CN1290837A - 一种空气调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种空气调节方法及装置,以很低的成本实现室内空气的制冷和换气。其原理是:室内外空气在空调器内进行交换,室内空气在排出室外的过程中不断加湿,室外空气在进入室内的过程中与经加湿而降温的外排室内空气进行隔湿热交换,在不增加绝对湿度的情况下降低温度进入室内。本空调装置主要由风机和热交换器组成,热交换器中有导热隔壁、透气填料和两种液媒,以气—液—固—液—气的方式将进气的热量间接传给外排空气。

Description

一种空气调节方法及装置

本发明涉及一种室内空气调节的方法及用此方法制成的空调装置。

现有的室内空调装置主要有压缩式和吸收式空调器两大类，它们共同的缺点是：室内外空气分隔，容易引起空调病：结构复杂，制造成本高；功能单一，仅能致冷和除湿；使用时能量消耗高。由于这些缺点，限制了它们的应用。为降低成本而出现的用水蒸发制冷的冷风机，制冷时不断增加室内湿度，且降温能力有限，很少应用。

本发明的目的是提供一种新的空气调节方法和装置，用低得多的制造成本和使用成本实现制冷，并在制冷的过程中更新室内空气，必要时还可除湿或加湿，也可进行保温换气，实现一机多用。

本发明的目的是这样实现的：用一种新的空气调节方法，以水蒸发制冷和气体热交换为基础，通过一种新的工作循环，达到降温和换气的目的。其原理是：当空调器工作时，室内外的空气不断地在空调器中互相交换，室内空气在排出室外的过程中首先加湿降温，然后一边加湿一边与进入室内的室外空气进行热交换，而室外的空气在进入室内的过程中与排出室外的室内空气进行隔湿热交换而降温，从而达到制冷并换气的目的。若室外空气湿度较高，在进行隔湿热交换前先进行除湿。其工作过程如图1所示。图1为湿空气的焓-湿图。图1中横坐标为每千克空气的含水量(g／kg)，纵坐标为摄氏温度(℃)，横向直线束为等温线，斜向直线束为等焓线(单位为kcal／kg)，竖向直线束为等绝对湿度线，曲线束为等相对湿度线(单位为％)；A点为室内空气的状态(假定是空调室内舒适的温度和湿度点)，B点为室内空气在空调器内绝热加湿后的状态，C点为换热加湿后排出室外的状态；a点为室外空气的状态，b点为室外空气与排出室外的室内空气进行隔湿换热后进入室内的状态，在室内“冷量”散失后升温再回到状态A。本空调器的工作循环如下：室外空气进入空调器后与排出室外的室内空气进行隔湿换热，从状态a降温到状态b，然后进入室内，在室内“冷量”散失而升温到达状态A。室内空气进入空调器后从状态A绝热加湿降温到状态B，然后与进入空调器的室外空气换热升温，同时不断充分加湿，达到状态C时排出室外。若在湿热地区，室外空气的湿度较高，例如状态为d点，在进入空调器后，需先进行除湿使之达到状态c，然后进行上述循环。图2是本发明的工作流程图。换热的必要条件是b点的温度高于B点的温度，若换热器的效率足够高，b点的温度就能很接近B点，而室内保温效果越好，A点也越接近b点。当这三点十分接近时，它们也都接近L点，L点是状态b及其同一竖线上的各状态的空气的露点，所以说b点只能接近露点而不能低于露点，也就是说在不除湿时，这种空调的降温的极限是露点，当露点较高时，需有d-c除湿环节。用这种原理制成的空调器除了可以制冷换气外，还可以有多种功能：排气过程不加湿可以实现保温换气或除湿换气，排气过程不加湿、进气过程加湿可以实现保温加湿换气。

实现上述方法的空调装置非常简单，它主要由风机和热交换器组成(在湿热地区再增加一个除湿器)：一个风机把室内空气送入热交换器的排气通道，在其中进行加湿和换热(吸热)，然后排出室外；另一个风机把室外空气送入热交换器的进气通道(用除湿器时先进入除湿器然后再进入热交换器的进气通道)，在其中隔湿降温然后送入室内，从而使进入室内的空气即降温又不增加绝对湿度。本发明在技术上实现的关键是设计一种换热效率很高的气体热交换器，其工作原理是：室内外两股气体间的热交换是以两种液体为媒介来实现的，即一种气体与一种液体直接接触而换热，这种液体又通过固体隔壁与另一种液体换热，另一种液体则与另一种气体直接接触而换热，从而实现两种气体间的间接的高效换热。这种气体热交换器的结构原理是：良导热固体隔壁把热交换器分隔成两组通道，各通道内充以表面积率极高的透气材料，两种不同的液体不断地喷淋在透气材料上，待换热的气体分别在两组通道中相向逆流，与浸饱了液体的透气材料充分接触，与之进行热交换，而两种液体同时也喷淋在良导热固体隔壁的两侧，通过隔壁相互进行热交换，这样热量便从一种气体传向一种液体，再通过固体隔壁传到另一种液体，最后传到另一种气体。这种气-液-固-液-气的换热方式虽然传热路线长，但因气-液的接触面积相当大，而液-固-液的传热系数也相当大，所以总的传热效率比传统的气-固-气传热方式要高得多。热交换器中的两种液体(液媒)根据空调器的不同工况按如下方式选择：

用于湿热环境制冷换气：排气通道中需不断加湿，用水做换热加湿液媒；进气通道中需除湿和隔湿换热，用液体吸湿剂(如氯化钙或氯化锂饱和溶液等)做换热液媒；

用于干热环境制冷换气：空气在进气通道中不一定要隔湿，进排气通道中都可以用水做换热液媒；

用于湿冷环境的取暖房做保温换气机或除湿机：进排气通道均用液体吸湿剂做换热液媒；

用于干冷环境的取暖房做加湿保温换气机：排气通道用液体吸湿剂做换热液媒，进气通道用水做换热液媒。

本发明中的除湿器可用公知的最简单的液体吸湿剂除湿方法：除湿剂在吸收了空气中的水分后，用电热方式加热脱水再生，便可循环使用。

本发明用最经济简便的方法达到降温的目的，这种空调装置与现有空调机相比，具有结构简单、造价低廉、使用时耗电省、不污染环境、能不断更新空调室内的空气防止空调病、可一机多用(制冷降温换气、保温换气、保温加湿换气、除湿换气)等一系列优点，用途十分广泛。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是湿空气的焓-湿图。

图2是本发明的工作流程图。

图3-7是本发明的一个实施例(一种空调器)：

图3是空调器内部的俯视图。

图4是空调器排气通道纵剖面图。

图5是空调器进气通道纵剖面图。

图6是空调器横剖面图。

图7是吸湿剂再生器原理图。

本空调器由风机(1)、(8)和除湿器(2)、热交换器(3)组成。热交换器(3)呈箱形，内腔用若干张(图中示出5张)纵向竖直布置的用良导热材料制成的隔壁(4)分隔成若干个(图中为6个)通道，其中一组通道为进气通道(5)，与之相间的另一组为排气通道(6)。进气通道(5)与除湿器(2)、风机(1)的出口、空调器的出口(7)连通，排气通道(6)与风机(8)的出口、空调器的出口(9)连通。每个通道中又用隔板(10)、(11)隔成若干个换热室(12)，每个换热室的中部用表面积率极高的透气材料(如纤维、滤网式或百叶窗式织物、蜂窝状或瓦楞状吸湿材料等)填充，下部被隔板(11)和隔壁(4)围成若干个液池(13)，进排气通道的液池内充以不同液媒。在同一横剖面内的一组进气换热室和排气换热室组成一个换热单元，如图6所示。在图6中可见，同一换热单元内的各进气通道(5)的换热室下部的液池用管道(14)互相连通，并与泵(15)的进口相通，泵(15)的出口用管(16)与进气换热室的顶部相通；同一换热单元内的各排气通道(6)的换热室下部的液池用管道(17)互相连通，并与泵(18)的进口相通，泵(18)的出口用管(19)与排气换热室的顶部相通。空调器工作时，泵将液池内的液媒送到各换热室的顶部，然后喷淋在透气材料和隔壁(4)上，与透气材料中流过的空气和隔壁换热后再流到液池内，如此不断循环，通过两种液媒和隔壁的传递，流到同一换热单元的两股空气进行换热，使之温差尽可能降低。这样的几个(图3中不含除湿器为4个)换热单元串联在一起，组成热交换器(3)，进入热交热器的两股气流依次逆向贯穿而过，在各换热单元分级进行换热，使热交换器的进气通道(5)的出口气温与排气通道(6)的入口气温相接近。

本空调器的工作过程如下：风机(1)将室外空气送入除湿器(2)，在(2)中降低湿度后进入热交换器进气通道(5)，在(5)中把热量传给排出室外的室内空气而降温后从出口(7)送入室内。室内的空气被风机(8)送入热交换器的排气通道(6)，在(6)中加湿降至最低温度后边加湿边换热(吸热)，在提高温度和绝对湿度后从排气口(9)排出室外。

实际结构中，除湿器(2)和换热单元可以做成一样，与热交换器(3)成一个整体，当空气湿度不太高不需除湿时，除湿器就可以做为一个换热单元使用。除湿器和普通换热单元不同的是泵(15)的出口管(16)不是直接通入换热室(除湿器)顶部，而是先通入热交换器上方的吸湿剂再生器(20)(见图7，其它各图中未示出)，液体吸湿剂在再生器中被电加热器(21)加热脱水再生，然后从管(22)进入换热室(除湿器)的顶部，如图7所示。吸湿剂在除湿器(2)及再生器(20)中的循环如下(见图6、7)：泵(15)-管(16)-在再生器(20)中脱水再生-管(22)-在除湿器从空气吸湿-液池-泵(15)。此外，泵(15)、(18)的轴可以分别串联在一起，以简化结构，如图3所示。

Claims (7)

1、一种空气调节方法，以水蒸发制冷和气体热交换为基础，其特征是当空调器工作时，室内外的空气不断地在空调器中互相交换，室内空气在排出室外的过程中首先加湿降温，然后一边加湿一边与进入室内的室外空气进行热交换；而室外的空气在进入室内的过程中与排出室外的室内空气进行隔湿热交换而降温，从而达到制冷并换气的目的。

2、如权力要求1所述的空气调节方法，其特征是若用于空气湿度较高的环境下，室外空气在进入室内时首先进行除湿，然后再与排出室外的空气进行隔湿热交换。

3、如权力要求1所述的空气调节方法，其特征是若室内空气在排出室外时不进行加湿，而是与排出室外的空气进行隔湿热交换，则可实现保温换气。

4、一种气体热交换方法，通过一定的媒介来进行两股气体间的热交换，其特征是两股气体间的热交换以两种液体为媒介来实现，即一股气体与一种液体直接接触而换热，这种液体又通过固体隔壁与另一种液体换热，另一种液体则与另一股气体直接接触而换热，从而实现传热路线为气-液-固-液-气的两股气体间的间接的高效换热。

5、一种空气调节装置，由风机(1)、(8)和热交换器(3)组成，其特征是热交换器内腔用若干张用良导热材料制成的隔壁(4)分隔成进气通道(5)和与之相间的排气通道(6)，进气通道与风机(1)的出口、空调器的出口(7)连通，排气通道与风机(8)的出口、空调器的出口(9)连通；每个通道分为若干个换热室，每个换热室的中部的空间用表面积率极高的透气材料(如纤维、滤网式或百叶窗式织物、蜂窝状或瓦楞状吸湿材料等)填充，下部分隔成若干个液池(13)，进排气通道的液池内充以不同液媒；各进气通道中的液池中的液媒为液体吸湿剂，同一横剖面内的进气通道的液池互相连通，并与泵(15)的进口相通，泵(15)的出口用管(16)与进气通道中的换热室的顶部相通；各排气通道下部的液池内的液媒为水，同一横剖面内的排气通道的液池互相连通，并与泵(18)的进口相通，泵(18)的出口用管(19)与排气通道中的换热室的顶部相通。

6、如权力要求5所述的空气调节装置，其特征是当空调装置用于湿热环境时，所述的热交换器的进气通道(5)的前面是除湿器(2)，热交换器的上方有一个吸湿剂再生器(20)，再生器内有电加热器(21)，与除湿器下部的液池相连通的泵(15)的出口管(16)通入再生器，再生器的出口用管(22)通到进气通道的除湿器的顶部。

7、如权力要求5所述的空气调节装置，其特征是当所述的进排气通道的液池内都充以液体吸湿剂时，空调器可做保温换气机或除湿机使用。

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