并使之流经已被加热的系统冷凝器，并且然后返回到该空间中。在一个空气源系统中，来自所述封闭空间外部的空气是制热的热源和制冷的冷源。

使一热泵在制冷和制热两种方式之间的转变可用两种方法之一实现。一种方法是使空气流动路线保持相同，而使通过内部和外部的热交换器的制冷剂的流动反向进行，以使它们根据一种方式改变交换功能，即在以制冷方式工作过程中的内部热交换器即蒸发器变成在以制热方式工作过程中的冷凝器，而外部的热交换器同样地改变功能。转变方式的另一种方法是改变空气的流动。在使用这种方法的一个系统中，对于制热和制冷，制冷剂的流动在两种方式中是相同的，因此一个热交换器用作蒸发器，而另一个用作冷凝器。空气流动路线在一种方式改变时转变，以使内部空气在按制冷方式的工作过程中流经蒸发器，而在按制热方式的工作过程中流经冷凝器，而外部空气流动同样地在两种热交换器之间转变。

对于使系统制冷剂流动反向进行方式转变存在某些缺点。首先，需要有一个流动反向阀。第二，必须有一个附加的膨胀装置或者必须要有能够在制冷剂流动的两个方向上产生制冷剂膨胀的另一种装置。第三，在一反向流动系统中的一个热交换器必须是可以既用作冷凝器又可用作蒸发器。这样一种热交换器的结构必然是对一种最佳的冷凝器和一种最佳的蒸发器这两种不同的设计的折衷方案。所有这些因素可引起用于这种可逆系统的成本的增加。此外，该流动反向阀在改变方式而变换位置时便可成为一噪声源。

在蒸气压缩热泵系统的已有技术中有许多例子，它们是通过改变空气流动来实现从制冷向制热的方式转变。在这些例子中有：于1934.1.2批准给克尔等人的美国专利1,942,296号，于1940.10.1批准给阿诺德等人的美国专利2,216,427号，8.18批准给安布罗斯的美国专利2,293,482号，1961.5.16批准给福尔瑟姆的美国专利2,984,087号，1969.6.3批准给拉夫等人的美国专利3,447,335号和1976.11.7批准给尤班克的美国专利3,995,46号。本发明在其调节风门的布置和作用方面与所有这些被引用的已有技术参考文献都不同。

在一建筑物中，安装一个制热和空调系统所需要的空间始终是需考虑的事情。设计者通常努力使这种系统尽可能的紧凑。系统所需的地面空间是特别重要的。这个地面空间问题在小的结构如住房拖车中是具有十分重要意义的。在一空气源空调系统中必须要有用于一个热交换器的一个外部空气源。在典型的居住用的“分离”式空调系统中，这是通过将冷凝器置放在室外的一个单独的外壳内实现的。这种安排特别是在如可移动房屋和住房拖车类似的结构中是有一定的缺点的。

在许多场所高温伴随着高湿度。当一空调系统在这些场所以制冷方式进行工作时，凝结物便在系统的蒸发器上形成。一种设计合理的系统必须具有用于处理这种凝结物的装置。在较冷的天气，当热泵以制热的方式工作时，霜就可能在蒸发器上形成，而有害地影响系统的性能。一种设计合理的系统就必须具有可对蒸发器除霜的装置。

本发明是一种可用于对一封闭空间进行致热和致冷的空调系统。该系统是用一种蒸气压缩热泵，在该热泵中致冷剂的流动对于致冷和致热的工作方式都是相同的。调节风门的一种排列方向确定空气从该空间流过装置的蒸发器部分(在按致冷方式的工作过程中)还是流过冷凝器部分(在按致热方式的工作过程中)。该同样的调节风门排列在从致冷工作方式向致热工作方式转变时重新改变外部空气从冷凝器部分向蒸发器部分的流动形式。该系统有两种除霜工作方式，在这两种除霜工作方式中蒸发器可被加热短时间以去除霜。一种被动的除霜方式是用在外部空气温度超过约5℃时。而一种主动除霜方式是用在外部空气低于那个温度(5℃)时。该系统还可有一种通风方式，按这种方式外部新鲜空气可以被供向封闭空间，并且空气可从该空间排出。

该系统本身整个地容置在单个外壳内，这样就不需要分离的外部装置。蒸发器和冷凝器是以一种“上下置放”的构形设置，从而使外壳的地面空间保持最小。这种外壳可以安装在一个结构的外壁上，以使它在结构内部少占或不占面积。

从设置在冷凝器之上的蒸发器排出的冷凝液通过其简单的重力流动而引向冷凝器。来自冷凝器的热量使冷凝液蒸发。在致冷方式运行中，蒸发的冷凝液通过流经该冷凝器的空气被带往外部。在除霜方式的运行中，在冷凝器上再蒸发的冷凝液被送入所用空间。加入到内部空气的湿气就提高了，通常比在冷天气时在被加热结构内所需要的相对湿度低的相对湿度。

系统的压缩机和送风机可具有这样一种型式，即它们可以在多种转速的情况下工作，包括在一转速范围内进行运行，可以使系统的工作效率提高。

这些附图构成说明书的一部分。在所有这些附图中，相同的标号代表同样的零件。

图1是本发明的空调装置的立体图，图中去掉了侧板和前板；

图2是本发明空调装置的另一实施例的一部分的侧视图；

图3A至3E是在按不同运行方式工作时空气流过本发明的空调装置的一些简图。

图1显示本发明的装置10。在该图中，前板和侧板未图示出以使内部的构件可看见。整个装置容置在单个外壳11内。该外壳11具有三个部分，即上部或蒸发器部分12、下部或冷凝器部分13和中部或送风机部分14。

安装在上部12内的是蒸发器21和上风门26。来自被空调空间的空气可通过上内侧的空气进口24进入上部12中。来自被空调的空间的外部的空气可通过上外侧的空气进口25进入该上部12中。调级风门26是一两位的风门。在第一位置(位置1)上，风门26允许空气流过空气进口24，而阻止空气流过空气进口25。在第二位置(位置2)上，风门26允许空气流过空气进口25，而阻止空气流过空气进口24。

安装在下部13内的是冷凝器31和下风门36。来自被空调空间的空气可以通过下内侧空气进口34进入下部13。来自被空调空间的外部的空气可以通过下外侧的空气进口35进入下部13。调节风门36是一两位的风门。在第一位置(位置1)上，风门36允许空气流过空气进口35，并阻止空气流过进口34。在第二位置(位置2)上，风门26允许空气流经空气进口34，并阻止空气流过空气进口35。还安装在低部13上的是压缩机51、收集器52和控制组件53。

安装在中部14内的是第一送风机41、第二送风机42和中间风门46。送风机41通过内侧空气进口44将空气从外壳10排向被空调的空间。送风机42通过外侧空气出口45将空气从外壳10排向外部。调节风门46是一三位的风门。在第一位置(位置1)上，第一送风机41把空气从上部12抽出，并通过空气出口44将它排出，以及送风机42把空气从下部13抽出，并通过空气出口45把它排出。在第二位置(位置2)上，送风机41将空气从下部13抽出，并通过空气出口35将它排出，以及送风机42把空气从上部12抽出，并通过空气出口44将它排出。在第三位置(位置3)上，送风机41可将空气从上部12和下部13都抽出，并把空气排向空气出口44。

中间风门46在它处于位置1和2(见上面)时可阻止空气在上部12和下部13之间流动。主动除霜通风管61不管风门46处在什么位置都提供了上部12和下部13之间的空气流道。主动除霜通风管的风门62设置在主动除霜通风管61内。该主动除霜通风管的风门62是一两位的风门。在第一位置(关闭上，它阻止空气流经主动除霜通风管61。在第二位置(开启)上，它允许空气流过主动除霜通风管。

吸气管路32为致冷剂提供了在蒸发器21和收集器52之间的流道。排气管路37为致冷剂提供了在压缩机51和冷凝器31之间的通道。液体管路33为致冷剂提供了在冷凝器31和膨胀装置22之间的通道。膨胀装置22连接于蒸发器21，而收集器52连接于压缩机51。因此就存在一个从压缩机51的排气口至冷凝器31、至膨胀装置22、至蒸发器21、至收集器52、再至压缩机51的吸气口的致冷剂的闭合流动环路，所有这些组成件的结构在已有技术中已为大家熟悉。

冷凝液排放系统23收集从蒸发器21排出的冷凝液，通过其自重流动将冷凝液从上部12传送到下部13，并将冷凝液散布到冷凝器31上。

图2显示中间部分14的另一结构。在该种结构中，第一和第二送风机41和42不是安装在同一水平面上，而是一个置于另个之上，并与之偏置。按这种方式，外壳10就可以比如果中间部分的结构如图1所示那样的要薄些。

本发明的这种系统可以以多种不同方式工作。图3A至图3E示意地显示出在以各种不同方式运行时空气流过外壳11的情况。为清晰起见，这些图将主动除霜通风管61示为从外壳11的一个壁向外伸出。该结构是可以的，但不是必要，或合乎要求的。

图3A显示该系统正以致冷方式运行。压缩机51和两个送风机41和42在工作，调节风门26、36和46处在其各自位置1上，以及风门61关闭。送风机41通过空气进口24、蒸发器21将空气从被致冷的空间抽进上部12，并通过空气出口44将空气返回到该空间。送风机42通过空气进口35、冷凝器31使空气从外部流入下部13内，并通过空气出口45使空气返回外部。在此方式中，蒸发器21致冷内部空气而外部空气冷却冷凝器31。

图3B显示该系统正以致热方式运行。压缩机51和两个送风机41和42在工作，上、下和中风门26、36和46处在它们各自位置2上，并且主动除霜通风管的风门62关闭。送风机42通过空气进口25、蒸发器21将空气从外部抽入上部12中，并且通过空气出口45使空气返回到外部。送风机41通过空气进口34、冷凝器31将空气从被致热的空间抽入下部13，并通过内侧空气出口44使空气返回该空间。在这种方式中，冷凝器致热内部空气，而外部空气加热蒸发器21。

图3C显示系统以被动除霜方式运行。压缩机51不工作，送风机41工作，送风机42不工作，上风门26处在其位置1上，下风门36处在其位置2上，中间风门46处在其位置3上，而主动除霜通风管的风门关闭。送风机41通过空气进口24、蒸发器21将空气从该空间抽进上部12中，并通过空气出口44使空气返回该空间。送风机41还通过空气进口34、冷凝器31将空气从被致热的空间抽入下部13，并通过内侧空气出口44使空气返回到该空间。在这种方式中，被加热的内部空气溶化可能已在蒸发器21上形成的霜。以这种方式的运行可以在外部空气温度高于约5℃的适当时间对蒸发器除霜。

图3D显示系统正以主动除霜方式工作。压缩机51在工作，两个送风机41和42正在工作，上风门26处在其位置1上，下风门36处在其位置2上，中间风门46处在其位置1上，而主动除霜通风管61开启。送风机41通过空气进口24、蒸发器21将空气从被致热的空间抽入上部12，并通过空气出口44返回到该空间。送风机42通过空气进口34、冷凝器31将空气从被致热的空间抽入下部13中，然后通过主动除霜通风管61将空气抽入上部12中。以这种方式工作，被冷凝器31加热过的空气帮助加热内部空气以溶化任何可能已在蒸发器21上形成的霜。以这种方式运行可以在外部空气温度低于约5℃的合适时候对蒸发器去除霜。

图3E显示系统正以通风方式运行。压缩机51不工作，两个送风机41和42工作，上调节风门处在其位置1，下调节风门36处在其位置2，中间调节风门46处在其位置2，而主动除霜通风管的风门关闭。送风机42通过内侧空气进口24、蒸发器21，将空气从被通风的空间抽入上部12中，并通过空气出口45将空气排向外部。送风机41通过空气进口35、冷凝器31将空气从外部抽入下部13，并通过空气出口44将空气供向该空间。在这种方式中，送风机42将空气从封闭空间排向外部而送风机41将外部空气供向该封闭空间。

控制组件53含有响应于储存程序对调节风门定位(通过机电式驱动器)、或启动或不启动及停止压缩机和送风机的必需的电控制，从温度自动调节器及可能的别的一些传感器和使用者设定输入信号。该控制组件还可以具有在多种压缩机和送风机运行速度情况下操作该系统(包括在一转速范围对系统操作的能力)所必需的控制和程序。

按本发明所揭示方案制造并具有约10至11千瓦的致冷和致热能力的一种空调装置可以装配进尺寸约为60厘米宽、30厘米深和1.8米高的单个外壳内。这样尺寸的一种外壳可较容易地通过最通用的结构的一个外壁予以安装。因此本发明的装置可以在一单个紧凑的外壳内对一个空间提供致冷和致热两种工作方式。如果该装置的压缩机和送风机具有多种转速运行的能力，则可以实现节能和降低噪声。

Claims (6)

1.一种用于封闭空间的空调装置(10)，其特征在于，它包括：

一个空气源蒸气压缩致冷系统，它带有一压缩机(51)、一冷凝器(31)、一膨胀装置(22)和一蒸发器(21)，它们都互相连接在一个致冷剂流动的闭合环路中；

一个装置外壳(11)，它具有：

一上部(12)，它包含所述的蒸发器并还设有：与所述蒸发器的空气流动关系是处于其上游的一个上部内侧空气进口(24)，与所述蒸发器的空气流动关系是处于其下游的一个上部外侧的空气进口(25)和贴近并控制通过所述上内侧空气进口和所述上外侧空气出口的空气流动的一个上风门(26)，所述上风门(26)具有一个第一位置和一个第二位置，在所述第一位置上所述上风门使空气流动只通过所述上风侧空气进口，而在所述第二位置上，所述上内门使空气流过只通过所述上外侧空气进口；

一个下部(13)，它包括所述冷凝器并设有：与所述冷凝器的空气流动关系是处在其上游的一个下内侧空气进口(34)，与所述冷凝器的空气流动关系是处在其下游的一个下外侧空气进口(35)和一个贴近并控制通过所述下内侧空气进口和下外侧空气进口的空气流动的下风门(36)，所述下风门具有一第一位置和第二位置，在所述第一位置上所述下风门使空气流动只通过所述下外侧空气进口，而在所述第二位置上，所述下风门使空气流动只通过所述下内侧空气进口；以及

一中部(14)，它包含：一用于将经调节的空气供向所述空间的第一空气出口(44)、一用于将空气排向所述外部的第二空气出口(45)、与所述第一空气出口的空气流动关系是处在其上游的一第一送风机(41)、与所述第二空气出口的空气流动关系是处在其上游的一第二送风机(42)以及一中间风门(46)，所述中间风门(46)具有一第一位置、一第二位置和一第三位置，在所述第一位置上，所述中间风门使所述第一送风机将空气从所述上部送向所述第一空气出口，而使所述第二风机将空气从所述下部送向所述第二空气出口；在所述第二位置上，所述中间风门使所述第一送风机将空气从所述下部送向所述第一空气出口，而使所述第二送风机将空气从所述上部送向所述第二空气出口，以及在所述第三位置上所述中间风门使所述第一送风机产生从所述上、下部向所述第一空气出口的空气流动；和

用于控制所述装置以下例的每一种运行方式工作的装置(53)：一种致冷方式，在此方式，所述上、下和中间的风门处在它们各自的所述第一位置上和一种致热方式，在此方式，所述上、下和中间风门处在它们各自的所述第二位置上。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于使所述装置以被动除霜方式运行的机构，在所述被动除霜方式中，所述上风门是处在其所述第一位置上，所述下风门是处在其所述第二位置上以及所述中间风门是处在其所述第三位置上。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括：从所述下部向所述上部延伸的一除霜空气通风管(61)和一在所述除霜空气通风管内的除霜空气通风管的调节风门(62)，所述除霜空气通风管的调节风门具有一第一位置和一第二位置，在所述第一位置上，所述除霜空气通风管防止空气流经所述除霜空气通风管，而在所述第二位置上所述除霜空气通风管使空气流经所述除霜空气通风管；并且所述控制装置还包括用于使所述装置以主动除霜方式运行的机构，在所述主动除霜方式中，所述上风门和所述下风门处在它们各自的所述第一位置上，所述中间风门处在其所述第一位置上以及所述主动除霜通风管处在其所述第二位置上。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于使所述装置以通风方式运行的机构，在这种通风方式中，所述上风门和所述下风门是处在它们的各自所述的第一位置上以及所述中间风门是处在其所述的第二位置上。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的控制装置还包括用于使所述压缩机以多种转速运行的装置。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括一排放装置(23)，它用于收集从在所述上部的蒸发器排出的冷凝液、引导冷凝液通过所述中部，再将冷凝液供向在所述下部内的冷凝器，并散布在所述冷凝器之上。

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