CN108507074A - 电化学空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学空调系统，属于空调技术领域。该系统包括：第一电化学压缩装置、第二电化学压缩装置、第一氢化金属反应器、第二氢化金属反应器、第一电源、第二电源和控制器。本发明还公开了一种用于所述电化学系统的控制方法，包括：监测切换条件；根据所述切换条件，控制所述第一电源和第二电源交替工作。

Description

电化学空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别涉及电化学空调系统及其控制方法。

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。这种空调系统结构复杂，控制过程繁琐，若使用多年或者因为安装不恰当导致冷媒泄漏现象可能会缩短压缩机寿命，本发明提供了一种新型电化学空调系统以解决传统空调系统存在的上述问题。

发明内容

本发明实施例提供了电化学空调系统及其控制方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种电化学空调系统，包括：第一电化学压缩装置、第二电化学压缩装置、第一氢化金属反应器、第二氢化金属反应器、第一电源、第二电源和控制器；所述第一电源，用于为所述第一电化学压缩装置供电；所述第二电源，用于为所述第二电化学压缩装置供电；所述控制器，用于监测切换条件，控制所述第一电源和所述第二电源交替工作；所述第一电化学压缩装置，用于在所述第一电源供电时，将所述第一氢化金属反应器释放的氢气进行压缩和传输；所述第二电化学压缩装置，用于在所述第二电源供电时，将所述第二氢化金属反应器释放的氢气进行压缩和传输；所述第一氢化金属反应器，用于在所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应；在所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电时，进行将氢化金属与来自所述第二电化学压缩装置的氢气合成金属氢化物的放热反应；所述第二氢化金属反应器，用于在所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，进行将氢化金属与来自所述第一电化学压缩装置的氢气合成为金属氢化物的放热反应；在所述电源为所述第二电化学压缩装置供电时，进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应。

可选地，还包括：计时器，用于在所述电源交替为所述第一电化学压缩装置和第二电化学压缩装置供电时计时；所述切换条件包括：当所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，如果所述计时器达到设定值，切换为所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电；当所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电时，如果所述计时器达到设定值，切换为所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电。

可选地，所述第一电源包括：第一电源本体和第一开关装置；所述第一电源本体的电压输出端连接所述第一电化学压缩装置的阳极；所述第一开关装置，由所述控制器控制，接通或断开所述第一电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置的连接；所述第二电源包括：第二电源本体和第二开关装置；所述第二电源本体的电压输出端连接所述第二电化学压缩装置的阳极；所述第二开关装置，由所述控制器控制，接通或断开所述第二电源本体的电压输出端与所述第二电化学压缩装置的连接。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种用于所述电化学空调系统的方法，包括：监测切换条件；根据所述切换条件，控制所述第一电源和第二电源交替工作。

可选地，切换条件，包括：当所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，如果计时达到设定值，切换为所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电；当所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电时，如果计时达到设定值，切换为所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电。

可选地，控制所述第一电源和第二电源交替工作包括：由第一电源工作切换到第二电源工作和由第二电源工作切换到第一电源工作。

可选地，所述第一电源包括：第一电源本体和第一开关装置；所述第二电源包括：第二电源本体和第二开关装置；所述由第一电源工作切换到第二电源工作，包括：控制所述第一开关装置断开所述第一电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置的连接；控制所述第二开关装置接通所述第二电源本体的电压输出端与所述第二电化学压缩装置的连接；所述由第二电源工作切换到第一电源工作，包括：控制所述第二开关装置断开所述第二电源本体的电压输出端与所述第二电化学压缩装置的连接；控制所述第一开关装置接通所述第一电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置的连接。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1、结构简单，控制过程方便；

2、避免了电化学压缩装置进行电压换向，提高电化学压缩装置的使用寿命。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本实施例示出的一种电化学空调系统第一工作状态下的结构示意图；

1-第一电化学压缩装置，2-第二电化学压缩装置，3-第一金属氢化物反应器，4-第二金属氢化物反应器，5-第一电源，6-第二电源；

图2是根据本实施例示出的一种电化学空调系统第二工作状态下的结构示意图；

图3是根据本实施例示出的一种用于上述电化学空调系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法、产品等而言，由于其与实施例公开的方法部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。要强调指出的是，目前对电化学空调的研究尚处于起步阶段，这方面公开的资料极其有限。本文提供的所有技术实施例、技术实施方式和技术细节内容，没有公知常识、惯用技术手段或常规技术手段可供使用或借鉴，其它可供借鉴或参考的技术也基本为零。

本发明实施例中的电化学空调系统包括：第一电化学压缩装置、第二电化学压缩装置、第一氢化金属反应器、第二氢化金属反应器、第一电源、第二电源和控制器；

第一电源，用于为第一电化学压缩装置供电，第二电源，用于为第二电化学压缩装置供电。

控制器，用于监测切换条件，并根据切换条件控制第一电源和第二电源交替工作，即控制第一电化学压缩装置和第二电化学压缩装置交替工作。

在电源为第一电化学压缩装置供电时，第一电化学压缩装置将第一氢化金属反应器释放的氢气进行压缩和传输。

在电源为第一电化学压缩装置供电时，第二电化学压缩装置将第二氢化金属反应器释放的氢气进行压缩和传输。

第一氢化金属反应器，在第一电源为第一电化学压缩装置供电时，进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应；在第二电源为第二电化学压缩装置供电时，进行将氢化金属与来自第二电化学压缩装置的氢气合成金属氢化物的放热反应。

第二氢化金属反应器，在第一电源为第一电化学压缩装置供电时，进行将氢化金属与来自第一电化学压缩装置的氢气合成为金属氢化物的放热反应；在电源为第二电化学压缩装置供电时，进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应。

本发明实施例提供的电化学空调系统，控制两个电源交替工作，实现两个电化学压缩装置交替工作，结构简单，成本低，控制过程方便，且能够避免电化学压缩装置进行电压换向，提高电化学压缩装置的使用寿命。

下面结合图1和图2对本发明实施例中的电化学空调系统进行详细介绍：如图1和图2所示，本发明实施例中的电化学空调系统包括：第一电化学压缩装置1，第二电化学压缩装置2，第一氢化金属反应器3，第二氢化金属反应器4，第二电源5和第一电源6。

在本实施例中，第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2有阴极和阳极，第二电源5为第二电化学压缩装置2供电，第一电源6为第一电化学压缩装置1供电。图1所示工作状态为第二电源5工作，图2所示的工作状态为第一电源6工作。

第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2采用电解模式，在电压作用下氢气可以在阳极实现氧化反应生成氢离子，氢离子传输至阴极后发生还原为氢气，实现对氢气的传输和压缩。只需要外加电势且较少的能耗便可实现氢气的传输和压缩。电化学反应过程中阳极反应、阴极反应以及电子传导、离子传导都在电化学压缩装置核心部件“膜电极”上发生。膜电极由多层不同结构组成，受膜电极结构及电化学压缩装置组装的约束。在本实施例中，电化学压缩装置输入电源极性是固定的，因此只能实现氢气单向传输和压缩。

第一氢化金属反应器3和第二氢化金属反应器4内存储有氢化金属，氢化金属可与氢气发生反应，反应过程如下：

该反应正向氢化金属与氢气合成，为放热反应，引起氢化金属反应器升温，逆向分解金属氢化物释放氢气，为吸热反应，引起氢化金属反应器降温。

在本实施例中，当系统处于如图1所示运行状态时，第二电源5供电，第二电化学压缩装置2工作。第一氢化金属反应器3内进行氢化金属与氢气合成的放热反应，第二氢化金属反应器4内进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应。氢气的流通方向如箭头方向所示，由第二氢化金属反应器4流经第二电化学压缩装置2，第二电化学压缩装置2将第二氢化金属反应器4释放的氢气氧化后再还原，还原后氢气流向第一氢化金属反应器3。

当系统处于如图2所示运行状态时，第一电源6供电，第一电化学压缩装置1工作。第一氢化金属反应器3内进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应，第二氢化金属反应器4内进行氢化金属与氢气合成的放热反应。氢气的流通方向如箭头方向所示，由第一氢化金属反应器3流经第一电化学压缩装置1，第一电化学压缩装置1将第一氢化金属反应器3释放的氢气氧化后再还原，还原后氢气流向第二氢化金属反应器4。

本实施例提供的电化学空调系统还包括控制器和计时器(图1和图2中未示出)，控制器可以控制第一电源6和第二电源5工作交替工作，计时器用于计时。系统预设每个电源连续工作时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的每个电源连续工作时间，从而保证电化学空调系统的运行效率)，计时器在电化学空调系统开始运行时或每次第一电源和第二电源交替供电时，从零开始计时。若电化学空调系统开始运行时第一电源6供电，第一电化学压缩装置1工作，控制器检测计时器，当计时器计时到设定值时，控制器控制第一电源6停止供电，第一电化学压缩装置1停止工作，第二电源5供电，第二电化学压缩装置2工作，即第一电源6与第二电源5完成一次交替供电。计时器在第一电源6与第二电源5交替供电时从零计时，当计时到设定值时，控制器再次控制第一电源6与第二电源5交替供电。

在另一些实施例中，计时器不清零，自电化学空调系统开始运行时开始计时，当计时到设定值或设定值的整数倍时(如10分钟、20分钟、30分钟…)，控制器控制第一电源6与第二电源5交替供电。

在另一些实施例中，第一电源6可以包括：第一电源本体和第一开关装置。第一电源本体的电压输出端连接第一电化学压缩装置1的阳极，第一开关装置，由控制器控制，接通或断开第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接。第二电源5可以包括：第二电源本体和第二开关装置，,第二电源本体的电压输出端连接第二电化学压缩装置2的阳极，第二开关装置，由控制器控制，接通或断开第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接。

系统预设每个电源连续工作时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的每个电源连续工作时间，从而保证电化学空调系统的运行效率)，计时器在电化学空调系统开始运行时或每次第一电源和第二电源交替供电时，从零开始计时。控制器监测计时器计时。若电化学空调系统开始运行时，控制器控制第一开关装置接通第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，第二开关装置断开第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接，当计时器计时到设定值时，控制器控制第一开关装置断开第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，第二开关装置接通第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接，即第一电源6与第二电源5完成一次交替供电。计时器在第一电源6与第二电源5交替供电时从零计时，当计时到设定值时，控制器再次控制第一电源6与第二电源5交替供电。

在另一些实施例中，计时器不清零，自电化学空调系统开始运行时开始计时，当计时到设定值或设定值的整数倍时(如10分钟、20分钟、30分钟…)，控制器控制第一电源6与第二电源5交替供电。

本发明实施例提供的电化学空调系统工作原理为金属氢化物与氢气的反应吸热或放热，电化学压缩装置需要外加电势且较少的能耗便可实现氢气的传输和压缩，节能环保，结构简单，控制过程方便，两个电化学压缩装置交替工作，避免电化学压缩装置进行电压换向，提高电化学压缩装置的使用寿命。

图3是根据本发明实施例示出的一种用于所述电化学空调系统的控制方法的流程示意图。电化学空调系统包括：第一电化学压缩装置1，第二电化学压缩装置2，第一氢化金属反应器3，第二氢化金属反应器4，第二电源5和第一电源6。用于该化学空调系统的控制方法包括如下步骤：S301，监测切换条件；S302，根据所述切换条件，控制所述第一电源和第二电源交替工作。

在本实施例中，控制器监测切换条件，并控制第一电源6和第二电源5交替工作。在步骤S301中，切换条件包括：当第一电源6为第一电化学压缩装置1供电时，如果计时达到设定值，切换为第二电源5为第二电化学压缩装置2供电；当第二电源5为第二电化学压缩装置2供电时，如果计时达到设定值，切换为第一电源6为第一电化学压缩装置1供电。上述计时可以通过计时器实现。在步骤S302中，控制第一电源6和第二电源5交替工作包括：由第一电源工作6切换到第二电源5工作和由第二电源5工作切换到第一电源6工作。

可选的切换过程如下：系统预设每个电源连续工作时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的每个电源连续工作时间，从而保证电化学空调系统的运行效率)，计时器在电化学空调系统开始运行时或每次第一电源和第二电源交替供电时，从零开始计时。若电化学空调系统开始运行时第一电源6供电，第一电化学压缩装置1工作，控制器检测计时器，当计时器计时到设定值时，控制器控制第一电源6停止供电，第一电化学压缩装置1停止工作，第二电源5供电，第二电化学压缩装置2工作，即由第一电源工作6切换到第二电源5工作。计时器在第一电源6与第二电源5交替供电时从零计时，当计时到设定值时，控制器再次控制第一电源6与第二电源5切换工作。

在另一些可选的切换过程中，计时器不清零，自电化学空调系统开始运行时开始计时，当计时到设定值或设定值的整数倍时(如10分钟、20分钟、30分钟…)，控制器控制第一电源6与第二电源5切换工作。

在另一些实施例中，第一电源6包括：第一电源本体和第一开关装置。第一电源本体的电压输出端连接第一电化学压缩装置1的阳极，第一开关装置，由控制器控制，接通或断开第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接。第二电源5包括：第二电源本体和第二开关装置，,第二电源本体的电压输出端连接第二电化学压缩装置2的阳极，第二开关装置，由控制器控制，接通或断开第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接。

在步骤S302中，控制第一电源6和第二电源5交替工作包括：由第一电源6工作切换到第二电源5工作和由第二电源5工作切换到第一电源6工作。由第一电源6工作切换到第二电源5工作包括：控制第一开关装置断开第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接；控制第二开关装置接通第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接。由第二电源5工作切换到第一电源6工作包括：控制第二开关装置断开第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接；控制第一开关装置接通第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接。

可选的切换过程如下：系统预设每个电源连续工作时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的每个电源连续工作时间，从而保证电化学空调系统的运行效率)，计时器在电化学空调系统开始运行时或每次第一电源和第二电源交替供电时，从零开始计时，控制器监测计时器计时。若电化学空调系统开始运行时，控制器控制第一开关装置接通第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，第二开关装置断开第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接，当计时器计时到设定值时，控制器控制第一开关装置断开第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，第二开关装置接通第二电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接，即由第一电源6工作切换到第二电源5工作。计时器在第一电源6与第二电源5交替供电时从零计时，当计时到设定值时，控制器再次控制第一电源6与第二电源5切换工作。

在另一些可选的切换过程中，计时器不清零，自电化学空调系统开始运行时开始计时，当计时到设定值或设定值的整数倍时(如10分钟、20分钟、30分钟…)，控制器控制第一电源6与第二电源5切换工作。

系统预设每个电源连续工作时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的每个电源连续工作时间，从而保证电化学空调系统的运行效率)，计时器在电化学空调系统开始运行时或每次第一电源和第二电源交替供电时，从零开始计时，控制器监测计时器计时。若电化学空调系统开始运行时，控制器控制第一开关装置接通第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，第二开关装置断开第一电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接，当计时器计时到设定值时，控制器控制第一开关装置断开第一电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，第二开关装置接通第一电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接，即第一电源6与第二电源5完成一次交替供电。计时器在第一电源6与第二电源5交替供电时从零计时，当计时到设定值时，控制器再次控制第一电源6与第二电源5交替供电。

在另一些实施例中，计时器不清零，自电化学空调系统开始运行时开始计时，当计时到设定值或设定值的整数倍时(如10分钟、20分钟、30分钟…)，控制器控制第一电源6与第二电源5交替供电。

本发明实施例提供的方法，操作简单，避免电化学压缩装置电压换向，提高电化学压缩装置的使用寿命。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种电化学空调系统，其特征在于，所述系统包括：第一电化学压缩装置、第二电化学压缩装置、第一氢化金属反应器、第二氢化金属反应器、第一电源、第二电源和控制器；

所述第一电源，用于为所述第一电化学压缩装置供电；

所述第二电源，用于为所述第二电化学压缩装置供电；

所述控制器，用于监测切换条件，控制所述第一电源和所述第二电源交替工作；

所述第一电化学压缩装置，用于在所述第一电源供电时，将所述第一氢化金属反应器释放的氢气进行压缩和传输；

所述第二电化学压缩装置，用于在所述第二电源供电时，将所述第二氢化金属反应器释放的氢气进行压缩和传输；

所述第一氢化金属反应器，用于在所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应；在所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电时，进行将氢化金属与来自所述第二电化学压缩装置的氢气合成金属氢化物的放热反应；

所述第二氢化金属反应器，用于在所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，进行将氢化金属与来自所述第一电化学压缩装置的氢气合成为金属氢化物的放热反应；在所述电源为所述第二电化学压缩装置供电时，进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：计时器，用于在所述电源交替为所述第一电化学压缩装置和第二电化学压缩装置供电时计时；

所述切换条件包括：

当所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，如果所述计时器达到设定值，切换为所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电；

当所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电时，如果所述计时器达到设定值，切换为所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一电源包括：第一电源本体和第一开关装置；所述第一电源本体的电压输出端连接所述第一电化学压缩装置的阳极；所述第一开关装置，由所述控制器控制，接通或断开所述第一电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置的连接；

所述第二电源包括：第二电源本体和第二开关装置；所述第二电源本体的电压输出端连接所述第二电化学压缩装置的阳极；所述第二开关装置，由所述控制器控制，接通或断开所述第二电源本体的电压输出端与所述第二电化学压缩装置的连接。

4.一种如权利要求1所述系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

监测切换条件；

根据所述切换条件，控制所述第一电源和第二电源交替工作。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述切换条件，包括：

当所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电时，如果计时达到设定值，切换为所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电；

当所述第二电源为所述第二电化学压缩装置供电时，如果计时达到设定值，切换为所述第一电源为所述第一电化学压缩装置供电。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，控制所述第一电源和第二电源交替工作包括：由第一电源工作切换到第二电源工作和由第二电源工作切换到第一电源工作。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一电源包括：第一电源本体和第一开关装置；所述第二电源包括：第二电源本体和第二开关装置；

所述由第一电源工作切换到第二电源工作，包括：

控制所述第一开关装置断开所述第一电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置的连接；

控制所述第二开关装置接通所述第二电源本体的电压输出端与所述第二电化学压缩装置的连接；

所述由第二电源工作切换到第一电源工作，包括：

控制所述第二开关装置断开所述第二电源本体的电压输出端与所述第二电化学压缩装置的连接；

控制所述第一开关装置接通所述第一电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置的连接。