CN108507075A - 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、电源和控制器。本发明提供的电化学制冷装置节能环保，采用单电源同时控制两个电化学压缩装置。本发明还公开了一种用于所述电化学空调系统的控制方法，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。

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。

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、电源和控制器；所述控制器，用于监测切换条件；根据所述切换条件，控制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；所述第一电化学压缩装置，用于在所述电源供电时，将所述第一氢化金属反应器释放的氢气进行传输和压缩；所述第二电化学压缩装置，用于在所述电源供电时，将所述第二氢化金属反应器释放的氢气进行传输和压缩；所述第一氢化金属反应器，用于在所述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，所述系统还包括：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，切换为所述电源为所述第二电化学压缩装置供电；当所述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，切换为所述电源为所述第一电化学压缩装置供电。

可选地，所述电源具有第一电压输出端和第二电压输出端；所述第一电压输出端连接所述第一电化学压缩装置的阳极；所述第二电压输出端连接所述第二电化学压缩装置的阳极。

可选地，所述电源包括：电源本体和换向装置；所述电源本体的电压输出端，分别连接所述第一电化学压缩装置的阳极和所述第二电化学压缩装置的阳极；所述换向装置，由所述控制器控制，交替接通所述电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置和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，提供一种用于前述实施例提供的系统的控制方法，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。

可选地，所述切换条件，包括：当所述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，切换为所述电源为所述第二电化学压缩装置供电；当所述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，切换为所述电源为所述第一电化学压缩装置供电。

可选地，所述电源具有第一电压输出端和第二电压输出端，其中所述第一电压输出端连接所述第一电化学压缩装置的阳极，所述第二电压输出端连接所述第二电化学压缩装置的阳极；所述控制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，包括：控制所述第一电压输出端输出电压值为0、且所述第二电压输出端输出电压值为设定值；或者，控制所述第二电压输出端输出电压值为0、且所述第一电压输出端输出电压值为设定值。

可选地，所述电源包括：电源本体和换向装置；其中，所述电源本体的电压输出端，分别连接所述第一电化学压缩装置的阳极和所述第二电化学压缩装置的阳极；所述控制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，包括：控制所述换向装置交替接通所述电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置和所述第二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、利用一个电源交替为两个电化学压缩装置供电，结构简单，成本低，控制过程简单；

2、能够避免电化学压缩装置进行电压换向，控制过程简单。

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处于第一运行状态下的结构原理图；

图2是根据本实施例示出的一种电化学空调系统处于第二运行状态下的结构原理图；

1-第一电化学压缩装置，2-第二电化学压缩装置，3-第一氢化金属反应器，4-第二氢化金属反应器，5-电源，6-第二电压输出端，7-第一电压输出端；

图3是根据本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。

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。

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、电源和控制器。

电源用于为第一电化学压缩装置和第二电化学压缩装置供电，需要说明的是，电源不会同时为第一电化学压缩装置和第二电化学压缩装置供电，即第一电化学压缩装置和第二电化学压缩装置不会同时工作。

控制器，用于监测切换条件，并根据切换条件控制电源交替为第一电化学压缩装置和第二电化学压缩装置供电。

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传输和压缩。

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传输和压缩。

第一氢化金属反应器，在电源为第一电化学压缩装置供电时，即第一电化学工作时，进行分解金属氢化物释放氢气的吸热反应；在电源为第二电化学压缩装置供电时，即第二电化学压缩装置工作时，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，在电源为第一电化学压缩装置供电时，即第一电化学工作时，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，即第二电化学压缩装置工作时，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，利用一个电源交替为两个电化学压缩装置供电，结构简单，成本低，控制过程简单，且能够避免电化学压缩装置进行电压换向，控制过程简单。

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，电源5，第一电压输出端7，第二电压输出端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，电源5有一个电压输入端和两个电压输出端：第一电压输出端7和第二电压输出端6。电源5为第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2交替供电。第一电化学压缩装置1的阳极连接电源5的第一电压输出端7，第二电化学压缩装置2的阳极连接电源5的第二电压输出端6，第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2的阴极同时连接电源5的电压输入端。

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，可以在阳极氧化氢气生成氢离子，氢离子传输至阴极后还原氢气。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。

本实施例提供的电化学空调系统还包括控制器(图1和图2中未示出)。控制器控制电源5的各电压输出端的输出电压，从而实现为第一电化学装置1和第二电化学装置2交替供电。如图1所示系统运行状态，控制器控制电源5第一电压输出端7输出电压为0，第二电压输出端6输出电压为设定值，第一电化学压缩装置1停止运行，第二电化学压缩装置2运行。如图2所示系统运行状态，控制器控制电源5第一电压输出端7输出电压为设定值，第二电压输出端6输出电压为0，第一电化学压缩装置1运行，第二电化学压缩装置2停止运行。

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。当系统处于如图2所示运行状态时，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。图1中第一氢化金属反应器3与第二电化学压缩装置2之间的实线箭头，及第二氢化金属反应器4与第二电化学压缩装置2之间的实线箭头，代表此状态下的氢气流路。图2中第一氢化金属反应器3与第一电化学压缩装置1之间的实线箭头，及第二氢化金属反应器4与第一电化学压缩装置1之间的实线箭头，代表此状态下的氢气流路。图1与图2中的虚线箭头仅用于完整示出不同状态下的氢气流路，并不代表其对应状态下的实际氢气流路。

本实施例提供的电化学空调系统还包括计时器(在图1和图2中未示出)。系统预设电源单向工作时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的电源单向工作时间，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计时器计时到设定值即每次电源交替供电时，从零开始计时。若电化学空调系统开始运行时第二电压输出端6输出电压值为0、且第一电压输出端7输出电压值为设定值，当计时器计时到10分钟时，控制器控制第一电压输出端7输出电压值为0、且第二电压输出端6输出电压值为设定值。若电化学空调系统开始运行时，第一电压输出端7输出电压值为0、且第二电压输出端6输出电压值为设定值，当计时器计时到10分钟时，控制器控制第二电压输出端6输出电压值为0、且第一电压输出端7输出电压值为设定值。即通过电源5交替为第一电化学压缩装置1与第二电化学压缩装置2供电实现第一电化学压缩装置1与第二电化学压缩装置2交替工作。在每次电源输出端的输出电压发生变化时，即电源5为第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2交替供电时，计时器从零开始计时，计时到设定值输出端的输出电压再次变化。

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…)，电源5输出端的输出电压发生变化，为第一电化学装置1和第二电化学装置2交替供电。

在另一些实施例中，电源5可以包括：电源本体和换向装置。其中，电源本体有一个电压输入端和一个电压输出端。该电压输出端，分别连接第一电化学压缩装置1的阳极和第二电化学压缩装置2的阳极。控制器控制换向装置接通电压输出端与第一电化学压缩装置1的阳极连接，此时，第一电化学压缩装置1运行，第二电化学压缩装置2停止运行。控制器控制换向装置接通电压输出端与第二电化学压缩装置2的阳极连接，此时，第一电化学压缩装置1停止运行，第二电化学压缩装置2运行。系统预设换向装置换向间隔时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的换向装置换向间隔时间，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计时器计时到设定值即每次电源交替供电时，从零开始计时。若电化学空调系统开始运行时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，计时器计时到10分钟时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接。若电化学空调系统开始运行时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，计时器计时到10分钟时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接。即通过电源5交替接通电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2的连接。实现第一电化学压缩装置1与第二电化学压缩装置2交替工作。在每次换向装置换向时，即电源5为第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2交替供电时，计时器从零开始计时，计时到设定值换向装置换向。

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…)，换向装置换向。

本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，控制过程简单，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，控制过程简单。

图3是根据本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。该方法包括如下步骤：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。

在本实施例中，步骤S301中，切换条件包括：当电源5为第一电化学压缩装置1供电时，如果计时达到设定值，切换为电源5为第二电化学压缩装置2供电；当电源5为第二电化学压缩装置2供电时，如果计时达到设定值，切换为电源5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。

在本实施例中，电源5具有第一电压输出端7和第二电压输出端6，其中所述第一电压输出端7连接所述第一电化学压缩装置1的阳极，所述第二电压输出端6连接所述第二电化学压缩装置2的阳极。

可选的切换过程如下：系统预设电源单向工作时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的电源单向工作时间，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计时器计时到设定值即每次电源交替供电时，从零开始计时。若电化学空调系统开始运行时第二电压输出端6输出电压值为0、且第一电压输出端7输出电压值为设定值，即电源5为第一电化学压缩装置1供电，当计时器计时到10分钟时，控制器控制第一电压输出端7输出电压值为0、且第二电压输出端6输出电压值为设定值，即电源5为第二电化学压缩装置2供电。若电化学空调系统开始运行时，第一电压输出端7输出电压值为0、且第二电压输出端6输出电压值为设定值，即电源5为第二电化学压缩装置2供电，当计时器计时到10分钟时，控制器控制第二电压输出端输出电压值为0、且第一电压输出端输出电压值为设定值，即电源5为第一电化学压缩装置1供电。在每次电源输出端的输出电压发生变化时，即电源5为第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2交替供电时，计时器从零开始计时，计时到设定值输出端的输出电压再次变化。

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…)，电源5输出端的输出电压发生变化。

在另一些实施例中，电源包括：电源本体和换向装置；其中，电源本体的电压输出端，分别连接第一电化学压缩装置1的阳极和第二电化学压缩装置2的阳极；控制电源交替为第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2供电。

可选的切换过程如下：系统预设换向装置换向间隔时间设定值10分钟(可以通过实验等方法确定合适的换向装置换向间隔时间，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计时器计时到设定值即每次电源交替供电时，从零开始计时。若电化学空调系统开始运行时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，计时器计时到10分钟时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接。若电化学空调系统开始运行时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1的连接，计时器计时到10分钟时，控制器控制换向装置接通电源本体的电压输出端与第二电化学压缩装置2的连接。即通过电源5交替接通电源本体的电压输出端与第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2的连接。实现第一电化学压缩装置1与第二电化学压缩装置2交替工作。在每次换向装置换向时，即电源5为第一电化学压缩装置1和第二电化学压缩装置2交替供电时，计时器从零开始计时，计时到设定值换向装置换向。

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…)，换向装置换向。

本实施例提供的方法，操作简单，避免电化学压缩装置电压换向，控制过程简单。

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 (8)

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、电源和控制器；

所述控制器，用于监测切换条件；根据所述切换条件，控制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；

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

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

所述第一氢化金属反应器，用于在所述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，切换为所述电源为所述第二电化学压缩装置供电；

当所述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，所述电源具有第一电压输出端和第二电压输出端；

所述第一电压输出端连接所述第一电化学压缩装置的阳极；

所述第二电压输出端连接所述第二电化学压缩装置的阳极。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述电源包括：电源本体和换向装置；

所述电源本体的电压输出端，分别连接所述第一电化学压缩装置的阳极和所述第二电化学压缩装置的阳极；

所述换向装置，由所述控制器控制，交替接通所述电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置和所述第二电化学压缩装置的连接。

5.一种如权利要求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。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述切换条件，包括：

当所述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，切换为所述电源为所述第二电化学压缩装置供电；

当所述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，切换为所述电源为所述第一电化学压缩装置供电。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述电源具有第一电压输出端和第二电压输出端，其中所述第一电压输出端连接所述第一电化学压缩装置的阳极，所述第二电压输出端连接所述第二电化学压缩装置的阳极；

所述控制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，包括：

控制所述第一电压输出端输出电压值为0、且所述第二电压输出端输出电压值为设定值；或者，

控制所述第二电压输出端输出电压值为0、且所述第一电压输出端输出电压值为设定值。

8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述电源包括：电源本体和换向装置；其中，所述电源本体的电压输出端，分别连接所述第一电化学压缩装置的阳极和所述第二电化学压缩装置的阳极；

所述控制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，包括：

控制所述换向装置交替接通所述电源本体的电压输出端与所述第一电化学压缩装置和所述第二电化学压缩装置的连接。