CN105650787B - 太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器，由冬夏两用两级蒸发冷却空调机组和角度可调式太阳能发电‑加热一体化装置经连接组成。本发明的冬夏两用空调器，不仅降温效果好，而且能实现冬夏两用，更加经济、合理。

Description

太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器。

背景技术

蒸发冷却技术是一种节能、经济、环保及健康的空调形式。目前，蒸发冷却技术应用比较成熟且广泛的是将其用于蒸发冷却空调器。

蒸发冷却空调器是通过水与空气直接接触，把空气的显然作为水蒸发所需的潜热而实现空气的降温增湿。然而，现有的蒸发冷却空调器都采用一级直接蒸发冷却来实现降温，因此其降温幅度是非常有限的，在降温的同时也会造成空气的湿度增加，且降温幅度与湿度无法进行控制，所以其应用往往受地域和使用场所的限制，节能效果有限。

除此之外，现有的大多数蒸发冷却空调器只能解决夏季降温问题，而不能承担一定的冬季热负荷，在冬季大都处于停滞状态，无法使用，这使蒸发冷却空调器较多的应用在全年都有较大冷负荷的场所，如：数据机房(基站)及餐饮行业等，这也在一定程度上限制了蒸发冷却空调器的推广与应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器，不仅降温效果好，而且能实现冬、夏两用。

本发明所采用的技术方案是，太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器，由冬夏两用两级蒸发冷却空调机组和角度可调式太阳能发电-加热一体化装置经连接组成。

本发明的特点还在于：

角度可调式太阳能发电-加热一体化装置由角度可调式太阳能光伏发电单元及角度可调式太阳能集热单元组成；角度可调式太阳能光伏发电单元、角度可调式太阳能集热单元均与冬夏两用两级蒸发冷却空调机组连接。

冬夏两用两级蒸发冷却空调机组，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有一次空气进风口、送风口；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤填料、直流送风机、三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元及直接蒸发冷却单元；过滤填料的上部设置有蓄电池，蓄电池分别与角度可调式太阳能光伏发电单元、角度可调式太阳能集热单元连接；直流送风机、三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元及直接蒸发冷却单元均与角度可调式太阳能光伏发电单元连接；三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次空气进风口；直接蒸发冷却单元与角度可调式太阳能集热单元连接。

角度可调式太阳能光伏发电单元，包括有围绕机组壳体顶壁边缘处设置的多块圆弧形太阳能光伏板，每块圆弧形太阳能光伏板还通过可调式支撑杆a与机组壳体的侧壁连接，通过调节可调式支撑杆a能改变圆弧形太阳能光伏板的角度，同时调节多块圆弧形太阳能光伏板的角度能使多块圆弧形太阳能光伏板形成一个保护壳，用于保护设置于机组壳体顶壁上的角度可调式太阳能集热单元；角度可调式太阳能集热单元，包括有与直接蒸发冷却单元连接的太阳能集热装置，太阳能集热装置的底部固定于机组壳体顶壁上，太阳能集热装置还通过可调式支撑杆b与机组壳体的顶壁连接，通过调节可调式支撑杆b能改变太阳能集热装置的角度。

直接蒸发冷却单元，包括有填料，填料的上方依次设置有均流板及布水装置；填料的下方设置有循环水箱a，循环水箱a通过第二蓄水管与布水装置连接；第二蓄水管上设置有直流水泵a，循环水箱a分别通过供水管、回水管与太阳能集热装置连接。

太阳能集热装置，包括有太阳能集热装置壳体，太阳能集热装置壳体内设置有真空集热单元；真空集热单元通过进水管与供水管连接；真空集热单元还通过出水管与回水管连接。

真空集热单元由多个平行设置的真空集热管组件组成；真空集热管组件，包括有真空集热管管体，真空集热管管体内嵌套有换热水管，换热水管的管壁上套接有多个换热翅片，换热水管外包裹有蓄热层；换热水管的两端伸出真空集热管管体的两端，换热水管的一端为进水端，进水端与进水管连接；换热水管的另一端为出水端，出水端与出水管连接；出水管上设置有机械式自动控温装置。

一次空气进风口采用散流器型风口。

三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元，包括有三维布水立管套管式换热器，三维布水立管套管式换热器的上方设置有与三维布水立管套管式换热器连接的分水器；三维布水立管套管式换热器的下方设置有循环水箱b，分水器通过第一蓄水管与循环水箱b连接，第一蓄水管上设置有直流水泵b；三维布水立管套管式换热器与循环水箱b之间形成二次风流道，二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次空气排风口。

三维布水立管套管式换热器由多根竖直设置的三维布水换热套管组成；三维布水换热套管，包括有换热外管和嵌套于换热外管内的布水内管，布水内管通过分水管与分水器连接，布水内管的管壁上均匀设置有多个面向换热外管喷淋的壁面喷口；布水内管与换热外管之间形成空气流动通道；空气流动通道内均匀设置有四个支撑挡板，四个支撑挡板将整个空气流动通道分成四个支通道；换热外管的壁面呈连续的弧形波浪状；二次空气排风口内设置有面向圆弧形太阳能光伏板背面送风的送风百叶。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的冬夏两用空调器内设置有冬夏两用两级蒸发冷却空调机组，冬夏两用两级蒸发冷却空调机组采用间接+直接两级蒸发冷却的方式，使送风温度更低；通过灵活控制间接+直接两级蒸发冷却的开、停，就能合理调节送风温度及送风湿度；另外，将经间接蒸发冷却处理的二次空气通到太阳能光伏板的背面，就能冷却太阳能光伏板，这样既提高了太阳能光伏板的效率，又能对二次空气进行热回收，实现了能量的梯级利用，更加节能及高效。

2.本发明的冬夏两用空调器，在冬夏两用两级蒸发冷却空调机组中设置有三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元，其内部的布水非常均匀，二次空气与水充分接触不仅使一次空气降温效果明显，还使水资源利用效率提升；换热套管的换热外管设置为连续的波浪状结构，使其换热面积更大，降温效果更加明显；由布水内管上设置的壁面喷口喷出水滴附着在换热外管的内壁上形成降膜，能有效增加空气与水的换热面积，提高水资源的利用效率。

3.在本发明的冬夏两用空调器中，冬夏两用两级蒸发冷却空调机组中设置有三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元，三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元中设置有多根换热套管，每根换热套管的换热外管与布水内管之间设置有四个方向的支撑档板，用于将进入换热套管内的空气分成四股，在换热外管与布水内管之间形成冷桥，有利于一次空气温度的再次下降；并且二次空气通过三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元后，温度接近空气湿球温度，这部分空气通到太阳能光伏板背面时，可用于冷却太阳能光伏板，使冷量得到梯次利用。

4.本发明的冬夏两用空调器内设置有太阳能集热装置，太阳能集热装置内设置有真空集热管组件，真空集热管组件内的蓄热层能对吸收的太阳热能进行保存并将热量传递给换热水管，用于加热换热水管内的冷水；采用换热水管外包裹蓄热层的方法，可以对换热水管内通入的冷水进行均匀加热并确保热水的出水温度稳定，由于换热水管内的冷水不与真空集热管管体直接发生热交换，能有效避免真空集热管管体出现爆裂的现象；经太阳能集热装置制取热水直接通入直接蒸发冷却单元中用于制取热风，实现了空调器在冬季的使用。

5.本发明的冬夏两用空调器，全年采用太阳能光伏发电来驱动内部的直流电机和直流水泵，更加节能；且太阳能光伏板与太阳能集热装置都设置有可调节式支撑杆，一方面可根据太阳光强度合理调节其方向，最大限度的利用了太阳能资源；另一方面，当室外气象条件恶劣时，可以利用多块太阳能光伏板构成一个保护壳将太阳能集热装置包裹起来，起到保护太阳能集热装置的作用，避免太阳能集热装置被损坏。

附图说明

图1是本发明冬夏两用空调器的外部结构示意图；

图2是本发明冬夏两用空调器内冬夏两用两级蒸发冷却空调机组的结构示意图；

图3是本发明冬夏两用空调器内太阳能集热装置的结构示意图；

图4是本发明冬夏两用空调器内真空集热管组件的横截面结构示意图；

图5是本发明冬夏两用空调器内冬夏两用两级蒸发冷却空调机组的一次空气进风口的结构示意图；

图6是本发明冬夏两用空调器内三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元的结构示意图；

图7是本发明冬夏两用两级蒸发冷却空调器内三维布水换热套管的横截面结构示意图。

图中，1.均流板，2.送风口，3.填料，4.循环水箱a，5.循环水箱b，6.直流水泵a，7.直流水泵b，8.三维布水换热套管，9.二次空气排风口，10.直流送风机，11.过滤填料，12.一次空气进风口，13.蓄电池，14.二次空气进风口，15.分水器，16.布水装置，17.可调式支撑杆a，18.可调式支撑杆b，19.圆弧形太阳能光伏板，20.太阳能集热装置，21.进水管，22.出水管，23.真空集热管组件，24.蓄热层，25.换热水管，26.太阳能集热装置壳体，27.布水内管，28.换热外管，29.壁面喷口，30.支撑挡板，31.第一蓄水管，32.第二蓄水管，33.供水管，34.回水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器，其结构如图1所示，由冬夏两用两级蒸发冷却空调机组和角度可调式太阳能发电-加热一体化装置经连接组成。

角度可调式太阳能发电-加热一体化装置由角度可调式太阳能光伏发电单元及角度可调式太阳能集热单元组成；其中，角度可调式太阳能光伏发电单元、角度可调式太阳能集热单元均与冬夏两用两级蒸发冷却空调机组连接。

冬夏两用两级蒸发冷却空调机组，其结构如图1及图2所示，包括有机组壳体，机组壳体相对的两侧壁上分别设置有一次空气进风口12、送风口2；机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤填料11、直流送风机10、三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元及直接蒸发冷却单元；过滤填料11的上部设置有蓄电池13，蓄电池13分别与角度可调式太阳能光伏发电单元、角度可调式太阳能集热单元连接；直流送风机10、三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元及直接蒸发冷却单元均与角度可调式太阳能光伏发电单元连接；三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次空气进风口14；直接蒸发冷却单元与角度可调式太阳能集热单元连接。

角度可调式太阳能光伏发电单元，如图1所示，包括有围绕机组壳体顶壁边缘处设置的多块圆弧形太阳能光伏板19，每块圆弧形太阳能光伏板19还通过可调式支撑杆a17与机组壳体的侧壁连接，通过调节可调式支撑杆a17能改变圆弧形太阳能光伏板19的角度，同时调节多块圆弧形太阳能光伏板19的角度能使多块圆弧形太阳能光伏板19形成一个保护壳，用于保护设置于机组壳体顶壁上的角度可调式太阳能集热单元。

角度可调式太阳能集热单元，如图1所示，包括有与直接蒸发冷却单元连接的太阳能集热装置20，太阳能集热装置20的底部固定于机组壳体顶壁上，太阳能集热装置20还通过可调式支撑杆b18与机组壳体的顶壁连接，通过调节可调式支撑杆b18能改变太阳能集热装置20的角度，以便于能充分吸收太阳光。

直接蒸发冷却单元，如图2所示，包括有填料3，填料3的上方依次设置有均流板1及布水装置16，填料3的下方设置有循环水箱a4，循环水箱a4通过第二蓄水管32与布水装置16连接，第二蓄水管32上设置有直流水泵a6，循环水箱a4分别通过供水管33、回水管34与太阳能集热装置20连接。

太阳能集热装置20，如图3所示，包括有太阳能集热装置壳体26，太阳能集热装置壳体26内设置有真空集热单元，真空集热单元通过进水管21与供水管33连接，真空集热单元还通过出水管22与回水管34连接。

真空集热单元由多个平行设置的真空集热管组件23组成。

真空集热管组件23，如图4所示，包括有真空集热管管体，真空集热管管体内嵌套有换热水管25，换热水管25的管壁上套接有多个换热翅片，换热水管25外包裹有蓄热层24，换热水管25的两端伸出真空集热管管体的两端，换热水管25的一端为进水端，进水端与进水管21连接，换热水管25的另一端为出水端，出水端与出水管22连接；出水管22上设置有机械式自动控温装置，用于对出水管22内的热水温度进行监控。

真空集热管管体采用高强玻璃制成。

一次空气进风口12采用散流器型风口；如图5所示，一次空气进风口12由进风方向到出风方向设计为依次渐缩的形式。

三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元，如图2所示，包括有三维布水立管套管式换热器，三维布水立管套管式换热器的上方设置有与三维布水立管套管式换热器连接的分水器15，三维布水立管套管式换热器的下方设置有循环水箱b5，分水器15通过第一蓄水管31与循环水箱b5连接，第一蓄水管31上设置有直流水泵b7；三维布水立管套管式换热器与循环水箱b5之间形成二次风流道，二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次空气排风口9；二次空气排风口9内设置有面向圆弧形太阳能光伏板19背面送风的送风百叶。

三维布水立管套管式换热器由多根竖直设置的三维布水换热套管8组成；三维布水换热套管8，其结构如图2及图6所示，包括有换热外管28和嵌套于换热外管28内的布水内管27，布水内管27通过分水管与分水器15连接，布水内管27的管壁上均匀设置有多个面向换热外管28喷淋的壁面喷口29，布水内管27与换热外管28之间形成空气流动通道，如图7所示，空气流动通道内均匀设置有四个支撑挡板30，四个支撑挡板30将整个空气流动通道分成四个支通道，换热外管28的壁面呈连续的弧形波浪状。

本发明太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器中主要部件的作用如下：

(1)角度可调式太阳能光伏发电单元：不仅可以吸收太阳能用于发电，还可用于保护角度可调式太阳能集热单元；

在使用过程中可以通过调节可调式支撑杆a17调整圆弧形太阳能光伏板19的角度，使其能充分吸收太阳光用于产生电能，有效利用了天然的可再生清洁能源；

通过调整，角度可调式太阳能光伏发电单元还能形成一个保护壳，用于保护安装于冬夏两用两级蒸发冷却空调机组顶部的角度可调式太阳能集热单元。

(2)角度可调式太阳能集热单元：可以充分吸收太阳能的热量用于加热冷水，加热后的水可供给冬夏两用两级蒸发冷却空调机组内的直接蒸发冷却单元使用，能供应热风，实现了空调器在冬季的使用。

太阳能集热装置20内设置有多根真空集热管组件23，由真空集热管组件23吸收太阳能的热量并将其传递给内部的蓄热层24，由蓄热层24将热量传递给换热水管25，用于对换热水管25中的水进行加热及保温，加热后的水经出水管22送至回水管34，再由回水管34送入直接蒸发冷却单元内的循环水箱a4中，用于在冬季供应热风。

(3)蓄电池13设置于冬夏两用两级蒸发冷却空调机组内，由角度可调式太阳能光伏发电单元吸收太阳能产生的电能供给耗电部件，多余的电能则存储于蓄电池13中，以保证冬夏两用两级蒸发冷却空调机组及太阳能集热装置20在阴雨天能正常运行。

(4)冬夏两用两级蒸发冷却空调机组：用于调节空气温度，能适用于冬、夏两季；

冬夏两用两级蒸发冷却空调机组中采用三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元和直接蒸发冷却单元两级冷却形式，具有送风温度低的特点；通过控制三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元和直接蒸发冷却单元的开、停，就能合理调节送风温度及送风湿度。

其中，三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元内的布水非常均匀，二次空气与水充分接触，不仅使一次空气温降效果增加，还使水资源利用效率提高；另外，由冬夏两用两级蒸发冷却空调机组排出的二次空气能通到圆弧形太阳能光伏板19的背面，实现了能量的梯级利用，更加节能、高效。

本发明太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器，不仅降温效果好，而且能实现冬夏两用，更加经济、合理。

Claims (7)

1.太阳能加热与蒸发冷却相结合的冬夏两用空调器，其特征在于，由冬夏两用两级蒸发冷却空调机组和角度可调式太阳能发电-加热一体化装置经连接组成；

所述角度可调式太阳能发电-加热一体化装置由角度可调式太阳能光伏发电单元及角度可调式太阳能集热单元组成；所述角度可调式太阳能光伏发电单元、角度可调式太阳能集热单元均与冬夏两用两级蒸发冷却空调机组连接；

所述冬夏两用两级蒸发冷却空调机组，包括有机组壳体，所述机组壳体相对的两侧壁上分别设置有一次空气进风口(12)、送风口(2)；

所述机组壳体内按空气进入后流动方向依次设置有过滤填料(11)、直流送风机(10)、三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元及直接蒸发冷却单元；

所述过滤填料(11)的上部设置有蓄电池(13)，所述蓄电池(13)分别与角度可调式太阳能光伏发电单元、角度可调式太阳能集热单元连接；所述直流送风机(10)、三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元及直接蒸发冷却单元均与角度可调式太阳能光伏发电单元连接；

所述三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元上方对应的机组壳体顶壁上设置有二次空气进风口(14)；

所述直接蒸发冷却单元与角度可调式太阳能集热单元连接；

所述角度可调式太阳能光伏发电单元，包括有围绕机组壳体顶壁边缘处设置的多块圆弧形太阳能光伏板(19)，每块所述圆弧形太阳能光伏板(19)还通过可调式支撑杆a(17)与机组壳体的侧壁连接，通过调节可调式支撑杆a(17)能改变圆弧形太阳能光伏板(19)的角度，同时调节多块圆弧形太阳能光伏板(19)的角度能使多块圆弧形太阳能光伏板(19)形成一个保护壳，用于保护设置于机组壳体顶壁上的角度可调式太阳能集热单元；

所述角度可调式太阳能集热单元，包括有与直接蒸发冷却单元连接的太阳能集热装置(20)，所述太阳能集热装置(20)的底部固定于机组壳体顶壁上，所述太阳能集热装置(20)还通过可调式支撑杆b(18)与机组壳体的顶壁连接，通过调节可调式支撑杆b(18)能改变太阳能集热装置(20)的角度。

2.根据权利要求1所述的冬夏两用空调器，其特征在于，所述直接蒸发冷却单元，包括有填料(3)，所述填料(3)的上方依次设置有均流板(1)及布水装置(16)；

所述填料(3)的下方设置有循环水箱a(4)，所述循环水箱a(4)通过第二蓄水管(32)与布水装置(16)连接；

所述第二蓄水管(32)上设置有直流水泵a(6)，

所述循环水箱a(4)分别通过供水管(33)、回水管(34)与太阳能集热装置(20)连接。

3.根据权利要求1或2所述的冬夏两用空调器，其特征在于，所述太阳能集热装置(20)，包括有太阳能集热装置壳体(26)，所述太阳能集热装置壳体(26)内设置有真空集热单元；

所述真空集热单元通过进水管(21)与供水管(33)连接；

所述真空集热单元还通过出水管(22)与回水管(34)连接。

4.根据权利要求3所述的冬夏两用空调器，其特征在于，所述真空集热单元由多个平行设置的真空集热管组件(23)组成；

所述真空集热管组件(23)，包括有真空集热管管体，所述真空集热管管体内嵌套有换热水管(25)，所述换热水管(25)的管壁上套接有多个换热翅片，所述换热水管(25)外包裹有蓄热层(24)；

所述换热水管(25)的两端伸出真空集热管管体的两端，所述换热水管(25)的一端为进水端，所述进水端与进水管(21)连接；所述换热水管(25)的另一端为出水端，所述出水端与出水管(22)连接；

所述出水管(22)上设置有机械式自动控温装置。

5.根据权利要求1所述的冬夏两用空调器，其特征在于，所述一次空气进风口(12)采用散流器型风口。

6.根据权利要求1所述的冬夏两用空调器，其特征在于，所述三维布水立管套管式间接蒸发冷却单元，包括有三维布水立管套管式换热器，所述三维布水立管套管式换热器的上方设置有与三维布水立管套管式换热器连接的分水器(15)；

所述三维布水立管套管式换热器的下方设置有循环水箱b(5)，所述分水器(15)通过第一蓄水管(31)与循环水箱b(5)连接，所述第一蓄水管(31)上设置有直流水泵b(7)；

所述三维布水立管套管式换热器与循环水箱b(5)之间形成二次风流道，所述二次风流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次空气排风口(9)。

7.根据权利要求6所述的冬夏两用空调器，其特征在于，所述三维布水立管套管式换热器由多根竖直设置的三维布水换热套管(8)组成；所述三维布水换热套管(8)，包括有换热外管(28)和嵌套于换热外管(28)内的布水内管(27)，所述布水内管(27)通过分水管与分水器(15)连接，所述布水内管(27)的管壁上均匀设置有多个面向换热外管(28)喷淋的壁面喷口(29)；所述布水内管(27)与换热外管(28)之间形成空气流动通道；所述空气流动通道内均匀设置有四个支撑挡板(30)，所述四个支撑挡板(30)将整个空气流动通道分成四个支通道；所述换热外管(28)的壁面呈连续的弧形波浪状；

所述二次空气排风口(9)内设置有面向圆弧形太阳能光伏板(19)背面送风的送风百叶。