空调装置的制作方法

本发明涉及空气调节领域，尤其涉及一种适用于高温高湿地区的空调装置。

背景技术：

在东南亚等高温高湿的地区，高湿度是制约空调器发展的主要因素。现有技术常见的空调设备中通过三种常见的装置进行空气除湿。第一种为冷冻除湿装置。即利用制冷机系统蒸发器的冷却除湿能力，将空气除湿，空气先经过蒸发器降温去湿，再经过冷凝器等湿加热。出口空气的比焓比进口空气比焓大，不难理解，所增加的热量即压缩机的耗电热当量。这种除湿方式运行可靠，除湿量可达20kg/h。第二种为转轮除湿装置，使得高湿度的空气与转轮内氯化锂晶体接触，转轮被空气冷却，水蒸气分压力低的结晶氯化锂吸收空气中的水分，空气被除湿。第三种为液体吸湿装置，它主要由吸湿塔和再生塔两部分组成。在吸湿塔中，利用液体吸湿表面水蒸气分压低的特点，湿空气通过吸湿剂溶液喷淋装置时被吸湿，同时在再生塔内，对被稀释了的吸湿剂溶液进行喷淋，并加热、浓缩，使其再生。在吸湿塔内，为处理水蒸气冷凝时放出的潜热，用冷却盘管冷却溶液，冷却盘内可通冷水、地下水或冷却用循环水，这些水温要比溶液温度低8至10℃。再生增盘管内通的是蒸汽，所以夏季也要有热源，参见《实用制冷与空调工程手册》第594页。

通过对比不难看出，第一种冷冻除湿装置，其除湿效果主要依赖于压缩机本身的性能，对于湿度在60%至80%的地区来说，压缩机的投入费用尚可以接受，但是对于湿度常年高于80%且同时气温高于30℃的地区来说，压缩机的设备费和运行费较高。对于第二种转轮除湿装置和第三种液体除湿装置来说，设备庞杂，初始投资巨大，同时还需要配备与之匹配的热源，基本无法在家用环境或小面积制冷空间中投入使用。而且，采用液体除湿或者固体除湿时，尤其是采用液体除湿时，其中的制冷剂或者吸湿剂在管路中必须设置额外的加热盘管，并且经过与加热盘管的频繁的多次热交换实现除湿换热，同时还受到家用空调尺寸的限制，现有技术中没有公开一种可以适用于液体除湿或固体除湿的空调设备或空调装置。

综上所述，现有技术中缺少一种可以应用于家用或小面积制冷空间使用，且以满足在高温高湿度地区使用需要的空调装置。

技术实现要素：

本发明提供一种空调装置，可以满足在高温高湿度低于应用于家用或小面积制冷空间使用。

本发明提供一种空调装置，具有：

第一流体回路和第二流体回路，其中，

所述第一流体回路包括第一热交换设备和第二热交换设备，制冷剂在所述第一热交换设备和第二热交换设备中与空气介质进行热交换；

所述第二流体回路包括除湿模块和再生模块，吸湿溶液在所述第二流体回路中与所述第一流体回路中的制冷剂和/或所述第二流体回路中的吸湿溶液和/或空气介质进行热交换后流入所述除湿模块或再生模块；

所述第一流体回路的一部分和所述第二流体回路的部分相互耦合。

为了提高热传导率以及再生模块中吸湿溶液的再生效率，所述空调装置包括第一壳体，所述第一壳体设置在第一传热区域；所述第一流体回路中的第一热交换设备和所述第二流体回路中的再生模块设置在第一壳体中；在所述第一壳体中，所述第一热交换设备与所述第一传热区域中的空气介质热交换，所述再生模块中的吸湿溶液与所述第一热交换设备中的制冷剂和所述第一传热区域中的空气介质热交换。

对应的，所述空调装置还包括第二壳体，所述第二壳体设置在第二传热区域；所述第一流体回路中的第二热交换设备和所述第二流体回路中的除湿模块设置在第二壳体中；在所述第二壳体中，所述第二热交换设备与所述第二传热区域中的空气介质热交换，所述除湿模块中的吸湿溶液与所述第二热交换设备中的制冷剂和所述第二传热区域中的空气介质热交换。

为了在不添加额外热源的条件下提高吸湿溶液的温度，空调装置还包括第一换热管段，第二换热管段和第三换热管段；所述第一换热管段设置在所述第一流体回路中，所述除湿模块中流出的吸湿溶液在所述第一换热管段中与吸湿溶液进行热交换至第一温度t1；所述第二换热管段包括第一流体回路的一部分和第二流体回路的一部分，所述第一流体回路和第二流体回路在所述第二换热管段处耦合，吸湿溶液在所述第二换热管段中与制冷剂进行热交换至第二温度t2；所述第三换热管段包括第一流体回路的一部分和第二流体回路的一部分，所述第一流体回路和第二流体回路在所述第三换热管段处耦合，吸湿溶液在所述第三换热管段中与制冷剂进行换热至第三温度t3后流入再生模块；其中t3＞t2＞t1，t3为吸湿溶液的再生温度。

为了充分利用制冷回路中的热量，所述第一流体回路包括压缩机，所述第三换热管段设置在所述压缩机的排气口处。

为了在不添外加加热源的条件下降低再生模块中流出的高浓度的吸湿溶液的温度，还包括第四换热管段；所述第四换热管段包括第一流体回路的一部分和第二流体回路的一部分，所述第一流体回路和第二流体回路在所述第四换热管段处耦合；自所述再生模块流出的吸湿溶液在所述第一换热换管段中与吸湿溶液进行热交换至第四温度t4；吸湿溶液在第一热交换设备中与第一传热区域中的空气介质进行热交换至第五温度t5，并在第四换热管段中与制冷剂进行换热至第六温度t6后流入除湿模块，其中t4＞t5＞t6，t6为吸湿溶液的除湿温度。

优选的，所述再生温度为60至80℃；压缩机排气温度70至80℃；所述吸湿溶液为水-氯化钙、水-氯化锂或水-溴化锂的其中一种。

优选的，所述再生模块包括进液管、分液管、再生填料、集液器和出液管；所述进液管设置在所述再生模块的上侧，所述出液管设置在所述再生模块的下侧，以提高吸湿溶液和再生填料的接触面积，使得吸湿溶液可以均匀地和再生填料接触。

优选的，所述再生填料为金属填料式或赛代克湿膜材料。

优选的，所述第一热交换设备呈l型，所述再生模块设置在第一风机和所述第一热交换设备之间。

本发明所公开的空调装置，通过部分耦合的第一流体回路和第二流体回路实现能量传递，驱动吸湿溶液在第二流体回路中流动，并进一步在除湿模块和再生模块中实现除湿和再生。空调装置不需要额外的加热盘管和冷却装置，制冷循环中蒸发器不需要承担除湿功能，蒸发温度可以提高至空气的露点温度以上，达到提高能效的目的。并且进一步保证了蒸发器工作在干况，不产生冷凝水，因此室内机的卫生状况可以得到提高。经过试验，空调装置的能效至少能够提高10%以上，同时在空调装置中使用常规的压缩机，大大降低了分体式小型空调在高温高湿地区使用时的使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的空调装置一种实施例的原理结构示意图；

图2为图1所示空调装置中第一壳体的横向剖视示意图；

图3为图1所示空调装置中再生模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明所公开的空调装置一种实施例的原理示意图。本实施例所公开的空调装置，具体是一种分散式系统，其重要应用在热负荷较小的制冷空间中。对于楼宇等建筑使用需要来说，各房间的空气处理由多台空调装置实现。与现有技术完全不同，本实施例所公开的空调装置主要应用在东南亚等具有高温高湿度的地区，在这些地区，一年中的大部分时间中，空气相对湿度大于80%，气温高于30摄氏度，这些地区的室内热湿负荷高，普通的全空气系统、全水系统或空气-水系统无法满足实际使用需求，尤其是家用空调的小功率、小尺寸需求。为了解决上述问题，在本实施例中，空调装置是一种空气-制冷剂-吸湿溶液流路的耦合系统。如图所示，空调装置包括第一流体回路f1和第二流体回路f2，第一流体回路f1和第二流体回路f2在第一传热区域s1和第二传热区域s2之间布设。第一流体回路f1中有制冷剂流动，第二流体回路f2中有吸湿溶液流动。制冷剂在传热区域中发生相变，并且在流动过程中释放潜热，同时与空气介质发生热交换，这部分能量一方面对其中一个传热区域进行降温，通过送风使得传热区域具有均匀的温度场和速度场，另一方面作为驱动吸湿溶液能量变化和流动的热源。在制冷剂能量变化的驱动下，吸湿溶液同样在流动过程中发生能量变化，利用吸湿溶液蒸气压和水蒸气分压之间的差值，使得其中一个传热区域中的水蒸气被吸湿溶液带走，降低传热区域内的相对湿度。

如图1所示，第一流体回路f1包括第一热交换设备11和第二热交换设备12，制冷剂在第一热交换设备11和第二热交换设备12中的空气介质进行热交换。第二流体回路f2包括除湿模块22和再生模块21，吸湿溶液在第二流体回路f2中与第一流体回路f1中的制冷剂和/或第二流体回路f2中的吸湿溶液进行热交换后流入除湿模块22或再生模块21。第一流体回路f1的一部分和第二流体回路f2中的一部分相互耦合。在本实施例中所定义的“耦合”，具体是指至少在第一流体回路f1的一部分和第二流体回路f2的一部分中相互传输能量，以实现在制冷剂能量变化的驱动下使得吸湿溶液流动并利用吸湿溶液饱和蒸气压和水蒸气分压之间的压差降低传热区域内的相对湿度。

仅从管路连接本身来看，第一流体回路f1、第一热交换设备11、第二热交换设备12、压缩机13、节流设备15、四通换向阀14组成的回路基本与传统的制冷循环一致。定义室外侧为第一传热区域s1，空调房间为第二传热区域s2，在制冷除湿模式下，第一热交换设备11为冷凝器11，第二热交换设备12为蒸发器12。出于利用一套系统既实现制冷又实现除湿功能的考虑，在室外侧的第一壳体5形成第一流体回路f1和第二流体回路f2的第一处耦合管段，也就是第一处能量交换处。具体来说，在室外侧设置有第一壳体5，第一壳体5中设置有冷凝器11，还设置有再生模块21和第一风机31，在第一壳体5中，压缩机13排出的高温、高压的制冷剂过热蒸汽通过冷凝器11冷却成液体，制冷剂在冷凝器11中放出的热量在第一风机31的作用下由室外侧的空气带走，与室外侧的空气介质进行热交换。由于再生模块21以开放式的状态也设置在第一壳体5中，所以，在本实施例中，压缩机13排出的高温、高压的制冷剂过热蒸汽在从压缩机13出口流动至冷凝器11，并在冷凝器11的冷凝过程中释放的热量并不完全由室外侧的空气介质带走，而是有一部分能量和第二流体回路f2中的吸湿溶液先进行热交换，形成高温稀溶液，然后高温稀溶液通入开放式的再生模块21中。室外侧的空气介质在制冷剂冷凝过程中也发生了热交换，但是空气介质中的含湿量不变，由于温度升高使得空气的相对湿度降低。这样就使得再生模块21中的高温且浓度较低的吸湿溶液的饱和蒸气压比室外侧的空气的水蒸气分压大，再生模块21中高温且浓度较低的吸湿溶液中的水蒸气会被室外侧温度较高的空气介质带走，再生模块21中的吸湿溶液的浓度提高，得到再生。

对应的，在室内侧的第二壳体形成第一流体回路f1和第二流体回路f2的第二处耦合管段。第二壳体中设置有蒸发器12，还设置有除湿模块22。在第二壳体中，液态制冷剂通过第一流体回路f1回到蒸发器12中，液态制冷剂在低压下蒸发沸腾，转变为蒸汽并吸收空调房间内空气介质的热量，在第二风机32的作用下与空调房间内的空气介质进行热交换。由于除湿模块22也同样以开放式的状态设置在第二壳体中。所以，在本实施例中，蒸发器12吸收的热量并不完全来自于空调房间中的空气介质，同时也来自于除湿模块22中的吸湿溶液，热交换后除湿模块22中的吸湿溶液为低温高浓度的吸湿溶液。低温且浓度较高的吸湿溶液具有较低的表面饱和蒸汽压，室内侧的空气中的水蒸气会被低温且浓度较高的吸湿溶液带走，除湿模块22中的吸湿溶液的浓度减小，制冷的同时实现对室内的除湿。

第一流体回路f1和第二流体回路f2之间的耦合并不限于在第一壳体5和第二壳体中的耦合。由于系统中不设置其它的额外热源，所以，吸湿溶液的温度调整也需要通过第一流体回路f1和第二流体回路f2耦合处的热交换实现。具体来说，空调系统中包括第一换热管段41、第二换热管段42和第三换热管段43。其中第一换热管段41设置在第一流体回路f1中，除湿模块22中流出的吸湿溶液首先在第一换热管段41中与吸湿溶液进行热交换，除湿模块22中流出的低温且浓度减小的吸湿溶液被加热到第一温度t1。第二换热管段42包括第一流体回路f1的一部分和第二流体回路f2的一部分，第一流体回路f1和第二流体回路f2在第二换热管段42处耦合，及发生热交换，具有第一温度t1的吸湿溶液在第二换热管段42中与制冷剂进行热交换被加热至第二温度t2。第二换热管段42中流动的制冷剂来自于冷凝器11出口的高温制冷剂，在第二换热管段42中的热交换一方面可以提高吸湿溶液的温度，另一方面也可以对制冷剂进行过冷。第三换热管段43包括第一流体回路f1的一部分和第二流体回路f2的一部分，第一流体回路f1和第二流体回路f2也在第三换热管段43处耦合，具有第三温度t3的吸湿溶液在第三换热管段43中与制冷剂进行热交换被加热至第三温度t3。第三换热管段43设置在压缩机排气口131处，第三换热管段43中流动的制冷剂来自于压缩机13出口的高温制冷剂蒸汽，将吸湿溶液的温度提高到再生温度，即t3，t3＞t2＞t1。通过上述流程，即实现了在不增加热源的条件下，将吸湿溶液的温度提高至再生温度。在本实施例中，吸湿溶液可以是水-氯化钙、水-氯化锂、水-溴化锂的其中任意一种，其再生温度根据不同的工况在60℃至80℃之间变化，而压缩机13的排气温度为70℃至80℃，所以在空调装置稳定运行的过程中，无论是制冷还是再生，都具有稳定的热源。

自除湿模块22至再生模块21，吸湿溶液的温度是逐渐上升的，对应的，自再生模块21至除湿模块22，吸湿溶液的温度是逐渐降低的。具体来说，从再生模块21中流出的再生后的高温且浓度较高的吸湿溶液回到第一换热管段41中，与第一换热管段41中向再生模块21流动的低温且浓度较低的吸湿溶液热交换，浓度较高的吸湿溶液热交换至第四温度t4,。具有第四温度t4的吸湿溶液通入到冷凝器11中，具有第四温度t4的吸湿溶液在室外侧与空气介质进行热交换，温度降低至第五温度t5。第五温度t5高于空气介质温度。在空调装置中还包括第四换热管段44，第四换热管段44包括第一流体回路f1的一部分和第二流体回路f2的一部分，所述第一流体回路f1和第二流体回路f2在第四换热管段44处耦合，第四换热管段44中流动的制冷剂为压缩机13进气端的气态制冷剂，具有第五温度t5的吸湿溶液在第四换热管段44处换热至第六温度t6后流入除湿模块22，以低温且浓度较高的形态对室内进行除湿,从而不会通过吸湿溶液将冗余的热量带到空调房间中。其中t4＞t5＞t6，t6为吸湿溶液的除湿温度，即吸湿状态的工作温度。

本发明所公开的空调装置，可以是分体式的壁挂式空调，也可以是分体式的柜式空调。空调装置中第一流体回路f1和第二流体回路f2耦合的第一换热管段41、第二换热管段42、第三换热管段43和第四换热管段44由传热管制成，传热管可以根据制冷剂和吸湿溶液的种类进行选取，比如无缝钢管、螺纹管、横纹管和套管等，管径根据国家标准和传热系数选定。第一热交换设备11和第二热交换设备12优选为翅片换热器。为了使得第二流体回路f2中的吸湿溶液流动，在第二流体回路f2中还设置有稀溶液泵45和浓溶液泵46，稀溶液泵45和浓溶液泵46采用电能驱动，稀溶液泵45和浓溶液泵46使得吸湿溶液摩擦产生的热量非常少，在本空调装置中可以忽略，不予考虑。第一换热管段41、第二换热管段42、第三换热管段43和第四换热管段44是热交换管路的优选设置方式。对于特殊的应用场合，或者对于传热效率有特殊要求的区域来说，还可以根据使用需要增加第一流体回路f1和第二流体回路f2耦合的传热管段或者可以实现类似传热、换热效果的热交换设备。

参见图3所示为一种应用在本发明所公开的空调装置中的优选再生模块21。再生模块21包括设置在上侧的进液管21-1，设置在下侧的出液管21-6。吸湿溶液在第三换热管段43中进行热交换，达到再生温度t3，然后进入位于再生模块21上侧的进液管21-1中，进液管21-1连通分液管21-2。分液管21-2具有多个均匀开设的分液口21-3，分液口21-3将吸湿溶液均匀地引导流入再生填料21-4中。吸湿溶液中的水蒸气在第一风机31的作用下通过室外空气介质带走，从而恢复吸湿能力，形成的浓溶液在集液器21-5中汇集，最后从位于再生模块21下侧的出液管21-6中流出。参见图2为位于室外的第一壳体5采用如图3公开的再生模块21的横向剖视示意图，如图所示，第一壳体5中采用的冷凝器11优选为l型，l型的冷凝器11部分环绕再生模块21和第一风机31设置，这样，一方面可以保证空气介质、制冷剂和吸湿溶液之间的热交换充分，也使得再生模块21中吸湿溶液的再生效率得到显著的提高。在本实施例所公开的空调装置中，再生填料优选为金属填料式或赛代克湿膜材料。

本发明所公开的空调装置，通过部分耦合的第一流体回路f1和第二流体回路f2实现能量传递，驱动吸湿溶液在第二流体回路f2中流动，实现除湿和再生。空调装置不需要额外的热源，制冷循环中蒸发器12不需要承担除湿功能，蒸发温度可以提高至空气的露点温度以上，达到提高能效的目的。而且蒸发器12工作在干况，不产生冷凝水，因此室内机的卫生状况可以得到提高。经过试验，空调装置的能效至少能够提高10%以上。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。