CN104776530B - 一种生物质空调机组 - Google Patents

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Abstract

一种生物质空调机组，空调的冷凝器与第一换热器组成第一换热单元，空调的蒸发器与第二换热器组成第二换热单元，还包括生物质真空锅炉和锅炉排烟余热回收装置；生物质真空锅炉包括换热管和烟道，锅炉排烟余热回收装置包括排烟通道和水流通道，换热管的进水端与第一换热器低温侧的调温水回路连通，换热管的出水端与第一换热器高温侧的调温水回路连通；烟道出口通过法兰连接排烟通道，水流通道的进水端与第二换热器低温侧的卫生水回路连通，水流通道的出水端与第二换热器高温侧的卫生水回路连通，在换热管的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀，在水流通道的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀。有利于保护回路降低能耗提高供热周期。

Description

一种生物质空调机组
技术领域
本发明涉及空调热交换设备，尤其涉及极端环境的空调热交换设备。
背景技术
目前的空调机组通常采用热泵式热交换原理，如图1所示，关键部件包括形成工质回路的压缩机80、回路转换阀(有四通阀、四通电磁阀)83、冷凝器81、节流阀(有采用膨胀阀、毛细管、毛细管组件等)84、和蒸发器82，利用控制器产生控制信号调节回路转换阀的通断顺序，可以将工质用于制冷或制热，其中冷凝器81与蒸发器82的功能根据换能方向交换。例如：
空调制热时，回路转换阀83以四通阀为例，连通路径为回路转换阀油口4-回路转换阀油口1-压缩机入口I-压缩机出口O-回路转换阀油口3-回路转换阀油口2，低压常温气态工质(如氟利昂)被压缩机80加压，形成高温高压气态工质进入冷凝器81，冷凝器81与第一换热器85换热，第一换热器85中热媒获得热量，高温高压气态工质冷凝液化放热，成为低温高压液态工质，低温高压液态工质经节流阀84减压进入蒸发器82，蒸发器82与第二换热器86换热，第二换热器86中热媒失去热量，低温低压液态工质蒸发气化吸热，成为低压常温气态工质，再次进入压缩机80开始下一个循环，实现从第二换热器86环境向第一换热器85环境吸收热量。当第二换热器86环境低于-5℃时，效率极低。
空调制冷时，冷凝器81和蒸发器82功能置换，连通路径为回路转换阀油口2-回路转换阀油口1-压缩机入口I-压缩机出口O-回路转换阀油口3-回路转换阀油口4，低压常温气态工质被压缩机80加压，形成高温高压气态工质进入冷凝器(为图中蒸发器82)，冷凝器与第二换热器86换热，第二换热器86中热媒获得热量，高温高压气态工质冷凝液化放热，成为低温高压液态工质，低温高压液态工质经节流阀84减压进入蒸发器(为图中冷凝器81)，蒸发器与第一换热器85换热，第一换热器85中热媒失去热量，低温低压液态工质蒸发气化吸热，成为低压常温气态工质，再次进入压缩机80开始下一个循环，实现从第一换热器85环境向第二换热器86环境吸收热量。空调本身可以完成。
在夏季，现有的空调机组可以将生活用水中的热量或可利用的环境热量从至第二换热器86环境向第一换热器85环境转移，通过调温水回路将热量传递给淋雨等水源，避免直接对淋浴水源制热造成能源浪费。在冬季，也可以利用上述制热方式为初冬时分提供供暖，但在隆冬季节空调达到相应制热效率的能耗极高，相应的各水循环管路不能有效利用，还有冻结损坏的可能。整个空调换热回路效率降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质空调机组，解决冬季无法有效利用能源使空调进行制热，进而导致循环管路损害的技术问题。
本发明的生物质空调机组，包括空调，空调的冷凝器与串联在调温水回路中的第一换热器组成第一换热单元，空调的蒸发器与串联在卫生水回路中的第二换热器组成第二换热单元，还包括生物质真空锅炉和锅炉排烟余热回收装置；生物质真空锅炉包括换热管和烟道，锅炉排烟余热回收装置包括排烟通道和水流通道，换热管的进水端与第一换热器低温侧的调温水回路连通，换热管的出水端与第一换热器高温侧的调温水回路连通；烟道出口通过法兰连接锅炉排烟余热回收装置的排烟通道，水流通道的进水端与第二换热器低温侧的卫生水回路连通，水流通道的出水端与第二换热器高温侧的卫生水回路连通，在换热管的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀，在水流通道的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀。
在换热管的进水端管路和水流通道的进水端管路间设置第一连通管路，其上设置电磁阀，在换热管的出水端管路和水流通道的出水端管路间设置第二连通管路，其上设置电磁阀。
所述生物质真空锅炉，包括火焰燃烧腔体、烟道、负压水箱、生物质燃烧机和换热管，火焰燃烧腔体为一中空的密封箱体，为立方体轮廓，在火焰燃烧腔体的左侧壁上开设通孔固定生物质燃烧机，生物质燃烧机的火焰喷嘴朝向火焰燃烧腔体的右侧壁；
负压水箱为一中空的密封箱体，采用立方体轮廓，负压水箱腔体的上部固定有换热管，换热管通过连接管路与负压水箱外部的热力回路连通；负压水箱的前侧壁、后侧壁、右侧壁向下延展，分别与火焰燃烧腔体的前侧壁、后侧壁、右侧壁固定连接，与负压水箱下侧壁和火焰燃烧腔体上侧壁形成右端密闭、左端开口的烟道；
在火焰燃烧腔体的上侧壁中部与右侧壁之间开设若干导流通孔，导流通孔均匀分布；
在负压水箱下侧壁的下端，设置向负压水箱腔体内突起的扰流盲孔，扰流盲孔在负压水箱下侧壁上均匀分布。
锅炉排烟余热回收装置，包括密封腔体、上隔离板、下隔离板、烟管和圆形凸台，上隔离板和下隔离板将密封腔体分割成独立的上腔体、中腔体和下腔体，在上腔体的侧壁上端开设一个排烟通孔，在下腔体的侧壁下端与排烟通孔相对的位置开设一个进烟通孔，在中腔体的侧壁上端开设一个排水通孔，在中腔体的侧壁下端与排水通孔相对的位置开设一个进水通孔，在下腔体的下端面开设一个凝水通孔；
烟管的上端贯穿并固定在上隔离板上，烟管的下端贯穿并固定在下隔离板上，烟管平行排列在上腔体和下腔体之间，通过烟管连通上腔体和下腔体；
一个圆形凸台安装在上腔体的上端面，另一个圆形凸台安装在下腔体的下端面。
所述火焰燃烧腔体的上侧壁下端的中部，自左向右固定一组与火焰燃烧腔体轴线垂直的导流板，导流板的前后宽度与火焰燃烧腔体前后侧壁间距相等，导流板的上下高度为火焰燃烧腔体上下侧壁间距的1/2至2/3，各导流板向火焰燃烧腔体的右侧壁倾斜，倾斜角度自右向左逐渐增大，范围在15°至65°。
所述导流通孔的内径小于扰流盲孔的内径，所述导流通孔位于导流板之间及导流板与右侧壁之间，位于火焰燃烧腔体的上侧壁中部与右侧壁之间的扰流盲孔与导流通孔位置和数量相应，导流通孔与相对应的扰流盲孔共轴线。
所述负压水箱下侧壁边缘的扰流盲孔的末端连通，在烟道上部的负压水箱腔体底部形成第二烟道。
还包括翅片，翅片为螺旋形的金属薄片，翅片内圈边缘固定在烟管的外壁上；相邻翅片的边缘保持相同的间距。
所述中腔体内边缘的烟管上的翅片缠绕方向与中部的烟管上的翅片缠绕方向相反。
所述烟管的内径沿轴线方向间隔扩大，烟管的外径相应扩大。
本发明的生物质空调机组，与现有的空调机组有机结合，通过控制器的合理控制，就可以在空调制冷制热的热交换过程中，平衡制热能力的不足，满足春秋季节空调的额外热量需求，平衡冬季的能源消耗，降低循环管路的维护成本。
附图说明
图1为现有热泵式空调机组的基本结构示意图；
图2为本发明生物质空调机组的结构示意图；
图3为本发明生物质空调机组的生物质真空锅炉主视剖视示意图；
图4为本发明生物质空调机组的生物质真空锅炉左视剖视示意图；
图5为本发明生物质空调机组的锅炉排烟余热回收装置实施例1的结构示意图；
图6为本发明生物质空调机组的锅炉排烟余热回收装置实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图2所示，生物质空调机组中，空调的冷凝器81与串联在调温水回路中的第一换热器85组成第一换热单元，空调的蒸发器82与串联在卫生水回路中的第二换热器86组成第二换热单元，还包括生物质真空锅炉87和锅炉排烟余热回收装置88；生物质真空锅炉87包括换热管和烟道，锅炉排烟余热回收装置88包括排烟通道和水流通道，换热管的进水端与第一换热器85低温侧的调温水回路连通，换热管的出水端与第一换热器85高温侧的调温水回路连通；烟道出口通过法兰连接锅炉排烟余热回收装置88的排烟通道，水流通道的进水端与第二换热器86低温侧的卫生水回路连通，水流通道的出水端与第二换热器86高温侧的卫生水回路连通；
在换热管的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀91，在水流通道的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀91。
实际应用中，控制器根据热交换策略，启动空调制冷或制热程序，发出控制信号调整回路转换阀连通状态、启动压缩机；空调控制器根据运行中的工况参数，适时启动生物质真空锅炉，控制各电磁阀91通断状态，将生物质颗粒产生的热量分配给不同水回路，实现燃油或燃气的节能。
在以上连接基础上，在换热管的进水端管路和水流通道的进水端管路间设置第一连通管路95，其上设置电磁阀91，在换热管的出水端管路和水流通道的出水端管路间设置第二连通管路96，其上设置电磁阀91，可使得在不同水回路标准供暖和供热时段外获得额外的热量供应，进而降低空调的采购和维护成本。
如图3和图4所示，生物质真空锅炉87包括火焰燃烧腔体51、烟道52、负压水箱53、生物质燃烧机54和换热管55，火焰燃烧腔体51为一中空的密封箱体，采用立方体轮廓，以左侧壁和右侧壁的中心连线为轴线，在火焰燃烧腔体51的左侧壁上开设通孔固定生物质燃烧机54，生物质燃烧机54的火焰喷嘴朝向火焰燃烧腔体51的右侧壁；
从火焰燃烧腔体51的上侧壁下端的中部，自左向右固定一组与火焰燃烧腔体51轴线垂直的导流板62，导流板62的前后宽度与火焰燃烧腔体51前后侧壁间距相等，导流板62的上下高度为火焰燃烧腔体51上下侧壁间距的1/2至2/3，各导流板62向火焰燃烧腔体51的右侧壁倾斜，倾斜角度自右向左逐渐增大，保持在15°至65°；
在火焰燃烧腔体51的上侧壁开设若干导流通孔63，导流通孔63位于导流板62之间及导流板62与右侧壁之间，均匀分布；
负压水箱53为一中空的密封箱体，采用立方体轮廓，以左侧壁和右侧壁的中心连线为轴线，负压水箱53腔体的上部固定有换热管55，换热管55通过连接管路与负压水箱53外部的热力回路连通；负压水箱53的前侧壁、后侧壁、右侧壁向下延展，分别与火焰燃烧腔体51的前侧壁、后侧壁、右侧壁固定连接，与负压水箱53下侧壁和火焰燃烧腔体51上侧壁形成右端密闭、左端开口的烟道52；
在负压水箱53下侧壁的下端，设置向负压水箱53腔体内突起的扰流盲孔65，扰流盲孔65在负压水箱53下侧壁上均匀分布；
位于火焰燃烧腔体51的上侧壁中部与右侧壁之间的扰流盲孔65与导流通孔63，位置和数量相应(导流通孔63与相对应的扰流盲孔65共轴线)，导流通孔63的内径小于扰流盲孔65的内径；
在火焰燃烧腔体51的上侧壁上端，设置一组平行的导流凸棱66，导流凸棱66与火焰燃烧腔体51的轴线平行，在烟道52的左端开口处连接法兰盘67，用于与外部烟道口径配合连接。
实际应用中，生物质燃烧机54的火焰喷嘴朝火焰燃烧腔体51的右侧壁喷射火焰，完成充分燃烧，燃烧后的高热值烟气受导流板62阻挡被逐渐压缩，向右侧壁流动，受阻挡后形成紊流，根据压力差异会从不同导流板62间的导流通孔63流出，从导流通孔63流出的高热值烟气首先会填充对应的扰流盲孔65，使扰流盲孔65形成负压水箱53中的加热点，然后沿着烟道52自右向左流动，同时逐步填充扰流盲孔65。当烟气从烟道52左端开口时，负压水箱53的底部就会均匀加热，而扰流盲孔65的温度会高于底部温度，使负压水箱53中的热媒水可以形成众多的流体受热循环环路，使得整个热媒水层的受热过程变得更剧烈，更有利于高热值热媒水的沸腾，扰流盲孔65中热交换后的烟气会与后续的高热值烟气产生涡流，干扰高热值烟气向左端开口处的流动速度，增加高热值烟气的迟滞时间，最大限度利用高热值烟气。
在以上实施例基础上，可以将负压水箱53下侧壁边缘的扰流盲孔65的末端连通，在烟道52上部的负压水箱53腔体底部形成第二烟道68，改变热媒水层的热循环形态，加速沸腾，以适应供暖回路的热量需求。进而通过本结构也可以在负压水箱53腔体底部形成若干个第二烟道68，进一步改变热媒水层的热循环形态。
通过本生物质真空锅炉烟道结构，改善了真空锅炉烟气与热媒水的热交换效率，保证了烟气可以更有效地，充分地完成与热媒水的热交换，保证了热媒水与换热器间的冷凝换热效率，使得生物质真空锅炉的有效负荷提升得以替代同等热值的燃油或燃气。
如图5所示，锅炉排烟余热回收装置88包括密封腔体01、上隔离板02、下隔离板03、烟管04、翅片05和圆形凸台06，利用上隔离板02和下隔离板03将密封腔体01分割成三个独立的上腔体、中腔体和下腔体，在上腔体的侧壁上端开设一个排烟通孔12，在下腔体的侧壁下端与排烟通孔12相对的位置开设一个进烟通孔11，在中腔体的侧壁上端开设一个排水通孔14，在中腔体的侧壁下端与排水通孔14相对的位置开设一个进水通孔13，在下腔体的下端面开设一个凝水通孔15；
烟管04为紫铜质地的圆管，烟管04的上端贯穿并固定在上隔离板02上，烟管04的下端贯穿并固定在下隔离板03上，烟管04平行排列在上腔体和下腔体之间，通过烟管04连通上腔体和下腔体形成排烟通道，通过烟管04分割在中腔体内形成水流通道；
翅片05为螺旋形的金属薄片，翅片05内圈(即靠近其轴线的内侧边缘)边缘固定在烟管04的外壁上；相邻翅片的边缘保持相同的间距；
还包括两个圆形凸台06，一个安装在上腔体的上端面，另一个安装在下腔体的下端面；圆形凸台06为二阶、三阶或五阶，各阶边缘平滑过渡。
实际应用中，包含余热的烟气大约180度，从进烟通孔11流入下腔体，受圆形凸台06压缩后，沿烟管04流向上腔体，在上腔体受到进一步压缩，导致在烟管04中的流动烟气流速变缓。冷水由进水通孔13流入中腔体，在向排水通孔14流动的过程中受翅片05干扰形成搅拌，与烟管04中的流动烟气实现充分换热，最后流出排烟通孔12的烟气温度下降至60度左右，流出排水通孔进入卫生水回路的水温为80度左右。
为进一步使中腔体中的冷水在流动过程中充分搅拌，中腔体内边缘烟管04上的翅片05缠绕方向与中部烟管04上的翅片05缠绕方向相反，可以使水流产生剧烈的上下搅拌。
如图6所示，在实施例1其他结构不变的基础上，取消翅片05，降低制造成本，采用内部挤涨的方法，使烟管04的内径沿轴线方向间断扩大(形成大内径于小内径交替)，相应的烟管04的外径沿轴线相应扩大，即烟管04的断面直径沿轴线周期性扩大和缩小。采用本结构可以使烟管中的烟气流速减缓并形成与关闭的充分接触，有利于换热。
本锅炉排烟余热回收装置，利用流体动力学原理，形成可利用的湍流和紊流，减缓流体局部流速，可以有效提高烟气与热媒的换能速度和效能，改善热媒与烟气的有效接触面积，实现充分换热。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种生物质空调机组，包括空调，空调的冷凝器(81)与串联在调温水回路中的第一换热器(85)组成第一换热单元，空调的蒸发器(82)与串联在卫生水回路中的第二换热器(86)组成第二换热单元，其特征在于：还包括生物质真空锅炉(87)和锅炉排烟余热回收装置88；生物质真空锅炉(87)包括换热管和烟道，锅炉排烟余热回收装置88包括排烟通道和水流通道，换热管的进水端与第一换热器(85)低温侧的调温水回路连通，换热管的出水端与第一换热器(85)高温侧的调温水回路连通；烟道出口通过法兰连接锅炉排烟余热回收装置88的排烟通道，水流通道的进水端与第二换热器(86)低温侧的卫生水回路连通，水流通道的出水端与第二换热器(86)高温侧的卫生水回路连通，在换热管的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀(91)，在水流通道的进水端管路和出水端管路上分别设置电磁阀(91)，其中：
所述生物质真空锅炉，包括火焰燃烧腔体(51)、烟道(52)、负压水箱(53)、生物质燃烧机(54)和换热管(55)，火焰燃烧腔体(51)为一中空的密封箱体，为立方体轮廓，在火焰燃烧腔体(51)的左侧壁上开设通孔固定生物质燃烧机(54)，生物质燃烧机(54)的火焰喷嘴朝向火焰燃烧腔体(51)的右侧壁；
负压水箱(53)为一中空的密封箱体，采用立方体轮廓，负压水箱(53)腔体的上部固定有换热管(55)，换热管(55)通过连接管路与负压水箱(53)外部的热力回路连通；负压水箱(53)的前侧壁、后侧壁、右侧壁向下延展，分别与火焰燃烧腔体(51)的前侧壁、后侧壁、右侧壁固定连接，与负压水箱(53)下侧壁和火焰燃烧腔体(51)上侧壁形成右端密闭、左端开口的烟道(52)；
在火焰燃烧腔体(51)的上侧壁中部与右侧壁之间开设若干导流通孔(63)，导流通孔(63)均匀分布；
在负压水箱(53)下侧壁的下端，设置向负压水箱(53)腔体内突起的扰流盲孔(65)，扰流盲孔(65)在负压水箱(53)下侧壁上均匀分布；
所述火焰燃烧腔体(51)的上侧壁下端的中部，自左向右固定一组与火焰燃烧腔体(51)轴线垂直的导流板(62)，导流板(62)的前后宽度与火焰燃烧腔体(51)前后侧壁间距相等，导流板(62)的上下高度为火焰燃烧腔体(51)上下侧壁间距的1/2至2/3，各导流板(62)向火焰燃烧腔体(51)的右侧壁倾斜，倾斜角度自右向左逐渐增大，范围在15°至65°；
所述导流通孔(63)的内径小于扰流盲孔(65)的内径，所述导流通孔(63)位于导流板(62)之间及导流板(62)与右侧壁之间，位于火焰燃烧腔体(51)的上侧壁中部与右侧壁之间的扰流盲孔(65)与导流通孔(63)位置和数量相应，导流通孔(63)与相对应的扰流盲孔(65)共轴线。
2.如权利要求1所述的生物质空调机组，其特征在于：在换热管的进水端管路和水流通道的进水端管路间设置第一连通管路(95)，其上设置电磁阀(91)，在换热管的出水端管路和水流通道的出水端管路间设置第二连通管路(96)，其上设置电磁阀(91)。
3.如权利要求1所述的生物质空调机组，其特征在于：锅炉排烟余热回收装置，包括密封腔体(01)、上隔离板(02)、下隔离板(03)、烟管(04)和圆形凸台(06)，上隔离板(02)和下隔离板(03)将密封腔体(01)分割成独立的上腔体、中腔体和下腔体，在上腔体的侧壁上端开设一个排烟通孔(12)，在下腔体的侧壁下端与排烟通孔(12)相对的位置开设一个进烟通孔(11)，在中腔体的侧壁上端开设一个排水通孔(14)，在中腔体的侧壁下端与排水通孔(14)相对的位置开设一个进水通孔(13)，在下腔体的下端面开设一个凝水通孔(15)；
烟管(04)的上端贯穿并固定在上隔离板(02)上，烟管(04)的下端贯穿并固定在下隔离板(03)上，烟管(04)平行排列在上腔体和下腔体之间，通过烟管(04)连通上腔体和下腔体；
一个圆形凸台(06)安装在上腔体的上端面，另一个圆形凸台(06)安装在下腔体的下端面。
4.如权利要求3所述的生物质空调机组，其特征在于：所述负压水箱(53)下侧壁边缘的扰流盲孔(65)的末端连通，在烟道(52)上部的负压水箱(53)腔体底部形成第二烟道(68)。
5.如权利要求4所述的生物质空调机组，其特征在于：还包括翅片(05)，翅片(05)为螺旋形的金属薄片，翅片(05)内圈边缘固定在烟管(04)的外壁上；相邻翅片的边缘保持相同的间距。
6.如权利要求5所述的生物质空调机组，其特征在于：所述中腔体内边缘的烟管(04)上的翅片(05)缠绕方向与中部的烟管(04)上的翅片(05)缠绕方向相反。
7.如权利要求4所述的生物质空调机组，其特征在于：所述烟管(04)的内径沿轴线方向间隔扩大，烟管(04)的外径相应扩大。
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