专利名称：除湿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种除湿装置，特别是涉及一种具有高除湿率的除湿装置。
这种传统除湿装置11中的热泵HP不能供应出绝对湿度为4g/kgDA或以下的干燥空气。其原因在于，由于热泵HP中的蒸发器3的操作温度等于或低于冰点，因此去除的水分将以霜的形式沉积在导热表面上，因而阻碍了热传导，所以设备不能连续运转。
因此，本发明的目的是提供一种除湿装置，其能够防止从空气中去除的水分在热泵的蒸发器的导热表面上结霜，从而可以连续供应绝对湿度为4g/kgDA或以下的干燥空气。
通过上述结构，由于除湿装置具有冷凝器、蒸发器和第一热交换器，因此再生空气可以这样循环，即被冷凝器加热，将水分吸收装置还原而增加了再生空气中的含水量，被第一热交换器冷却，被蒸发器冷却和凝结而减少了再生空气中的含水量，再被第一热交换器加热。在再生空气被第一热交换器冷却时，其中的水分将部分凝结，从而降低了再生空气中的含水量。再生空气在被蒸发器冷却之前先被第一热交换器冷却(预冷)，并且在被蒸发器冷却之后被热交换器加热(预热)。这样，除湿装置可以以低显热系数操作。
由于处理空气中的水分被水分吸收装置吸收，因此处理空气中的湿度会显著降低，从而可以供应干燥空气。用语“再生空气被循环使用”指的是，在被水分吸收装置例如干燥剂转轮中的干燥剂吸收了水分后，再生空气将循环流动，以使大部分再生空气能够再次用作再生空气，而不是直接排放到大气中(没有再生空气排放到大气中，或者可以有一部分再生空气排放到大气中)。
在第一热交换器中，再生空气通常是在冷凝器的冷凝压力和蒸发器的蒸发压力之间的中间压力下蒸发和冷凝的。
在除湿装置中，第一热交换器300可以包括一个细管组，其将冷凝器220和蒸发器210彼此连接起来，并且用于被制冷剂从中流过。细管组被这样布置，即能够将冷凝器220冷凝了的制冷剂引入蒸发器210中，并且使制冷剂交替接触流经水分吸收装置103与蒸发器210之间的再生空气和流经蒸发器210与冷凝器220之间的再生空气。
通过上述结构，由于引入到细管组中的制冷剂将交替接触流经水分吸收装置与蒸发器之间的再生空气和流经蒸发器与冷凝器之间的再生空气，因此可以利用制冷剂实现这两股再生空气气流之间的热交换。冷凝器与蒸发器之间的连接包括利用管、管接头或类似物将冷凝器与蒸发器间接连接。
在除湿装置中，作为示例，如
图1所示，第一热交换器300可以具有用于使再生空气在水分吸收装置103与蒸发器210之间流动的第一容室310和用于使再生空气在蒸发器210与冷凝器220之间流动的第二容室320，细管组通过第一节流器330连接着冷凝器220，并且交替延伸穿过第一容室310和第二容室320，再通过第二节流器250连接到蒸发器210。
通过上述结构，由于除湿装置具有第一节流器和第二节流器，而制冷剂流经第一节流器和第二节流器，因此制冷剂会在第一节流器两侧和第二节流器两侧分别形成压降。流经第一节流器的制冷剂在中间压力下被蒸发，流经第二节流器的制冷剂在中间压力下被冷凝，中间压力位于冷凝器的冷凝压力和蒸发器的蒸发压力之间。这样，热交换器用作节热器，而热泵的性能系数(COP)得到提高。
作为示例，如图13所示，除湿装置可以包括多个细管组51(52，53)，它们通过第一节流器331a(332a，333a)连接着冷凝器220，并且反复地交替延伸通过第一容室310和第二容室320，再通过相应的第二节流器331b(332b，333b)连接到蒸发器210；以及多个第一节流器331a、332a、333a与第二节流器331b、332b、333b的组合结构，它们与相应的细管组51、52、53相对应。如图13所示，第一容室310和第二容室320优选这样布置，即再生空气以逆流的方式在相应容室310、320中流动。
在除湿装置中，作为示例，如图8所示，第一容室310和第二容室320可以这样布置，即再生空气以逆流的方式在相应容室310、320中流动。第一容室310和第二容室320中的细管组具有位于第一平面PB中的至少一对第一容室延伸部分251B和第二容室延伸部分252B，所述第一平面大致垂直于再生空气的流动方向；位于第二平面PC中的至少一对第一容室延伸部分251C和第二容室延伸部分252C，所述第二平面与第一平面PB不同并且大致垂直于再生空气的流动方向；以及布置在从第一平面PB向第二平面PC过渡的位置上的中间节流器331。
通过上述结构，从再生空气气流之间的热交换的角度看，由于可以在逆流之间进行热交换，因此可以获得高热交换效率。细管组具有位于第一平面中的至少一对第一容室延伸部分和第二容延伸部分，它们构成了一对制冷剂路径；以及位于与第一平面不同并且大致垂直于再生空气气流动方向的第二平面中的至少一对第一容室延伸部分和第二容室延伸部分，它们构成了一对制冷剂路径。因此，热交换器总体上可以构造为小尺寸紧凑结构。由于细管组还具有布置在从第一平面向第二平面过渡的位置上的中间节流器，因此第二平面中的第一和第二容室延伸部分中的蒸发或冷凝压力可以低于第一平面中的第一和第二容室延伸部分中的蒸发或冷凝压力。这样，在相应容室中流动的再生空气气流之间的热交换类似于逆流式热交换，因此可以提高热交换效率。第一平面和第二平面通常由矩形平面构成。
作为示例，如图1所示，除湿装置可以具有第二热交换器340，其布置在循环使用的再生空气的通道中，以便在再生空气与另一股流体之间进行热交换。
通过上述结构，第二热交换器能够在再生空气与另一股流体之间进行热交换，以便加热或冷却再生空气。第二热交换器通常用于冷却再生空气。
作为示例，如图6所示，第二热交换器340a包括第二细管组，其将冷凝器220和第一热交换器300彼此连接起来，并且用于被制冷剂从中流过；第二细管组被这样布置，即能够将冷凝器220冷凝了的制冷剂引入第一热交换器300中，并且使制冷剂交替接触流经水分吸收装置103与第一热交换器300之间的再生空气和另一股流体。
通过上述结构，第二热交换器能够通过制冷剂而在再生空气与另一股流体之间进行热交换。
另一股流体优选包括外界空气。通过上述结构，再生空气中的多余热量可以排放到作为几乎无限热源的外界空气中。
本发明基于2000年2月3日提交的日本专利申请No.2000-025811，其结合在此作为本申请的公开内容的一部分。
根据下面的详细描述可以更充分地理解本发明。本发明的其他应用方式可以从下面的详细描述中更清楚地显现出来。然而，下面的详细描述和特定的实例只是出于解释本发明的目的而描述的优选实施例，显然，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本领域的普通技术人员可以对下面详细描述的实施例做出各式各样的改变和修改。
申请人不认为本申请仅仅是将下面描述的任何一个实施例奉献给公众，并且认为对公开内容所作的任何修改和替代均根据等同原理而包含在构成本发明一部分的权利要求书的范围内。
图6是根据本发明第二个实施例的除湿装置的流路图；图7是图6所示除湿装置中的热泵的莫里尔曲线图；图8是根据本发明第三个实施例的除湿装置中的主要元件的流路图；图9是图8所示除湿装置中的热泵的莫里尔曲线图；图10是根据本发明第四个实施例的除湿装置中的热交换器的流路图；图11是图10所示除湿装置中的热泵的莫里尔曲线图；图12(a)和12(b)分别是适于用在根据本发明实施例的除湿装置的热泵中的热交换器的剖切俯视图和剖切侧视图；图13是根据本发明第五个实施例的除湿装置中的热交换器的流路图；图14是图13所示除湿装置中的热泵的莫里尔曲线图；图15是图13所示热交换器的示意性放大俯视图；图16是用在根据本发明实施例的除湿装置中的典型干燥剂转轮结构的局部剖开透视图；图17是一种传统除湿空调装置的流路图。附图标记描述21，22，23除湿装置101 空调空间103 干燥剂转轮
102，140吹风机210 蒸发器220 冷凝器251，251A，251B，251C，251D，251E 蒸发段252，252A，252B，252C，252D，252E 冷凝段250 节流器260 压缩机300，300b，300c，300d，300e热交换器310 第一容室320 第二容室330 节流器331，332中间节流器340，340a 热交换器HP1、HP2，HP3，HP4热泵PA，PB，PC，PD，PE平面图1是根据本发明第一个实施例的除湿装置21的流路图。除湿装置21带动再生空气B循环，以使干燥剂还原，并且利用干燥剂为处理空气A除湿。图2是图1所示除湿装置21的剖切正视图。图3是包含在图1所示除湿装置21中的热泵HP1的莫里尔曲线图，图4是图1所示除湿装置21的湿度计算图。
下面参照图1描述根据第一个实施例的除湿装置21的结构细节。除湿装置21将用于还原干燥剂的再生空气B冷却到等于或低于其露点的温度，以将再生空气B中的水分冷凝成水并将冷凝水收集起来，并且利用还原了的干燥剂为处理空气A除湿，以将被供应处理空气A的空调空间101保持在低湿度级别。
在图1中，与处理空气有关的装置将从空调空间101开始沿着处理空气A的路径进行描述。与空调空间101相连的路径107、用于带动处理空气A循环的吹风机102、路径108、填充着干燥剂以吸收处理空气A中的水分从而降低处理空气A的湿度的干燥剂转轮103、路径109以上述次序布置着，以使处理空气A从路径109返回空气调节空间101中。路径107至109将前文中在相应路径107至109之前提及的装置连接到在相应路径107至109之后提及的装置。干燥剂转轮103用作根据本发明的水分吸收装置。
下面沿着再生空气B的路径描述与再生空气相关的装置。
在热泵HP1中用作节热器的热交换器300中所包含的第二容室320、路径124、冷凝器220、路径125、填充着被流经的再生空气体B还原的干燥剂的干燥剂转轮103、路径126a、用于在作为另一股流体的外界空气与再生空气B之间进行热交换的第二热交换器340、路径126b、第一热交换器300的第一容室310、路径127、用于带动再生空气B循环的吹风机140、路径128、用于将再生空气B冷却到等于或低于其露点的温度以将再生空气B中的水分冷凝成水并且收集这种冷凝水的蒸发器210、路径129以上述次序布置，以使再生空气B从路径129返回热交换器300的第二容室302中，并且使再生空气循环。由于再生空气B不需要从循环系统中排出，而且高湿度的空气不会排入室内空间(空调空间101)中，因此除湿装置21不必局限于任何安装区域，而且可以是可移动的。
路径124至129将前文中在相应路径124至129之前提及的装置连接到在相应路径124至129之后提及的装置。再生空气B中的水分在被蒸发器210冷凝后将被布置在蒸发器210下方的排水盘451收集，再聚集到排水罐450中。
下面沿着制冷剂C的路径描述借助于制冷剂C转移(抽吸)热量的热泵HP1中所包含的装置。
用于利用再生空气加热制冷剂C以使制冷剂C蒸发的蒸发器210、路径201、用作根据本发明的增压器以压缩在蒸发器210中蒸发成蒸气的制冷剂C的压缩机260、路径202、用于通过再生空气冷却制冷剂C以使制冷剂C冷凝的冷凝器220、设有节流器330的路径203、用于加热流经第一热交换器300的第二容室320中的再生空气B的冷凝段252、用于冷却流经第一热交换器300的第一容室310中的再生空气B的蒸发段251、设有节流器250的路径204以上述次序布置，以使制冷剂C返回蒸发器210中。路径201至204将前文中在相应路径201至204之前提及的装置连接到在相应路径201至204之后提及的装置。
干燥剂转轮130将在后文中参照图16进行描述。
接下来参照图1描述热交换器300的结构细节。热交换器300包括这样一个热交换器，其用于通过制冷剂C而在流入蒸发器210的再生空气B与流出蒸发器210的再生空气B之间间接地实现热交换。热交换器300具有多个大致平行的作为制冷剂路径或导管的热交换管，它们位于多个不同平面PA、PB、PC、PD之一中，这些平面垂直于图1的纸面并且垂直于再生空气B的流动方向(图1中示出了四个平面，但平面的数量并不局限于此)。在图1中，为了简化图示，每个所述平面中只示出了一根热交换管。
热交换器300具有第一容室310，其用于使再生空气B在流经蒸发器210之前从中流过，以及第二容室320，其用于使再生空气B在流经蒸发器210之后从中流过。第一容室310和第二容室320构成了相应的分离空间，每个空间分别具有长方体的形状。两个容室具有彼此相邻布置的间壁310、302，热交换管穿过这两个间壁301、302。
在另一个实施例中，热交换器300可以这样构造，即单一的长方体形空间被单一的间壁分隔，由一组细管构成的热交换管穿过间壁并且交替延伸通过第一容室和第二容室(见图5、12(a)和12(b))。
从干燥剂转轮103流出的再生空气B将从图1中的右侧开始通过路径126a流入热交换器340中，然后在热交换器340中被预冷，通过路径126b供应到热交换器300的第一容室310中，再通过路径127而从图1中的左侧流出热交换器300。另一方面，已经流经了蒸发器210并且已经被冷却到等于或低于其露点温度而使绝对湿度下降了的再生空气B从图1中的左侧开始通过路径129供应到热交换器300的第二容室320中，再通过路径124而从热交换器300的第二容室320的右侧流出热交换器300。
如图1所示，前述热交换管延伸穿过第一容室310、第二容室320和将这些容室彼此分隔的间壁301、302。作为示例，布置在平面PA中的热交换管具有延伸穿过第一容室310的部分，这些部分被称作蒸发段251A(以下在不需要单独讨论多个蒸发段时简称为蒸发段251)。布置在平面PA中的热交换管还具有延伸穿过第二容室320的部分，这些部分被称作冷凝段252A(以下在不需要单独讨论多个冷凝段时简称为冷凝段252)。蒸发段251A和冷凝段252A用作一对第一和第二容室延伸部分，并且构成了制冷剂路径。
此外，布置在平面PB中的热交换管具有延伸穿过第一容室310的部分，这些部分被称作蒸发段251B。布置在平面PB中的热交换管还具有延伸穿过第二容室320的部分，这些部分被称作冷凝段252B，并且与蒸发段251B构成了一对制冷剂路径。这种制冷剂路径还设在每个平面PC……中，如平面PB中那样。
如图1所示，蒸发段251A和冷凝段252A彼此匹配成对，并且由单一的管形成为整体通道。这一特点，再加上第一容室310和第二容室320相邻安置并在它们之间叠加着两个间壁301、302，可以有效地将热交换器300整体上构造得小巧和紧凑。
在图1所示根据本发明的热交换器中，作为第一容室延伸部分的251A、251B、251C……以上述次序从图1中的右侧开始顺序布置着，作为第二容室延伸部分的冷凝段252A、252B、252C……也以上述次序从图1中的右侧开始顺序布置着。
此外，如图1所示，蒸发段251A的端部(远离间壁301)和蒸发段251B的端部(远离间壁301)通过U形管而彼此连接。冷凝段252B的端部和冷凝段252C的端部也类似地通过U形管而彼此连接。
这样，沿一个方向从冷凝段252A开始流经蒸发段251A的制冷剂C将通过U形管流入蒸发段251B中，再流入冷凝段252B中，然后，制冷剂从此通过U形管流入冷凝段252C中。通过这种方式，由蒸发段和冷凝段构成的制冷剂路径将交替延伸通过第一容室310和第二容室320。换言之，制冷剂通道以一组曲折细管的方式设置。这一组曲折细管延伸通过第一容室310和第二容室320，并且保持交替接触具有较高温度的再生空气B和具有较低温度的再生空气B。
在本实施例中，来自节流器330的制冷剂首先被引入冷凝段252A中，然而，制冷剂也可以首先被引入蒸发段251A中。根据这种改型，冷凝段252A的端部(远离间壁302)和冷凝段252B的端部(远离间壁302)通过U形管而彼此连接，蒸发251B的端部和蒸发段251C的端部也类似地通过U形管而彼此连接。
接下来参照图1描述制冷剂C在各个装置之间的流动。
在图1中，被制冷剂压缩机260压缩后的制冷剂蒸气C通过与压缩机260的排口相连的制冷剂蒸气管线202而引入制冷剂冷凝器220中。被制冷剂压缩机260压缩后的制冷剂蒸气C会被将要以冷却空气的形式流入干燥剂转轮103的再生空气B冷却和凝结，从而加热再生空气B。
冷凝器220具有制冷剂出口，其通过制冷剂路径203连接到热交换器300中的冷凝段252A的入口。节流器330接近于冷凝段252A布置在制冷剂路径203中。
从冷凝器220流出的制冷剂液体C被节流器330减压，并且通过膨胀而部分地蒸发(闪蒸)。由液体和蒸气组成的制冷剂混合物C到达冷凝段252A，在此制冷剂液体C流动而打湿冷凝段252A中的管内壁表面。闪蒸制冷剂被刚刚从蒸发器210流出的冷却再生空气B冷却和凝结。在制冷剂被如此冷凝后，流经第二容室320的再生空气B，即已经被蒸发器210冷却和除湿到低于将要流入蒸发器210的再生空气温度的再生空气B，将被加热(预热)。
冷凝段252A和蒸发段251A被构造成一根连续管。具体地讲，由于冷凝段252A和蒸发段251A以整体通道的形式设置，因此冷凝了的制冷剂液体C(以及尚未冷凝的制冷剂蒸气C)将流入蒸发段251A中。之后，制冷剂C被从干燥剂转轮103中流出并在热交换器340中冷却到一定程度的再生空气B加热并蒸发，从而进一步冷却(预冷)流经第一容室310的再生空气B。这种再生空气B是将要流入蒸发器210中的再生空气B。
如前所述，热交换器300在第一平面PA中具有由延伸通过第一容室310的制冷剂路径构成的蒸发段和由延伸通过第二容室320的制冷剂路径构成的冷凝段(至少是一对，例如以251A和252A代表的一对)，还在第二平面PB中具有由延伸通过第二容室320的制冷剂路径构成的冷凝段和由延伸通过第一容室310的制冷剂路径构成的蒸发段(至少是一对，例如以252B和251B代表的一对)。
热交换器300中的最终冷凝段252D的出口通过制冷剂管线204连接着蒸发器210，膨胀阀250作为节流器布置在制冷剂管线204中。
在冷凝段252中冷凝出的制冷剂液体C将被节流阀250减压并膨胀，以降低温度。之后，制冷剂液体进入制冷剂蒸发器210中并蒸发，从而通过蒸发吸热而冷却再生空气B。节流器330、250可以由节流孔、毛细管、膨胀阀或类似物构成。
在蒸发器210中蒸发成蒸气的制冷剂C通过路径201而被引入制冷剂压缩机260的吸入侧，从而重复上述循环。通过这种方式，热泵HP1将作为低温热源的低温再生空气中的热量抽取到作为高温热源的高温再生空气中。
除湿装置21利用热泵HP1而同时将干燥剂还原并且去除再生空气中的水分，并且利用内部运行介质在而在干燥剂还原之前预热再生空气B和在干燥剂还原之后预冷再生空气B。这样，除湿装置21的结构简单，并且由于热泵的大部分制冷作用可以被用于冷凝空气中的水分，因此具有高除湿率。
在空气被冷却和除湿时，如果空气被直接冷却到露点以下，则所需的制冷量较大。这样，热泵制冷作用的相当大部分将被消耗在冷却空气上，因此单位电能消耗下的除湿率(除湿性能)较低。出于这一原因，空气对空气热交换器300被横跨蒸发器210设置，以预冷和再加热(预热)再生空气B，从而降低显热系数，并且降低冷却到露点所需的制冷量。
除了能够实现高除湿率以外，除湿装置21还能够回收冷却到露点所需的热量，以将这一热量用于加热再生空气。这样，干燥剂能够以少量的电能消耗完成水分的去除。由于所需的热量低于传统电加热器所需的热量，因此热泵HP1具有高能量效率，因而除湿装置消耗的电能较少。
下面参照图2描述前述除湿装置21的机械结构。在图2中，除湿装置中的各个装置容纳在机柜700中。机柜700包括一个由薄钢板制成的长方体外壳，其被水平的平坦隔板701分隔为彼此相对竖直安置并且相互密封的上部区域700A和下部区域700B。上部区域700A中形成了用于使处理空气从左端流向右端的处理空气内腔702。下部区域702主要形成了用于使再生空气B如后文所述循环的再生空气内腔703。下部区域700B中包含一个离开再生空气空腔703安置着的用于容纳压缩机260和排水罐450的空间。隔板701可以由类似于机柜700的薄钢板制成。
下面首先描述处理空气内腔702中的各个装置的布置。进气口104敞开在机柜700的左侧板704A的竖直最上方部位中，用于从空调空间101中抽取处理空气A(见图1)。进气口104是处理空气内腔702的开口，以使从进气口104抽入的处理空气A流经处理空气内腔702。过滤器501毗邻处理空气内腔702的进气口104设置，用于防止空调空间101中的尘土进入除湿装置中。吹风机102布置在过滤器501的内侧，通过过滤器501而从进气口104流入处理空气内腔702中的处理空气会被吹风机102吸入。路径107形成在进气口104和吹风机102之间。处理空气A被吹风机102带动着流经处理空气内腔702。
从吹风机102排出的处理空气A将流经路径108，再水平流入干燥剂转轮103的上半部分，并且被干燥剂转轮103中的干燥剂除湿。从干燥剂转轮103的上部水平流出的处理空气A将流经路径109，再通过敞开在机柜700的右侧板704B的竖直最上方部分中的出口110而从处理空气内腔702流出(即从机柜700中流出)，并且返回并供应到空调空间101中。
干燥剂转轮103延伸穿过形成在间壁701中的开口706，并且以其旋转轴线AX水平定向。干燥剂转轮103具有布置在处理空气内腔702中的半圆形上半部分和布置在再生空气内腔703的如后文所述的上部区域703A中的半圆形下半部分。作为致动器的电机105毗邻干燥剂转轮103布置在再生空气内腔703的如后文所述的上部区域703A中，并且以其旋转轴线水平定向。电机105和干燥剂转轮103通过传动链131而彼此可操作地连接着，所述链131用于将电机105的旋转传递到干燥剂转轮103，以带动干燥剂转轮103以每小时15至20转范围内的速度旋转。由于干燥剂转轮103的旋转轴线AX水平定向，因此机柜700的水平长度可以减小，从而可以构造成紧凑的尺寸。
处理空气内腔702的高度略大于干燥剂转轮103的半径，再生空气内腔703的高度略小于干燥剂转轮103半径的两倍。再生空气内腔703具有水平布置在其中的平坦隔板707，所述隔板707以略大于干燥剂转轮103半径的距离分隔布置在隔板701下方。隔板707将再生空气内腔703分隔为竖直相隔的上下部区域703A、703B。隔板707分别在其相反端形成了开口705A、705B，用于使再生空气B通过它们而在上下部区域703A、703B中循环。
下面描述再生空气内腔703中的各个装置的布置。过滤器502布置在再生空气内腔703的上部区域703A的右侧部分中，用于去除从下部区域703B通过右侧开口705B向上流动然后再水平流动的再生空气B中的尘土。冷凝器220具有布置在过滤器502左侧的螺旋状热交换管。流经了过滤器502后的再生空气B将流经冷凝器220并在此被加热。流经了冷凝器220和路径125后的再生空气B将水平流入干燥剂转轮103的下半部分，从而将干燥剂还原。从干燥剂转轮103的下半部分水平流出的再生空气B将通过路径126a流入热交换器340中并在此被冷却。流经了热交换器340和路径126b后的再生空气B将流入热交换器300的第一容室310中，并在此被预冷。
作为另一股流体的外径空气通过导管(未示出)而被引入热交换器340中。在机柜700未安装在空调空间101中的情况下，不需要设置用于将外界空气引入热交换器340中的导管。在这种情况下，机柜700的安装环境中的空气可以直接用作与再生空气进行热交换的流体。热交换器340中可以使用冷却水，以取代外界空气。在使用冷却水时，冷却水供应管和回流管连接着热交换器340。
下面描述热交换器300的布置。热交换器300延伸穿过形成在隔板707中的开口708，并且容纳在再生空气内腔703的上下部区域703A、703B中。热交换器300的第一容室310布置在上部区域703A中，热交换器300的第二容室320布置在下部区域703B中。
从热交换器300的第一容室310中流出的再生空气B通过路径127而被抽入吹风机140中，所述吹风机用于带动再生空气B在再生空气内腔703中循环。从吹风机140排出的再生空气B将流经极短的路径128和带有螺旋状热交换管的蒸发器210，并且被蒸发器210冷却。再生空气B在随后流经路径129时会将流动方向改变为竖直向上方向，并且流经左侧开口705A。流经了开口705A后的再生空气B将其流动方向改变为水平方向，从而在再生空气内腔703的下部区域703B中水平流动，并且流入热交换器300的第二容室320中，在此再生空气B被预热。排水罐450和压缩机260在再生空气内腔703中布置在与图2的观察者水平接近的部位中。从热交换器300的第二容室320流出的再生空气B将流经路径124，将其流动方向改变为竖直向上方向，再流经右侧开口705B，然后将其流动方向改变为水平方向，最终到达过滤器502。之后，再生空气B反复循环进行前述流程。
下面描述热泵HP1中被制冷剂C流经的各个装置的布置。压缩机260和排水罐450布置在隔板707下方并且离开再生空气内腔703。从图2的观察者的角度看，压缩机260大致布置在干燥剂转轮103的正下方，排水罐450大致布置在蒸发器210的正下方。路径201至204用于将这些装置连接起来，如图1所示。
在上述布局中，各个装置的布置使得处理空气A水平流动，而再生空气B主要水平流动并少量竖直流动，以实现循环。然而，各个装置也可以这样布置，即能够使处理空气A竖直流动，而再生空气B主要竖直流动并少量水平流动，以实现循环。
接下来参照图3描述热泵HP1的操作。图3是在HFC134a用作制冷剂的情况下作出的莫里尔图。为了描述各种装置，图1将被作为参考。在莫里尔图中，横轴表示焓值h(kJ/kg)，纵轴表示压力p(MPa)。除了前述制冷剂，HFC407C和HFC410A也是适于用在根据本发明的热泵和除湿空调装置21(见图1)中的制冷剂。这些制冷剂的操作压力区相对于HFC134a而言向着更高压力侧偏移。
在图3中，点a表示图1所示蒸发器210的出口处的制冷剂状态，此时制冷剂处于饱和蒸气的形式。制冷剂的压力为0.30MPa，温度为1℃，焓值为399.2kJ/kg。点b表示蒸气被压缩机260吸入并压缩后的状态，即压缩机260的出口处的状态。在点b处，制冷剂的压力为1.89MPa，并且处于过热蒸气的形式。
制冷剂C在冷凝器220中被冷却并到达莫里尔图中的点c所示状态。在点c处，制冷剂处于饱和蒸气的形式，并且压力为1.89MPa，温度为65℃。在这种压力下，制冷剂被冷却和凝结，从而到达点d所示状态。在点d处，制冷剂处于饱和液体的形式，并且具有与点c处相同的压力和温度。饱和液体的焓值为295.8kJ/kg。
制冷剂液体C被节流器330减压，并且流入热交换器300的冷凝段252A中。此时的状态在莫里尔图中以点e表示。制冷剂液体的压力为根据本发明的中间压力，即在本实施例中为位于0.30MPa与1.89MPa之间的中间值。在本实施例中，中间压力是温度为15℃时的饱和压力。此时由于一部分液体被蒸发，因此制冷剂是液体与蒸气的混合物。
在冷凝段252A中，制冷剂液体C在中间压力下被冷凝，并且到达中间压力下的饱和压力曲线上的点f1所示状态。
处于点f1所示状态的制冷剂C流入蒸发段251A中。在蒸发段251A中，制冷剂C从具有相对高温并流经第一容室310的再生空气B中吸取热量，并且因此而被蒸发。制冷剂C随后流入蒸发段251B中，并且到达点g1所示状态，该点位于饱和液体曲线与饱和蒸气曲线之间。在点g1处，尽管有一部分液体被蒸发，但仍留下了相当大部分的制冷剂液体C。
处于点g1所示状态的制冷剂C流入冷凝段252B中，再流入冷凝段252C中。制冷剂C在这些冷凝段中被冷却并增加其液相，从而到达位于饱和液体曲线上的点f2所示状态，然后流入蒸发段251C中，再流入蒸发段251D中。在这些蒸发段中，增加其蒸气相，从而到达点g2所示状态。与此类似，制冷剂C在接下来的冷凝段252D中冷凝，并且到达位于饱和液体曲线上的点f3所示状态。通过这种方式，随着制冷剂C被反复冷凝和蒸发，它将在低温再生空气与高温再生空气之间交换热量。处于点f3所示状态的制冷剂C被引入膨胀阀250中。
在莫里尔图上，点f3位于饱和液体曲线上。在这个点上，制冷剂的温度为15℃，焓值为220.5kJ/kg。处于点f3所示状态的制冷剂被节流器250减压到0.30MPa，即温度1℃下的饱和压力，从而到达点j所示状态。处于点j所示状态的制冷剂C以制冷剂液体C和蒸气的混合物的形式在1℃的温度下流入蒸发器210中，在此制冷剂从处理空气A中吸取热量并且蒸发为饱和蒸气，从而到达莫里尔图中的点a所示状态。蒸发出的蒸气再次被压缩机260吸入，从而重复进行上述循环。
如果除湿装置被这样设置，即如本实施例中那样，处于点e所示状态的制冷剂不是在蒸发段251中蒸发，而是首先在冷凝段252中冷凝，则由于制冷剂变得接近于一种两相状态，因此在体积控制下流经节流器250的蒸气相制冷剂量会减小。所以，冷却效果可以保持在高级别。
如前所述，在热交换器300中，制冷剂C在冷凝段252中经历从点e至点f1或从点g1至点f2的冷凝状态变化，并且在蒸发段251中经历从点f1至点g1或从点f2至点g2的蒸发状态变化。由于制冷剂通过冷凝和蒸发而传导热量，因此导热率非常高。
在包含压缩机260、冷凝器220、节流器330和250、蒸发器210的蒸气压缩式热泵HP1中，如果未设置热交换器300，则冷凝器220中的处于点d所示状态的制冷剂C将通过节流器250返回蒸发器210中。这样，蒸发器210可以利用的焓差只有399.2-295.8＝103.4kJ/kg。然而，利用根据本实施例的包含热交换器300的热泵HP1，蒸发器210可以利用的焓差可以达到399.2-220.5＝178.7kJ/kg。这样，在相同的冷却负载和所需功率下，循环到压缩机260中的蒸气量可以降低42％。因此，根据本实施例的热泵HP1可以实现与低温冷却循环相同的操作。
由于热泵的节热效果和每单位流率的制冷剂的制冷效果较高，因此蒸发器210的入口处的制冷剂焓值可以降低，从而可以提高除湿效果和能量效率。
下面参照图4所示的湿度计算图描述带有热泵HP1的除湿装置21的操作。结构细节方面请参看图1。在图4中，按字母顺序排列的字母K、L、P、R表示空气在各个区域中的状态，并且与图1所示流路图中的带圈字母相对应。图4中的湿度计算图也可以应用在如后文所述的根据本发明第二和第三个实施例的除湿装置中。
在图1中，来自空调空间101的处理空气A(处在状态K)通过处理空气路径107吸入吹风机102中，再从吹风机102排出，并且通过处理空气路径108输送到干燥剂转轮103中。处理空气A被干燥剂转轮103吸收了水分并因此而被干燥，以使其绝对湿度下降到2g/kgDA，而且其干球温度升高(状态L)。之后，处理空气A通过处理空气路径109返回空调空间101中。所述绝对湿度所采用单位中的字母“DA”表示干燥空气。
从蒸发器210中流出的绝对湿度为5g/kgDA、干球温度为5℃的再生空气B(状态P)通过路径129输送到热交换器300的第二容室320中。在第二容室320中，再生空气B被在冷凝段252中冷凝的制冷剂C加热到一定程度，从而使其干球温度升高(在5℃和60℃之间)，并且保持其绝对湿度恒定(状态R)。这一过程称作预热，因为它在再生空气B被冷凝器220加热之前将其初步加热。
预热了的再生空气B通过路径124而被引入冷凝器220中。再生空气B被冷凝器220加热而使干球温度上升到60℃，并且保持其绝对湿度恒定(状态T)。再生空气B随后通过路径125而被输送到干燥剂转轮103中，在此再生空气B从干燥元件中的干燥剂(未在图1中示出)中吸取水分，从而将干燥剂还原。再生空气B本身的绝对湿度升高到10g/kgDA，并且由于从干燥剂吸取水分而失去热量导致其干球温度下降(状态Ua)。
从干燥剂转轮103流出的再生空气B通过路径126a而输送到热交换器340中，在此再生空气B的干球温度降低，而绝对湿度保持恒定(状态Ub)。
从热交换器340流出的再生空气B通过路径126b而输送到热交换器300的第一容室310中。在热交换器300的第一容室310中，再生空气B被在蒸发段251中蒸发的制冷剂C冷却到一定程度，以使其干球温度下降，而绝对湿度保持恒定(状态V)。这一过程可以称作预冷，因为再生空气B在被蒸发器210冷却到等于或低于其露点的温度之前先被初步冷却。再生空气B通过路径127而被吹风机140吸入并被排放到路径128中。排出的再生空气B通过路径128而输送到蒸发器210中，在此再生空气B被除湿并冷却到等于或低于其露点的温度，从而将其绝对湿度降低到5g/kdDA，干球温度达到5℃(状态P)。从蒸发器210流出的再生空气B将重复进行相同的循环。
在热交换器300中，再生空气B通过制冷剂C在蒸发段251中的蒸发而被冷却，并且通过制冷剂C在冷凝段252中的冷凝而被加热。在蒸发段251中蒸发了的制冷剂C将在冷凝段252中冷凝。因此，相同制冷剂C的蒸发和冷凝将引起被蒸发器210冷却之前的再生空气B与被蒸发器210冷却后的再生空气B之间的间接热交换。
在空气在图4所示湿度计算图中循环时，再生空气B在第二容室320中被加热时所占用的热量Q对应于利用废热所进行的加热热量，再生空气B被蒸发器210加热时所占用的热量I对应于冷却作用的热量，而被作为节热器的热交换器300回收的热量以H表示。热交换器340从再生空气B中吸取热量Q1，以冷却再生空气B。由于再生空气B先被热交换器340冷却到一定程度，然后再流入热交换器300中，因此流入热交换器300中的再生空气B的温度仅略低于其露点，从而可以提高热泵每次冷却作用中的除湿率。在空调空间中的蒸汽相的水分被转化成液相并储存在罐450中的情况下，热量以整体的形式排出，而且与压缩机260的驱动功率相对应的热量可以通过热交换器340(未在图3中示出)而从除湿系统排出。
下面参照图5描述制冷剂C在热交换300的蒸发段和冷凝段中的动态变化情况。制冷剂C被节流器330减压，并且由液相和蒸气相的混合物构成，其中制冷剂液体受到了局部膨胀，所述制冷剂C流入冷凝段252A中。在制冷剂C流经冷凝段252A时，制冷剂C将预热再生空气B，因而制冷剂C本身的热量被吸走，以减少蒸气相的制冷剂，然后，制冷剂C流入蒸发段251A中。在蒸发段251A中，制冷剂C将冷却温度比冷凝段252A中的再生空气B高的再生空气B，并且流向随后的蒸发段251B中，从而使制冷剂C本身被施加热量而将液相制冷剂C蒸发。在制冷剂C流经蒸发段251B时，热量进一步从高温再生空气B施加到制冷剂C中，以进一步将液相制冷剂C蒸发。之后，制冷剂C流入随后的冷凝段252B中。
如前所述，在热交换器300中，制冷剂C在流经制冷剂路径时在蒸气相和液相之间改变相态。因此，热量将在被蒸发器210冷却之前的再生空气B与被蒸发器210冷却而降低了绝对湿度后的再生空气B之间实现交换。
在除湿装置21中，热交换器300用作预冷/预热式热交换器，热交换器300的操作流体和热泵HP1的操作流体(即制冷剂)是相同的。由于制冷剂的充入过程可以被热交换器300和热泵HP1分享，因此除湿装置21的制造成本和维护成本可以降低。预冷/预热式热交换器可以被制作成整体组件。由于用作操作流体的制冷剂在热泵中沿一个方向流经制冷剂路径，因此热管中不需要使用引芯，所以可以利用不带引芯的普通空气/制冷剂热交换器的制造设备制造热交换器。这样，热交换器可以以低成本制造。
下面参照图6描述本发明的第二个实施例。第二个实施例与第一个实施例的差别在于使用了热交换器340a，以取代热交换器340。热交换器340a的结构类似于热交换器340。
热交换器340a具有蒸发段341A、341B和冷凝段342A、342B。蒸发段341 A、341B对应于热交换器300的蒸发段251A、251B，冷凝段342A、342B对应于热交换器300的冷凝段252A、252B。尽管在图中蒸发段与冷凝段相隔很大距离，但它们优选采用一组整体式细管的形式，如热交换器300中那样。
蒸发段延伸通过第一容室343，冷凝段延伸通过第二容室344。第一容室343插在干燥剂转轮103与热交换器300的第一容室310之间。已经流过了干燥剂转轮103的再生空气B将流经热交换器340a的第一容室343，再流入热交换器300的第一容室310中。
热交换器340a的第二容室344被这样布置，即外界空气可以被吹风机144带动着从中流过。
延伸到冷凝段342A中的制冷剂管线203带有布置在其中的节流器336。除湿装置被这样布置，即沿着制冷剂的流向看，热交换器340a套在根据第一个实施例的制冷剂管线203上。制冷剂C流经冷凝段342A、蒸发段341A、蒸发段341B和冷凝段342B，然后到达节流器330。此时，热量如热交换器300中那样通过制冷剂的冷凝和蒸发而从流经第一容室343的再生空气B传导到流经第二容室344的外界空气中。
下面参照图7描述热泵HP2的操作。与图3一样，图7也是在HFC134a用作制冷剂的情况下作出的莫里尔图。在下面的描述中，与参照图3所描述的相同的操作细节将不再重复叙述。
在图7中，点a、b、c、d与图3所示的相同。处于点d所示状态的制冷剂C被节流器336减压，并且流入热交换器340a的冷凝段342A中。此时的状态以莫里尔图中的点e表示。制冷剂的压力为根据本发明的中间压力，并且在本实施例中是位于0.30MPa与1.89MPa之间的中间值。所述中间压力比温度为13℃时的饱和压力高出一定程度。此时由于一部分液体被蒸发，因此制冷剂是液体与蒸气的混合物。
在冷凝段342A中，制冷剂液体C在中间压力下被冷凝，并且到达中间压力下的饱和压力曲线上的点f1所示状态。
处于点f1所示状态的制冷剂C流入蒸发段341A中。在蒸发段341A中，制冷剂C从具有相对高温并流经第一容室343的再生空气B中吸取热量，并且因此而被蒸发。制冷剂C随后流入蒸发段341B中，并且到达点g1所示状态，该点位于饱和液体曲线与饱和蒸气曲线之间。在点g1处，尽管有一部分液体被蒸发，但仍留下了相当大部分的制冷剂液体C。
处于点g1所示状态的制冷剂C流入冷凝段342B中，在此被冷却并增加其液相，从而到达位于饱和液体曲线上的点f2所示状态。制冷剂C被节流器330减压，然后流入热交换器300的冷凝段252A中。接下来的操作与参照图3所描述的相同，并且不再重复叙述。图3中所示的点f1、gl、f2、g2、f3在图7中分别改为点f3、g3、f4、g4、f5。由于制冷剂C被热交换器340a高效地冷却，因此热交换器300的操作温度从15℃降低一定程度而达到13℃。
利用上述结构，由于热泵中设有通过冷凝和蒸发而传导热量的热交换器340a，因此再生空气B能够以优异的导热率被冷却。制冷剂的冷却效率可以进一步提高。
下面参照图8和9描述本发明的第三个实施例。第三个实施例与图1所示第一个实施例的差别在于，来自节流阀330的制冷剂首先流入热交换器300b的蒸发段251A中，制冷剂在冷凝段252A、252B之间从平面PA流向平面PB(制冷剂在其他平面之间的运动依次转换)，添加了平面PE，节流 331、332分别设在平面PB、PC的蒸发段之间和平面PD、PE的蒸发段之间。具体地讲，如图8所示，平面PB中的蒸发段251B的端部和平面PC中的蒸发段251C的端部通过节流器331而彼此相连，平面PD中的蒸发段251D的端部和平面PE中的蒸发段251E的端部通过节流器331而彼此相连。其他与图1所示相同的结构细节未在图中示出。
第三个实施例相对于第一个实施例的主要变化是节流器331、332布置在各平面之间。由于来自节流器330的制冷剂首先流入蒸发段251A中，因此热交换器300b中的蒸发和冷凝总体上是以蒸气相的状态实现的，除此之外，其他结构变化没有引起显著的操作变化。还可以添加除平面PA至PE之外的更多平面，并且因此而使用更多的节流器。
在上述结构中，引入蒸发段251A中的制冷剂C在蒸发段251A中被部分蒸发成两相状态，然后流入冷凝段252A中。制冷剂在U形管中改变方向，并且流入冷凝段252B和蒸发段251B中。制冷剂在蒸发段251B中部分蒸发，然后被节流器331减压，再流入平面PC中的蒸发段251C中。制冷剂在蒸发段251C中进一步蒸发，然后流入冷凝段252C中。制冷剂在U形管中改变方向，并且流入冷凝段252D中。在冷凝段252D中，制冷剂再次被冷凝，然后流入蒸发段251D中。制冷剂在蒸发段251D中部分蒸发，然后到达节流器332。制冷剂被节流器332减压，然后流入平面PE中的蒸发段251E中，再流入平面E中的冷凝段252E中。制冷剂C在冷凝段252E中充分冷凝，然后经过路径204流入膨胀阀250中。
蒸发段251A、251B中的蒸发压力和冷凝段252A、252B中的冷凝压力，即第一中间压力，或者蒸发段251C、251D和冷凝段252C、252D中的压力，即第二中间压力，取决于流经蒸发器210之前的再生空气B的温度和流经蒸发器210并在此被冷却后的再生空气B的温度。
由于图1所示的热交换器300或图8所示的热交换器300b中通过蒸发和冷凝而实现热传导，因此热交换器具有优异的导热率。特别地讲，热交换器300b由于根据后文所述的逆流原理实施热交换，因此具有非常高的导热效率。由于制冷剂C被强制性地在制冷剂路径中大致沿一个方向整体流动，即从蒸发段251流向冷凝段252，或从冷凝段252流向蒸发段251，因此高温再生空气B与低温再生空气B之间的热交换效率非常高。用语“制冷剂大致沿一个方向整体流动”指的是，整体上看，制冷剂在制冷剂通道中基本上沿一个方向流动，但制冷剂在局部可能会因紊流而形成局部回流，或者会因气泡或瞬间中断所产生的压力波动而引起流向振荡变化。在本实施例中，制冷剂在压缩机260中的增压作用下被强制性地沿一个方向流动。
当高温流体被冷却时，即当热交换器用于冷却高温流体时，热交换效率φ定义为φ＝(TP1-TP2)/(TP1-TC1)其中热交换器入口处的高温流体温度以TP1表示，热交换器出口处的高温流体温度以TP2表示，热交换器入口处的低温流体温度以TC1表示，热交换器出口处的低温流体温度以TC2表示。当低温流体被加热时，即当热交换器用于加热低温流体时，热交换效率φ定义为φ＝(TC2-TC1)/(TP1-TC1)下面参照图9描述图8所示根据第三个实施例的热泵HP3的操作(图8中只示出了热泵HP3中的元件的一部分，其他元件请参看图1)。在图9中，从点a至点e的变化与图3所示的相同，并且不再叙述。处于点e所示状态并且流入热交换器300b的蒸发段251A中的制冷剂C是液体和蒸气的混合物，这是因为一部分液体在第一中间压力下被蒸发，如前面参照图3所作描述。
制冷剂C在蒸发段251A中被进一步蒸发，并且到达莫里尔图中的两相区域中的靠近饱和蒸气曲线的点f1。处于这种状态的制冷剂C流入冷凝段252A中，在此制冷剂被冷凝。之后，制冷剂通过U形管而掉转反向并流入冷凝段252B中，在此被进一步冷凝并到达点g1，这个点虽然也在两相区域中但更靠近饱和液体曲线。之后，制冷剂流入蒸发段251B中，从而使其状态在两相区域中移向饱和蒸气曲线并到达点h1a。直到该点之前，制冷剂是基本上在第一中间压力下发生变化的。
处于点h1a所示状态下的制冷剂被节流器331减压，并且在第二中间压力下到达点h1b。具体地讲，从平面PB中的用作制冷剂路径的蒸发段251B中流出的制冷剂将通过节流器331而流入平面PC中的用作制冷剂路径的蒸发段251C中。制冷剂C在第二中间压力下在蒸发段中251C蒸发，并且到达点f2。之后，制冷剂以类似的方式反复地交替蒸发成蒸气相和冷凝成液相，并且被中间节流器332减压而达到第三中间压力。此后，制冷剂C流经蒸发段251E和冷凝段252E中的制冷剂路径而到达莫里尔图中的点g3，该点对应于图3中的点f3。在莫里尔图中，点g3位于饱和液体曲线上。在该点上，制冷剂的温度为11℃，焓值为215.0kJ/kg。
与图3中的情况一样，点g3处的制冷剂液体被节流器250减压到0.30MPa，该压力是1℃温度下的饱和压力，并且到达点j所示状态。制冷剂在1℃温度下以制冷剂液体C和蒸气混合物的形式流入制冷剂蒸发器210中，在此制冷剂从再生空气B中吸取热量，并且被蒸发为饱和蒸气，以到达在莫里尔图中以点a表示的状态。蒸发出来的蒸气又被压缩机260吸入，从而反复进行上述循环。
如前所述，在热交换器300b中，制冷剂C反复地交替进行蒸气相变化和液相变化。由于制冷剂通过蒸发和冷凝而传导热量，因此与第一个实施例中的热交换器300一样，导热率非常高。
在热交换器300b中，再生空气B在被蒸发器210冷却之前将依次在第一容室310的蒸发段251A、251B、251C、251D、251E中进行热交换。具体地讲，再生空气B的温度梯度和蒸发段251的温度梯度位于相同方向上。与此类似，再生空气B在被蒸发器210冷却之后将依次在第二容室320的冷凝252A、252B、252C、252D、252E中进行热交换。具体地讲，再生空气B的温度梯度和冷凝段252的温度梯度位于相同方向上。因此，热交换是在被蒸发器210冷却之前的再生空气B和被蒸发器210冷却之后的再生空气B的逆流之间进行的。这种热交换再加上通过蒸发和冷凝而实现的热传导，使得热交换 300b能够达到非常高的热交换效率。
蒸发210可以利用的焓差显著大于传统热泵。因此，在相同的冷却负载和所需功率下，循环到压缩机中的蒸气量可以降低20％(1-(620.1-472.2)/(620.1-434.9)＝0.20)，这与图3中的情况一样。
带有热泵HP3的除湿装置的操作在本质上与前面参照图4中的湿度计算图所描述的相同，因此不再重复叙述。
图10中示出了根据本发明第四个实施例的除湿装置23的流路图。根据第四个实施例，热交换器300c具有布置在冷凝段252所在一侧的节流器331、332，所述热交换器300c与根据第一个实施例的热交换器300和根据第二个实施例的热交换器300b相对应。第四个实施例中的其他结构细节与图8所示第二个实施例中的相同。
图11是热泵HP4的莫里尔图。与图9中的模里尔图不同的是，制冷剂在冷凝过程中是在中间压力下减压的。具体地讲，制冷剂从点g1a至点g1b被节流器331减压，从点g2a至点g2b被节流器332减压。第四个实施例与图9所示实施例相同之处包括被蒸发器210冷却之前的再生空气B和被蒸发器210冷却之后的再生空气B之间是以逆流的形式进行热交换的。
节流器可以采用图8和10所示节流器的组合结构，并且同时布置在蒸发段所在一侧和冷凝段所在一侧。通过这种结构，每当制冷剂从一个平面流向下一平面时，它将流经节流器，而且不同平面的蒸发温度/冷凝温度是不同的，因此，彼此之间进行热交换的再生空气是以近乎完美的逆流的形式流动的。
图1和6中示出了排水盘451，这种排水盘优选不但安置在蒸发器210下面，而且还要安置在热交换器300、300b、300c下面。特别地讲，排水盘451优选布置在第一容室310下面，因为再生空气B主要是在热交换器300、300b、300c的第一容室310中被预冷，因而可能会有一些水分凝结于此。
下面参照图12(a)和12(b)描述根据本发明的热交换器300d的结构例子。图12(a)是沿着低温再生空气B和高温再生空气B的流动方向看时的热交换器视图，图12(b)是垂直于低温再生空气B和高温再生空气B的流动方向看时的热交换器的侧视图。具体地讲，图12(a)是沿着图12(b)中的线A-A上的箭头方向所作视图。在图12(a)中，高温再生空气B从观察者流入容室310中，低温再生空气B从容室310流向观察者。在热交换器300d中，热交换管在每个平面PA、PB、PC、PD中分别布置为八行，所述平面垂直于低温再生空气B和高温再生空气B的流动方向。这样，所述管沿着再生空气B的流动方向排列为四列八行。未在图中示出的平面PE可以设在平面PD下面，八行热交换管可以布置在平面PE中。在图1、5、6、8和10中，为了图示的目的，热交换管在平面PA、PB、PC、PD上的每列中分别布置为一行。然而，热交换管在每列中通常布置为多行。通过这种方式，热交换管构成了一组细管。
中间节流器331布置在从第一平面PA向下一平面PB过渡的位置上。中间节流器332(未示出)布置在从平面PB向平面PC过渡的位置上。中间节流器333布置在从平面PC向平面PD过渡的位置上。在将一个节流器设在一个平面向下一平面过渡的位置上的情况下，平面PA中的管行可以布置在多层中。在这种结构中，每层向下一层过渡的位置上分别布置着一个节流器。中间节流器之前和之后的平面分别称作第一和第二平面。
分别具有如图12(a)和12(b)所示八行四层(列)热交换管的热交换器可以相对于高温和低温再生空气的流动方向彼此并联或串联布置，这取决于再生空气的量。
作为示例，在图11所示的莫里尔图中，即使制冷剂C反复蒸发和冷凝而进入超出饱和液体曲线的低温冷却区中，也可以进行所述循环。然而，考虑到再生空气气流之间的热交换，制冷剂最好在两相区域中改变相态。因此，对于图12(a)和12(b)所示的热交换器300d，与节流器330相连的第一蒸发段中的热传导面积最好大于下一蒸发段中的热传导面积。此外，由于流入节流器250中的制冷剂优选位于饱和或低温冷却区中，因此与节流器250相连的冷凝段中的热传导面积最好大于前一冷凝段中的热传导面积。
在用于替代昂贵的热管时，根据本发明的热交换器是低价和经济性的。与热管不同，根据本发明的热交换器可以将相同的操作流体用在热泵中，因此其维护较为简单。
下面参照图13至15描述本发明的第五个实施例。图13是根据第五个实施例的除湿装置中的流路图，图14是包含在图13所示除湿装置中的热泵HP5的制冷剂莫里尔曲线图。在图13中示出了热交换器300e和与之相连的制冷剂和空气路径，其他细节被省略掉。第五个实施例与图8所示第三个实施例的区别在于，根据图8所示第三个实施例的热交换器300b被替换成热交换器300e。第五个实施例中的那些与第三个实施例中操作方式相同或功能相同的部件或元件以相同的附图标记表示，而且第五个实施例中的那些没有下面描述到的部件或元件与第三个实施例中的相同。
与其他实施例不同的是，在本实施例中，制冷剂路径在冷凝器220的下游分支为多个路径(图13中示出了三个路径)，即分支为制冷剂路径51至53。分支的制冷剂路径51至53在蒸发器210的上游汇合为单一的制冷剂路径204。具体地讲，多个分支的制冷剂路径设在冷凝器220和蒸发器210之间，第一热交换器具和第二热交换器具布置在分支制冷剂路径中。
换言之，根据第五个实施例的除湿装置具有多个细管组51(52，53)，它们通过第一节流器331a(332a，333a)连接着冷凝器220，并且反复地交替延伸通过第一容室310和第二容室320，再通过相应的第二节流器331b(332b，333b)连接到蒸发器210；以及多个第一节流器331a、332a、333a与第二节流器331b、332b、333b的组合结构，它们与相应的细管组51、52、53相对应。
分支制冷剂路径51至53反复交替延伸通过热交换器300e的第一热交换部分(第一容室)310和第二热交换部分(第二容室)320。分支制冷剂路径51至53具有位于第一热交换部分310上游的节流器331a至333a和位于第二热交换部分320下游的节流器331b至333b。这些节流器331a至333b可以由节流孔、毛细管、膨胀阀或类似物构成。
第一容室310和第二容室320被这样布置，即再生空气气流在相应的容室310和320中以逆流的形式流动。在第一容室310中，制冷剂路径51、52、53以上述次序布置在再生空气的下游方向上。在第二容室320中，制冷剂路径51、52、53以上述次序布置在再生空气的上游方向上。
图15是图13所示除湿装置的热交换器300e中的分支制冷剂路径51至53的放大图。分支制冷剂路径51至53延伸通过第一容室310和第二容室320。如图15所示，分支制冷剂路径51具有从冷凝器220开始依次布置着的蒸发段251Aa、冷凝段252Aa、冷凝段252Ab、蒸发段251Ab、蒸发段251Ac、冷凝段252Ac。与此类似，分支制冷剂路径52具有蒸发段251Ba、冷凝段252Ba、冷凝段252Bb、蒸发段251Bb、蒸发段251Bc、冷凝段252Bc，分支制冷剂路径53具有蒸发段251Ca、冷凝段252Ca、冷凝段252Cb、蒸发段251Cb、蒸发段251Cc、冷凝段252Cc。
在图14中，制冷剂从点a至点d的动态变化与图9所示的三个实施例中相同，并且不再叙述。在冷凝段220中被冷却并且到达了点d所示状态的制冷剂液体被分流到分支制冷剂路径51至53中，并且流入热交换器300e中。下面首先描述流经制冷剂路径52的制冷剂。流入制冷剂路径52中的制冷剂液体被节流器332a减压并流入第一热交换器310的蒸发段251Ba中。此时的状态以点e表示，而且由于一部分液体被蒸发，因此制冷剂是液体与蒸气的混合物。此时，制冷剂压力是冷凝器220中的冷凝压力与蒸发器210中的蒸发压力之间的中间压力，即在本实施例中是位于1.89MPa与0.30MPa之间的中间值。
在蒸发段251Ba中，制冷剂液体在中间压力下蒸发，并且在中间压力下到达以点f1表示的状态，该点位于饱和液体曲线和饱和蒸气曲线之间。在点f1处，尽管有一部分液体被蒸发，但仍留下了相当大部分的制冷剂液体C。处于点f1所示状态的制冷剂将流入冷凝段252Ba、252Bb中。在冷凝段252Ba、252Bb中，制冷剂被处在点P所示状态的流经第二热交换器320的低温空气吸取热量，以使制冷剂到达点g1所示状态。
处于点g1所示状态的制冷剂将流入蒸发段251Bb、251Bc中，在此制冷剂吸取热量。制冷剂的蒸气相增加，并且到达点f2所示状态。之后，制冷剂流入冷凝段252Bc中，在此，制冷剂的液相增加，并且到达点g2所示状态。在莫里尔图上，点g2位于饱和液体曲线上。在该点上，制冷剂的温度为11℃，焓值为215.0kJ/kg。
处于点g2所示状态的制冷剂被节流器332b减压到0.30MPa，即温度1℃下的饱和压力，从而到达点q所示状态。处于点q所示状态的制冷剂以制冷剂液体和蒸气的混合物的形式在1℃的温度下流入蒸发器210中，在此制冷剂从处在点V所示状态的空气中吸取热量并且蒸发为饱和蒸气，从而到达莫里尔图中的点a所示状态。饱和蒸气再次被压缩机260吸入，从而重复进行上述循环。
通过与前面所述相同的方式，流入制冷剂路径51中的制冷剂将流经节流器331a、各蒸发段、各冷凝段、节流器331b，即经过点j、i1、k1、i2、k2所示状态，并且到达点1所示状态。流入制冷剂路径53中的制冷剂将流经节流器333a、各蒸发段、各冷凝段、节流器333b，即经过点m、n1、o1、n2、o2所示状态，并且到达点r所示状态。
如前所述，在热交换器300e中，制冷剂在蒸发段中经过从点e至点f1或从点g1至点f2的蒸发状态变化，并且在冷凝段中经过从点f1至点g1或从点f2至点g2的冷凝状态变化。由于制冷剂通过冷凝和蒸发而传导热量，因此导热率非常高，而且热交换器的效率非常高。
在包含压缩机260、冷凝器220、节流器331a至333b、蒸发器210的蒸气压缩式热泵HP5中(图13中省略掉了除热交换器300e以及制冷剂和空气路径之外的其他细节)，如果设有根据本发明的热交换器300e，则与第三个实施例一样，在相同的冷却负载和所需功率下，循环到压缩机中的蒸气量可以显著降低。因此，热泵可以实现与低温冷却循环相同的操作。利用根据本发明的除湿装置，由于热泵的节热效果和每单位流率的制冷剂的制冷效果较高，因此蒸发器210的入口处的制冷剂焓值可以降低，从而可以提高除湿效果和能量效率。
虽然前面描述了本发明的实施例，但本发明并不局限于前述实施例，而是可以在其技术思想的范围内以各种不同的形式实施。例如，制冷剂路径中的第一热交换部分中的蒸发段的数量和制冷剂路径中的第二热交换部分中的冷凝段的数量并不局限于图示的例子。第五个实施例中的分支制冷剂路径的数量也不局限于图示的例子，制冷剂路径可以分支到任何数量的分支制冷剂路径中。
下面参照图16描述用在本发明实施例中的干燥剂转轮103的结构细节。干燥剂转轮103包括一个可以绕着旋转轴线AX旋转的厚圆盘形转轮，干燥剂填充在转轮中并且留有用于使空气气流过的间隙。作为示例，干燥剂转轮103包括多个管状干燥元件，它们彼此结合在一起，以使它们的中心轴线平行于旋转轴线AX延伸。转轮被安置得沿着一个方向绕旋转轴线AX旋转，并且使得处理空气A和再生空气B能够流入和流出平行于旋转轴线AX布置着的干燥剂转轮103。每个干燥元件被安置得随着转轮103的旋转而交替地接触处理空气A和再生空气B。通常，干燥剂转轮103被这样安置，即处理空气A和再生空气B以平行于旋转轴线AX的逆流形式流过圆形干燥剂转轮103的相应一半区域。
被处理空气A流过的区域和被再生空气B流过的区域通过隔板(图16中未示出)而彼此分隔。干燥剂转轮103横跨隔板旋转，以使干燥元件103a交替接触处理空气A和再生空气B。在图16中，转轮被局部剖开，以清楚地显示干燥元件103a。
干燥剂可以如前所述填充在管状干燥元件中。干燥剂转轮103被安置得能够使处理空气A和再生空气B穿通圆盘形转轮流动。
在前面描述的各实施例中，相同的制冷剂C作为导热介质在蒸发器210中用于将再生空气B冷却到等于或低于其露点的温度，在热交换器300、300b、300c、300d、300e的第一容室310中用于预冷再生空气B，在冷凝器220中用于加热再生空气B，以及在热交换器300、300b、300c、300d、300e的第二容室320中用于预热再生空气B。因此，制冷剂系统得到简化。由于可以利用蒸发器210和冷凝器220之间的压差，因此制冷剂可以主动循环。由于为预冷和预热处理空气而进行的热交换中出现了相变沸腾现象，因此可以获得高效率。
根据前述实施例的除湿装置被描述为用于对空调空间除湿的除湿装置。然而，根据本发明的除湿装置不但可以应用在空调空间中，也可以应用在其他需要除湿的空间中。
工业应用性如前所述，根据本发明，一种除湿装置包括水分吸收装置，其用于去除处理空气中的水分，并且通过被再生空气吸走水分而得到还原；以及热泵，其具有用于在水分吸收装置上游侧冷凝制冷剂以加热再生空气的冷凝器、用于在水分吸收装置下游侧蒸发制冷剂以将再生空气冷却到等于或低于其露点温度的蒸发器、用于提高蒸发器蒸发出的制冷剂的压力并将制冷剂输送到冷凝器中的增压器、用于在流经水分吸收装置和蒸发器之间的再生空气与流经蒸发器和冷凝器之间的再生空气之间进行热交换的第一热交换器；其中所述再生空气被循环使用。这样，再生空气可以在被蒸发器冷却之前被热交换器具预冷，而且预冷过程中排出的热量可以从被蒸发器冷却的再生空气中回收。因此，可以提供出包含有高性能系数热泵的除湿装置，而且可以提供出每单位除湿量消耗较少能量的除湿装置。
处理空气中的水分不是通过被蒸发器冷却而排出的，而是被水分吸收装置去除的。因此，可以获得具有等于或低于其冰点的低露点的空气，即绝对湿度在4g/kgDA或以下的空气。
权利要求
1.一种除湿装置，包括水分吸收装置，其用于去除处理空气中的水分，并且通过被再生空气吸走水分而得到还原；以及热泵，其具有冷凝器，其用于在所述水分吸收装置上游侧冷凝制冷剂，以加热所述再生空气；蒸发器，其用于在所述水分吸收装置下游侧蒸发所述制冷剂，以将所述再生空气冷却到等于或低于其露点的温度；增压器，其用于提高所述蒸发器蒸发出的所述制冷剂的压力，并将所述制冷剂输送到所述冷凝器；以及第一热交换器，其用于在流经所述水分吸收装置与所述蒸发器之间的所述再生空气和流经所述蒸发器与所述冷凝器之间的所述再生空气之间进行热交换；其中所述再生空气被循环使用。
2.如权利要求1所述的除湿装置，其特征在于，所述第一热交换器包括细管组，其将所述冷凝器和所述蒸发器彼此连接起来，并且用于被所述制冷剂从中流过；所述细管组被这样布置，即能够将所述冷凝器冷凝了的所述制冷剂引入所述蒸发器中，并且使所述制冷剂交替接触流经所述水分吸收装置与所述蒸发器之间的所述再生空气和流经所述蒸发器与所述冷凝器之间的所述再生空气。
3.如权利要求2所述的除湿装置，其特征在于，所述第一热交换器具有用于使所述再生空气在所述水分吸收装置与所述蒸发器之间流动的第一容室和用于使所述再生空气在所述蒸发器与所述冷凝器之间流动的第二容室，所述细管组通过第一节流器连接着所述所述冷凝器，并且反复交替延伸穿过所述第一容室和所述第二容室，再通过第二节流器连接到所述蒸发器。
4.如权利要求3所述的除湿装置，还包括多个细管组，它们通过所述第一节流器连接着所述所述冷凝器，并且反复交替延伸穿过所述第一容室和所述第二容室，再通过相应的所述第二节流器连接到所述蒸发器；以及所述第一节流器和所述第二节流器的多个组合结构，它们对应于相应的细管组。
5.如权利要求3所述的除湿装置，其特征在于，所述第一容室和所述第二容室被这样布置，即所述再生空气以逆流的方式在相应容室中流动；所述第一容室和所述第二容室中的所述细管组具有位于第一平面中的至少一对第一容室延伸部分和第二容室延伸部分，所述第一平面大致垂直于所述再生空气的流动方向；位于第二平面中的至少一对第一容室延伸部分和第二容室延伸部分，所述第二平面与所述第一平面不同并且大致垂直于所述再生空气的流动方向；以及布置在从所述第一平面向所述第二平面过渡的位置上的中间节流器。
6.如权利要求1至5中任一所述的除湿装置，还包括第二热交换器，其布置在所述循环使用的再生空气的通道中，以便在所述再生空气与另一股流体之间进行热交换。
7.如权利要求6所述的除湿装置，其特征在于，所述第二热交换器包括第二细管组，其将所述冷凝器和所述第一热交换器彼此连接起来，并且用于被制冷剂从中流过；所述第二细管组被这样布置，即能够将所述冷凝器冷凝了的所述制冷剂引入所述第一热交换器中，并且使所述制冷剂交替接触流经所述水分吸收装置与所述第一热交换器之间的所述再生空气和所述另一股流体。
8.如权利要求6或7所述的除湿装置，其特征在于，所述另一股流体包括外界空气。
全文摘要
一种除湿装置，其能够连续供应绝对湿度为4g/kgDA或以下的干燥空气。除湿装置包括水分吸收装置，其用于去除处理空气中的水分，并且通过被再生空气吸走水分而得到还原；以及热泵，其具有用于在水分吸收装置上游侧冷凝制冷剂以加热再生空气的冷凝器、用于在水分吸收装置下游侧蒸发制冷剂以将再生空气冷却到等于或低于其露点温度的蒸发器、用于提高蒸发器蒸发出的制冷剂的压力并将制冷剂输送到冷凝器中的增压器、用于在流经水分吸收装置和蒸发器之间的再生空气与流经蒸发器和冷凝器之间的再生空气之间进行热交换的第一热交换器，其中再生空气被循环使用。由于水分被水分吸收装置去除，因此可以获得具有等于或低于其冰点的低露点的空气。
文档编号F25B5/04GK1433511SQ01810749
公开日2003年7月30日 申请日期2001年5月16日 优先权日2001年5月16日
发明者前田健作, 西胁俊朗 申请人:株式会社荏原制作所