CN1223804C - 热泵及去湿空气调节装置 - Google Patents
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Abstract
一种去湿空气调节装置，包括：用于提升致冷剂压力的加压器(4)；用于冷凝致冷剂从而加热高温热源流体的冷凝器(5)；用于蒸发致冷剂从而将处理空气冷却到低于其露点温度的蒸发器(1)。该去湿空气调节装置还包括一条在冷凝器(5)与蒸发器(1)之间被分支成多条分支致冷剂路径(42，43，44)的致冷剂路径。一个第一热交换部分(21)设置于上述分支致冷剂路径中，用于在冷凝器(5)的冷凝压力与蒸发器(1)的蒸发压力之间的一个中间压力下蒸发致冷剂，从而在上述中间压力下通过致冷剂的蒸发而冷却处理空气。一个第二热交换部分(22)设置于上述分支致冷剂路径中，用于在上述中间压力下冷凝致冷剂，从而在上述中间压力下通过致冷剂的冷凝而加热处理空气。第一热交换部分(21)、蒸发器(1)、第二热交换部分(22)通过路径(30，31，32，33，34)以指定的顺序联接。
Description
技术领域
本发明涉及一种热泵及去湿空气调节装置，更特别地，涉及一种具有高性能系数(COP)的热泵，以及一种具有这种热泵且每消耗单位能量可除去较多湿气的去湿空气调节装置。
背景技术
图10是现有空气调节***的流程图。如图10中所示，迄今为止，现有的去湿空气调节装置具有一个用于压缩致冷剂的压缩机201，一个用外界空气冷凝已压缩致冷剂的冷凝器202，一个用膨胀阀203对已冷凝的致冷剂进行减压并蒸发致冷剂从而将来自空气调节空间100的处理空气冷却到低于其露点的温度的蒸发器204，及一个位于冷凝器202下游和膨胀阀203上游的再加热器205，其利用致冷剂对已经冷却到低于其露点温度的处理空气进行重新加热。致冷剂在冷凝器202和再加热器205中冷凝。在所示的去湿空气调节装置中，热泵HP由压缩机201、冷凝器202、再加热器205、膨胀阀203及蒸发器204构成。热泵HP从流过蒸发器204的处理空气中将热量泵入流过冷凝器202的外界空气中。
图11是在现有去湿空气调节装置中将HFC134a用作致冷剂的情况下的摩利尔图表(Mollier diagram)。在图11中，点a代表致冷剂由蒸发器204蒸发且致冷剂处于饱和蒸气形式的状态。致冷剂的压力为0.34兆帕，温度为5℃，热函为400.9千焦/千克。点b代表由压缩机201抽出和压缩的蒸气的状态，即位于压缩机201出口的状态。在点b，致冷剂处于过热蒸气形式。
致冷剂蒸气在冷凝器202中冷却，并达到摩利尔图表中点c代表的状态。在点c处，致冷剂处于饱和蒸气状态，压力为0.94兆帕，温度为38℃。在该压力下，致冷剂被冷却并冷凝到点d表示的状态。在点d处，致冷剂处于饱和液体状态，并与其在点c处的压力和温度相同。饱和液体具有250.5千焦/千克的热函。
致冷剂液体在温度为5℃时由膨胀阀203减压到0.34兆帕的一个饱和压力，然后达到e点表示的状态。处于点e的致冷剂作为致冷剂液体和蒸气的混合物在温度为5℃时输送到蒸发器204，其中该混合物从处理空气中去除热量，并蒸发而达到在摩利尔图表中点a代表的一个饱和蒸气状态。将饱和蒸气再次抽入压缩机201中，并重复上面的循环。
图12是一个湿度图，表示在现有的去湿空气调节装置中的空气调节循环。图12中，字母K、L、M对应于图10中划圈的字母。如图12中所示，在现有的去湿空气调节装置中，来自空气调节空间100的空气(处于状态K)被冷却到低于其露点的一个温度，从而降低其干球温度并降低其绝对湿度，达到状态L。在湿度图中，状态L位于一条饱和曲线上。处于状态L的空气由再加热器205重新加热而提高其干球温度并保持其绝对湿度恒定，达到状态M。然后，将空气供应到空气调节空间100。在绝对湿度和干球温度上状态M都低于状态K。
在上述现有去湿空气调节装置中，由于必须将空气相当大地冷却到其露点，热泵中蒸发器的大约一半冷却效果被消耗用来从空气中去除可感觉的热负载，因而每消耗单位电能除去的湿气(去湿性能)较低。如果将单级压缩机用作热泵中的压缩机，则它产生一个一级压缩型致冷循环，导致性能系数(COP)降低，且每去除单位量的湿气消耗大量的电能。
发明内容
本发明是鉴于上述缺点而提出的。因此本发明的一个目的是提供一种具有高性能系数(COP)的热泵，以及去除单位湿气消耗少量能量的去湿空气调节装置。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种热泵，包括：一个用于提升致冷剂压力的加压器；一个用于冷凝上述致冷剂从而加热高温热源流体的冷凝器；一个用于蒸发上述致冷剂从而冷却低温热源流体的蒸发器；一个在上述冷凝器与上述蒸发器之间被分支成多个分支致冷剂路径的致冷剂路径；一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第一热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下蒸发上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的蒸发而冷却上述低温热源流体；一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第二热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下冷凝上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的冷凝而加热上述低温热源流体；一个以指定的顺序联接上述第一热交换部分、上述蒸发器、上述第二热交换部分的低温热源流体路径。
根据本发明的第二方面，提供一种去湿空气调节装置，包括：一个用于提升致冷剂压力的加压器；一个用于冷凝上述致冷剂从而加热高温热源流体的冷凝器；一个用于蒸发上述致冷剂从而将处理空气冷却到低于其露点的一个温度的蒸发器；一个在上述冷凝器与上述蒸发器之间被分支成多个分支致冷剂路径的致冷剂路径；一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第一热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下蒸发上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的蒸发而冷却上述处理空气；一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第二热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下冷凝上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的冷凝而加热上述处理空气；一个以指定的顺序联接上述第一热交换部分、上述蒸发器、上述第二热交换部分的处理空气路径。
通过上述结构，在蒸发器中冷却之前可在第一热交换部分中对低温热源流体进行预冷却。在蒸发器中冷却之后可用预冷却中的热量在第二热交换部分中对低温热源流体进行加热。当处理空气用作低温热源并由蒸发器冷却到低于其露点的一个温度时，就能够提供一种去除每单位湿气消耗少量能量的去湿空气调节装置。
另外，通过分支的致冷剂路径，可以逐渐改变致冷剂的工作温度，以实现高效热交换。当高温流体被冷却时，即热交换器用于冷却高温流体时，热交换的效率φ由下式限定：
φ＝(TP1-TP2)/(TP1-TC1)
其中，高温流体在热交换器入口的温度由TP1代表，在热交换器出口的温度由TP2代表，低温流体在热交换器入口的温度由TC1代表，在热交换器出口的温度由TC2代表。当低温流体被加热时，即当热交换器用于加热低温流体时，热交换的效率由下式限定：
φ＝(TC2-TC1)/(TP1-TC1)
根据本发明的一个优选方面，分支的致冷剂路径平行地分别延伸穿过上述蒸发器内部，并在上述蒸发器的下游侧彼此汇合。在这种情况下，可在分支致冷剂路径上设置一个用于与高温处理空气进行热交换的致冷剂的喷射器，用于用已经穿过上述分支致冷剂路径的致冷剂对与低温处理空气进行热交换的致冷剂进行加压。
通过上述结构，由于蒸发器的工作温度提高而改进了理论冷却效果，所以理论压缩工作减少，从而实现了高效率。另外，减小了致冷剂的具体体积，从而提高了由压缩机抽出的致冷剂的流动速度。因此根据改进的冷却效果提高了湿气去除量，因而可实现高效率。
附图说明
图1是一个示意图，表示根据本发明第一实施例的空气调节***的整体布局。
图2是根据本发明第一实施例的去湿空气调节装置的流程图。
图3是一个放大视图，表示在图2中所示的去湿空气调节装置的热交换器中分支的致冷剂路径。
图4A是一个透视图，表示从前侧观察，在致冷剂没有分支的情况下的热交换器和蒸发器。
图4B是一个透视图，表示从后侧观察，在致冷剂没有分支的情况下的热交换器和蒸发器。
图5是图2中所示的去湿空气调节装置中包括的热泵的摩利尔图表。
图6是一个湿度图，表示图2中所示的去湿空气调节装置中的一个空气调节循环。
图7是一个图表，表示在根据本发明的去湿空气调节装置中，分支的致冷剂路径的数量与温度效率之间的关系。
图8是根据本发明第二实施例的去湿空气调节装置的流程图。
图9是图8中所示去湿空气调节装置中包括的热泵的摩利尔图表。
图10是现有去湿空气调节装置的流程图。
图11是现有去湿空气调节装置中包括的热泵的摩利尔图表。
图12是一个湿度图，表示现有去湿空气调节装置中的一个空气调节循环。
具体实施方式
下面参照图1至图6对根据本发明第一实施例的去湿空气调节装置进行描述。图1是一个示意图，表示根据本发明第一实施例的空气调节***的整体布局，图2是根据本发明第一实施例的去湿空气调节装置的流程图。第一实施例中的去湿空气调节装置的作用是将处理空气冷却到低于其露点的一个温度，用于对空气进行去湿。该去湿空气调节装置包括一个位于其中的热泵HP1。该去湿空气调节装置降低处理空气的湿度，以使供应有处理空气的空气调节空间100中保持舒适的环境。
如图1中所示，去湿空气调节装置主要包括一个室内单元10和一个安装在空气调节空间100外部(室外)的室外单元20。去湿空气调节装置中的室内单元10包括一个用于蒸发致冷剂的致冷剂蒸发器1，一个用于在致冷剂和处理空气之间交换热量的热交换器2，以及一个用于循环处理空气的空气送风机3。热交换器2通过致冷剂间接地在流入蒸发器1中的处理空气与流出蒸发器1的处理空气之间完成热交换。热交换器2具有一个用于蒸发致冷剂以冷却处理空气的第一热交换部分21，和一个用于冷凝致冷剂而加热处理空气的第二热交换部分22。去湿空气调节装置中的室外单元20包括一个用于提升致冷剂压力的加压器(压缩机)4，一个用于冷却并冷凝致冷剂的致冷剂冷凝器5，及一个用于循环冷却空气的空气送风机6。
作为循环处理空气的路径的处理空气路径包括一个联接空气调节空间100和热交换器2中的第一热交换部分21的路径30，一个联接第一热交换部分21和蒸发器1的路径31，一个联接蒸发器1和热交换器2中的第二热交换部分22的路径32，一个联接第二热交换部分22和空气送风机3的路径33，以及联接空气送风机3和空气调节空间100的路径34。这样，热交换器2中的第一热交换部分21、蒸发器1以及热交换器2中的第二热交换部分22以由处理空气路径命名的顺序联接起来。
致冷剂路径包括一个联接蒸发器1和压缩机4的路径40，一个联接压缩机4和冷凝器5的路径41，和一个联接冷凝器5和蒸发器1的路径。联接冷凝器5和蒸发器1的路径在冷凝器5下游侧被分成多个分支致冷剂路径。图2中，三条分支的致冷剂路径42、43、44形成在冷凝器5的下游侧。分支的致冷剂路径42、43、44在蒸发器1的上游侧汇合成一条路径45。
室外空气OA作为冷却空气通过路径46引入到冷凝器5中。室外空气OA从被冷凝的致冷剂中去除热量，被加热的室外空气OA通过路径47被抽入空气送风机6中，空气从空气送风机6经路径48作为废气EX排出。
分支的致冷剂路径42、43、44分别穿过热交换器2中的第一热交换部分21和第二热交换部分22。在热交换器2的第一热交换部分21中设有一个蒸发部分51，用于蒸发致冷剂以冷却流经第一热交换部分21的处理空气。在热交换器2的第二热交换部分22中设有一个冷凝部分52，用于冷凝致冷剂而加热(重新加热)流经第二热交换部分22的处理空气。扼流圈(restriction)11、12、13设置在位于第一热交换部分21上游侧的各分支致冷剂路径42、43、44上。扼流圈14、15、16设置在位于第二热交换部分22下游侧的各分支致冷剂路径42、43、44上。扼流圈11-16可包括喷嘴、毛细管、膨胀阀等。
图3是一个放大视图，表示图2中所示的去湿空气调节装置的热交换器2中的分支的致冷剂路径42、43、44。包括蒸发部分51和冷凝部分52的致冷剂路径交替和重复地穿过热交换器2中的第一热交换部分21和第二热交换部分22。具体地，如图3中所示，致冷剂路径42具有一个蒸发部分61a，一个冷凝部分62a、一个冷凝部分62b、一个蒸发部分61b、一个蒸发部分61c和一个冷凝部分62c。致冷剂路径43具有一个蒸发部分63a、一个冷凝部分64a、一个冷凝部分64b、一个蒸发部分63b、一个蒸发部分63c和一个冷凝部分64c。致冷剂路径44具有一个蒸发部分65a、一个冷凝部分66a、一个冷凝部分66b、一个蒸发部分65b、一个蒸发部分65c和一个冷凝部分66c。
热交换器2具有允许处理空气在流过蒸发器1之前从中经过的第一热交换部分21，和允许处理空气在流过蒸发器1之后从中经过的第二热交换部分22。第一热交换部分21和第二热交换部分22形成矩形平行六面体形式的各自的单独空间。蒸发器1设置在第一热交换部分21和第二热交换部分22之间。图4A和4B表示在致冷剂路径没有被分支的情况下热交换器和蒸发器的布置，用于参照。图4A是从前侧观察的透视图，图4B是从后侧观察的透视图。
第一热交换部分21和第二热交换部分22具有多个作为致冷剂通道的基本上平行的热交换管，位于多个垂直于处理空气流的平面中的每一个上。管67跨过蒸发器1设置在对应部分之间，例如蒸发部分61a和冷凝部分62a之间，蒸发部分61b和冷凝部分62b之间，以及蒸发部分61c和62c之间(见图4B)。这样对应的蒸发和冷凝部分彼此联接。蒸发部分61b、61c的端部，蒸发部分63b、63c的端部以及蒸发部分65b、65c的端部通过U形管68而相互联接。相似地，冷凝部分62a、62b的端部，冷凝部分64a、64b的端部以及冷凝部分66a、66b的端部通过U形管69而相互联接(见图4A)。
通过上面的结构，例如在致冷剂路径42中，在一个方向从蒸发部分61a流向蒸发部分62a的致冷剂通过U形管69引入冷凝部分62b中。随后，引入冷凝部分62b中的致冷剂流入蒸发部分61b中，致冷剂从蒸发部分61b处经过U形管68流入蒸发部分61c中，并进一步流入冷凝部分62c中。以这种方式，致冷剂通道设置成一组曲折的细管。一组曲折的细管穿过第一热交换部分21和第二热交换部分22，并保持与具有较高温度的处理空气和具有较低温度的处理空气交替接触。
如图1和2中所示，在去湿空气调节装置的室内单元10中设有一个排水盘7。排水盘7最好不但位于蒸发器1下面，而且位于热交换器2下面。特别地，排水盘7优选地设置在第一热交换部分21下面，因为处理空气主要是在第一热交换部分21中预冷却，一些湿气可能在第一热交换部分21中冷凝。
下面参照图2和3对装置中致冷剂的流动进行描述。
由压缩机4加压的致冷剂蒸气通过与压缩机4的排放口相联的致冷剂管41引入冷凝器5中。由压缩机4压缩的致冷剂蒸气由作为冷却空气的室外空气OA冷却和冷凝。流出冷凝器5的致冷剂液体被分支流入各分支致冷剂路径42、43、44。致冷剂以相同的方式流过各致冷剂路径42、43、44。因此下面主要描述流过致冷剂路径42的致冷剂，而不对流过其它致冷剂路径43、44的致冷剂进行详细描述。
流过致冷剂路径42的致冷剂由扼流圈11减压并膨胀，从而部分蒸发(闪蒸，flashed)。作为液体和蒸气混合物的致冷剂到达蒸发部分61a，致冷剂液体在此处流动，从而弄湿蒸发部分61a中管的内壁表面。致冷剂以液相流入蒸发部分61a中。致冷剂可以是部分蒸发而略微含有气相的致冷剂液体。当致冷剂液体流过蒸发部分61a时，其蒸发从而在流入蒸发器1之前冷却(预冷却)处理空气。致冷剂自身在被加热的同时增加其气相成分。
如上所述，蒸发部分61a和冷凝部分62a构成一个连续管。具体地说，由于蒸发部分61a冷凝部分62a被设置成一个整体通道，在蒸发部分61a中蒸发的致冷剂蒸气(以及没有蒸发的致冷剂液体)流入冷凝部分62a，并加热(重新加热)处理空气，处理空气已经在蒸发器1中冷却和去湿，且温度低于蒸发部分61a中的处理空气的温度。此时，从已蒸发的致冷剂蒸气自身中去除热量，并且在对处于气相的已蒸发致冷剂蒸气进行冷凝的同时，致冷剂流入下一个冷凝部分62b中。在致冷剂流过冷凝部分62b时，通过低温处理空气进一步从致冷剂中去除热量，并进一步冷凝处于气相的致冷剂。
已冷凝的致冷剂液体流入下一个蒸发部分61b以及随后的蒸发部分61c中，从而以与上述相同的方式在流入蒸发器1中之前冷却(预冷却)处理空气。之后，致冷剂蒸气流入冷凝部分62c中而加热(重新加热)处理空气。以这种方式，致冷剂流过分支的致冷剂路径的同时在气相和液相之间变化。这样，在由蒸发器1冷却之前的处理空气和由蒸发器1冷却之后的处理空气之间交换热量，以降低其绝对湿度。
在冷凝部分62c中冷凝的致冷剂液体由设置在第二热交换部分22的下游侧的扼流圈14减压和膨胀，从而降低其压力。然后，致冷剂液体与已经流过其它分支的致冷剂路径43、44的致冷剂结合在一起。结合的致冷剂液体进入蒸发器1中蒸发，从而用蒸发的热量冷却处理空气。已经在蒸发器1中蒸发成蒸气的致冷剂通过路径40引入压缩机4的吸气侧，从而重复上述循环。
下面，结合图5对根据本发明第一实施例的去湿空气调节装置中所包括的热泵HP1的操作进行描述。图5是图2中所示的去湿空气调节装置中包括的热泵HP1的摩利尔图表。图5中所示的图表是采用HFC134a作为致冷剂的情况下的摩利尔图表。在该摩利尔图表中，水平轴线代表热函，垂直轴线代表压力。除上述致冷剂之外，HFC407C和HFC410A也是适合于根据本发明的热泵和去湿空气调节装置的致冷剂。这两种致冷剂具有向高于HFC134a的压力侧转换的操作压力区域。
图5中，点a代表已经由图2中所示的蒸发器1蒸发的致冷剂的状态，并且致冷剂处于饱和蒸气形式。该致冷剂具有0.234兆帕的压力，5℃的温度和395.1千焦/千克的热函。点b代表由压缩机4抽出和压缩的蒸气的状态，即在压缩机4的出口的状态。在点b，致冷剂具有0.706兆帕的压力，并处于过热蒸气的形式。
在点b处的致冷剂在冷凝器5中冷却，并达到摩利尔图表中点c代表的状态。在点c，致冷剂处于饱和蒸气的形式，并具有0.706兆帕的压力和38℃的温度。在该压力下，致冷剂被冷却和冷凝而达到点d代表的状态。在点d处，致冷剂处于饱和液体的状态，并具有与点c处相同的压力和温度。该饱和液体具有237.4千焦/千克的热函。
致冷剂液体被分支流入分支的致冷剂路径42、43、44，并且分支的致冷剂液体流入热交换器2中。下面首先对流过致冷剂路径43的致冷剂进行描述。致冷剂液体由扼流圈12减压并流入第一热交换部分21中的蒸发部分63a中。该状态在摩利尔图表中用点e表示。由于一部分液体蒸发，致冷剂液体是液体和蒸气的混合物。本实施例中，致冷剂液体的压力是处于冷凝器5中的冷凝压力与蒸发器1中的蒸发压力之间的一中间压力，即处于0.234兆帕与0.706兆帕之间的一个中间值。
在蒸发部分63a中，致冷剂液体在该中间压力下蒸发，并达到由点f1代表的状态，在中间压力下，点f1位于饱和液体曲线与饱和蒸气曲线的中间。在点f1，当一部分液体蒸发时，致冷剂液体保持相当的量。处于点f1代表的状态下的致冷剂流入冷凝部分64a、64b中。在冷凝部分64a、64b中，由具有低温并流过第二热交换部分22的处理空气从致冷剂中去除热量，使致冷剂达到由点g1代表的状态。
处于点g1代表的状态下的致冷剂流入蒸发部分63b、63c中，在此处从致冷剂中去除热量。致冷剂提高其液相并达到由点f2代表的状态，然后致冷剂流入冷凝部分64c中，在此处致冷剂提高其液相并达到由点g2代表的状态。在摩利尔图表中，点g2位于饱和液体曲线上。在该点，致冷剂具有18℃的温度和209.5千焦/千克的热函。
处于点g2的致冷剂液体由扼流圈15减压到0.234兆帕，这是温度为5℃时的饱和压力，并达到由点h代表的一个状态。在点h处的致冷剂在5℃的温度下作为致冷剂液体和蒸气的混合物流入蒸发器1中，在此处致冷剂从处理空气中去除热量，从而在摩利尔图表中点a代表的状态下蒸发成饱和蒸气。蒸发的蒸气由压缩机再次抽出，这样重复上述循环。
以与上述相同的方式，流入致冷剂路径42中的致冷剂经过扼流圈11、蒸发部分、冷凝部分和扼流圈14。致冷剂经过由点j、i1、k1、i2和k2代表的状态，并达到由点1代表的状态。流入致冷剂路径44的致冷剂经过扼流圈13、蒸发部分、冷凝部分和扼流圈16。致冷剂经过由点m，n1，o1，n2和o2代表的状态，并达到由点p代表的状态。
在热交换器2中，如上所述，致冷剂在蒸发部分51中经过从点e到点f1或者从点g1到点f2的蒸发状态的变化，在冷凝部分52中经过从点f1到点g1或者从点f2到点g2的冷凝状态的变化。由于致冷剂通过蒸发和冷凝传递热量，所以热传导的速度非常高，且热交换器的效率很高。
在包括压缩机4、冷凝器5、扼流圈11-16和蒸发器1的蒸气压缩型热泵HP1中，当没有设置热交换器2时，在冷凝器5中处于由点d代表的状态下的致冷剂通过扼流圈返回蒸发器1。因此可由蒸发器1使用的热函差仅为395.1-237.4＝157.7千焦/千克。但通过根据本发明具有热交换器2的热泵HP1，可由蒸发器1使用的热函差为395.1-209.5＝185.6千焦/千克。这样在相同的冷却负载和所需功率下循环到压缩机的致冷剂的量可减少15％(＝1-157.7/185.6)。因此，根据本实施例的热泵HP1可以完成与已知的过冷循环相同的操作。
图6是一个湿度图，表示在图2中所示的去湿空气调节装置中的空气调节循环。在图6中，字母K、X、L、M对应于图2中划圈的字母。
图6中，来自空气调节空间100的的处理空气(处于状态K)流经路径30进入热交换器2中的第一热交换部分21中，在此处由在蒸发部分51中蒸发的致冷剂将处理空气冷却到一定程度。因为处理空气在由蒸发器1冷却到低于其露点的温度之前被初步冷却，所以该过程可称作预冷却。当处理空气在蒸发部分51中预冷却时，空气中一定量的湿气被去除，从而降低了空气的绝对湿度，然后空气达到饱和曲线上的一个点X。可替换地，空气可预冷却到点K与点X之间的一个中间点。另外，可将空气预冷却到略微朝饱和曲线上更低湿度转化而超过点X的一个点。
由第一热交换部分21预冷却的处理空气通过路径31引入蒸发器1中，在此处由已经被扼流圈14-16减压并在一低温下蒸发的致冷剂冷却到低于其露点。从空气中去除湿气，以降低空气的绝对湿度和干球温度，然后空气到达点L。尽管在图6中为了描述得更清楚，所绘出的代表从点X到点L的变化的粗线远离饱和曲线，但它实际上与饱和曲线成一条线。
处于由点L代表的状态下的处理空气流过路径32进入热交换器2中的第二热交换部分22中，在此处由在冷凝部分52中冷凝的致冷剂在恒定的绝对湿度下对处理空气进行加热，到达点M。在点M的处理空气具有比在点K处的处理空气足够低的绝对湿度，和不过分低于点K处的处理空气温度的干球温度，以及一个适当的相对湿度。然后由空气送风机3抽出点M处的处理空气，并通过路径34返回到空气调节空间100。
在图6中所示的湿度图上的空气循环中，已经在第一热交换部分21中对处理空气进行了预冷却的热量，即已经在第二热交换部分22中对处理空气进行了重新加热的热量ΔH，代表回收的热量，已经在蒸发器1中对处理空气进行了冷却的热量由ΔQ表示。冷却空气调节空间100的冷却效果由Δi表示。
如上所述，在热交换器2中，通过在蒸发部分51中对致冷剂进行蒸发而对处理空气进行预冷却，通过在冷凝部分52中对致冷剂进行冷凝而对处理空气进行重新加热。在蒸发部分51中蒸发的致冷剂在冷凝部分52中进行冷凝。这样对相同的致冷剂进行蒸发和冷凝，从而在蒸发器1中被冷却之前的处理空气与蒸发器1中被冷却之后的处理空气之间间接地完成热交换。
在上述实施例中，用于将处理空气冷却到低于其露点的一个温度的蒸发器、用于对处理空气进行预冷却的预冷却器以及用于重新加热处理空气的再加热器中采用相同的致冷剂作为热传导介质。因此，简化了致冷***。由于可利用蒸发器与冷凝器之间的压差，致冷剂被可靠地循环。由于将带有相位改变的沸腾现象应用于对处理空气进行预冷却和重新加热的热交换，所以能够获得高的热传导效率。
在上述实施例中，致冷剂路径被分支成三个分支的致冷剂路径。但本发明并不只限于三个分支的致冷剂路径。致冷剂路径可以分支成任何数量的分支致冷剂路径。图7是一个图表，表示根据本发明的去湿空气调节装置的分支的致冷剂路径的数量与温度效率之间的关系。从图7中可以推断出，当分支的致冷剂路径的数量较大时，可以提高温度效率。因此，当具有多个分支的致冷剂路径时，致冷剂的工作温度可以逐渐改变，以实现热交换的高效率。
下面参照图8和9对根据本发明第二实施例的去湿空气调节装置进行描述。图8是根据本发明第二实施例的去湿空气调节装置的流程图，图9是图8中所示的去湿空气调节装置中包括的热泵HP2的摩利尔图表。在图8和9中，相似的部分和部件用与第一实施例中相同的参考数字和字母表示，下面不再描述。
在本实施例中，致冷剂路径在冷凝器5的下游侧被分支成多个致冷剂路径，从而形成分支的致冷剂路径142、143、144。本实施例与第一实施例的不同之处在于，这些分支的致冷剂路径142、143、144分别延伸到蒸发器101内部，并在蒸发器101的下游侧彼此汇合。在这些分支的致冷剂路径142、143、144中，用于与高温处理空气进行热交换的致冷剂的致冷剂路径，即分支致冷剂路径142，具有一个设置于其上的喷射器8，用于对与低温处理空气进行热交换的致冷剂，即已经穿过致冷剂路径144的致冷剂进行加压。
图9中，点a代表已经由图8中所示的蒸发器101蒸发的致冷剂的状态，致冷剂处于饱和蒸气形式。致冷剂具有0.262兆帕的压力，8℃的温度和396.8千焦/千克的热函。点b代表由压缩机4抽出和压缩的蒸气的状态，即在压缩机4出口的状态。在点b，致冷剂具有0.706兆帕的压力，并处于过热蒸气的形式。
致冷剂蒸气在冷凝器5中进行冷却并达到由摩利尔图表中点c代表的一个状态。在点c处，致冷剂处于饱和蒸气形式，具有0.706兆帕的压力和38℃的温度。在这个压力下，致冷剂被冷却和冷凝而达到由点d代表的状态。在点d，致冷剂处于饱和液体的状态，并具有与点c相同的压力和温度。饱和液体具有237.4千焦/千克的热函。
致冷剂液体由扼流圈12减压，并达到由摩利尔图表中点e代表的状态。本实施例中，致冷剂液体的压力是介于冷凝器5中的冷凝压力和蒸发器101中的蒸发压力之间的一个中间压力，即介于0.262兆帕与0.706兆帕之间的一个中间值。然后，致冷剂交替地流过第一热交换部分21中的蒸发部分和第二热交换部分22中的冷凝部分，并经过由点f1、g1、f2和g2代表的状态。之后，致冷剂在8℃温度下由扼流圈15减压到0.262兆帕的饱和压力，并达到由点h代表的状态。处于点h的致冷剂在8℃温度下作为致冷剂液体和蒸气的混合物输送到蒸发器101，在此处，该混合物从处理空气中去除热量，并被蒸发而达到在摩利尔图表中由点a代表的饱和蒸气状态。饱和蒸气再次抽入压缩机4中，并重复上述循环。
流入致冷剂路径142中的致冷剂经过扼流圈11、蒸发部分、冷凝部分和扼流圈14。致冷剂经过由点j、i1、k1、i2和k2代表的状态，并达到由点1代表的状态。处于由点1代表的状态下的致冷剂流入蒸发器101中，在此处致冷剂从将要蒸发的处理空气中去除热量，并达到在摩利尔图表中由点q代表的一个状态。流入致冷剂路径144中的致冷剂经过扼流圈13、蒸发部分、冷凝部分和扼流圈16。致冷剂经过由点m、n1、o1、n2和o2代表的状态，并达到由点p代表的一个状态。
处于由点p代表的状态下的致冷剂蒸发器101中，在此处致冷剂从将要蒸发的处理空气中去除热量，并达到在摩利尔图表中由点r代表的一个状态。处于由点r代表的状态下的致冷剂由设置于致冷剂路径142上的喷射器8加压。具体地说，在喷射器8中，处于由点r代表的状态下的低压致冷剂由处于由点q代表的状态下的高压致冷剂加压。结果，处于由点r代表的状态下的致冷剂和处于由点q代表的状态下的致冷剂达到在摩利尔图表中由点a代表的饱和蒸气状态。以这种方式，通过喷射器8，由于蒸发器的工作温度提高而改进了理论冷却效果，所以理论的压缩工作减少，从而实现了高效率。另外，减小致冷剂的具体体积以提高由压缩机抽出的致冷剂的流动速度。因此，根据改进的冷却效果提高了湿气去除量，因而可实现高效率。
在包括压缩机4、冷凝器5、扼流圈11-16和蒸发器101的蒸气压缩型热泵HP2中，当没有设置热交换器2时，冷凝器5中处于由点d代表的状态下的致冷剂通过扼流圈返回蒸发器101。因此可由蒸发器101使用的热函差仅为396.8-237.4＝159.4千焦/千克。但通过根据具有热交换器2的本实施例的热泵HP2，可由致冷剂蒸发器101使用的热函差为396.8-209.5＝187.3千焦/千克。因此，在相同的冷却负载和所需功率下循环到压缩机的致冷剂量可减小15％(＝1-159.4/187.3)。因此，根据本实施例的热泵HP2可实现与公知的过冷循环相同的操作。
尽管参照其优选实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员可以明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种修改和变化。例如，第一热交换器中各分支致冷剂路径上的蒸发部分的数量，以及第二热交换器中各分支致冷剂路径上的冷凝部分的数量，都不限于所示例子。相对于热交换器中致冷剂路径的顺序，致冷剂可从第二热交换部分代替第一热交换部分引入热交换器中。在这种情况下，第二热交换部分，第一热交换部分，和第二热交换部分以所指定的顺序布置，从而可增加路径的数量。另外，已经将根据上述实施例的去湿空气调节装置描述为用于对一个空间进行空气调节的去湿空气调节装置。但根据本发明的去湿空气调节装置不仅可应用于空气调节空间，而且可应用于需要去湿的其它空间中。本发明适用于具有高性能系数(COP)的热泵，和具有这种热泵且每消耗单位能量可去除较多湿气的去湿空气调节装置。
Claims (4)
1.一种热泵，包括：
一个用于提升致冷剂压力的加压器；
一个用于冷凝上述致冷剂从而加热高温热源流体的冷凝器；
一个用于蒸发上述致冷剂从而冷却低温热源流体的蒸发器；
一个致冷剂路径，其在上述冷凝器与上述蒸发器之间被分支成多个分支的致冷剂路径；
一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第一热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下蒸发上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的蒸发而冷却上述低温热源流体；
一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第二热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下冷凝上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的冷凝而加热上述低温热源流体；
一个以指定的顺序联接上述第一热交换部分、上述蒸发器、上述第二热交换部分的低温热源流体路径。
2.一种去湿空气调节装置，包括：
一个用于提升致冷剂压力的加压器；
一个用于冷凝上述致冷剂从而加热高温热源流体的冷凝器；
一个蒸发器，用于蒸发上述致冷剂从而将处理空气冷却到低于其露点的一个温度；
一条致冷剂路径，其在上述冷凝器与上述蒸发器之间被分支成多条分支致冷剂路径；
一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第一热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下蒸发上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的蒸发而冷却上述处理空气；
一个设置于上述冷凝器与上述蒸发器之间的上述分支致冷剂路径中的第二热交换部分，用于在上述冷凝器的冷凝压力与上述蒸发器的蒸发压力之间的一个中间压力下冷凝上述致冷剂，从而在上述中间压力下通过上述致冷剂的冷凝而加热上述处理空气；
一个以指定的顺序联接上述第一热交换部分、上述蒸发器、上述第二热交换部分的处理空气路径。
3.根据权利要求2的去湿空气调节装置，其中所述分支的致冷剂路径平行地分别延伸穿过上述蒸发器内部，并在所述蒸发器的下游侧彼此汇合。
4.根据权利要求3的去湿空气调节装置，进一步包括一个设置于分支致冷剂路径上用于与高温处理空气进行热交换的致冷剂的喷射器，用于用已经穿过上述分支致冷剂路径的致冷剂对与低温处理空气进行热交换的致冷剂进行加压。
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