CN103542474A

CN103542474A - 太阳能空调系统

Info

Publication number: CN103542474A
Application number: CN201310515311.7A
Authority: CN
Inventors: 荣国华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-01-29
Also published as: CN103884129A; CN103884129B; CN203824150U

Abstract

本发明使用太阳能或工艺余热作为动力和热源，采用水或无害的制冷剂作为循环介质，利用压力差和压缩式制冷循环原理，进行制冷和采暖的空调系统。它由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成，是一种环保节能的空调产品。

Description

太阳能空调系统

技术领域

本发明属于空调制冷领域，具体涉及利用太阳能进行制冷和采暖的空调系统。

背景技术

蒸发式冷却空调利用空气的湿度差制冷，适用于室外空气干燥的地区，其缺点是使用地域受限制，处理后的空气相对湿度高，人体感觉不舒服。电压缩制冷空调耗电量大，制冷剂破坏大气层，正在逐步淘汰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用太阳能或工艺余热作为动力和热源，采用水或无害的制冷剂进行制冷和采暖的空调系统。

本发明的解决方案是：太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成。倒“U” 形管由加热段、水平段、冷却段组成；蒸发水箱包括空调水换热器、循环水泵、喷淋管、增压泵等；热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供；冷却源包括水冷却或空气冷却等；室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机等。

在倒“U”形管的加热段装有太阳能空气集热器、工艺余热加热器，上部与水平段相通，下部与蒸发水箱和室内通风系统相通；水平段位于倒“U”形管的上部，两端与加热段、冷却段相通，并与室内通风系统相通；冷却段装有冷却器，采用水冷却或空气冷却等，上部与水平段相通，下部与大气、室内通风系统，或蒸发水箱相通；蒸发水箱装有水或无害的制冷剂，当水箱内液面水蒸气分压力降低时，水或制冷剂蒸发吸热，为空调提供冷冻水；室内通风系统夏季与倒“U”形管隔断，冬季采暖时开通。因此，由倒“U”形管、蒸发水箱组成了一个夏季开式或闭式的制冷循环系统，由倒“U”形管、室内通风系统组成了一个冬季闭式的采暖循环系统。

工作原理是这样的：当夏季制冷时，倒“U”形管加热段的太阳能空气集热器或余热加热器加热管中的湿空气或气体制冷剂等，在冷却段，冷却器冷却这些气体。这样，由于温度不同，气体的容重也不同，加热段的气体温度高，容重小，冷却段的气体温度低，容重大。根据流体力学原理，在倒“U”形管的两边的管段形成重力差或压力差，冷却段底部气体的压力大于加热段底部（即蒸发水箱液体表面上）的气体的压力，液体表面的饱和气体压力大于空气中的分压力，对液体表面形成抽吸作用，液体蒸发吸热，温度降低，从而为空调提供冷冻水。当加热段和冷却段高度越高，两端的温差越大，两端的压力差也越大，液体蒸发也越强烈，制冷量也越大。

当倒“U”形管与膨胀节流器、蒸发水箱、增压设备（或增压泵、增压风机、空压机等）组成一个闭式循环回路时，它可以进行压缩制冷循环，工作原理是这样的：夏季制冷时，增压设备将蒸发水箱的制冷剂送入倒“U”形管加热段，被加热成高温、高压气体，在冷却段被冷却为高压液体，经过膨胀节流器，节流为低温、低压的制冷剂，在蒸发水箱中吸热，从而完成制冷循环。当冬季采暖时，蒸发水箱、冷却段不工作，室内外冷空气被加热段的太阳能或工艺余热加热，然后送入空调房间。

附图说明

图1是开式太阳能空调系统构造图

图2是闭式太阳能空调系统构造图

图3是闭式无太阳能空气集热器的空调系统构造图

图4是压缩式太阳能空调系统构造图

附图标记说明：

1、加热段，2、太阳能空气集热器，3、水平段，4、冷却段，5、冷却器，6、11、16、18、19、20、21、阀门，7、送风口，8、排风口，9、风道，10、加热器，12、蒸发水箱，13、空调水换热器，14、循环水泵，15、补水阀，17、风机，22、增压泵，23、膨胀节流器

具体实施办法

图1是开式太阳能空调系统构造图，由加热段1、水平段3、冷却段4构成倒“U”形管，宜采用钢管制作并保温。在加热段1上有太阳能空气集热器2，加热空气和水蒸汽，当太阳能不足时，加热器10用于加热空气和水蒸汽，热源采用工艺余热或电等辅助热能；在冷却段4上装有冷却器5，图中为水冷套管式冷却器，冷却水温度宜在35℃以下，由冷却塔或天然水体提供；加热段1的底端与蒸发水箱12密闭连接，装有空调水换热器13、循环水泵14、补水阀15、喷淋管等；室内通风系统与加热段1、水平段3、冷却段4相连通，可以满足不同季节和工况的需要，阀门6、11、16、18、19、20、21应采用密闭性能更好的液体阀门。

夏季设备工作时，阀门6、11、20关闭，阀门21打开，由于太阳能空气集热器2不断加热，管内空气和水蒸汽变成高温气体，进入冷却段4，冷却水不断冷却高温空气和水蒸汽，变成低温空气和水蒸汽，最后从阀门21排到大气中，还可能有凝结水从阀门21排出，由于两端形成压力差，冷却段底部的水蒸汽压力大于加热段底部（即蒸发水箱水表面上）水蒸汽的压力，对蒸发水箱12的水形成抽吸作用，水蒸发冷却，通过空调水换热器13热交换，为空调提供冷冻水。当太阳能空气集热器2和冷却器5的高差为100米、两端的空气温差为100℃时，有较好的制冷效果，空气温差越大，高差就可以降低，因此该系统适用于高层建筑，将太阳能空气集热器2装在建筑外立面上，它可以保证有足够的高差。当阀门6、11、18、19、21关闭，阀门16、20打开，风机17启动，向外排风、排气，可以增强对蒸发水箱12的抽吸作用，水蒸发更强烈，制冷效果更好。

冬季设备工作时，阀门6、11、18、19打开，阀门20关闭，风机17启动，室内空气和室外新风被送入加热器10、太阳能空气集热器2加热，再从送风口7送入房间，也可以启动循环水泵14对空气加湿。

图2是闭式太阳能空调系统构造图，在冷却段4的底部接凝结水管，与蒸发水箱12相连通，形成闭式循环系统，与图1相同，它依靠倒“U”形管两端的压力差循环工作。夏季工作时，蒸发水箱12的液体在压力差的作用下，蒸发吸热，提供空调冷冻水，蒸汽被加热器10、在太阳能空气集热器2不断加热，管内蒸汽变成高温气体，进入冷却段4，冷却水不断冷却高温气体，凝结成低温液体，通过凝结水管回流到蒸发水箱12，完成制冷循环。由于冷却段4与加热段1的压力差，蒸发水箱12内的液体表面应高于冷却段4底部的液体表面，高差应大于这个压力差，否则应在凝结水管上设节流设备，如：节流阀、U形管等。循环介质可以采用水或其它无害制冷剂，系统启动前应抽真空，然后加注循环介质。冬季工作时，将循环介质从系统抽出，阀门6、11打开，风机17启动，进行制热循环。

图3是闭式无太阳能空气集热器的空调系统构造图，在加热段1不设太阳能空气集热器2，在底部设加热器10，利用充足的工艺余热作为热源，工作原理同上。

图4是压缩式太阳能空调系统构造图，它由加热段1、水平段3、冷却段4、膨胀节流器23、蒸发水箱12、增压泵22组成闭式循环制冷系统。工作原理是这样的：夏季制冷时，增压泵22（或增压风机、空压机等增压设备）将蒸发水箱12的制冷剂送入加热段1，被加热器10和太阳能空气集热器2加热成高温、高压气体，在冷却段4被冷却为高压液体，经过膨胀节流器23，节流为低温、低压的制冷剂，在蒸发水箱12中吸热，提供空调冷冻水，从而完成制冷循环。因此，它是压缩式制冷循环，与图1、2、3的压力差制冷原理不同，它不需要高差，对加热段1、冷却段4的高度没有更高的要求，适用于任何高度的建筑。当冬季采暖时，蒸发水箱12、冷却段4不工作，室内外冷空气被加热段1的太阳能或工艺余热加热，然后送入空调房间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施办法而已，并非对本发明做任何形式上的限制。依据本发明的技术实质对以上实施办法所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成，倒“U” 形管由加热段、水平段、冷却段组成，蒸发水箱包括空调水换热器、循环水泵、喷淋管，热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机，其特征在于，倒“U” 形管的加热段底部与蒸发水箱密闭连接，加热段装有加热器和太阳能空气集热器，加热器的热源由太阳能、工艺余热、或其它辅助热源提供，倒“U” 形管的冷却段上装有冷却器，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统与倒“U” 形管的加热段、水平段、冷却段相连通，当夏季制冷时，加热段的湿空气被热源加热、冷却段的湿空气被冷却源冷却，冷却段底部压力大于加热段底部压力，水蒸气不断从冷却段底部排出，对蒸发水箱的水面形成抽吸作用，水蒸发吸热被冷却，为空调提供冷冻水，当冬季采暖时，打开室内通风系统，利用加热段加热室内外空气。

2.太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成，倒“U” 形管由加热段、水平段、冷却段组成，蒸发水箱包括空调水换热器、循环水泵、喷淋管，热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机，其特征在于，倒“U” 形管的加热段底部与蒸发水箱密闭连接，加热段装有加热器和太阳能空气集热器，加热器的热源由太阳能、工艺余热、或其它辅助热源提供，倒“U” 形管的冷却段上装有冷却器，冷却源包括水冷却或空气冷却，冷却段的底部通过凝结水管与蒸发水箱相连通，这样，倒“U”形管、蒸发水箱组成一个闭式制冷循环系统，室内通风系统与倒“U” 形管的加热段、水平段、冷却段相连通，当夏季制冷时，加热段的水蒸气或气态制冷剂被热源加热、冷却段的水蒸气或气态制冷剂被冷却源冷却，水蒸气或气态制冷剂不断从冷却段底部凝结，流回蒸发水箱，冷却段底部压力大于加热段底部压力，对蒸发水箱的水面或制冷剂液面形成抽吸作用，水或制冷剂蒸发吸热被冷却，为空调提供冷冻水，蒸发水箱内的液体表面应高于冷却段底部的液体表面，高差应大于冷却段底部与加热段底部的压力差，或在凝结水管上设节流设备，当冬季采暖时，打开室内通风系统，利用加热段加热室内外空气。

3.太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、增压设备、膨胀节流器、室内通风系统组成，倒“U” 形管由加热段、水平段、冷却段组成，蒸发水箱中有空调水换热器，热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机，其特征在于，倒“U” 形管的加热段底部与增压设备相连，加热段装有加热器和太阳能空气集热器，加热器的热源由太阳能、工艺余热、或其它辅助热源提供，倒“U” 形管的冷却段上装有冷却器，冷却源包括水冷却或空气冷却，冷却段的底部通过膨胀节流器与蒸发水箱相连通，增压设备与蒸发水箱相连通，这样，倒“U”形管、膨胀节流器、蒸发水箱、增压设备组成一个闭式压缩制冷循环系统，室内通风系统与倒“U” 形管的加热段、水平段、冷却段相连通，当夏季制冷时，增压设备把水或制冷剂从蒸发水箱提升到加热段，水或制冷剂被热源加热成高温、高压气体，在冷却段被冷却源冷却成高压液体，再被膨胀节流器节流成低温、低压液体，流入蒸发水箱，与空调水换热器换热，为空调提供冷冻水，当冬季采暖时，打开室内通风系统，利用加热段加热室内外空气。