CN1247942C - 空气调节系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种空气调节系统包括输送管，该输送管具有使室外空气进入的进气通道和使室内空气排出的排气通道，进气和排气通道被隔离物分开；分别安装在进气和排气通道中的抽气和排气风扇；带有一安装在隔离物上的可转动的干燥剂轮的减湿器，该干燥剂轮横跨进气和排气通道安装并外露于进气和排气通道；用于加热进入减湿器的空气的再生加热器，再生加热器位于邻近输送管的排气通道中减湿器的进气一侧；放置在相对于减湿器的室内侧附近的进气和排气通道中的再生热交换器，用以对通过进气和排气通道的空气流进行热交换；还有一安装在输送管上的热泵用来与通过再生热交换器的室外气体进行热交换，并将发生了热交换的气体排入室内空间。

Description

空气调节系统
技术领域
本发明涉及一种空气调节系统，更具体地涉及一种包括制冷、加热、通风和减湿功能的空气调节系统。
背景技术
总体来说，空调器是一种通过控制封闭空间的温度和湿度提供舒适的环境的装置，例如住宅、办公室和类似的空间。
图1示出了传统空调器的制冷/加热系统。
如图所示，传统空调器使用的制冷/加热系统的配置包括压缩机1，四通阀2，室外热交换器3，室内热交换器4和膨胀器5。在室外热交换器3和室内热交换器4的附近，分别安装室外风扇3a和室内风扇4a。在制冷/加热系统中选择是以加热还是制冷模式运行是通过随着控制部件控制四通阀的转换运行来改变室内外热交换器3和4中制冷剂的流动方向实现的。
下文首先描述制冷/加热系统中制冷模式的运行过程。
被压缩机1压缩的高压高温制冷剂首先流入室外热交换器3，然后随着其热量与室外空气的热交换而冷凝。被冷凝的制冷剂流入膨胀器5被膨胀成低压低温制冷剂。被膨胀的制冷剂随着与室内空气热交换并吸收潜在热量而蒸发，然后返回压缩机1。与此同时，室内空气在室内风扇4a运行时穿过室内热交换器实现制冷，然后流入室内空间，因此室内空间的温度降低到预定的标准。
下文描述制冷/加热系统中加热模式的运行过程。
被压缩机1压缩的高压高温制冷剂首先流入室内热交换器4，然后随着释放潜在热量而冷凝。室内空气在室内风扇4a运行时穿过室内热交换器实现加热，然后流入室内空间，因此室内空间的温度加热到预定的标准。室内热交换器4中冷凝的制冷剂通过膨胀器5继续膨胀，膨胀的制冷剂在室外热交换器3中随着吸收室外空气热量而蒸发，然后返回压缩机1。
在上述循环过程重复进行时，室内空气被制冷或加热到预定温度是由使用者设定的。
然而，由于设定了制冷/加热系统来制冷和加热室内空气并且在室内空间不停地循环已被制冷或加热的空气，室内空气变污染，空气湿度得不到改善，导致使用者感觉不舒服。因此，使用者不得不打开窗户将室内污染空气与室外空气进行交换。此外，由于室内被加热或制冷到预定温度的空气被排到室外，被交换的室内空气必须再被制冷或加热到预定温度，导致了能量消耗的增力口。
发明内容
因此，本发明提供一种空气调节系统充分消除了由于背景技术的局限和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明目的是提供一种包括制冷、加热、通风和除湿功能的空气调节系统。
本发明另外的优点、目的和特征一部分在以下的描述中被阐明，另一部分对于本领域普通技术人员阅读以下内容后是显而易见的或在本发明的实施中能了解到。本发明的目的和其他优点会在说明书和权利要求书以及附图中特别指出的结构中实现和获得。
为了达到目标和其他优点以及与本发明预期的目的一致，在这里进行具体、详细的描述，这里提供了一种空气调节系统，其包括输送管，该输送管具有使室外空气进入的进气通道和使室内空气排出的排气通道，进气和排气通道被隔离物分开，分别安装在进气和排气通道中的抽气和排气风扇；带有一安装在隔离物通路上的可转动的干燥剂轮的减湿器，该干燥剂轮横跨进气和排气通道安装并外露于进气和排气通道；再生加热器(regenerating heater)用于加热进入减湿器的空气，再生加热器位于邻近输送管的排气通道中减湿器的进气一侧；再生热交换器被放置在邻近房间内侧的进气和排气通道，减湿器用以对通过进气和排气通道的空气流进行热交换；还有一安装在输送管上的热泵用来与通过再生热交换器的室外气体进行热交换，并将发生了热交换的气体排入室内空间。
干燥剂轮的外表面涂有干燥剂材料，用于收集流经进气通道的气体中的湿气，并且该干燥剂轮通过旋转到排气通道将收集的湿气排入沿排气通道流动的空气中。干燥剂轮的第一半外露于进气通道，第二半外露于排气通道。干燥剂材料是硅胶或硅酸钛。
干燥剂轮包括固定在通路上的轴；多个呈放射状安装在轴上并且每一个具有预定宽度的叶片；沿圆周包围叶片外部末端的轮缘。
每个叶片上有多个空气通孔。输送管的截面是与干燥剂轮轮缘的外圆周相对应的环形。每个叶片在气体沿进气和排气通道前进流动的方向上有预定的宽度。再生热交换器是由铝制成的。
进气和排气通道的一部分相互交叉，再生热交换器安装在交叉部分。
再生热交换器提供了与进气通道相连通的第一通道和与排气通道相连通的并与第一通道相交叉的第二通道。再生热交换器包括多个弯曲的金属板，金属板间相互交替堆积，这样在多层结构上交替形成了第一和第二通道。平板位于弯曲金属板之间限定第一和第二通道。
热泵包括一个位于再生热交换器排气端附近的进气通道处的第一热交换装置；和压缩机，四通阀，膨胀器以及与第一热交换装置连接的第二热交换装置。另外，四通阀包括当压缩机进口与第一热交换装置相联接同时压缩机出口与第二热交换装置相联接的第一运行位置；和当压缩机出口与第一热交换装置相联接同时压缩机进口与第二热交换装置相联接的第二运行位置。
在制冷/除湿/通风模式中，运行抽气和排气风扇，转动干燥剂轮，加热再生加热器，四通阀转换至第一运行位置。
在加热/除湿/通风模式中，运行抽气和排气风扇，转动干燥剂轮，加热再生加热器，四通阀转换至第二运行位置。
在制冷/通风模式中，运行抽气和排气风扇，干燥剂轮和再生加热器停止运行，四通阀转换至第一运行位置。
在加热/通风模式中，运行抽气和排气风扇，干燥剂轮和再生加热器停止运行，四通阀转换至第二运行位置。
与本发明前面的整体描述和以下的详细描述有关的发明的仿照、说明以及进一步解释都要求保护。
附图说明
附图有助于更好的理解发明并组成本申请的一部分，本发明的图示以及描述用来解释本发明的原理。附图中：
图1是用于解释传统空调器的示意图；
图2是用于解释本发明空气调节系统优选方案的示意图；
图3是用于解释图2中减湿器中干燥剂轮的透视图；
图4是用于解释图2中再生热交换器的详图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方案进行详细描述。在尽可能的地方，附图中同样或类似的部件用相同数字表示。
图2是表示本发明空气调节系统优选方案，图3是图2减湿器的透视图。
首先介绍图2，发明的空气调节系统包括输送管50，抽气扇54，排气扇55，减湿器59，再生加热器57，再生热交换器58和热泵60。
输送管50带有空气进气通道和空气排气通道52，它们被隔离物50a彼此分离。为抽入室外空气用的抽气扇54安装在空气进气通道51中，为排出室内空气的排气扇55安装在排气通道52中。
同时，用于从排气通道52分割进气通道51的隔离物50a带有通路，其中安装减湿器59。减湿器59包括一在外表面涂有干燥剂的转动的干燥剂轮56。减湿器59收集由空气进气通道51所抽进空气中的湿气，在转动时与排气通道52连接，在那里将收集的湿气排到排出的空气中。
干燥剂材料有在空气温度低于预定标准吸收湿气，在空气温度高于预定标准排出所吸收的湿气的特性。干燥剂材料首选是由硅胶或硅酸钛制成。
再回到图2，减湿器59的干燥剂轮56的第一半H1外露于空气进气通道51，其另一半H2外露于排气通道52。然而，本发明并不限于此。输送管50可被设计成与干燥剂轮外露于进气和排气通道51和52相适应的数值。
带有干燥剂轮56的减湿器59的实施例在下文中将被详细描述。
如图3所示，干燥剂轮56包括轴56a，叶片56b，和轮缘56c。
轴56a可转动的固定在隔离物50a通路的末端。叶片56b放射状地安装在轴56a的外围，叶片间形成气体通道。轮缘56c包围叶片56b外部末端。干燥剂轮56是通过与动力传送装置如发动机连接的轴56a带动旋转的。
为了防止干燥剂轮转动过程中妨碍通过排气和进气通道52和51中的气流，叶片56b上设有多个空气通孔56e。与大量的通过进气和排气通道51和52的气体接触的干燥剂轮56的一部分是叶片56b。因此，当干燥剂轮56旋转时，叶片56b会妨碍气流。然而，在这个具体实施例中，由于在叶片56b中设有多个空气通孔56e，显著的减少了叶片56b对气流的影响。另外，由于空气通孔56e能增加空气接触叶片56b的有效面积，实现了与空气的更均衡接触。更好的实施是轮缘56c安装有多个空气通孔，使轮缘56c能有效的接触空气中的湿气。
同时，为了使干燥剂轮56与流动空气的更有效接触，输送管50的截面最好设计成与轮缘56c外圆周相适应的环形。因此，当大部分空气通过轮缘56c时，与叶片56b上涂抹的干燥剂相接触。
此外，为了保证有适当的除湿作用，叶片56b在沿空气穿过排气和进气通道52和51流动方向上被设计成预定宽度56d。预定宽度56d是考虑室外环境和安装空气调节系统地点的湿度而决定的。例如，当安装空气调节系统的地方湿度高时，叶片56b的宽度56d应适当加长以增加叶片56b与空气的接触面积从而提高除湿效果。
下面详细介绍带有干燥剂轮56的减湿器59在除湿过程中的情况。
干燥剂轮56利用外露于进气通道51中的第一半H1吸收室外空气中的湿气。随着干燥剂轮56的转动，第一半H1转到排气通道52，当被再生加热器57加热的室外空气通过第一半H1，第一半H1收集的湿气被传递到被加热的室内空气中，并随着室内空气一同排到室外空间。因此，室内空间中空气湿气被减少到预定的程度。
综上所述，干燥剂材料有在空气温度低于预定标准吸收湿气，在空气温度高于预定标准排出湿气的特性。因此，为了排出干燥剂材料中所吸收的湿气，排气通道52中减湿器56的附近安装有再生加热器57。再生加热器57最好安装在减湿器59的进气侧并加热进入减湿器56中的气体，通过减湿器59时被加热气体利用不同的蒸汽压使干燥剂中所吸收的湿气释放。也就是说，通过加热进入减湿器59中的空气来减少相对湿度，干燥剂中的湿气被释放到进入的气体中。这里的再生加热器57可由太阳能吸收系统或多余热量利用系统组成。
再生热交换器58安装在具有减湿器59的进气和排气通道51和52的最接近室内一侧，这样空气经过进气和排气通道51和52时相互间能进行热交换。
如图2所示，输送管50是进气和排气通道51和52的一部分相互交叉形成，交叉部分53安装有再生热交换器58。再生热交换器58有与进气通道51连通的第一通道58a和与排气通道52连通的第二通道。第一和第二通道58a和58b在形成交叉时相互独立。当进气通道51中的室外空气与排气通道52中的室内空气分别在第一和第二通道58a和58b中交叉发生热交换时，热传导面积会增加。
如图4所示，再生热交换器58包括多个弯曲的金属板58d，金属板58d在垂直方向相互交替堆积成多层结构，其上交替形成第一和第二通道58a和58b。
为限定在弯曲金属板58d之间的第一和第二通道58a和58b，再生热交换器58还包括安装在相应弯曲金属板58d顶部的平板58c。优选的是将平板58c与弯曲金属板58d焊接在一起，例如，加强热交换。更优选的是，弯曲金属板和平板58d和58c由具有高热传导率的材料如铝制成。本发明的再生热交换器58并不只限于上述结构，还可在构思上进行改进。
再回到图2，输送管50上安装有热泵60，用于将通过再生热交换器58的已热交换的室外空气释放到室内空间。热泵60包括压缩机61，四通阀62，第一和第二热交换装置63和64，和膨胀器65。最接近进气通道51再生热交换器58的排气端处安装有第一热交换装置63。优选的是，压缩机61，四通阀62，膨胀器65和安装在输送管50的外侧第二热交换装置64。当第二热交换装置64安装在输送管50的外侧时，风扇64a安装在第二热交换装置64的附近。
在制冷循环中，热交换装置与压缩机61排气端连接作为冷凝器向外释放热量。当热交换装置与压缩机61的进气端连接则作为蒸发器吸收外界热量。因此，通过利用四通阀适时的转换制冷剂的流向，第一热交换装置63的功能会有选择的发生转换。
四通阀62有两个进口和两个出口有选择地与所限定的两个通道的进口分别地相连接。进口和出口连接关系的有选择地转换有相应的转换信号。因此，第一和第二热交换装置63和64中制冷剂的流向随着四通阀62的转换运行发生改变，从而选择执行制冷和加热模式。
四通阀62连接压缩机61的出口与第二热交换装置64，同时，连接第一热交换装置63与压缩机61的进口，从而实现第一运行位置。另外，四通阀62连接压缩机61的出口与第一热交换装置63，同时，连接第二热交换装置64与压缩机61的进口，从而实现第二运行位置。在第一运行位置，第一热交换装置63的功能是作为蒸发器实现制冷运行，在第二运行位置，同样作为冷凝器实现加热运行。四通阀62设计成可在第一和第二运行位置间彼此选择地交换。因此，第一热交换装置63中的气体与再生热交换器58中已发生热交换的室外空气进行热交换，然后再释放到室内空间，从而使室内温度制冷或加热到预定温度。
上面对系统进行整体描述，进入减湿器59中的室外空气在干燥剂材料除湿冷凝过程中温度升高，经过再生热交换器58进行第一次热交换。发生热交换的气体经过第一热交换装置63再次进行热交换。与此同时，被释放到外界空气中的热能的预定值通过再生热交换器58被恢复。
下文将会对上述空气调节系统中的各构成部件在不同运行模式中的工作过程进行详细描述。
空气调节系统在运行中设计成有不同工作模式包括通风模式，除湿模式，制冷模式和加热模式，相应的由抽气和排气风扇54和55，减湿器59，再生加热器57和热泵60控制。
下文首先介绍空气调节系统中通风/除湿/制冷运行模式。
当抽气和排气风扇54和55工作时，室外空气进入进气通道51，然后通过减湿器59时被干燥剂材料除湿。同时，室外空气在用干燥剂材料除湿和压缩的过程中被略微加热。
与此同时，热泵60通过四通阀62转换到第一运行位置，凭借压缩机61，四通阀62，第二热交换装置64，膨胀器65和第一热交换装置63实现制冷剂的连续循环。因此，第一热交换装置63的功能是作为蒸发器，第二热交换装置64的功能是作为冷凝器。然后，室外空气最终被制冷。经过再生热交换器58的第一通道58a的气体通过第一热交换装置63释放到室内空间，因此室内空间通过干燥的、冷的空气而变冷。
室内空气在室内空间循环，然后由抽气风扇55强制抽入排气通道52中。进入排气通道52的气体使通过再生热交换器的第二和第一通道58b和58a的室外空气变冷。结果是，再生热交换器58的作用是作为保存用于冷却室内空气能量的装置。同时，当减湿器59上干燥剂轮56转动，就消除了进入室内空间的空气中的湿气。
综上所述，在通风/除湿/制冷模式中，当室内空气热而潮湿时，空气调节装置系统使室内空气流通并供给室内空间干燥而冷的空气。
同时，当使用者不想要干燥的空气时，可将减湿器59关闭。当关闭减湿器59，再生加热器57停止运行。
下文将介绍空气调节系统中的通风/加热运行模式。
在通风/加热模式中，热泵60使制冷剂随着四通阀的转换运行沿与通风和制冷模式中制冷剂的循环方向的相反方向循环。因此，第一热交换装置63的功能是作为冷凝器，第二热交换装置64的功能是作为蒸发器。
类似的，当使用者不想要干燥的空气时，可关闭减湿器59，再生加热器57停止运行。
接下来，下文将介绍通风运行模式。
当抽气风扇54运行时，室外空气沿着减湿器59，再生热交换器58和第一热交换装置63连续流动。同时，随着排气风扇55的运行，室内空气沿着再生热交换器58和减湿器59连续流动。这时，减湿器56、再生加热器58和热泵60停止运行。
室外空气在通过再生热交换器58上的第一和第二通道58a和58b时发生热交换，在那儿，排到外界的室内空气热量的预定值被恢复。因此，与开窗通风相比较，通风模式运行时室内温度的变化会变小。在通风/制冷(或加热)模式中通风模式可间歇性运行，或独立于其他模式运行。
综上所述，本发明的空气调节系统具有以下优点：
第一，在通风/制冷(或加热)模式中，由于制冷或加热运行过程中伴随室内空间通风，即使在空气调节系统长时间运行时也能保证室内空气新鲜。
第二，由于空气调节系统中有除湿功能，即使在潮湿的天气也能向室内空间提供干燥的、冷(热)的空气。
第三，在通风模式中，由于室内空气的一些热量通过再生热交换器恢复之后室内空气释放到外界，用于重新制冷或加热室内空间的电力消耗会显著减少。
利用本领域的技术对本发明的各种修改和变化是显然的。因而，在本发明的附加权利要求的保护范围内和类似水平上所作的修改和变化在本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种空气调节系统，包括：
输送管，该输送管具有使室外空气进入的进气通道和使室内空气排出的排气通道，进气和排气通道被隔离物分开；
分别安装在进气和排气通道中的抽气和排气风扇；
带有安装在隔离物通路上的可转动的干燥剂轮的减湿器，该干燥剂轮横跨进气和排气通道安装并外露于进气和排气通道；
用于加热进入减湿器的空气的再生加热器，再生加热器位于输送管的排气通道中邻近减湿器进气一侧；
放置在相对于减湿器的室内侧附近的进气和排气通道上的再生热交换器，该再生热交换器用以对通过进气和排气通道的空气流进行热交换；以及
安装于输送管上的热泵，用来与通过再生热交换器的室外气体进行热交换，并将发生了热交换的气体排入室内空间。
2.如权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于干燥剂轮的外表面涂有干燥剂材料，用于收集流经进气通道气体中的湿气，并且该干燥剂轮通过旋转到排气通道将收集的湿气排入沿排气通道流动的空气中。
3.如权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于干燥剂轮的第一半外露于进气通道，第二半外露于排气通道。
4.如权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于干燥剂材料是硅胶。
5.如权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于干燥剂材料是硅酸钛。
6.如权利要求2所述的空气调节系统，其特征在于干燥剂轮包括：
固定在通路上的轴；
多个呈放射状安装在轴上并且每一个具有预定宽度的叶片；以及
沿圆周包围叶片外部末端的轮缘。
7.如权利要求6所述的空气调节系统，其特征在于每个叶片上有多个空气通孔。
8.如权利要求6所述的空气调节系统，其特征在于输送管的截面是与干燥剂轮轮缘的外圆周相对应的圆形。
9.如权利要求6所述的空气调节系统，其特征在于每个叶片在气体沿进气和排气通道前进流动的方向上有预定的宽度。
10.如权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于再生热交换器是由铝制成的。
11.如权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于进气和排气通道的一部分相互交叉，再生热交换器安装在交叉部分。
12.如权利要求11所述的空气调节系统，其特征在于再生热交换器提供了与进气通道相连通的第一通道和与排气通道相连通的并与第一通道相交叉的第二通道。
13.如权利要求12所述的空气调节系统，其特征在于再生热交换器包括多个弯曲的金属板，金属板间相互交替堆积，这样在多层结构上交替形成了第一和第二通道。
14.如权利要求13所述的空气调节系统，其特征在于平板位于弯曲金属板之间，限定第一和第二通道。
15.如权利要求1所述的空气调节系统，其特征在于热泵包括：
一个位于再生热交换器排气端附近的进气通道处的第一热交换装置；和
压缩机，四通阀，膨胀器以及与第一热交换装置连接的第二热交换装置。
16.如权利要求15所述的空气调节系统，其特征在于四通阀包括：
当压缩机进口与第一热交换装置相联接同时压缩机出口与第二热交换装置相联接的第一运行位置；和
当压缩机出口与第一热交换装置相联接同时压缩机进口与第二热交换装置相联接的第二运行位置。
17.如权利要求16所述的空气调节系统，其特征在于在制冷/除湿/通风模式中，运行抽气和排气风扇，转动干燥剂轮，加热再生加热器，四通阀转换至第一运行位置。
18.如权利要求16所述的空气调节系统，其特征在于在加热/除湿/通风模式中，运行抽气和排气风扇，转动干燥剂轮，加热再生加热器，四通阀转换至第二运行位置。
19.如权利要求16所述的空气调节系统，其特征在于在制冷/通风模式中，运行抽气和排气风扇，干燥剂轮和再生加热器停止运行，四通阀转换至第一运行位置。
20.如权利要求16所述的空气调节系统，其特征在于在加热/通风模式中，运行抽气和排气风扇，干燥剂轮和再生加热器停止运行，四通阀转换至第二运行位置。
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