[发明专利]带有过冷却器盘管和串联的膨胀器装置的空调系统

说明书

本发明涉及压缩/膨胀制冷，尤其涉及空调系统，在该空调系统中另外增加一热交换器，以提高进入室内空气蒸发器的液体制冷剂的冷却能力，例如，提高离开蒸发器的空气的潜冷量。

单流体双相空调和制冷系统一般采用一压缩机，进入该压缩机的是低温、低压蒸气状态的双相工作流体，出去的是高温、高压蒸气的双相工作流体。然后工作流体来到室外的冷凝器盘管或热交换器，在那儿，压缩热量从工作流体排放到室外的空气中，使工作流体由蒸气冷凝成液体。然后此高压液体经过一膨胀装置，例如一固定的或可调的膨胀阀或一减压孔，以低压状态进入一室内蒸发器盘管。在这个阶段，工作流体为双相流体(既有液相又有汽相)，并从室内空调区域的空气中吸取热量，使液相转变为蒸气。由此完成了一个循环，蒸气则回到压缩机的输入侧或吸收侧。

当室内的暖空气通过蒸发器盘管时，由于其热量传给了冷的蒸发器盘管而使其温度下降。当空气温度下降至露点或在露点之下时，湿气在蒸发器盘管上冷凝而脱离室内空气。离开的空气的实际温度降低了(即显冷却)，同时也使空气去湿(即潜冷却)。潜冷却或去湿的量取决于室内空气中的水分是否会脱离空气并在蒸发器盘管中冷凝。

只有当蒸发器盘管的温度低于通过的空气的露点时，室内空气中的水蒸气才会冷凝，露点是指空气中的水冷凝的温度。

室内空气质量的现行标准强调要能够控制空调空间的湿度。业已经发现，较高的湿度是促使病原生物或过敏生物生长的主要因素。最好是，空调空间的相对湿度应保持在30％至60％。较高的湿度除对人的感觉和健康有不利的影响之外，在许多制造工艺中高湿度还可能产生次品，并使许多制冷系统效率变低，例如在超市中的开启式冷藏柜或冰箱。较高的湿度还会破坏有价值的艺术品、图书或档案文件。

在很热而湿的条件下，由于如上所述的传统空调器要把它的大部分冷却功率用来把空气冷却到露点(显冷却)，因此只有极少的功率用来去湿(潜冷却)。

解决在热而湿的空气中去掉大量湿气的传统的方法是，降低恒温器的恒温设定点和使空气过度冷却。这个方法意味着空调器的运行时间必须延长，从而将消耗更多的能量。此外，还会出现令人感觉不舒服的冷空气吹到在室内空调空间的人的身上的情况。从本质上来说，空气的过度冷却的目的是降低蒸发器盘管的温度，使盘管上产生更多的冷凝。然而，这种空气太冷让人不舒服。为了使室内空气恢复到舒适的温度，有时候对在离开的空气回到空调空间之前再重新加热。用一加热部件或一载有来自压缩机的热的压缩蒸气的盘管使室内空气的温度上升到一个舒适的水准，使过度冷却的空气的温度上升(同时降低了相对湿度)。不管是用加热部件还是用热蒸气盘管，都需要消耗较多的能量。

最近的一个以较少的能量即可以增加空调系统的潜冷却的建议是采用热管。热管是一种简单的、含有热传递剂(一般为制冷剂如R-22)的互联的热交换器盘管的无源结构。热管系统可提高空调系统的去湿能力，减少用于上述过度冷却/再加热过程的能量的消耗。热管系统是具有吸引力的，因为它能在不输入能量的情况下把热量从一个地方传递到另一个地方。热管的一个热交换器放置在进入蒸发器的暖空气中，另一个热交换器放置在离开蒸发器的冷空气中。进入蒸发器的空气加热热管系统的进入侧的热交换器的制冷剂，而制冷剂蒸气流到离开侧的热交换器，在那儿，制冷剂的热量传递给离开的空气而冷凝下来。然后冷凝的制冷剂由于重力或毛细管的作用重新返回到进入侧的热交换器，并如此不断循环。

置入空调器的热管系统能提高潜冷却量，同时把显冷却保持在较佳的舒适的恒温器设定点的温度。在需要较高的去湿情况下或相对湿度必须保持在某一点以下的环境中，普通的空气调节系统是不能有效处理高温和高湿度的冷却负荷的。然而，采用热管的空调系统在进入的空气到达空调器的蒸发器盘管之前能把它冷却。进入侧的热管热交换器预冷却进入(蒸发器盘管)的空气，因此对蒸发器盘管的显冷却要求较低，为它留下较大能力去进行潜冷却或去湿。离开蒸发器的室内供应空气，温度比需要的温度低，在离开侧的热管热交换器冷凝蒸气，由此使该室内供应的空气的温度回到所需的舒适的温度。

虽然热管结构具有某些优点，例如无源和简单，但也有一些缺陷。例如，热管总是留在线路中，即使不需要去湿而要增加显冷却时，也不能简单方便地关闭热管。此外，由于除蒸发器盘管之外，在室内空气通道中还有两个热管热交换器盘管，可能会限制室内空气的流动。而且，对现有的空调器进行改型以在同样的蒸发器的机壳中容纳两个附加的盘管是困难的，因此常常必须变动大量装置的位置，放大机壳，以容纳热管。