CN102287914B

CN102287914B - 一种无需电力驱动的空气能产生热水的方法及其装置

Info

Publication number: CN102287914B
Application number: CN 201110164443
Authority: CN
Inventors: 罗永道
Original assignee: Yunnan Normal University
Current assignee: Yunnan Normal University
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN102287914A

Abstract

一种无需电力驱动的空气能产生热水的方法及其装置，属于空气能应用技术领域。本发明利用高位水箱的水势能对机械压缩泵做工，压缩热介质，使其通过热交换器从空气中获取大量的热能，再通过另一个热交换器把热介质中的热能交换给毛细纤维丛高末梢处的水，经过蒸腾作用和凝结，使水从低处迁移到高处，完成机械压缩泵的循环做工，同时完成对水的加热。装置包括：高、低水箱、毛细纤维丛、吸热交换器、放热交换器、毛细纤维丛水箱、水活塞、热介质活塞、热介质管道、弹簧、杠杆、水阀、热介质阀及水管。本发明具有装置结构简单，可靠性高，零耗电，零排放，无污染；能充分利用无污染的空气能量产生水温、水压稳定的热水；能广泛用于各种环境的优点。

Description

一种无需电力驱动的空气能产生热水的方法及其装置

技术领域：

本发明涉及一种无需电力驱动的空气能产生热水的方法及其装置，属空气能应用技术领域。

背景技术：

现有采用热泵的空气能热水供应装置都需要电力驱动才能工作，由于有电力驱动的压缩机和电控系统，系统的运行成本很高，可靠性也不高。

在国际专利方面，美国专利US7155922 [3]和US7579700 [4]分别介绍了采用热泵技术实现空气能的利用，二者都需要外部电力辅助运行。

在国内专利方面，中国专利ZL 200510020370.2 [1]和CN 101788205 A [2]分别介绍了采用热泵技术实现空气能的利用，二者都需要外部电力辅助运行。

本发明利用毛细现象，通过毛细纤维丛把水从低处提升至高处，实现无需电力驱动的空气能产生热水的方法及其装置。经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

参考文献：

[1] 赵越野. 一种空气能集中热水供应方法及其装置. 中国专利：ZL 200510020370.2

[2] 湖南元亨科技发展有限公司. 高效空气能水源热泵一体化机组. 中国专利：CN 101788205 A

[3] Harmon. Energy efficient heat pump systems for water heating and air conditioning. Patent Number: US7155922

[4] Meller. System and method for converting electrical energy into pressurized air and converting pressurized air into electricity. Patent Number: US7579700

发明内容：

本发明的目的在于提供一种无需电力驱动的空气能产生热水的方法及其装置。该方法能充分利用无环境污染的空气能量，随时高效提供水温、水压稳定的热水；装置采用纯机械控制装置，可靠性高，零耗电，零排放，环保运行。

本发明的无需电力驱动的空气能产生热水的方法为：利用高位水箱的水势能对机械压缩泵做工，压缩热介质，使其通过一个热交换器从空气中获取大量的热能，再通过另一个热交换器把热介质中的热能交换给毛细纤维丛高末梢处的水，经过蒸腾作用和凝结，使水从低处迁移到高处，完成机械压缩泵的循环做工，同时完成对水的加热；在机械控制装置的统一控制下，最终实现水的高-低往复循环和热介质的压缩-膨胀、吸热-放热循环。

用于无需电力驱动的空气能产生热水的装置，其装置包括：高位水箱（7），一端与高位水箱（7）连接的密封容器（20），置于密封容器（20）中的毛细纤维（19），置于毛细纤维（19）下端的毛细纤维丛水箱（18），位于高位水箱（7）内部且安装在毛细纤维（19）高末梢周围的放热交换器（23），通过毛细纤维丛水箱（18）下端的其上装有水阀（17）的管道连接的低位水箱（14），置于低位水箱（14）一端的水活塞（16）和弹簧（15），分别与高位水箱（7）和热介质活塞（12）连接的其上装有第二止回阀（21）的热介质管道（22），通过其上装有热介质阀（9）的热介质管道（8）与高位水箱（7）连接的吸热交换器（10），吸热交换器（10）下端通过其上装有第一止回阀（11）的管道连接到热介质活塞（12），分别与热介质阀（9）、热介质活塞（12）、水阀（17）、水活塞（16）连接的杠杆（13），一端与高位水箱（7）连接、另一端与低位水箱（14）连接的其上装有启动水阀（2）的水管（1），分别置于高位水箱（7）上的进水管（3）、出水管（4）、排空阀（5）及球阀（6）。

装置工作时，高位水箱中水的压力驱动水活塞运动，推动杠杆运动并压缩弹簧，杠杆的运动驱动热介质活塞运动，压缩热介质，热介质中的热能通过热交换器加热毛细纤维丛高处末梢的水，使其蒸腾和冷凝，补充高位水箱流到低位水箱中流失的水，这一过程中，水的势能转化为弹簧的势能和杠杆推动热介质活塞压缩热介质的压力势能，当水活塞运动到一定行程时，触发控制水阀开关动作，打开水阀，水体从密封低位水箱中流到毛细纤维丛水箱中，此时低位水箱的压力降低，水活塞和与其相连接的杠杆在弹簧的作用下，向相反的方向运动，同时触发热介质控制阀开关动作，打开热介质阀，热介质在吸热交换器中膨胀，从空气中吸收热能，当水活塞运动到起始位置时，水阀关闭，同时在杠杆控制下，热介质阀关闭，系统进入下一个循环周期。

本发明的优点在于：装置结构简单，可靠性高，零耗电，零排放，无污染；能充分利用无环境污染的空气能量产生水温、水压稳定的热水；能广泛用于各种环境，尤其是没有电力供应的偏远地区或者生态环境已经非常脆弱的地区。

附图说明：

图1是本发明的运行过程与结构示意图。

具体实施方式：

下面对照附图并结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明利用高位水箱的水势能对机械压缩泵做工，压缩热介质，使其通过一个热交换器从空气中获取大量的热能，再通过另一个热交换器把热介质中的热能交换给毛细纤维丛高末梢处的水，经过蒸腾作用和凝结，使水从低处迁移到高处，完成机械压缩泵的循环做工，同时完成对水的加热；在机械控制装置的统一控制下，最终实现水的高-低往复循环和热介质的压缩-膨胀、吸热-放热循环。

如图1所示的本发明的装置包括：1水管，2启动水阀，3进水管，4出水管，5排空阀，6球阀，7高位水箱，8热介质管道，9热介质阀，10吸热交换器，11止回阀，12热介质活塞，13杠杆，14低位水箱，15弹簧，16水活塞，17水阀，18毛细纤维丛水箱，19毛细纤维，20密封容器，21止回阀，22热介质管道，23放热交换器。装置采用市售材料按常规方法制备。

工作过程如下：

开始加热工作前，应该完成水的加注和其他准备工作，操作过程如下：首先关闭启动水阀2，关闭出水阀3，打开进水阀4，水加满后，自动关闭排空阀5，进入加热循环工作。

开始加热工作时，关闭进水阀4，打开启动水阀2，高位水箱7中的水通过水管1到达低位水箱14，驱动水活塞16运动，压缩弹簧15，同时推动杠杆13运动，热介质活塞12在杠杆13的作用下，压缩热介质，热介质通过止回阀21和热介质管道22，到达放热交换器23，对毛细纤维丛19高处末梢的水加热，通过蒸腾和冷凝作用，把水从毛细纤维丛水箱18中提升至高位水箱7，同时完成了对水体的加热。

水活塞16推动杠杆13运动到特定位置时，触发打开水阀17，水体从低位水箱14流到毛细纤维丛水箱18，此时低位水箱14的压力突然降低，水活塞16在弹簧15 的作用下，向相反的方向运动，回到起始的位置；与此同时，杠杆13也触发打开热介质阀9，热介质管道8中的热介质进入吸热交换器10膨胀，从空气中吸热；与此同时，杠杆13拉动热介质活塞12做相反的运动，热介质活塞12的气室形成负压，打开止回阀11，吸热交换器中膨胀的热介质经过止回阀11到达气室，此时，止回阀21关闭，防止放热交换器23中的热介质回流到气室。

水活塞16回到起始的位置后，经过杠杆13关闭水阀17，同时关闭热介质阀9，水箱14的压力重新增大，推动水活塞运动，进入下一个循环运动。

如此反复循环运动，实现水的高-低往复循环和热介质的压缩-膨胀、吸热-放热循环，这两个循环同步协调运行，最终实现了水体的加热。

需要特别说明的是：高位水箱7、低位水箱14、水管1形成一个密闭的真空系统，毛细纤维丛水箱18、密封容器20形成另一个密闭的系统；首次循环时，在水压作用下，水体从高位水箱7经水管1流到低位水箱14，从而在高位水箱7中形成一个真空，这个真空有利于毛细纤维丛19高处末梢水体的蒸腾；同时，由于低位水箱14、水管1开始时没有水，充满了空气，当水第一次从高位水箱7经过水管1往下流时，低位水箱14实际上是充满了水和压缩空气，所以当水阀17第一次打开时，流到毛细纤维丛水箱18中的主要是压缩空气，这导致密封容器20的气压大于环境大气压，这个结果有利于毛细纤维丛19提升水到高处。

Claims

1.一种无需电力驱动的空气能产生热水的方法，其特征在于该方法为：利用高位水箱的水势能对机械压缩泵做工，压缩热介质，使其通过一个热交换器从空气中获取大量的热能，再通过另一个热交换器把热介质中的热能交换给毛细纤维丛高末梢处的水，经过蒸腾作用和凝结，使水从低处迁移到高处，完成机械压缩泵的循环做工，同时完成对水的加热；在机械控制装置的统一控制下，最终实现水的高-低往复循环和热介质的压缩-膨胀、吸热-放热循环。

2、一种使用权利要求1所述的无需电力驱动的空气能产生热水的方法的装置，其特征在于该装置包括：高位水箱（7），一端与高位水箱（7）连接的密封容器（20），置于密封容器（20）中的毛细纤维（19），置于毛细纤维（19）下端的毛细纤维丛水箱（18），位于高位水箱（7）内部且安装在毛细纤维（19）高末梢周围的放热交换器（23），通过毛细纤维丛水箱（18）下端的其上装有水阀（17）的管道连接的低位水箱（14），置于低位水箱（14）一端的水活塞（16）和弹簧（15），分别与高位水箱（7）和热介质活塞（12）连接的其上装有第二止回阀（21）的热介质管道（22），通过其上装有热介质阀（9）的热介质管道（8）与高位水箱（7）连接的吸热交换器（10），吸热交换器（10）下端通过其上装有第一止回阀（11）的管道连接到热介质活塞（12），分别与热介质阀（9）、热介质活塞（12）、水阀（17）、水活塞（16）连接的杠杆（13），一端与高位水箱（7）连接、另一端与低位水箱（14）连接的其上装有启动水阀（2）的水管（1），分别置于高位水箱（7）上的进水管（3）、出水管（4）、排空阀（5）及球阀（6）。