CN1166897C - 去湿空调装置 - Google Patents

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Abstract

一种去湿空调装置，包括分别设置在作业空气管道和再生空气管道中的两干燥件，使用一热泵装置的低温和高温热源大大提高冷却效率。在一管道中干燥剂进行去湿而吸收作业空气中的湿气的同时另一管道中的再生空气除去干燥剂的湿气。这种布置的累加效果可使冷却效果超过热泵装置的冷却能力，从而大大提高空调装置的热效率。

Description

去湿空调装置
技术领域
本发明一般涉及空调机，特别涉及因用至少两台干燥机交替处理作业空气而具有连续处理空气能力的空调装置。
背景技术
图7例示出美国专利4,430,864所公开的现有去湿空调装置。该装置包括：一作业空气管道A；一再生空气管道B；两干燥床103A、103B以及一用于干燥剂再生和作业空气的冷却的热泵装置200。该热泵装置200把埋置在两干燥床103A和103B中的热交换器用作高温热源和低温热源。在每一热介质管道中，相对设置有膨胀阀240A、240B和分别与膨胀阀240A、240B并联的单向阀241A、241B，压缩机230的压缩方向可由一四通阀250转换。
在上述技术中，可结合图8所示湿度图说明冷却和去湿过程。作业空气(状态K)由一鼓风机102经一管道110抽入而升压后经管道111和四通阀105和管道112A送到一干燥床103A，在此因吸热作用作业空气中的湿气被吸收从而其湿度比下降，温度升高。由于干燥床103A由热泵200通过热交换器220冷却，因此吸收的热量被吸收从而作业空气的温度升高得不多，在饱和(状态L)后，作业空气沿着等相对湿度线去湿。去湿而保持一定温度的作业空气(状态N)经管道113A、四通阀106、管道114送到空调空间。从而从空调空间返回的空气(状态K)与被冷却空气(状态N)之间产生的焓差DQ用来冷却空调空间。
干燥剂的再生过程如下。再生空气(状态Q)从管道120抽入鼓风机140升压后经管道121、122、四通阀106和管道113B送到另一个干燥床103B。干燥床103B由热泵200通过热交换器210加热，从而其温度升高，相对湿度下降(状态R)。相对湿度下降的再生空气然后经过干燥床103B而除去干燥材料中的湿气(状态T)。流过干燥床103B的再生空气然后流过管道112B、四通阀105和管道124排出到外部环境中。
当该空调过程进行一段时间而干燥剂中的湿气含量高于一定值时，转换四通阀而使干燥剂和热泵的冷却/加热的空气流路互换。因此，该操作变成用再生的干燥剂继续空调过程，同时再生另一干燥剂。因此可看到，吸热和再生过程在一成批式处理装置中进行。
在上述技术中，热泵的低温热源与吸热干燥剂的热交换设置在一干燥床中，而热泵的高温热源与再生一边的干燥剂的热交换设置在另一干燥床中。因此，冷却效果由热泵(制冷装置)上的直接热载荷提供，因此不可能充分发挥用作制冷装置的热泵的冷却能力。因此，这种结构发挥不出这种复杂装置应具的优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种成批处理的高效空调装置，它可同时进行干燥剂的再生和作业空气的去湿。
该目的用一去湿空调装置予以实现，包括：一用于作业空气去湿的作业空气管道和一用于干燥材料的再生的再生空气管道；至少两个干燥件，一干燥件设置在作业空气管道中，另一干燥件设置在再生空气管道中；一显热热交换器以及一热泵装置，其中，该热泵装置的高温热源设置在再生空气管道中加热再生空气，而该热泵的低温热源设置在作业空气管道中冷却作业空气，该显热热交换器交换流过一干燥件的作业空气与尚未流入另一干燥件的再生空气之间的热量。因此，该热泵装置用作调节干燥材料的热源而提高热效率并用加热的空气提高再生空气的温度而进一步提高热效率。
根据本装置的一个方面，使用显热热交换器在流过另一干燥件的再生空气与尚未流入高温热源的再生空气之间进行热交换。因此，使用废再生空气中的热量在再生空气流入高温热源之前预热该再生空气，从而充分利用该装置中的热量。
根据本装置的另一个方面，该热泵装置为蒸汽压缩热泵。
根据本装置的另一个方面，该热泵装置为吸热热泵。
根据本装置的另一个方面，进一步包括一可转换阀，从而把干燥件交替转换到再生空气管道和作业空气管道中。
根据本装置的另一个方面，再生空气管道和作业空气管道布置成使得再生空气和作业空气在干燥件中的流向相反。
附图说明
图1为本发明空调装置的基本结构的第一实施例的示意图。
图2为第一实施例的空调周期的湿度图。
图3示出本空调装置的热运动。
图4为本发明空调装置的基本结构的第二实施例的示意图。
图5为本发明空调装置的基本结构的第三实施例的示意图。
图6为第三实施例的空调周期的湿度图。
图7为现有空调装置的示意图。
图8为现有空调装置的空调周期的湿度图。
具体实施方式
下面结合附图说明优选实施例。
图1和2涉及空调装置的第一实施例，它包括：一作业空气管道A；一再生空气管道B；两干燥床103A、103B；以及一进行干燥剂的再生和作业空气的冷却的热泵装置200。可使用任何类型的热泵，但在该例中，使用本发明人的申请号为08/781,038的美国专利申请所公开的蒸汽压缩机式热泵装置。
作业空气管道A从一作业空气进口(通常为内部空气进口)开始经鼓风机102和管道111到四通阀105后按照四通阀105所选路线或是经过由管道112A、干燥床103A、管道113A构成的第一管道或是经过由管道112B、干燥床103B、管道113B构成的第二管道到达四通阀106。作业空气然后经管道114、用来与再生空气进行热交换的显热热交换器104和用作热泵装置200的低温热源的热交换器220到达作业空气出口。
再生空气管道B从一再生空气进口(通常为外部空气进口)开始经管道120、鼓风机140、管道121、可与作业空气进行热交换的热交换器104、用作热泵装置200的高温热源的热交换器210和管道123到达四通阀106。再生空气管道B最终按照四通阀106所选路线或是经过由管道113A、干燥床103A、管道112A构成的第一管道或是经过由管道113B、干燥床103B、管道112B构成的第二管道到达四通阀105。再生空气然后经管道124到达再生空气出口。由于四通阀105和四通阀106以互锁的方式转换，因此作业空气管道A和再生空气管道B不互相交叉。
如图1所示，再生空气管道B和作业空气管道A被布置成使得再生空气在干燥床103B中的流向和作业空气在干燥床103A中的流向相反。
下面结合图2所示湿度图说明把热泵装置用作热源的空调装置第一实施例的工作情况。该空调装置按照图1所示布置进行工作，图1示出把四通阀105、106设置成使得干燥床103A在作业空气管道A中工作，而干燥床103B在再生空气管道中工作。
作业空气(状态K)进入作业空气进口经管道110被鼓风机102抽入而升压后经管道111、四通阀105和管道112A到达一干燥床103A，在该干燥床中它因吸热而其中的湿气被吸收而其湿度比下降并温度升高(状态L)。去湿并温度升高的该空气经四通阀106、管道114送到显热热交换器104而在该显热热交换器104中因与再生空气热交换而冷却(状态M)。去湿并经冷却的空气送到用作热泵200的低温热源的热交换器220经冷却后最终经管道116供应给空调空间(状态N)。从而在被处理空气(状态K)与所供应空气(状态N)之间产生的焓差用来冷却该空调空间。
在同一周期中，另一干燥床103B如下进行再生过程。再生空气(状态Q)从管道120抽入鼓风机140升压后经管道121送到显热热交换器104而冷却作业空气，同时其温度升高(状态R)。再生空气然后通过管道122流入用作热泵装置200的高温热源的热交换器210而由制冷剂加热到约60-80℃，而其相对湿度下降(状态S)。相对湿度下降的该再生空气流过干燥床103B而除去该干燥床中的湿气(状态T)。流过干燥床103B的该再生空气经管道112B、四通阀105和管道124到达再生空气出口。
如上所述，该装置的两干燥床103A、103B反复交替进行去湿和冷却。顺便说一句，长久以来广泛把室内的循环空气用作再生空气，在本发明中，也使用这一方法实现同样的最终结果。
在本空调装置中，该热泵装置产生的冷却效果由图2所示的状态M与状态N之间的焓差Dq表示，它大大小于整个装置的冷却能力DQ。换言之，该装置可产生大大超过热泵装置的能力的冷却效果，从而可生产出更紧凑的空调装置并降低制造成本。
图3示出本发明热泵装置中的热流。由蒸发器释放的热量和压缩机生成的热量的总和表示的热量输入用来加热再生空气。这种热泵装置的温升估计至少为55℃，从15℃的蒸发器抽取热量而提高到70℃，这一温度比现有热泵装置中一般可达到的45℃的温升高22％，而且气压也稍高于现有热泵装置。因此，若把压缩机的输出设为一个热单位，性能系数(COP)可设计到三个单位。从而，从蒸发器输入的热量为3，输出热量的总和为1+3＝4，所有这些热量输出可用来加热用于去湿空调装置中的再生空气。
用图2所示冷却效果DQ除以再生热量输入DH即可得到表示每单位本装置的热效率的COP值。在图7所示现有技术中，只靠热泵作用(图2中的Dq)获得冷却效果，而在本装置中，贡献(DQ-Dq)来自工作在作业空气与再生空气之间的显热热交换器104。这一数量增大了分子，从而热效率提高。
据报道，去湿空调装置的COP(DQ/DH)的值一般最高为0.8-1.2。设去湿冷却装置的COP的值为1，则该空调装置的冷却效果为1。设从压缩机的热量输入的值为1，则本装置工作时可使用的总热量输入为4，这就是说，由于加热再生空气而可获得的冷却效果为4。在本装置中，还有由蒸发器贡献的为3的冷却效果，因此本装置的总冷却效果为7。装置的总COP由下式给出：
COP＝冷却效果/压缩机输入＝7
可以看到，这一值大大大于现有装置的“4或4以下”的典型值。
图4示出本装置的第二实施例，其中，干燥床103A中的作业空气和再生空气的循环方向不变。该实施例的运行图与图2所示的运行图基本相同，因此不再重复。
图5示出本装置的第三实施例。该实施例在图1所示装置中增加一热交换器107，用来在流过工作床103B的再生空气与尚未流入热泵装置200的高温热源210的再生空气之间进行热交换。
下面结合图6所示湿度图说明第三实施例的再生作用。再生空气(状态Q)从管道120抽入鼓风机140升压后经管道121送到显热热交换器104冷却作业空气，同时它本身的温度升高(状态R)。该再生空气然后经管道122A流入热交换器107中因与已流过干燥床103B的再生空气的热交换而进一步被加热(状态S)。该再生空气经管道122B流入热泵装置200的高温热源210而被制冷剂加热到60-80℃，而其相对湿度下降(状态T)。相对湿度下降的该再生空气流过干燥床103B而除去干燥床103B中的湿气(状态U)。流过干燥床103B的该再生空气经管道112B、四通阀105和管道124A流入热交换器107而把热量传给尚未流入热泵装置200的高温热源210而提高其温度。释放热量而温度下降的废再生空气(状态V)排出到外部环境中。由于废再生空气的显热在再生干燥剂后得到有效利用，因此该实施例的热效率比第一实施例高。
在上述各实施例中，热泵装置200使用了蒸汽压缩机式热泵装置，但可使用任何类型的热源，只要能起到热泵作用。例如，也可使用美国专利申请No.08/769,253所公开的吸热式热泵而达到同样效果。
总之，本去湿空调装置的主要特征是用可转换的双向管道交替处理流过一对干燥件中的作业空气和再生空气，从而在一管道中吸收作业空气中的湿气的同时再生空气在另一管道中再生干燥剂。在再生空气管道中的热泵装置的高温热源加热再生空气的同时作业空气管道中的低温热源冷却作业空气。这种布置不但可把热泵装置用作干燥剂再生的热源，而且可使用作业空气与再生空气之间的显热热交换而提高热效率。这种布置的累加效果可使冷却效果超过热泵装置的冷却能力而大大提高空调装置的热效率。

Claims (6)

1.一种去湿空调装置，包括：一用于作业空气去湿的作业空气管道和一用于干燥材料的再生的再生空气管道；至少两个干燥件，一干燥件设置在所述作业空气管道中，另一干燥件设置在所述再生空气管道中；一显热热交换器；以及一热泵装置，
其特征在于，所述热泵装置的高温热源设置在所述再生空气管道中加热再生空气，而低温热源设置在作业空气管道中冷却作业空气，所述显热热交换器交换流过所述一干燥件的作业空气与尚未流入所述另一干燥件的再生空气之间的热量。
2.按权利要求1所述的去湿空调装置，其特征在于，另用一显热热交换器在已流过所述另一干燥件的再生空气与尚未流入所述高温热源中的再生空气之间进行传热。
3.按权利要求1所述的去湿空调装置，其特征在于，所述热泵为一蒸汽压缩热泵。
4.按权利要求1所述的去湿空调装置，其特征在于，所述热泵为一吸热热泵。
5.按权利要求1所述的去湿空调装置，其特征在于，进一步包括一可转换阀，从而把所述干燥件交替转换到所述再生空气管道和所述作业空气管道中。
6.按权利要求1所述的去湿空调装置，其特征在于，所述再生空气管道和所述作业空气管道布置成使得再生空气和作业空气在所述干燥件中的流向相反。
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