CN104315636B - 基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统 - Google Patents
基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：包括太阳能集热水箱、第一保温囊、第二保温囊、进气扇和出气扇，所述太阳能集热水箱热源出水端与第一保温囊进水端连接，所述第一保温囊出水端回流至太阳能集热水箱的热源进水端，其中，所述第一保温囊用于空气制热，所述第二保温囊用于空气制冷；所述进气扇分别与所述第一保温囊和第二保温囊的进气端连接，所述出气扇分别与第一保温囊和第二保温囊的出气端连接。本发明系统既可以实现室内供暖和制冷，又克服了普通空调耗电量大和造成一定的环境污染的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及空调领域，尤其涉及一种相变暖气球散热器耦合相变释冷器的空调领域。
背景技术
随着社会的发展，能源问题受到越来越多的关注，化石能源日益紧缺，能源成为制约世界经济发展的重要因素。科学家说认识新能源和正确地运用能源，就意味着认识通往未来的道路。根据现有社会经济的发展存在着资源与能源问题，所以在保证舒适、健康要求的同时，如何有效且合理地分配利用资源，减少常规能源消耗成为人们不得不面对的问题。近年来国内市场经济飞速发展、市场竞争激烈，受市场供求关系的影响，中国空调行业发展迅速，新型智能化空调占领市场，其容量巨大。而现有空调虽在外观上千变万化，但仍然需要用蒸发器、冷凝器、压缩机配合工作实现制冷、制热。加之现有空调耗电量大，生产制造成本高，在安装和实用过程中也存在一些问题，比如说外机在使用过程中会向环境转移大量的热量。不符合节能减排环保的要求，现有家用供暖设备和现有普通空调存在生产成本高，使用时耗电量大，有一定的环境污染等缺点。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，既可以实现室内供暖和制冷，又克服了普通空调耗电量大和造成一定的环境污染的缺点。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，包括太阳能集热水箱、第一保温囊、第二保温囊、进气扇和出气扇，所述太阳能集热水箱热源出水端与第一保温囊进水端连接，所述第一保温囊出水端回流至太阳能集热水箱的热源进水端，其中，所述第一保温囊用于空气制热，所述第二保温囊用于空气制冷；所述进气扇分别与所述第一保温囊和第二保温囊的进气端连接，所述出气扇分别与第一保温囊和第二保温囊的出气端连接。
本系统既可以通过太阳能集热水箱和第一保温囊实现空调系统的无污染制热，系统还可以通过第二保温囊实现空调系统的无污染制冷，克服了普通空调耗电量大和造成一定的环境污染的缺点。
所述第一保温气囊包括设置在其内的若干相变暖气球散热器、设置在其外的与相变暖气球散热器对应个数的盛料杯以及传热管；所述相变暖气球散热器为真空空心球体，所述相变暖气球散热器的下端连通有盛料杯，在盛料杯中注入相变超导液，并通过传热管平行于第一保温气囊外壁串接各盛料杯，所述传热管的首尾端分别与太阳能集热水箱的热源进水端、出水端连接。从太阳能集热水箱中流出的热源进入到传热管后，逐一流经盛料杯，盛料杯中的相变超导液受热气化进入相变暖气球散热器中使得流经第一保温气囊内的空气制热。
所述传热管的首端连接有电磁流量控制阀，在所述相变暖气球散热器外设置有第一温度传感器，所述第一温度传感器的测量端位于第一保温气囊内；所述第一温度传感器的信号输出端与第一温控开关的信号输入端连接，所述第一温控开关的信号输出端与电磁流量控制阀的信号输入端连接。当第一温度传感器检测到第一保温气囊内的温度低于或者高于某一设定值时，第一温度传感器将信号传输给第一温控开关，通过第一温控开关调节电磁流量控制阀的大小，反过来调试第一保温气囊内的温度。
所述在第一保温气囊的设有气流导向板，且罩设在相变暖气球散热器上；所述气流导向板为弧形板，所述弧形导向板的一端固定安装在第一保温气囊内侧的进气端口上端，另一端固定安装在第一保温气囊内侧的出气端端口上端，在弧形导向板的一侧顶端的垂直方向设有阻风叶片。在所述供暖系统采用气流导向板，主要是在冷气流通入气囊时，可以让气流直接聚集投向相变暖气球散热器；所述相变暖气球散热器具有散热面积大，球形弧面冷热交换均匀，当冷气流与相变暖气球散热器外弧面相撞时，形成冷热交换，暖气球内腔的气体经冷凝后，超导液自动还原至盛料杯，受热又被激活，这样的设计更能有效地发挥相变暖气球散热器的物理效能。
所述第二保温囊内水平设置若干相变冰晶罐释冷器。所述相变冰晶罐释冷器为圆管式筒体结构，其内装有冷却水，在该筒体结构内水平方向分布若干两端通透的小管，且小管的外壁与该筒体的底板和顶板密封连接。使用时，首先待相变冰晶罐释冷器内部的冷却水结晶之后，再放置进第二保温囊内，通入第二保温囊内的空气方才完成制冷。其中，相变冰晶罐释冷器内部设置若干两端通透的小管，以增加空气与相变冰晶罐释冷器接触面积，提高制冷效果。在所述各相变冰晶罐释冷器之间设有双筛网式气流缓冲器；所述双筛网式气流缓冲器为由若干纵横交错的金属条组成；所述筛网式气流缓冲器通过支架固定安装在第二保温气囊内。所述制冷系统采用双筛网式气流缓冲器，主要是在热气流通入第二保温气囊时，能够让热气流暂时缓慢运动，形成曲线流向，相对延长流程，从而充分完成制冷。
在所述相变冰晶罐释冷器外设置第二温度传感器，所述第二温度传感器的测量端位于第二保温气囊内；所述第二温度传感器的信号输出端与第二温控开关的信号输入端连接，所述第二温控开关的信号输出端分别与进气扇和出气扇的信号输出端连接。当第二温度传感器检测到第二保温气囊内的温度无法实现空气制冷时，第二温度传感器将信号传输给第二温控开关，通过第二温控开关关闭进气扇和出气扇，避免空调系统无制冷状态时的工作。
所述进气扇的出气端与第一三通换向阀的旁路端连接，所述第一三通换向阀的两个正路端分别与第一保温囊和第二保温囊的进气端连接，所述第一保温囊和第二保温囊的出气端分别与第二三通换向阀的两个正路端连接，所述第二三通换向阀的旁路端与出气扇的进气端连接。还包括管道换向开关，所述管道换向开关的信号输出端分别与第一三通换向阀和第二三通换向阀的信号输入端连接。通过管道换向开关，选择系统的制冷或制热的需求。
还包括定时器和智能开关，所述进气扇的出气端处通过第三三通换向阀还连接有换气扇，所述定时器的信号输出端与智能开关的信号输入端连接，所述智能开关的信号输出端分别与第三三通换向阀和换气扇的信号输入端连接。通过定时器和智能开关，间歇性给空调系统工作区换气通风。
有益效果：
1、本发明特别适合与太阳能热水器、电壁挂炉、及其他各类传统热源组成独立的供暖系统，如太阳能热水器直接带动相变暖气球散热器，或太阳能热水器、电壁挂炉和相变暖气球散热器均可以组成既节能又环保的供暖系统。本发明相变暖气球散热器的供暖装置可广泛应用于家庭，单元楼房、宅院、学校、办公场所、理发店、独栋别墅等各种冬季取暖场所。
2、本发明基于分向传热等传热学的基本原理设计的相变暖气球散热器，其圆球形外弧面能有效的向第一保温气囊内空间辐射散热，并设置了智能控制系统，控制辐射量的大小，现有常用水暖散热装置普遍存在升温缓慢，辐射空间小，适用范围和可调性差等缺点，同类产品只有单向供暖的功能，部分电取暖设备甚至还有较大的安全隐患。与同类现有产品相比，本发明的供暖装置的气流导向板与相变暖气球散热器，在冷气流通入气囊时，可以让冷气流直接聚集投向相变暖气球散热器，所述相变暖气球散热器具有散热面积大，球形弧面冷热交换均匀，当冷气流与相变暖气球散热器外弧面相撞时，暖气球内腔的气体经冷凝后，超导液及时自动还原至盛料杯，受热又被激活，这样更能有效地发挥相变暖气球散热器的物理效能。本发明设计的供暖系统能快速的使用户获得希望得到的环境温度，在使用过程中智能控制装置完全消除了安全隐患。
附图说明
附图1为本发明系统的结构示意图。
附图2为本发明智能控制箱内部结构示意图。
附图3为本发明智能控制箱箱体外结构示意图。
附图4为本发明系统室内布局构造图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1、2及4所示，基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，包括太阳能集热水箱1、第一保温囊6、第二保温囊7、进气扇12和出气扇14，所述太阳能集热水箱1热源出水端与第一保温囊6进水端连接，所述第一保温囊6出水端回流至太阳能集热水箱1的热源进水端，系统中通过循环泵4和回水阀25实现热源的循环。所述在太阳能集热水箱1内设置有加热器温度传感器、加热器温控开关和电辅助加热器，加热器温度传感器的信号输出端与加热器温控开关的信号输入端连接，加热器温控开关的信号输出端和电辅助加热器的信号输入端连接，当遇到阴雨天气，太阳能无法提供足量的热量时，可以通过电辅助加热器智能化供热。
所述第一保温囊6用于空气制热，所述第二保温囊7用于空气制冷；所述进气扇12分别与所述第一保温囊6和第二保温囊7的进气端连接，所述出气扇14分别与第一保温囊6和第二保温囊7的出气端连接，其中进气扇12和出气扇14均设置在室内。第一保温囊6和第二保温囊7均为圆筒体结构，材质为不锈钢，外壁包覆盖保温片和聚氨酯保温材料。
本发明系统的制热部分、制冷部分涉及的第一保温气囊6和第二保温气囊7均设置在智能控制箱2内。附图3中，第一温控开关17、第二温控开关19、管道换向开关26、智能控制开关27、定时器28和音乐提示器29设置在智能控制箱2箱体外表面。
本发明系统制热部分：所述第一保温气囊6包括设置在其内的若干相变暖气球散热器20、设置在其外的与相变暖气球散热器20对应个数的盛料杯21以及传热管24；所述相变暖气球散热器20为真空空心球体，所述相变暖气球散热器20的下端连通有盛料杯21，在盛料杯21中注入相变超导液，并通过传热管24平行于第一保温气囊6外壁串接各盛料杯21，所述传热管24的首尾端分别与太阳能集热水箱1的热源进水端、出水端连接。从太阳能集热水箱1中流出的热源进入到传热管24后，逐一流经盛料杯21，盛料杯21中的相变超导液受热气化进入相变暖气球散热器20中使得流经第一保温气囊6内的空气制热，再通过与第一保温气囊6连通的进气扇12和出气扇14实现室内制热。盛料杯21内相变超导液被激活气化蒸发产生高温气体，通过相变暖气球散热器20的外壁表面向第一保温气囊6内辐射散热，再与第一保温气囊6内的气流形成冷热交换冷凝后自动还原到盛料杯21，盛料杯21内的相变超导液再次受热又被激活、气化、蒸发，如此循环的物理反应达到了辐射散热实现间接供暖的目的，这样的设计目的在实现室内供暖的同时又不影响热水器的日常使用，既能节约电能，又能充分节约水资源；另外相变超导液的物理变化对空气进行制热，利用的是相变超导液的气化温度较低，放热效果明显的特点，当第一保温气囊6内的空气温度低于相变超导液的气化温度时，相变超导液可以迅速冷凝回流至盛料杯21中，防止了相变超导液停留在第一保温气囊6内进一步的吸热。同时，相变暖气球散热器20为真空空心球体形结构，这样的形状散热效率更好，可以达到360°均匀散热。所述传热管24的首端连接有电磁流量控制阀23，在所述相变暖气球散热器20外(智能控制箱2内)设置有第一温度传感器16，所述第一温度传感器16的测量端位于；第一保温气囊6内；所述第一温度传感器16的信号输出端与第一温控开关17的信号输入端连接，所述第一温控开关17的信号输出端与电磁流量控制阀23的信号输入端连接。当第一温度传感器16检测到第一保温气囊6内的温度低于或者高于某一设定值时，第一温度传感器16将信号传输给第一温控开关17，通过第一温控开关17调节电磁流量控制阀23的大小，调试第一保温气囊6内的温度到底设定温度。
如附图2所示，所述在第一保温气囊6的设有气流导向板13，且罩设在相变暖气球散热器20上；所述气流导向板13为弧形板，所述弧形导向板13的一端固定安装在第一保温气囊6内侧的进气端口上端，另一端固定安装在第一保温气囊内侧的出气端端口上端，在弧形导向板13的一侧顶端的垂直方向设有阻风叶片。
在所述供暖系统采用气流导向板13，主要是在冷气流通入气囊时，可以让气流直接聚集投向相变暖气球散热器；所述相变暖气球散热器20具有散热面积大，球形弧面冷热交换均匀，当冷气流与相变暖气球散热器20外弧面相撞时，形成冷热交换，暖气球内腔的气体经冷凝后，相变超导液自动还原至盛料杯21，受热又被激活，这样的设计更能有效地发挥相变暖气球散热器20的物理效能。
所述在第一保温气囊的出气端内侧设有管道增压风扇5；所述管道增压风扇5连有压力传感器3；所述压力传感器3的信号输出端与管道增压风扇5的信号输入端连接。管道增压风扇5根据压力传感器3的信号传递，及时调整风扇的开启和关闭。
本发明系统制冷部分：所述第二保温囊7内水平设置若干相变冰晶罐释冷器22，并通过支架加以固定。所述相变冰晶罐释冷器22为圆管式筒体结构，其内装有冷却水，在该筒体结构内水平方向分布若干两端通透的小管，且小管的外壁与该筒体的底板和顶板密封连接。使用时，首先待相变冰晶罐释冷器22内部的冷却水结晶之后，再放置进第二保温囊7内，通入第二保温囊7内的空气方才完成制冷。其中，相变冰晶罐释冷器22内部设置若干两端通透的小管，以增加空气与相变冰晶罐释冷器22接触面积，提高制冷效果。
在所述各相变冰晶罐释冷器22之间设有双筛网式气流缓冲器15；所述双筛网式气流缓冲器15为由若干纵横交错的金属条组成；所述筛网式气流缓冲器15通过支架固定安装在第二保温气囊7内；所述制冷系统采用双筛网式气流缓冲器15，主要是在热气流通入第二保温气囊7时，能够让热气流暂时缓慢运动，形成曲线流向，相对延长流程，从而充分完成制冷在所述相变冰晶罐释冷器22外设置第二温度传感器18，所述第二温度传感器18的测量端位于第二保温气囊内7内；所述第二温度传感器18的信号输出端与第二温控开关19的信号输入端连接，所述第二温控开关19的信号输出端分别与进气扇12和出气扇14的信号输出端连接。当第二温度传感器18检测到第二保温气囊7内的温度无法实现空气制冷时，第二温度传感器7将信号传输给第二温控开关19，通过第二温控开关19关闭进气扇12和出气扇14，避免空调系统无制冷状态时的工作。此时，第二温控开关19启动音乐提示器29发出声响，提醒更换相变冰晶罐释冷器22。
系统便捷切换制冷和制热功能：所述进气扇12的出气端与第一三通换向阀8的旁路端连接，所述第一三通换向阀8的两个正路端分别与第一保温囊6和第二保温囊7的进气端连接，所述第一保温囊6和第二保温囊7的出气端分别与第二三通换向阀9的两个正路端连接，所述第二三通换向阀9的旁路端与出气扇14的进气端连接。还包括管道换向开关26，所述管道换向开关26的信号输出端分别与第一三通换向阀8和第二三通换向阀9的信号输入端连接。通过管道换向开关26，便捷切换选择系统的制冷或制热功能。使用者需要制热时，可以通过遥控器将管道换向开关26调到制热功能，此时，管道换向开关26将信号分别输出至第一三通换向阀8和第二三通换向阀9，此时第一三通换向阀8和第二三通换向阀9均关闭制冷管道部分，打开制热管道部分。使用者需要制冷时，同理将第一三通换向阀8和第二三通换向阀9的制热管道部分关闭，制冷管道部分打开。
本发明系统还设有智能换气系统，智能换气系统包括定时器28和智能开关27，所述进气扇12的出气端处通过第三三通换向阀30还连接有换气扇31，所述定时器28的信号输出端与智能开关27的信号输入端连接，所述智能开关27的信号输出端分别与第三三通换向阀30和换气扇31的信号输入端连接。当换气扇32工作时，自动关闭进气扇12，并通过第三三通换向阀30关闭与进气扇12连接的进气端，打开换气扇31的进气端，出气扇14继续保持工作。
进气扇12和出气扇14分别安装在室内(房间或客厅)的不同位置，换气扇31安装在室外；进气扇12管道、出气扇14管道、换气扇31管道以及其他所有外露管道或入墙管道均选择为PVC管，且管体外层覆有高效保温材料，防止与外界有冷热交换。在所述进气扇12管道端口安装有滤网，可以防止物体被吸收进去，确保了系统工作的安全性；在所述出气扇14管道端口安装有导封板，使用时可以调整气流的制冷、制热的方向。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：包括太阳能集热水箱(1)、第一保温囊(6)、第二保温囊(7)、进气扇(12)和出气扇(14)，所述太阳能集热水箱(1)热源出水端与第一保温囊(6)进水端连接，所述第一保温囊(6)出水端回流至太阳能集热水箱(1)的热源进水端，其中，所述第一保温囊(6)用于空气制热，所述第二保温囊(7)用于空气制冷；所述进气扇(12)分别与所述第一保温囊(6)和第二保温囊(7)的进气端连接，所述出气扇(14)分别与第一保温囊(6)和第二保温囊(7)的出气端连接；
所述第一保温气囊(6)包括设置在其内的若干相变暖气球散热器(20)、设置在其外的与相变暖气球散热器(20)对应个数的盛料杯(21)以及传热管(24)；所述相变暖气球散热器(20)为真空空心球体，所述相变暖气球散热器(20)的下端连通有盛料杯(21)，在盛料杯(21)中注入相变超导液，并通过传热管(24)平行于第一保温气囊(6)外壁串接各盛料杯(21)，所述传热管(24)的首尾端分别与太阳能集热水箱(1)的热源进水端、出水端连接；
在所述第一保温气囊(6)设有气流导向板(13)，且罩设在相变暖气球散热器(20)上；所述气流导向板(13)为弧形板，所述弧形导向板(13)的一端固定安装在第一保温气囊(6)内侧的进气端口上端，另一端固定安装在第一保温气囊内侧的出气端端口上端，在弧形导向板(13)的一侧顶端的垂直方向设有阻风叶片。
2.根据权利要求1所述基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：所述传热管(24)的首端连接有电磁流量控制阀(23)，在所述相变暖气球散热器(20)外设置有第一温度传感器(16)，所述第一温度传感器(16)的测量端位于第一保温气囊内(6)内；所述第一温度传感器(16)的信号输出端与第一温控开关(17)的信号输入端连接，所述第一温控开关(17)的信号输出端与电磁流量控制阀(23)的信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：所述第二保温囊(7)内水平设置若干相变冰晶罐释冷器(22)，在所述各相变冰晶罐释冷器(22)之间设有双筛网式气流缓冲器(15)。
4.根据权利要求3所述基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：所述相变冰晶罐释冷器(22)为圆管式筒体结构，其内装有冷却水，在该筒体结构内水平方向分布若干两端通透的小管，且小管的外壁与该筒体的底板和顶板密封连接。
5.根据权利要求4所述基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：在所述相变冰晶罐释冷器(22)外设置第二温度传感器(18)，所述第二温度传感器(18)的测量端位于第二保温气囊(7)内；所述第二温度传感器(18)的信号输出端与第二温控开关(19)的信号输入端连接，所述第二温控开关(19)的信号输出端分别与进气扇(12)和出气扇(14)的信号输出端连接。
6.根据权利要求1所述基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：所述进气扇(12)的出气端与第一三通换向阀(8)的旁路端连接，所述第一三通换向阀(8)的两个正路端分别与第一保温囊(6)和第二保温囊(7)的进气端连接，所述第一保温囊(6)和第二保温囊(7)的出气端分别与第二三通换向阀(9)的两个正路端连接，所述第二三通换向阀(9)的旁路端与出气扇(14)的进气端连接。
7.根据权利要求6所述基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：还包括管道换向开关(26)，所述管道换向开关(26)的信号输出端分别与第一三通换向阀(8)和第二三通换向阀(9)的信号输入端连接。
8.根据权利要求1所述基于相变暖气球散热器耦合相变冰晶罐释冷器的空调系统，其特征在于：还包括定时器(28)和智能开关(27)，所述进气扇(12)的出气端处通过第三三通换向阀(30)还连接有换气扇(31)，所述定时器(28)的信号输出端与智能开关(27)的信号输入端连接，所述智能开关(27)的信号输出端分别与第三三通换向阀(30)和换气扇(31)的信号输入端连接。
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