CN102261712A

CN102261712A - 一种由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调

Info

Publication number: CN102261712A
Application number: CN2011102508467A
Authority: CN
Inventors: 谢英柏; 刘建林; 刘春涛; 王江江
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: CN102261712B

Abstract

一种由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，属空气调节技术领域。它由空调主机、室内换热器和室外换热器组成，所述空调主机包括一个柱状的换能腔，换能腔前端由耐压振动膜密封并通过喇叭口状声压扩大器接收机器噪音，后端通过共振管与共振腔相通，内部充有液态二氧化碳；在换能腔内设置有间隔布置的多个轴向换能板，换能板的前端固定有热端换热器，后端固定有冷端换热器；所述室外换热器的循环水路流经热端换热器的内腔；所述室内换热器的循环水路流经冷端换热器的内腔。本发明结构简单，可靠性高，能有效降低工业厂房的噪音水平并可根据需要调节工位空气温度，给运行人员创造舒适的工作环境。

Description

一种由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调

技术领域

本发明涉及一种以工业噪音为驱动源、以液态二氧化碳为工质的工位空调，属空气调节技术领域。

背景技术

在工业生产过程中，产生噪音的机电设备很多，有的声压级比较大。比如，大型球磨机声压级120dB、大型风机房110dB、织布车间100dB、冲床车间100dB等等。为便于对设备进行操作和检测，在其附近一般都设有值班室，强烈的噪音不仅干扰设备通讯与语言交流，还会对人体产生多种不良影响，如引起耳聋、诱发各种疾病、扰乱大脑思维等，使生产效率降低，严重的甚至导致误操作，造成重大生产事故。

噪音声源无论强弱和大小，均能向外界释放能量。这些能量是通过声能的方式被激发出去，声能是一种振荡形式的能量，声波在空气中传播时会产生压力的波动和位移的波动，还会引起温度的波动。当声波所引起的压力、位移、温度波动作用到固体边界时，就会发生明显的声波能量与热能的相互转换，这就是热声效应。利用热声效应收集这些能量，不仅可以减少能源的浪费，而且还可以降低工业企业的噪音水平，给运行人员创造舒适的工作环境，提高其工作效率。但由于噪音的能量密度较低，不易收集，因而对设备的能量转换效率要求较高，这就增加了噪音利用的难度，导致至今仍没有理想的以噪音为驱动源的设备。

发明内容

本发明的目的在于将噪声变废为宝、提供一种由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，在降低工业厂房噪音水平的同时，给运行人员创造舒适的工作环境。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，由空调主机、室内换热器和室外换热器组成，所述空调主机包括一个柱状的换能腔，换能腔前端由耐压振动膜密封并通过喇叭口状声压扩大器接收机器噪音，后端通过共振管与共振腔相通，内部充有液态二氧化碳；在换能腔内设置有间隔布置的多个轴向换能板，换能板的前端固定有热端换热器，后端固定有冷端换热器；所述室外换热器的循环水路流经热端换热器的内腔；所述室内换热器的循环水路流经冷端换热器的内腔。

上述由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，所述热端换热器和冷端换热器通过两个四通阀在室外换热器的循环水路与室内换热器的循环水路之间切换。

上述由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，所述共振管的长度为1/2声波波长，所述共振腔为球状，所述冷端换热器到耐压振动膜的距离为1/4声波波长。

上述由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，所述热端换热器、冷端换热器、室内换热器和室外换热器之间的连接管路的外部均包裹保温材料。

本发明利用声压扩大器接收并提高机器噪音的声压，使声波的能量密度增大，利用声波在换能板上产生的热声效应制冷或制热。从而将有害的噪声转换为可用的能量，减少了噪音对环境的污染，提高了能量的利用率。

本发明结构简单，成本低廉，可靠性高，能有效降低工业厂房的噪音水平并可根据需要调节工位空气温度，给运行人员创造舒适的工作环境。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是本发明在制冷模式下的循环路径示意图；

图2是本发在制热模式下的循环路径示意图；

图3是空调主机的结构示意图；

图4是空调器在厂区布置示意图。

图中各标号为：

1、声压扩大器；2、耐压振动膜；3、热端换热器；4、换能板；5、冷端换热器；6、共振管；7、共振腔；8、换能腔；9、噪声源；10、工房；11、值班室；12、控制台；O、空调主机；M、N、四通阀；P、室内换热器；Q、室外换热器；a、热端换热器水侧出口；b、热端换热器水侧入口；c、冷端换热器水侧出口；d、冷端换热器水侧入口。

具体实施方式

所谓工位空调(Task Air-Conditioning)，是在以工作台为个人工作单元的开放式办公空间内，把空调系统细分到每个工作位上，工作人员可以自主控制送风量、送风方向以及送风温度等参数，来调节工作区域内的温度、湿度和污染物浓度，在保证局部微环境舒适的同时，能够有效节约能源的空调系统。工位空调将清洁、低焓值空气直接送入人员呼吸区，可感知的空气品质较高。另外，本发明所述的工位空调，有两个特点，一是空调输出功率小，二是主要强调用于工位操作个人，不强调用于整个空间的空气调节。

在普冷领域，声制冷的适宜介质为处于近临界区的液体，如液态CO2、碳氢化合物CmHm等。由于自然工质CO2的临界温度只有31℃，且具有较大的压缩系数和热膨胀系数、较小的普朗特数，因此，CO2热声制冷机特别适用于较小温差、较大能量流密度的场合。同时，CO2具有很多优点：安全，无毒；物理化学稳定性好；单位容积制冷量大，有利于减小装置体积；流动传热性能好；此外，CO2容易获取，价格低廉，不需要回收，并且它不破坏臭氧层。因此，许多研究者认为二氧化碳是“21世纪最具前景的制冷剂”。

参看图1、图2，本发明由空调主机O、室内换热器P、室外换热器Q和两个四通阀M、N组成，空调主机O由喇叭口状声压扩大器1、换能腔8、共振管6、共振腔7组成，换能腔8的前端通过耐压振动膜2和声压扩大器1接收机器噪音，后端经共振管6与共振腔7相连，在换能腔8内设置有间隔布置的多个换能板4，换能板4的前端固定有热端换热器3，后端固定有冷端换热器5，热端换热器3的水侧出、入口分别接四通阀M的a口和四通阀N的b口，冷端换热器5的水侧出、入口分别接四通阀M的c口和四通阀N的d口；室内换热器P的两循环水接口分别接四通阀M的h口和四通阀N的g口；室外换热器Q的两循环水接口分别接四通阀M的e口和四通阀N的f口。

本发明通过改变四通阀M、N内部管路走向使热端换热器3和冷端换热器5在室外换热器Q的循环水路与室内换热器P的循环水路之间交叉换位,实现制冷模式和制热模式的切换。

1）制冷模式

参见图1和图3，在制冷模式下运行时，四通阀M内部管路将其a口与e口连通，c口与h口连通；四通阀N内部管路将其d口与g口连通，b口与f口连通。因而室外换热器Q的循环水路流经热端换热器3的内腔，而室内换热器P的循环水路流经冷端换热器5的内腔。

在冷端换热器5处，制冷剂二氧化碳吸收冷端换热器5内部循环水的热量，降低水侧温度，水经四通阀M(c-h)进入室内换热器P中，风机将低温水侧冷量散给室内空气，水经四通阀N(g-d)返回冷端换热器5，进行下一次散热循环。参见图4，低温空气经风管从控制台12两侧百叶出风口出风，给工位处运行人员创造舒适环境。

在热端换热器3处，制冷剂二氧化碳将热量散给水，提升水侧温度，水经四通阀M(a-e)进入室外换热器Q中，风机将高温水侧热量散给室外空气，水经四通阀N(f-b)返回热端换热器3，进行下一次吸热循环。

2）制热模式

参见图2和图3，在制热模式下运行时，四通阀M内部管路将其a口与h口连通，c口与e口连通；四通阀N内部管路将其d口与f口连通，b口与g口连通。因而室外换热器Q的循环水路流经冷端换热器5的内腔，而室内换热器P的循环水路流经热端换热器3的内腔。

在冷端换热器5处，制冷剂二氧化碳吸收水侧热量，降低水侧温度，水经四通阀M(c-e)进入室外换热器Q中，低温水吸收室外空气侧热量，水经四通阀N(f-d)返回冷端换热器5，进行下一次散热循环。

在热端换热器3处，制冷剂二氧化碳将热量散给水，提升水侧温度，水经四通阀M(a-h)进入室内换热器P中，风机将高温水侧热量散给室内空气，水经四通阀N(g-b)返回热端换热器3，进行下一次吸热循环。参见图4，高温空气经风管从控制台12两侧百叶出风口出风，给工位处运行人员创造舒适环境。

声压扩大器1是系统的能量收集器。虽然厂区的噪声声压比较大，但是以驱动声制冷机的标准来看，无法直接利用。声压扩大器1可把声压提高至35kPa(185dB)以上。

耐压振动膜2是将外界声波转换成共振腔内部压力波的装置。耐压振动膜2为硅胶薄片，具有层叠结构，含多层高韧性膜，传声性能良好。

热端换热器3是吸收高温高压二氧化碳热量的装置，工作于低声导区。换能板4是实现声功与热量相互转换的装置。换能板4为平板型，由多层不锈钢平行叠置，间距为2-4倍的热渗透深度，形成声波通道。换能板的最佳位置是布置在压力波腹和波节之间。

所述冷端换热器5是向低温低压二氧化碳释放热量的装置。冷端换热器5到耐压振动膜2的距离约为1/4波长，工作于高声导区。共振管6是一个长度为1/2波长的圆柱筒。共振腔7是一个共振球体，这样可使冷端换热器5处的阻抗为零(使质点速度最大)，因而在热声管组中产生声驻波。这样即使声源的输出功率不大，波腹处的声压级却可以很高，从而获得很高的能量转换效率，可提高能量转换效率一倍以上。

耐压振动膜2换热器侧、热端换热器3和冷端换热器5的二氧化碳侧、换能板4，共振管6和共振腔7是连通的，内部充满液态二氧化碳。热端换热器3、换能板4、冷端换热器5及全部水侧管路均包裹保温材料。

Claims

1.一种由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，其特征是，它由空调主机（O）、室内换热器（P）和室外换热器（Q）组成，所述空调主机（O）包括一个柱状的换能腔（8），换能腔（8）前端由耐压振动膜（2）密封并通过喇叭口状声压扩大器（1）接收机器噪音，后端通过共振管（6）与共振腔（7）相通，内部充有液态二氧化碳；在换能腔（8）内设置有间隔布置的多个轴向换能板（4），换能板（4）的前端固定有热端换热器（3），后端固定有冷端换热器（5）；所述室外换热器（Q）的循环水路流经热端换热器（3）的内腔；所述室内换热器（P）的循环水路流经冷端换热器（5）的内腔。

2.根据权利要求1所述由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，其特征是，所述热端换热器（3）和冷端换热器（5）通过两个四通阀在室外换热器（Q）的循环水路与室内换热器（P）的循环水路之间切换。

3.根据权利要求1或2所述由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，其特征是，所述共振管（6）的长度为1/2声波波长，所述共振腔（7）为球状，所述冷端换热器（5）到耐压振动膜（2）的距离为1/4声波波长。

4.根据权利要求3所述由工业噪音驱动的二氧化碳工位空调，其特征是，所述热端换热器（3）、冷端换热器（5）、室内换热器（P）和室外换热器（Q）之间的连接管路的外部均包裹保温材料。