专利名称：吸收式热泵及干燥剂辅助空调设备的制作方法
一般地本发明涉及吸收式热泵，而具体地涉及用作干燥剂辅助空调设备的热源的吸收式热泵和基于该热泵装置的空调设备。
干燥剂辅助空调设备众所周知，例如在美国专利No2，700，537中。该系统公开了一种干燥剂辅助空调设备，它要求在100-150℃温度范围的热源用以再生干燥剂(吸湿剂)，并且主要利用诸如电热器和沸腾器这样的热源。近几年，已开发出能在60-80℃范围的低温下再生的干燥剂，使得能使用在低温工作的热源。图8是这样改进后的干燥剂辅助设备的典型例子的示意性描述图，图9是表示该示例设备工作的空气湿度图。图8中，参考数字101指调节空间；102指压缩机；103指干燥剂盘；104指显热交换器；105指增湿器；106指增湿器的供水管；107-111指经调节的气流的气管；1030指再生空气的压缩机；120指热水和再生空气的热交换器(热水热交换器)；121指显热交器；122，123指热水管；以及124-129指再生空气的气管。图8中，划圈的字母k～v表示正在处理与图9中所示各自位置相对应的空气媒质的热动力状态。SA表示供气，RA表示返回空气，OA表示外部空气和Ex表示排出空气。
下面将解释这样的设备的工作。图8中，来自室101的将要调节的环境空气(处理空气)通过通道107引入压缩机102去被加压，并通过通道108送到干燥剂盘103。在干燥剂盘103中，通过从环境空气中去除水分到干燥剂盘103中的吸湿剂上来降低环境空气的湿度比。在吸附过程中，吸附的热释放到处理空气中，提高它的温度。具有更高温度和更低湿度的处理空气通过通道109送到显热交换器104，并通过与外部空气(再生空气)进行热交换被冷却。经冷却的空气通过通道110送到增湿器105，以利用象水喷淋器和蒸发增湿器这样的装置按等焓处理被冷却，并通过通道101返回到调节室101。
干燥剂材料在这一过程中吸收水分，因而它必须再生。在本例中，按如下进行。外部空气(再生空气)OA通过通道124引入压缩机130去被加压，并送到显热交换器104，冷却处理空气并在此过程中提高它本身的温度。热空气OA通过通道125流入下一个显热交换器121，并通过与再生后剩下的高温再生空气进行热交换来提高它的温度。来自热交换器121的再生空气通过通道126流入热水热交换器120，这样它的温度升高到60-80℃范围，而它的相对湿度降低了。降低湿度的再生空气通过干燥剂盘103，以从干燥剂盘中去掉水分。来自干燥剂盘103的剩余空气流过通道128，进入显热交换器121中，以在再生之前预热再生空气，并流过通道129被最终排出。
上述过程可参照图9所示的空气湿度图来解释。将被空调的在室101中的环境空气(用于处理的空气状态k)通过通道107引入压缩机102去被加压，并流过通道108到达干燥剂盘103，这样它的湿度比将通过失去水分到干燥剂盘中的吸湿剂而降低，同时它的温度由于吸热而升高(状态L)。更低湿度和更高温度的空气流过通道109到达显热交换器104，并通过与再生空气进行热交换被冷却(状态M)。冷却后的空气流过通道110到达增湿器105，这样它的温度利用水喷淋器或蒸发增湿器按等焓方式被降低(状态p)，并通过通道111返回到调节空间101。
如上述解释，在返回空气(k)和供应空气(p)之间产生焓差ΔQ，该供应空气负责冷却调节空间101。干燥剂按如下再生。外部空气(OA状态Q)通过通道124导入压缩机130，并被加压，送到显热交换机104，冷却处理空气并提高它自己的温度(状态R)，流入通道125及下一个显热交换器121，与剩下的高温空气交换热，这样它自身的温度升高(状态S)。来自显热交换器121的再生空气流过通道126，到达热水热交器120，并由热水加热到60～80℃之间的温度，由此它的相对湿度降低(状态T)。具有降低湿度的再生空气流过干燥剂盘103，由此失掉它的水分(状态U)。来自干燥剂盘103的剩余的输出空气流过通道128，到达显热交换器121，以在再生处理之前预热再生空气，并降低它自己的温度(状态V)并流入通道129，以作为废气被排出。
上述干燥剂的再生过程和环境空气的减湿过程重复进行以提供干燥剂辅助空调过程。通过将由图9所示的焓差ΔQ(冷却效应的量度)除以回收热ΔH所得的性能系数值(cop) (即cop＝ΔQ/ΔH)来给出这种设备的调节能量效率。然而，在传统的干燥剂辅助空调设备中，尽管可用来加热再生空气的热水的温度与以前的设备相比已经降低，但是传统干燥剂辅助空调设备的cop值仍低于基于其他热驱动制冷装置(例如，双效应吸收式冷却器)对环境空气进行冷却和减湿的空调设备的cop值。原因在于通过使用如沸腾器的高温热源，干燥剂材料的再生已被进行，并且设备仍在低于100℃的温度下工作，其中一个单位燃料的高质能量(excorgy)被变换到少于一个单位。
按照本发明的第一实施例，一种干燥剂辅助空调设备包括用来流动处理空气以通过干燥剂来减湿并传送到调节空间的处理空气通道；用来流动再生空气以从干燥剂中去掉水分的再生空气通道；用来提供用于处理空气的冷却装置和用于再生空气的加热装置的吸收式热泵装置；吸收式热泵装置包括具有第一蒸发器、第一吸收器、第一发生器及第一冷凝器的第一循环单元，用来提供在第一工作压力下工作的吸收式制冷循环；具有第二蒸发器、第二吸收器、第二发生器及第二冷凝器的第二循环单元，用来提供在低于第一工作压力的第二工作压力下工作的吸收式制冷循环；及在第一循环单元中的第一蒸发器与在第二循环单元中的第二吸收器之间的热交换器，用来在第一蒸发器和第二吸收器之间进行热转换；其中来自第一循环单元和第二循环单元的凝结热与来自第一循环单元的吸收热在加热装置再生干燥剂时被一起使用，而第二循环单元中的蒸发热在冷却装置在传送到调节空间之前冷却处理空气时被使用。
按照上面提出的空调设备的第一方面，热泵装置(包括制冷装置)与干燥剂辅助空调设备相组合，以达到高水平的能量保存和系统性能。与输入到系统的外部热相应的热量加上输入到第二循环单元的蒸发热之和通过利用第一和第二循环单元产生的凝结热及第二循环单元产生的吸收热被回收。此热量和被用来产生用于再生干燥剂材料的60～80℃热水。而且，第二循环单元的第二蒸发器所要求的蒸发热由冷却水来提供，以便产生大约15℃的冷却水作为冷却源来冷却该系统的空调部分中的处理空气。所提出的该装置结构不仅在保存干燥剂再生所要求的初始能量方面是高效的，而且也提高了空调设备的冷却效率。采用可由热泵装置使用的所有热源对于干燥剂辅助空调设备均取得高水平的能量保存和性能。
根据另一方面，干燥剂辅助空调设备包括用来流动作业以通过干燥剂来减湿并将其传送到一调节空间的处理空气通道；和用来流动再生空气以从所述干燥剂中去掉水分的再生空气通道；和用来利用加热装置提供用于处理空气的冷却热源和利用冷却装置提供用于所述再生空气的加热热源的吸收式热泵装置；所述吸收式热泵装置包括一个低压蒸发器，和一个在比所述低压蒸发器更高的工作压力下工作的高压蒸发器；一个低压吸收器，和一个在比所述低压吸收器更高的工作压力下工作的高压吸收器；一个发生器；一个冷凝器；及用来通过传导来自所述低压吸收器的吸收热到所述高压蒸发器以提供热量给所述高压蒸发器的热交换装置；其中在所述低压蒸发器中蒸发的制冷剂在所述低压吸收器中被吸收，而在所述高压蒸发器中蒸发的制冷剂在所述高压吸收器中被吸收，所述加热装置与一加热通道连通，用来同所述高压吸收器和所述冷凝器进行热交换，而所述冷却装置被提供一冷却通道，用于同所述低压蒸发器进行热交换。
根据第二方面，通过热量和的回收获得了与第一实施例同样水平的能量保存，该热量和就是以第一和第二循环单元的冷凝热形式和第二循环单元的高压吸收器中的吸收热形式，由输入系统的总热量加上第二循环单元的低压蒸发器中的蒸发热。该热量之和用来为干燥剂再生产生80-100℃高温范围的热水。如同在第一实施例中，使用低压蒸发器所要求的蒸发热，这样产生大约10℃的冷却水用于冷却该系统的空调部分中的处理空气。本实施例中的热泵装置的结构提供了一个优点，即溶液浓度能按所选压力进行调整，以便产生更高温的热水和更低温的冷水。在低压吸收器中得到更高浓度的溶液，结果提高了吸收温度并且也提高了高压蒸发器的工作温度，导致高压吸收器中的吸收温度被抬升。整个结果就是，对于输入干燥剂辅助空调设备的等量热，获得了更好的能量保存，从而在热水中能产生更高的温度。
因此，可以证明本发明的干燥剂辅助空调设备同基于双效应吸收式冷却器的传统空调设备相比，有意义地减少了驱动整个系统的加热能量耗费，并且始终如一地得到了更高的性能系数值。
图1是将热泵装置部分同使用干燥剂的空调部分组合的本发明的干燥剂辅助空调设备的第一实施例的示意性描述图。
图2是表示第一实施例的热泵装置的工作循环的杜林线(Duhring)图。
图3是表示第一实施例中干燥剂辅助空调循环的空气湿度图。
图4是本发明的干燥剂辅助空调设备的第二实施例的示意性描述图。
图5是表示第二实施例的热泵装置的工作循环的杜林线图。
图6是本发明的干燥剂辅助空调设备的第三实施例的示意性描述图。
图7是表示第三实施例的热泵装置的工作循环的杜林线图。
图8是传统的干燥剂辅助空调设备的示意性描述图。
图9是图8所示的传统干燥剂辅助空调设备的空气湿度图。
下面将参照图1至图3解释优选实施例的第一实施例。图1是本发明的干燥剂辅助空调设备的基本结构的示意性描述图。该设备的热泵装置包括用于提供吸收式制冷循环的第一循环单元，它包括第一蒸发器3、第一吸收器1、第一发生器2、第一冷凝器4及在去往和来自第一吸收器1的溶液通道与第一发生器2之间的热交换器5，以及第二循环单元包括第二蒸发器13、第二吸收器11、第二发生器12、第二冷凝器14、在去往和来自第二吸收器11与第二发生器12之间的热交换器15。第二循环单元的第二吸收器11在比第一循环单元的第一吸收器1更低的压力下工作。在第一循环单元的第一蒸发器3和第二循环的第二吸收器11之间提供热传导管形式的热交换器21。热传导通道51、52、53和54用来流动例如热水或冷水这样的热导媒质，以便提取在第一和第二循环单元中产生的凝结热及在第一循环单元产生的吸收热作为该设备的空调部分的热源。热传导媒质通过通道51、52、53和54从第一吸收器1的热传导管30流到第二冷凝器14的热传导管31，然后到第一冷凝器4的热传导管32，由此进行热交换。图1表示，吸收式热泵装置的热水管和冷水管，也就是热传导通道51、52、53和54分别通过热水泵150和冷水泵160与干燥剂辅助空调设备相连接。
图1所示的干燥剂辅助空调设备的空调部分构成如下调节空间101通过通道107与压缩机102的入口相连通；压缩机102的出口通过通道108与干燥剂盘103连通；来自干燥剂盘103的处理空气的出口通过通道109与再生空气的显热交换器104连通；来自热交换器104的处理空气的出口通过通道110与冷水热交换器115连通；来自冷水热交换器115的处理空气出口通过通道119增湿器105连通；以及来自增湿器105的处理空气的出口通过通道111与调节空间101连通；从而完成处理空气的处理循环。
同时，再生空气的处理流程如下通过通道124与压缩机130的入口相连接导入外部空气；压缩机130的出口与可与处理空气进行热交换的显热交换器104连通；来自显热交换器104的再生空气的出口通过通道125与另一热交换器121的低温端入口连通；显热交换器121的低温端的出口通过通道126与热水热交换器120连通；热水热交换器120的再生空气的出口通过通道127与来自干燥剂盘103的再生空气的入口连通，干燥剂盘103的再生空气的出口通过通道128与显热交换器121的高温端的入口连接；显热交换器121的高温端的出口通过通道129与外部空间连通，由此导入外部空气用作为再生空气。热水热交换器120的热水入口通过通道122与吸收式热泵的热水通道中的第一循环单元的吸收器1的出口相连通。热水热交换器120的热水出口通过通道123和热水泵150与吸收式热泵的热水通道中的第二循环单元的冷凝器14的入口连通。冷水热交换器115的冷水入口通过通道117与吸收式热泵的冷水通管中第二循环单元的蒸发器13的出口连通，而冷水热交换器115的冷水出口通过通道118和泵160与吸收式热泵的冷水通道中的第二循环单元的蒸发器13的入口连通。图1中，划圈的字母标记k～v的字母是指与图3中的字母标记相对应的空气湿度状态，并且SA表示供气，RA表示返回空气，OA表示外部空气，及Ex表示排出空气。
下面将解释这样结构的吸收式热泵装置的工作循环。第一循环单元中的溶液在发生器2中通过热传导管34用热媒质来加热来产生制冷剂蒸气，此热媒质用外部热源(未示出)来加热，并通过通道61提供，在变得浓缩之后，该蒸气通过第一热交换器5传递给第一吸收器1。在第一吸收器1中，溶液吸收在第一蒸发器3里蒸发的制冷剂蒸气，并在被稀释后，由泵6的抽吸作用再通过第一热交换器5返回到第一发生器2。在第一吸收器1中，通过象热水这样的热传导管30中的热传导媒质进行热交换来利用此过程中产生的吸收热。第一蒸气发生器2中产生的制冷蒸气进入第一冷凝器4中被凝结。在第一冷凝器4中，此过程中产生的凝结热通过热传导管32传导给热传导媒质(热水)。凝结的制冷剂流入第一蒸发器3中被蒸发。在第一蒸发器3中，与此过程中产生的蒸发热相对应的热量通过来自第二循环单元的第二吸收器11的热传导管21进行传导。在第一吸收器1的热传导管21中，允许构成数个热传导管，这样制冷剂在第二蒸发器13中直接蒸发，不用借助于热传导媒质，所得结果是相同的。
第二循环单元中的溶液在第二发生器12中用与第一循环单元中相同的加热媒质进行加热，并通过通道62和热传导管35来提供，用于产生制冷剂蒸气，变得浓缩并通过第二热交换器15传递给第二吸收器11。在第二吸收器11中，溶液吸收第二蒸发器13中蒸发的制冷剂蒸气，在变得稀释后，由泵16的抽吸作用再通过热交换器15返回到第二蒸气发生器12。在第一吸收器11中，此过程中产生的吸收热通过热传导管21传导给第一蒸发器3。第二蒸气发生器12中产生的制冷剂蒸气进入第二冷凝器14中被凝结。通过热传导管31将热传导给热传导媒质来利用第二冷凝器14中产生的凝结热。由于热传导媒质从第二吸收器11的冷凝器热传导管30流过，然后到第二冷凝器14的热传导管31，然后连续回到第一冷凝器4的吸收式热传导管32，因而第一循环单元中的溶液的吸收温度变得低于第一和第二循环单元中的制冷剂的凝结温度。凝结的制冷剂被传递给第二蒸发器13以被蒸发。在第二蒸发器13中，蒸发热通过热传导管33传导给诸如冷水的热传导媒质。
参照图2将解释干燥剂辅助空调的吸收式热泵部分的工作。图2是表示图1中所示的吸收式热泵装置的工作循环的杜林线图。这是一般用于吸收式冷却器中的溴化锂-水工作流体系统的典型例子。此图中所示的阿拉伯字母标记与溶液或制冷剂的各种状态有关，并且相应的标记也在图1中示出。
第一循环单元中的溶液在第一蒸气发生器2中由外部加热器加热，以产生制冷剂蒸气，在变得浓缩之后(图2中150℃)，它流入第一热交换器5 (状态d)以便传送到第一吸收器1中。在第一吸收器中，溶液吸收在蒸发器3中蒸发的制冷剂，在变得稀释之后(状态a)，它在第一热交换器5中再加热(状态b)以返回第一发生器2。在第一发生器2中产生的制冷剂蒸气进入第一冷凝器4中被凝结(状态f)。第一冷凝器4中产生的凝结热由热转导管32传导给热水，热传导管32用作为热交换器。
凝结的制冷剂传送到第一蒸发器3去被蒸发(状态e)。在第一蒸发器3中，与蒸发热相当的热量通过热传导管21从第二循环单元的第二吸收器11中被传导(状态A)。第二循环单元中的溶液在第二发生器12中通过热传导管35由来自外部源提供的热进行加热，以产生制冷剂蒸气，在变得浓缩后(状态C)，它流入第二热交换器15(状态D)以传送到第二吸收器11。在第二吸收器11中，溶液吸收第二蒸发器13蒸发的制冷剂(状态E)，在变得稀释后(状态A)，在第二热交换器15中再被加热(状态B)，以便返回到第二发生器12。在第二吸收器11中，此过程中产生的吸收热通过热传导管21传导给第一循环单元中的第一蒸发器3(状态e)。第二发生器12产生的制冷剂蒸气进入第二冷凝器14去被凝结(状态F)。凝结的制冷剂(状态F)送到第二蒸发器13去被凝结(状态F)。凝结的制冷剂被传送到第二蒸发器13去被蒸发(状态E)。
上述结构的吸收式热泵产生了高水平的能量保存，并通过下面要解释的热的有效利用提供了高效热性能。由外部加热器提供到第一循环单元的第一发生器2的高温热被用来浓缩第一循环单元的制冷剂，并由此过程中产生的制冷剂蒸气所拥有的热在第一冷凝器4中被回收并从其中提取作为凝结热。浓缩溶液在第一吸收器11中吸收第一蒸发器1蒸发的蒸气，并且也利用吸收热。而且，从外部源供应给第二循环单元中的第二气发生器12的高温输入热被用来浓缩第二循环单元中的溶液，并且由蒸气拥有的热在第二冷凝器14中被回收并从其中提取作为凝结热，以产生大约60～80℃的热水。在第二循环单元的第二蒸发器13中，以大约15℃冷水的形式的蒸发热被提取用于冷却。还有，第二循环单元中的第二吸收器11产生的吸收热被用作第一循环单元中的蒸发热。因此在吸收式热泵装置中产生的热水用于干燥剂的再生，而冷水用来冷却处理空气。
工作循环的整个热平衡表明，热输入包括输入到第一和第二循环单元中的第一和第二发生器2、12的高温外部热和从第二循环单元的第二蒸发器13中的冷水提取的热量，此外循环中的热输出是第一循环单元中的吸收热和第一及第二循环单元中的凝结热。换言之，热水不仅接收从第一循环单元中的外部加热器输入的高温热，而且接收从第二循环单元中的冷水提取的热，因此可用来加热的热量增加到超出外部提供给第一和第二循环单元的发生器2、12的热量。因而，这已表明，热泵效应已达到本设备产生的热循环。
下面，将解释把上述吸收式热泵装置与干燥剂辅助调节部分相结合的空调设备的工作。
图3是表示图1所示的设备的空调部分的工作的空气湿度图。空调设备的工作如下。参照图1，来自调节室101的环境空气(处理空气)通过通道107导入压缩机102去被加压，加压空气通过通道108送到干燥剂盘103，其中通过由干燥剂盘103中吸湿剂去环境空气中水分来降低处理空气中的湿度比。吸收过程中释放的热提高了处理空气的温度。具有更低湿度和更高温度的处理空气通过通道109送到显热交换器104，并通过与外部空气(再生空气)进行热交换而被冷却。冷却的处理空气通过通道110传送到冷水热交换器115进行更一步的冷却。冷却的处理空气传送到增湿器105通过水喷淋器或蒸发增湿器进行等焓地冷却，并且冷却的处理空气通过通道111返回到调节空间101。
干燥剂材料在上述过程变为载有水分，并需要被再生。在本实施例中，这通过使用外部空气作为再生空气来如下进行。外部空气(OA)通过通道124导入压缩机130去被加压，加压的外部空气通过通道124传送到显热交换器104来冷却处理空气。其本身温度已被升高的再生空气通过通道125送到下一个显热交换器121，在其中与高温剩余再生空气发生热交换以进一步提高它本身的温度，并且存在于显热交换器121中的再生空气通过通道126流入热水热交换器120。在这一点，再生空气的温度通过热水被提高到60～80℃，而它的相对湿度降低了。
这一过程对应于再生空气的显热变化，并且再生空气的比热与热水的相比相当低，导致空气温度的很大变化。因而，既使热水的流速降低(导致热水温度的变化)，热交换过程仍能相当有效地进行。于是，在第二循环单元的热水入口端的热泵的凝结温度能设置得比热水出口处第一循环单元的吸收温度低。采用这样的方法，第一循环单元中的发生器2要求的压力和温度能被降低，并且进入第一循环单元中的发生器2的水的热输入负荷也能减轻。通过增大可用的热水温差，能降低流速，并因而也降低水的运输负荷。
从热水热交换器120排出的再生空气具有比以前更低的相对湿度，并且在流过干燥剂盘103的过程中从其中去掉了水分，因而进行了干燥剂材料的再生。已穿过干燥剂盘103的剩余空气通过通道128流入显热交换器121，预热外部空气并通过通道129排到外部环境。
参照图3中的空气湿度图将解释这一点的处理。用于调节空间101的将要处理的空气(处理空气状态K)通过通路107导入压缩机102以被加压，加压的处理空气通过通道108送到干燥剂盘103。通过将处理空气的水分吸附到干燥剂盘103中的吸湿剂来降低处理空气的湿度比而它的温度通过吸收吸附热而被提高(状态L)。具有其湿度被降低及温度被升高的处理空气通过通道109传送到显热交换器104，并与外部空气(再生空气)进行热交换，以降低它的温度(状态M)。冷却的处理空气通过通道110送到冷水热交换器115去被进一步冷却(状态N)。冷却的处理空气通过通道119传送到增湿器105，而它的温度由水喷淋器或蒸气增湿器等焓地降低(状态P)，并且处理空气通过通道111返回到调节空间101。在上述过程中，产生在返回空气(状态k)和供应空气(状态p)之间的焓差ΔQ以提供驱动力用来冷却调节空间101。
干燥剂的再生过程紧接下面的状态。用来再生的外部空气(OA状态Q)通过通道124导入压缩机130去被加压，并传送到显热交换器104以便在提高它本身温度(状态R)的同时冷却处理空气，并通过通道125流入下一个显热交换器121，并且，通过与高温剩余空气交换热量，提高它本身的温度(状态S)。留在热交换器121的再生空气通过通道126流入热水热交换器120，由此它的温度提高到60～80℃，而它的相对湿度降低了(状态T)。具有更低相对湿度的再生空气穿过干燥剂盘103，以便从其中去掉水分(状态U)。
已穿过干燥剂盘103的剩余空气通过通道128流入显热交换器121，并预热从显热交换器104排出的再生空气，降低它本身的温度(状态V)。剩余空气通过通道129排到外部环境。上述工作循环，即一方面干燥剂的再生和另一方面处理空气的减湿及冷却，被重复进行以提供调节空间的干燥剂辅助空调。通常使用来自调节室的排出空气作为再生空气，本发明也是这样，对排出的室内空气进行再循环以再生空气是没有问题，并且将得到同样的结果。
表示具有本结构的干燥剂再生的能量效率的cop值能通过将图3中的焓差ΔQ除以用于再生目的的热输入量来计算。然而，由热水热交换器加入再生空气的热输入ΔH包括由冷水热交换器通过第二循单元中的冷水热交换器115和第二蒸发器13利用吸收式热泵效应从处理空气提取热量而供应的热量ΔQ。因而，供应到整个系统的实际热量由从ΔH中减去Δq得到，其用对应于从状态X到状态T的过程中产生的显热变化的Δh来表示。
因而通过下式给出copΔQ/(ΔH-Δq)＝ΔQ/Δh将图3中的cop与图9中传统的cop相比较，可以看出在本实施例中，分子ΔQ表示的冷却效应增加了等于Δq的量，而分母指示的热输入减少了等于Δq的量，由此导致最终cop显著地提高。
下面将简单说明本设备的cop的实例计算。假设吸收式热泵的制冷效应的cop是大约0.3，传统干燥剂辅助空调的cop是1.0，本发明的cop能如下得到。令从外部热源输入到吸收式热泵的热量为1.0，热泵效应将1.3的热输入加到热水中，并且当这一热量用来进行干燥剂辅助空调时，制冷效应的热输入由下式给出1.0(cop)×1.3(输入热)＋0.3(Δq)＝1.6其中Δq是制冷效应。因而，本发明的cop按下式得到(冷却效应)/(输入吸收式热泵的热)＝1.6/1.0＝1.6这一值远超过传统设计的双效应吸收式冷却器的1.2的cop值，因此表明本设备在相当高水平的能量保存下工作。
总而言之，能得出结论在第一实施例中说明的高水平的能量利用率提高了空调设备的整体性能。也就是，对应于进入第一和第二循环单元的发生器的高温外部输入热的热量加上第二循环单元中的蒸发热之和以第一循环单元的凝结热和第二循环单元的吸收热的形式被用作为干燥剂再生的60-80℃中间温度范围的加热热源。而且，第二循环单元的蒸发器所吸收的蒸发热被用作在本设备的干燥剂辅助空调循环中冷却处理空气的大约15℃的冷却热源。结果是干燥剂再生中的能量保存及提高的冷却效应。
下面，将参照图4到图7说明干燥剂辅助空调设备的第二实施例。
图4是本发明的干燥剂辅助空调设备的基本结构的示意性描述图。吸收式热泵部分包括低压蒸发器203；在比低压蒸发器更高的压力下工作的高压蒸发器213；低压吸收器201；在比低压吸收器201更高的压力下工作的高压吸收器211；发生器201；冷凝器204；第一热交换器205；及第二热交换器215。该设备配置包括热传导管221，用作在低压吸收器201和高压蒸发器213之间进行热传导的热交换器，以便低压吸收器201中产生的吸收热被用来加热高压蒸发器213，并且低压蒸发器203中蒸发的制冷剂由低压吸收器201吸收，高压蒸发器213中蒸发的制冷剂在高压吸收器211中被吸收。
吸收式热泵装置的溶液通道如下。低压吸收器201排出的溶液通过第一热交换器205和第二热交换器215流入发生器202，并且还通过第二热交换器215流入高压吸收器211，以通过第一热交换器205返回低压吸收器201。
吸收式热泵设备的制冷剂通道如下。发生器202产生的制冷剂蒸气进入冷凝器204，而冷凝器204排出的凝结制冷剂分成二路。一路制冷剂通过收敛装置207流入低压蒸发器203并在低压蒸发器203中蒸发，而后蒸发的蒸气流入低压吸收器201以被吸收入溶液流。另一路制冷剂通过收敛装置217流入高压蒸发器21 ，并在高压蒸发器213中被蒸发之后，进入高压吸收器221以被吸收入溶液流。
配置了用于流动热传导媒质(热水)的热传导媒质通道，该热传导媒质从高压吸收器提取吸收热并且从冷凝器提取凝结热作为加热源，这样热水从吸收式热传导管230流到凝结热传导管231，以这种方式提供热交换；而用于流动热传导媒质(冷水)的热传导媒质通道与低压蒸发器203的热传导管232相连，其中的这种热传导媒质用来从冷水中提供蒸发热给低压蒸发器。图4中来自吸收式热泵装置的热水管和冷水管通过各自的热水泵150和冷水泵160与干燥剂辅助空调设备相连接。
图4所示的该设备的空调部分与图1所示的相同，解释从略。空调部分和吸收式泵装置的连接如下。
加热器120的热水入口(用于热传导媒质)通过通道122与吸收式热泵的热水通道上的冷凝器4的出口相连接，加热器120的热水出口通过吸收式热泵的热水通道上的水泵150与高压吸收器11的入口相连接。冷水热交换器115的冷水入口通过冷水通道中的通道117与低压蒸发器203的出口相连接，冷水热交换器115的冷水出口通过吸收式热泵装置的冷水通道中的通道118和泵160与低压蒸发器203的入口相连接。图中，划圈的阿拉伯字母表示在各自位置的空气的热动力状态，并且SA表示供气，RA表示返回空气，OA表示外部空气及EX表示排出空气。
下面将解释干燥剂空调设备中的吸收式热泵设备的吸收循环。第一循环单元的溶液在发生器202中由被外部热源(未示出)加热的媒质通过热传导管233进行加热，产生制冷剂蒸气并变得更浓缩。浓缩的溶液通过第二热交换器215进入高压吸收器211。高压吸收器211里的溶液吸收高压蒸发器里蒸发的蒸气而变得稀释，并通过第一热交换器205传送给低压吸收器201。在低压吸收器201中，溶液吸收低压蒸发器203里蒸发的制冷剂蒸气，并变得稀释。稀溶液利用泵206的作用通过第一热交换器205和第二热交换器215返回到发生器202。在高压吸收器211中，这一过程产生的吸收热通过带有诸如热水的热传导媒质的热传导管230通过热交换来用作为干燥剂再生的热源。
在低压吸收器201中，这一过程产生的吸收热在内部循环中通过热传导管221利用热交换来用作为高压蒸发器213的加热源。发生器202产生的制冷剂蒸气进入冷凝器204以被凝结。在冷凝器204中，通过带有诸如热水的热传导媒质的热传导管231利用热交换来提取凝结热，用于再生干燥剂材料。
冷凝器204中凝结的制冷剂被分为两路。在其中一路，制冷剂通过收敛装置207流入低压蒸发器203，并在从热传导媒质(例如冷水)中提取热传导管232中的热以及蒸发之后，流入低压吸收器201以被吸收入溶液流。在另一路，制冷剂通过收敛装置217流入高压蒸发器213，并在通过热传导管221从低压吸收器201中去掉热以及蒸发之后，蒸气流入高压吸收器211以被吸收入溶液流。在这一情形，在低压吸收器201的热传导管221中，这样的配置是允许的，即蒸发能直接发生在高压蒸发器213中而不用借助于热传导媒质以达到相同结果。
还在这一实施例中，配置该设备以便通过按从高压吸收热传导管230到凝结热传导管231的方向流动热传导媒质(热水)将制冷剂的凝结温度变得高于高压吸收器中的吸收温度。因此，当该设备工作以使热水的出口温度是固定的，而热水的可用温度差变大时，降低了高压吸收器的工作压力，并由此降低高压蒸发器的蒸发温度，这导致降低低压吸收器的溶液温度，提供一优点该设备能在低的整个溶液浓度下工作。在用于本发明的干燥剂再生方法中，显热变化被用来加热再生空气，因此热水的可用温差的大变化是允许的。
另一方面，如果使热传导媒质(热水)从凝结热传导管231流到高压吸收热传导管230，高压吸收器中的溶液温度变得高于制冷剂的凝结温度。然而，如果发生器202里升高的压力有一上限并希望有热水的高出口温度，那么上述结构的热水通道有一优点即蒸发器的压力不会增加，因为高压吸收器的工作压力变高，引起高压蒸发器的蒸发温度升高并且低压吸收器的溶液温度也升高，而尽管吸收式热传导管装置中整个溶液浓度变高。
参照图5将解释干燥剂辅助空调设备的热泵部分的工作。图5是表示吸收式热泵装置的工作循环的杜林线图。此工作设备基于通常使用的溴化锂一水系统的典型例子。划圈的标示是指溶液和制冷剂的各种状态，而图4中也给出了相同标示。溶液在发生器202中由外部加热器加热，产生制冷剂蒸气，并在变得浓缩后(状态d图5中为150℃)通过第二热交换器215到达高压吸收器211(状态e)。在高压吸收器211中，溶液吸收高压蒸发器213中的蒸发的制冷剂，并在变得稀释后(状态f)，溶液穿过第一热交换器205而被冷却(状态g)，并流入低压吸收器201去吸收在低压蒸发器203中蒸发的制冷剂。并在变得稀释后(状态a)，溶液流入第一热交换器205中被加热(状态b)及然后流入第二热交换器215(状态c)被加热，并返回发生器202。发生器202中产生的制冷剂蒸气进入冷凝器204并被凝结(状态h)。凝结的制冷剂分为两路。一路制冷剂通过收敛装置207流入低压蒸发器203，在通过热传导管232提取热(从诸如冷水之类的热传导媒质中)及蒸发(状态j)之后，制冷剂流入低压吸收器201并被吸收入溶液流。另一路制冷剂通过收敛装置217流入高压蒸发器213，在从低压吸收器201中去掉吸收热及蒸发(状态k)之后，流入高压吸收器211并被吸收入溶液流。低压吸收器201产生的吸收热(状态a-被传送到高压蒸发器213以蒸发制冷剂。
上述结构的热泵装置产生下面的热利用效应。外部供应到发生器202的高温热用来浓缩溶液，而从冷凝器204中去掉此过程中产生的蒸气所拥有的热作为凝结热，浓缩的溶液吸收高压蒸发器213中蒸发的制冷剂，并且以80～100℃的范围的热水的形式从高压吸收器211中去掉此过程中产生的吸收热，在低压蒸发器203中，从作为热源的冷水中提供蒸发热以产生大约10℃的冷水。在此设备中利用低压吸收器201产生的吸收热作为高压蒸发器213的蒸发热。
可以看出，热泵装置产生的热水用于干燥剂再生，而冷却水用来冷却处理空气。整个设备里的热平衡表明，输入循环中的热是从外部源供应的高温外部热与从低压蒸发器203中的冷水里提取的热之和，而从循环中输出的热就是输入到热水里的热，它是从高压吸收器211里去掉的吸收热与从冷凝器204里去掉的凝结热之和。因此，热水接收从低压蒸发器203里的冷水去掉的热以及高温外部热，并且供应的总热量高于从外部源提供给发生器的热。因而，该设备的循环提供了所说明的热泵效应。
上述结构的具有热泵装置的干燥剂辅助空调设备的工作过程与图1所示的第一实施例相同，并能利用图3所示的空气温度图进行解释，因此解释从略。
此实例的性能系数(cop)可由通过用图3中的冷却效应ΔQ除以再生热输入以得到的值给出。如与图1相关的例子所示，它由1.6(冷却效应)/1.0(输入到吸收式热泵装置的热)＝1.6来给出。这一值远大于传统的双效应吸收式冷却器的典型值1.2，从而表明高度的能量保存。
如上所述，高压吸收器产生的吸收热和冷凝器产生的凝结热，无论是在热泵装置或是在制冷机中，都能用作为用于干燥剂再生目的热源，并且低压蒸发器所要求的蒸发热能用作为冷却源来产生以空调为目的用于冷却处理空气的冷水。
图6是本发明的第三实施例的基本结构的示意性描述图。吸收式热泵部分包括下列元件低压蒸发器203；在比低压蒸发器更高的压力下工作的高压蒸发器213；低压吸收器201；在比低压吸收器201更高的压力下工作的高压吸收器211；发生器201；冷凝器204；第一热交换器205；及第二热交换器215。这样配置该设备，即一方面，高压蒸发器213通过带有用作低压吸收器201和高压蒸发器213的热交换装置的热传导管211的低压吸收器201中产生的吸收热而被加热，并且低压蒸发器203产生的制冷剂由低压吸收器201吸收且高压蒸发器213所蒸发的蒸气由高压吸收器211来吸收。
吸收式热泵装置的溶液通道如下。低压吸收器201排出的溶液通过第一热交换器205流入高压吸收器211。高压吸收器211排出的溶液通过第二热交换器215流入发生器202，而蒸气发生器202排出的溶液通过第二热交换器215和第一热交换器205返回到低压吸收器201。吸收式热泵装置的制冷剂通道如下。发生器202产生的制冷剂蒸气进入冷凝器204，而冷凝器204排出的凝结媒质分为二路。一路制冷剂通过收敛装置207流入低压蒸发器203，并在低压蒸发器203中蒸发，然后流入低压吸收器201以被吸收入溶液流。另一路制冷剂通过收敛装置217流入高压蒸发器213，并且来自高压蒸发器213的蒸发的制冷剂进入高压吸收器211以被吸收入溶液流。构制热传导媒质(热水)的热水通道，用来去掉来自高压吸收器的吸收热及来自冷凝器的凝结热以用作加热源，这样通过连续地从冷凝器热传导管231流过，然后到高压吸收器230的吸收式热传导管230来进行热交换。通过与热传导管232相连接来构制热传导媒质(冷水)的冷水通道，用来供应蒸发热给低压蒸发器以用作冷却源。图6中，热泵装置的热水通道和冷水通道分别通过热水泵150和冷水泵160来与干燥剂辅助空调设备相连接。
图6所示的干燥剂辅助空调设备的空调部分与图1或图4所示的相同，解释从略。空调部分和吸收式热泵的连接如下。
加热器120的热传导媒质(热水)的入口通过通道122与吸收式热泵的热水通道中的高压吸收器211的出口相连接，而加热器120的热水出口通过通道123和水泵150与吸收式热泵的热水通道中的高压冷凝器204的入口相连。冷水热交换器115的冷水入口通过冷水通道中的通道117与低压蒸发器203的出口相连，而冷水热交换器115的冷水出口通过通道118和泵160与吸收式热泵装置的冷水通道中的低压蒸发器203的入口相连。图中，划圈的阿拉伯字母表示对应于图4的处理空气的各种热动力状况，并且SA表示供气，RA表示返回空气，OA表示外部空气以及EX表示排出空气。
下面将解释干燥剂空调设备中的吸收式热泵装置的工作循环。溶液在蒸气发生器202中通过热传导管233由外部热源(未示出)加热，产生制冷剂蒸气并变得浓缩。浓缩的溶液通过第二热交换器215和第一热交换器205进入高压吸收器211。在低压吸收器201中，溶液吸收低压蒸发器203中蒸发的制冷剂，并在变得稀释后，溶液由泵206抽吸而通过第一热交换器205到达高压吸收器211。在高压吸收器211中，溶液吸收高压蒸发器213里蒸发的蒸气以变得稀释并通过第二热交换器215由泵216抽吸而返回发生器202。在高压吸收器211中，此过程产生的吸收热通过热传导管230与诸如热水的热导媒质进行热交换而被用作干燥剂再生的热源。
低压吸收器201中产生的吸收热在内部循环中通过热传导管221进行热交换而被用来加热高压蒸发器213。发生器202中产生的制冷剂蒸气进入冷凝器204去被凝结。在冷凝器204中，凝结热通过在热传导管231中与诸如热水的热传导媒质的热交换过程来去掉热而用于再生干燥剂材料。冷凝器204中的凝结制冷剂分为两路。其中一路，制冷剂通过收敛装置207流入低压蒸发器203，并在利用来自热传导媒质(例如冷水)的热传导管232中的热且蒸发之后，流入低压吸收器201以被吸收入溶液流。在另一路，制冷剂通过收敛装置流入高压蒸发器213，并在从低压吸收器201(在热传导管221中)去掉热及蒸发之后，流入高压吸收器211去被吸收入溶液流。
参照图7将解释干燥剂辅助空调设备的热泵部分的工作。图7是表示图6所示的设备的吸收式热泵工作循环的杜林线图。此运行系统也基于通常使用溴化锂一水工作流体的系统的典型例子。划圈标示是指溶液和制冷剂的状态，并也在图6中给出了相同的标示。
溶液在发生器202中由外部加热器加热，产生蒸气，并在变得浓缩后(状态d图7中150℃)，溶液通过第二热交换器215(状态e)和第一热交换器205(状态g)到达低压吸收器201。在低压吸收器201中，溶液吸收低压蒸发器201中蒸发的制冷剂，并在变得稀释后(状态a)，溶液流入第一热交换器205(状态b)，以到达高压吸收器211。在高压吸收器211中，溶液吸收高压蒸发器213里蒸发的蒸气，并在变得稀释后(状态f)，被传送到第二热交换器215去被加热(状态c)，然后溶液返回到发生器202。蒸气发生器202中产生的制冷剂蒸气进入冷凝器204并被凝结(状态h)。凝结的制冷剂分为两路。一路中的制冷剂通过收敛装置207流入低压蒸发器203，并在通过热传导管232利用来自热传导媒质(例如冷水)的热及蒸发(状态j)之后，制冷剂流入低压吸收器201并被吸收入溶液流。另一路的制冷剂通过收敛装置217流入高压蒸发器213，并在通过热传导管221从低压吸收器201中去掉吸收热及蒸发(状态k)之后，流入高压吸收器211以被吸收入溶液流。低压吸收器201中产生的吸收热(状态a)传导给高压蒸发器213，以便蒸发制冷剂。
与图4所示的吸收式热泵装置相比，本实施例的热泵在低压吸收器中产生更高浓度的溶液，而结果则提高了吸收温度，也提高了高压蒸发器的工作温度，导致高压吸收器的吸收温度被抬升。整个结果就是在热水中得到更高的温度。
还在本实施例的热泵装置中，输入到工作循环里的热包括输入到发生器2里外部高温热和在低压蒸发器203中从冷水里提取的热，而输出热包括在高压吸收器211中产生的吸收热和冷凝器4里产生的凝结热，因此，热水不仅接收外部输入热还接收从冷水回收的热，这样用于加热的总可用热量就大于外部热。因而，本设备的循环提供了所说明的热泵效应。
与吸收式热泵装置结合的空调设备的工作过程及能量保存效应同于参照图4所作的解释，并能类似地使用图3所示的空气温度图来解释。
还在本实施例中，高压吸收器中产生的吸收热和冷凝器中产生的凝结热，对于不论是热泵装置亦或制冷机，都能被用作干燥剂再生过程中的热源，低压蒸发器中的蒸发热被用于产生冷水，该冷水被用来在空调过程中冷却处理空气。
尽管前述实施例从理解的角度加以说明，但不应解释为限制本发明的范围。
权利要求
1.一种干燥剂辅助空调设备包括用来流动处理空气以通过干燥剂来减湿并传送到调节空间的处理空气通道；用来流动再生空气以从所述干燥剂中去掉水分的再生空气通道；及用来提供处理空气的冷却热源和所述再生空气的加热热源的吸收式热泵装置；所述吸收式热泵装置包括带有第一蒸发器、第一吸收器、第一发生器和第一冷凝器的第一循环单元，用来提供在第一工作压力下工作的吸收式制冷循环；带有第二蒸发器、第二吸收器、第二发生器和第二冷凝器的第二循环单元，用来提供在低于所述第一工作压力的第二工作压力下工作的吸收式制冷循环；及在所述第一循环单元中的所述第一蒸发器与所述第二循环单元中所述第二吸收器之间提供的热交换器，用于在所述第一蒸发器和所述第二吸收器之间进行热传导；其中来自所述第一循环单元和来自所述第二循环单元的凝结热以及来自所述第一循环单元的吸收热一起用作再生所述干燥剂的加热热源，而所述第二循环单元的蒸发热被用作在传送到所述调节空间之前冷却所述处理空气的冷却热源。
2.如权利要求1所述的干燥剂辅助空调设备，其中在所述处理空气通道和所述再生空气通道之间提供一显热交换器，用来在前干燥剂再生空气和后干燥剂作业空气之间进行热传导。
3.如权利要求2所述的干燥剂辅助空调设备，其中加热媒质通道与处于回热空气进入所述干燥剂的入口、用于加热所述前干燥剂再生空气的加热装置连通，而冷却媒质通道与处于连接所述显热交换器和所述空调间的处理空气通道中的用于冷却所述后干燥剂处理空气的冷却装置相连通。
4.如权利要求1所述的干燥剂辅助空调设备，其中所述干燥剂是交替地与所述处理空气通道或所述再生空气通道连通的干燥剂盘。
5.一种干燥剂辅助空调设备包括用来流动处理空气以通过干燥剂来减湿并传送到调节空间的处理空气通道；用来流动再生空气以从所述干燥剂中去掉水分的回热空气通道；及用于利用加热装置提供用于处理空气的冷却热源和利用冷却装置提供所述再生空气的加热热源的吸收式热泵装置；所述吸收式热泵装置包括一个低压蒸发器，和一个在比所述低压蒸发器更高的工作压力下工作的高压蒸发器；一个低压吸收器，和一个在比所述低压吸收器更高的工作压力下工作的高压吸收器；一个发生器；一个冷凝器；及用来通过传导来自所述低压吸收器的吸收热到所述高压蒸发器以提供热给所述高压蒸发器的热交换装置；其中在所述低压蒸发器中蒸发的制冷剂在所述低压吸收器中被吸收，而在所述高压蒸发器中蒸发的制冷剂在所述高压吸收器中被吸收，并且所述加热装置与一加热通道连通，用来同所述高压吸收器和所述冷凝器进行热交换，而所述冷却装置与一冷却通道连通，用于同所述低压蒸发器进行热交换。
6.如权利要求5所述的干燥剂辅助空调设备，其中在所述处理空气通道和所述再生空气通道之间提供一显热交换器，用来在前干燥剂再生空气和后干燥剂作业空气之间进行热传导。
7.如权利要求6所述的干燥剂辅助空调设备，其中加热媒质通道与处于回热空气进入所述干燥剂的入口、用于加热所述前干燥剂再生空气的加热装置连通，而冷却媒质通道与处于连接所述显热交换器和所述空调间的处理空气通道中、用于冷却所述后干燥剂处理空气的冷却装置相连通。
8.如权利要求5所述的干燥剂辅助空调设备，其中所述干燥剂是交替地与所述处理空气通道或所述再生空气通道连通的干燥剂盘。
全文摘要
一种干燥剂辅助空调设备与吸收式热泵装置相结合以提供工作效率。热泵装置有循环单元1和2，各单元均包括一个蒸发器，一个吸收器，一个发生器和一个冷凝器以及由热传导管作用提供的热交换器。单元1中吸收器在比单元2中的吸收器更高的温度下工作。来自单元1和2的凝结热，以及来自单元1的吸收热用来加热再生空气以用于再生干燥剂。单元2中的蒸发热用来产生冷水，以用于冷却在空调设备中的处理空气。
文档编号F24F3/14GK1156806SQ9611390
公开日1997年8月13日 申请日期1996年12月23日 优先权日1995年12月21日
发明者前田健作 申请人:株式会社荏原制作所