CN104697083A - 一种基于热管原理的空气调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热管原理的空气调节装置，采用微型高压泵压缩液态制冷剂，制冷剂在热源和冷源之间进行闭式循环。室内蒸发器与输送泵连接，室内蒸发器外侧安装风扇，输送泵与集液器固连，集液器与室外冷凝器连接，室外冷凝器与室内蒸发器连接，连接管路上安装压力表和安全阀；真空泵分别与集液器、储液瓶连接，管路上安装真空表和截止阀；储液瓶上安装制冷剂开瓶阀，在管路抽真空后打开截止阀并转动开瓶阀手柄，进行管路制冷剂充注；集液器、储液瓶、室外冷凝器位于水箱内,高温高压工质气体在水箱中的冷凝器处散热；空气调节装置利用低温工质R134a的热工特性，实现热量的转移，减少功率消耗，达到对室内环境冷却降温目的。

Description

一种基于热管原理的空气调节装置

技术领域

本发明涉及加热与制冷技术领域，具体地说,涉及一种基于热管原理的空气调节装置。

背景技术

空调是当今人们生活中不可或缺的家用电器。传统空调制冷工作过程在于对冷凝剂进行压缩—冷凝—膨胀—蒸发的循环，以实现不断从室内吸热到室外放热的降温目的。然而，由于传统空调的压缩机装置在室内蒸发器的出口下游位置，此时制冷剂处于气液混合状态，而压缩气体的过程非常耗能，表现在空调正常的制冷功率往往达到2kW以上，其巨大功耗与当今提倡节能减排的时代主题相悖。

针对传统空调功耗大的缺点，国内几大空调公司纷纷做出调整和改进。海尔、格力、美的公司先后提出了变频空调的概念，但是事实上变频只是相对减少了压缩机的启动频率，从原理上并没有突破传统空调工作模式的框架，所以其节能效果很难有大的改善。目前能够检索到的比较先进的节能空调技术的相关文献是，华南理工大学潘阳照的论文《无压缩机节能环保空调的设计》；文中提出的以环保水作为冷媒，结合半导体制冷、溴化锂吸收式制冷和蒸发式制冷的多重制冷模型。数据显示该模型有明显的节能效果，但其冷却系统过于复杂，空调体积庞大，实用价值有待检验。

综上所述，空调的高耗能主要用于气体制冷剂的压缩。因此，改变压缩机的工作状态甚至提出新型制冷循环模式以取代空调中的压缩机，是降低空调能耗的关键所在。目前有关采用R134a做制冷剂应用热管原理的空调装置尚未见报道。这种空调避免了高能耗空气压缩机的使用，且结构简单，是一种潜力较大的新型制冷循环工作模式。

所谓热管原理，即1963年美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称之为“热管”的传热器件。热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成，热管内部是被抽吸成负压状态，充入低沸点、易挥发液体，热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端。当热管的一端受热时，吸液芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端，放出热量并凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发端；如此循环，热量便由热管的一端传至另—端。

发明内容

为了避免传统空调技术存在的高能耗缺陷，克服空调结构系统复杂，体积庞大的问题，本发明提出一种基于热管原理的空气调节装置；该空气调节装置采用一种无压缩机空调制冷技术，结构简单，不同于传统空调制冷剂在空调系统中压缩—冷凝—膨胀—蒸发的循环过程，而是利用低温工质R134a的热工特性，在输入少量的功率的情况下实现热量的转移，省去了制冷工质的压缩和膨胀阶段，减少功率消耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括室内蒸发器、室外冷凝器、输送泵、风扇、压力表、安全阀、水箱、真空泵、真空表、截止阀、储液瓶、制冷剂开瓶阀、集液器，所述室内蒸发器前端部与输送泵连接，室内蒸发器外侧安装风扇，室内蒸发器另一端与室外冷凝器连接，连接管路上安装有压力表和安全阀，输送泵与集液器前端部固连，集液器另一端与室外冷凝器前端部连接，集液器两端的连接管路上分别安装截止阀，真空泵分别与集液器、储液瓶连接，储液瓶上有制冷剂开瓶阀，在管路抽真空后，打开截止阀，并转动制冷剂开瓶阀，进行管路制冷剂充注，集液器、储液瓶、室外冷凝器位于水箱内，实现制冷剂在热源和冷源之间进行闭式循环；所述室内蒸发器、室外冷凝器均采用螺旋铜管加装散热翅片结构。

所述储液瓶采用R134a瓶装制冷剂。

所述输送泵采用微型高压泵,最高压力为1.2MPa。

本发明基于热管原理的空气调节装置，即应用热管原理，实现热量由热源向冷源的传递。空气调节装置中制冷剂在冷源凝结为液体后，以液体输送泵取代毛细力，实现液体向室内蒸发器的输送。制冷剂在热源和冷源之间进行闭式循环，在室内蒸发器的前端采用小型输送泵取代传统空调的压缩机，实现工质在系统内部的闭式循环，依靠工质潜热增强热源与冷源之间的热量传递，将热源热量带到冷源，达到对热源散热降温的目的。

本发明空气调节装置在作制冷运行时，低温高压的液体制冷剂经由输送泵进入室内蒸发器，吸热蒸发后变为高温高压气体，同时室内空气经过室内蒸发器表面被冷却降温。高温高压的工质气体在置于水箱中的室外冷凝器处放热，热量被冷却水吸收后，制冷剂又恢复成低温高压的液体状态。液态制冷工质再经由输送泵进入室内蒸发器，如此循环，即实现室内和室外环境的连续热量传递，达到对室内环境冷却降温目的。

本发明基于热管原理的空气调节装置，可实现两种模式下的工作循环:无功率输入模式和小功率输入模式。一方面，在系统无功率输入模式下，从室内蒸发器流出的一部分气体工质引入乏汽气动涡轮，用以带动工质输送泵，则可维持系统无功率输入模式下循环工作的进行，但势必损失换热效果和破坏热管闭式循环系统。另一方面，系统免去乏汽气动涡轮而增加小型电机拖动输送泵工作，即本发明的空调运行模式。

小功率电机带动输送泵，用以增加制冷剂的循环动力。当机构工作在空调制冷模式时，低温工质在室内蒸发器吸收环境热量而汽化，在室外冷凝器向外部水放热而液化，以此满足热量传递实现降低环境温度的制冷效果。

有益效果

本发明基于热管原理的空气调节装置，采用微型高压泵压缩液态制冷剂，用以代替传统空调的气体压缩机；由于压缩液体比压缩气体耗能低，且更容易实现，有效避免了传统空调技术存在的高能耗缺陷。

本发明基于热管原理的空气调节装置，工质的低沸点、易挥发特性，是其在循环系统内实现热量传递的关键。调节装置实现不同环境下的制冷效果，是通过调节管路压力、保证制冷工质在热端吸热汽化、在冷端放热液化实现的。调节装置结构简单、体积小、能耗低，制冷效果好，且安全可靠，同时又可增加特殊场合的制冷效果以适用于不同工况；如:以自来水为冷源实现城市房间降温；以深层海水为冷源为海岛或远洋轮船房间降温；以海水或大气为冷源为轮机室降温；以大气为冷源实现车载发动机冷却；以空气为冷源为工作站机箱降温。

本发明基于热管原理的空气调节装置，采用R134a制冷剂作为工质；由于R134a是目前国际公认的最佳的环保替代品，R134a对臭氧层无破坏作用，且具有不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性的安全性能；其制冷量和效率与CFC-12接近，所以视为优秀的替代制冷剂；选用R-134a为制冷工质的空调装置可保证其具有良好的环保、节能和安全性，实现强制冷效果。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于热管原理的空气调节装置作进一步详细说明。

图1为本发明基于热管原理的空气调节装置示意图。

图中:

1.真空泵 2.真空表 3.截止阀 4.输送泵 5.室内蒸发器 6.风扇 7.压力表8.安全阀 9.水箱 10.室外冷凝器 11.储液瓶 12.制冷剂开瓶阀 13.集液器

具体实施方式

本实施例是一种基于热管原理的空气调节装置。

如图1所示，以温度18℃的自来水为冷源，以35℃的夏季室内温度为散热环境为例；空气调节装置由室内蒸发器5、室外冷凝器10、输送泵4、风扇6、压力表7、安全阀8、水箱9、真空泵1、真空表2、截止阀3、储液瓶11、制冷剂开瓶阀12、集液器13组成。室内蒸发器5前端部与输送泵4连接，室内蒸发器5外侧安装有风扇6，室内蒸发器5另一端与室外冷凝器10一端连接，连接管路上安装压力表7和安全阀8；输送泵4另一端与集液器13前端部固连，集液器13另一端与室外冷凝器10前端部连接，集液器13两端的连接管路上分别安装截止阀；真空泵1分别与集液器13、储液瓶11连接，储液瓶11上有制冷剂开瓶阀12，在管路抽真空后，打开截止阀，并转动制冷剂开瓶阀12进行管路制冷剂充注，在充注制冷剂前，需要对系统进行抽真空处理。打开管路上的截止阀3，同时关闭靠近储液瓶11的截止阀，继而开启真空泵1，进行管路抽真空操作。根据真空表2的显示，当管路压强低于50Pa时，视其达到既定的真空度要求，关闭真空泵及靠近真空表2的截止阀3，完成抽真空操作。真空泵1是装置的外接设备，用以排出循环管路内的不凝气体，保证空调的制冷效率。集液器13、储液瓶11、室外冷凝器10位于水箱9内，实现制冷剂在热源和冷源之间进行闭式循环。

储液瓶11采用R134a制冷剂瓶装成品，瓶接口为M14螺纹。制冷剂开瓶阀12安装在储液瓶11上。在管路抽真空操作完成之后，打开靠近储液瓶11的截止阀，并转动制冷剂开瓶阀12顶部的顶针手柄，进行管路制冷剂充注。根据压力表7的显示，当循环管路充满制冷工质且管路压强达到0.67MPa时，制冷剂充注过程结束。因为R134a在0.67MPa压力下的饱和温度为25℃，这可保证管路压力作为制冷工质能够在热源和冷源换热器中实现相变。制冷剂充注完成后10分钟，在保证系统管路无泄漏的前提下，进入空调装置正常制冷循环工作模式。

室内蒸发器5、室外冷凝器10均采用螺旋铜管加装散热翅片结构。同时，在室内蒸发器5外侧安装风扇6，用以增加与室内环境的换热强度。室外冷凝器10前端出口液体制冷剂经由输送泵4，输送泵4采用可调最高压力为1.2MPa的微型高压泵。输送泵4为液体制冷剂提供循环动力，又可保证循环管路内的特性压力，以匹配制冷工质的热工特性。

电机启动带动工质输送泵4工作，工质经过室内蒸发器5汽化吸热。气态工质流经置于水箱9中的室外冷凝器10时液化放热，完成相变换热的工质返回集液器13继续循环，实现冷却降温的制冷效果。

空气调节装置工作在制冷模式时，可用于调节轮船操作间、轮机室或远洋海岛上的房间温度。此时以海水作为冷源，以需要散热的室内高温环境作为热源。低温高压的液体制冷剂经由输送泵进入室内蒸发器，吸热蒸发后变为高温高压的气体，与此同时室内空气经过蒸发器表面被冷却降温，室内温度下降的目的得以实现。高温高压的工质气体在置于海水储箱中的室外冷凝器处放热，热量被冷却水吸收以后，制冷剂又恢复成低温高压的液体状态。此后液态制冷工质再经由输送泵进入室内蒸发器，如此循环，即可实现室内和室外环境的连续热量传递，达到对室内环境冷却降温目的。

Claims (3)

1.一种基于热管原理的空气调节装置，其特征在于:包括室内蒸发器、室外冷凝器、输送泵、风扇、压力表、安全阀、水箱、真空泵、真空表、截止阀、储液瓶、制冷剂开瓶阀、集液器，所述室内蒸发器前端部与输送泵连接，室内蒸发器外侧安装风扇，室内蒸发器另一端与室外冷凝器连接，连接管路上安装有压力表和安全阀，输送泵与集液器前端部固连，集液器另一端与室外冷凝器前端部连接，集液器两端的连接管路上分别安装截止阀，真空泵分别与集液器、储液瓶连接，储液瓶上有制冷剂开瓶阀，在管路抽真空后，打开截止阀，并转动制冷剂开瓶阀，进行管路制冷剂充注，集液器、储液瓶、室外冷凝器位于水箱内，实现制冷剂在热源和冷源之间进行闭式循环；所述室内蒸发器、室外冷凝器均采用螺旋铜管加装散热翅片结构。

2.根据权利要求1所述的基于热管原理的空气调节装置,其特征在于:所述储液瓶采用R134a瓶装制冷剂。

3.根据权利要求1所述的基于热管原理的空气调节装置,其特征在于:所述输送泵采用微型高压泵,最高压力为1.2MPa。