CN117515863A - 与沼气池联动的空调器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种与沼气池联动的空调器及其控制方法。所述空调器包括室外换热器和室内换热器，所述室外换热器外设有一个保温罩，所述保温罩设有进气口和排气口，所述室内换热器的两端并联一第一支路，其上设有第一控制阀和与所述沼气池换热的盘管，所述沼气池的输气管道与至少一个用气装置连通，所述用气装置的废气通过排放管和第一三通阀分别与所述保温罩的进气口和大气连通。本发明能稳定沼气池的温度，使沼气发酵处于最优环境，提高沼气的产量，同时能改善冬季制热时室外换热器的吸热效果，提升热泵空调器的制热效率，防止室外换热器结霜。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种与沼气池联动的空调器及其控制方法。
背景技术
农村不断燃烧秸秆和煤等资源不仅会造成环境污染，也会造成能源短缺。沼气是一种由微生物发酵产生的可再生能源，可以用于家庭取暖、做饭、照明等，同时，沼气也可以用于工业生产中的能源利用，如发电、供热等。随着人们对环保和可持续发展的重视，沼气作为一种具有广泛用途的可再生能源的应用前景将更加广阔。
在沼气发酵过程中，微生物将有机物质(如农作物秸秆、动物粪便、有机废水等)分解为沼气、二氧化碳和水。沼气的产生需要满足一定的条件，包括适宜的温度、pH值、厌氧环境等。沼气发酵过程中需要保持的温度一般在35℃左右最为适宜，温度过高或过低都会影响沼气的产生。
目前控制沼气产生温度的方法主要有：自然保温法、温室保温法和热水保温法，其中：
自然保温法是在沼气池上覆盖稻草、草帘等物品，通过增加保温层厚度来减缓热量散失，保持沼气池内温度稳定。这种方法简单易行，成本低廉，但保温效果有限，沼气池温度不稳定。
温室保温法是在沼气池周围建造温室，利用温室效应来提高沼气池内的温度。温室可以由玻璃、塑料薄膜等材料构成，内部设置加温设备，如电热器、火炉等。这种方法可以在一定程度上提高沼气池的温度，但建设成本较高。
热水保温法是在沼气池周围设置热水管道等加温设备，通过热水循环来提高沼气池内的温度。这种方法可以在一定程度上提高沼气池的温度，但需要消耗一定的能源和水资源，相对成本也比较高。
另一方面，热泵空调在北方冬天制热时，低温环境对室外换热器吸热造成影响，室外换热器容易结霜，导致热泵机组制热能力下降。
既然，沼气可以用于供热，是否能将沼气和热泵空调器有机地结合起来，既能解决沼气池温度不稳定的问题，又能解决北方冬天低温环境影响热泵机组室外机吸热的问题。
发明内容
本发明提出一种与沼气池联动的空调器及其控制方法，以解决现有技术中沼气池温度不稳定、保温成本高，以及热泵空调低温制热时效率低的技术问题。
本发明采用的技术方案是，提出一种与沼气池联动的空调器，包括室外换热器和室内换热器，所述室外换热器外设有一个保温罩，所述保温罩设有进气口和排气口，所述室内换热器的两端并联一第一支路，其上设有第一控制阀和与所述沼气池换热的盘管，所述沼气池的输气管道与至少一个用气装置连通，所述用气装置的废气通过沼气排放管和第一三通阀分别与所述保温罩的进气口和大气连通。
优选地，所述沼气排放管内设有轴流风机。
进一步地，所述空调系统包括压缩机、电子膨胀阀和一第二三通阀，所述第二三通阀的一个接口与第二支路连通，所述第二支路的另一端与压缩机排气管道连通，所述第二支路上设有第二控制阀，所述第二三通阀的一个接口与第三支路连通，所述第三支路的另一端与所述电子膨胀阀的A端连通，所述第二三通阀的一个接口与第四支路连通，所述第四支路的另一端与所述电子膨胀阀的B端连通。
优选地，所述第二支路上设有与热水箱内水换热的盘管。
优选地，冬季制热时，通过所述第一三通阀将废气引入所述保温罩，给室外换热器加热；夏季制冷时，通过所述第一三通阀将废气排入大气。
优选地，所述保温罩的入口设有过滤网。
进一步地，所述沼气池设有第一温度传感器。
进一步地，所述热水器设有第二温度传感器。
当沼气池温度T1等于第一设定温度时，关闭第一控制阀；当沼气池温度小于或大于第一设定温度时，开启第一控制阀。
当热水箱温度T2等于第二设定温度时，关闭第二控制阀；当热水箱温度T2小于或大于第二设定温度时，开启第二控制阀。
本发明还提出一种上述与沼气池联动的空调器的控制方法，包括：
当沼气池温度T1等于第一设定温度时，关闭第一控制阀；当沼气池温度小于或大于第一设定温度时，开启第一控制阀；
当热水箱温度T2等于第二设定温度时，关闭第二控制阀；当热水箱温度T2小于或大于第二设定温度时，开启第二控制阀；
当热水箱温度T2等于第二设定温度时，关闭第二控制阀；当热水箱温度T2小于或大于第二设定温度时，开启第二控制阀。
本发明提出的技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1改善冬季制热时室外换热器的吸热效果，提升空调器的制热效率；
2稳定沼气池的温度，使沼气发酵处于最优环境，提高沼气的产量；
3在满足沼气池温度稳定、室外换热器吸热效率高的前提下，还能提供生活用热水。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明提出的与沼气池联动的空调器的系统图；
图2是图1所示系统运行制冷状态的示意图；
图3是图1所示系统运行制热状态的示意图；
图4是沼气输送的示意图；
图5是沼气池温度控制示意图；
图6是热水箱温度控制示意图。
其中：
1-压缩机；
2-四通阀；
3-室外换热器；
4-电子膨胀阀；
5-室内换热器；
6-气液分离器；
7-沼气池；
8-热水箱；
9-第二三通阀；
10-第二控制阀；
11-第一控制阀；
12-第一三通阀；
13-用气装置；
14-输气管；
15-第一支路；
16-第二支路；
17-第三支路；
18-第四支路；
19-保温罩；
20-过滤网；
21-轴流风机；
22-废气排放管；
23-进气口；
24-排气口；
25-沼气罐；
T1-沼气池温度；
T2-热水器温度；
a-第一设定温度；
b-第二设定温度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
本说明书中所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图对本发明进行限制。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的保护范围。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备本说明书中未做详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为本说明书的一部分。在本说明书中任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不构成对本发明的限制。
为了便于描述，说明书中使用的描述位置的术语，如“在……之上”、“在……左方”、“在……前方”等，仅用来描述图中所示实施例某一部件与其他部件的空间位置关系，当该部件放置的位置不同时，相对位置会发生变化，因此针对附图实施例的位置关系不应当对本发明构成限制。
此外，需要说明的是，说明书中使用“第一”、“第二”等词语仅仅是为了对相似部件进行区别，并不存在先后的顺序，因此不能理解为对本发明保护范围构成限制。
本发明的创新点在于：通过将空调系统中压缩机的排气冷媒或节流后的冷媒引入沼气池，保持沼气池中的温度稳定在要求的数值范围内，优化沼气池的发酵速率，提升沼气的产量；同时将利用沼气的用气装置产生的废气吹向室外换热器，提高室外换热器的工作温度，防止低温环境下室外换热器结霜，提高室外换热器的吸热能力，由此提高热泵空调器的制热效率。
图1是本发明提出的与沼气池联动的空调器的系统图。该空调器包括由压缩机1、四通阀2、室外换热器3、电子膨胀阀4和室内换热器5组成的空调系统。压缩机吸气侧设有气液分离器6。
本发明在室内换热器5的两端并联一第一支路15，其上设有第一控制阀11和与沼气池7换热的盘管，沼气池的输气管道14与至少一个用气装置13连通，该实施例包括三个用气装置，分别给热水锅炉、照明做饭，以及种植养殖储粮供热。在室外换热器3的外部设有一个保温罩19，如图4所示，该保温罩设有进气口23和排气口24，进气口处设有过滤网20。用气装置的废气排放管22通过第一三通阀12分别与保温罩19的进气口23和大气连通。废气排放管内设有轴流风机21。
进一步地，空调器还包括一第二三通阀9，其一个接口与第二支路16连通，第二支路的另一端与压缩机排气管道连通，第二支路上设有第二控制阀10和进入热水器8加热水的盘管，第二三通阀的一个接口与第三支路17连通，第三支路的另一端与电子膨胀阀4的A端连通，第二三通阀的一个接口与第四支路18连通，第四支路的另一端与所述电子膨胀阀4的B端连通。
图2是本发明空调器制冷状态的示意图，图中箭头表示冷媒的流向。
在北方的夏天制冷运行时，空调器的控制器控制四通阀2的线圈断电，压缩机排出的高温高压气态冷媒分成两路，通过四通阀2和第二控制动阀10控制冷媒流动方向，一路通过室外换热器(该实施例采用翅片式换热器)散热，另一路通过第二控制阀10到热水箱8给水加热，然后经过第二三通阀9和第三支路17与室外换热器出口的冷媒在电子膨胀阀的A处汇合，两路冷媒汇聚后通过电子膨胀阀4节流，再分成两路，一路通过室内换热器5给室内降温，另一路通过沼气池7给沼气池降温，然后两路汇合后经过气液分离器6后返回压缩机循环。
夏季运行时可以同时满足沼气池的降温和提供生活热水或采暖热水。
由于引入了低温低压冷媒对沼气池7进行冷却，保证了夏季沼气池温度维持在35℃左右，保持微生物厌氧发酵在最佳温度进行。
在夏季制冷运行时，第一三通阀12将废气排向大气，室外换热器的风扇开启，使保温罩中空气与自然空气形成流动使制冷模式下散热的气体顺利排出。
图3是本发明空调器制热状态的示意图，图中箭头表示冷媒的流向。
在北方的冬天制热运行时，空调器的控制器控制四通阀2的线圈通电。压缩机排出的高温高压气态冷媒分成两路，通过四通阀2和第二控制阀10控制冷媒流动方向，一路通过第二支路16流至热水箱8加热水，然后通过第二三通阀9和第四支路18到电子膨胀阀的B端，另一路通过四通阀后又可分成两路，一路到室内换热器5给室内供暖，另一路经过第一控制动阀11向沼气池7供热，然后三路汇合后经过电子膨胀阀4节流降压后，再经过室外换热器3、四通阀2、气液分离器6后返回压缩机循环。
由于在冬季引入了高温高压冷媒对沼气池7加热，保证了冬季沼气池温度维持在35℃左右，保持微生物厌氧发酵在最佳温度进行。
同时，空调器制热运行过程中还可以给热水箱加热生活用水或采暖热水。
图4是沼气输送的示意图。沼气池7产生的沼气通过、沼气罐25、输气管14送到沼气的用气装置13，例如，家庭中特定的沼气灶具、沼气灯，或输送到种植、养殖、储粮等场合使用，提高农户收入并且方便生活。
在冬季制热运行时，用气装置剩余的高温废气通过废气排放管22和其内的轴流风机21吹向罩住室外换热器3的保温罩19的进气口，高温废气中的杂质通过可拆卸更换的过滤网20过滤，令室外换热器工作环境保持在高温状态，提升冬季室外换热器的吸热效率，废气与室外换热器换热后从保温罩的出气口排出。
图5是沼气池温度控制示意图。本发明实现空调器与沼气池的联动，给沼气池加热的第一支路通过第一控制阀控制其通断。沼气池安装有温度传感器，用于检测沼气池的温度。当北方气候环境影响沼气池的温度不在第一设定值a加正负5度偏差值时，T1＞a±5℃，或T1＜a±5℃，接通第一控制阀11调控其温度，使其达到最佳生物反应温度，提高沼气产量；当检测到沼气池的第一温度T1在第一设定值a加正负5度偏差值时，T1＝a±5℃，第一控制阀11断开，无需引入冷媒给沼气池加热。
图6是热水箱温度控制示意图。本发明实现空调器与热水器的联动，给热水箱加热的第二支路通过第二控制阀10控制其通断。热水箱安装有温度传感器，用于检测热水箱的温度。当检测到热水箱的第二温度T2小于第二设定值时，T2＜b℃，并且居民需要使用时，接通第二控制阀10调控热水箱温度达到生活用水温度；当热水箱的第二温度大于等于第二设定值时，T2≥b℃时，控制第二控制阀断开，无需继续给热水器加热。
综上所述，本发明提出的技术方案通过空调器调控沼气池的温度，解决了沼气池温度不稳定的问题，使沼气发酵处于最优环境，提升产沼气的速率和产量；同时将沼气燃烧后的高温废气吹向室外换热器，提高冬季室外换热器的工作环境温度，提升室外机吸热效率，避免室外换热器结霜。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种与沼气池联动的空调器，包括室外换热器和室内换热器，其特征在于，所述室外换热器外设有一个保温罩，所述保温罩设有进气口和排气口，所述室内换热器的两端并联一第一支路，其上设有第一控制阀和与所述沼气池换热的盘管，所述沼气池的输气管道与至少一个用气装置连通，所述用气装置的废气通过沼气排放管和第一三通阀分别与所述保温罩的进气口和大气连通。
2.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述沼气排放管内设有轴流风机。
3.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述空调系统包括压缩机、和电子膨胀阀，其特征在于，还包括一第二三通阀，所述第二三通阀的一个接口与第二支路连通，所述第二支路的另一端与压缩机排气管道连通，所述第二支路上设有第二控制阀，所述第二三通阀的一个接口与第三支路连通，所述第三支路的另一端与所述电子膨胀阀的A端连通，所述第二三通阀的一个接口与第四支路连通，所述第四支路的另一端与所述电子膨胀阀的B端连通。
4.权利要求3所述的空调器，其特征在于，所述第二支路在所述第二控制阀和第二三通阀之间设有与热水箱内水换热的盘管。
5.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述保温罩的入口设有过滤网。
6.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，冬季制热时，通过所述第一三通阀将废气引入所述保温罩，给室外换热器加热；夏季制冷时，通过所述第一三通阀将废气排入大气。
7.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述沼气池设有第一温度传感器。
8.如权利要求4所述的空调器，其特征在于，所述热水器设有第二温度传感器。
9.如权利要求7所述的空调器，其特征在于，当沼气池温度T1等于第一设定温度时，关闭第一控制阀；当沼气池温度小于或大于第一设定温度时，开启第一控制阀。
10.如权利要求8所述的空调器，其特征在于，当热水箱温度T2等于第二设定温度时，关闭第二控制阀；当热水箱温度T2小于或大于第二设定温度时，开启第二控制阀。
11.权利要求1-10任意一项所述与沼气池联动的空调器的控制方法，其特征在于，当沼气池温度T1等于第一设定温度时，关闭第一控制阀；当沼气池温度小于或大于第一设定温度时，开启第一控制阀。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，冬季制热时，通过所述第一三通阀将废气引入所述保温罩，给室外换热器加热；夏季制冷时，通过所述第一三通阀将废气排入大气。
13.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当热水箱温度T2等于第二设定温度时，关闭第二控制阀；当热水箱温度T2小于或大于第二设定温度时，开启第二控制阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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