专利名称：空气能循环空调机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气调节机，尤其是一种空气能循环空调机。
传统空调机一般主要是以制冷剂作为主要制冷能量，没有充分利用空气的量，所以热效率较低，亦即能源效率比值(EER)比较低。
本发明的目的在于提供一种空气能循环空调机，这种空调机能充分利用空气能量，其能源效率比值较高。
本发明的技术方案在于提供一种空气能循环空调机，其特征在于其是由工作介质加热管，超冷凝管，低压缩比压缩机及辅助水泵构成，其他构造则与一般空调机类似。
工作介质循环过程包括低压连续不等温吸热过程，压缩升温过程，高压连续不等温放热过程，及膨胀降温过程，如上述过程循环不已，空气的变化方向则正好相反，但其特点为每一循环过程均是使用新鲜空气，工作介质是由冷却剂与吸收剂组成的工作介质配对，但亦可使用单一传统冷媒，热交换器的加热管与冷凝管均为特殊设计，其传热效率极高，几乎将空气的能量完全利用，因此工作介质高压侧的压力只有12～13kg·f/cm2，也就可以使用低压缩比(约为2)的压缩机。
前述的空气能循环空调机，其特征在于其可用于窗型家用空调(含分离式)，大型商用空调机以及中央系统空调等方面。
前述的空气能循环空调机，其特征在于其可做为冷气机，暖气机或冷暖兼用机。
前述的空气能循环空调机，其特征在于热交换器部份包含加热管及冷凝器，使用多孔吸水性较佳的材料特殊设计以提高膜面载水性、吸水性及蒸发面积，直接增加导热性，使得温差极小之下亦能完全导热。
前述的空气能循环空调机，其特征在于热交换器也可用于冷冻设备方面。
本发明的一项优点是可节省能源，高EER是指其能源效率比值可达4.2(经台湾大电力研究试验中心试验证实)，本机的EER值比起一般空调机(EER值约2.4)高出许多，因此可大大节省能源。
本发明的另一优点是本机利用低压缩比的压缩机，其不仅节省能源，更可降低噪音。另外本机是利用空气能进行热交换，所以所有进入室内的空气均为新鲜空气。简而言之，本机具有省能源、低噪音及空气品质佳的优点。
本机的再一重大优点是如果热交换器(即加热管及冷凝管)的工作介质采用冷却剂与吸收剂的介质配对，即可不用传统的制冷媒质氟氯碳化物(CFC)而减少对臭氧层的破坏，更有利于环境保护。
以下结合附图进一步说明本发明的具体结构特征及目的。
图1为本发明主要构造及作为冷气机时冷却过程的示意图。
图2是图1中所示II-II线的剖面示意图。
图3是图1中所示III-III线的剖面示意图。
图4是本发明作为窗型机的示意图。
图5是本发明的介质加热循环系统示意图。
图6是本发明的冷凝器示图。
图7是本发明导热管组件的示意图。
本机的热交换器内的工作介质的循环过程如下(1)从低温T1到高温T2的等低压P1连续不等温吸热过程。(2)从高温T2到更高温T3的压缩升温过程。(3)从温度T3到次低温T4的等高压P2连续不等温放热过程。(4)从温度T4到低温T1的膨胀降温过程。
在图1中可以见本发明的8字循环空调机分成A区及B区两个部份，配合图2、3所示的剖面图来看，可以了解到本发明的A区是导热片5和微分绝热片组成的工作介质流道，是工作介质从温度T1上升到温度T2的连续不等温吸热区，B区是导热片5和波纹导热片7组成的空气流道，是被冷却空气从温度T2下降到温度T1的连续不等温放热区；图中所示的J1为空气能加热管，其一端与工作介质分配管3相连接，另端则与回路管11相连接，在A区的导热片5间设有波纹导热片7，在导热片5与工作介质分配管3及回路管11间设有垫片4，并在侧边以夹板8定位，而可在一侧设置接水盘10，在A区另侧为一送风扇12；在B区中的J2为空气能超冷凝管，其间之结构配置与A区雷同，其中设置有工作介质分配管3、垫片4、导热片5，导热片5间设有膜式蒸发片6，在侧边以夹板8定位，并于一侧设有积水盘9，另侧则设有一排风扇19；在A区与B区之间以液气输送管13及一输液管16相连，在液气输送管13上设有一低压缩比的压缩机M，在输液管16上则设有一节流阀17。在图1中，利用空气能量的加热管J1是由导热片导热的，其平行排列的平面状金属导热片二侧是A区和B区，其中工作介质的微分绝热片是用热阻较大的非金属材料制成的波纹型绝热分割片，在其流向绝热分割导热片的换热区；波纹导热片用较薄的金属材料压制成的波纹型次翅片在空气流向的导热量可视为零，可在空气流向绝热分割导热片的换热温区和增大导热片与被冷却空气的换热面积，因此导热片被绝热分割为无限多个微等温面，每一微等温面(例如dxn，dyn)和相邻的微等温面的温度不相等而温差很小，所以工作介质吸热温升弧线是和被冷却空气的放热温降弧线流向相反的接近重合曲线，即工作介质的吸热温升过程是对应于被冷却空气的放热过程。
这时室外空气(温度为T2)，在风扇作用下借着加热管的空气流道充份地连续降温，放出热量的加热导热片使另一边的工作介质升温带走热量，一直到空气温度降到略高于最初工作介质温度T1，再经出风口的调节窗导输入室内。
有关工作介质在加热管的流动情形说明如下工作介质的入口处和出口处是与工作介质分配管3相连。工作介质分配管3上均匀分布着工作介质流体分配孔，工作介质流道的出口并联后接液汽输送管13，流道的入口并联后接输液管16，回流板用来分隔工作介质流道，回路管11是在流道的拐弯处。工作介质在回流板两侧以U字型流动，其形成的稀溶液g1在输液管16上经节流阀17等焓节流降压为P1在加热管的入口处均匀分配给各个工作介质分配管3，从其上的流体分配孔中喷入平行排列的工作介质流道，工作介质g1在流动过程中被空气流道内的被冷却空气连续而充分地加热，空气流道的被冷却空气也从室外温度T2因放热降温至冷风温度T1而输入室内，加热后的介质在其流道出口处的工作介质分配管3汇合后进入液汽输送管13再被压缩机M压至压力为P2后送到冷凝管J2的入口。
由于热交换过程是在微等温面上进行的，而每个微等温面又总是使其导热片两面的冷却工作介质配对和被冷却空气的温度尽其可能地趋于等温，使其终点传热温差趋近于零，而实际热交换的传热温差约为0.1～0.5℃。
图1中，超冷凝管J2也是由导热片5换热，其平行排列的平面状金属导热片5将其分隔为C区和D区。C区是导热片5和微分绝热片组成的工作介质配对从温度T3降到温度T4的连续不等温被冷凝而液化的放热区。与C区对应于空气侧则是D区。D区是导热片和微分绝热片组成的室内冷空气连续不等温吸湿吸热区。导热片5的外侧贴合着多孔吸水材料制成的膜式蒸发面6，其膜面具有良好载水、吸水性和较大的多孔表面积。载水性可大大提高膜式蒸发面6和导热片5的传热系数；多孔性可形成较大的湿蒸发面积，使其冷凝过程成为温度较低的放热过程。工作介质与空气流道的微分绝热片均采用热阻较大的非金属材料制成，可将导热片两面均割为无限多个微等温导热面(例如dxn，dyn)，因而使冷凝器J2的导热片5为连续变温导热面。
从加热管J1输出的冷风(如图1中的a3)在室内吸热吸湿后，成为人体舒适所需温湿度的温度(如图1中的a4)，被风扇吸入D区的空气流道内沿着冷凝器上膜式蒸发面上充份吸收水汽，空气温度则由T4升至T3而排出室外。从加热管J1流出的压力为P1的工作介质被增压至P2，经液气输送管13及各个工作介质分配管3从喷孔喷入C区的工作介质流道内，连续不等温放热降温而逐步液化为冷稀溶液g1，再经输液管16和节流阀17流入加热管，如此往复循环。
冷凝器J2的换热过程也是在无限微分的微不等温导热面上进行的。因此从工作介质的被冷凝过程和其对应的空气吸热过程均是连续变温过程，并且两侧的变温几乎是同步的。
有关空气中水蒸气含量的变化说明如下参见图1，含湿量X1的室外空气(如图1中的a1)在加热管J1的空气流道内放热降温到低温T1的冷风(如图1中的a3)其含湿量降为X2，则输入冷风的冷凝水量为X1-X2＝ΔX1。这些水分滴入接水盘10从水管流入积水盘9内，再由水泵控制定量从喷嘴18喷向冷凝器J2的膜式蒸发面6。工作介质的冷凝是由表面水汽蒸发吸热造成，含湿量X3的室内空气(如图1中的a5)从膜式蒸发面6上吸收水汽演变为含湿量X4的湿空气(如图1中的a6)而排向室外，其排出空气的水量为X4-X3＝ΔX2。本发明在单位时间内输入空气和排出空气是等量的，因此当ΔX1＝ΔX2时为水平衡点。由于自然空气的含湿量和室内空气含湿量都是动态变化的，因此积水盘9内的存水量在ΔX2＞ΔX1时应由自动供水装置补充，在ΔX1＞ΔX2时则自动溢出，以保证使本机发挥其最大功能。
本机可制造成窗型机，图4为其示意图室外自然空气被送风扇12驱动通过加热管J1的空气流道放热降温至低温度T1的冷风(如图4中的a3)经出风调节窗14输入室内；室内空气(如图4中的a4)在排风扇19，的抽吸作用下经排风调节窗叶28导向后在冷凝管J2的空气流道的膜式蒸发面6上吸湿吸热后，排向大气。加热管J1及冷凝管J2的回流板用来分隔工作介质流道，以使其工作介质在管内U字型流动。
窗型机在当冷气机使用时，喷嘴18定时、定量向冷凝管J2的膜式蒸发面6喷雾，及时润湿蒸发面。
水泵23由电磁控制阀24定时间歇式送水；由电磁控制在当冷气机使用时向冷却喷嘴18供水；在当暖气机使用时向加热喷嘴26供水。水过滤器22是防止污物进入供水系统。只是空气流向需转向；超冷凝管J2也一样要将空气流向转向，详细变换如下1·将工作介质的入口切换为出口，出风口切换为入口，使其工作介质配对反向运作。
2·使送风扇12反向运转而成为排风扇，从室内向室外排风，室内空气经加热管J1的空气流道放热排向大气；使排风扇19反向运转成为送风扇，室外新鲜空气经冷凝管J2的空气流道吸热吸湿输入室内。
3·制热喷嘴26在电磁控制阀24和水泵23的作用下定时向加热管J1和冷凝管J2喷雾以湿润冷凝管的膜式蒸发面6和及时化解加热管J1的空气流道内的积霜；积水盘9内可以加入适量丙三醇(甘油)或乙二醇溶液以增强热交换性能和防止加热管J1的空气流道形成冰堵。
由于热交换器的传热温差小，且冷凝温度较低，温升较小，所以与现行的一般空调机相比，其能源效率比值(EER)可大大提高。
再如图5中所示，是本发明的介质加热循环系统示意图，其中由蒸发器31所吸收的室内热量经由低压压缩机M的推动流向室外侧冷凝器32，而冷凝器32的功能是可利用室内带出的热量，将水份完全蒸发，亦即空气中完全潜热量的变化，达成因水蒸发热的热吸收而产生冷却作用。
该系统循环中的热传工作介质于高压侧只有12～13kgf/cm2的工作压力，故带动循环的动力来源采用低压缩比的压缩机M，压缩比约为2，而传统压缩机的压缩比约为4，故可节省动力源及降低噪音。
配合图6来看，室外侧的冷凝器32是借助外来水源经由水泵33增压再从喷嘴34将水分雾化洒出并充份附着于波浪型散热片321表面，饱和水分的散热片321再慢慢供应图7中导热套40中的导热管与保湿材41所需吸收铜管42内热量的水分。
因此经由以上的说明可知，本发明至少可具有省能源、低噪音且具有保持室内新鲜空气的优点。
本发明亦可以分离式方式制作，其热交换的工作介质亦可采用传统制冷媒质，有关此种分离式冷气机，经送台湾大电力研究试验中心测试，根据其试验报告所得的平均能源效率比值(EER)4.235。其冷气能力为每小时3665千卡，消耗电力866瓦特。
在冷气能力相同状况下，一般冷气机EER最高约为2.4，则其消耗电力为1527瓦特；节省能源为661瓦特，除以1527瓦特，则可省电约43.5％；充份说明本发明的高热效率，而此机只是用传统冷媒为工作介质，不然其效率更高。
权利要求
1.一种空气能循环空调机，其特征在于其是由工作介质加热管，超冷凝管，低压缩比压缩机及辅助水泵构成，其他构造则与一般空调机类似，工作介质循环过程包括低压连续不等温吸热过程，压缩升温过程，高压连续不等温放热过程，及膨胀降温过程，如上述过程循环不已，空气的变化方向则正好相反，但其特点为每一循环过程均是使用新鲜空气，工作介质是由冷却剂与吸收剂组成的工作介质配对，但亦可使用单一传统制冷媒质，热交换器的加热管与冷凝管均为特殊设计，其传热效率极高，几乎将空气的能量完全利用，因此工作介质高压侧的压力只有12～13kg·f/cm2，也就可以使用低压缩比(约为2)的压缩机。
2.根据权利要求1所述的空气能循环空调机，其特征在于其可用于窗型家用空调(含分离式)，大型商用空调机以及中央系统空调等方面。
3.根据权利要求1或2所述的空气能循环空调机，其特征在于其可做为冷气机，暖气机或冷暖兼用机。
4.根据权利要求1所述的空气能循环空调机，其特征在于热交换器部份包含加热管及冷凝器，使用多孔吸水性较佳的材料特殊设计以提高膜面载水性、吸水性及蒸发面积，直接增加导热性，使得温差极小之下亦能完全导热。
5.根据权利要求4所述的空气能循环空调机，其特征在于热交换器也可用于冷冻设备方面。
全文摘要
一种高EER空气调节机，主要是利用空气的能量来冷却或加热工作介质，其是由空气能加热管、空气能超冷凝管、低压缩比的压缩机及辅助水泵构成，其它构造与一般空调机类似。
文档编号F24F5/00GK1166589SQ9611340
公开日1997年12月3日 申请日期1996年9月11日 优先权日1996年9月11日
发明者刘胜辉, 刘宇洲, 李宗晏 申请人:诠旭电机股份有限公司