CN1189707C - 蓄氢合金冷热空调装置 - Google Patents

Abstract

蓄氢合金冷热空调装置由一对反应器、氢气输送管、氢气抽送装置、空气输送管、送风装置、空气导向装置和外罩构成。反应器中充填有蓄氢合金并可与氢气反应而吸热或放热，氢气输送管的两端分别与反应器相连，氢气抽送装置设在氢气输送管路中并可选择性地向各反应器中抽送氢气；送风装置通过空气输送管由室内和室外吸入空气并将通过反应器热交换后的空气排至室内或室外；空气导向装置分隔各反应器所在空间并选择性地引导由空气输送管吸入的室内和室外空气以及向室内和室外排出的空气；外罩的两端分别开口于室内和室外并形成空调装置的外形。

Description

蓄氢合金冷热空调装置

一、技术领域：

本发明涉及一种冷热空调装置，特别是涉及一种利用蓄氢合金与氢气之间的吸热和放热反应而构成的蓄氢合金冷热空调装置。

二、背景技术：

蓄氢合金具有吸收氢气时产生放热反应，而放出氢气时产生吸热反应的特点，而且储存氢气的容量很大，因此可应用于热泵或氢气储存等领域。但是，以往只是提出了利用蓄氢合金的概念，而并未设计出利用蓄氢合金的相关产品或系统。

JP特开平11-173700公开了一种利用储氢反应器的制冷装置的控制系统，但也没有完整公开利用蓄氢合金的冷热空调装置。

三、发明内容：

本发明的目的即在于提供一种利用蓄氢合金的冷热空调装置。

为了实现上述目的，本发明利用一对蓄氢合金反应器、氢气输送管、氢气抽送装置、空气输送管、送风装置、空气导向装置和外罩构成一种蓄氢合金冷热空调装置。蓄氢合金反应器中填充有蓄氢合金并可与氢气发生放热反应和吸热反应；氢气输送管的两端分别与两反应器相连；氢气抽送装置设置在氢气输送管中并可选择性地向各反应器加压输送氢气；空气输送管用于从室内外吸入空气或向室内外排出空气，送风装置则用于向室内外强制排出空气；空气导向装置分别分隔各反应器和各送风装置空间并可选择性地控制吸入或排出的空气。

蓄氢合金冷热空调装置的另一种结构型式是，外罩两端分别开口于室内和室外，其内部分为上、下层两个空间，上、下层在侧面互相连通，从一个空间吸入空气时，从另外一个空间排出空气；一对蓄氢合金反应器分别设置于外罩内两侧，氢气输送管的两端分别与两反应器相连；氢气抽送装置设置在氢气输送管中并可选择性地向各反应器加压输送氢气；送风装置设在外罩室内和室外端开口部并用于向室内或室外强制排出空气；空气导向装置位于外罩的上层空间中，分隔各反应器所在空间并可选择性地控制空气向室内或室外排出；在外罩的下层空间中还设有决定从室内或室外吸入空气方向的导向板。

基于以上的结构，本发明只需将各空气输送管设在室内和室外，而不需要另行安装传统空调装置的室外机，因而可简化整个空调装置。

以下结合具体实施例对本发明蓄氢合金冷热空调装置的技术特征作进一步的详细说明。

四、附图说明：

图1是本发明蓄氢合金冷热空调装置第一实施例的结构示意图。

图2是图1中空气导向装置的示意图。

图3是图1中空气导向装置不同运转状态的示意图。

图4是图3中空气导向装置的示意图。

图5、图6是本发明第二实施例中空气导向装置不同状态示意图。

图7是本发明第二实施例中空气导向装置的结构示意图。

图8是本发明利用不同的氢气储存合金的冷热空调装置结构示意图。

图9是图8中的I-I剖视图。

图10是图9中的II-II剖视图。

图11是图8中空气导向装置另一运行状态图。

图12是图11的水平剖视图。

五、具体实施方式：

本发明的第一实施例如图1和图3所示，蓄氢合金冷热空调装置主要由一对反应器110、120、氢气输送管200、氢气抽送装置300、空气输送管、送风装置500、空气导向装置600和外罩700以及控制各部分的智能芯片(图中未示)组成。

反应器110、120分别调协于外罩700内的两侧，根据吸收和放出氢气而交替产生放热反应和吸热反应，形成加热或冷却周围空气的冷热空调装置的热交换器。氢气输送管200的两端分别与两反应器110、120相连，氢气抽送装置300即设在氢气输送管200中并可将一个反应器的氢气抽送到另一反应器中，起到普通压缩机的作用。空气输送管包括一对室内空气吸入管410、420和一对室外空气吸入管430、440以及向室内或室内排空气的室内空气排出管450和室外空气排出管460；各空气吸入管的一端与外罩700的外侧相通，另一端则与各反应器110、120的空间相通，以使吸入的空气通过各反应器110、120；各空气排出管450、460将通过各反应器110、120热交换后的空气至外罩700外(室内或室外)。送风装置500设在室内空气排出管450和室外空气排出管460的空气入口处，以强制排出热交换后的空气，送风装置500可以采用普通的轴流风扇或多叶片式的横流式风扇，也可以设置于上面没有提到的位置，如各空气吸入管与各反应器之间。空气导向装置600设在外罩700内各反应器110、120与室内空气排出管450或室外空气排出管460之间。

参考图4所示，空气导向装置600是由构成外形的框架610、框架内隔板620、决定空气流向的转向板631、632和转动各转向板的旋转装置640组成。框架610除上、下两面外都是开放的，两侧开口分别邻接两反应器110、120，前后开口则分别与室内空气排出管450和室外空气排出管460相通；框架610可以构成外罩700内部结构的一部分而与外罩700分离。框架610内沿长轴方向安装有隔板620，以分隔框架610内的空间；在本实施例中只设置了一个隔板620，也可根据情况设置一个以上的隔板。转向板631、632设在隔板620形成的空间内并且可以转动，其作用是决定通过反应器热交换器后的空气经室内空气排出管450或室外空气排出管460排至室内或室外的流向；考虑到各反应器110、120的位置与各空气排出管450、460处于相互垂直的状态，为了使任意一个空气排出管与任意一个反应器的空间可交替相通或关断，转向板631、632应位于对角线方向。旋转装置640可以采用与转向板631、632相连的轴向驱动电机M，也可以采用齿轮传动装置。此外，在被隔板620分隔的框架610内部空间的边缘还设置有护罩650，以封闭转向板631、632与框架610内侧边缘所形成的缝隙。

上述蓄氢合金冷热空调装置的运转过程如下。

首先，智能芯片驱动抽送装置300将反应器110内的氢气抽送至反应器120内，在此过程中，反应器110放出氢气而吸热，而反应器120则吸收氢气而放热。与此同时，各送风装置500由智能芯片控制驱动后，将室内和室外的空气吸入并通过反应器110、120进行热交换后排至室内和室外。如图1和图2所示，空气导向装置600的各转向板631、632由智能芯片控制的旋转装置640驱动而开始转动，使反应器110所在空间与室内空气排出管450连通，而使反应器110所在空间与室外空气排出管460关断，同时使反应器120所在空间与室外空气排出管460连通，而使反应器120所在空间与室内空气排出管450关断。经过室内空气吸入管410和室外空气吸入管430吸入的室内和室外空气通过反应器110进行热交换而冷却，冷却后的空气通过框架610的第一连接孔611和第二连接孔612吸入到框架610内并由转向板631引导通过室内空气排出管450所在处的第三连接孔613和室内空气排出管450排到室内；这时，经第二连接孔612进入框架610内的空气被转向板632和隔板620阻断并转到连接孔611而通过连接孔613和室内空气排出管450排至室内。与此同时，经室内空气吸入管420和室外空气吸入管440吸入的室内和室外空气通过反应器120进行热交换后而变热，变热后的空气通过框架610的第四连接孔614和第五连接孔615吸入框架610内，并由转向板632引导通过室外空气排出管460所在处的第六连接孔616和室外空气排出管460排到室外；这时，由第四连接孔614进入框架610内的空气被转向板631和隔板620阻断并转到第五连接孔615通过第六连接孔616和室外空气排出管460排至室外。

经过一定时间后，智能芯片控制旋转装置640，将转向板631、632旋转90°，如图3和图4所示；同时，启动抽送装置300将反应器120内的氢气抽送至反应器110，这样，反应器110的蓄氢合金将吸收氢气而产生放热反应，而反应器120则将放出氢气而发生吸热反应。经过室内空气吸入管410和室外空气吸入管430吸入的室内和室外空气通过反应器110热交换后变热，而经过室内空气吸入管420和室外空气吸入管440吸入的室内和室外空气通过反应器120热交换后变冷，通过反应器110热交换后变热的空气经框架610的第一连接孔611和第二连接孔612进入框架610内并由转向板632引导通过室外空气排出管460所在处的第六系统孔616和室外空气排出管460排至室外；经第一连接孔611进入框架610内的空气被转向板631和隔板620阻断而转至第二连接孔612并经第六连接孔616和室外空气排出管460排至室外。通过反应器120热交换后变热的空气经框架610的第四连接孔614和第五连接孔615进入框架610内并由转向板631引导通过第三连接孔613和室内空气排出管450排至室内；经第五连接孔615进入框架610内的空气被转向板632和隔板620阻断并转至第四连接孔614经第三连接孔613和室内空气排出管450排至室内。

上述运转过程是使室内空气冷却的过程，各运转过程循环往复，直至使用者控制停止运围为止。在运转过程中，通过智能芯片控制抽送装置逆转和各转向板旋转的时间是指反应器110或反应器120放出大部分氢气、吸热反应逐渐减弱的时间。但是，考虑到反应器内的蓄氢合金过度放热会缩短其使用寿命，应当将这一时间控制在反应器过度放热之前为宜。

如果使用者选择热风运转，即使室内空气变热，智能芯片照样控制各部分，而只需将各转向板631、632的方向设置为与冷却运转时相反，或控制抽送装置使各反应器之间的氢气流向与冷却运转时相反即可。

在上述本发明的第一实施例中，由于进入框架610内的室内和室外空气被各转向板631、632和隔板620阻断，因而气流噪音和送风装置的负荷将增加。为此，在本发明的第二实施例中，将各转向板和隔板阻断其流动的空间的一部分与室内空气排出管450和室外空气排出管460相连通。图5～7是本发明第二实施例的示意图。

如图5～7所示，在框架610的中央设置有弯曲隔板660，将框架610内部空间左右分隔为靠近室内空气排出管450侧和靠近室外空气排出管460侧的两个空间并且与对侧的空气排出管空间部分相通，左右分隔的空间(即框架左下部空间和右上部空间)中分别安装有转向板631、632；也可以说，弯曲隔板660将框架610分隔成上、下两个部分，上部空间除设有连通室外空气排出管460的第六连接孔616外，还设有连通室内空气排出管450的第七连接孔617，而下部空间除设有连通室内空气排出管450的第三连接孔613外，还设有连通室外空气排出管460的第八连接孔618。第二实施例中，框架610、转向板631、632和旋转转向板的旋转装置640与第一实施例相同，故省略说明，其运转过程如下。

首先，智能芯片控制驱动抽送装置300，将反应器110内的氢气抽送至反应器120；在此过程中，反应器110放出氢气而吸热，反应器120则吸收氢气而放热。驱动各送风装置，将室内和室外的空气吸入外罩700内，吸入的空气通过反应器110、120进行热交换的过程与第一实施例相同。在这种状态下，通过反应器110的空气被冷却并通过框架610一侧的第一连接孔611和第二连接孔612进入框架内；经第一连接孔611进入框架610内的冷却空气由转向板631引导经第三连接孔613排到室内空气排出管450一侧，经第二连接孔612进入框架610内的冷却空气则由转向板632和弯曲隔板660引导经第七连接孔617排至室内空气排出管450一侧。另一方面，通过反应器120的空气被加热并通过框架610另一侧的第四连接孔614和第五连接孔615进入框架610内；经第四连接孔614进入框架610内的热空气由转向板631和弯曲隔板660引导经第八连接孔618排至室外空气排出管460一侧，经第五连接孔615进入框架610内的热空气则由转向板632引导经第六连接孔616排至室外空气排出管460一侧。

经过一定时间后改变氢气的抽送方向，各转向板631、632的位置如图6所示，其作用与图5所示的状态完全相同，只是空气排出方向不同，故不再详述。总之，本采用本发明第二实施例的结构可以防止流动空气升温并降低其噪音。

在本发明的另一种结构型式中，去掉了上述两实施例中的全部空气吸入管，而将空气吸入管与各空气排出管合并成类似窗式空调器的结构。图8～12即是这种结构型式的示意图。

如图8～12所示，外罩800的两端开放并分别与室内和室外相通，外罩800内部利用分流板810分为上下两层并形成安装反应器110、120的空间。外罩800朝向室内一端的上层是室内空气排出口450，下层则是室内空气吸入口470；朝向室外一端的上层和下层分别为室外空气排出口460和室外空气吸入口480。各空气排出口450、460设置有送风装置500，以使外罩800内的空气排到室内或室外。在外罩800内两侧的下层与开口两端垂直的内部空间相对设置有反应器110、120，反应器110、120侧面的外罩内留有一定的空间，以使外罩的上层与下层相通。同时，在外罩800内下层各反应器110、120所在空间820、830之间设有用于引导从室内或室外吸入的空气的可旋转导向板680；在外罩800内上层设有空气导向装置，该空气导向装置分隔外罩内上层的反应器110、120所在的空间820、830和各空气吸入口、排出口470、480、450、460所在的各空间并决定经各反应器110、120热交换后的空气排至室内或室外的方向。空气导向装置可以选用本发明第一和第二实施例中的任何一种型式，但推荐采用第二实施例中的空气导向装置。即，外罩800内的上层空间与框架610一体化，除上面和下面外，其它面均开放。框架610内的弯曲隔板660与框架610一体化，由弯曲隔板660分隔形成的框架610内部两侧空间中安装有转向板631、632，框架610的上面或下面设有用于选择性地转动转向板的旋转装置640。外罩800的下层空间中设有导向板680，以引导从室内或室外空气吸入口470、480吸入的空气；导向板680和转向板631、632分别采用各自的旋转装置690、640并以电机作为旋转装置。以下简要说明上述型式的蓄氢合金冷热空调装置的冷却运转过程。

首先，智能芯片控制抽送装置300启动，将反应器110内的氢气抽送至反应器120中，反应器110放出氢气而发生吸热反应，而反应器120吸收氢气而发生放热反应。各转向板631、632和导向板680由受智能芯片控制的旋转装置驱动而旋转，使反应器110所在侧的空间与室内空气排出口450所在空间连通，同时使反应器110所在侧空间与室外空气排出口460所在空间封闭，如图8～10所示。同样，各转向板631、632和导向板680的旋转，还使反应器120所在侧空间与室外空气排出口460所在空间连通，而与室内空气排出口450所在空间封闭。同时，智能芯片控制设在外罩800上层空间室内和室外空气排出口450、460的各送风装置500启动，将室内和室外的空气吸入外罩800内，经外罩800下层空间的室内空气吸入口470吸入的空气由导向板680引导至反应器110所在空间并通过反应器110进行热交换而冷却，然后经反应器110所在空间820上部、框架610的第一连接孔611和第二连接孔612进入框架610内，并由转向板631引导经第三连接孔613和第七连接孔617排至室内空气排出口450所在的空间。与此相反，经外罩800下层空间的室外空气吸入口480吸入的空气由导向板680引导至反应器120所在空间并与反应器120进行热交换而变热，然后经过反应器120所在空间830上部、框架610的第四连接孔614和第五连接孔615进入框架610内，并由转向板632引导经第六连接孔616和第八连接孔618排至室外空气排出口460所在空间。

经过一定时间后，智能芯片控制旋转装置640、690将各转向板631、632旋转90°、将导向板680旋转约30°(如图11、图12所示)，将反应器120内的氢气抽送至反应器110内，通过反应器110热交换而变热的空气经室外空气排出口460排至室外，经反应器120热交换后的冷却空气经室内空气排出口450排至室内。导向板680旋转30°是因为框架610大致呈正立方体形，只要从框架的任意一边缘旋转到另一边缘即可；如果框架更长或更短，则导向板的旋转角度不受此限。

上述运转过程循环往复，使室内保持冷却状态，直到停止命令传到智能芯片为止。

上述结构型式只是本发明的一个实施例，其结构和工作过程不一定与其完全相同。例如，送风装置500可以设在室内和室外空气吸入口470、480处，反应器110、120也可以设在外罩800两侧空间820、830的中央部位。同样，空气导向装置可以形成利用外罩800内整个中央空间的结构。

此外，在以上各实施例中，控制室内和室外空气流向的空气导向装置可以只使用一个转向板，但随着反应器的大型化，转向板也随着变大，因而出现了为确保转向板的驱动空间而导致整个空调装置体积变大的问题。因此，采用本发明中的小型多转向板的空气导向装置，可以缩小整个冷热空调装置的体积。

综上所述可知，本发明的冷热空调装置只需要将各空气输送管设在室内或室外，而不需另行安装室外机，因此整个系统可以简化。而且，即使蓄氢合金反应器小型化，整个冷热空调的体积不致明显增大。

本发明除特别适用于冷热空调装置外，也可适用于热泵或冷冻机。

Claims (18)

1、一种蓄氢合金冷热空调装置，包括一对蓄氢合金反应器、氢气输送管、氢气抽送装置；所述蓄氢合金反应器中装填有蓄氢合金并可与氢气反应而吸热或放热，氢气输送管的两端分别与两反应器相连，其特征在于：还包括：空气输送管、送风装置、空气导向装置和外罩；氢气抽送装置设在氢气输送管路中并可选择性地向各反应器抽送氢气；所述送风装置通过空气输送管由室内和室外吸入空气与反应器进行热交换并将热交换后的空气排至室内或室外；所述空气导向装置分别分隔各反应器和各送风装置空间并选择性引导经过空气输送管吸入或排出的空气的流向；所述外罩构成冷热空调装置的外形，其两端分别开口于室内和室外。

2、根据权利要求1所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述蓄氢合金反应器相对设置在外罩内，空气导向装置选择性地开启和关断各反应器空间与向室内或室外排出空气的空气输送管之间的空气通道。

3、根据权利要求1所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述空气输送管包括由室外吸入空气的室外空气吸入管和由室内吸入空气的室内空气吸入管以及将经过反应器热交换后的空气排至室外和室内的室外空气排出管和室内空气排出管。

4、根据权利要求1所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述送风装置分别设在室内空气排出管和室外空气排出管一侧。

5、根据权利要求1所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述空气导向装置由框架、隔板、转向板及其旋转装置构成；框架除上、下面外其余均为开口，两侧开口分别与反应器邻接，前后开口分别与室内和室外空气排出管相通；隔板安装在框架内并将框架内分隔为多个空间；转向板设置在被隔板分隔的各个空间中并可旋转装置驱动旋转而选择性地引导通过反应器热交换后的空气向室内或室外的排出方向。

6、根据权利要求5所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述旋转装置为与转向板轴向结合的驱动电机或齿轮传动装置。

7、根据权利要求5所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述框架的内侧各边缘设置有用于封闭转向板与框架内侧壁之间所形成的缝隙的护罩。

8、根据权利要求7所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述护罩突出于框架的各边缘并与静止状态的转向板方向一致。

9、根据权利要求1所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述空气导向装置由框架、弯曲隔板、转向板及其旋转装置构成；框架除上、下面外其余各面均为开口，两侧开口分别邻接反应器，前后开口分别与室内和室外空气排出管相通；弯曲隔板设在框架内并将框架内部分隔为上、下两个空间，同时分隔向室内和室外排出空气的各空气输送管空间；转向板设置在被弯曲隔板分隔的各空间中并可由旋转装置驱动旋转而选择性地引导通过反应器热交换后的空气排至室内或室外。

10、根据权利要求9所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述旋转装置是与转向板轴向结合的驱动电机或齿轮传动装置。

11、根据权利要求9所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述框架内侧各边缘设置有用于封闭框架内侧壁与转向板之间所形成的缝隙的护罩。

12、根据权利要求11所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述护罩突出于框架的各边缘并与静止状态的转向板方向一致。

13、一种蓄氢合金冷热空调装置，包括：一对蓄氢合金反应器、氢气输送管、氢气抽送装置，蓄氢合金反应器中装填有蓄氢合金并可与氢气反应而吸热或放热，其特征在于，还包括：外罩、送风装置、空气输送管、空气导向装置和导向板；外罩的两端分别向室内和室外开放，其内部分为上、下两层空间并分别吸入空气和排出空气，其两侧形成各自空间的同时上、下两层空间相通；蓄氢合金反应器分别设置在外罩两侧形成的空间中，氢气输送管的两端分别与两反应器相连，氢气抽送装置设在氢气输送管路中并可选择性地向两反应器中抽送氢气；送风装置设在外罩的室内和室外开口端并通过空气输送管向室内和室外排出空气；空气导向装置位于外罩内部的上层空间，分隔各反应器所在的空间并引导通过反应器热交换后的空气选择性地排出室内或室外；导向板设在外罩内部的下层空间并引导从室内或室外吸入的空气的流向。

14、根据权利要求13所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述送风装置分别设在外罩向室内和室外排出空气的开口处。

15、根据权利要求13所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述空气导向装置由框架、隔板、转向板及其旋转装置构成；框架设在外罩内上层空间的中央，除上、下面外其余均处于开放状态并形成各反应器所在空间与各空气排出管的通道；隔板安装在框架内的长轴方向并将框架内分隔为多个空间；转向板设置在被隔板分隔的各个空间中并可由旋转装置驱动旋转而选择性地引导通过反应器热交换后的空气向室内或室外排出的方向。

16、根据权利要求15所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述旋转装置是与转向板轴向结合的驱动电机或齿轮传动装置。

17、根据权利要求15所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述框架内侧各边缘设有用于封闭框架内侧壁与转向板之间所形成的缝隙的护罩。

18、根据权利要求17所述的蓄氢合金冷热空调装置，其特征在于所述护罩突出于框架的各边缘并与静止状态的转向板方向一致。

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