CN107782012A - 电化学制冷系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电化学制冷系统及其控制方法。该电化学制冷系统包括电化学压缩机(1)、第一金属氢化物换热器(2)和第二金属氢化物换热器(3)，第一金属氢化物换热器(2)通过第一管路(4)连接至电化学压缩机(1)的第一接口端，第二金属氢化物换热器(3)通过第二管路(5)连接至电化学压缩机(1)的第二接口端，第一管路(4)和第二管路(5)至少之一上设置有控制管路流量的流量调节阀(6)。根据本发明的电化学制冷系统及其控制方法，可以解决现有技术中电化学制冷温度调节不便且调节范围小的问题。

Description

电化学制冷系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种电化学制冷系统及其控制方法。
背景技术
目前为止，大多数空调特别是家用空调采用的都是蒸汽压缩式制冷，通过对制冷剂的压缩，使得制冷剂状态不断发生变化，配合高效换热器实现空调的制冷制热。这种制冷系统一是耗能多，二是系统中的冷媒多是氟化物，释放或泄露冷媒会对环境造成危害，当今社会，节能环保成为时代主题，因此一种新型空调系统已是势在必行。
现有技术中提供了一种新型电化学制冷技术，通过氢气与某些合金发生可逆反应并放出大量的热，并经过高效换热设备实现制冷或制热。工作原理如图1所示。
当对电化学氢泵施加正向电压电压时，金属氢化物换热器2’侧氢气浓度增大，随着金属氢化物换热器2’侧氢气浓度增大，金属氢化物内部压力增大，从而导致氢气在金属氢化物换热器2’发生吸氢反应，从而放出热量，金属氢化物换热器2’作为冷凝器使用。同时由于氢气被电化学氢泵从金属氢化物换热器1’泵到金属氢化物换热器2’，导致金属氢化物换热器1’内部氢浓度及压力降低，从而导致金属氢化物在金属氢化物换热器1’内发生放氢反应，从而吸收热量，金属氢化物换热器1’作为蒸发器使用。
同样当对电化学氢泵施加负向电压电压时，金属氢化物换热器1’侧氢气浓度增大，随着金属氢化物换热器1’侧氢气浓度增大，金属氢化物内部压力增大，从而导致氢气在金属氢化物换热器1’发生吸氢反应，从而放出热量，金属氢化物换热器1’作为冷凝器使用。同时由于氢气被电化学氢泵从金属氢化物换热器2’泵到金属氢化物换热器1’，导致金属氢化物换热器2’内部氢浓度及压力降低，从而导致金属氢化物在金属氢化物换热器2’内发生放氢反应，从而吸收热量，金属氢化物换热器2’作为蒸发器使用。
但该电化学制冷系统存在着温度调节不便的问题，在电化学压缩机工作时，吸氢或者放氢的量是恒定的，无法对金属氢化物的吸热或者放热进行调节，只能通过调节风机转速的方式实现对室内温度的调节，因此导致对室内温度的调节很不方便，且温度调节范围受到很大限制。
发明内容
本发明的目的是提出一种电化学制冷系统及其控制方法，以解决现有技术中电化学制冷温度调节不便且调节范围小的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种电化学制冷系统，包括电化学压缩机、第一金属氢化物换热器和第二金属氢化物换热器，第一金属氢化物换热器通过第一管路连接至电化学压缩机的第一接口端，第二金属氢化物换热器通过第二管路连接至电化学压缩机的第二接口端，第一管路和第二管路至少之一上设置有控制管路流量的流量调节阀。
优选地，电化学制冷系统还包括检测室内温度的感温包以及控制流量调节阀的开度的控制器，感温包和流量调节阀均连接至控制器，控制器接收感温包的数据，并根据感温包的数据对流量调节阀的开度进行调节。
优选地，第一管路和第二管路上分别设置有一个流量调节阀。
优选地，感温包为两个，分别设置在第一金属氢化物换热器和第二金属氢化物换热器上。
优选地，流量调节阀为热力膨胀阀，热力膨胀阀的温度感测端连接至感温包。
根据本发明的另一方面，提供了一种电化学制冷系统的控制方法，包括：检测室内温度；根据检测到的室内温度与设定的目标温度进行对比；根据比较结果对第一管路和/或第二管路上的流量调节阀进行调节。
优选地，根据比较结果对第一管路和/或第二管路上的流量调节阀进行调节的步骤包括：根据检测到的室内温度与设定的目标温度的差值调节第一管路上的流量调节阀的开度；根据第一管路上的流量调节阀的开度调节第二管路上的流量调节阀的开度，使第一管路上的氢气流量与第二管路上的氢气流量平衡。
根据本发明的再一方面，提供了一种电化学制冷系统的控制方法，包括：检测室内温度；根据检测到的室内温度与设定的目标温度进行对比；根据比较结果对电化学压缩机的工作电压进行调节。
优选地，根据比较结果对电化学压缩机的工作电压进行调节的步骤包括：在电化学制冷系统处于制冷状态时，设定下限目标温度；当室内温度与下限目标温度的差值达到第一预设范围时，调节电化学压缩机的工作电压以减少氢气的释放量；当室内温度与下限目标温度的差值达到第二预设范围时，调节电化学压缩机的工作电压以加大氢气的释放量，其中第一预设范围的上限值小于第二预设范围的下限值。
优选地，根据比较结果对电化学压缩机的工作电压进行调节的步骤包括：在电化学制冷系统处于制热状态时，设定上限目标温度；当室内温度与上限目标温度的差值达到预设范围时，调节电化学压缩机的工作电压以减少氢气的释放量；当室内温度与上限目标温度的差值达到第二预设范围时，调节电化学压缩机的工作电压以加大氢气的释放量，其中第一预设范围的上限值小于第二预设范围的下限值。
优选地，控制方法还包括：在完成对电化学压缩机的工作电压的调节之后，根据比较结果对第一管路和/或第二管路上的流量调节阀进行调节。
本发明的电化学制冷系统，包括电化学压缩机、第一金属氢化物换热器和第二金属氢化物换热器，第一金属氢化物换热器通过第一管路连接至电化学压缩机的第一接口端，第二金属氢化物换热器通过第二管路连接至电化学压缩机的第二接口端，第一管路和第二管路至少之一上设置有控制管路流量的流量调节阀。在电化学制冷系统工作时，如果用户在使用电化学制冷系统的过程中感到温度过高或者过低时，可以通过调节第一管路和/或第二管路上的流量调节阀来调节氢气流量，从而对第一金属氢化物换热器和/或第二金属氢化物换热器上的热交换量进行调节，使室内的温度能够很好地达到用户需求，满足用户的使用体验。由于流量调节阀可以方便地调节第一管路和/或第二管路上的氢气流量，而且调整范围能够从全开到达全闭，温度调节范围大，可以更好地满足使用要求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有技术中的电化学制冷系统的结构原理图；
图2是本发明实施例的电化学制冷系统处于制热状态的结构原理图；
图3是本发明实施例的电化学制冷系统处于制冷状态的结构原理图；
图4是本发明第一实施例的电化学制冷系统的控制方法原理图；
图5是本发明第二实施例的电化学制冷系统的控制方法原理图。
附图标记说明：1、电化学压缩机；2、第一金属氢化物换热器；3、第二金属氢化物换热器；4、第一管路；5、第二管路；6、流量调节阀；7、感温包。
具体实施方式
在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。
结合参见图2和图3所示，根据本发明的实施例，电化学制冷系统包括电化学压缩机1、第一金属氢化物换热器2和第二金属氢化物换热器3，第一金属氢化物换热器2通过第一管路4连接至电化学压缩机1的第一接口端，第二金属氢化物换热器3通过第二管路5连接至电化学压缩机1的第二接口端，第一管路4和第二管路5至少之一上设置有控制管路流量的流量调节阀。
在电化学制冷系统工作时，如果用户在使用电化学制冷系统的过程中感到温度过高或者过低时，可以通过调节第一管路4和/或第二管路5上的流量调节阀6来调节氢气流量，从而对第一金属氢化物换热器2和/或第二金属氢化物换热器3上的热交换量进行调节，使室内的温度能够很好地达到用户需求，满足用户的使用体验。由于流量调节阀6可以方便地调节第一管路4和/或第二管路5上的氢气流量，而且调整范围能够从全开到达全闭，温度调节范围大，可以更好地满足使用要求。
在本实施例中，第一管路4和第二管路5上分别设置有一个流量调节阀6。在第一管路4和第二管路5上分别设置一个流量调节阀6，可以在对电化学制冷系统进行氢气的流量调节时，保证电化学制冷系统的系统管路的吸氢端和放氢端的压力保持平衡，使得电化学制冷系统具有较高的工作能效。
优选地，电化学制冷系统还包括检测室内温度的感温包7以及控制流量调节阀6的开度的控制器，感温包7和流量调节阀6均连接至控制器，控制器接收感温包7的数据，并根据感温包7的数据对流量调节阀6的开度进行调节。控制器实时接收感温包7所感测到的室内温度，然后将用户所设定的目标温度进行比较，在室内温度和目标温度的差值在设定范围内时，保持当前的工作状态恒定。在室内温度和目标温度的差值超出设定范围时，根据该差值对流量调节阀6的开度进行调节，当需要增加制热或制冷量时，就加大流量调节阀6的开度，在需要减少制热或制冷量时，就减小流量调节阀6的开度，从而实现对压缩机的输出能力的自动调节，使得室内温度达到用户需求。
感温包7可以设置在能够对室内温度进行检测的结构上，该结构可以是第一金属氢化物换热器2或第二金属氢化物换热器3，具体需要根据电化学制冷系统的结构而定。例如，当第一金属氢化物换热器2和第二金属氢化物换热器3的设置位置不变，通过改变风道连通路径来实现电化学制冷系统的连续制冷或者制热时，此时可以将感温包设置在位于室内的换热器上，例如，若第二金属氢化物换热器3设置在室内，则可以将感温包7设置在第二金属氢化物换热器3上。当第一金属氢化物换热器2和第二金属氢化物换热器3的设置位置随着电化学压缩机的电压方向而发生改变时，此时感温包7可以设置在其他不随电化学压缩机的电压方向改变而改变位置的结构上。
第一金属氢化物换热器2和第二金属氢化物换热器3的设置位置随着电化学压缩机的电压方向而发生改变时，感温包7可以为两个，分别设置在第一金属氢化物换热器2和第二金属氢化物换热器3上。控制器可以始终保持接收位于室内的换热器上的感温包7的温度信息，从而能够始终保持对室内温度进行调节。
优选地，流量调节阀6为热力膨胀阀，热力膨胀阀的温度感测端连接至感温包7。热力膨胀阀根据检测到的室内温度对自身的开度进行调节，可以通过热力平衡实现压力平衡，保证温度调节快速准确，而且无需设置单独的控制器，结构更加简单，成本更低。
结合参见图4所示，根据本发明的第一实施例，上述的电化学制冷系统的控制方法包括：检测室内温度；根据检测到的室内温度与设定的目标温度进行对比；根据比较结果对第一管路4和/或第二管路5上的流量调节阀6进行调节。通过检测到的室内温度与设定的目标温度的对比结果对流量调节阀6的开度进行调节，可以方便地实现对压缩机的输出能力的自动调节，控制更加简单方便，温度调节更加快速准确，电化学压缩机的利用效率更高。
根据比较结果对第一管路4和/或第二管路5上的流量调节阀6进行调节的步骤包括：根据检测到的室内温度与设定的目标温度的差值调节第一管路4上的流量调节阀6的开度；根据第一管路4上的流量调节阀6的开度调节第二管路5上的流量调节阀6的开度，使第一管路4上的氢气流量与第二管路5上的氢气流量平衡。通过实时调节第一管路4和第二管路5上的流量调节阀6的开度，可以使得氢气的释放和吸收能够动态实现平衡，提高氢气的利用效率，提高温度调节的准确性，同时能够有效保证两个管路上的压力平衡，提高电化学制冷系统的工作性能的稳定性和可靠性。
结合参见图5所示，根据本发明的第二实施例，上述的电化学制冷系统的控制方法包括：检测室内温度；根据检测到的室内温度与设定的目标温度进行对比；根据比较结果对电化学压缩机1的工作电压进行调节。
通过调节电化学压缩机1的工作电压，能够对电化学压缩机1的氢气输出能力进行调节，从而可以根据检测到的室内温度与设定的目标温度合理选择电化学压缩机1的氢气输出，减少因电化学压缩机1制作氢气过量而出现不必要的电量耗费，节省能源消耗。
根据比较结果对电化学压缩机1的工作电压进行调节的步骤包括：在电化学制冷系统处于制冷状态时，设定下限目标温度；当室内温度与下限目标温度的差值达到第一预设范围时，调节电化学压缩机1的工作电压以减少氢气的释放量；当室内温度与下限目标温度的差值达到第二预设范围时，调节电化学压缩机1的工作电压以加大氢气的释放量，其中第一预设范围的上限值小于第二预设范围的下限值。
根据比较结果对电化学压缩机1的工作电压进行调节的步骤包括：在电化学制冷系统处于制热状态时，设定上限目标温度；当室内温度与上限目标温度的差值达到预设范围时，调节电化学压缩机1的工作电压以减少氢气的释放量；当室内温度与上限目标温度的差值达到第二预设范围时，调节电化学压缩机1的工作电压以加大氢气的释放量，其中第一预设范围的上限值小于第二预设范围的下限值。
控制方法还包括：在完成对电化学压缩机1的工作电压的调节之后，根据比较结果对第一管路4和/或第二管路5上的流量调节阀6进行调节。在调节电化学压缩机1的工作电压的基础上对流量调节阀6进行调节，可以进一步加大电化学制冷系统的温度调节范围，使得电化学制冷系统能够适用于更多种不同环境下的制冷或制热需要，提高了电化学制冷系统的适用性。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种电化学制冷系统，其特征在于，包括电化学压缩机(1)、第一金属氢化物换热器(2)和第二金属氢化物换热器(3)，所述第一金属氢化物换热器(2)通过第一管路(4)连接至所述电化学压缩机(1)的第一接口端，所述第二金属氢化物换热器(3)通过第二管路(5)连接至所述电化学压缩机(1)的第二接口端，所述第一管路(4)和所述第二管路(5)至少之一上设置有控制管路流量的流量调节阀(6)。
2.根据权利要求1所述的电化学制冷系统，其特征在于，所述电化学制冷系统还包括检测室内温度的感温包(7)以及控制所述流量调节阀(6)的开度的控制器，所述感温包(7)和所述流量调节阀(6)均连接至所述控制器，所述控制器接收所述感温包(7)的数据，并根据所述感温包(7)的数据对所述流量调节阀(6)的开度进行调节。
3.根据权利要求1所述的电化学制冷系统，其特征在于，所述第一管路(4)和所述第二管路(5)上分别设置有一个所述流量调节阀(6)。
4.根据权利要求2所述的电化学制冷系统，其特征在于，所述感温包(7)为两个，分别设置在所述第一金属氢化物换热器(2)和所述第二金属氢化物换热器(3)上。
5.根据权利要求2所述的电化学制冷系统，其特征在于，所述流量调节阀(6)为热力膨胀阀，所述热力膨胀阀的温度感测端连接至所述感温包(7)。
6.一种如权利要求2所述的电化学制冷系统的控制方法，其特征在于，包括：
检测室内温度；
根据检测到的室内温度与设定的目标温度进行对比；
根据比较结果对第一管路(4)和/或第二管路(5)上的流量调节阀(6)进行调节。
7.根据权利要求6所述的电化学制冷系统的控制方法，其特征在于，所述根据比较结果对第一管路(4)和/或第二管路(5)上的流量调节阀(6)进行调节的步骤包括：
根据检测到的室内温度与设定的目标温度的差值调节第一管路(4)上的流量调节阀(6)的开度；
根据第一管路(4)上的流量调节阀(6)的开度调节第二管路(5)上的流量调节阀(6)的开度，使第一管路(4)上的氢气流量与第二管路(5)上的氢气流量平衡。
8.一种如权利要求3所述的电化学制冷系统的控制方法，其特征在于，包括：
检测室内温度；
根据检测到的室内温度与设定的目标温度进行对比；
根据比较结果对电化学压缩机(1)的工作电压进行调节。
9.根据权利要求8所述的电化学制冷系统的控制方法，其特征在于，所述根据比较结果对电化学压缩机(1)的工作电压进行调节的步骤包括：
在电化学制冷系统处于制冷状态时，设定下限目标温度；
当室内温度与下限目标温度的差值达到第一预设范围时，调节电化学压缩机(1)的工作电压以减少氢气的释放量；
当室内温度与下限目标温度的差值达到第二预设范围时，调节电化学压缩机(1)的工作电压以加大氢气的释放量，其中第一预设范围的上限值小于第二预设范围的下限值。
10.根据权利要求8所述的电化学制冷系统的控制方法，其特征在于，所述根据比较结果对电化学压缩机(1)的工作电压进行调节的步骤包括：
在电化学制冷系统处于制热状态时，设定上限目标温度；
当室内温度与上限目标温度的差值达到预设范围时，调节电化学压缩机(1)的工作电压以减少氢气的释放量；
当室内温度与上限目标温度的差值达到第二预设范围时，调节电化学压缩机(1)的工作电压以加大氢气的释放量，其中第一预设范围的上限值小于第二预设范围的下限值。
11.根据权利要求8所述的电化学制冷系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在完成对电化学压缩机(1)的工作电压的调节之后，根据比较结果对第一管路(4)和/或第二管路(5)上的流量调节阀(6)进行调节。
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