一种基于热流逸效应的空调制冷系统的制作方法

本发明涉及空调制冷系统领域，特别涉及一种基于热流逸效应的空调制冷系统。

背景技术：

随着社会、经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，空调的使用日益普及。舒适性空调，如房间空调器几乎成为了家庭的生活必须品，集中式空调系统则几乎是各类公共建筑和商业场所的标准配置；此外，众多行业(如电子通讯、精密仪器、医药、化工、食品等)的生产过程离不开工艺性空调所营造的适宜环境。

当前主流的空调制冷系统主要有蒸气压缩式系统、吸收式系统和吸附式系统。蒸气压缩式系统能效较高、适应性强，但其运行需要消耗高品位的电能或机械能，且其广泛使用的HCFCs和HFCs类制冷剂因消耗臭氧层或产生温室效应等环境问题已处于淘汰进程之中。吸收式和吸附式系统可直接利用工业产生的余(废)热或太阳能、地热等可再生能源驱动，尽管有利于节能减排，但它们本身的能效较低。此外，吸收式系统通常以氨—水或水—溴化锂溶液为工质对，氨具有毒性且易燃易爆，若泄漏会造成环境污染和引发安全事故；溴化锂也有一定毒性且具腐蚀性，也会污染环境，如操作不当还容易结晶，影响制冷效果。而吸附式系统一般是间歇运行，若设计成连续运行则需增加吸附床，使系统结构和操作程序变得复杂。

可见，研发既能有效利用工业产生的余(废)热或太阳能、地热等可再生能源驱动，又可避免现有空调的制冷系统使用的制冷工质不环保或存在安全隐患的缺点，还可提高空调区域空气品质的新型空调制冷系统具有重要的意义。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于热流逸效应的空调制冷系统，从而克服现有的蒸气压缩式空调消耗较多的高品位电能或机械能，以及蒸气压缩式、吸收式和吸附式空调制冷系统使用的制冷工质不环保或存在安全隐患的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于热流逸效应的空调制冷系统，其中，包括：新风输入管；第一三通阀，其进口与所述新风输入管连接；空气过滤器，其进口与所述第一三通阀的其中一个出口连接；空气导入管，其与所述空气过滤器的出口连接；至少一组努森压缩机组，每组所述努森压缩机组包括：基台体，其设置有一主进口以及一主出口；所述主进口与所述空气导入管连接；以及若干个努森压缩机，每个该努森压缩机包括冷腔、热腔、多孔隔层以及连接通道，所述冷腔与所述热腔之间通过所述多孔隔层分隔，所述多孔隔层上的孔的孔径不大于空气的分子平均自由程，所述连接通道的进口与所述热腔的出口连接；若干个该努森压缩机依序串联地设置于所述基台体内，第一个所述努森压缩机的冷腔的进口与所述主进口连接，后一个所述努森压缩机的冷腔的进口与前一个所述努森压缩机的所述连接通道的出口连接，最后一个所述努森压缩机的所述连接通道的出口与所述主出口连接；空气导出管，每组所述努森压缩机组的基台体的主出口与该空气导出管连接；冷却器，其热流通道的进口与所述空气导出管连接；节流机构，其进口与所述冷却器的热流通道的出口连接；第二三通阀，其进口与所述节流机构的出口连接；新风机组，所述第一三通阀的另一个出口和所述第二三通阀的其中一个出口同时与该新风机组的新风进口连接；该新风机组的新风出口和回风管均通过管道与空调区域连接；热腔换热器，每组所述努森压缩机组内的所有的努森压缩机的热腔内各设置有一个该热腔换热器；所有的该热腔换热器的进口均与一载热介质进口管连接；所有的所述热腔换热器的出口均与一载热介质出口管连接；以及冷腔换热器，每组所述努森压缩机组内的所有的所述努森压缩机的所述冷腔内各设置有一个该冷腔换热器；所有的所述冷腔换热器的进口均与一冷却进气管连接，且所述冷却进气管与所述第二三通阀的另一个出口连接；所有的所述冷腔换热器的出口均与一冷却出气管连接。

优选地，上述技术方案中，所述多孔隔层为多孔薄膜。

优选地，上述技术方案中，所述节流机构为节流阀。

优选地，上述技术方案中，所述热腔换热器和所述冷腔换热器均为翅片管式换热器。

优选地，上述技术方案中，所述冷却出气管与所述空气导入管连接。

优选地，上述技术方案中，每组所述努森压缩机组的基台体设置有一上腔和一下腔，每组所述努森压缩机组的所有的努森压缩机设置于所述上腔内；所述下腔设置有一下腔进口和一下腔出口，所述下腔通过一折流板分隔成一个流入通道和一个流出通道，所述下腔进口与所述流入通道连通，所述下腔出口与所述流出通道连通；所述下腔进口与所述冷却进气管连接，所述下腔出口与所述冷却出气管连接；每个所述冷腔换热器的进口通过一进气孔与所述流入通道连通，且每个所述冷腔换热器的出口通过一出气孔与所述流出通道连通。

优选地，上述技术方案中，所述节流机构与所述冷却器之间设置有一个换热器，所述换热器的热流通道的进口与所述冷却器的热流通道的出口连接，所述节流机构的进口与所述换热器的热流通道的出口连接；所述换热器的冷流通道的进口与所述第二三通阀的另一个出口连接，且所述冷却进气管与所述换热器的冷流通道的出口连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的努森压缩机组能够替代现有的常规压缩机，其通过热腔换热器利用载热介质的热量维持努森压缩机的热腔在较高的温度，以使空气借助热流逸效应从冷腔流动到热腔，在努森压缩机组内得到升压，从而在系统内流动，载热介质既可以是携带有工业产生的余(废)热的气体或液体，也可以是太阳能、地热等可再生能源加热的气体或液体等，其不需要消耗太多的高品位的电能或机械能。

2、在本发明的空调制冷系统中，从努森压缩机组出来的高温高压的空气经过冷却器和节流机构后转变为低温低压的空气，再由新风机组输送给空调区域使用，其与常规中央空调系统相比省去了冷冻水循环，可简化系统结构并缩小系统尺寸，与大部分房间空调器相比则能够给房间送入新风。

3、本发明的努森压缩机组无运动部件，无润滑油系统，运行安全可靠。

4、本发明仅以空气为工质，不再需要使用其他制冷剂，对人体和环境完全无害。

附图说明

图1是根据本发明基于热流逸效应的空调制冷系统的结构示意图。

图2是根据本发明的努森压缩机组的结构示意图。

图3是根据本发明的基台体的结构示意图。

图4是根据本发明的基台体的下腔的结构示意图。

图5是根据本发明的多排努森压缩机串联设置于基台体内的结构示意图。

图6是根据本发明的翅片管式换热器的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-新风输入管，2-第一三通阀，3-空气过滤器，4-空气导入管、5-努森压缩机组，6-空气导出管，7-冷却器，8-节流机构，9-第二三通阀，10-新风机组，11-新风进口，12-新风出口，13-回风管，14-冷却进气管，15-冷却出气管，16-载热介质进口管，17-载热介质出口管，18-换热器，19-空调区域，20-进风口，21-回风口，22-基台体，23-主进口，24-主出口，25-冷腔，26-热腔，27-多孔隔层，28-连接通道，29-热腔换热器，30-冷腔换热器，31-上腔，32-下腔进口，33-下腔，34-下腔出口，35-折流板，36-流入通道，37-流出通道，38-进气孔，39-出气孔，40-绝热隔层，41-翅片管式换热器，42-弯管，43-铜翅片；44-回风机，45-第三三通阀，46-排风口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图6显示了根据本发明优选实施方式的一种基于热流逸效应的空调制冷系统的结构示意图，该基于热流逸效应的空调制冷系统包括新风输入管1、第一三通阀2、空气过滤器3、空气导入管4、至少一组努森压缩机组5、空气导出管6、冷却器7、节流机构8、第二三通阀9、新风机组10、热腔换热器29以及冷腔换热器30，参考图1新风输入管1用于把空气送入系统。第一三通阀2的进口与新风输入管1连接，以用于调节进入努森压缩机组5和新风机组10的空气量，空气过滤器3的进口与第一三通阀2的其中一个出口连接，空气导入管4与空气过滤器3的出口连接，经空气过滤器3过滤净化后的空气通过空气导入管4中输送给各组努森压缩机组5。

参考图2，每组努森压缩机组5包括基台体22以及若干个努森压缩机，基台体22设置有一主进口23以及一主出口24，主进口23与空气导入管4连接，当努森压缩机组5的数量为两个或以上时，这些努森压缩机组5便并联地与空气导入管4连接，即所有的努森压缩机组5各通过基台体22的主进口23与空气导入管4连接，从而能够通过空气导入管4把空气输送给各组努森压缩机组5。努森压缩机组5的数量可以根据系统的制冷量大小来确定。每个努森压缩机包括冷腔25、热腔26、多孔隔层27以及连接通道28，冷腔25与热腔26之间通过多孔隔层27分隔，多孔隔层27上的孔的孔径不大于空气的分子平均自由程。优选地，多孔隔层27为多孔薄膜，其可以为多孔硅胶薄膜，多孔薄膜的边缘通过密封圈密封设置在基台体22内。由于多孔隔层27上的孔的孔径不大于空气的分子平均自由程，当热腔26的温度高于冷腔25以满足空气发生热流逸效应的条件时，进入到冷腔25内的空气的分子便通过多孔隔层27流入到热腔26中，并因空气分子在热腔26中聚焦而压力升高。连接通道28的进口与热腔26的出口连接，若干个努森压缩机依序串联地设置于基台体22内，以持续对空气进行升压。第一个努森压缩机的冷腔25的进口与基台体22的主进口23连接，后一个努森压缩机的冷腔25的进口与前一个努森压缩机的连接通道28的出口连接，最后一个努森压缩机的连接通道28的出口与基台体22的主出口24连接。当空气依序经过所有的努森压缩机后，空气压力便会得到持续的升高。每组努森压缩机组5内的努森压缩机的数量根据冷却器7的工作压力来确定。当每组努森压缩机组5内的努森压缩机的数量并不是很多时，可以使组内的努森压缩机自前至后呈直线状串联起来，而当每组努森压缩机组5内的努森压缩机的数量较多时，参考图5，可以使努森压缩机在基台体1内呈若干排平行分布，此时相邻两排的努森压缩机之间用绝热隔层40分隔开来。

继续参考图1，每组努森压缩机组5的基台体22的主出口24与空气导出管6连接，当努森压缩机组5的数量为两个或以上时，这些努森压缩机组5便并联地与空气导出管6连接，从而使所有的努森压缩机组5能够集中地把空气输送给空气导出管6。冷却器7的热流通道的进口与空气导出管6连接，空气导出管6把高温高压空气输送到冷却器7内进行冷却，冷却器7可以为微通道换热器。节流机构8的进口与冷却器7的热流通道的出口连接，其用于对被冷却器7冷却后的空气进行降温降压。优选地，节流机构8为节流阀。

继续参考图1，第二三通阀9的进口与节流机构8的出口连接，新风机组10为常规的空调的新风机组，第一三通阀2的另一个出口和第二三通阀9的其中一个出口同时与新风机组10的新风进口11连接，通过第一三通阀2和第二三通阀9来调节进入到新风机组10内的常温空气和低温空气的比例，便可调节系统的整体制冷效率及空调区域19的温度。新风机组10的新风出口12和回风管13均与空调区域19连接，例如，当空调区域19为房间时，其进风口20通过管道与新风出口12连接，其回风口21与一回风总管连接，回风总管上设置有一回风机44和第三三通阀45，第三三通调节阀45的其中一个出口通过回风管13与新风机组10相连，另一个出口与排风口46相连。冷空气从进风口20进入到房间中调节房中的温度后，从回风口21出来的大部分空气经回风管13回流到新风机组10进行继续循环，以充分利用其携带的冷量，而剩余的小部分通过排风口46直接排至室外。

继续参考图1和图2，每组努森压缩机组5内的所有的努森压缩机的热腔内各设置有一个热腔换热器29，所有的热腔换热器29的进口均与一载热介质进口管16连接，且所有的热腔换热器29的出口均与一载热介质出口管17连接。载热介质既可以是携带有工业产生的余(废)热的气体或液体，也可以是通过太阳能、地热等可再生能源加热的气体或液体等，其不需要消耗太多的高品位的电能或机械能。载热介质进口管16用于把载热介质输送到热腔换热器29中，以对各个努森压缩机的热腔26进行加热，使各个努森压缩机的热腔26内能够维持在较高的温度，被吸热后的介质再从载热介质出口管17向外排出。每组努森压缩机组5内的所有的努森压缩机的冷腔25内各设置有一个冷腔换热器30。所有的冷腔换热器30的进口均与一冷却进气管14连接，冷却进气管14与第二三通阀9的另一个出口连接。所有的冷腔换热器30的出口均与一冷却出气管15连接。经节流机构8出来的低温低压空气经第二三通阀9后大部分输送给新风机组10，小部分输送给冷却进气管14，从而使低温空气进入到各个冷腔换热器30内冷却冷腔25，以使努森压缩机组5内的各个努森压缩机的冷腔25维持在一个较低的温度。从冷腔换热器30出来的空气经冷却出气管15向外排出，本发明优选地，冷却出气管15与空气导入管4连接，以把从冷腔换热器30出来的空气直接输送回空气导入管4进行循环。优选地，热腔换热器29和冷腔换热器30均为翅片管式换热器41，其为微型的翅片管式换热器，参考图6，翅片管式换热器41包括若干个平行分布的弯管42和若干层围绕于所有弯管42之间的铜翅片43。所有弯管42的一端为翅片管式换热器41的进口，且所有弯管42的另一端为翅片管式换热器41的出口。

参考图3和图4，优选地，每组努森压缩机组5的基台体22设置有一上腔31和一下腔33，上腔31由基台体22的盖板通过螺栓进行固定封盖。每组努森压缩机组5的所有的努森压缩机设置于上腔31内，下腔33设置有一下腔进口32和一下腔出口34，下腔33通过一折流板35分隔成一个流入通道36和一个流出通道37，下腔进口32与流入通道36连通，下腔出口34与流出通道37连通。下腔进口32与冷却进气管14连接，下腔出口34与冷却出气管15连接，每个冷腔换热器30的进口通过一进气孔38与流入通道36连通，且每个冷腔换热器30的出口通过一出气孔39与流出通道37连通。当努森压缩机组5内的努森压缩机呈若干排平行分布时，流入通道36和流出通道37便呈S形状弯曲分布在下腔33内。冷却进气管14把低温空气从下腔进口32输送入到流入通道36后通过各个进气孔38对应进入到各个冷腔换热器30内，在冷腔换热器30内换热后的气体制冷剂从出气孔39排出到流出通道37，再集中从下腔出口34输送出到冷却出气管15。努森压缩机组5的基台体22通过设置的下腔33对各个冷腔换热器30集中输送低温，从而可以简化结构。

优选地，节流机构8与冷却器7之间设置有一个换热器18，换热器18的热流通道的进口与冷却器7的热流通道的出口连接，节流机构8的进口与换热器18的热流通道的出口连接，换热器18的冷流通道的进口与第二三通阀9的另一个出口连接，且冷却进气管14与换热器18的冷流通道的出口连接。通过增加换热器18可以利用节流机构8流出的低温低压空气与节流机构8前的中温高压空气进行换热，使中温高压空气在节流前预冷，保证其在节流机构8中被充分节流降压降温，从而可以改善系统循环的经济性，提高制冷效率。

本发明的工作原理为：

由于努森压缩机是一种基于热流逸效应的气体升压装置，当努森压缩机组5内的努森压缩机的热腔26通过热腔换热器29利用载热介质维持在较高的温度，且冷腔25通过冷腔换热器30利用低温空气维持在较低的温度时，若此时空气的分子平均自由程不小于努森压缩机的多孔隔层27上的孔的孔径，便能够满足发生热流逸效应的条件，空气便从温度较低的冷腔25运动到温度较高的热腔26，使得空气分子在热腔26内聚集而压力上升，且前一个努森压缩机的热腔26内的空气由连接通道28自动流入到下一个努森压缩机的冷腔25，努森压缩机多级串联便可以提高压缩比，使空气获得较高压力，但被压缩的空气的温度几乎不变，这使努森压缩机组5可以替代传统的压缩机、工质泵等升压装置，以使空气在系统内实现流动。冷却器7对从努森压缩机组5内排出的高温高压的空气进行冷却，以将空气的状态转变为中温高压。中温高压的空气流入到换热器18内后在节流前先进行提前预冷，再进入到节流机构8内进行降温降压。从节流机构8出来的低温低压空气大部分由第二三通阀9分配输送到新风机组10中，新风机组10对低温低压空气处理好后便输送给空调区域使19使用。从节流机构8出来的小部分低温低压空气由第二三通阀9分配给冷却进气管14，冷却进气管14把低温空气输送到努森压缩机组5的基台体22的下腔33的流入通道36后，再通过各个进气孔38进入到各个冷腔换热器30内对努森压缩机组5内的各个努森压缩机的冷腔25进行冷却，然后这部分空气再从出气孔39流到流出通道37，并经冷却出气管15输送回空气导入管4，以重新输送给努森压缩机组5。

本发明的努森压缩机为模块化设计，构造比较简单，努森压缩机的热腔26通过热腔换热器29来利用载热介质维持在较高的温度，载热介质可以利用工业上产生的余(废)热来加热，也可以利用太阳能、地热等可再生能源加热，不需要消耗太多的高品位的电能或机械能，努森压缩机组5能够替代现有的常规压缩机。空气流经节流机构8后状态变化低温低压，再经过新风机组的处理后便可为空调区域19提供所需的冷量。且本发明采用第三三通阀45可以调节回风量，进而保证空调区域的空气品质。本发明的结构简单，整个系统不需要消耗过多的高品位能源，且不需要润滑油，运行可靠，且整个系统的制冷效率较高，其制冷量可以根据实际需要进行调整。另外，本发明的整个系统直接采用空气作为工质，而不需需要另外采用制冷剂，其对环境完全无危害。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。