專利名稱：具有空氣對空氣熱交換器的空調器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種空調器，特別涉及一種加入空氣對空氣熱交換器和傳統蒸汽壓縮性冷卻系統組合的空調器。
傳統空調系統，尤其是為家庭和商業房間致冷的空調系統，一般包括蒸發式空調系統或者制冷劑蒸汽壓縮式系統。蒸發式空調系統一般利用空氣中水分的蒸發來吸收空氣中的熱量。這樣的系統明顯不適用于潮濕的氣候。
蒸汽壓縮式系統在大范圍的周圍空氣條件下提供有效的加熱和冷卻。它們在潮濕氣候下仍有效，并對被冷卻空氣的去濕。然而，與蒸汽式冷卻系統相比它們的效率和運行費都相當高。
空氣對空氣熱交換在空調系統中不常用或者不是眾所周知的。所述空氣熱交換器一般使用某些類型的板式熱交換器，其具有兩條用于兩股分開的空氣流的流程，，其中一股被冷卻。這樣的系統在先前的美國專利申請No.5301518中有說明。該說明書顯示了空氣流通道，熱量通過相鄰通道的壁面進行傳遞。在該說明書中，要被冷卻的空氣流過干通道，當它從干通道流出時其中部分空氣被轉移流過插入的濕通道。這一轉移是由調整被調節空氣出口和濕通道出口間的背壓產生的。
濕通道中包括產生蒸發式冷卻的濕介質。
雖然這一發明代表了一種緊湊和有效的蒸發式冷卻系統，但是它仍然不適合于濕度高的場合。
所以，本發明的目的就是提供一種空調單元，其優點為可以在大范圍的濕度下運行同時為各種不同的潮濕程度提供最經濟有效的冷卻。
在一種形式中，本發明為一種空調器單元，包括殼體，具有至少一個接受將被調節空氣的空氣入口和至少一個排出已被調節空氣的出口，至少一個風扇，用于將空氣從所述入口移動至所述出口，空氣對空氣熱交換器，其特點是通過轉移部分所述空氣，使其通過蒸發式冷卻設備并被冷卻來冷卻所述空氣，熱交換的產生貫穿于位于所述被蒸發冷卻的空氣和所述進入的空氣之間的多個隔件中，蒸汽壓縮式冷卻系統，包括蒸發器盤管，所述出口空氣流經過該盤管以進一步冷卻所述出口空氣，冷凝器盤管，從所述空氣熱交換器出來的所述被蒸發冷卻的空氣流經過該盤管，和控制系統，至少確定房間空氣的溫度并控制所述空調器的運行，當所述房間溫度維持在低于預定值時只運行所述空氣對空氣熱交換器，當房間溫度高于所述預定值時同時運行所述空氣對空氣熱交換器和蒸汽壓縮式冷卻系統。
根據以上描述，本發明的優點是，在空氣相對干燥時，可以使用經濟和有效的蒸發式冷卻而不需要運行蒸汽壓縮式冷卻系統。然而，當濕氣含量增加到蒸發式冷卻不能滿足需要時的點值時，可以結合蒸發式冷卻系統運行蒸汽壓縮式系統，這樣就可以達到要求的冷卻。
殼體可以包括任意個數的箱體或者腔室，空氣調節單元也可以安裝在管道內或者設備室中。任何的配置，只要有室外空氣的入口，并提供空氣對空氣熱交換器中排出空氣的出口，和來自該單元的空氣的出口都滿足“殼體”的定義。
風扇可以包括任何適宜的空氣處理裝置，如軸流或離心風扇。另外，可以應用多于一個的風扇以產生所需的空氣流。
任何形式的兩股空氣流之間產生熱交換的空氣對空氣熱交換器都滿足本發明的要求。但是熱交換器最好是利用間隔和介于兩股空氣流之間的隔件的逆流式空氣對空氣熱交換器。
蒸發式冷卻設備可以包括若干向空氣對空氣熱交換器中的空氣流之一加濕的設備。例如，可以使用加濕管芯填料，或者直接向空氣流通道內噴水。可選擇的，還可使用灑水或噴水和管芯材料的組合。
蒸汽壓縮式冷卻系統的特點是使用可壓縮的和在一定壓力下冷凝為液態的制冷劑蒸汽。來自壓縮空氣的熱量通過一個冷凝器盤管被移走。冷凝后的液體經過膨脹閥，發生在蒸汽器盤管中的蒸發過程冷卻了盤管和流經盤管的空氣。從蒸發器盤管出來的氣體然后流向壓縮機的入口側，從而又開始循環。
優選的，殼體包括室外空氣入口和至被調節空間的入口。各入口也可以設有流量控制設備，使各入口打開、關閉或部分打開。當蒸發式系統運行，100％使用室外空氣時，至被調節空間的入口可以關閉。在空氣對空氣熱交換器和蒸汽壓縮系統結合運行時，大部分空氣流可以來自被調節空間，一小部分來自室外空氣。
優選的，一個水箱被提供用于向空氣對空氣熱交換器供應水。泵和分配管可以被用來將供應的水導向所需的位置。冷凝液最好從蒸發器盤管排到水箱中。
空調單元的空氣出口可以設有流量控制裝置，用于通過背壓來控制轉移至空氣對空氣熱交換器的二次冷卻通道的空氣，和另一個用于排出來自空氣對空氣熱交換器中空氣的風扇。
現在將描述本發明優選的實施例，但是要意識到的是，本發明不局限于實施例中顯示的確切的特點的組合。進一步，其它更改和變化，如果對專業人員來說是明顯的，都被認為在本發明的范圍內。
優選的實施例結合附圖進行說明，其中
圖1顯示了沿圖2中顯示的剖面線1-1的空調單元側面剖面圖，圖2顯示了沿圖1中顯示的剖面線2-2的空調單元平面剖面圖，圖3顯示了沿圖1中顯示的剖面線3-3的空氣對空氣熱交換器的部分剖面圖，和圖4顯示了圖1中顯示的區域C限定的空氣對空氣熱交換器頂部的部分剖面圖。
空調單元10包括安裝在將被空氣調節的房間12外面的殼體11。回風管13與房間12相連并通過入口14與空調單元10相連。流量控制設備位于入口14中，該流量控制設備包括可旋轉的葉片擋板15，該擋板可以控制空氣流從完全打開的狀態到完全關閉的狀態。進風管18將空調單元10的出口19與房間12相連。包括可移動的葉片擋板的空氣流控制設備位于出口19中，用來控制流過管道18的空氣。
室外空氣通過入口21被吸入。可移動的葉片擋板22位于入口21中。風扇24用來將空氣移動通過空調單元10。在本實施例中，風扇24由電動馬達25驅動的軸流風扇構成。
殼體11為薄板金屬結構，外表面結合有絕熱材料。空調單元10可以安裝在將被空氣調節的房間12的屋頂，如圖1所示，但是也可以選擇安裝在房間12的墻壁上。
空氣對空氣熱交換器26位于殼體11內，并位于風扇24和出口19之間。空氣對空氣熱交換器在圖2中顯示的最清楚，其包括若干形成空氣流通道的隔開的垂直隔件27。第一通道28兩端都敞開(參見圖2)使空氣從風扇室29流向分配室30。第二空氣通道31在分配室30中交替地隔開在第一通道28之間，并在與第一通道排放端相鄰的一端敞開。從第一通道28出來的空氣一部分被轉移至第二通道31。第二通道31的一端是封閉的，并且從第二通道31排出的空氣被垂直地通過第二通道31封閉端的頂部開口32排出，排出的空氣排放至排氣室33。第二風扇34將排出的空氣排放到大氣中。
隔件27在第二通道31內的表面排列有多孔材料36，這樣設計是為了用于利用毛細作用使多空材料36下部邊緣的管芯水沿材料36的縱向到達其上部邊緣。
流經第二通道31的空氣被蒸發冷卻使得第二通道31內的溫度顯著下降。反過來，由于第一通道28與隔件27接觸，產生了冷卻經過第一通道29的空氣的效果，使得熱量從第一通道28傳遞至第二通道31。
擋板20用來產生足夠的背壓，使部分離開第一通道28的空氣將被轉移至第二通道31。由風扇34產生的壓力也有助于引起此轉移。水箱39位于空氣對空氣熱交換器26下方。泵40從水箱39中抽水，經過一個雙通閥41和管道42進入一排位于空氣對空氣熱交換器26下方的集管43中。集管43在各個第二通道31的底部有開口44。若干開口沿各第二通道31的長度方向設置。水流量足夠淹沒各個第二通道31的底部以完全潤濕多孔材料36。多空材料36的管芯特性使它從各個第二通道31的底部到頂部都被潤濕。
來自集管43的多余的水在各個第二通道31的末端被排出流回水箱39。經過第二通道31的空氣的流動有助于沿第二通道31推動水，使水在它們的末端排出。
第二水管45從雙向閥41延伸至空氣對空氣熱交換器26的頂部，并與向各個第二通道31敞開的集管46相連。集管46的細節顯示在圖4中，其中顯示了嵌進頂板48上方樹脂材料47的管46。頂板48位于第一和第二通道28和31的上方且有開向第二通道31的細長槽49。
經過第二通道45轉移至空氣對空氣熱交換器26頂部的水用來將各個多孔板36頂部的水沖刷至底部。這有助于溶化和除去長時間積累的鹽分或者沉淀物。
圖3顯示了構成第一和第二通道28和31的結構。第一通道構件28包括通過多個縱向壁51跨接的隔壁27，縱向壁51沿各第一通道28平齊地垂直設置并延伸至各通道28的全長。縱向壁51的使用增加了表面積使通過第一通道28的空氣的傳熱增強。構成隔件27和縱壁51的結構可以由若干材料制造和生產出來，但是是最好由沖壓聚合材料或沖壓鋁構成。
第二通道31形成在相鄰的隔件27之間并具有粘附在第二通道31的各面的多孔板狀材料36。一個或全部多孔材料36板可以設有縱向凸出部53以保持第二通道31各面的多孔板材36相互隔開。
流經第二通道的空氣因為蒸發被冷卻，反過來也冷卻了隔件27。這樣結果就冷卻了流經第一通道28的空氣。
本發明還包括一個蒸汽壓縮式冷卻系統。圖1顯示了位于空氣對空氣熱交換器下游的蒸發器盤管54。從第一通道28流出的不轉移至第二通道31的空氣經過蒸發器盤管54再離開出口19。它還包括位于空氣排放室33中的冷凝器盤管55。來自第二通道的排出空氣先經過冷凝器盤管55再由風扇34排入大氣。
為了簡潔起見，其它與蒸發壓縮式冷卻系統相關的元件沒有顯示在圖1或圖2中，但是可以很快的被本領域技術人員所理解。一些元件包括熱膨脹閥和相關管路以及壓縮機62示意地顯示了。
排水管56位于蒸發器盤管54的下方并通過管道57與水箱39相連。這使得任何凝結在蒸發器盤管的水分都排放到空氣對空氣熱交換器26的水箱39中。使用這樣的冷凝液是需要的，因為它可以減少溶化的鹽分，否則這些鹽分可能被引入水箱39。
控制系統60用來啟動空調單元10的各種部件。恒溫器61感知房間12的溫度。控制系統60還控制泵40和雙向閥41。它控制風扇馬達25和擋板15、21和20。它還控制壓縮機62的運行。
現在描述空調單元10的運行。在干燥季節或當大氣中的濕氣含量不超過9g/kg時，只有空氣對空氣熱交換器運行。在這種情況下，擋板15完全關閉，擋板22完全打開，這樣100％的室外空氣進入空調單元10。泵40開啟，水被泵送至第二通道31的底部。風扇24開啟，將空氣吹過空氣對空氣熱交換器，并且如前所述，空氣被轉移通過第二通道31以冷卻經過第一通道28的空氣。從第一通道28排出的沒有轉移到第二通道31的被冷卻的空氣經過出口19進入房間12。第二通道31中轉移的空氣從開口32排放到排氣室33，并被排放到大氣中。
擋板21自身或者結合風扇34可以調節以提供最佳比例的被轉移的空氣至第二通道31。優選的，被轉移的空氣流大約構成進入空氣對空氣熱交換器26的空氣總量的三分之一。
在干燥季節或者當大氣中的水分含量低于9g/kg時，空氣對空氣熱交換器26足夠提供充分的房間12的室內冷量，而不需要運行蒸汽壓縮式冷卻系統。然而，隨著濕度的增加，空氣對空氣熱交換器的凈冷卻量減少，室內空氣溫度上升。恒溫器61感知上升的溫度并使控制系統啟動壓縮機62以開啟蒸汽壓縮式冷卻系統。來自空氣對空氣熱交換器26流經蒸發器盤管54的空氣流在進入房間12前進一步被冷卻和干燥。同時，擋板20由控制統統60來調節使得大約25％至35％的空氣被轉移至第二通道31。
當蒸汽壓縮式冷卻系統打開后，隨著濕度的增加，通過擋板21進入的室外空氣的比例減小。蒸汽壓縮式系統的能耗最多是消耗于減少經過蒸發器54的空氣的濕氣含量(干燥)過程。這使得冷卻能力下降，因此房間12溫度上升。恒溫器61將使控制系統60調節擋板21和15這樣經過風扇24抽吸的室外空氣的比例將不斷從100％減少到低至20％至30％。當室外空氣的濕度從高于9k/kg持續上升至高濕度水平時將會發生這種情況，這時只使用20％至30％的室外空氣。隨著濕度的增加，通過回風管13抽吸的室內空氣的逐步增加將使房間12的濕氣含量維持在9-10g/kg，這是低于室外空氣濕度水平的。這意味著空氣對空氣熱交換器26仍將產生有益的冷卻效果。
在高濕度條件下的空調單元起始階段，控制器60將使空氣對空氣熱交換器只運行一段很短的時間以確定是否需要應用蒸汽壓縮式冷卻系統。這個時間段是可以調節的，其取決于空氣對空氣熱交換器26降低房間12溫度所需的時間。
與只有蒸汽壓縮式冷卻系統對的空調單元運行相比，空氣對空氣熱交換器26利用蒸發冷卻和蒸汽壓縮式牽引系統的組合，使得空調單元10的季節能量效率增加了兩至三倍。因此，當室外濕度低時，僅僅使用空氣對空氣熱交換器26就可以提供充分的冷卻，而不需要運行效率較低的蒸汽壓縮式冷卻系統。在這些情況下，當室外空氣濕度增加時，空調單元10仍然能夠通過將蒸汽壓縮式冷卻系統與空氣對空氣熱交換器26相結合而提供充分的冷卻。
進一步，在排氣室33內安裝冷凝器盤管55增強了蒸汽壓縮式系統的冷卻能力，因為來自第二通道31的排出空氣與室外空氣相比溫度下降了。例如，室外溫度為40℃時，25％的室外空氣與來自房間12的回風(溫度大約為27℃)的組合在混合后溫度大約為30℃。這將在經過第二通道31時進一步被冷卻至大約27℃。這將是經過冷凝器盤管55排出的空氣的溫度，與應用單獨使用室外40℃空氣相比，它將顯著的提高蒸汽壓縮式冷卻系統的效率。
所述的設備適用于濕度變化范圍大的氣候區域供冷季節的空氣調節。與單獨應用蒸汽壓縮式系統相比，本系統使季節能量效率提高了兩至三倍。
權利要求
1.一種空調器單元包括殼體，具有至少一個接受將被調節空氣的空氣入口和至少一個排出以已被調節空氣的出口，至少一個風扇，用于將空氣從所述入口移動至所述出口，空氣對空氣熱交換器，其特點是通過轉移部分所述空氣，使其通過蒸發式冷卻設備并被冷卻來冷卻所述空氣，熱交換的產生貫穿于位于所述被蒸發冷卻的空氣和所述進入的空氣之間的多個隔件中，蒸汽壓縮式冷卻系統，包括蒸發器盤管，出口空氣流經過該盤管以進一步冷卻所述出口空氣，冷凝器盤管，從所述空氣熱交換器出來的所述被蒸發冷卻的空氣流經過該盤管，和控制系統，至少確定房間空氣的溫度并控制所述空調器的運行，當所述房間溫度維持在低于預定值時只運行所述空氣對空氣熱交換器，當房間溫度高于所述預定值時同時運行所述空氣對空氣熱交換器和蒸汽壓縮式冷卻系統。
2.如權利要求1所述的空調器進一步包括兩個空氣入口，第一空氣入口接受室外空氣和第二空氣入口接受來自空調空間的空氣，來自所述第一和第二入口的所述空氣在進入所述空氣對空氣熱交換器前被混合。
3.如權利要求2所述的空調器進一步包括所述第一和第二入口處的空氣流控制設備，啟動、關閉或部分開啟入口以控制經過所述入口的空氣流，所述空氣流控制設備由所述控制裝置操縱。
4.如權利要求3所述的空調器，位于所述第二空氣入口處的所述空氣流控制設備當只有所述空氣對空氣熱交換器運行時是關閉的。
5.如權利要求3所述的空調器，位于所述第一空氣入口上的所述空氣流控制設備部分開啟，讓總流量的20％至30％的空氣經過所述第一空氣入口，位于所述第二空氣入口處的所述第二空氣流控制設備部分開啟，通過所述第二空氣入口使總的空氣流量平衡。
6.如前任一項權利要求所述的空調器進一步包括水箱，為所述空氣對空氣熱交換器提供水。
7.如權利要求6所述的空調器進一步包括位于所述蒸發器盤管上的排入所述水箱的冷凝液收集器。
8.如權利要求6或7所述的空調器，所述空氣對空氣熱交換器的蒸發冷卻設備，包括位于多個空氣流通道內的多個管芯元件，其中來自所述水箱的水被提供到所述各個管芯元件的底部。
9.如權利要求8所述的空調器，進一步包括二次水供應，將水從所述水箱引導至各個所述管芯元件的頂部，以提供沿所述管芯元件向下的沖刷流。
10.一種空調器單元包括殼體，具有至少一個接受將被調節空氣的空氣入口和至少一個將已被調節的空氣排入室內的出口，至少一個風扇，用于將空氣從所述入口移動至所述出口，空氣對空氣熱交換器，具有多個由一對相鄰的壁面限定出的第一通道，第一通道兩端敞開，所述空氣流過該通道，多個第二通道，它們與所述第一通道開口相鄰的第一端關閉，它們與所述第一通道出口相鄰的第二端敞開，其中所述各個第二通道形成在一對相鄰的所述第一通道壁面之間，和位于各個所述第二通道內的蒸發式冷卻設備，其中離開所述第一通道的所述空氣流的一部分被轉移進入所述第二通道，并流經所述第二通道，通過所述蒸發式冷卻設備被冷卻，因此通過所述壁面的熱交換冷卻了所述第一通道內的所述空氣流，所述殼體內的出口用于排放來自第二通道的排出空氣，蒸汽壓縮式冷卻系統，包括蒸發器盤管，來自所述空氣對空氣熱交換器的出口空氣流經過該盤管以進一步冷卻所述出口空氣，冷凝器盤管，從所述空氣熱交換器出來的所述被蒸發冷卻的空氣流經過該盤管，和控制系統，至少確定房間空氣的溫度并控制所述空調器的運行，當所述房間溫度維持在低于預定值時只運行所述空氣對空氣熱交換器，當房間溫度高于所述預定值時同時運行所述空氣對空氣熱交換器和蒸汽壓縮式冷卻系統。
11.如權利要求10所述的空調器，進一步包括兩個空氣入口，第一空氣入口接受室外空氣和第二空氣入口接受來自空調空間的空氣，來自所述第一和第二入口的所述空氣在進入所述空氣對空氣熱交換器前被混合。
12.如權利要求11所述的空調器進一步包括所述第一和第二入口處的空氣流控制設備，啟動、關閉或部分開啟入口以控制經過所述入口的空氣流，所述空氣流控制設備由所述控制裝置操縱。
13.如權利要求12所述的空調器，位于所述第二空氣入口上的所述空氣流控制設備當只有所述空氣對空氣熱交換器運行時是關閉的。
14.如權利要求12所述的空調器，位于所述第一空氣入口處的所述空氣流控制設備部分開啟，讓總流量的20％至30％的空氣流經所述第一空氣入口，位于所述第二空氣入口處的所述第二空氣流控制設備部分開啟，通過所述第二空氣入口使總的空氣流量平衡。
15.如權利要求10-14所述的空調器進一步包括水箱，為所述空氣對空氣熱交換器提供水。
16.如權利要求15所述的空調器進一步包括位于所述蒸發器盤管上的排入所述水箱的冷凝液收集器。
17.如權利要求15或16所述的空調器，所述空氣對空氣熱交換器的蒸發冷卻設備，包括位于多個空氣流通道內的多個管芯元件，其中來自所述水箱的水被提供到所述各個管芯元件的底部。
18.如權利要求17所述的空調器進一步包括二次水供應，將水從所述水箱引導至各個所述管芯元件的頂部，以提供沿所述管芯元件向下的沖刷流。
19.如權利要求10-18任一項所述的空調器進一步包括位于所述出口處的空氣流控制設備，限制流經出口的空氣流，反過來以控制經過所述第二通道的所述轉移的空氣流的速度。
20.如權利要求10-19任一項所述的空調器進一步包括至少一個位于所述出口中用于排放來自所述第二通道的所述排出空氣的風扇。
21.一種如此處參考附圖所充分描述的空調器。
全文摘要
本發明為一種空調單元(10)，包括殼體(11)，具有至少一個接受將被調節空氣的空氣入口(21)和至少一個排出已被調節空氣的出口(19)；至少一個風扇(24)，用于將空氣從入口(21)移動至出口(19)；空氣對空氣熱交換器(26)，其特點是通過轉移部分空氣，使其通過蒸發式冷卻設備并被冷卻來冷卻空氣，熱交換的產生貫穿于位于被蒸發冷卻的空氣和所述進入的空氣之間的多個隔件(27)中，蒸汽壓縮式冷卻系統，包括蒸發器盤管(54)，出口空氣流經過該盤管以進一步冷卻出口空氣，冷凝器盤管(55)，從空氣對空氣熱交換器(26)出來的被蒸發冷卻的空氣流經過該盤管，和控制系統(60)，至少確定房間(12)空氣的溫度并控制空調器的運行，當房間溫度維持在低于預定值時只運行空氣對空氣熱交換器(26)，當房間溫度高于預定值時同時運行空氣對空氣熱交換器(26)和蒸汽壓縮式冷卻系統。與只有蒸汽壓縮式系統的空調系統運行相比，本發明的優點在于它的季節能量效率高出兩至三倍。
文檔編號F24F1/00GK1934394SQ200580009248
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月22日 優先權日2004年3月24日
發明者錢翰云, 郭成平, 瓦來利·根那迪耶維奇·克里亞茨切夫, 亞力山大·伊萬諾維奇·馬克連科, 瓦倫蒂娜·亞力山大洛維奇·馬特維耶夫, 尤里·伊萬諾維奇·克拉斯諾茨奇科夫 申請人:興馬有限公司