CN208566968U

CN208566968U - 一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统

Info

Publication number: CN208566968U
Application number: CN201820991958.5U
Authority: CN
Inventors: 赵金辉; 李洁博; 张力隽
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2028-06-26

Abstract

本实用新型涉及一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统，包括风箱，风箱一侧通过进风管连接有空气箱，所述风箱另一侧通过送风管连接有风机，所述空气箱内设有干燥过滤装置，所述风箱上端设有真空箱，所述风箱内部设有多个热管，各所述热管内均装有导热液，各所述热管上端伸入所述真空箱内部，所述真空箱内装有水，所述真空箱上端通过管道连接有真空泵。本实用新型以水作为制冷剂，节能、环保、无污染，且结构紧凑，重量较轻，可以节省出相应的建筑空间，减少了配电设备，降低了维护费用；本实用新型可实现长时间通风，加大室内换气次数，能很好的达到人体舒适性的要求。

Description

一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，具体涉及一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统。

背景技术

随着经济的发展，能源的利用速度越来越快，随之二氧化碳的排放量也越来越多，从而导致了全球变暖等一系列问题的出现。面对气候逐渐恶劣的严峻挑战，我们必须采取更加有力的政策措施与行动，努力控制温室气体排放，建立资源节约型、环境友好型社会，为此，我们应开发先进技术，尽量提高能源利用效率。

2009年12月，联合国召开哥本哈根世界气候大会，针对近些年全球变暖等气候问题，商讨了2012-2020年的节能减排措施。与此同时，我们应该注意我国的能源消费情况。据有关资料表明，在我国建筑能耗中，供暖和空调的能耗所占的比例在60％以上。《国务院关于加强节能工作的决定》中明确指出：“要大力发展节能省地型建筑，推动新建住宅和公共建筑严格实施节能65％的设计标准，推动既有建筑节能改造。”仅北方省份，到2016年我国就需完成建筑能效提升35％的目标。节能形式异常严峻，为解决我国能耗巨大的问题，首先需开发利用环保、高效、清洁的制冷系统。

目前制冷系统常采用的制冷方式为传统的机械压缩制冷，耗电量较大，若采用蒸发冷却空调，可大大减少电量的消耗。蒸发冷却空调以水作为制冷剂，是一项绿色环保的制冷技术，堪称“零费用制冷技术”。干燥热空气作为一种可再生的清洁无污染制冷能源，在我国大部分地区取之不尽、用之不竭，而蒸发冷却正是利用这一“干空气能”进行空气调节，是一种真正意义上的节能、环保、健康的可持续发展的制冷空调技术。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统，能够实现节能、环保、满足人类舒适性要求的目的。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统，包括风箱，风箱一侧通过进风管连接有空气箱，所述风箱另一侧通过送风管连接有风机，所述空气箱内设有干燥过滤装置，所述风箱上端设有真空箱，所述风箱内部设有多个热管，各所述热管内均装有导热液，各所述热管上端伸入所述真空箱内部，所述真空箱内装有水，所述真空箱上端通过管道连接有真空泵。

优选地，所述干燥过滤装置为依次前后设置的无纺布层和活性炭层。

优选地，所述真空箱上端安装有压力表。

优选地，还包括测温器，所述测温器分别与所述风箱、所述空气箱、所述真空箱连接。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型以水作为制冷剂，相比于当前常用的制冷剂，水在低压下的蒸发潜热要比蒸发段制冷剂的焓变大得多；从成本上来看，水的成本也要比传统制冷剂的成本低得多；从环保角度来看，水对环境没有任何污染，可以直接排入大气，且无氟利昂(CFCS)排放，不用燃油或燃气，仅消耗少量电量，对环境没有压力；

(2)本实用新型结构紧凑，重量较轻，无需冷冻站，省去了冷水机、冷却塔、循环泵等复庞大的制冷系统，可以节省出相应的建筑空间，减少了配电设备，降低了维护费用；并且运输方便，适用于生活住宅、城市写字楼等绝大多数的建筑区域；且对冷源的要求更低，使用井水或自来水均可，并且水在系统工作过程中温度保持恒定，不必更换仓内的水；

(3)本实用新型采用蒸发冷却的方式，将水与外界热空气的热量互换，可实现长时间通风，加大室内换气次数，能很好的达到人体舒适性的要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是热管表面温度随加热温度的关系图；

图3是制冷空调系统制冷量随加热温度的变化图；

图4是制冷空调系统能耗比随加热温度的变化图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本实用新型提供一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统,包括风箱6，风箱6一侧通过进风管2连接有空气箱1，所述风箱6另一侧通过送风管8连接有风机9，所述空气箱1内设有干燥过滤装置，所述风箱6上端设有真空箱3，所述风箱6内部设有多个热管7，各所述热管7内均装有导热液，各所述热管7上端伸入所述真空箱3内部，所述真空箱3内装有水，所述真空箱3上端通过管道连接有真空泵5。

本实用新型的工作原理为：外界空气进入空气箱1进行过滤和干燥，然后通过进风管2到风箱6内部将热管7内导热液加热，使其蒸发上升到真空箱3上部，由于真空泵5将真空箱3抽成负压，使得真空箱3内部压强过低，真空箱3内的水不断蒸发吸热，导致真空箱3内部水温降低，导热液在真空箱3上部遇冷凝结回流，从而实现换热，风机9将换热后的冷空气从送风管8排出，送入房间中。真空箱3上部中的水蒸气由离心式风机排往室外，离心式风机同时承担维持真空箱3上部低压环境的任务。

其中，所述干燥过滤装置为依次前后设置的无纺布层和活性炭层。无纺布层能够过滤掉空气中的粉尘、颗粒，活性炭层能够对空气进行进一步过滤，并能对空气进行干燥，通过无纺布层和活性炭层的干燥和过滤作用，使得进入风箱6内的空气品质得到保证。

优选地，所述真空箱3上端安装有压力表4，能够对真空箱3内的压力进行实时监测。

优选地，还包括测温器，所述测温器分别与所述风箱6、所述空气箱1、所述真空箱3连接。通过测温器能够随时测量本实用新型制冷空调系统内各部分的温度，确保达到制冷效果。

本实用新型制冷空调系统以水作为制冷剂，采用蒸发冷却的方式，将水与外界热空气进行热量互换，利用水的蒸发潜热对空气进行冷却，从而实现制冷，具有以下几方面的优点：

一、本实用新型以水作为制冷剂，相比于当前常用的制冷剂，水在低压下的蒸发潜热要比蒸发段制冷剂的焓变大得多；从成本上来看，水的成本也要比传统制冷剂的成本低得多；从环保角度来看，水对环境没有任何污染，可以直接排入大气，且无氟利昂(CFCS)排放，不用燃油或燃气，仅消耗少量电量，对环境没有压力；

二、本实用新型结构紧凑，重量较轻，无需冷冻站，省去了冷水机、冷却塔、循环泵等复庞大的制冷系统，可以节省出相应的建筑空间，减少了配电设备，降低了维护费用；并且运输方便，适用于生活住宅、城市写字楼等绝大多数的建筑区域；且对冷源的要求更低，使用井水或自来水均可，并且水在系统工作过程中温度保持恒定，不必更换仓内的水；

三、从舒适性要求的角度分析，当前是室内空气污染极为严重，据有关资料介绍，室内污染程度约为室外污染的5-10倍。采用传统的空调，室内空气不断循环，不利于人体身体健康。并且传统空调新风量不足，常引发“病态建筑综合症”(俗称空调病)及“建筑相关疾病”(如军团病)等疾病。正是由于传统空调形式对室内空气品质的不利影响，人们迫切需要一种新型、环保的空调系统。而本实用新型利用水的蒸发潜热的制冷空调系统刚好是这样一种空调，它能很好的达到人体舒适性的要求。在这种系统中，采用蒸发冷却的方式，将水与外界热空气的热量互换，可实现长时间通风，加大室内换气次数。同时，据有关人士研究，当人体达到热平衡状态时，对流人体辐射占总散热量的25％-30％，辐射换热量占45％-50％，呼吸和有感觉的蒸发散热量占25％-30％。而本实用新型利用水的蒸发潜热制冷空调系统在正常工作时恰好满足这一条件，与人体舒适性相吻合。

本实用新型中所述真空箱3和所述风箱6均由PMMA材料制成。其中，已知风管风速1.8m/s，所述风机9选用型号G9225HA2SL的轴流式风机，其功率为7W；所述进风管2和送风管8均选用镀锌钢圆形风管，其内径为100mm，长度为500mm；被冷却空气温度为40℃，输出空气温度22℃；水蒸发压力为200Pa。计算下列物理量：

(1)本实用新型制冷空调系统冷负荷计算公式为：

Q₀＝q_mc_pΔt

将上述已知条件，带入公式得制冷空调系统冷负荷为：

Q₀＝392W

(2)单位时间内水的蒸发量：

已知在200Pa的压力下，水的汽化潜热r为2459.1kJ/kg，由公式：

ΔM＝Q₀/r

又已知Q₀为289W，带入公式得到单位时间内水的蒸发质量为：

ΔM＝0.00012kg

根据公式：ΔV＝ΔM/ρ，已知水的密度为1.0kg/m³，则可计算得：

ΔV＝0.69L/s，由此真空泵5选用单级RM-1型真空泵，其抽气速度1L/s，故符合要求。

(3)热管根数：

由传热学知识可知，流体横掠管道的实验关联式为：

Nu＝CReⁿPr^1/3

其中：C为修正系数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，u为流体速度，v是运动粘度，l为特征长度。

由于热管7形状可近似为流体横掠竖直平板，查得C＝0.228，n＝0.731，Pr＝0.701，定性温度t_m＝(t_w+t_f)/2＝31℃，由此可计算出Nu＝100.86。

由努塞尔数的义式，Nu＝hl/λ.已知热管7表面传热系数h＝897W/m2，设计热管7冷热段长度比为1，热管7热段换热面积，则单根热管7换热量q＝hΔtS＝17.44W，所以选用热管7根数为N＝Q₀/q＝17。

为测试本实用新型制冷空调系统的性能及其制冷效果，以500W电热管为热源，使用电热管对空气箱1内的空气进行加热，以提供不同温度下的热空气，将制冷空调系统运行时输出空气的温度与制冷空调系统不运行时输出空气的温度进行对比分析，计算系统的制冷量和能效比。实验数据记录如表1和表2所示。

表1制冷空调系统不运行时系统内各处温度实验数据表

表2制冷空调系统运行时系统内各处温度实验数据表(蒸发压力为0.097Mpa)

由制冷空调基本知识可知，本实用新型制冷空调系统的制冷量和能耗比计算公式如下：

系统制冷量：

Δq＝q_mc_p(t_h-t_l) (4.1)

系统能效比：

其中，q_m为空气的质量流量；c_p为空气的定压比热；t_h为制冷空调系统不运行时输出空气温度；t_l为制冷空调系统运行时输出空气温度；W为制冷空调系统消耗功率。

将上述表1和表2中的实验数据带入以上公式，用MATLAB软件作图得到结果如图2至图4所示。

从实验结果来看，本实用新型制冷空调系统在加热温度为50℃-75℃时有较高的制冷量和能效比，结合该温度范围下的热管表面温度，本实用新型制冷空调系统的工作温度范围为50℃-65℃。

Claims

1.一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统，其特征在于：包括风箱，风箱一侧通过进风管连接有空气箱，所述风箱另一侧通过送风管连接有风机，所述空气箱内设有干燥过滤装置，所述风箱上端设有真空箱，所述风箱内部设有多个热管，各所述热管内均装有导热液，各所述热管上端伸入所述真空箱内部，所述真空箱内装有水，所述真空箱上端通过管道连接有真空泵。

2.根据权利要求1所述的利用水蒸发潜热的制冷空调系统，其特征在于：所述干燥过滤装置为依次前后设置的无纺布层和活性炭层。

3.根据权利要求1所述的利用水蒸发潜热的制冷空调系统，其特征在于：所述真空箱上端安装有压力表。

4.根据权利要求1所述的利用水蒸发潜热的制冷空调系统，其特征在于：还包括测温器，所述测温器分别与所述风箱、所述空气箱、所述真空箱连接。