CN109855217B - 一种无压缩机的热能空调及其空气调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无压缩机的热能空调及其空气调节方法，所述的空调包括集热式加热箱、冷凝器、蒸发器、储罐和高低压转换阀，本发明通过高低压转换阀巧妙地把常压气态或液态的制冷剂传送到高压端，实现了高低压隔绝开的制冷剂转移，从而替代了传统空调的压缩机，只需一个驱动转换阀阀芯旋转的电磁旋转力即可，由此大大降低了空调的能耗和噪音，同样制冷量下本发明的耗电量是传统压缩机空调的十分之一以下，能效比远远超出现有国家5级能效标准的10倍以上，而且，本发明的造价略低于传统压缩机空调的造价，便于推广应用。

Description

一种无压缩机的热能空调及其空气调节方法

技术领域

本发明涉及一种空调及其工作方法，具体地说是一种无压缩机的热能空调及其空气调节方法。

背景技术

随着人们生活水平地不断提高，空调的使用越来越普遍，在炎热的夏天，空调的使用使人们的生活环境更加舒适，空调的使用率也越来越高。传统的空调是压缩机制冷空调，这种空调使用最为广泛，大多是使用氟利昂为制冷剂，氟利昂由气态变为液态时，释放出大量的热量，由液态转变为气态时，会吸收大量的热量。空调的工作原理为：压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态制冷剂（所以室外机吹出来的是热风）；然后经过毛细管，进入蒸发器（室内机），由于制冷剂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会汽化，变成气态低温的制冷剂，该过程吸收大量的热量，使蒸发器降温变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，换热后从室内机吹出来的就是冷风；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后凝结成水滴，顺着水管流出去。

但是，上述空调因结构设置不合理，存在耗能量大，不环保以及安全隐患等诸多缺陷。具体来说，第一，现有空调均采用压缩机对制冷剂进行压缩达到制冷效果，压缩机耗电量大；第二，室外机散出大量热气，成为影响周围环境的重要因素之一。为此，业内人士做了诸多有意义的探索，如空调扇的推出，空调扇虽无压缩机，但它需要外界介质作为冷源，使用不方便，或者虽然不需要冷源，但制冷效果较差。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种无压缩机的热能空调，以解决现有空调压缩机耗电量大的问题。

本发明的目的之二就是提供一种无压缩机热能空调的空气调节方法，在无压缩机的条件下实现空气调节，大大降低耗电量。

本发明的目的之一是这样实现的：一种无压缩机的热能空调，包括有：

集热式加热箱，用以对液态制冷剂加热，使其转变成高温高压气态制冷剂；

冷凝器，通过管道与集热式加热箱的制冷剂出口相连，用以对高温高压气态制冷剂降温，使其转变成低温高压制冷剂；

蒸发器，通过管道与冷凝器的制冷剂出口相连，在该管道上设置有节流装置，来自冷凝器的低温高压制冷剂经节流装置进入蒸发器后汽化吸热，变成低压制冷剂，同时使蒸发器降温；

储罐，用以储存来自蒸发器的低压制冷剂；以及

高低压转换阀，用以在高压端与低压端隔绝状态下将储罐中的低压制冷剂回送到集热式加热箱中。

所述高低压转换阀包括壳体、设置在所述壳体内的阀芯、设置在壳体一端用以封堵阀芯的端塞以及设置在壳体另一端用以驱动阀芯在壳体内旋转的拨杆组件；在所述壳体上设有出气嘴、进气嘴、进液嘴和出液嘴；所述阀芯具有一内腔，在所述内腔的侧壁上开设有出气孔、进气孔、进液孔和出液孔；当阀芯旋转至其上的出气孔与壳体上的出气嘴相通时，进液孔与进液嘴相通，进气孔和出液孔处于闭合状态，当阀芯旋转至其上的进气孔与壳体上的进气嘴相通时，出液孔与出液嘴相通，出气孔和进液孔处于闭合状态。

所述出气嘴通过第一连通管与储罐的气体出口相连，所述进气嘴通过第二连通管与集热式加热箱的气体出口相连，所述进液嘴通过第一制冷剂输送管道与储罐的制冷剂出口相连，所述出液嘴通过第二制冷剂输送管道与集热式加热箱的制冷剂进口相连。

在所述储罐与所述高低压转换阀之间的制冷剂输送管道上设置有进液泵，在所述高低压转换阀与所述集热式加热箱之间的制冷剂输送管道上设置有排液泵。

所述集热式加热箱设置在所述冷凝器的出风口处，一方面为冷凝器遮挡太阳光，另一方面可以吸收冷凝器散发出的热量。

本发明的目的之二是这样实现的：一种无压缩机热能空调的空气调节方法，包括如下步骤：

集热式加热箱将低压制冷剂加热成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器降温后变成低温高压的制冷剂，低温高压的制冷剂经节流装置喷射到蒸发器中后，迅速汽化吸热降温，将流经蒸发器的空气冷却，制冷剂不断转化为低压态储存到储罐中，储罐中的液态低压制冷剂经高低压转换阀，在高压端与低压端隔绝的状态下，回流到集热式加热箱中，如此便形成一个完整的循环，并周而复始的连续工作。

所述高低压转换阀包括壳体、设置在所述壳体内的阀芯、设置在壳体一端用以封堵阀芯的端塞以及设置在壳体另一端用以驱动阀芯在壳体内旋转的拨杆组件；在所述壳体上设有出气嘴、进气嘴、进液嘴和出液嘴；所述阀芯具有一内腔，在所述内腔的侧壁上开设有出气孔、进气孔、进液孔和出液孔；当阀芯旋转至其上的出气孔与壳体上的出气嘴相通时，进液孔与进液嘴相通，当阀芯旋转至其上的进气孔与壳体上的进气嘴相通时，出液孔与出液嘴相通；

所述出气嘴通过第一连通管与储罐的气体出口相连，所述进气嘴通过第二连通管与集热式加热箱的气体出口相连，所述进液嘴通过第一制冷剂输送管道与储罐的制冷剂出口相连，所述出液嘴通过第二制冷剂输送管道与集热式加热箱的制冷剂进口相连。

所述高低压转换阀的动作步骤包括：拨杆组件驱动阀芯在壳体内转动，当转至出气孔与出气嘴相通时，进液孔与进液嘴相通，进气孔和出液孔处于闭合状态，此时阀芯内腔与储罐处于同一压力状态，储罐内的低压制冷剂注入阀芯的内腔内，注满后，拨杆组件驱动阀芯在壳体内再次转动，当转至进气孔与进气嘴相通时，出液孔与出液嘴相通，出气孔和进液孔处于闭合状态，此时阀芯内腔与集热式加热箱处于同一压力状态，阀芯内腔中的低压制冷剂经输送管道回流至集热式加热箱中。

本发明通过高低压转换阀巧妙地把常压气态或液态的制冷剂传送到高压端，实现了高低压隔绝开的制冷剂转移，从而替代了传统空调的压缩机，只需一个驱动转换阀阀芯旋转的电磁旋转力即可，由此大大降低了空调的能耗和噪音，同样制冷量下本发明的耗电量是传统压缩机空调的十分之一以下，能效比远远超出现有国家5级能效标准的10倍以上，而且，本发明的造价略低于传统压缩机空调的造价，便于推广应用。

本发明的能量来源可以是任何地球环境热（例如太阳热）及生产过程中产生的废热，可满足家庭、办公场所、工业制冷等大多数有制冷需求的场所。本发明耗电量极少、噪音小、结构布局灵活，可以做出多种造型，例如移动或便携式的微型空调、车载空调、大型建筑物的中央空调等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是高低压转换阀的结构示意图。

图3是另一状态下高低压转换阀的结构示意图。

图4是高低压转换阀的端部结构示意图。

图中：1、集热式加热箱，2、压力阀，3、冷凝器，4、节流装置，5、蒸发器，6、储罐，7、进液泵，8、高低压转换阀，9、排液泵，10、壳体， 11、阀芯， 12、端塞，13、拨杆，14、出气嘴，15、进气嘴，16、进液嘴，17、出液嘴，18、内腔，19、出气孔，20、进气孔，21、进液孔，22、出液孔，23、定位销。

具体实施方式

实施例1：无压缩机的热能空调。

如图1所示，本发明主要包括集热式加热箱1、冷凝器3、蒸发器5、储罐6和高低压转换阀8等部分，集热式加热箱1和冷凝器3可置于室外，作为外机，集热式加热箱1设置在冷凝器3的散热风口处，蒸发器5、储罐6、高低压转换阀8可集装在一起置于室内，作为内机。

集热式加热箱1包括箱体和吸热铝合金密闭盒，用以收集太阳的光辐射热、地表热及环境热等能量并利用这些能量对制冷剂进行加热，使制冷剂蒸发变成高温高压气态制冷剂。

冷凝器3的结构与现有压缩机空调使用的冷凝器3结构基本相同，冷凝器3的制冷剂进口通过管道与集热式加热箱1的制冷剂出口相连，在该管道上设置有压力阀2，压力阀2为采用耐高温、耐腐蚀的硅橡胶包覆弹簧制作的永久性长寿命压力阀，以保证长期的工作可靠性。当高温高压的气态制冷剂经管道进入冷凝器3中后，冷凝器3中的排风扇将热量散发到空气中，在压力不断增加及连续散热降温后，高温高压的气态制冷剂转化成低温高压的液态制冷剂，并经节流装置4进入蒸发器5，节流装置4与现有压缩机空调的节流装置相同，可以是毛细管或节流阀等。

蒸发器5的结构与现有压缩机空调的蒸发器5结构基本相同，当低温高压的液态制冷剂经节流装置喷射到蒸发器5内后迅速汽化吸热，使蒸发器5降温，同时，制冷剂转化为低压液态（或汽液混合态）储存到储罐6中，之后再经泵输送到高低压转换阀8。

高低压转换阀8的作用是在保持低压端与高压端相互隔绝的状态下，把储罐6中出来的低压制冷剂（液态或汽液混合物）转移到高温高压的集热式加热箱1中，如此形成一个完整的循环。

如图2所示，高低压转换阀8包括壳体10、设置在壳体10内的阀芯11、设置在壳体10一端用以封堵阀芯11的端塞12、设置在壳体10另一端用以驱动阀芯11在壳体10内转动的拨杆组件，阀芯11与壳体10之间为可旋转的密封连接，密封方式可采用常用的机械密封。

在壳体10上设有出气嘴14、进气嘴15、进液嘴16和出液嘴17，出气嘴14通过第一连通管与储罐6顶部的气体出口相连，进液嘴16通过第一制冷剂输送管道与储罐6底部的制冷剂出口相连，在第一制冷剂输送管道上设置有进液泵7，进气嘴15通过第二连通管与集热式加热箱1的气体出口相连，出液嘴17通过第二制冷剂输送管道与集热式加热箱1的制冷剂进口相连，在第二制冷剂输送管道上设置有排液泵9，当高低压转换阀8的设置高度高于集热式加热箱1时，不设置排液泵9，此时依靠重力作用即可使阀内的制冷剂排至集热式加热箱1。阀芯11具有一内腔18，在内腔18的侧壁上开设有进气孔20、出液孔22、出气孔19和进液孔21。

阀芯11上的进气孔20、出液孔22、出气孔19、进液孔21与壳体10上的出气嘴14、进气嘴15、进液嘴16、出液嘴17存在下述的位置关系：当阀芯11转至某一位置时，阀芯11上的出气孔19与壳体10上的出气嘴14相通，阀芯11上的进液孔21与壳体10上的进液嘴16相通，而进气孔20和出液孔22则均被壳体10的侧壁密封，处于闭合状态（如图2所示），此时，进液嘴16和出气嘴14与低压的储罐6处于同一个压力状态（低压），储罐6内的低压制冷剂可以轻松进入阀芯11的内腔18内；当阀芯11转至另一位置时，阀芯11上的进气孔20与壳体10上的进气嘴15相通，阀芯11上的出液孔22与壳体10上的出液嘴17相通，而出气孔19和进液孔21均被壳体10的侧壁密封，处于闭合状态（如图3所示），此时，出液嘴17和进气嘴15与高压的集热式加热箱1处于同一个压力状态（高压），阀芯11内腔18内的制冷剂进入集热式加热箱1内。由此实现在高低压隔绝的条件下将低压端的制冷剂送回到高压端。

如图4所示，拨杆组件包括与阀芯11连接的拨杆13和设置在壳体10端部的两个定位销23，拨杆13与驱动器相连，驱动器驱动拨杆13转动，拨杆13带动阀芯11在壳体10内旋转。定位销23的作用是便于阀芯11旋转定位，其中一个为低压定位销，即拨杆13转至与该定位销23接触时，阀芯11的内腔18与低压端处于同一压力状态，另一个为高压定位销，即拨杆13转至与该定位销23接触时，阀芯11的内腔18与高压端处于同一压力状态。

实施例2：无压缩机热能空调的空气调节方法。

本发明实施例1所述的无压缩机热能空调的空气调节方法包括如下步骤：

1）集热式加热箱1将低压制冷剂加热成高温高压的气态制冷剂。

2）高温高压的气态制冷剂进入冷凝器3降温后变成低温高压的制冷剂。

3）低温高压的制冷剂经节流装置喷射到蒸发器5中后，迅速气化吸热降温，将流经蒸发器5的空气冷却，制冷剂不断转化为低压液态（或汽液混合态）储存到储罐6中。

4）拨杆组件驱动阀芯11在壳体10内转动，至出气孔19与出气嘴14相通、进液孔21与进液嘴16相通，进气孔20和出液孔22处于闭合状态，此时阀芯11内腔18与储罐6处于同一压力状态（低压），启动进液泵7，将储罐6内的低压制冷剂注入阀芯11的内腔18中，充满后，拨杆组件驱动阀芯11在壳体10内再次转动，至进气孔20与进气嘴15相通、出液孔22与出液嘴17相通，出气孔19和进液孔21处于闭合状态，此时阀芯11内腔18与集热式加热箱1处于同一压力状态（高压），启动排液泵9（或在重力作用下），阀芯11内腔18中的低压制冷剂经输送管道回流至集热式加热箱1中，即完成一次工作循环。

重复步骤1）~4），即形成周而复始的连续工作。

本发明中所述的低压和高压是相对而言的，集热式加热箱1和冷凝器3相对于蒸发器5和储罐6为高压端，蒸发器5和储罐6相对于加热箱和冷凝器3为低压端。

Claims (4)

1.一种无压缩机的热能空调，其特征是，包括有：

集热式加热箱，用以对液态制冷剂加热，使其转变成高温高压气态制冷剂；

冷凝器，通过管道与集热式加热箱的制冷剂出口相连，用以对高温高压气态制冷剂降温，使其转变成低温高压制冷剂；

蒸发器，通过管道与冷凝器的制冷剂出口相连，在该管道上设置有节流装置，来自冷凝器的低温高压制冷剂经节流装置进入蒸发器后汽化吸热，变成低压制冷剂，同时使蒸发器降温；

储罐，用以储存来自蒸发器的低压制冷剂；以及

高低压转换阀，用以在高压端与低压端隔绝状态下将储罐中的低压制冷剂回送到集热式加热箱中；

所述高低压转换阀包括壳体、设置在所述壳体内的阀芯、设置在壳体一端用以封堵阀芯的端塞以及设置在壳体另一端用以驱动阀芯在壳体内旋转的拨杆组件；在所述壳体上设有出气嘴、进气嘴、进液嘴和出液嘴；所述阀芯具有一内腔，在所述内腔的侧壁上开设有出气孔、进气孔、进液孔和出液孔；当阀芯旋转至其上的出气孔与壳体上的出气嘴相通时，进液孔与进液嘴相通，当阀芯旋转至其上的进气孔与壳体上的进气嘴相通时，出液孔与出液嘴相通；所述出气嘴通过第一连通管与储罐的气体出口相连，所述进气嘴通过第二连通管与集热式加热箱的气体出口相连，所述进液嘴通过第一制冷剂输送管道与储罐的制冷剂出口相连，所述出液嘴通过第二制冷剂输送管道与集热式加热箱的制冷剂进口相连。

2.根据权利要求1所述的无压缩机的热能空调，其特征是，在所述储罐与所述高低压转换阀之间的制冷剂输送管道上设置有进液泵，在所述高低压转换阀与所述集热式加热箱之间的制冷剂输送管道上设置有排液泵。

3.根据权利要求1所述的无压缩机的热能空调，其特征是，所述集热式加热箱设置在所述冷凝器的出风口处。

4.一种无压缩机热能空调的空气调节方法，基于权利要求1-3任意一项所述的无压缩机的热能空调，其特征是，包括如下步骤：集热式加热箱将低压制冷剂加热成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂经冷凝器降温后得到低温高压的制冷剂，低温高压的制冷剂经节流装置喷射到蒸发器中，汽化吸热，并不断转化为低压制冷剂，与此同时将流经蒸发器的空气冷却，低压制冷剂经高低压转换阀，在高压端与低压端隔绝的状态下，回流到集热式加热箱中，由此形成一个完整的循环；

所述高低压转换阀的动作步骤包括：拨杆组件驱动阀芯在壳体内转动，当转至出气孔与出气嘴相通时，进液孔与进液嘴相通，进气孔和出液孔处于闭合状态，此时阀芯内腔与储罐处于同一压力状态，储罐内的低压制冷剂注入阀芯的内腔内，注满后，拨杆组件驱动阀芯在壳体内再次转动，当转至进气孔与进气嘴相通时，出液孔与出液嘴相通，出气孔和进液孔处于闭合状态，此时阀芯内腔与集热式加热箱处于同一压力状态，阀芯内腔中的低压制冷剂经输送管道回流至集热式加热箱中。

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