太阳能空调系统的制作方法
【专利摘要】本发明使用太阳能或工艺余热作为动力和热源，采用水或无害的制冷剂作为循环介质，利用压力差和压缩式制冷循环原理，进行制冷和采暖的空调系统。它由增压设备、倒“U”型管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成，是一种环保节能的空调产品。
【专利说明】太阳能空调系统
【技术领域】
[0001]本发明属于空调制冷领域，具体涉及利用太阳能或余热进行制冷和采暖的空调系统。
【背景技术】
[0002]蒸发式冷却空调利用空气的湿度差制冷，适用于室外空气干燥的地区，其缺点是使用地域受限制，处理后的空气相对湿度高，人体感觉不舒服。电压缩制冷空调耗电量大，氟利昂制冷剂破坏大气层，正在逐步淘汰。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种利用太阳能或工艺余热作为动力和热源，采用水或无害的制冷剂进行制冷和采暖的空调系统。
[0004]本发明的解决方案是:太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成。倒“U”形管由加热段、水平段、冷却段组成；蒸发水箱包括空调水换热器、循环水泵、喷淋管、增压泵等；热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供；冷却源包括水冷却或空气冷却等；室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机等。
[0005]在倒“U”形管的加热段装有太阳能空气集热器、工艺余热加热器，上部与水平段相通，下部与蒸发水箱和室内通风系统相通；水平段位于倒“U”形管的上部，两端与加热段、冷却段相通，并与室内通风系统相通；冷却段装有冷却器，采用水冷却或空气冷却等，上部与水平段相通，下部与大气、室内通风系统，或蒸发水箱相通；蒸发水箱装有水或无害的制冷剂，当水箱内液面压力降低时，水或制冷剂蒸发吸热，蒸发水箱中的水或制冷剂降温，为空调提供冷冻水；室内通风系统夏季与倒“U”形管隔断，冬季采暖时开通。因此，由倒“U”形管、蒸发水箱组成了一个夏季开式或闭式的制冷循环系统，由倒“U”形管、室内通风系统组成了一个冬季闭式的采暖循环系统。
[0006]工作原理是这样的:当夏季制冷时，倒“U”形管加热段的太阳能空气集热器或余热加热器加热管中的空气、水蒸汽或气体制冷剂等，在冷却段，冷却器冷却这些气体。这样，由于温度不同，气体的容重也不同，加热段的气体温度高，容重小，冷却段的气体温度低，容重大。根据流体力学原理，在倒“U”形管的两边的管段形成重力差或压力差，冷却段底部气体的压力大于加热段底部(即蒸发水箱液体表面)的气体的压力，液体表面的饱和气体压力大于空气中的分压力，对液体表面形成抽吸作用，液体蒸发吸热，温度降低，从而为空调提供冷冻水。当加热段和冷却段高度越高，两端的温差越大，两端的压力差也越大，液体蒸发也越强烈，制冷量也越大。
[0007]当倒“U”形管与膨胀节流器、蒸发水箱、增压设备(增压泵、增压风机、压缩机、空压机等)组成一个闭式循环回路时，它可以进行压缩制冷循环，工作原理是这样的:夏季制冷时，增压设备将蒸发水箱的制冷剂送入倒“U”形管加热段，被加热成高温、高压气体，在冷却段被冷却为高压液体，经过膨胀节流器，节流为低温、低压的制冷剂，在蒸发水箱中吸热，从而完成制冷循环。当冬季采暖时，蒸发水箱、冷却段不工作，室内外冷空气被加热段的太阳能或工艺余热加热，然后送入空调房间。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是开式太阳能空调系统构造图 图2是闭式太阳能空调系统构造图
图3是闭式无太阳能空气集热器的空调系统构造图 图4是压缩式太阳能空调系统构造图(I)
图5是压缩式太阳能空调系统构造图(2)
图6是压缩式太阳能空调系统构造图(3)
附图标记说明:
1、加热段，2、太阳能空气集热器，3、水平段，4、冷却段，5、冷却器，6、11、16、18、19、20、21、23、阀门，7、送风口，8、排风口，9、风道，10、28、加热器，12、蒸发水箱，13、空调水换热器，14、33、喷淋泵，15、补水阀，17、27、风机，22、补水箱，24、泄水阀，25、膨胀节流器，26、压缩机，29、32、止回阀，30、循环泵，31、补液泵，34、喷淋管具体实施办法
图1是开式太阳能空调系统构造图，由加热段1、水平段3、冷却段4构成倒“U”形管，宜采用钢管制作并保温。在加热段I上有太阳能空气集热器2，加热空气和水蒸汽，当太阳能不足时，加热器10用于加热空气和水蒸汽，热源采用工艺余热或电等辅助热能；在冷却段4上装有冷却器5，图中为水冷套管式冷却器，冷却水温度宜在35°C以下，由冷却塔或天然水体提供；加热段I的底端与蒸发水箱12密闭连接，装有空调水换热器13、循环水泵14、补水阀15、喷淋管等；室内通风系统与加热段1、水平段3、冷却段4相连通，可以满足不同季节和工况的需要，阀门6、11、16、18、19、20、21应采用密闭性能更好的液体阀门。
[0009]夏季设备工作时，阀门6、11、20关闭，阀门21打开，由于太阳能空气集热器2不断加热，管内空气和水蒸汽变成高温气体，进入冷却段4，冷却水不断冷却高温空气和水蒸汽，变成低温空气和水蒸汽，最后从阀门21排到大气中，还可能有凝结水从阀门21排出，流入补水箱22中，作为系统补水。由于两端形成压力差，冷却段底部的水蒸汽压力大于加热段底部(即蒸发水箱水表面上)水蒸汽的压力，对蒸发水箱12的水形成抽吸作用，水箱内的水蒸发冷却降温，通过空调水换热器13热交换，为空调提供冷冻水。当太阳能空气集热器2和冷却器5的高差为100米、两端的空气温差为100°C时，有较好的制冷效果，空气温差越大，高差就可以降低，因此该系统适用于高层建筑，将太阳能空气集热器2装在建筑外立面上，它可以保证有足够的高差。当阀门6、11、18、19、21关闭，阀门16、20打开，风机17启动，向外排风、排气，可以增强对蒸发水箱12的抽吸作用，水蒸发更强烈，制冷效果更好。
[0010]冬季设备工作时，阀门6、11、18、19打开，阀门20关闭，风机17启动，室内空气和室外新风被送入加热器10、太阳能空气集热器2加热，再从送风口 7送入房间，也可以启动循环水泵14对空气加湿。
[0011]图2是闭式太阳能空调系统构造图，在冷却段4的底部接凝结水管，与蒸发水箱12相连通，形成闭式循环系统，与图1相同，它依靠倒“U”形管两端的压力差循环工作。夏季工作时，蒸发水箱12的液体制冷剂在压力差的作用下，蒸发吸热，提供空调冷冻水，蒸汽被加热器10、在太阳能空气集热器2不断加热，管内蒸汽变成高温气体，进入冷却段4，冷却水不断冷却高温气体，凝结成低温液体，通过凝结水管和膨胀节流器22的节流，变成低温、低压的液体，回流到蒸发水箱12，蒸发吸热，完成制冷循环。膨胀节流器22采用节流阀、U形管、毛细管等。制冷剂可以采用水或其它无害制冷剂，系统启动前应抽真空，然后加注制冷齐U。冬季工作时，将制冷剂从系统抽出，阀门6、11打开，风机17启动，进行制热循环。
[0012]图3是闭式无太阳能空气集热器的空调系统构造图，在加热段I不设太阳能空气集热器2，在底部设加热器10，利用太阳能热水或充足的工艺余热作为热源，工作原理同上，加热段I和水平段3做保温。当冷却水温度低于20°C，如地下水、深海海水，可用于夏季冷却空气，室内空气送入冷却段4内，被冷却水冷却，打开阀门23，送入空调房间。
[0013]图4是压缩式太阳能空调系统构造图，它由加热段1、水平段3、冷却段4、膨胀节流器25、蒸发水箱12、压缩机26组成闭式循环制冷系统。在工作之前，应将系统抽真空。工作原理是这样的:夏季制冷时，加热器10、太阳能空气集热器2不加热，压缩机26吸入蒸发水箱12的低温气态制冷剂，压缩成高温高压气态制冷剂，通过加热段1、水平段3，进入到冷却段4，被冷却器5冷却成高压液态制冷剂，再经过膨胀节流器25节流为低压低温液态制冷齐IJ，进入蒸发水箱12，与空调水换热器13热交换，蒸发吸热，提供空调冷冻水，完成制冷循环。压缩机26可采用离心式压缩机或罗茨式鼓风机等。当采用开式制冷循环时，用水作制冷剂，关闭膨胀节流器25，打开泄水阀24，压缩机26吸入蒸发水箱12的水蒸气后，压缩成高温水蒸气，经过冷却段4，凝结成水，从泄水阀24排入补水箱22。
[0014]因此，它是压缩式制冷循环，与图1、2、3的压力差制冷原理不同，它不需要高差，对加热段1、冷却段4的高度没有更高的要求，适用于任何高度的建筑。当冬季采暖时，蒸发水箱12、冷却段4不工作，室内外冷空气被加热段I的太阳能或工艺余热加热，然后送入空调房间。与图1、2不同的是，太阳能空气集热器2不直接加热制冷剂，而是将加热过的高温热空气通过风机27循环到加热器28中，再加热制冷剂，加热器28与倒“U”形管都能承受高压，而太阳能空气集热器2不必承受高压。
[0015]图5是另一种压缩式太阳能空调系统构造图，它由加热段1、水平段3、冷却段4、膨胀节流器25、蒸发水箱12、循环泵30组成闭式循环制冷系统，循环泵30为高压泵。在工作之前，应将系统抽真空。工作原理是这样的:夏季制冷时，循环泵30将蒸发水箱12的低温液态制冷剂抽入倒“U”形管内，管内形成高压，液态或气态制冷剂被冷却器5冷却后，再经过膨胀节流器25节流为低压低温液态制冷剂，进入蒸发水箱12，与空调水换热器13热交换，蒸发吸热，提供空调冷冻水，完成制冷循环。当冬季采暖时，蒸发水箱12、冷却段4不工作，室内外冷空气被加热段I的太阳能或工艺余热加热，然后送入空调房间。
[0016]图6也是一种压缩式太阳能空调系统构造图，它由加热段1、水平段3、冷却段4、膨胀节流器25、蒸发水箱12、补液泵31、喷淋泵33组成闭式循环制冷系统。在工作之前，应将系统抽真空。工作原理是这样的:夏季制冷时，补液泵31先给加热段I底部补入液态制冷剂，喷淋泵33将液态制冷剂循环喷淋到加热器10、28上，蒸发成高温、高压气态制冷剂，通过水平段3，进入到冷却段4，被冷却器5冷却成高压液态制冷剂，再经过膨胀节流器25节流为低压低温液态制冷剂，进入蒸发水箱12，与空调水换热器13热交换，蒸发吸热，提供空调冷冻水，完成制冷循环。当加热段I底部液态制冷剂用完后，太阳能空气集热器2停止加热，膨胀节流器25两端的压力平衡后，启动补液泵31，向加热段I底部补充液态制冷剂，然后重新启动制冷循环。因此该制冷循环是间歇性的，有短暂的时间不能制冷，要保持连续性，应设两台以上的机组，交替运行。当冬季采暖时，蒸发水箱12、冷却段4不工作，室内外冷空气被加热段I的太阳能或工艺余热加热，然后送入空调房间。
[0017]以上所述，仅是本发明的较佳实施办法而已，并非对本发明做任何形式上的限制。依据本发明的技术实质对以上实施办法所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成，倒“U”形管由加热段、水平段、冷却段组成，蒸发水箱包括水、空调水换热器、循环水泵、喷淋管，热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机，其特征在于，倒“U”形管的加热段底部与蒸发水箱密闭连接，加热段装有加热器和太阳能空气集热器，加热器的热源由太阳能、工艺余热、或其它辅助热源提供，倒“U”形管的冷却段上装有冷却器，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统与倒“U”形管的加热段、水平段相连通，当夏季制冷时，加热段的水蒸气被热源加热、冷却段的水蒸气被冷却源冷却，冷却段底部压力大于加热段底部压力，在重力差的作用下，水蒸气不断从冷却段底部排出，对蒸发水箱的水面形成抽吸作用，水蒸发吸热，蒸发水箱的水被冷却，为空调提供冷冻水，当冬季采暖时，打开室内通风系统，利用加热段加热室内外空气。
2.太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、室内通风系统组成，倒“U”形管由加热段、水平段、冷却段组成，蒸发水箱包括制冷剂、空调水换热器、循环水泵、喷淋管，热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机，其特征在于，倒“U”形管的加热段底部与蒸发水箱密闭连接，加热段装有加热器和太阳能空气集热器，加热器的热源由太阳能、工艺余热、或其它辅助热源提供，倒“U”形管的冷却段上装有冷却器，冷却源包括水冷却或空气冷却，冷却段的底部通过凝结水管与蒸发水箱相连通，这样，倒“U”形管、蒸发水箱组成一个闭式制冷循环系统，室内通风系统与倒“U”形管的加热段、水平段相连通，当夏季制冷时，加热段的水蒸气或气态制冷剂被热源加热、冷却段的水蒸气或气态制冷剂被冷却源冷却，水蒸气或气态制冷剂不断从冷却段底部凝结，在重力差的作用下，通过凝结水管和膨胀节流器的节流，变成低温、低压的液体，回流到蒸发水箱，同时由于重力差的作用，对蒸发水箱的水面或制冷剂液面形成抽吸作用，水或制冷剂蒸发吸热，蒸发水箱的水 或制冷剂被冷却，为空调提供冷冻水，当冬季采暖时，打开室内通风系统，利用加热段加热室内外空气。
3.太阳能空调系统是由倒“U”形管、蒸发水箱、热源、冷却源、增压设备、膨胀节流器、室内通风系统组成，倒“U”形管由加热段、水平段、冷却段组成，蒸发水箱中有空调水换热器，热源包括太阳能、工艺余热、或其它辅助热源，太阳能由太阳能空气集热器或太阳能热水器提供，冷却源包括水冷却或空气冷却，室内通风系统包括风道、风口、阀门、风机，其特征在于，倒“U”形管的加热段底部与增压设备相连，加热段装有加热器和太阳能空气集热器，加热器的热源由太阳能、工艺余热、或其它辅助热源提供，倒“U”形管的冷却段上装有冷却器，冷却源包括水冷却或空气冷却，冷却段的底部通过膨胀节流器和凝结水管与蒸发水箱相连通，增压设备与蒸发水箱相连通，这样，倒“U”形管、膨胀节流器、蒸发水箱、增压设备组成一个压缩制冷循环系统，室内通风系统与倒“U”形管的加热段、水平段相连通，当夏季制冷时，增压设备把水或制冷剂从蒸发水箱提升进倒“U”形管内，水或制冷剂被热源加热成高温、高压气体，在冷却段被冷却源冷却成高压液体，再被膨胀节流器节流成低温、低压液体，流入蒸发水箱，蒸发吸热，为空调提供冷冻水，当冬季采暖时，打开室内通风系统，利用加热段加热室内外空气。
4.根据权利要求3所述的太阳能空调系统，其特征在于，当增压设备为压缩机时，由压缩机、加热段、水平段、冷却段、膨胀节流器、蒸发水箱组成一个闭式压缩制冷循环系统，当夏季制冷时，不提供太阳能和辅助热源，压缩机吸入蒸发水箱的低温气态制冷剂，压缩成高温高压气态制冷剂，通过加热段、水平段，进入到冷却段，被冷却器冷却成高压液态制冷剂，再经过膨胀节流器节流为低压低温液态制冷剂，进入蒸发水箱，蒸发吸热，提供空调冷冻水，完成制冷循环。
5.根据权利要求3所述的太阳能空调系统，其特征在于，当增压设备为压缩机时，由压缩机、倒“U”形、蒸发水箱组成一个开式压缩制冷系统，当夏季制冷时，不提供太阳能和辅助热源，压缩机吸入蒸发水箱的低温水蒸气，压缩成高温高压水蒸气，通过泄水阀排入补水箱，同时蒸发水箱内的水蒸发吸热，水被降温冷却，提供空调冷冻水，完成制冷过程。
6.根据权利要求3所述的太阳能空调系统，其特征在于，当增压设备为高压循环泵时，由高压循环泵、冷却段、膨胀节流器、蒸发水箱组成一个闭式压缩制冷循环系统，夏季制冷时，高压循环泵将蒸发水箱的低温液态制冷剂抽入倒“U”形管内，管内形成高压，液态或气态制冷剂被冷却器冷却后，再经过膨胀节流器节流为低压低温液态制冷剂，进入蒸发水箱，，蒸发吸热，提供空调冷冻水，完成制冷循环。
7.根据权利要求3所述的太阳能空调系统，其特征在于，由补液泵、喷淋泵、加热段、水平段、冷却段、膨胀节流器、蒸发水箱组成闭式循环制冷系统，夏季制冷时，补液泵先给加热段底部补入液态制冷剂，喷淋泵将液态制冷剂循环喷淋到加热器上，蒸发成高温、高压气态制冷剂，通过水平段，进入到冷却段，被冷却器冷却成高压液态制冷剂，再经过膨胀节流器节流为低压低温液态制冷剂，进入蒸发水箱，蒸发吸热，提供空调冷冻水，完成制冷循环，当加热段底部液 态制冷剂用完后，太阳能空气集热器停止加热，膨胀节流器两端的压力平衡后，启动补液泵，向加热段底部补充液态制冷剂，然后重新启动制冷循环，因此该制冷循环是间歇性的。
【文档编号】F24F5/00GK103884129SQ201410156970
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】荣国华 申请人:荣国华