CN105066497B - 一种风力驱动的冷暖两用室温调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力驱动的冷暖两用室温调节系统，包括空气压缩机、对空气压缩机提供动力的风力涡轮机以及与空气压缩机出口连通的涡流管，所述涡流管通过换向阀与室内空调末端连接，所述换向阀具有将涡流管冷端出口与室内空调末端连通的制冷模式以及将涡流管热端出口与室内空调末端连通的制热模式。本发明实现了制冷和制热两种模式，而且利用空气为工质，结构简单可靠，成本低，完全不需要电能，可作为缺乏电力的偏远地区的室温调节装置或普通家庭空调的补充节能装置。

Description

一种风力驱动的冷暖两用室温调节系统

技术领域

本发明属于空调设计技术领域，特别是一种风力驱动的冷暖两用室温调节系统。

背景技术

现有的空调系统一般为电力驱动，由于我国电力大部分由火力发电厂提供，因此其整体能源利用效率较低。直接利用自然能源并通过机械传动实现制冷或制热的装置可以实现较高的能量转化效率。现有的风力制冷制热装置利用制冷剂为工作介质，并且为具有两个换热器的闭式系统，具有装置复杂、投资成本高、无法实现能量储存、可靠性差等缺点。现有的风力制热装置一般通过搅拌油或喷油来产生热量，具有体积庞大、噪音大、所需转矩大、油在低温下易凝固等缺点。因此，一种风力驱动的利用空气作为工作介质的简单可靠的室温调节装置是更好的选择。

申请号为CN201410380314.9的专利文献公开了一种风能驱动的涡流管多功能制冷空调系统，采用风力发电装置驱动空压机，高压空气流经涡流管后的冷热空气分别通过换热器提供冷冻室和冷藏室冷量并对建筑房屋提供冷量和热量。但是该技术方案具有以下不足：1.空气压缩机出口没有散热器，因此压缩产生的高温空气难以实现有效冷却，制冷效果差。2.利用换热器来向室内供冷或供暖，由于换热壁面两侧均为空气，因此其传热系数较低。3.由于没有换向阀，向室内供冷和供暖需要两个独立的换热器，增加了成本。4.利用风能发电再驱动压缩机，增加了设备成本且降低了能量转换效率。

另外申请号为CN201110192389.0的专利文献公开了一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，采用汽车动力提供高压气体的进气装置，利用涡流管的冷热分离特性实现车辆内部空调。但是该专利技术仅适于车载环境中，需要汽车动力驱动空气压缩机，另外同样地有以下不足：1.空气压缩机出口没有散热器，制冷效果差。2.利用换热器来向室内供冷或供暖，传热系数较低。

发明内容

本发明提供了一种冷暖两用的室温调节系统，该系统采用风力驱动、纯机械传动、运行可靠，既可作为缺乏电力的偏远地区的取暖、制冷装置，也可以作为普通家庭空调的补充。

一种风力驱动的冷暖两用室温调节系统，包括空气压缩机、对空气压缩机提供动力的风力涡轮机以及与空气压缩机出口连通的涡流管，所述涡流管通过换向阀与室内空调末端连接，所述换向阀具有将涡流管冷端出口与室内空调末端连通的制冷模式以及将涡流管热端出口与室内空调末端连通的制热模式。

作为优选，所述换向阀包括阀体以及设置在阀体内且滑动配合的滑阀；所述阀体上设有与涡流管冷端出口相连的第一入口、与涡流管热端出口相连的第二入口、通向室外的第一出口和通向室内的第二出口；所述滑阀具有分别将第一入口与第二出口导通、将第二入口与第一出口导通的第一工作位，以及分别将第一入口与第一出口导通、将第二入口与第二出口导通的第二工作位。采用该技术方案，空调的制冷模式和制热模式调节简单，通过调整滑阀，分别使得涡流管的冷端或者热端与室内导通，实现制冷或制热，可根据需要选用合适的工作模式，即可满足制冷需要，也能满足制热需要，实用性强。

作为优选，所述的空气压缩机出气口与涡流管的工质入口之间设有三通阀、散热器、单向阀和储气罐；

所述三通阀包括三个端，分别为第一端、第二端和第三端，三通法的第一端与所述空气压缩机的出口相连，第二端依次连接散热器、单向阀后再与储气罐的进气口相连，第三端直接与储气罐进气口相连。

上述技术方案中，单向阀的作用是使得空气只能从散热器流到储气罐而不能反向流动，避免在制热模式下，储存在储气罐中的高温空气的热量散失。

作为优选，所述储气罐与涡流管的工质入口之间的管路上设有第一闸阀。通过第一闸阀可以控制空调系统的开启和关闭，进一步提高系统的可调性，节省能耗。

作为优选，所述空气压缩机的入口通过回气管与室内空气相连；所述回气管上设有新风入口，该新风入口处设有第三闸阀。通过回风管可实现对室内回风的利用，进一步提高系统的制冷或制热效率。所述空气压缩机为可以为涡旋式、转子式或螺杆式压缩机。由于空气压缩机入口的负压，室内空气经过过滤器被吸入回风管，室外空气经过过滤器和第三闸阀被吸入空气压缩机，可以通过第三闸阀调节新风比例。

作为优选，所述三通阀连接的管路、散热器连接的管路、单向阀连接的管路、储气罐连接的管路、第一闸阀连接的管路、回气管、涡流管、涡流管出口连接的管路和换向阀外覆盖有保温层。保温层的设置，进一步降低了能量损失。所述散热器为板翅式换热器，依靠自然风进行散热。

作为优选，所述室内空调末端包括：

混流器，该混流器上包括工质入口、回风入口以及直接与室内导通的出口；用于将回风和冷却后的空气混合后输送至室内；

罩设在混流器外壁的消音器；

所述混流器的工质入口与所述换向阀的第二出口连通；所述混流器的回风入口设有第二闸阀。

上述技术方案中，所述消音器为在混流器外安装一个封闭的铁筒，并在铁筒和混流器之间填充消音棉。用于降低混流器产生的噪音，改善室内环境。第二闸阀的设置，用于控制混流器内回风量的大小，以实现对室内温度的控制。比如，系统处于制冷模式，当需要降低温度时，可开大第二闸阀，当需要提高温度时，降低第二闸阀开度；系统处于制热模式，当需要降低温度时，加大第二闸阀开度，当需要提高温度时，降低第二闸阀开度。

作为优选，所述风力涡轮机的输出轴通过齿轮组与空气压缩机传动。齿轮组选择的结构可根据风力涡轮机的结构选定；例如，所述风力涡轮机可以为竖直轴或水平轴风力涡轮机；若所述风力涡轮机为水平轴风力涡轮机，则所述齿轮组可为两个圆柱齿轮；若所述风力涡轮机为竖直轴风力涡轮机，则所述齿轮组可为两个圆锥齿轮。

本发明中，回风管入口、新风口等位置均可根据需要设置过滤器，对通过的空气进行过滤，避免空气中的杂质对空气压缩机等部件的不良影响。所述过滤器可选择金属方孔网支撑的无纺布纤维毡。

本发明中风力涡轮机由自然风驱动，并通过传动轴和齿轮组驱动空气压缩机。制冷模式下，空气压缩机产生的压缩空气经散热器散热后进入储气罐。从储气罐出来的压缩空气进入涡流管。涡流管冷端出口的低温气体经换向阀与混流器后进入室内，并可以通过第二闸阀调节与室内空气混合的比例以改变送风温度。消音器可以减小混流器中空气混合产生的噪声。涡流管热端出口的高温气体经换向阀后被送到室外。制热模式下，空气压缩机产生的高温压缩空气经带有保温层的旁通管进入储气罐。从储气罐出来的压缩空气进入涡流管，涡流管热端出口的高温气体经换向阀与混流器被送入室内，涡流管冷端出口的低温气体经换向阀被送到室外。室内空气经过滤器与回气管后回到空气压缩机，并可以通过第三闸阀调节进入空气压缩机的新风比例。

本发明和现有技术相比，具有以下优点：1、本发明可通过三通阀和换向阀的切换实现制冷和取暖两种功能，且使用了储气罐进行储能，实现了一年四季、有风无风的全天候运行，同时整体结构更加紧凑，占用空间小。

2、本发明利用空气为工作介质，与制冷剂系统相比，臭氧层破坏潜能都为零，温室效应潜能极低，与现有的液体搅拌式风能制热系统相比，没有冬季冻结问题。

3、本发明使用纯机械结构，不需要电力作为辅助动力或驱动控制系统，不仅增加了系统的可靠性而且可以用于电力短缺的偏远地区。

4、本发明使用涡流管作为膨胀原件，不仅实现了冷暖两种功能，而且其效率高于使用节流阀的系统。

5、本发明采用开式制冷系统，只需要一个室外散热器，在室内无需使用换热器，可实现无温差传热，不但提高了换热系数，而且节省了初投资。

6、与现有方案相比，本发明通过设置回风系统和新风系统，可以减少能量耗散，同时改善室内空气质量。

综上所述，本发明实现了制冷和制热两种模式，而且利用空气为工质，结构简单可靠，完全不需要电能，可作为缺乏电力的偏远地区的室温调节装置或普通家庭空调的补充节能装置。

附图说明

图1为本发明的风力驱动的冷暖两用室温调节系统的结构原理简图。

图2为换向阀滑块位于第一工作位时的结构原理简图。

图3为换向阀滑块位于第二工作位时的结构原理简图。

上述附图中：

1、风力涡轮机；2、传动轴；3、齿轮组；4、第一输气管；5、散热器；6、单向阀；7、储气罐；8、第一闸阀；9、涡流管；10、换向阀；11、第二过滤器；12、第三闸阀；13、空气压缩机；14、三通阀；15、第二输气管；16、回气管；17、第一过滤器；18、第二闸阀；19、消音器；20、混流器；21、第一入口；22、第一出口；23、第二入口；24、第二出口；25、滑阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种风力驱动的冷暖两用室温调节系统，包括动力装置、送风装置和回风装置；其中动力装置包括风力涡轮机1、空气压缩机13、三通阀14、传动轴2和齿轮组3；送风装置包括散热器5、单向阀6、储气罐7、第一闸阀8、涡流管9、第一输气管4、第二输气管15、换向阀10和第二闸阀18、消音器19和混流器20；回风装置包括第一过滤器17、回气管16、第三闸阀12和第二过滤器11。

上述部件的连接关系如下：

风力涡轮机1的输出端与传动轴2连接传动，传动轴2输出端通过齿轮组3驱动空气压缩机13；空气压缩机13的压缩空气出气口与三通阀14相连；三通阀14的第一端与空气压缩机13的压缩空气出气口通过管路相连；三通阀14的第二端通过第一输气管4与散热器5的入口相连；三通阀14的第三端通过带保温层的第二输气管15与储气罐7的第二进气口相连；散热器5的出口与单向阀6的入口相连，单向阀6的出口与储气罐7的第一进气口相连，单向阀6使空气只能从散热器5流到储气罐7而不能反向流动；储气罐7的出气口与涡流管9的工质入口相连，储气罐7的出气口与涡流管9的工质入口之间的管路上设有第一闸阀8；涡流管9的热端出口和冷端出口通过换向阀10与室内的混流器20相连；

换向阀10的结构如图2和图3所示：

换向阀10包括密闭的阀体10a、位于阀体10a内且可以移动的滑阀25，阀体10a上具有第一入口21、第二入口23、第一出口22、第二出口24。滑阀25具有两个工作位，分别为第一工作位和第二工作位：如图2所示，当滑阀25位于第一工作位时，第二入口23和第一出口22连通，第一入口21和第二出口24连通。当滑阀25位于第二工作位时，第一入口21和第一出口22连通，第二入口23和第二出口24连通。

空气压缩机13的空气入口通过回气管16与室内空气相连，回气管16位于室内的一端罩盖有第一过滤器17，用于过滤回气管16进入空气压缩机13内的室内空气。回气管16上同时设有新风进口，新风进口的管路上设有第三闸阀12和第二过滤器11，第二过滤器11用于过滤通过回气管16进入空气压缩机13内的新鲜空气，空气压缩机13内空气进入的比例，可通过第三闸阀12调节控制。

换向阀10的第一入口21与涡流管9的冷端出口相连；第二入口23与涡流管9的热端入口相连；第一出口22与室外相连；第二出口24通向室内，与室内设置的混流器20的工质入口连通；混流器20外套设有消音器19，消音器19为在混流器20外安装一个封闭的铁筒，并在铁筒和混流器20之间填充消音棉。混流器20的侧向入口与室内空气连通，侧向入口外接的管路上设有第二闸阀18，通过第二闸阀18调整进入混流器20内的室内空气比例。

第二输气管15，储气罐7和第一闸阀8两端连接的输气管，回风管16，涡流管9，涡流管9两个出口连接的输气管以及换向阀10外覆盖有保温层。

上述的风力涡轮机1为三叶片型水平轴风力涡轮机；上述的齿轮组为两个相互啮合的直齿圆锥齿轮；上述的空气压缩机13为涡旋式空气压缩机；上述的三通阀14为L型不锈钢三通球阀；上述散热器5为铝制板翅式换热器，依靠自然风进行散热；上述涡流管9为铜质逆流式涡流管。上述第一过滤器17和第二过滤器11为金属方孔网支撑的无纺布纤维毡。

制冷模式下，将三通阀14旋至空气压缩机13与第一输气管4接通，并将换向阀10的滑阀25调节至第一工作位。需要制冷时将第一闸阀8打开，不需要制冷时将第一闸阀8关闭。涡流管9冷端出口温度可以低至-20℃，因此需要将涡流管9冷端出口的气流与室内空气混合升温后才能送入室内。送风温度依靠第二闸阀18来调节，需要升高送风温度时增大第二闸阀18开度，需要降低送风温度时减小第二闸阀18开度。

制热模式下，将三通阀14旋至空气压缩机13与第二输气管15接通，并将换向阀10的滑阀25调节至第二工作位。需要制热时将第一闸阀8打开，不需要制热时将第一闸阀8关闭。涡流管9的热端出口的温度可以高至70℃，因此需要将涡流管9热端出口的气流与室内空气混合降温后才能送入室内。送风温度依靠第二闸阀18来调节，需要升高送风温度时减小第二闸阀18开度，需要降低送风温度时增大第二闸阀18开度。

可以通过第三闸阀12来调节新风在送风中的比例。需要增大新风的比例时增大第三闸阀12开度，需要减小新风比例时减小第三闸阀12开度，不需要新风时完全关闭第三闸阀12。

Claims (7)

1.一种风力驱动的冷暖两用室温调节系统，包括空气压缩机、对空气压缩机提供动力的风力涡轮机以及与空气压缩机出口连通的涡流管，其特征在于，所述涡流管通过换向阀与室内空调末端连接，所述换向阀具有将涡流管冷端出口与室内空调末端连通的制冷模式，以及将涡流管热端出口与室内空调末端连通的制热模式；

所述换向阀包括阀体以及设置在阀体内且滑动配合的滑阀；所述阀体上设有与涡流管冷端出口相连的第一入口、与涡流管热端出口相连的第二入口、通向室外的第一出口和通向室内的第二出口；所述滑阀具有分别将第一入口与第二出口导通、第二入口与第一出口导通的第一工作位，以及分别将第一入口与第一出口导通、第二入口与第二出口导通的第二工作位。

2.根据权利要求1所述的风力驱动的冷暖两用室温调节系统，其特征在于，所述的空气压缩机出气口与涡流管的工质入口之间设有三通阀、散热器、单向阀和储气罐；

所述三通阀的第一端与所述空气压缩机的出口相连，第二端依次连接散热器、单向阀后再与储气罐的进气口相连，第三端直接与储气罐进气口相连。

3.根据权利要求2所述的风力驱动的冷暖两用室温调节系统，其特征在于，所述储气罐与涡流管的工质入口之间的管路上设有第一闸阀。

4.根据权利要求3所述的风力驱动的冷暖两用室温调节系统，其特征在于，所述空气压缩机的入口通过回气管与室内空气相连；所述回气管上设有新风入口，该新风入口处设有第三闸阀。

5.根据权利要求4所述的风力驱动的冷暖两用室温调节系统，其特征在于，所述三通阀连接的管路、散热器连接的管路、单向阀连接的管路、储气罐连接的管路、第一闸阀连接的管路、回气管、涡流管、涡流管出口连接的管路和换向阀外覆盖有保温层。

6.根据权利要求1所述的风力驱动的冷暖两用室温调节系统，其特征在于，所述室内空调末端包括：

混流器，该混流器上包括工质入口、回风入口以及直接与室内导通的出口；

罩设在混流器外壁的消音器；

所述混流器的工质入口与所述换向阀的第二出口连通；所述混流器的回风入口设有第二闸阀。

7.根据权利要求1所述的风力驱动的冷暖两用室温调节系统，其特征在于，所述风力涡轮机的输出轴通过齿轮组与空气压缩机传动。