CN1416519A - 热泵和除湿装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种具有高COP的热泵和一种以紧凑尺寸构造的除湿装置。热泵具有一个用于升高制冷剂压力的增压器(260)、一个利用将要被增压的制冷剂的蒸发热冷却低温热源流体(A)的蒸发器(210)、一个利用增压后的制冷剂的冷凝热加热高温热源流体(B)的冷凝器(220)、和一个用于使位于蒸发器(210)上游的低温热源流体与一种冷却流体进行热交换的第一热交换器(300a)。第一热交换器(300a)具有用于被低温热源流体(A)流过的第一容室(310)、用于被冷却流体(B)流过的第二容室(320)和延伸通过第一容室和第二容室的制冷剂通道(251A1－A9，252A1－A9)。制冷剂通道(251A1－A9，252A1－A9)通过第一节流器(330)连接着冷凝器(220)，且反复地交替延伸通过第一容室和第二容室，再通过第二节流器(250)连接到蒸发器(210)。由于制冷剂流经第一和第二容室多次，因此制冷剂不会在延伸通过第一容室的制冷剂通道中完全干透。
Description
技术领域
本发明涉及热泵和除湿装置，特别是一种具有高COP(性能系数)的热泵和装有这种热泵的除湿装置。
背景技术
如图17所示，图中示出了一种以前的干燥剂式空调装置，其将一个热泵用作热源。图17中所示的空调装置中采用了一个压缩式热泵HP，其包含一个热泵压缩机260。该空调装置具有一个用于处理空气A的路径，水分在该路径中被干燥剂转轮103吸收，以及一个用于回收空气B的路径，其被一个热源加热，再延伸通过已经吸收了水分的干燥剂转轮3，以将水分从干燥剂中吸取出来，从而使干燥剂还原。空调装置具有一个空调器，其包含一个显热交换器104，用于使已经除湿了的处理空气与处在将干燥剂转轮3中的干燥剂还原之前且被热源加热之前的再生空气之间交换热量，空调装置还具有压缩式热泵HP。用于还原干燥剂的空调器再生空气用作压缩式热泵HP中的高温热源，并且被加热装置220加热。空调器再生空气用作压缩式热泵HP中的低温热源，并且被冷却装置210冷却。
下面参照图18中所示的莫里尔图描述图17所示的压缩式热泵HP的操作。图18中的曲线图是在HFC134a用作制冷剂的情况下作出的莫里尔图。点a表示制冷剂被冷却装置210蒸发而且制冷剂呈现为饱和蒸气时的状态。此时制冷剂的压力为4.2kg/cm2，温度为10℃，焓值为148.83kcal/kg。点b表示蒸气被压缩机260吸入并压缩后的状态，即压缩机260出口处的状态。在该状态下，制冷剂的压力为19.3kg/cm2，温度为78℃，并且呈现为过热蒸气的形式。制冷剂蒸气在加热装置(从制冷剂的角度看是冷却装置或冷凝器)220中被冷却，并且到达莫里尔图中以点c中表示的状态。在点c处，制冷剂呈现为饱和蒸气状态，而且压力为19.3kg/cm2，温度为65℃。在该压力下，制冷剂被进一步冷却和冷凝，以到达点d表示的状态。在点d处，制冷剂呈现为饱和液体的形式，并且具有与点c处相同的温度。饱和液体的焓值为122.97kcal/kg。该制冷剂液体在膨胀阀250中减压，从而在10℃温度下达到饱和压力4.2kg/cm2。在10℃的温度下，制冷剂以制冷剂液体和蒸气的混合物的状态被输送到冷却装置(从制冷剂的角度看是蒸发器)210，在此，混合物吸取处理空气中的热量，并且被蒸发而到达在莫里尔图中以点a表示的饱和蒸气状态。饱和蒸气再被吸入压缩机260中，以反复进行上述循环周期。
由于制冷剂循环周期中的制冷剂冷却效率不一定会很高，因此上述传统空调装置中所用的热泵没有优异的COP。在这种传统空调装置中，用于在处理空气被冷却装置210冷却之前对处理空气作初步冷却的显热交换器104扮演了重要角色。然而，由于显热交换器通常要在系统中占据很大的空间，因此难以构造系统，而且系统的尺寸会不可避免地较大。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有高COP的热泵和一种具有高COP和紧凑结构的除湿装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，作为示例，如图1和2所示，提供了一种热泵HP1，其内一个增压器260、一个冷凝器220和一个蒸发器210通过制冷剂路径201-207相互连接着，热泵包括：布置在制冷剂路径中的用于将冷凝器220与蒸发器210相连的器具，其用于在中等压力下反复地交替蒸发和冷凝制冷剂(在图3中从点e至点f1、从点f1至点g1a和诸如此类)，所述中等压力位于将要被增压器260增压的压力与被增压器260增压后的压力之间。
热泵可以这样安置，即当制冷剂被交替地蒸发和冷凝后，例如，如图9中的流路图和图10中的相应莫里尔图所示，冷凝后的制冷剂将被减压到低于前一中等压力的第二中等压力(图10中从点g2至点E)，然后再被蒸发。作为示例，热泵可以具有两个用于如图12中的流路图和图13中的相应莫里尔图所示反复地交替蒸发和冷凝制冷剂的器具，而热泵可以这样安置，即其中一个器具中的蒸发压力或冷凝压力低于另一个器具中的蒸发压力或冷凝压力，并且当制冷剂被相应的器具交替地蒸发和冷凝时，冷凝后的制冷剂同时在蒸发器中被减压到蒸发压力(在图13中从点g2至点j1和从点G2至点j)。
根据本发明的一个方面，提供了一种除湿空调装置，其包括：一个水分吸收装置103，其用于去除处理空气中的水分，并且被再生空气从中吸走水分而得到还原；以及一个热泵HP1，其具有一个冷凝器220、一个蒸发器210和一个将冷凝器220与蒸发器210相连的细管组；其中细管组被这样安置，即能够将已经被冷凝器220冷凝了的制冷剂引入蒸发器210中，并且使制冷剂交替地与处理空气和再生空气接触。
作为示例，如图12或图14所示，可以有两个上述细管组，而用于从冷凝器向细管组中引入制冷剂的制冷剂路径可以分支为两个路径，它们分别连接着两个细管组，而且从相应细管组中延伸出来的制冷剂管线可以在蒸发器入口处彼此汇合，或者在蒸发器中间接汇合。
根据本发明的另一个方面，作为示例，如图1和2所示，提供了一种热泵，其包括：一个增压器260，其用于升高制冷剂的压力；一个蒸发器210，其利用将要被增压器260增压的制冷剂的蒸发热冷却低温热源流体A；一个冷凝器220，其利用被增压器260增压后的制冷剂的冷凝热加热高温热源流体B；以及第一热交换器300a，其用于使位于蒸发器210上游的低温热源流体A与一种冷却流体进行热交换；其中第一热交换器300a具有用于被低温热源流体A流过的第一容室310、用于被冷却流体流过的第二容室320和延伸通过第一容室310和第二容室320的制冷剂通道251A1-A9、252A1-A9，制冷剂通道251A1-A9、252A1-A9通过第一节流器330连接着冷凝器220，且反复地交替延伸通过第一容室310和第二容室320，再通过第二节流器250连接到蒸发器210。冷却流体优选包括高温热源流体B。特别地讲，用于与第一热交换器300a中的位于蒸发器上游的低温热源流体进行热交换的冷却流体最好包括位于冷凝器220上游的高温热源流体B。
在制冷剂通道中，制冷剂通常整体上沿一个方向流动。这指的是，从整体上看，制冷剂基本上沿同一方向流动通过制冷剂通道，但制冷剂在局部可能会因紊流而局部回流，或者会因气泡或瞬间中断所产生的压力波动而引起流向振荡变化。制冷剂通道包括例如热交换管，并且交替地延伸通过第一容室和第二容室。因此，整体上沿一个方向流动的制冷剂会反复地被交替蒸发和冷凝。用语“制冷剂通道交替地延伸通过第一容室和第二容室”指的是制冷剂通道不只延伸通过第一容室和第二容室一次，而是制冷剂通道先延伸通过第一容室和第二容室一次，再至少延伸通过第二容室或第一容室一次。在第一容室中，低温热源流体与制冷剂交换热量，在第二容室中，高温热源流体与制冷剂交换热量。通常，制冷剂在延伸通过第一容室的制冷剂通道中至少部分地蒸发，而处在蒸气态的制冷剂将在延伸通过第二容室的制冷剂通道中至少部分地冷凝。
通过上述结构，由于制冷剂流经第一和第二容室多次，因此，虽然制冷剂在延伸通过第一容室的制冷剂通道中被蒸发，它也不会完全干透。
在热泵中，第一容室310和第二容室320可以这样安置，即低温热源流体A和冷却流体以逆流的方式流动；第一容室310和第二容室320中的制冷剂通道可以具有：位于第一平面PA中的至少一对第一容室延伸部分251A1和第二容室延伸部分252A1，该第一平面基本上垂直于低温热源流体A和冷却流体的流动方向；位于第二平面PB中的至少一对第一容室延伸部分251B1和第二容室延伸部分252B1，该第二平面与第一平面PA不同并且基本上垂直于低温热源流体A和冷却流体的流动方向；以及一个布置在第一平面PA向第二平面PB过渡的位置上的中间节流器331。
在延伸通过第一容室的制冷剂通道部分中，通常有至少一部分制冷剂被蒸发。因此该制冷剂通道部分可以称作蒸发段。在延伸通过第二容室的制冷剂通道部分中，通常有至少一部分制冷剂被冷凝。因此该制冷剂通道部分可以称作冷凝段。因此前述各对部分指的是蒸发段和冷凝段(或冷凝段和蒸发段)的对组。由于热泵具有中间节流器，因此第一平面中的制冷剂通道中的压力和第二平面中的制冷剂通道中的压力可以具有不同的值。由于低温热源流体和冷却流体以逆流的形式流动，因此所述彼此不同的压力会沿着低温热源流体的下游方向或冷却流体的上游方向逐渐减小。这样，低温热源流体和冷却流体之间会发生逆流热交换，从而获得极高的热交换效率。
在上述热泵中，作为示例，如图1所示，中间节流器331可以安置在制冷剂通道延伸通过第二容室320时的位置上，或者作为示例，如图6所示，中间节流器331可以安置在制冷剂通道延伸通过第一容室310时的位置上。
作为示例，如图12所示，热泵还可以包括第二热交换器300d2，其用于使位于蒸发器上游的低温热源流体A与冷却流体进行热交换；其中第二热交换器300d2具有用于被低温热源流体A流过的第三容室310B、用于被冷却流体流过的第四容室320B和一个延伸通过第三容室310B和第四容室320B的制冷剂通道，该制冷剂通道通过第三节流器330B连接着冷凝器220，且反复地交替延伸通过第三容室310B和第四容室320B，再通过第四节流器340B连接到蒸发器210；第三容室310B相对于低温热源流体A布置在第一容室310A下游，第四容室相对于冷却流体布置在第二容室320A上游。冷却流体优选包括高温热源流体B。特别地讲，用于与第二热交换器300d2中的位于蒸发器上游的低温热源流体进行热交换的冷却流体最好包括位于冷凝器220上游的高温热源流体B。
通过上述结构，由于热泵具有第二热交换器300d2，因此热泵可以在与第一热交换器的压力不同的压力下操作，从而可以提高总体热交换效率。
作为示例，如图9所示，热泵还可以包括第三热交换器300c2，其用于使位于蒸发器210上游的低温热源流体A与冷却流体进行热交换；其中第三热交换器300c2具有用于被低温热源流体流过的第五容室310B、用于被冷却流体流过的第六容室320B和一个延伸通过第五容室310B和第六容室320B的制冷剂通道，该制冷剂通道通过第五节流器340连接着第一热交换器300cl的制冷剂通道，且反复地交替延伸通过第五容室310B和第六容室320B，再通过第二节流器250连接到蒸发器210；第五容室310B相对于低温热源流体A布置在第一容室310A下游，第六容室320B相对于冷却流体布置在第二容室320A上游。冷却流体优选包括高温热源流体B。特别地讲，用于与第三热交换器300c2中的位于蒸发器上游的低温热源流体进行热交换的冷却流体最好包括位于冷凝器220上游的高温热源流体B。
根据本发明的另一个方面，作为示例，如图1、6、9和12所示，提供了一种除湿装置，其包括前面所述的热泵和一个水分吸收装置103，该水分吸收装置相对于低温热源流体A布置在第一热交换器的上游，并且带有用于从低温热源流体A吸收水分的干燥剂。
低温热源流体通常是空调装置的处理空气。由于空调装置中具有一个水分吸收装置，因此低温热源流体的湿度可以降低。低温热源流体通常是用作再生空气的外界空气。
本发明的除湿装置优选这样构造，即利用被冷凝器200加热了的高温热源流体B吸取干燥剂中的水分。
作为示例，如图3所示，本发明的目的还可以通过一种从低温热源流体A向高温热源流体B传输热量的方法而实现，该方法包括：第一步，在预定低压4.2kg/cm2下蒸发制冷剂，以冷却低温热源(从点j至点a)；第二步，将在第一步中蒸发了的制冷剂的压力增加到预定高压19.3kg/cm2(从点a至点b)；第三部，在预定高压下将在第二步中增压了的制冷剂冷凝，以利用冷凝热加热高温热源(从点b至点d)；第四步，对在第三部中冷凝了的制冷剂减压至位于预定高压和预定低压之间的第一中等压力(从点d、点c至点e)；第五步，反复蒸发和冷凝，即蒸发在第四步中减压了的制冷剂，以冷却低温热源，和冷凝制冷剂，以加热高温热源；第六步，将第五部中冷凝了的制冷剂供应为将要在第一步中蒸发的制冷剂。热传导通常是通过这种吸取热量的方式而实现的。
作为示例，如图3所示，第五部中的反复蒸发和冷凝操作是如此实现的：蒸发制冷剂，以冷却低温热源流体A(从点e至点f1，从点h1至点f2，从点h2至点f3，从点h3至点h4)，和冷凝制冷剂，以加热高温热源流体B(从点f1至点g1a，从点g1b至点h1，从点f2至点g2a，从点g2b至点h2，以及诸如此类)。在图3所示的实例中，第六步是供应制冷剂的步骤(从点h4至点j)，即通过冷凝而加热了高温热源流体B(从点f4至点h4)的制冷剂被提供为将要在第一步中蒸发的制冷剂。
对于包含上述吸取热量方法的除湿方法，可以设有第十一步，即作为示例，如图4所示，在低温热源流体在第五步中通过蒸发制冷剂而被冷却之前，利用干燥剂吸收低温热源流体中含有的水分(从点K至点L)；以及第十二步，利用已经在第三步通过冷凝制冷剂而被加热了的高温热源流体从已经在第十一步中吸收了水分的干燥剂中吸取水分(从点T至点U)。
本发明基于1999年8月31日提交的日本专利申请公开文献No.11-245022，该文献结合在此作为本申请公开内容的一部分。
根据下面的详细描述可以更充分地理解本发明。本发明的其他应用方式可以从下面的详细描述中更清楚地显现出来。然而，下面的详细描述和特定的实例只是出于解释本发明的目的而描述的优选实施例，显然，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本领域的普通技术人员可以对下面详细描述的实施例做出各式各样的改变和修改。
本申请人不认为应当局限在下面为公众描述的任一实施例，并且不认为对公开内容所作的任何修改和替代不包含在根据等同原理构成本发明一部分的权利要求书的范围内。
附图说明
图1是根据本发明第一个实施例的热泵以及装有该热泵的除湿空调装置的流路图；
图2(a)和2(b)分别是一种适于用在图1所示热泵中的热交换器的示意性侧视图和横向剖切俯视图；
图3是图1所示热泵的莫里尔图；
图4是用于解释图1所示的除湿空调装置的操作的湿度计算图；
图5是装有根据本发明第一个实施例的热泵的除湿空调装置的一个实际结构例子的示意性横向剖切正视图；
图6是根据本发明第二个实施例的热泵以及装有该热泵的除湿空调装置的流路图；
图7是图6所示热泵的莫里尔图；
图8是装有根据本发明第二个实施例的热泵的除湿空调装置的一个实际结构例子的示意性横向剖切正视图；
图9是根据本发明第三个实施例的热泵以及装有该热泵的除湿空调装置的流路图；
图10是图9所示热泵的莫里尔图；
图11是装有根据本发明第三个实施例的热泵的除湿空调装置的一个实际结构例子的示意性横向剖切正视图；
图12是根据本发明第四个实施例的热泵以及装有该热泵的除湿空调装置的流路图；
图13是图12所示热泵的莫里尔图；
图14是装有根据本发明第四个实施例的热泵的除湿空调装置的一个实际结构例子的示意性横向剖切正视图；
图15(a)和15(b)分别是一种适于用在根据本发明实施例的热泵中的热交换器的示意性俯视图和侧视图；
图16是热交换管级数与温度效率之间关系的曲线图；
图17是一种传统热泵和一种传统除湿空调装置的流路图；
图18是图17所示传统热泵的莫里尔图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的一个优选实施例。在各个图中，相同或类似的元件以相同或类似的附图标记表示，并且不再重复描述。
图1是根据本发明第一个实施例的热泵HP1以及装有热泵HP1的除湿空调装置的流路图。除湿空调装置是采用干燥剂的空调装置。图2(a)和2(b)分别是适于用在图1所示热泵中的第一热交换器的结构实例的示意性侧视图和横向剖切俯视图。图3是包含在图1所示空调装置中的热泵的莫里尔图。图4是图1所示除湿空调装置的湿度计算图。
下面参照图1描述根据第一个实施例的热泵以及装有该热泵的除湿空调装置的结构细节。该空调装置利用干燥剂降低处理空气的湿度，以便在供应了处理空气的空气调节空间101中保持舒适的空气环境。在图1中，与处理空气相关的装置将沿着来自空气调节空间101的处理空气A的路径进行描述。连接着空气调节空间101的路径107、与路径107相连的用于循环处理空气的吹风机102、路径108、填充着干燥剂的干燥剂转轮103、路径109、位于根据本发明的第一热交换器300a中的第一容室310、路径110、制冷剂蒸发器(从处理空气的角度看是冷却装置)210和路径111以上述次序布置着，以使处理空气返回空气调节空间101中。
路径124、用于循环再生空气的吹风机140、路径125、用于使流入干燥剂转轮103的再生空气与流出干燥剂转轮的处理空气之间发生热交换的热交换器300a中的第二容室320、路径126、制冷剂冷凝器(从再生空气的角度看是加热装置)220、路径127、干燥剂转轮103和路径128以上述次序依次沿着来自外界空间OA的再生空气B的路径布置，以将再生空气作为排气排放到外界空间中。
下面从制冷剂蒸发器210开始沿着制冷剂路径描述热泵HP1中的各个装置。在图1中，制冷剂蒸发器210、路径207、用于压缩已经被制冷剂蒸发器210蒸发成蒸气的制冷剂的压缩机260、路径210、制冷剂冷凝器220、路径202、节流器330、热交换器330a、路径204、节流器250和路径206以上述次序布置着，以使制冷剂返回到制冷剂蒸发器210中。这样就构成了热泵HP1。
干燥剂转轮103包括包一个可以绕着旋转轴线AX旋转的厚圆盘形转轮，干燥剂填充在转轮中并且留有用于使空气流过的间隙。作为示例，干燥剂转轮103包括多个管状干燥元件，它们彼此结合在一起，以使它们的中心轴线平行于旋转轴线AX延伸。转轮被安置得沿着一个方向绕旋转轴线AX旋转，并且使得处理空气A和再生空气B能够流入和流出平行于旋转轴线AX布置着的干燥剂转轮103。每个干燥元件被安置得随着转轮103的旋转而交替地接触处理空气A和再生空气B。通常，干燥剂转轮103被这样安置，即处理空气A和再生空气B以平行于旋转轴线AX的逆流形式流过圆形干燥剂转轮103的相应一半区域。
由于空调装置被这样安置，即压缩式热泵HP1同时冷却干燥剂式空调器的处理空气和加热其再生空气，因此压缩式热泵HP1可以利用从压缩式热泵HP1之外的驱动源供应的驱动能量而对处理空气产生冷却作用，而且用于还原干燥剂的热量是通过热泵运转而从处理空气吸取的热量和压缩式热泵HP1的驱动能量的总和。这样，从外界驱动源施加的驱动能量可以通过多重途径使用，以实现高节能效果。利用在处理空气与再生空气之间交换热量的热交换器300a，可以进一步提高节能效果。
下面参照图2(a)和2(b)描述适于用在热泵HP1中的热交换器300a的结构细节。图2(a)是板翅—管式热交换器从作为制冷剂流道的管的纵向看时的侧视图，其中一些板翅被断开显示。管的圆形横断面中心的符号“×”表示制冷剂从观察者流向图2(a)的纸面内，管的圆形横断面中心的符号“·”表示制冷剂从图2(a)的纸面流向观察者。图2(b)是沿着图2(a)中的剖线X-X所作的横断面图。在图2(b)中，热交换器300a具有用于被处理空气A流经的第一容室310和用于被作为再生空气的外界空气流经的第二容室320，第一和第二容室310、320彼此毗邻安置，单一的间壁301夹在它们之间。
在图2(a)中，处理空气A通过路径109从上侧供应到第一容室310中，并且通过路径110而从第一容室310的下侧排出。再生空气B通过路径125从下侧供应到第二容室320中，再通过路径126而从第二容室320的上侧排出。如图2(a)所示，热交换器300具有多个大致平行的作为制冷剂流道的热交换管，它们位于多个大致水平的(即垂直于图2(a)的纸面)不同平面PA、PB、PC…中。
如图2(b)所示，多个热交换管延伸穿过第一容室310、第二容室320和将所述容室彼此隔开的间壁301。作为示例，布置在图2(a)所示平面PA中的热交换管具有延伸穿过第一容室310的部分，如图2(b)所示，这些部分称作蒸发段251，以用作第—制冷剂通道。多个蒸发段以相应的附图标记251A1、251A2、251A3、…251A9(在图示的实例中，有九个热交换管布置在单一平面PA中)表示。以下在不需要单独讨论所述多个蒸发段的情况下，这些蒸发段以单一的附图标记251表示。布置在平面PA中的热交换管还具有延伸通过第二容室320的部分，这些部分称作冷凝段252，以用作第二制冷剂通道。多个冷凝段以相应的附图标记252A1、252A2、252A3、…252A9表示。以下在不需要单独讨论所述多个冷凝段的情况下，这些冷凝段以单一的附图标记252表示。蒸发段251A1和冷凝段252A1、251A2和252A2、251A3和252A3、…251A9和252A9分别构成第一容室延伸部分和第二容室延伸部分对组，并且构成了各个制冷剂通道。
此外，如图2(b)所示，布置在单一平面PB中的热交换管具有多个延伸穿过第一容室310的部分，这些部分称作蒸发段251B1、251B2、251B3、…251B8(在图示的实例中，有八个热交换管布置在平面PB中)。布置在平面PB中的热交换管还具有延伸通过第二容室320的部分，这些部分与上述蒸发段组成制冷剂通道对组，并且称作冷凝段252B1、252B2、252B3、…252B8，以用作第二制冷剂通道。平面PC中也设有与平面PB中一样的制冷剂通道，它们未示出。
在图2(a)和2(b)所示的热交换器中，蒸发段251A1与冷凝段252A1彼此结对，并且由形成整体通道的单一管构成。蒸发段251A2、251A3、…与冷凝段252A2、252A3、…以及蒸发段251B1、251B2、251B3、…与冷凝段252B1、252B2、252B3、…也是类似地构造的。这一特征再加上第一容室310和第二容室320彼此毗邻安置并且有单一间壁301夹在它们之间，可以有效地将热交换器300a整体上制作得较小和紧凑。
在图2(a)和2(b)所示的热交换器中，蒸发段251A、251B、251C以上述次序从图2(a)中的上侧开始向下依次布置，而冷凝段252A、252B、252C也以上述次序从图2(a)中的上侧开始向下依次布置。在平面PA中，各个蒸发段以251A1-251A9的次序从图2(a)中的左侧开始向右依次布置，冷凝段也以252A1-252A9的次序从图2(a)中的左侧开始向右依次布置。
如图2(b)所示，冷凝段252A1的端部(远离间壁301)和冷凝段252A2的端部(远离间壁301)通过一个U形管彼此连接起来。蒸发段251A2的端部和蒸发段251A3的端部也类似地通过一个U形管彼此连接起来。
这样，沿着从蒸发段251A1向冷凝段252A1的方向整体流动的制冷剂会被U形管引入冷凝段252A2中，再流入蒸发段251A2中，制冷剂从此处通过U形管流向蒸发段251A3中。通过这种方式，由蒸发段和冷凝段构成的制冷剂通道将交替、反复地延伸通过第一容室310和第二容室320。换言之，制冷剂通道以一组曲折细管的方式设置。这一组曲折细管延伸通过第一容室310和第二容室320，并且保持交替接触处理空气和再生空气。
在图2(a)中，平面PA中的制冷剂通道的右侧端即冷凝段252A9的端部与平面PB中的制冷剂通道的右侧端即冷凝段252B8的端部通过一个用作节流器的孔眼331而彼此连接。平面PB中的制冷剂通道的左侧端即冷凝段252B1的端部与平面PC中的制冷剂通道的左侧端即冷凝段252C1(未示出)的端部通过一个用作节流器的孔眼332而彼此连接。
在图2(a)中，处理空气A通过导管109向下流入第一容室310中，再向下流出第一容室310。在图2(a)中，用作再生空气B的外界空气通过导管125向上流入第二容室320中，再向上流出第二容室320。
利用如此构造的热交换器，引入蒸发段251A1中的制冷剂在蒸发段251A1中被部分地蒸发，再以湿态流入冷凝段252A1中。制冷剂被U形管转向，再流入冷凝段252A2中并在此被冷凝。冷凝后的制冷剂将流入蒸发段251A2中，在此制冷剂被部分地蒸发，再被U形管转向并且流入蒸发段251A3中。制冷剂如此反复地被交替蒸发和冷凝，直至到达平面PA中的最后一行冷凝段252A9。之后，制冷剂被节流器331减压，并且流入平面PB中的冷凝段252B8中。
接下来，制冷剂类似地交替流过平面PB中的冷凝段和蒸发段，并且被反复冷凝和蒸发，直至制冷剂到达平面PB中的最后一行冷凝段252B1。制冷剂再被节流器332减压，并且流入平面PC中的冷凝段252C1中。
蒸发段251A中的蒸发压力和冷凝段252A中的冷凝压力，也就是第一中等压力，或者蒸发段251B中的蒸发压力和冷凝段252B中的冷凝压力，也就是第二中等压力，是根据处理空气A和用作再生空气B的外界空气的温度而决定的。由于图2(a)和2(b)所示的热交换器300a通过蒸发和冷凝而实施热传导，因此热交换器具有优异的热传导率。此外，由于热交换是根据逆流原理实施的，因此热交换器具有非常高的热交换率。由于制冷剂被强迫在从蒸发段251至冷凝段252或从冷凝段252至蒸发段251的制冷剂通道中沿大致同一方向整体流动，因此处理空气与再生空气(外界空气)之间的热交换效率非常高。用语“制冷剂在制冷剂通道中沿大致同一方向整体流动”指的是，整体上看，制冷剂在制冷剂通道中基本上沿同一方向流动，但制冷剂在局部可能会因紊流而局部回流，或者会因气泡或瞬间中断所产生的压力波动而引起流向振荡变化。在本实施例中，制冷剂在压缩机260中的增压作用下被强制性地沿一个方向流动。
当高温流体被冷却时，即当热交换器用于冷却高温流体时，热交换效率φ定义为：
φ＝(TP1-TP2)/(TP1-TC1)
其中热交换器入口处的高温流体温度以TP1表示，热交换器出口处的高温流体温度以TP2表示，热交换器入口处的低温流体温度以TC1表示，热交换器出口处的低温流体温度以TC2表示。当热交换器用于加热低温流体时，热交换效率φ定义为：
φ＝(TC2-TC1)/(TP1-TC1)
用在蒸发段251和冷凝段252中的热交换管的内表面中优选形成螺旋槽，例如来复枪枪管内表面中的那种线槽，从而获得一个高性能热传导表面。流经热交换管的制冷剂液体通常会打湿其内表面。螺旋槽通常会干扰制冷剂液流的边界层，从而增大热传导率。
处理空气流经第一容室310。在第一容室310中安装在热交换管外表面上的翅片优选以散热片的形式布置，以干扰流经第一容室310的流体的流动。与此类似，第二容室320中的翅片也优选如此布置，以干扰流经第二容室320的流体的流动。翅片优选由铝或铜或它们的合金制成。
下面首先参照图1描述制冷剂流在各个装置中的流动，再参照图3描述热泵HP1的操作。
在图1中，被制冷剂压缩机260压缩后的制冷剂蒸气通过连接着压缩机排口的制冷剂蒸气管线201而引入再生空气加热装置(制冷剂冷凝器)220中。被制冷剂压缩机260压缩后的制冷剂蒸气会受到压缩热的作用而升温，而且制冷剂蒸气中的热量会加热再生空气。热量从制冷剂蒸气自身中吸取出来，而且制冷剂蒸气被冷凝。
制冷剂冷凝器220具有一个制冷剂出口，其通过制冷剂路径202连接到热交换器300a中的蒸发段251A1的入口。节流器330邻近于蒸发段251A1布置在制冷剂路径202中。
在图1中，只示出了蒸发段251A1和与之结对的冷凝段252A1，它们安置在节流器330与热交换器330a的节流器331之间。蒸发段251A1和冷凝段252A1是最低配置要求，在一个平面例如平面PA中通常要安置多个蒸发段和冷凝段，如前面参照图2(a)和2(b)所描述。
从制冷剂冷凝器(从再生空气的角度看是加热装置)220流出的制冷剂液体被节流器330减压，并且通过膨胀而部分地蒸发(闪蒸)。由液体和蒸气组成的制冷剂混合物到达蒸发段251A1，在此制冷剂液体流动而打湿蒸发段251A1中的管内壁表面，并且被蒸发，以将流经第一容室310的处理空气冷却。
蒸发段251A1和冷凝段252A1被构造成一根连续管。具体地讲，由于蒸发段251A1和冷凝段252A1以整体通道的形式设置，因此蒸发了的制冷剂蒸气(以及未蒸发的制冷剂液体)将流入冷凝段252A2中。此时，制冷剂蒸气中的热量被流经第二容室320的外界空气吸取，而制冷剂被冷凝。
如前所述，热交换器300a在第一平面PA中具有由延伸通过第一容室310的制冷剂通道构成的蒸发段和由延伸通过第二容室320的制冷剂通道构成的冷凝段(至少是一对，例如以251A9和252A9代表的一对)，还在第二平面PB中具有由延伸通过第二容室320的制冷剂通道构成的冷凝段和由延伸通过第一容室310的制冷剂通道构成的蒸发段(至少是一对，例如以252B8和251B8代表的一对)。热交换器300a具有中间节流器331，其位于制冷剂从平面PA中的冷凝段252A9流向平面PB中的冷凝段252B8所经过的过渡位置上。具体地讲，中间节流器331安置在制冷剂通道延伸通过第二容室320时的一个位置上。
在第一个实施例中，热泵HP1具有用于将不同平面中的冷凝段相连的中间节流器331、332、333以及布置在节流器333下游的多对冷凝段和蒸发段。因此热泵HP1的布置使得从热交换器300a流出的液态制冷剂最终会流经冷凝段。
热交换器300a中的最终冷凝段的出口通过制冷剂液体管线204连接着一个用作第二节流器的膨胀阀250。膨胀阀250通过制冷剂管线206连接着制冷剂蒸发器(从处理空气的角度看是冷却装置)210。
节流器250可以安置在从冷凝段至制冷剂蒸发器210的入口之间的任何位置上，但优选安置在制冷剂蒸发器210的入口紧邻前方。这是因为，由于流出节流器250的制冷剂的温度明显低于大气温度，因此制冷剂管线的绝热材料需要很厚。在冷凝段中冷凝的制冷剂液体被节流器250减压，并且出现膨胀和降温。之后，制冷剂被引入制冷剂蒸发器210中，在此制冷剂被蒸发，从而利用蒸发热冷却处理空气。节流器330、250可以包括孔眼、毛细管、膨胀阀或类似物。中间节流器331、332、333通常由孔眼构成。
在制冷剂蒸发器210中蒸发成蒸气的制冷剂被引入制冷剂压缩机260的吸入侧中，并因此而反复进行上述循环周期。
下面参照图2(b)描述热交换器300a的蒸发段和冷凝段中的制冷剂的变化过程。制冷剂以液态流入蒸发段251A1中。制冷剂可以是部分蒸发了的制冷剂液体，因而略微含有一些蒸气态制冷剂。制冷剂液体在流经蒸发段251A1时被处理空气加热，并且以增多了的蒸气态进入冷凝段252A1中。在冷凝段252A1中，制冷剂将加热再生空气。此时，热量从制冷剂自身中吸取出来，而且处在蒸气态的制冷剂被冷凝，然后制冷剂流入下一冷凝段252A2中。在制冷剂流经冷凝段252A2时，热量继续被再生空气从制冷剂中吸取，而处在蒸气态的制冷剂被进一步冷凝。此后，制冷剂流入下一蒸发段251A2中。通过这种方式，制冷剂流过制冷剂通道，并同时在蒸气态与液态之间转换相态。这样，热量在用作热泵HP1中的低温热源流体的处理空气与用作热泵HP1中的高温热源流体的再生空气之间交换。
接下来参照图3描述热泵HP1的操作。图3是在HFC134a用作制冷剂的情况下的莫里尔图。在该莫里尔图中，横轴表示焓值，纵轴表示压力。
出于解释的目的，假定制冷剂通道由平面PA中的一对蒸发段251A1和冷凝段252A1、节流器331、平面PB中的冷凝段252B2和蒸发段251B2以及蒸发段251B1和冷凝段252B1、节流器332、平面PC中的冷凝段252C1和蒸发段251C1以及蒸发段251C2和冷凝段252C2、节流器333、位于平面PD中的冷凝段252D2和蒸发段251D2以及蒸发段251D1和冷凝段252D1构成，最终到达节流器250。
在图3中点a表示制冷剂蒸发器210的出口处的制冷剂状态，此时制冷剂呈现为饱和蒸气的形式。制冷剂的压力为4.2kg/cm2，温度为10℃，焓值为148.83kcal/kg。点b表示蒸气被压缩机260吸入并压缩后的状态，即压缩机260出口处的状态。在点b处，制冷剂的压力为19.3kg/cm2，温度为78℃，并且呈现为过热蒸气的形式。
制冷剂蒸气在制冷剂冷凝器220中被冷却，并且到达在莫里尔图中以点c表示的状态。在点c处，制冷剂呈现为饱和蒸气的形式，而且压力为19.3kg/cm2，温度为65℃。在该压力下，制冷剂被进一步冷却和冷凝，以到达点d表示的状态。在点d处，制冷剂呈现为饱和液体的形式，并且具有与点c处相同的温度。饱和液体的焓值为122.97kcal/kg。
制冷剂被节流器330减压，并且流入热交换器330a中的蒸发段251A1中。此时的状态在莫里尔图中以点e表示。此时制冷剂液体的温度略高于外界空气的温度。制冷剂液体的压力为根据本发明的第一中等压力，即在本实施例中为4.2kg/cm2与19.3kg/cm2之间的中间值。由于液体被部分地蒸发，因此此时制冷剂液体是液体与蒸气的混合物。
在蒸发段251A1中，制冷剂液体在第一中等压力下被蒸发，并且到达以点f1表示的状态，该点位于饱和液体曲线与饱和蒸气曲线之间，并且处在中等压力下。在点f1处，虽然部分液体被蒸发，但制冷剂液体保持相当大的量。
处在以点f1表示的状态下的制冷剂流入冷凝段252A1中。在冷凝段252A1中，热量被流经第二容室320的外界空气从制冷剂中吸取，而且制冷剂到达以点g1a表示的状态。
处在点g1a状态下的制冷剂被节流器331减压，并且到达以点g1b表示的状态。在点g1b处，制冷剂具有第二中等压力，其低于点g1a处的压力。之后，热量在第二容室320中从制冷剂中吸取出来，而制冷剂以增大了的液态比例到达以点h1表示的状态。之后，制冷剂流入蒸发段251B2中，在此制冷剂的蒸气态比例增大，并且到达以点f2表示的状态。此后，制冷剂流入冷凝段252B1中。在冷凝段252B1中，制冷剂中的热量被流经第二容室320的外界空气吸取，并且到达以点g1a表示的状态。
处在点g2a状态的制冷剂被节流器332减压，并且到达以点g2b表示的状态。在点g2b处，制冷剂具有第三中等压力，其低于点g2a处的压力。之后，热量从冷凝段252C2中的制冷剂中吸取出来，而且制冷剂以增大了的液态比例到达以点h2表示的状态。之后，制冷剂流入蒸发段251C2中。
制冷剂被中间减压器333减压，再依次流经蒸发段、冷凝段、冷凝段和蒸发段中的制冷剂通道，从而到达在莫里尔图中以点h4表示的状态。在莫里尔图中，点h4位于饱和液体曲线上。在该点处，制冷剂的温度为30℃，焓值为109.99kcal/kg。
点h4处的制冷剂液体被节流器250减压到4.2kg/cm2，该压力是10℃温度下的饱和压力。制冷剂在10℃温度下以制冷剂液体与蒸气混合物的形式流入制冷剂蒸发器210中，在此制冷剂从处理空气吸取热量，并且被蒸发为饱和蒸气，以到达在莫里尔图中以点a表示的状态。蒸发出来的蒸气又被压缩机260吸入，从而反复进行上述循环周期。
在热交换器300a中，如前所述，制冷剂在蒸发段251中经历从点e至点f1或从点h1至点f2的蒸发状态变化，并且在冷凝段252中经历从点f1至点g1a或从点g1b至点h1的冷凝状态变化。由于制冷剂通过蒸发和冷凝而传输热量，因此热传导率非常高。
在包含有压缩机260、制冷剂冷凝器(再生空气加热装置)220、节流器330和250以及制冷剂蒸发器210的压缩式热泵HP1中，在未设有热交换器300a的情况下，制冷剂冷凝器220中的处在以点d表示的状态下的制冷剂将通过节流器返回制冷剂蒸发器210。因此，制冷剂蒸发器210可以利用的焓差只有148.83-122.97＝25.86kcal/kg。然而，利用根据本发明的包含有热交换器300a的热泵HP1，制冷剂蒸发器210可以利用的焓差为148.83-109.84＝38.84kcal/kg。这样，在相同的冷却负载和所需功率下，循环到压缩机中的蒸气量可以降低33％。因此，根据本实施例的热泵HP1可以实施与众所周知的低温冷却周期相同的操作。
下面参照图4描述装有热泵HP1的除湿空调装置的操作。结构细节方面请参看图1。在图4中，顺序排列的字母K-N和Q-U表示空气在各个区域中的状态，并且与图1所示流路图中的带圈字母相对应。图4中的湿度计算图也可以应用在如后文所述的根据本发明另一实施例的除湿空调装置中。
下面首先描述处理空气A的流动。在图4中，来自空气调节空间101的处理空气(处在状态K)通过处理空气路径107吸入吹风机102中，并且通过处理空气路径108输送到干燥剂转轮103中。处理空气中的水分被干燥剂转轮103的干燥元件中的干燥剂吸收。处理空气中的绝对湿度降低，而且其干球温度会因干燥剂的吸收热的作用而升高，以使处理空气到达状态L。处理空气通过处理空气路径109流入热交换器300a的第一容室310中，在此处理空气会在恒定的绝对湿度下被在蒸发段251(图2)中蒸发的制冷剂冷却。之后，处理空气到达状态M，并且通过路径110流入冷却装置210中。在冷却装置210中，处理空气会在恒定的绝对湿度下被进一步冷却，并且到达状态N。此时的处理空气是被干燥和冷却过的，从而以具有适宜湿度和适宜温度的处理空气SA的形式通过导管111返回到空气调节空间101中。
下面描述再生空气B的流动。来自外界空间OA的再生空气B(处在状态Q)通过再生空气路径124而被吸入，并且通过路径125流入热交换器300a的第二容室320中。在第二容室320中，通过使制冷剂流经热交换器300a中的作为制冷剂通道的蒸发段251和冷凝段252，再生空气与流经第一容室310的处理空气(处在状态L)间接地交换热量。热交换的结果是，再生空气的干球温度升高，并且到达状态R。之后，再生空气通过路径126而被输送到制冷剂冷凝器(从再生空气的角度看是加热装置)220，在此再生空气被加热并升高干球温度，从而到达状态T。之后，再生空气通过路径127而被输送到干燥剂转轮103中，在此将水分从干燥元件中的干燥剂中吸取(释放)出来，以使干燥剂还原。再生空气的绝对湿度增加了，而且由于从干燥剂吸收水分时消耗了热量，因此干球温度降低了，从而到达状态U。如前所述，再生空气随后以排气EX的形式通过路径128排放出去。
从图4所示的湿度计算图中可以看出，在前面描述的空调装置中，施加到再生空气中以使干燥剂还原所需的热量H、从处理空气中吸取的热量q和压缩机的驱动能量h彼此之间具有这样的关系：H＝q+h。
下面参照图5描述上述除湿空调装置的一种机械结构。在图5中，除湿空调装置容纳在一个机柜700中。机柜700包括一个例如由薄钢板制成的长方形壳体，并且具有一个敞开在其竖直上部顶板中央的用于吸入处理空气RA的入口。一个过滤器501设在入口中，用于防止空气调节空间101中的尘土进入除湿空调装置中。吹风机102在机柜700中布置在过滤器501的内侧方向上，而且其入口通过过滤器501而与机柜的处理空气入口连通。
吹风机102具有一个指向竖直下方的出口，干燥剂转轮103布置在吹风机102下方，而且旋转轴线AX是竖直定向的。干燥剂转轮103通过皮带、链条或类似物而以可运转的方式连接着一个用作驱动器且将旋转轴线竖直定向的电机105，并且可以以几分钟转一圈的低速旋转。由于干燥剂转轮103能够在大致水平面中绕着竖直旋转轴线AX旋转，因此除湿空调装置的高度可以减小，因而可以是紧凑的。
吹风机102的出口通过通道108连接着干燥剂转轮。通道108通过薄钢板而与其他部件分隔开，该薄钢板可以类似于例如机柜700中的。处理空气流经圆形干燥剂转轮103的大致一半(半圆形区域)。
热交换器300a的第一容室310即蒸发段251布置在干燥剂转轮103的一半(半圆形区域)的下方，用于被处理空气流过。干燥剂转轮103和第一容室310通过路径109而彼此连接，该路径由位于水平布置着的干燥剂转轮103与图1中的蒸发段中的水平布置着的管(以及安装在其上的翅片)之间的空间构成。
带有水平冷却管线的制冷剂蒸发器210布置在第一容室310下方。在图1中，路径110由位于第一容室310与制冷剂蒸发器210之间的空间构成。由于第一容室310和制冷剂蒸发器210是彼此整体组合在一起的，因此它们之间的空间汇合在热交换器300a和制冷剂蒸发器210中。在制冷剂蒸发器210下方，布置着路径111上的水平延伸在机柜700底部的起始部分。路径111随后改变方向而指向上方，并且通过间壁而与路径109、108分隔，最终到达机柜700的顶板即空气SA的供应口处，该空气供应口与处理空气RA的入口并排着敞开。
用于引入外界空气OA的入口敞开在机柜700的下部侧板中，一个过滤器502设在该入口中，以阻挡外界空气中含有的尘土。一个形成在过滤器502内侧方向上的空间用作路径124，该路径中安装着压缩机260。虽然在图1中吹风机140布置在干燥剂转轮103与热交换器300a之间，但在图5中吹风机140是布置在干燥剂转轮103与再生空气出口之间，如后文所述。吹风机140可以安置在所述位置中的任何一个上，只要能够导致再生空气循环即可。
热交换器300a的第二容室320竖直布置在压缩机260的上方。冷凝器 220布置在热交换器300a的第二容室320的上方。在本例中，热交换器300a的第二容室320和冷凝器220上带有公用翅片，并且构造为一体。中间节流器331、332、333安装在延伸通过第二容室320的冷凝段的端部上，并且沿着机柜700布置。
圆形干燥剂转轮103的大约一半(半圆形区域)竖直布置在冷凝器220上方，用于流过再生空气。
位于干燥剂转轮103的这一后半区域竖直上方的空间用作路径128，该路径中安置着吹风机140。吹风机140具有一个毗邻处理空气入口布置在机柜700的顶板中的出口。吹风机140的出口是用于将用过的再生空气排放到外界空间中的口。
由于热交换器300a通过蒸发和冷凝的方式进行热传导，并且基本上根据逆流原理实现处理空气与再生空气之间的热交换，因此热泵HP1以及除湿空调装置能够以紧凑的尺寸构造。
下面参照图6描述根据第二个实施例的热泵HP2和装有该热泵的除湿空调装置的结构细节。热交换器300b与根据第一个实施例的热交换器相同，只是中间节流器331、332、333布置在蒸发段中。
具体地讲，热交换器300b在第一平面PA中具有用作制冷剂通道并且延伸通过第二容室320的冷凝段和用作制冷剂通道并且延伸通过第一容室310的蒸发段(至少一对，例如以252A1和251A1表示的一对)，还在第二平面PB中具有用作制冷剂通道并且延伸通过第一容室310的蒸发段和用作制冷剂通道并且延伸通过第二容室320的冷凝段(至少一对，例如以251B1和252B1表示的一对)。热交换器300a在制冷剂从平面PA中的蒸发段251A1向平面PB中的蒸发段251B1流动中的过渡位置上设有中间节流器331。具体地讲，中间节流器331安置在制冷剂通道延伸通过第一容室310时的位置上。
与热交换器300a一样，在热交换器300b中，利用了在热泵中周期性地循环的制冷剂，通常是以它们的总量使用的，以交替地通过串联的蒸发段和冷凝段对组而反复交换热量。这样，只要流动的制冷剂中有一小部分被蒸发和冷凝，就能够充分地在处理空气与再生空气之间交换热量。通常，在蒸发段中，制冷剂液体中的相当大的部分保持不蒸发。因此，即使中间节流器331、332、333布置在蒸发段，也可以在各个平面(PA、PB、PC…)中的制冷剂通道中产生所需的压差。
下面参照图7描述根据第二个实施例的热泵HP2的操作。在图7中，从点a向点e的转化与图3中所示的相同，并且不再描述。热交换器300b中的处在以点e表示的状态下的制冷剂是液体和蒸气的混合物，其中一部分液体在第一中等压力下蒸发，如前面参照图3所作描述。
制冷剂在蒸发段中继续蒸发，并且到达点f1，该点接近莫里尔图中的湿区中的饱和蒸气曲线。这个状态下的制冷剂流入冷凝段中，制冷剂在此被冷凝。之后，制冷剂到达点g1，该点虽然也在湿区中，但接近于饱和液体曲线。之后，制冷剂流入蒸发段中，移向湿区中的饱和蒸气曲线而到达点h1a。直到该点之前，制冷剂是基本上在第一中等压力下发生变化的。
处在以点h1a表示的状态下的制冷剂被节流器331减压，并且在第二中等压力下到达点h1b。具体地讲，从平面PA中的用作制冷剂通道的蒸发段流出的制冷剂将流入平面PB中的用作制冷剂通道的蒸发段中。制冷剂在第二中等压力下在蒸发段中蒸发，并且到达点f2。之后，制冷剂以类似的方式反复地交替蒸发和冷凝，并且被中间节流器333减压。此后，制冷剂流经蒸发段和冷凝段而到达莫里尔图中的点g4，该点对应于图3中的点h4。在莫里尔图中，点g4位于饱和液体曲线上。在该点上，制冷剂的温度为30℃，焓值为109.99kcal/kg。
与图3中的情况一样，点g4处的制冷剂液体被节流器250减压到4.2kg/cm2，该压力是10℃温度下的饱和压力。制冷剂在10℃温度下以制冷剂液体与蒸气混合物的形式流入制冷剂蒸发器210中，在此制冷剂从处理空气吸取热量，并且被蒸发为饱和蒸气，以到达在莫里尔图中以点a表示的状态。蒸发出来的蒸气又被压缩机260吸入，从而反复进行上述循环周期。
在热交换器300b中，如前所述，制冷剂反复地交替进行蒸气态变化和液态变化。由于制冷剂通过蒸发和冷凝而传输热量，因此与热交换器300a一样，热传导率非常高。
制冷剂蒸发器210可以利用的焓差显著大于传统热泵。因此，在相同的冷却负载和所需功率下，循环到压缩机中的蒸气量可以降低33％，与图3中的情况一样。
装有热泵HP2的除湿空调装置的操作在性质上与前面参照图4中的湿度计算图所作描述相同，因而不再描述。
图8中示出了根据本发明第二个实施例的热泵HP2和装有热泵HP2的除湿空调装置的机械结构。在本实施例中，中间节流器331、332、333安装在延伸通过第一容室310的蒸发段的端部上，并且沿着一个间壁布置，该间壁限定了处理空气路径111的竖直向上部分。本实施例的其他机械细节与图5中所示的相同。
下面参照图9描述根据本发明第三个实施例的热泵HP3和装有热泵HP3的除湿空调装置。在本实施例中，一个用于在流出干燥剂转轮103的处理空气与流入冷凝器220的再生空气之间交换热量的热交换器300c被分隔为相对于处理空气的流动位于上游的热交换器300c1和相对于处理空气的流动位于下游的热交换器300c2。热交换器300c1对应于根据本发明的第一热交换器，热交换器300c2对应于根据本发明的第三热交换器。
与第一或第二个实施例中一样，热交换器300c1可以是带有中间节流器331、332、333的热交换器。然而，在图9所示的实例中，热交换器300c1没有中间节流器。在本实施例中，一个反复地交替延伸通过第一容室310和第二容室320的制冷剂通道包含第一蒸发段、第一冷凝段、弯折的第二冷凝段、第二蒸发段、弯折的第三冷凝段、第三蒸发段。热交换器300c2可以是带有中间节流器331、332、333的热交换器。热交换器300c1和热交换器300c2中的任意一个可以是带有中间节流器的热交换器。
热泵HP3是这样安置着的，即从热交换器300c1的第三冷凝段中流出的制冷剂通过一根绕过热交换器300c1的管线引入热交换器300c2中。在图9所示的实施例中，热交换器300c2的结构与热交换器300c1完全相同。
从热交换器300c1的第三冷凝段延伸出来的管线中带有一个用作第五节流器的节流器340。具体地讲，热交换器300c1和热交换器300c2通过节流器340而沿制冷剂流动方向彼此串联在一起。第五节流器340连接着热交换器300c2的第一蒸发段。热交换器300c2的第三蒸发段连接着节流器250。
热交换器300c2中的用于被处理空气流经的容室用作第五容室，热交换器300c2中的用于被再生空气流经的容室用作第六容室。从干燥剂转轮中流出的处理空气将从第一容室流入第五容室。从外界空气中引入的再生空气将从第六容室流入第二容室，再流入冷凝器220中。
下面参照图10描述热泵HP3的操作。直至点e之前，热泵HP3的操作与第一和第二个实施例中相同。点e处的制冷剂在第一蒸发段中在第一中等压力下部分地蒸发，并且到达湿区中的点f1。点f1处的制冷剂将被第一和第二冷凝段冷凝，并且到达位于饱和液体曲线上或附近的点g1。点g1处的制冷剂在第二和第三蒸发段中部分地蒸发，并且到达点f2。制冷剂在第三冷凝段中冷凝，并且到达位于饱和液体曲线上或附近的点g2。
点g2处的制冷剂被节流器340减压，并且在第二中等压力下到达点E。之后，制冷剂流入热交换器300c2的第一蒸发段中。此后，制冷剂以与热交换器300c1中的制冷剂相同的方式改变状态，并且到达点G2，该点对应于图3中的点g4。制冷剂被节流器250减压，并且到达点j处的状态。接下来，热泵HP3以与第一和第二个实施例中相同的方式操作。
图11中示出了根据本发明第三个实施例的热泵HP3和装有热泵HP3的除湿空调装置的机械结构。在本实施例中，热泵不带中间节流器331、332、333，而是将节流器340设置在热交换器300c1与热交换器300c2之间。本实施例中的其他机械细节与图5和8中所示的相同。
下面参照图12描述根据本发明第四个实施例的热泵HP4和装有热泵HP4的除湿空调装置。在本实施例中，一个用于在流出干燥剂转轮103的处理空气与流入冷凝器220的再生空气之间交换热量的热交换器300d被分隔为相对于处理空气的流动位于上游的热交换器300d1和相对于处理空气的流动位于下游的热交换器300d2。热交换器300d1对应于根据本发明的第一热交换器，热交换器300d2对应于根据本发明的第二热交换器。
与第一或第二个实施例中一样，热交换器300d1可以是带有中间节流器331、3 32、333的热交换器。然而，在图12所示的实例中，热交换器300d1没有中间节流器。热交换器300d1和热交换器300d2与热交换器300c1和热交换器300c2的结构基本上相同。
根据第三个实施例，热交换器300c1和热交换器300c2通过节流器340而串联起来。然而，根据本实施例，热交换器300d1和热交换器300d2具有连接着它们的入口的相应节流器330A、330B和连接着它们的出口的相应节流器340A、340B，并且是彼此并联布置着的。具体地讲，一个从冷凝器220延伸出来的制冷剂路径202分支为两个分别连接着节流器330A、330B的路径。节流器340A、340B连接着热交换器300d1和热交换器300d2的制冷剂出口，并且汇合在一个连接着节流器250的路径204中。节流器250、340B中的任意一个可以省略掉。
下面参照图13描述热泵HP4的操作。在图13中，向点d的转化与第一、第二和第三个实施例中的相同。点d处的制冷剂被路径202分流到两个路径中，以将大致一半的制冷剂传输到节流器330A中，将剩下的制冷剂传输到节流器330B中。
传输到节流器330A中的制冷剂被节流器330A减压到第一中等压力，并且到达点e。点e处的制冷剂在热交换器300d1的第一蒸发段中在第一中等压力下部分地蒸发，并且到达湿区中的点f1。点f1处的制冷剂将被第一和第二冷凝段冷凝，并且到达位于饱和液体曲线上或附近的点g1。点g1处的制冷剂在第二和第三蒸发段中部分地蒸发，并且到达点f2。制冷剂在第三冷凝段中冷凝，并且到达位于饱和液体曲线上或附近的点g2。点g2处的制冷剂被节流器340A和节流器250减压，并且到达点j1。点j1处的压力与蒸发器210中的蒸发压力相等。
在点d处的制冷剂中，传输到节流器330B中的制冷剂被节流器330B减压到比第一中等压力低的中等压力，并且到达点E。这是因为，热交换器300d2中的用于被处理空气流过的第三容室相对于处理空气的流动安置在热交换器300d1的第一容室下游，热交换器300d2中的用于被再生空气流过的第四容室相对于再生空气的流动安置在热交换器300d1的第二容室上游，因此蒸发温度和冷凝温度较低。
处在点E状态下的制冷剂以与热交换器300d1中的制冷剂相同的方式改变状态，并且最终到达位于饱和液体曲线上或附近的点G2。点G2处的制冷剂被节流器340B和节流器250减压，并且到达点j。点j处的压力与蒸发器210中的蒸发压力相等。以点j1、j处的状态混合的制冷剂将在蒸发器210中蒸发。
图14中示出了根据本发明第四个实施例的热泵HP4和装有热泵HP4的除湿空调装置的机械结构。在本实施例中，热泵HP4不带中间节流器331、332、333，而是将节流器330A、330B连接着热交换器300d1和热交换器300d2的相应入口，节流器340A、340B连接着热交换器300d1和热交换器300d2的相应出口。本实施例中的其他机械细节与根据第一、第二和第三个实施例的相同。
下面参照图15(a)和15(b)描述本发明第一、第二和第三个实施例中的一种结构，所作描述主要是针对与图2(a)和2(b)中的不同之处。图15(a)是沿着处理空气和再生空气的流动方向所作的热交换器的俯视图，图15(b)是垂直于处理空气和再生空气的流动方向所作的热交换器的侧视图。在图15(a)中，处理空气从观察者流向纸面，再生空气从纸面流向观察者。在该热交换器中，热交换管在每个平面PA、PB、PC、PD中分别布置为八行，所述平面垂直于处理空气和再生空气的流动方向。这样，所述管沿着处理空气和再生空气的流动方向排列为四列八行。
一个中间节流器331布置在从第一平面PA向下一平面PB过渡的位置上。一个中间节流器332(未示出)布置在从平面PB向平面PC过渡的位置上。一个中间节流器333布置在从平面PC向平面PD过渡的位置上。在将一个节流器设在一个平面向下一平面过渡的位置上的情况下，平面PA中的管行可以布置在多层中。在这种结构中，每层向下一层过渡的位置上分别布置着一个节流器。中间节流器之前和之后的平面分别称作第一和第二平面。
分别具有如图15(a)和15(b)所示八行四层(列)管的热交换器可以相对于处理空气和再生空气的流动方向彼此并联或串联布置，这取决于处理空气和再生空气的量。
作为示例，在图3所示的莫里尔图中，即使制冷剂反复蒸发和冷凝而进入超出饱和液体曲线的低温冷却区中，循环周期也可以进行。然而，考虑到处理空气流与再生空气流之间的热交换，制冷剂最好在湿区改变相态。因此，对于图2或图15所示的热交换器，与节流器330相连的第一蒸发段中的热传导面积最好大于下一蒸发段中的热传导面积。此外，由于流入节流器250中的制冷剂优选位于饱和或低温冷却区中，因此与节流器250相连的冷凝段的热传导面积最好大于前一冷凝段中的热传导面积。
下面参照图16描述总温度效率(热交换率)与热交换管沿着处理空气或再生空气的流动方向被中间节流器分隔的级数之间的关系，所述级数可以指的是层数或线数，并且对应于图15中的平面数。作为示例，如果每级的温度效率为0.400，则三级的总温度效率为大约0.67，四级为大约0.72，五级为大约0.77，六级为大约0.80。级数的进一步增多并不能导致总温度效率明显提高。因此，从成本效率的观点看，优选使用大约四级。
在上面的各个实施例中，压缩机用作增压器。然而，增压器可以包括下列用在吸附式冷冻器中的元件：一个吸收器，其用于通过吸附剂溶液吸收制冷剂，一个泵，其用于对吸收了制冷剂的吸附剂溶液加压，以及一个发生器，其用于从受压吸附剂溶液中产生制冷剂。
工业应用性
如前所述，根据本发明，由于制冷剂反复地交替流过延伸在第一和第二容室中的制冷剂通道，因此流经蒸发器或冷凝器的制冷剂将多次通过第一和第二容室，并且被多次利用，以使低温热源流体与高温热源流体之间交换热量。这样，虽然制冷剂在延伸通过第一容室的制冷剂通道中被蒸发，它也不会完全干透。
Claims (7)
1.一种热泵，其内一个增压器、一个冷凝器和一个蒸发器通过一个制冷剂路径相互连接着，上述热泵包括：
布置在制冷剂路径中的用于将上述冷凝器与上述蒸发器相连的器具，其用于在中等压力下反复地交替蒸发和冷凝制冷剂，上述中等压力位于将要被上述增压器增压的压力与被上述增压器增压后的压力之间。
2.一种除湿空调装置，其包括：
一个水分吸收装置，其用于去除处理空气中的水分，并且被再生空气从中吸走水分而得到还原；以及
一个热泵，其具有一个冷凝器、一个蒸发器和一个将上述冷凝器与上述蒸发器相连的细管组；
其中上述细管组被这样安置，即能够将已经被上述冷凝器冷凝了的制冷剂引入上述蒸发器中，并且使制冷剂交替地与上述处理空气和上述再生空气接触。
3.一种热泵，其包括：
一个增压器，其用于升高制冷剂的压力；
一个蒸发器，其利用将要被上述增压器增压的制冷剂的蒸发热冷却低温热源流体；
一个冷凝器，其利用被上述增压器增压后的制冷剂的冷凝热加热高温热源流体；以及
第一热交换器，其用于使位于上述蒸发器上游的上述低温热源流体与一种冷却流体进行热交换；
其中上述第一热交换器具有用于被上述低温热源流体流过的第一容室、用于被上述冷却流体流过的第二容室和一个延伸通过上述第一容室和上述第二容室的制冷剂通道，上述制冷剂通道通过第一节流器连接着上述冷凝器，且反复地交替延伸通过上述第一容室和上述第二容室，再通过第二节流器连接到上述蒸发器。
4.根据权利要求3所述的热泵，其特征在于，上述第一容室和上述第二容室被这样安置，即上述低温热源流体和上述冷却流体以逆流的方式流动；
上述第一容室和上述第二容室中的上述制冷剂通道具有：位于第一平面中的至少一对第一容室延伸部分和第二容室延伸部分，上述第一平面大致垂直于上述低温热源流体和上述冷却流体的流动方向；位于第二平面中的至少一对第一容室延伸部分和第二容室延伸部分，上述第二平面与上述第一平面不同并且大致垂直于上述低温热源流体和上述冷却流体的流动方向；以及一个布置在上述第一平面向上述第二平面过渡的位置上的中间节流器。
5.根据权利要求3或4所述的热泵，还包括第二热交换器，其用于使位于上述蒸发器上游的上述低温热源流体与上述冷却流体进行热交换；
其中上述第二热交换器具有用于被上述低温热源流体流过的第三容室、用于被上述冷却流体流过的第四容室和一个延伸通过上述第三容室和上述第四容室的制冷剂通道，上述制冷剂通道通过第三节流器连接着上述冷凝器，且反复地交替延伸通过上述第三容室和上述第四容室，再通过第四节流器连接到上述蒸发器；
上述第三容室相对于上述低温热源流体布置在上述第一容室下游，上述第四容室相对于上述冷却流体布置在上述第二容室上游。
6.根据权利要求3或4所述的热泵，还包括第三热交换器，其用于使位于上述蒸发器上游的上述低温热源流体与上述冷却流体进行热交换；
其中上述第三热交换器具有用于被上述低温热源流体流过的第五容室、用于被上述冷却流体流过的第六容室和一个延伸通过上述第五容室和上述第六容室的制冷剂通道，上述制冷剂通道通过第五节流器连接着上述第一热交换器的制冷剂通道，且反复地交替延伸通过上述第五容室和上述第六容室，再通过上述第二节流器连接到上述蒸发器；
上述第五容室相对于上述低温热源流体布置在上述第一容室下游，上述第六容室相对于上述冷却流体布置在上述第二容室上游。
7.一种除湿装置，其包括：
一个根据权利要求3至6中任一所述的热泵；以及
一个水分吸收装置，其相对于上述低温热源流体布置在上述第一热交换器的上游，并且带有用于从上述低温热源流体吸收水分的干燥剂。
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