CN100375872C - 利用储氢合金技术的空调冷暖装置及其控制方法 - Google Patents

利用储氢合金技术的空调冷暖装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种利用储氢合金技术的空调冷暖装置及其控制方法,装置包括:填充有储氢合金的数个反应器;连接于各个反应器之间的氢气流路管;连接于氢气流路管上的泵装置;在连接于泵装置和个反应器之间的氢气流路管上的氢气流动转向阀。方法是:使空调冷暖装置反复执行如下三个阶段的控制:(1)当空调冷暖装置运行时,启动泵装置的过程;(2)只要泵装置一启动,持续判读反应转换始点的过程;(3)当达到反应转换始点时,控制连接于某一对反应器的氢气流动转向阀,并改变其氢气流动方向的过程。本发明即使扩大各反应器的大小,其整个系统的大小相对反应器的大小无需变大。本发明具有均匀的制冷制热效果,并且能够最大限度地利用泵装置的性能。

Description

利用储氢合金技术的空调冷暖装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种空调冷暖装置。特别是一种利用氢气及储氢合金之间的反应原理来冷却或加热周边的空气,从而达到夏季制冷,冬季制热目的的,且不涉及室外机的利用储氢合金技术的空调冷暖装置及其控制方法。
背景技术
一般来讲,储氢合金具有储存氢气容量大,并且吸入氢气时,进行放热反应;放出氢气时,进行吸热反应的特性。因此,利用于热用泵以及氢气储藏器等技术方面的应用。
但是到目前为止,利用上述储氢合金的特性来制作成空调冷暖装置的技术只提示为概念,并且利用储氢合金的空调冷暖装置,在效率方面至少要等于传统空调冷暖装置的情况。所以关于储氢合金空调冷暖装置的结构要素以及组装结构的研究和开发几乎没有进展,因此到目前为止尚未达到实用化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种在传统空调冷暖装置上使用储氢合金技术,从而简化了整体结构。本发明特别是提供利用储氢合金技术的空调冷暖装置的泵装置,使之连续运转,并能够得到均匀的制冷制热效率的利用储氢合金技术的空调冷暖装置及其控制方法。
本发明所采用的技术方案是:一种利用储氢合金技术的空调冷暖装置,其特征在于,包括有:填充有储氢合金的第一、第二、第三、第四反应器;连接于各个反应器之间,并在其内部流动着氢气的氢气流路管,以及泵装置;通过管道与各个反应器及泵装置相连、并决定氢气流动方向的第一、第二氢气流动转向阀;其中,第一氢气流动转向阀的第三管道连接第一反应器,第一管道通过氢气流路管连接泵装置的输出端,第四管道连接第二反应器,第二管道连接在泵装置的输入端;第二氢气流动转向阀的第三管道连接第三反应器,第一管道通过氢气流路管连接泵装置的输出端,第四管道连接第四反应器,第二管道连接在泵装置的输入端。
为了达到上述发明目的,本发明的空调冷暖装置反复执行如下三个阶段的控制。第一阶段为:当空调冷暖装置运行时,启动泵装置的过程;第二阶段为:只要泵装置一启动,持续判读反应转换始点的过程;第三阶段为:当达到反应转换始点时,控制连接于氢气流动方向相反且相邻的两个反应器的氢气流动转向阀,并改变其氢气流动方向的过程;以上三个阶段在整个控制过程中依次反复进行。
如上述说明,采用储氢合金技术的空调冷暖装置,即使扩大各反应器的大小,其整个系统的大小相对反应器的大小无需变大。特别指出的是,本发明具有均匀的制冷制热效果,并且能够最大限度地利用泵装置的性能。
附图说明
图1至图4是本发明空调冷暖装置的工作状态简易示意图;
图5是本发明空调冷暖装置的运行控制过程简易示意图。
其中:
110:第一反应器          120:第二反应器
130:第三反应器          140:第四反应器
200:氢气流路管          300:泵装置
410:第一氢气流动转向阀  420:第二氢气流动转向阀
411.421:第一管道        412.422:第二管道
413.423:第三管道        414.424:第四管道
510.520.530.540:送风装置
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例,进一步说明本发明是如何实现的。
如图1至图4所示,本发明提供的空调冷暖装置大体上分为多数个反应器110、120、130、140;氢气流路管200;泵装置300;多数个氢气流动转向阀410,420来组成。
其中,各反应器110、120、130、140里填充有储氢合金,在此省略对其具体结构的说明。
上述各反应器110、120、130、140具有,吸入氢气的时候进行放热反应,放出氢气的时候进行吸热反应的特点。
在本发明实例中,把两个反应器110、130或120、140看成一对,那么总计共有两对反应器。
其中,氢气流路管200的两端与各反应器110、120、130、140相连,并连通,把氢气从一对反应器110、130(以下略为“第一反应器”和“第三反应器”)输送到另一对反应器120、140(以下略为“第二反应器”和“第四反应器”)里。
泵装置300设置在氢气流路管200上,把氢气从一对反应器中强制输送到另一对反应器里。
泵装置300可以是传统的泵或者是压缩机,但在此对其不做限定。
氢气流动转向阀410、420设置于各对反应器110、120、130、140和泵装置300之间的氢气流路管200上,决定氢气流动方向。
本发明中的氢气流动转向阀410、420为带有四个管路的方向控制阀,一共设置两个,且设置在每两个反应器110和120、130和140与泵装置300之间。
各自构成氢气流动转向阀410、420的两个管道411和421(以下略为“第一管道”)、412和422(以下略为“第二管道”),分别连接于泵装置300的氢气输出端和氢气输入端;另外两个管道413和423(以下略为“第三管道”)、414和424(以下略为“第四管道”),分别连接于反应器110、120、130、140。
即,与第一反应器110和第二反应器120相连的氢气流动转向阀410(以下称为“第一氢气流动转向阀”)的第一管道411连接于泵装置300的氢气输出端;第二管道412连接于泵装置300的氢气输入端;第三管道413和第四管道414选择性地连接于第一反应器110和第二反应器120。
同时,与第3反应器130和第4反应器140相连的氢气流动转向阀420(以下称为“第二氢气流动转向阀”)的第一管道421也连接于泵装置300的氢气输出端;第二管道422连接于泵装置300的氢气输入端;第三管道423和第四管道424各自选择性的连接于第三反应器130和第四反应器140。
特别指出的是,与泵装置300分别连接着的第二管道412、422在连接管道415、425的作用下,有选择性的连通于连接在某两个反应器上的第三管道413、423和连接在另外两个反应器上的第四管道414、424。
上述的连接管道415、425是在电磁阀(省略视图)的作用下工作。这种氢气流动转向阀410、420的构成类似于传统空调冷暖装置中四通转换阀的结构。
本发明除了上述的结构之外,各反应器上还设置有送风装置510、520、530、540。
送风装置510、520、530、540使经过各反应器110、120、130、140后进行热交换的空气有选择性的流向室内或室外。在此省略对其的详细说明。
并且,多个反应器110、120、130、140仅利用了一个泵装置300,使之反复执行吸热或放热反应,进而使反应转换时的温度变化达到最小。
具体来说,在反应期间即便有一对反应器要转换反应,由于另一对反应器依然执行同样的反应,故能够维持均匀的冷暖温度。
下面参照附图1至4以及控制流程图5,更详细的说明本发明空调冷暖装置的控制过程。
首先,空调冷暖装置运行的时候,控制器(省略示图)控制氢气流动转向阀410、420,使四个反应器110、120、130、140中的某一对反应器吸入氢气,另外一对反应器放出氢气。
此时,流入氢气的两个反应器及放出氢气的两个反应器为构成不同的两对反应器。
即,如图1所示,控制器控制连接管道415,使第一氢气流动转向阀410的第一管道411和第三管道413相互连通,同时也使第二管道412和第四管道414相互连通。
对上述连接管道415的控制是通过打开ON(或关闭OFF)第一氢气流动转向阀410的电源来实现,即实现上述各个管道之间的有选择性的连通。
与此同时,控制器也控制连接管道425,使第二氢气流动转向阀420的第一管道421和第三管道423相互连通,同时也将第二管道422和第四管道424相互连通。
这也是打开(ON)第二氢气流动转向阀420的电源才能执行。
这时候,第一反应器110和第三反应器130吸入氢气,并进行放热反应;第二反应器120和第四反应器140放出氢气,并进行吸热反应。
并且,各送风装置510、520、530、540也同时启动,使外部空气经过各反应器110、120、130、140,并进行热交换,且有选择性的将上述热交换后的空气向室内或室外输送。
在上述过程执行当中,控制器不断判读各反应器110、120、130、140的反应转换始点。
在此,上述反应转换始点指的是:在各反应器110、120、130、140中氢气的吸入或放出达到必要程度之后,改变其氢气的流动方向,进而转换各反应器110、120、130、140反应的始点。
有两种方法可以设定反应转换周期:1.定时的方法。2.提前设定各反应器110、120、130、140的反应允许温度或压力值,然后再测定其温度或压力值,即可确定反应转换周期。在本发明中是通过定时的方法进行反应的转换。
假如,通过上述的一系列过程,达到反应转换始点的时候,控制器控制第一氢气流动转向阀410来执行第一反应器110和第二反应器120的反应转换。
即,达到反应转换始点的时候,第一氢气流动转向阀420的连接管道425开始工作,使第一管道421和第四管道424相互连通,同时也使第二管道422和第三管道423相互连通。
如图2所示,这是在关闭OFF第一氢气流动转向阀410的情况下进行。
这时,第一反应器110放出氢气,并进行吸热反应;第二反应器120吸入氢气,并进行放热反应。
当第一反应器110和第二反应器120进行反应转换时,由于各反应器110、120的瞬间的温度变化,通过各反应器110、120的空气不能进行热交换。
但是,在上述过程中第二氢气流动转向阀420的电源始终处于打开(ON)状态,故第三反应器130继续进行放热反应,而第四反应器140继续进行吸热反应,进而可以持续进行室内的制冷或制热。
还有,在上述过程进行当中,控制器持续判读反应转换始点。如果达到反应转换始点,控制器维持第一氢气流动转向阀410的电源关闭(OFF)状态,同时也关闭(OFF)第二氢气流动转向阀420的电源,使第三反应器130和第四反应器140之间进行反应转换。
即,由于第二氢气流动转向阀420的电源切断,连接管道425恢复到原状态,故第二氢气流动转向阀420的第一管道421和第四管道424相互连通,同时第二管道422和第三管道423也相互连通。
进而,第三反应器130放出氢气,并进行吸热反应;第四反应器140吸入氢气,并进行放热反应。
此时,如图3所示,第一反应器110继续放出氢气,并继续进行吸热反应;第二反应器120继续吸入氢气,并继续进行放热反应。
当上述反应转换执行完毕后,再次达到新的反应转换周期时,控制器打开(ON)第一氢气流动转向阀410的电源,使第一反应器110和第二反应器120之间进行反应转换。
具体来讲,对第一氢气流动转向阀410接通电源,连接管道415开始工作,使第一氢气流动转向阀410的第一管道411和第三管道413相互连通,同时第二管道412和第四管道414也相互连通。
进而,第一反应器110吸入氢气,并进行放热反应;同时,第二反应器120放出氢气,并进行吸热反应。
这时候,如图4所示,第三反应器130持续放出氢气,并持续进行吸热反应;同时,第四反应器140持续吸入氢气,并持续进行放热反应。
前述的一系列过程,顺次进行,并各反应器110、120、130、140的反应转换执行完一个循环后,又重新执行如图1所示状态的反应转换,并反复执行如上所述过程。
即,在如图4所示的状态下,进行反应转换时,第一反应器110和第三反应器130吸入氢气,并进行放热反应;第二反应器120和第四反应器140放出氢气,并进行吸热反应。
上述过程是在打开(ON)第二氢气流动转向阀420的电源情况下进行的。上述的始点还可根据情况所需来确定。
综上所述,在整个过程中,泵装置300能够以均匀的负载连续运转。同时,各反应器110、120、130、140的制冷或制热效率也能够持续维持均匀。

Claims (5)

1.一种利用储氢合金技术的空调冷暖装置,其特征在于,包括有:填充有储氢合金的第一、第二、第三、第四反应器(110、120、130、140);连接于各个反应器(110、120、130、140)之间,并在其内部流动着氢气的氢气流路管(200),以及泵装置(300);通过管道与各个反应器(110、120、130、140)及泵装置(300)相连、并决定氢气流动方向的第一、第二氢气流动转向阀(410、420);其中,第一氢气流动转向阀(410)的第三管道(413)连接第一反应器(110),第一管道(411)通过氢气流路管(200)连接泵装置(300)的输出端,第四管道(414)连接第二反应器(120),第二管道(412)连接在泵装置(300)的输入端;第二氢气流动转向阀(420)的第三管道(423)连接第三反应器(110),第一管道(421)通过氢气流路管(200)连接泵装置(300)的输出端,第四管道(424)连接第四反应器(120),第二管道(422)连接在泵装置(300)的输入端。
2.根据权利要求1所述的利用储氢合金技术的空调冷暖装置,其特征在于,由两个氢气流动方向相同的反应器组成一对,且总共设置两对反应器(110、130)、(120、140)。
3.根据权利要求1所述的利用储氢合金技术的空调冷暖装置,其特征在于,所述的氢气流动转向阀(410、412)由方向控制阀构成,其上的两条管路分别连接于泵装置(300)的氢气输入端和氢气输出端,其上的另外两条管路分别连接于氢气流动方向相反且相邻的两个反应器上。
4.一种利用储氢合金技术的空调冷暖装置的控制方法,其特征在于,所述的装置包括有:填充有储氢合金的第一、第二、第三、第四反应器(110、120、130、140);连接于各个反应器(110、120、130、140)之间,并在其内部流动着氢气的氢气流路管(200),以及泵装置(300);通过管道与各个反应器(110、120、130、140)及泵装置(300)相连、并决定氢气流动方向的第一、第二氢气流动转向阀(410、420);其中,第一氢气流动转向阀(410)的第三管道(413)连接第一反应器(110),第一管道(411)通过氢气流路管(200)连接泵装置(300)的输出端,第四管道(414)连接第二反应器(120),第二管道(412)连接在泵装置(300)的输入端;第二氢气流动转向阀(420)的第三管道(423)连接第三反应器(110),第一管道(421)通过氢气流路管(200)连接泵装置(300)的输出端,第四管道(424)连接第四反应器(120),第二管道(422)连接在泵装置(300)的输入端,用于上述装置的控制方法包括以下三个阶段,其第一阶段为:当空调冷暖装置运行时,启动泵装置的过程;第二阶段为:只要泵装置一启动,持续判读反应转换始点的过程;第三阶段为:当达到反应转换始点时,控制连接于氢气流动方向相反且相邻的两个反应器的氢气流动转向阀,并改变其氢气流动方向的过程;以上三个阶段在整个控制过程中依次反复进行。
5.根据权利要求4所述的一种利用储氢合金技术的空调冷暖装置的控制方法,其特征在于,所述的反应转换始点的判读为:在以下两个始点中,即在(1).设定时间周期的始点,(2).依各反应器的温度或压力所需的反应转换始点,这两个始点中至少确定一个始点的到达与否。
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