专利名称：增进空调系统冷气输出量与提高运输效率的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的方法与装置，特别是涉及一种空气调节机具备有导热管热交换器及中止系统，以增加空气调节机的除湿能力，并增加系统容量及提高运转效率。
空气调节的作用是使密闭的室内保持一定的空气湿度与温度，而可使人感觉舒适;因此，空调机的空调能力的选择必须考虑地理位置、气候状况、建筑物设计俯数等因素，藉以使空调机可视各环境的条件而提供各种不同的需求，为了满足此不同变数，一空调机须能提供极高与极低的冷气负荷，与变化很大的显热比比率，通常，极高的冷气负荷与最大的显热比常发生在晴朗炎热的天气里(干热时段)，但是最大的潜热负载却发生在较凉与潮湿的时间，如清晨、黄昏或下雨之后(湿冷时段)，虽然在湿冷时段时需的冷气负荷较干热时段为低，但湿冷时段仍是需要使用空调机来去除空气的多余水份，以降低湿度而达到人体感觉舒适的要求。
以往空气调节温度与湿度的作法中，有一种方式是使用一超过实际环境所需负荷的空调机，来应付干热时段与湿冷时段的调节湿度与湿度的要求，而以往空调机组虽然具有足够的能量，能在干热的时段冷却空气以降低空气温度，或是于湿冷的时段过度冷却空气以降低空气湿度，可是，当空气被除湿时，室内温度也降的过低而使人感觉不适，此过冷空气须要予以再加热，才能回复到舒适温度区间，上述的以往方式，浪费能源极大，因为空调机需要过度运转，以降温并除湿，尔后再用更多能量加热而回温，显然以往的方式并不符合经济效益。
同时，以往构造于设计空气调节系统时，使用了较大的盘管式蒸发器，以提升蒸发器温度而提高机组效率，但是，当增高蒸发器温度时，同时会大量的减少蒸发器盘管凝结空气中湿气的能力，但若使用一运转温度较低，体积较小的蒸发器时，虽可增加系统的除湿能力，但同时也降低系统效率与减少冷气负荷量，所以以往构造也有此一缺点。
空气调节机10包括有一外罩102，其形成有入口104及出口106，空气调节机10内装设一送风机12，送风机12可产生一气流122(如前号所指方向)通过外罩102，另有一盘曲管14配置外罩102内，此盘曲管14可为蒸发器(或产水盘曲管)，或冷凝器(或热水盘曲管)，依空调机10用作冷却或加热空气的使用状态而定，而导热管热交换器16安置于外罩102内，以提高湿冷空气时段的除湿能力，导热管热交换器16包含一设在盘曲管14上游处的盘曲蒸发器162，与设在盘曲管14下游的盘曲冷凝器166，蒸发器162设有蒸汽出口163，并藉由管路164连通至冷凝器166的蒸汽入口165，而冷凝器166则设有一液态冷冻剂出口167，并藉由管路168连通至蒸发器162的液态冷冻剂入口169。
当空气调节机10运转时，盘曲管14的作用若为蒸发器时，则全系统可视为冷气机，此时，在蒸发器162内的液态冷冻剂，吸收通过空气中的热量而蒸发时，通过的空气同时也被冷却，被蒸发的冷冻剂自蒸发器162的出口163上升而进入盘曲冷凝器166，接着空气通过蒸发器14时，可再被冷却至更低温而除湿，除湿后的空气再通过凝结器166时，凝结器166内的汽化冷冻剂被冷却成为液态，同时空气被加温至较舒适温度后送出，凝结器166中液化后的冷冻剂再经由管路168回流至蒸发器162中，所以而导热管热交换器16内的冷冻剂可循环不停。
当
图1中盘曲管14的作用为一凝结器时，则全系统可视为暖气机，进入蒸发器162的空气温度，较流出凝结器166的空气温度为低，此时，导热管热交换器16的蒸发与凝结循环将不会发生作用，此时热交换器16不会影响系统的空气温度与除湿能力。
由上述构造可知，在湿冷时段，导热管热交换器16可增加系统除湿能力，其原理在于空气通过蒸发器162时先将其预先降温，降温后的空气再通过蒸发器14时则变为更低温且具更多除湿作用，当空气通过冷凝器166后，可加温此低温空气至舒适程度;上述构造经由降低盘曲管14(为蒸发器时)的工作温度，虽可增加系统的除湿能力，但其代价为减低系统的冷气负荷能力与运转效率，在湿冷时段需要高的潜热能量与较低的总负荷时，上述构造十分适用，但并非干热时段所需，因为干热时需要大量冷气负荷来冷却热空气，而对除湿能力需求较小，所以此，于干热时段若能消除导热管热交换器16的作用，实为所需。
为了在需要时能够消除导热管热交换器16的作用，一可行方法为中止导热管内输送液体的流动，如安装一磁动阀于盘曲蒸发器162及盘曲冷凝器166间的管路上，虽然此为可行的方法，但当导热管热交换器16具有许多管路时，若在每一管路上均安装一磁动阀，将会增加系统的复杂性与制造成本;同时，由于导热管热交换器16内的压力差很低，必需使用一不需要大的压力差而驱动的特殊阀，此类特殊阀较一般使用压力差来驱动导引式驱动阀的价格更高。
此外，若用上述方法停止导热管热交换器16的作用，此时盘曲蒸发器162与盘曲冷凝器166均停止工作，对系统并不具助益，然而，若在此时能将导热管热交换器16设计作为一种第二蒸发器，则空调机系统可额外增加蒸发容量，如此，能在较高蒸发温度下运转，而增加冷气输出量与提高运转效率。
本发明的主要目的，在提供一种增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的方法与装置，其藉由空气调节机具备有导热管，以增加空气调节机的除湿能力，并同时达到增加系统容量及提高运转效率的功效。
本发明提供了一种增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的方法和装置，该方法包括有下列各步骤1.吸入空气通过空气调节机的外罩;
2.由空气调节机冷却流经外罩的空气;
3.流入空气调节机的空气在冷却前先予冷却;
4.空气被空气调节机冷却后，再予以加热;及5.可适时中止上述加热作用。
采用本发明的方法和装置，可增加空气调节机的除湿能力，并同时达到增加系统容量及提高运转效率的功效。
下面结合附图及及实施例对本发明进行详细说明图1是以往高效率空气调节机的剖示图。
图2是本发明较佳实施例(一)的部份剖视图。
图3是本发明较佳实施例(二)的部份剖视图。
图4是本发明较佳实施例(三)的部份剖视图。
图5是图4的部份构造放大图。
图6、7是本发明较佳实施例(四)的剖视图。
图8、9是本发明的较佳实施例(四)应用于空调系统的示意图。
图10所示，是本发明较佳实施例(五)的正视图。
首先，请参阅图2是本发明较佳实施例(一)的部份剖视图，本实施例显示有空调机系统20、一导热管热交换器24及一中止系统26;空调机系统20显示有外罩202及入口204和出口206，且空调机系统20可藉由送风机28驱使空气依箭号200所指的方向通过外罩202内，当空气通过外罩202时可被元件22加热或冷却，本实施例在此用作为冷气机，则元件22即为蒸发器，空调机系统20则可将冷冻剂(如氟氯烷冷冻剂)由冷凝器(如图中箭号所示的From Cond enser)经由输入导管201、支管203及4膨胀装置205流入蒸发器22，再经由导管207及支管209流回至压缩机(如图中箭号所示的To Compressor)，导热管热交换器24设于空调机系统20内，藉以提供在湿冷时段下的除湿功能，导热管热交换器24包括有盘曲蒸发器242及盘曲凝结器246分别安置于空调系统20的主要蒸发器22的上游及下游，蒸发器242可藉导管244将汽态冷冻剂输送至凝结器246内，凝结器246可藉导管248将液态冷冻剂送回蒸发器242中。
仍请参阅图2所示，当暖空气自入口204进入外罩202内，首先将通过蒸发器242而被少许冷却，同时也使蒸发器242内部的液态冷冻剂产生汽化，此时，蒸发器242内被汽化的冷冻剂可藉由导管244进入凝结器246内，接着空气通过主要蒸发器22可被进一步冷却至更低温，离开主要蒸发器22的空气通过凝结器246时，凝结器246内汽态冷冻剂被离开主要蒸发器22的低温空气冷却而液化，此时凝结器246的作用也在于加热通过的空气，凝结器246中液化的冷冻剂则由导管248流回至蒸发器242中，产生一循环回路;举例而言，约华氏80度的空气被蒸发器242冷却至华氏75度，再被主要蒸发器22冷却至约华氏55度，接着再被凝结器246加温至华氏60度。
至于湿冷时段，不须要冷气最大输出量时，以上述构造的运转方式即可获得满意效果，但在干热时段，需要最大冷气输出时，上述构造的效率会有显著的减少，因为冷空气被凝结器246加温，而会减少冷气输出量，因此本实施例是藉由一中止系统26，来消除导热管热交换器24的再加热效应，中止系统26包括一次要蒸发器262，及一设于输入导管201上的膨胀阀264与电磁阀266;次要蒸发器262的出口是经由输出导管209连接至压缩机(Compressor)，而藉由电磁阀266可开启次要蒸发器262，则可再冷却自凝结器246流出的空气，达到一所需的输出温度，以满足系统输出量所需，例如空气离开蒸发器22时所需的温度为华氏55度，被凝结器246加温至华氏60度，次要蒸发器262可再冷却空气至华氏55度，若在湿冷时段需要导热管热交换器24回复至正常作用时，可由电磁阀266关闭次要蒸发器262，藉以切断液态冷冻剂流入次要蒸发器262中，所以藉由中止系统26的开启时，可以达到干热时段所需要的冷气输出，而在中止系统26关闭时，可以配合湿冷时段所需要增加除湿的要求。
请参阅图3是本发明较佳实施例(二)的部份剖视图，本实施例显示有空调机系统20、一中止系统30有导热管热交换器34等构件;空调机系统20的构造同于前述的实施例，本实施例的中止系统30包括一环状热交换器32及一设于输入导管201上的膨胀阀302与电磁阀304等构造，环状热交换器32是由导管306及308分别与蒸发器342及凝结器346连通，导管209通过环状热交换器32中，两者可以进行热交换的作用。
仍请参阅图3所示，本实施例中启动电磁阀304后，液态冷冻剂经由一膨胀阀302流入导管209中，并可藉由导管209通过环状热交换器32，在导管209中低温的冷冻剂，可藉由热交换作用冷却热交换器32内的汽态冷冻剂，而使热交换器32内的冷冻剂在经由导管308进入凝结器346前液化，热交换器32具有散热片322以增加热传导，因此热交换器32主要是将蒸发器342内冷冻剂的热量，藉由热交换传导至导管209的冷冻剂内，而不使两部份的冷冻剂混合，环状热交换器32也可用盘曲管式或其他等效型式的热交换器所替代。
仍请参阅图3所示，本实施例于实际操作时，空气进入外罩202后，首先被蒸发器342冷却，而后再被主要蒸发器22冷却，同时蒸发器342内的冷冻剂被加温而汽化，经由导管306升入热交换器32内，并在热交换器32内将热量传导至导管209内，使热交换器32内的冷冻剂液化，热交换器32内液化的冷冻剂则经由导管308回到凝结器346，并再经过导管344回到蒸发器342内，由于液态冷冻剂进入凝结器346，比主要蒸发器22流出的空气为冷，所以当空气接触至凝结器346时，能够再被降温，如果关闭电磁阀304时，可停止热交换器32内的热交换作用;举例而言，当华氏80度空气进入外罩202后，首先被蒸发器342冷却至华氏75度，此时只需较少量的冷冻剂进入主要蒸发器22内，以冷却空气至华氏60度，由于空气将再被凝结器346冷却至华氏55度的最理想温度，因此，本实施例以导热管热交换器34及中止系统30可增进原系统的除湿降温效果，特别是在干热时段将中止系统30开启时，冷凝器346可以再次冷却空气，以达到干热时段所需要的冷气输出，而在湿冷时段中止系统30关闭时，冷凝器346可以加湿空气至舒适区间，并可以配合湿冷时段需要增加除湿的要求。
请参阅图4是为本发明较佳实施例(三)的部份剖视图，本实施例显示有空调机系统20、一中止系统40等构件;空调机系统20的构造同于前述的实施例，而本实施例的中止系统40包括一第二蒸发器410，加上由蒸发器442或凝结器444所构成的导热管热交换器44，而成为一单个元件406，元件406包括二盘曲管，其一为第二蒸发器410，另一为凝结器444，如图5所示，此两盘曲管由同一传热片412连接，提供两盘曲管444与410间良好的热传导，如同前两个实施例，选用电磁阀404以控制液态冷冻剂由膨胀装置402进入第二蒸发器410。
如实例需要，可将多个导热管热交换器堆积组成，在此情形下，一个单一元件406，则包括一单独蒸发盘曲管410，可以应付多个导热管热交换器所需;虽然在本实施例中，元件406的两盘管444和410均由盘曲状导管组成，但其中一个或两个，均可使用其他形状的导管，只要此两导管间以传热片连接，而具良好的热传效果。
仍请同时参阅图4、5所示，当湿冷时段，需要最大除湿能力时，电磁阀404关闭而防止冷冻剂流入蒸发器410，由于此时无其他吸热装置，以中止导热管热交换器44内凝结器444的作用，则凝结器444加温流经外罩202的空气，如此，凝结器与前述(一)、(二)实施例中所述的功能相同，加温已除湿的空气;在干热时段，需要系统20的全部冷气输出量，则开启电磁阀404，而允许冷冻剂流入第二蒸发器410的盘曲管内，第二蒸发器此时功用如吸热器，吸收凝结器444内的热量，以中止凝结器444的作用，而阻此或至少抑制凝结器444与空气间的热传，同时，第二蒸发器410吸收流经外罩202内空气的热量与导热管内的热量，因此与主要蒸发器22连合成为一特大型蒸发器，事实上，由导热管热交换器44与第二蒸发器410组合后，功用如同第二冷却盘，其可冷却流经外罩202的空气至更低温度，例如，流入外罩202的空气为华氏80度，经过蒸发器410冷却后至华氏75度，再经过主要蒸发器22冷却后至华氏60度，而最后被元件406的第二蒸发器410冷却至华氏55度，因此，形成第二冷却盘管可增加蒸发器温度与其内吸气压力，因此可增加全冷气系统的输出量与效率，在一典型运转下，若蒸发器温度增加华氏5至10度，则冷冻剂(弗里安)压力将增高8至15psi，系统容量与效率则增加百分的10至18。
请同时参阅图6、7所示，均是本发明较佳实施例(四)的剖视图，本实施例显示有数个单一型导热管502由许多传热片512连结而组成一导热管热交换器500，导热管热交换器500可区隔为蒸发部508及凝结部510，当暖空气依箭号501方向通过蒸发部508后，蒸发部508可以降低空气温度，而当冷空气依箭号503的方向通过凝结器510后，凝结器510可以加温空气，因为第一导热管502内均注入有冷冻剂，所以导热管502下段504内的液态冷冻剂，被通过的暖空气加温汽化而上升至导热管502上段506，导热管502上段506的汽态冷冻剂被通过的冷空气凝结而液化，并顺着导热管502的管壁下流至导热管502下段504，导热管502的上端开口514结合于一环状热交换器516(与图3中环状热交换器32相同)，并使两者间为连通的状态，所以汽态的冷冻剂可以直接进入环状热交换器516内，环状热交换器516的中心导管522可受控于一电磁阀520，当电磁阀开启时，冷冻剂可经过一膨胀阀518而进入中心导管522，并且通过环状热交换器516。
请同时参阅图6、7所示，当暖空气通过导热管热交换器500的蒸发部508后，暖空气可被蒸发部508冷却而降温，由暖空气加温而在导热管502下段504内汽化的冷冻剂，上升至环状热交换器502内，当电磁阀520开启时，环状热交换器502的中心导管522内的冷冻剂透过传热片517，可吸收上升至环状热交换器502内汽态冷冻剂的热量，因此汽态冷冻剂被冷却而液化，并流回到导热管502下段504内;同时，在导热管502上段506向下流的液态冷冻剂，可使得热交换器500的凝结部510作用如一第二蒸发器，而当空气通过凝结部510时，部份空气的热量可被导热管502管壁内向下流的液态冷冻剂吸收，使得部份下流的液态冷冻剂再被汽化，而未汽化的冷冻剂则向下流回导热管502的下段504，因此，冷冻剂可以在导热管502内循环流动不停。
如果关闭电磁阀520时，热交换器516内的热能交换将停止，而导热管热交换器500则恢复其正常运作，此时，冷冻剂将于热交换器500的凝结部510，将热量传至流经的空气，而使冷冻剂于导热管502上段506内液化，则此由多数个导热管502上段506与传热片512所构成的凝结部510，具有使通过的空气再加温的效果。
请同时参阅图8、9所示，是本发明的较佳实施例(四)应用于空调系统的示意图，图6中所示的热交换器500可被结合于现存的空调系统530的通气管532内，并经由导管534、536连接空调系统的530提供的冷冻剂至环状交换器516的中心导管522内，在此系统中，空调系统530相当于或包括着前述实施例中的主要蒸发器，而进气管540及排气管542相当于前述实施例的外罩的入口及出口，而导热管热交换器500的蒸发部508被安置在空调系统530的进气管540(即暖空气入口)，凝结部510则置于排气管542(即冷气出口)，当电磁阀520关闭时，图7中显示热交换器500中凝结部510提供正常的加热功能，将加热自空调系统530输出的冷空气，例如华氏80度的暖空气可由蒸发部508降温至华氏75度，再经过空调系统530内降温为华氏55度，最后由凝结部510的加温至华氏60度，因在此状态下适于湿冷时段，而能提供良好的除湿能力;当开启电磁阀520时，冷冻剂流入环状热交换器516的导管522(如图8)，则凝结部510及环状热交换器516的功用即如同在系统内添设一第二蒸发器，其功能是冷却自空调系统530输出的空气，例如华氏80度的暖空气可由蒸发部508降温至华氏75度，再经过空调系统530内降温为华氏55度，最后由凝结部510及环状热交换器516再降温至华氏50度，所以此状态下适于干热时段，而能提供冷气的最大输出能力。
请参阅图10所示，是本发明较佳实施例(五)的正视图，本实施例是使用一共同的传热片610，连接数个盘曲管热交换器;导热管热交换器600包含在其上方的凝结导管604及在下方的蒸发导管602，且两者可形成一单行盘管，第二蒸发器606是藉传热片610与凝结导管604及蒸发导管602结合为一体，因此第二蒸发器606的盘管608藉由传热片610与凝结导管604及蒸发导管602间具有良好的传热效果，而液态冷冻剂可藉由一电磁阀614及膨胀阀612进入盘管608内。
仍请参阅图10所示，在湿冷时段需要最大的除湿能力时，第二蒸发器606将不使用，因此暖空气依箭号601的方向通过热交换器600的下半部616，藉由传热片610的传热作用将会使蒸发导管602内的冷冻剂汽化，并使得空气被冷却，崦蒸发导管602内汽化的冷冻剂则由出口618流出，经过蒸汽导管622到达凝结导管604的入口620，当冷空气依箭号603的方向通过热交换600的上半部624，藉由传热片610的传热作用将会使凝结导管604内汽态的冷冻剂液化，液态冷冻剂自凝结导管604的出口626流出，经由液体回流管630回到蒸发导管602的入口628;在干热时段电磁阀614开启时，冷冻剂将流入第二蒸发器606内，此时冷冻剂将吸收由凝结导管604散出的热量，因此可以中止凝结导管604的作用，而在干热时段增加冷气的输出量。
虽然以上述所述的各实施例均使用可汽化的冷冻剂(如弗里安)为工作液体，但液态冷冻剂如冰冷水也可用作为冷媒，在此情形下，蒸发器与凝结器将被冰冷水盘管所替代，且在每一实施例中更可使用一控湿器控制电磁阀的启闭动作，当侦测至某一设定的低湿度值时，则开启电磁阀;另一方式，也可使用控温器控制电磁阀的启闭，当侦测至某一设定室温时，则开启电磁阀。
综上所述，本发明应已符合产业上的利用价值。
权利要求
1.一种增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的方法，其特征是；包括有下列各步骤1.吸入空气通过空气调节机的外罩；2.由空气调节机冷却流经外罩的空气；3.流入空气调节机的空气在冷却前先予冷却；4.空气被空气调节机冷却后，再予以加热；及5.可适时中止上述加热作用。
2.依权利要求1所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的方法;其特征是在中止加热作用时，更可开启一第二蒸发器而增进冷却效率。
3.一种增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置，其包含有外罩、送风机、主要蒸发器，外罩具有空气入口及出口，送风机可导引空气自外罩入口进入，通过外罩，由出口排出，主要蒸发器设于外罩内并可冷却通过外罩内的空气，其特征是外罩内更设有一导热管热交换器，导热管热交换器可在空气通过主要蒸发器前预先冷却空气，而在空气通过主要蒸发器后再加温空气，导热管热交换器上设有中止系统，中止系统具有启闭导热管热交换器加温空气的作用。
4.依权利要求3所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是热交换器包括有一盘曲蒸发器设于外罩的空气入口与主要蒸发器之间;热交换器更包括有一盘曲凝结器设于主要蒸发器与外罩的空气出口间，盘曲蒸发器与盘曲凝结器间具有可供冷冻剂流通的导管。
5.依权利要求3所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是中止系统包括有次要蒸发器，及一设于冷冻剂输入导管上的膨胀阀与电磁阀，次要蒸发器设于热交换器的盘曲凝结器与外罩出口间。
6.依权利要求3所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是中止系统更包括一环状热交换器及一设于冷冻剂输入导管上的膨胀阀与电磁阀等构造，环状热交换器是由导管分别与蒸发器及凝结器连通，冷冻剂输入导管通过环状热交换器中，藉以使两者可以进行热交换的作用。
7.依权利要求3所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是中止装置更包括一设于主要蒸发器与出口间的第二蒸发器。
8.依权利要求7所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是中止装置更包括一冷冻剂供应源与一控制阀，当控制阀开启时，连通第二蒸发器与冷冻剂供应源。
9.依权利要求7所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是第二蒸发器至少与凝结器以传热片连接。
10.依权利要求7所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是第二蒸发器至少与凝结器以蒸发器以传热片连接。
11.依权利要求7所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是第二蒸发器凝结器间，并与蒸发器间，以传热片连接。
12.依权利要求7所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是第二蒸发器至少与凝结器分开，而成为分离式单位。
13.依权利要求7所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是第二蒸发器至少与蒸发器分开，而成为分离式单位。
14.依权利要求3所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是导热管热交换器是由数个单一型导热管与许多传热片连结而组成。
15.依权利要求14所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是导热管热交换器区隔为蒸发部与凝结部。
16.依权利要求14所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是导热管的上端具有开口且可结合于一环状热交换器，使两者间为连通的状态。
17.依权利要求3或16所述的增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的装置;其特征是环状热交换器中具有一可供冷冻剂通过的导管，导管外部更具有传热片。
全文摘要
一种增进空调系统冷气输出量与提高运转效率的方法与装置，空调系统装设有导热管热交换器与中止系统；导热管热交换器在空调系统的暖气入口与冷气出口间传导热量，藉以预先冷却进入空气与再加温输出空气，因此可以增加主冷却盘管的潜热容量，在应用高工作效率和急增冷气输出时，第二冷却盘管开始工作，部分冷冻剂自空调系统注入此盘管，以中止导热管热交换器的工作，而达到增加空调系统冷气输出量的功效。
文档编号F24F3/00GK1105439SQ9311470
公开日1995年7月19日 申请日期1993年11月15日 优先权日1993年11月15日
发明者康秋恩 申请人:康秋恩