CN100443811C - 一种空气制冷制热中央空调系统 - Google Patents

Abstract

一种空气制冷制热中央空调系统由无油空气压缩机、冰球贮冷热交换器、贮冰桶、制冰系统、燃气加热器、多功能冷却塔、室外机、室内机、冬夏转换开关、可调定时换向阀组成，无油空气压缩机的吸气管接入多功能冷却塔的顶部，抽吸冷却塔中经过净化的空气经过压缩机排气口接至冬夏转换开关，冬天时高温高压空气送到燃气加热器，再送至室外机内制热，制热后的热空气再送至室内机升温；夏天时冰球贮冷热交换器工作，其输出的冷气通气过总管道送至分支气管的室外机，进行空气冷热分离后再送至室内机降温。本发明是克服了现有技术的不足，提供一种环保安全、经济节能，舒适宜人的空气制冷制热中央空调系统，它完全可以取代现有的中央空调技术。

Description

一种空气制冷制热中央空调系统

技术领域

本发明涉及一种中央空调系统，特别是采用空气作为工质的空气制冷制热中央空调系统。

背景技术

目前广为使用的以氟里昂为工质的家用空调机，虽然能效比较高，可以达到2.6以上，那是在门窗紧闭、完全没有室外新风进入的条件下，才能达到的较高能效比。这类空调机主要有两个不足：

第一，采用氟里昂作为制冷工质，而氟里昂是对地球大气臭氧层进行破坏，增加地球温室效应的元凶。为此，全世界各国都要求限期停止生产和使用氟里昂(CFC)。

第二，这类空调机不能提供大量的新鲜空气，其中只有窗式空调机可以提供少量的新鲜空气，最多不超过30％。当较长时间使用这类空调机以后，室内的氧气会越来越少，二氧化碳的浓度会越来越大。当室内空气中含氧量低于12％时，人们就会感到头痛、胸闷、恶心，甚至晕倒，即患上了所谓的“空调病”，人们的身心健康就会受到破坏，生活质量和工作效率就会降低。

当今，销路最好的吸收式溴化锂燃油(燃气)加热制冷的中央空调系统，虽然可以提供大量的新鲜空气，也符合无氟制冷的环保要求，不患“空调”，但仍有四个不足：

第一，这种空调机采用加热方式使溴化锂蒸发吸热，制成冷冻水，送入冷冻水盘管。再用低压风机抽吸室外新鲜空气及回冷空气，经混合过滤后吹过冷冻水盘管，使空气消声降温，通过低压大截面送风管道送入空调间分配器供冷，供热。然后，再通过大截面回风管道抽回到混合室。两路大截面管道，外面还要包一层保温材料，使管道截面尺寸更大。这种管道只有吊装在楼道顶部，占据楼道的空间，使楼道显得低矮，使人们产生压抑感，而且很不美观，造价也相对较高。

第二，这类空调系统只利用了空气的载冷载热特性，而没有利用空气的制冷制热特性，故其能效比不高，一般在0.6～0.95之间。另一种以氟里昂或氨为工质制冷的中央空调系统，能效比也只能达到1.0左右。

第三，吸收式溴化锂中央空调系统虽然在系统中加入了缓蚀剂，但溴化锂对设备的腐蚀问题也未能完全解决，特别是管路内与空气接触的部位，容易产生腐蚀，影响了设备的使用寿命。

第四，设备比较庞大，管道甚多，维修不方便。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服了现有技术的不足，提供一种环保安全、经济节能，舒适宜人的空气制冷制热中央空调系统。

本发明的技术方案：空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：它包括无油空气压缩机、冰球贮冷热交换器、贮冰桶、制冰系统、燃气加热器、多功能冷却塔、室外机、室内机、冬夏转换开关、可调定时换向阀，夏天制冷时，无油空气压缩机的吸气管接入多功能冷却塔的顶部，抽吸多功能冷却塔中经过净化的室外新鲜空气，净化后的空气经过冬夏转换开关送至可调定时换向阀，经过可调定时换向阀两个出气口接入两个冰球贮冷热交换器两个冰球贮冷热交换器浸在贮冰桶的水中，两个冰球贮冷热交换器轮流交替工作，使空气与冰球交换热量，空气温度降低到0℃以下，排入主气道送至分支气道的室外机，进行空气冷热分离后再送至室内机降温；冬天制热时，无油空气压缩机的吸气管接入多功能冷却塔的顶部，无油空气压缩机的排气口通过管道接至冬夏转换开关，冬夏转换开关的一端接可调定时换向阀，另一端接至燃气加热器，当冬夏转换开关打到冬天位置时，高温高压空气送到燃气加热器，由燃气加热器加热升温后送到主气道，并进入与分支气道连接的室外机内制热，制热后的热空气再送至室内机升温；水泵开动后抽吸多功能冷却塔水池中的冷水一路进入无油空气压缩机的热交换器，使排气温度降低，另一路进入制冰系统的冷凝器使工质液化，经过无油空气压缩机的热交换器和制冰系统的冷凝器两路排出的热水，再经过回热管进入多功能冷却塔喷淋降温，在多功能冷却塔的水池中得到进一步冷却净化后，再抽吸，达到循环利用的目的。

所述的冰球贮冷热交换器由冰球、外壳、挡球网、均气板组成，外壳内放置冰球，冰球两边通过挡球网挡住冰球，以避免冰球堵塞位于外壳两端的进出气口，进气端均气板位于挡球网的前面，均气板用于改变气流方向，使气流均匀分布后，通过挡球网进入出气口。

所述的多功能冷却塔上部为外壳，下部为蓄水池，中间通过起到挡水导风作用的且将落下的水导入蓄水池中的承水盘分开，在外壳的进气端装有负氧离子发生器，通电后产生负氧离子，与新鲜空气一道进入冷却塔；水泵通过管路与蓄水池相接，抽吸蓄水池中经过降温后的凉水，送至无油空气压缩机及制冰系统降温，两者排出的热水，送到喷淋水管，从塔顶部喷淋而下，使水蒸发吸热降温；喷淋水管的上部为避免水滴进入无油空气压缩机的挡水板，增压风扇置于挡水板上方，开动以后抽吸塔中新鲜空气，一部分空气进入压缩机，多余空气从塔顶周边窗口排入大气。

所述的室外机由过滤调压器、回冷式冷热空气发生器、冷暖转换开关、中压风机、紫外光杀菌灯、无纺布组成，高压冷空气从主气道进入分支气管，经气量计量仪进入过滤调压器，滤除空气中剩余的水分，以提高气旋分离效果，同时可以调节进气压力p₁，控制用气量G₀，过滤调压器输出的高压空气进入回冷式冷热空气发生器，由回冷式冷热空气发生器分离成冷热两股气流，夏天冷气流经过冷暖转换开关与中压风机回冷气流混合后，送到室内机降温，而热气流经过冷暖转换开关排入室外大气；冬天热气流通过冷暖转换开关与回热气流混合后，送到室内机升温，而冷气流经过冷暖转换开关排入室外大气；中压风机与回冷管相接，抽吸室内回冷或回热空气，与室外新鲜空气混合，再经过无纺布滤除室外空气的尘埃与杂物，空气吹过经紫外光杀菌灯，杀灭空气中的细菌，使空气净化后由中压风机送入空调间。

所述的回冷式冷热空气发生器由进气嘴、回冷室、反射调节阀、热管、绝热垫、切向喷嘴及气旋室组成，进气嘴的进口接至分支气管，进气嘴出口接至回冷室，使高速气流切向喷射到与回冷室内并在其内高速旋转，吸收冷端传导出来的冷量，使空气自身温度再降低，达到回冷目的；回冷室的内层开有数个集束型切向喷嘴，导流至气旋室，使气流高速旋转，冷热分离，冷气流经发生器端盖送至冷暖转换开关的进气嘴；气旋室的另一端接热管，热管的末端与反射调节阀座相连，反射调节阀移动时可以调节热气流的大小，改变冷气流质量比μ_C，反射调节阀座热气出口与一个进气嘴连接。

所述的冷暖转换开关由绝热外壳，可在绝热外壳中旋转的绝热转子，一个进气嘴，另一个进气嘴，一个排气嘴和另一个排气嘴组成，其中一个进气嘴与发生器冷端相连；另一进气嘴与回冷式冷热空气发生器热端相连，一个排气嘴采用管道连接直通大气，另一个排气嘴采用管道与混合腔连接，使冷热空气在混合腔中与中压风机送来的空气混合后，送至室内机的均气管，绝热转子为一个组件，嵌在绝热外壳中，可自由旋转90°，不漏气也不会产生冷热空气串气，起导流作用，使冷、热气换向，实现冷暖转换的目的。

本发明与现有技术相比较有如下的优点：

(1)应用自行研制的回冷式冷热空气发生器，能够巧妙地把空气的制冷(制热)和载冷(载热)的特性都应用起来；通过把能效比高的、有相变的制冷系统与能效比低的空气制冷结合起来；同时把发生器能排冷、排热特性结合起来，提高了整个系统的能效比。

(2)应用直径只有几英寸的小直径管道高压输气，克服了现有大型中央空调大截面低压送风回风管道的缺点，造价也相对降低。

(3)由于系统使用的工质是空气，不存在对管道的腐蚀问题，而且很安全。

(4)本发明应用了冰球贮冷技术，可以利用夜间低谷电力制冰贮冷，白天用电高峰期放出冷量降温。不仅可以降低电费，而且对电网起到调峰作用。

(5)冬天，配以燃气加热器，可以减少空调用电负荷，而且改变了空调的能源结构。

(6)选用能根据用气量大小可调节输入功率的变频调速技术的无油空气压缩机。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的多功能冷却塔的结构示意图；

图3为本发明的冰球贮冷热交换器结构示意图；

图4为本发明的室外机结构示意图；

图5为本发明的室外机中的回冷式冷热空气发生器结构示意图；

图6为图5的A-A剖视图；

图7为本发明的冷暖转换开关结构示意图；

图8为本发明的室内机结构示意图；

图9为本发明的夏天制冷温熵示意图；

图10为本发明的冬天制热温熵示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括无油空气压缩机1、冰球贮冷热交换器2、燃气加热器5、多功能冷却塔6、室外机7、室内机8、冬夏转换开关9、可调定时换向阀10，无油空气压缩机1的吸气管接入多功能冷却塔6的顶部，抽吸冷却塔中经过净化的空气，压缩机1排气口通过管道接至冬夏转换开关9，冬夏转换开关9的一端接可调定时换向阀10，另一端接至燃气加热器5，当冬夏转换开关9打到冬天位置时，高温高压空气送到燃气加热器5，经过燃气加热器5加热升温后送到总管道12，并进入与分支气管13连接的室外机7内制热，制热后的热空气再送至室内机8升温；可调定时换向阀10两个出气口各接至两个冰球贮冷热交换器2输入端，使两个冰球贮冷热交换器2轮流交替工作，两个冰球贮冷热交换器2输出排气管并联后，通过总管道12送至分支气管13的室外机8，进行空气冷热分离后再送至室内机7降温。

如图2所示，多功能冷却塔6由负氧离子发生器6-1、喷淋水管6-2、挡水板6-3、无纺布6-4、外壳6-5、承水盘6-6、水泵6-7、增压风扇6-8和蓄水池6-9组成，负氧离子发生器6-1安装在多功能冷却塔6的外壳6-5的窗口上，开动以后，抽吸壳外经过无纺布6-4过滤的新鲜空气，在高压电场下空气电离，产生负氧离子吹入冷却塔6，与喷淋水滴逆向运动的空气摩擦、瀑布效应产生的负氧离子混合，由于塔内有负氧离子存在，起到了除尘、杀菌、除臭、消毒的作用，空气得到净化；塔的吸气端口均用无纺布6-4封口，起除尘作用。外壳6-5置于承水盘6-6上，起到挡水导风作用，承水盘6-6置于蓄水池6-9上，将落下的水导入蓄水池6-9。水泵6-7装在蓄水池6-9上，抽吸蓄水池中经过降温后的凉水，送至压缩机1及制冰系统4的冷凝器降温。两者排出的热水，送到喷淋水管6-2，从塔顶部喷淋而下，使水蒸发吸热降温。增压风扇6-8置于挡水板6-3上方，开动以后抽吸塔中新鲜空气，一部分空气进入压缩机1，多余空气从塔顶周边窗口排入大气。挡水板6-3的主要功能是避免水滴进入压缩机1。

如图3所示，冰球贮冷热交换器2由冰球2-1，外壳2-2，挡球网2-3，均气板2-4组成，高温高压空气进入贮冷热交换器2，通过均气板2-4改变气流方向，使气流均匀分布后，通过挡球网2-3，挡球网的功能就是不让冰球堵塞主气口。高温空气与冰球进行热交换，冰球把冷量交换给空气，使空气降温，同时冰球温度升高，冰吸热溶化，低温高压空气从另一端通过挡球网送入主气道12，至分支气管13的室外机7。由于两只热交换器是在可调定时换向阀控制下，定时换向、轮流工作，保持排气温度达到要求的低温。

如图4所示，室外机7由过滤调压器7-1、回冷式冷热空气发生器7-2、冷暖转换开关7-3、中压风机7-4、紫外光杀菌灯7-5、无纺布7-6和回冷管7-7组成，高压冷空气从主气道进入分支气管13，经气量计量仪14进入过滤调压器7-1，滤除空气中剩余的水分，以提高气旋分离效果，同时可以调节进气压力p₁，控制用气量G₀。高压空气从回冷式冷热空气发生器7-2，分离成冷热两股气流。夏天，冷气流经过冷暖转换开关7-3与中压风机7-4回冷气流混合后，送到室内机8降温，而热气流经过冷暖转换开关7-3排入室外大气；冬天则正好相反，转换开关打到冬天位置，热气流通过冷暖转换开关7-3与回热气流混合后，送到室内机8升温，而冷气流经过冷暖转换开关7-3排入室外大气。中压风机7-4开动以后，经回冷管7-7抽吸室内回冷或回热空气，与室外新鲜空气混合，经无纺布7-6滤除室外空气的尘埃与杂物，空气吹过紫外光杀菌灯7-5，杀灭空气中的细菌，使空气净化后再送入空调间。由于中压风机的排气压力为57Kpa，故能保证空调间有57Kpa的正压，可防止“非典”之类传染病菌进入空调间。

如图5、6所示，回冷式冷热空气发生器7-2由进气嘴7-2-1、回冷室7-2-2、反射调节阀7-2-3、热管7-2-4、绝热垫7-2-5、切向喷嘴7-2-7和气旋室7-2-8组成，高压空气进入回冷式冷热空气发生器7-2的进气嘴7-2-1，在回冷室7-2-2中旋转，空气吸收由气旋室7-2-8传导出来的冷量，使空气温度T₁进一步降低。空气经数个收缩型切向喷嘴7-2-7，以高速切线方向进入气旋室7-2-8，空气以每分钟100多万转的速度高速旋转，经过内外层气流动能交换，外层气流温度升高，并沿热管7-2-4的管壁向反射调节阀7-2-3运动，并从反射调节阀的缝隙中排出热气流。由于热管外壁有层绝热垫7-2-5，使热气流温度不下降，可避免热量损失，也可防止热量散失影响冷气流降温。气旋中心的空气由于失去动能，温度降低，大部分冷气流直接从冷端小孔中挤出，中心一部分冷气流随外层热气流一道移动到反射调节阀7-2-3的反射面，折回到冷端小孔处挤出。夏天，低压冷气流经消声器7-2-6进入冷暖转换开关7-3，送至室内机8降温，而排出的热气流经冷暖转换开关7-3排出室外。冬天，低压热气流经过冷暖转换开关7-3，送入室内机8升温，而冷气流经过冷暖转换开关7-3排出室外。消声器7-2-6、是在调试发生器时使用，调完后取下，把发生器冷端与冷暖转换开关一个进气嘴(7-3-3)连接

如图7所示，冷暖转换开关7-3由绝热外壳7-3-1、可在外壳7-3-1中旋转的绝热转子7-3-2、进气嘴7-3-3和进气嘴7-3-4、排气嘴7-3-5和排气嘴7-3-6组成，冷暖转换开关7-3的绝热外壳7-3-1，其作用是防止冷量与热量向外的传导损失，绝热转子7-3-2，可在外壳中旋转90°，其作用是防止冷热气流的传导损失。夏天，低压冷气流从进气嘴7-3-4进入，从排气嘴7-3-5送到室内机8降温；低压热气流从进气嘴7-3-3进入，从排气嘴7-3-6排入室外大气；冬天，把绝热转子旋转90°，低压热气流从进气嘴7-3-3进入，从排气嘴7-3-5排出送至室内机8升温；而低压冷气流从进气嘴7-3-4进入，从排气嘴7-3-6排入室外大气。

如图8所示，室内机8由外壳8-1、惯流风扇8-2、均气管8-3、遥控接收板8-4、开合门8-5组成，低压冷气流或热气流进入均气管8-3，均气管8-3是在主管上钻许多小孔，让空气均匀喷出，惯流风扇8-2开动以后，抽吸室内空气，与低压冷气流或热气流混合后，吹向空调间，使人感到微风习习，由于出气口装有开合门8-5，使吹出的气流经常改变方向，使人体各部位均能接受到风，可避免着凉感冒；遥控接收板8-4，可遥控开关空调与冬夏冷热转换。

本发明的工作过程如下：

如图1所示，夏天制冷过程：当白天室内环境温度高于30℃时，夜间先启动制冰系统4制冰，使贮冰桶3及高压贮冷热交换器2中的冰球全部结冰。白天启动无油空气压缩机1，吸气管接入多功能冷却塔6的顶部，抽吸冷却塔中经过净化的空气，在多功能冷却塔6的进气端装有负氧离子发生器6-1，通电后产生负氧离子，与新鲜空气一道进入冷却塔，同时开动水泵6-7，抽吸蓄水池6-9中的冷水，打入压缩机1的热交换器，使排气温度降低到水温加10℃，约为40℃左右，另一股水流通过制冰系统4的冷凝器使工质液化。两者排出的热水从多功能冷却塔6的顶部喷淋而下，水蒸发吸热，降低水温后流回蓄水池6-9。在喷淋过程中，水滴与空气对流摩擦也产生负氧离子。由于冷却塔中存在负氧离子，可使空气净化、除尘、杀菌、除臭、消毒。净化后的空气进入压缩机1，经过高温(约270℃左右)、高压(0.7Mpa)，进一步杀菌，使空气进一步净化后，进入冬夏转换开关9，到可调定时换向阀10使空气定时换向，两只高压贮冷热交换器2轮流工作。由于制冰系统4连续工作，使两只高压贮冷热交换器2永远保持冰冻贮冷状态，排出的空气温度保持在0℃～-50℃之间，空气进入室外机7调节阀(调节气量用)，流量计量仪14(用气量计费)，过滤调压器7-1，滤除残余的水汽后进入回冷式冷热空气发生器7-2，冷端送出的冷气经过冷暖转换开关7-3与同时开动的中压风机7-4，经过除尘、紫外线杀菌的部分室外新鲜空气与一次回冷气一道送入室内机8，与惯流风扇8-2产生的循环风混合后的冷空气一道吹向空调间降温，达到微风习习、制冷降温的目的；同时送入了大量的干净新鲜空气，使人们倍感舒适宜人，热气流经过冷暖转换开关7-3排入大气。

如图1虚线箭头方向所示，冬天制热过程：当室外环境温度低于-9℃时，室内温度低于7℃时，启动无油空气压缩机1及中压风机7-4，水泵6-7直接向多功能冷却塔6供水喷淋，切断其他冷却水路，制冰系统4停机，燃气加热器5工作。无油空气压缩机1抽吸多功能冷却塔6的空气，打开负氧离子发生器6-1，新鲜空气经过负氧离子发生器6-1产生负氧离子，与冷却塔中喷淋摩擦产生的负氧离子，对新鲜空气除尘、杀菌、消毒、除臭后的洁净空气进入压缩机1，经高温高压灭菌后的洁净空气，排气温度高于120℃。冬夏转换开关9打到冬天指示位置，0.7Mpa的高温热气经过燃气加热器5，使空气温度进一步提高，经单向阀11进入室外机的调节阀、流量计量仪14、过滤调压器7-1，滤除残余的水汽后，进入回冷式冷热空气发生器7-2，分离后的冷气流经过冷暖转换开关7-3排入室外大气，而热气流经过冷暖转换开关7-3与中压风机7-4送出的洁净新鲜空气一道送入室内机8，与惯流风扇8-2产生的循环风混合后的热气一道吹向空调间升温，同时送入大量的新鲜空气，使人们倍感温暖舒适。

如图9所示，本发明的夏天制冷温熵示意图，其中，进气温度T₁可以是风冷降温，一次水冷降温，二次水冷降温，均为实测数据。根据温熵图图9及实验观察，导出以下经验公式：

q₀＝B_C·μ_C·C_P·ΔT_C·P₁/P_C·(T₀-T_C)..................(1)

因为ΔT_C＝T₁-T_C

故  T_C＝T₁-ΔT_C  ....................................(2)

将(2)式代入(1)式，得：

q₀＝B_C·μ_C·C_P·ΔT_C·P₁/P_C·(T₀+ΔT_C-T₁)..................(3)

式中：

q₀-单位质量流量制冷量(Kcal/kg)

B_C-比例系数(根据实验测算确定)

μ_C-冷气流质量比(μ_C＝G_C/G₀，G₀＝G_C+G_h)

G_C-冷气流量(kg/h)

G_O-总耗气量(kg/h)

G_h-热气流量(kg/h)

C_P-空气的定压比热(C_P＝0.24Kcal/kg℃)

T₀-为夏天室外计算温度

T₁-发生器的进气温度

ΔT_C-制冷温度效应

P₁-发生器的进气压力(Mpa)

P_C-冷气流的反压力(Mpa)

计算B_C值，实验测得以下数据：

当T₀＝35℃，T₁＝40℃(风冷)，P₁/P_C＝5.3，T_C＝5℃，ΔT_C＝35℃，μ_C＝0.5，C_P＝0.24Kcal/kg℃，q₀＝17Kcal/kg

代入(3)式，得

B_C＝0.0254

当系统没有制冰机时，压缩空气的单位能耗L₁₀＝0.08kw·h/kg，当有制冰机时，制冰的单位空气能耗为L₂₀＝0.012kw·h/kg，系统总能耗L＝L₁₀+L₂₀＝0.092kw·h/kg，

能效比按下式计算：

COP＝q₀/L·A................................................(4)

式中：A为热功当量，A＝860Kcal/kw·h

L或L₁₀为压缩空气的单位能耗

当μ_C＝0.6，C_P＝0.24Kcal/kg℃，T₀＝35℃，P₁/P_C＝7，ΔT_C＝50℃，B_C＝0.0254时，计算各种不同的T₁温度时，q₀、T_C及COP，列入下表：

T<sub>1</sub>(℃)	50(风冷)	40(水冷)	10(冰冷)	0(冰冷)	-15	-30	-50	-70
									q<sub>0</sub>(Kcal/kg)	17	57.6	96	108.8	128	147.2	172.8	198.4
T<sub>C</sub>(℃)	0	-10	-40	-50	-65	-80	-100	-120
									COP	0.65	0.837	1.21	1.375	1.61	1.86	2.18	2.5

如图10所示，本发明的冬天制热温熵示意图，其进气温度T₁可直接利用压缩机的排气温度。由于压缩机为金属制件，导热性比较强，有热量损失。通常离心式压缩机排气温度在60℃～120℃之间，如果经水冷却后，可降到45℃左右。因此，冬天压缩机的排气可以直接排出，不需要经过水冷。压缩机的理论排气温度按下式计算。

T_b＝T₀(P_b/P₀)^n-1/n..........................................(5)

T_b-为压缩机的理论排气温度K

T₀-为压缩机的吸气温度K

P_b-为压缩机的排气压力Mpa

P₀-为压缩机的吸气压力Mpa

n-为多方指数，离心式压缩机n＝1.6

冬天，如果T₀＝264k(-9℃)，P_b/P₀＝7，n＝1.6，代入公式(5)，计算得：T_b＝547k(275℃)

为了提高压缩空气温度，在排气温度基础上，用燃气加热器(相当于现在使用的燃气热水器一样)。根据温熵示意图(附图10)及实验测算，导出以下公式：

q_h＝B_h·μ_h·C_P·ΔT_h·P₁/P_h·[T_h-T₀]  ..................(6)

因为：ΔT_h＝T_h-T₁

所以T_h＝T₁+ΔT_h..................(7)

将(7)式代入(6)式得：

q_h＝B_h·μ_h·C_P·ΔT_h·P₁/P_h·[T₁+ΔT_h-T₀]...............(8)

式中：

q_h-为单位质量流量制热量Kcal/kg

B_h-为比例系数(根据实验数据测算确定)

μ_h-为热气流质量比

μ_h＝G_h/G₀＝G_h/(G_c+G_h)

G_h-为热气流量(kg/h)

G₀-为总耗气量(kg/h)

G_c-为冷气流量(kg/h)

C_P-为空气的定压比热，C_P＝0.24Kcal/kg℃

T₁-为发生器的进气温度℃

ΔT_h-为制热温度效应℃

T₀-为冬天室外环境计算温度℃

P₁-为压缩机的排气压力Mpa

P_h-为热气流的反压力Mpa

用实测数据计算B_h值。结果如下：

当T₁＝30℃(二次水冷)，测得热气流温度T_h＝103℃，压缩机吸气温度T₀＝5℃，P₁/P_h＝5.3，μ_h＝0.4，C_P＝0.24Kcal/kg℃，制热温度效应ΔT_h＝73℃，q_h按下式计算：

q_h＝C_p·(T_h-T₀)..............................(9)

q_h＝0.24Kcal/kg℃×(103℃-5℃)＝23.52Kcal/kg

代入公式(8)计算，

B_h＝23.52Kcal/kg/0.4×0.24×5.3×73×(30℃+73℃-5℃)

＝23.52/3639.95＝0.00646

COP＝23.52Kcal/kg/0.08Kwh/kg×860Kcal/Kwh＝0.341

在下列条件下，T₀＝5℃，μ_h＝0.4，C_P＝0.24Kcal/kg℃，ΔT_h＝73℃，P₁/P_h＝7，B_h＝0.00646，

根据公式(8)，计算各种不同的进气温度下的q_h、T_h及COP值，列表如下：

T<sub>1</sub>(℃)	60	120	180	300	400
						q<sub>h</sub>(Kcal/kg)	40.56	59.4	78.36	116.28	147.88
T<sub>h</sub>(℃)	133	193	253	373	473
						COP	0.589	0.863	1.13	1.69	2.14

总之，本发明是利用空气既能制冷制热，又能载冷载热的特性，通过回冷式冷热空气发生器，把能效比低的空气制冷与能效比高的其他制冷方式(如氨制冷)巧妙地结合起来，它完全不用有害的制冷工质氟里昂(CFC)，也不使用技术尚未成熟的替代工质R134a(HFC134a，四氟甲烷)，其能效比可与现有的中央空调媲美(在一定的条件下其能效比可以接近以氟里昂为工质的家用空调机)，同时，可以提供大量的新鲜空气，防止“空调病”的发生，使空调间更加舒适宜人。

Claims (7)

1、一种空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：它包括无油空气压缩机(1)、冰球贮冷热交换器(2)、贮冰桶(3)、制冰系统(4)、燃气加热器(5)、多功能冷却塔(6)、室外机(7)、室内机(8)、冬夏转换开关(9)、可调定时换向阀(10)，夏天制冷时，无油空气压缩机(1)的吸气管接入多功能冷却塔(6)的顶部，抽吸多功能冷却塔(6)中经过净化的室外新鲜空气，净化后的空气经过冬夏转换开关(9)送至可调定时换向阀(10)，经过可调定时换向阀(10)两个出气口接入两个冰球贮冷热交换器(2)，两个冰球贮冷热交换器(2)浸在贮冰桶(3)的水中，两个冰球贮冷热交换器(2)轮流交替工作，使空气与冰球交换热量，空气温度降低到0℃以下，排入主气道(12)送至分支气道(13)的室外机(7)，进行空气冷热分离后再送至室内机(8)降温；冬天制热时，无油空气压缩机(1)的吸气管接入多功能冷却塔(6)的顶部，无油空气压缩机(1)的排气口通过管道接至冬夏转换开关(9)，冬夏转换开关(9)的一端接可调定时换向阀(10)，另一端接至燃气加热器(5)，当冬夏转换开关(9)打到冬天位置时，高温高压空气送到燃气加热器(5)，由燃气加热器(5)加热升温后送到主气道(12)，并进入与分支气道(13)连接的室外机(7)内制热，制热后的热空气再送至室内机(8)升温；水泵开动后抽吸多功能冷却塔(6)水池中的冷水一路进入无油空气压缩机(1)的热交换器，使排气温度降低，另一路进入制冰系统(4)的冷凝器使工质液化，经过无油空气压缩机(1)的热交换器和制冰系统(4)的冷凝器两路排出的热水，再经过回热管进入多功能冷却塔(6)喷淋降温，在多功能冷却塔(6)的水池中得到进一步冷却净化后，再抽吸，达到循环利用的目的。

2、根据权利要求1所述的空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：所述的冰球贮冷热交换器(2)由冰球(2-1)，外壳(2-2)，挡球网(2-3)，均气板(2-4)组成，外壳(2-2)内放置冰球(2-1)，冰球(2-1)两边通过挡球网(2-3)挡住冰球，以避免冰球(2-1)堵塞位于外壳(2-2)两端的进出气口，进气端均气板(2-4)位于挡球网(2-3)的前面，均气板(2-4)用于改变气流方向，使气流均匀分布后，通过挡球网(2-3)进入出气口。

3、根据权利要求1所述的空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：所述的多功能冷却塔(6)上部为外壳(6-5)，下部为蓄水池(6-9)，中间通过起到挡水导风作用的且将落下的水导入蓄水池(6-9)中的承水盘(6-6)分开，在外壳(6-5)的进气端装有负氧离子发生器，通电后产生负氧离子，与新鲜空气一道进入冷却塔；水泵(6-7)通过管路与蓄水池(6-9)相接，抽吸蓄水池(6-9)中经过降温后的凉水，送至无油空气压缩机(1)及制冰系统(4)降温，两者排出的热水，送到喷淋水管(6-2)，从塔顶部喷淋而下，使水蒸发吸热降温；喷淋水管(6-2)的上部设有为避免水滴进入无油空气压缩机(1)的挡水板(6-3)，增压风扇(6-8)置于挡水板(6-3)上方，开动以后抽吸塔中新鲜空气，一部分空气进入无油空气压缩机(1)，多余空气从多功能冷却塔(6)的塔顶周边窗口排入大气。

4、根据权利要求1所述的空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：所述的室外机(7)由过滤调压器(7-1)、回冷式冷热空气发生器(7-2)、冷暖转换开关(7-3)、中压风机(7-4)、紫外光杀菌灯(7-5)、无纺布(7-6)组成，高压冷空气从主气道(12)进入分支气管(13)，经气量计量仪(14)进入过滤调压器(7-1)，滤除空气中剩余的水分，以提高气旋分离效果，同时可以调节进气压力，控制用气量，过滤调压器(7-1)输出的高压空气进入回冷式冷热空气发生器(7-2)，由回冷式冷热空气发生器(7-2)分离成冷热两股气流，夏天冷气流经过冷暖转换开关(7-3)与中压风机(7-4)回冷气流混合后，送到室内机(8)降温，而热气流经过冷暖转换开关(7-3)排入室外大气；冬天热气流通过冷暖转换开关(7-3)与回热气流混合后，送到室内机(8)升温，而冷气流经过冷暖转换开关(7-3)排入室外大气；中压风机(7-4)与回冷管(7-7)相接，抽吸室内回冷或回热空气，与室外新鲜空气混合，再经过无纺布(7-6)滤除室外空气的尘埃与杂物，空气吹过经紫外光杀菌灯(7-5)，杀灭空气中的细菌，使空气净化后由中压风机(7-4)送入空调间。

5、根据权利要求4所述的空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：所述的回冷式冷热空气发生器(7-2)由进气嘴(7-2-1)、回冷室(7-2-2)、反射调节阀(7-2-3)、热管(7-2-4)、绝热垫(7-2-5)、切向喷嘴(7-2-7)及气旋室(7-2-8)组成，进气嘴(7-2-1)的进口接至分支气管(13)，进气嘴(7-2-1)出口接至回冷室(7-2-2)，使高速气流切向喷射到与回冷室(7-2-2)内并在其内高速旋转，吸收冷端传导出来的冷量，使空气自身温度再降低，达到回冷目的；回冷室(7-2-2)的内层开有数个集束型切向喷嘴(7-2-7)，导流至气旋室(7-2-8)，使气流高速旋转，冷热分离，冷气流经发生器端盖送至冷暖转换开关(7-3)的进气嘴(7-3-3)；气旋室(7-2-8)的另一端接热管(7-2-4)，热管(7-2-4)的末端与反射调节阀座(7-2-3)相连，反射调节阀(7-2-3)移动时可以调节热气流的大小，改变冷气流质量比μ_c，反射调节阀座(7-2-3)热气出口与一个进气嘴(7-3-4)连接。

6、根据权利要求4所述的空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：所述的冷暖转换开关(7-3)由绝热外壳(7-3-1)，可在外壳(7-3-1)中旋转的绝热转子(7-3-2)，一个进气嘴(7-3-3)，另一个进气嘴(7-3-4)，一个排气嘴(7-3-5)和另一个排气嘴(7-3-6)组成，其中一个进气嘴(7-3-3)与发生器冷端相连；另一进气嘴(7-3-4)与回冷式冷热空气发生器(7-2)热端相连，一个排气嘴(7-3-5)采用管道连接直通大气，另一个排气嘴(7-3-6)采用管道与混合腔连接，使冷热空气在混合腔中与中压风机(7-4)送来的空气混合后，送至室内机(8)的均气管(8-3)，绝热转子(7-3-2)为一个组件，嵌在绝热外壳(7-3-1)中，可自由旋转90°。

7、根据权利要求5所述的空气制冷制热中央空调系统，其特征在于：所述的集束型切向喷嘴(7-2-7)的数量为2个或2个以上。

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