本发明涉及一种空调，特别是关于一种能够利用太阳能加热空气的自然能源空调。
背景技术：
由于全球二氧化碳及有害气体的排放浓度日益增加，已使气候的反常、生态的破坏以及人类健康的危害日益显现，为永久经营赖以生存的地球生态环境，促使人们自能源危机后再次警觉到必须全面降低依赖传统石化燃料的迫切性，亦重新强调有效利用再生能源或自然能源的重要性，因此，朝逐渐淘汰高耗能高污染的能源转换装置、积极开发洁净的辅助性替代能源、以及相关的高效率低污染能源转换装置已成为科技研发的重要课题。
其中，又以长期被人们普遍使用的传统空调装置对环境的影响较为深远，因为传统空调不但耗能，其所使用的冷媒更被公认是破坏地球生态的头号杀手；虽然目前科技界对太阳能是否有可能于不久的未来逐渐取代其它能源仍持保留态度，但几乎可以确定的是太阳能终将会在某些领域中扮演重要的角色，特别是应用于太阳能空调领域。
太阳能空调的稳定运行通常需要配置储热储冷罐，目前常用的储存介质为水。但是，采用储水罐普遍存在以下不足：一是水的蓄冷密度低，储水罐的体积庞大；二是储水罐内不同温度的水容易混合，影响储水罐中的储存冷量；二是水属于显热储存，其储能量和储能释能的温度变化范围成正比。储能温度越低，其储能量越低。当水温低于制冷机最低额定入水温度时，此温度下的热水将不能被利用，造成大量的残余热量和能源浪费。
相变材料在固液相变过程中潜热很大而且温度基本保持恒定，使用相变蓄热材料可以设计出结构紧凑，体积灵巧的蓄热装置。
有鉴于此，有必要提供一种新的能够结合利用太阳能和相变材料储能的自然能源空调以解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种新的自然能源空调，其能够利用清洁能源实现室内外温度调节，避免产生环境污染；且结构体积小，能够实现高效储放热，解决现有技术中体积过大、热转换效率不高的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种自然能源空调，利用自然能源实现室内外温度调节，包括：蓄热装置，用于吸收、传递和存储热量；散热装置，包括热交换器和散热风扇，所述热交换器与所述蓄热装置换热，所述散热风扇用于将所述热交换器置换的热量散发至周围空气中；其中，所述蓄热装置包括热管和与所述热管相连的蓄热槽，所述热管内填充有热管工质，所述蓄热槽内设有由相变材料制成的蓄热单元，所述热管工质通过气液相变将热量传递至所述蓄热槽，所述蓄热单元通过固液相变蓄放热量。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述热管包括加热段和冷却段，所述加热段水平设置，所述冷却段呈角度地设于所述加热段的上方，所述冷却段设于所述蓄热槽中。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述蓄热单元为蓄热球，所述蓄热球的熔点为25℃～35℃。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述蓄热装置还包括设于室外的透镜和遮阳板，所述透镜用于将太阳能聚集地供给所述热管，所述遮阳板设于所述透镜的上方，所述遮阳板可操作地在显露所述透镜的打开位置和遮蔽所述透镜的关闭位置间移动。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述蓄热装置还包括设于室内的排风扇，所述排风扇将室内的热量吹送至所述热管的下方，所述排风扇和所述热管之间设有可启闭的风门。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述热交换器包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器，所述第一热交换器设于所述蓄热槽内，所述第二热交换器设于室内，所述第三热交换器设于室外，所述第一热交换器可选择地与所述第二热交换器和所述第二热交换器的其中之一通过液体连通。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述散热装置还包括泵，所述泵设于所述第一热交换器与所述第二热交换器、第三热交换器之间以促进所述液体流动。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述散热风扇包括第一风扇和第二风扇，所述第一风扇设于所述第二热交换器一侧以将热量由第二热交换器散发至室内空气中；所述第二风扇设于所述第三热交换器一侧以将热量由所述第三热交换器散发至室外空气中。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述自然能源空调还包括供电装置，所述供电装置包括光伏板和电控箱，所述电控箱与所述光伏板电连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述自然能源空调具有制冷模式和制热模式，在所述制热模式下，所述蓄热装置吸收室外的太阳能并通过所述散热装置使室内温度上升；在所述制冷模式下，所述蓄热装置吸收室内的热量使室温下降，并通过所述散热装置将热量散发至室外；所述自然能源空调还包括温度传感器，所述自然能源空调根据所述温度传感器的所检测的温度自动选择开启所述制冷模式和所述制热模式的其中之一。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所提供的自然能源空调，其蓄热装置采用填充有热管工质的热管和设有由相变材料制成的蓄热单元的蓄热槽，利用物质的相变化，实现热量的高效储存和转换，既避免了传统空调中利用冷凝器和蒸发器进行换热的复杂结构，也避免使用水作为储热介质而导致的体积过于庞大的缺陷。如此的自然能源空调，不但采用洁净能源，对环境无污染，而且能效高，结构体积小巧，适于在移动设备(如汽车)中使用。
附图说明
图1是本发明优选的实施方式中自然能源空调的结构示意图。
1、热管 2、蓄热槽 3、透镜
4、第一热交换器 5、遮阳板 6、排风扇
7、第三热交换器 8、第二热交换器 9、第一泵
10、第二泵 11、光伏板 12、电控箱
13、第一风扇 14、第二风扇
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的装置、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或装置，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。
如图1所示，本发明优选的一种自然能源空调能够设置于建筑物屋顶或汽车顶部，实现室(或车)内外的温度调节。该自然能源空调包括蓄热装置，用于吸收、传递和存储热量；散热装置，包括热交换器和散热风扇，所述热交换器与所述蓄热装置换热，所述散热风扇用于将所述热交换器置换的热量散发至周围空气中；其中，所述蓄热装置包括热管1和与所述热管1相连的蓄热槽2，所述热管1内填充有热管1工质，所述蓄热槽2内设有由相变材料制成的蓄热单元，所述热管1工质通过气液相变将热量传递至所述蓄热槽2，所述蓄热单元通过固液相变蓄放热量。
在本实施例中，热管1利用热管1工质的气液相变传递热量，蓄热单元通过固液相变储存和散热装置释放热量，蓄热装置利用相变材料的相变实现高效的储放热，既避免了传统空调中利用冷凝器和蒸发器进行换热的复杂结构，也避免使用水作为储热介质而导致的体积过于庞大的缺陷。如此的自然能源空调，不但采用洁净能源，对环境无污染，而且能效高，结构体积小巧，适于在移动设备(如汽车)中使用。
所述热管1包括加热段(未标示)和冷却段(未标示)，所述加热段水平设置，所述冷却段呈角度地设于所述加热段的上方，所述冷却段设于所述蓄热槽2中。热管1结构如此的设置，便于热管1工质受热蒸发时热气的上升运动，也便于热管1工质冷凝时液体的下滑。优选地，所述冷却段由所述加热段呈弧形弯曲地向上延伸，使得蒸汽的上升和液体的下滑顺畅无阻，有利于保持热量传递的连续性。
在本实施方式中，蓄热单元(未图示)为蓄热球，所述蓄热球的熔点为25℃～35℃。蓄热槽2中填充有蓄热球，冷却段设于蓄热槽2中并与蓄热球接触。加热段的热管1工质受热蒸发使该部位气压升高从而驱动蒸汽向冷却段运动，蒸汽上升到冷却段后凝结放热，将热量传递给蓄热槽2中的蓄热单元；凝结的液体向下流回加热段从而实现热管1的换热循环。其中，在热管1工质受热汽化的过程中，加热管1吸热，使得加热管1附近的空气温度下降，可利用此过程实现室温的冷却；另外，热管1工质在冷却段液化时，热量传递至蓄热球，蓄热球吸取热量直至其达到熔点，从而由固态转变为液态，其间吸收并存储了大量的热量以备散热装置继续使用。
在本实施例中，所述蓄热装置还包括设于室外的透镜3和遮阳板5，所述透镜3用于将太阳能聚集地供给所述热管1，所述遮阳板5设于所述透镜3的上方，所述遮阳板5可操作地在显露所述透镜3的打开位置和遮蔽所述透镜3的关闭位置间移动。在需要利用太阳能为室内升温时，打开遮阳板5以露出透镜3，透镜3吸收光线并将热量聚焦于热管1上，使热管1内的热管1工质快速加热蒸发并通过冷却段将热量传递给蓄热槽2，之后冷凝流回加热段再次吸热，从而完成一个小范围的热循环。
优选地，该透镜3为菲涅耳透镜3，菲涅耳透镜3的镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。光线从一面进入，经过菲涅尔透镜3在另一面出来聚焦成一点或以平行光射出。菲涅尔透镜3聚光的效果较好，而且厚度较薄，成本较普通的凸透镜3低。在室外通过菲涅耳透镜3聚焦太阳光吸收热量，再通过散热装置将热量释放到室内，此过程适于自然能源空调在冬季的使用。当然，在夏季时，遮阳板5处于关闭位置以避免菲涅耳透镜3吸收太阳能而导致过热。
所述蓄热装置还包括设于室内的排风扇6，所述排风扇6将室内的热量吹送至所述热管1的下方，所述排风扇6和所述热管1之间设有可启闭的风门。室内排风扇6的设置适于自然能源空调在夏季的使用。在夏季，关闭遮阳板5，室内(尤其是车内)温度较高，热管1从下方吸热，排风扇6的设置加速了室内热量向热管1的传递，热管1工质在吸热汽化的过程中带走了大量热量，使得热管1底部的空气得到快速的降温，起到温度调节的作用。风门的设置与上述的遮阳板5相反，其在夏季启用时打开，而在冬季启用时关闭，避免在冬季使用透镜3时，热管1吸热的过程中通过开放的空间吸取热量而导致热管1下方的室内空间温度降低。
以上详述了蓄热装置的构成及冬季和夏季的使用状态，在两种使用状态中，蓄热装置依靠热管1吸收和传递热量，并利用蓄热槽2储存热量，不同的是，冬季通过吸收室外的太阳能以为室内升温，而夏季通过吸收室内的热浪并加速排放室外而降温。以下将进一步介绍散热装置以促进对自然能源空调两种工作模式的理解。
在散热装置中，热交换器包括第一热交换器4、第二热交换器8和第三热交换器7，所述第一热交换器4设于所述蓄热槽2内，所述第二热交换器8设于室内，所述第三热交换器7设于室外，所述第一热交换器4可选择地与所述第二热交换器8和所述第二热交换器8的其中之一通过液体连通。第一热交换器4与蓄热槽2中的蓄热单元换热，以将蓄热槽2蓄积的热量传递给第二热交换器8或第三热交换器7，第二热交换器8设于室内，与第一热交换器4换热后，第二热交换器8的热量散发至室内空气中，引起室内温度上升，由此可知，第二热交换器8在冬季模式中启用。相反地，第三热交换器7设于室外，其将热量散发至室外空气中，因而第三热交换器7适于在夏季模式中启用。
继续参见图1所示，所述散热装置还包括泵，所述泵设于所述第一热交换器4与所述第二热交换器8、第三热交换器7之间以促进所述液体流动。在本实施例中，散热装置设置两个泵，第一泵9设于第一热交换器4流向第二热交换器8的支路上，用于促进第一热交换器4与第二热交换器8之间的液体流动；第二泵10设于第一热交换器4流向第三热交换器7的支路上，用于促进第一热交换器4与第三热交换器7之间的液体流动；第一泵9和第二泵10并联设置。当然，在变形的实施方式中，泵也可以设置在第一热交换器4的干路上，其具有两个阀门，以分别控制流体向第二热交换器8或第三热交换器7的流通。
在本实施方式中，散热装置的散热风扇包括第一风扇13和第二风扇14，所述第一风扇13设于所述第二热交换器8一侧以将热量由第二热交换器8散发至室内空气中；所述第二风扇14设于所述第三热交换器7一侧以将热量由所述第三热交换器7散发至室外空气中。至于第一风扇13和第二风扇14的具体设置，为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不再赘述。
继续参见图1所示，所述自然能源空调还包括供电装置，所述供电装置包括光伏板11和电控箱12，所述电控箱12与所述光伏板11电连接。光伏板11采集太阳能以自主发电，使得自然能源空调更进一步地践行了绿色无污染的环保理念。其中，控制上述的遮阳板5、风门的开闭的电源和控制泵、风机运转的电源均来自于电控箱12，换言之，上述结构均与电控箱12电连接。
综上所述，本实施方式中的自然能源空调具有适于冬季使用的制热模式和适于夏季使用的制冷模式，在所述制热模式下，所述蓄热装置吸收室外的太阳能并通过所述散热装置使室内温度上升；在所述制冷模式下，所述蓄热装置吸收室内的热量使室温下降，并通过所述散热装置将热量散发至室外。进一步地，自然能源空调还设有温度传感器及控制器，温度传感器设于室内，控制器可以根据温度传感器所探测的温度，自动选择开启所述制冷模式和所述制热模式的其中之一。
以冬季为例，在阳光充足并且有制热需要的时候，关闭风门，打开遮阳板5，菲涅耳透镜3采集热量，并通过热管1内热管1工质的液气相变将热量传递至蓄热槽2中的蓄热单元，蓄热单元在热管1不断的传热过程中发生固液相变，积蓄大量的热量，第一泵9启动，促进第一热交换器4与第二热交换器8中的液体对流，将蓄热槽2中的热量传递至第二热交换器8，第一风扇13旋转，加速将第二热交换器8周围的热量扩散至室内空气中，实现室内气温的提升。反之，关闭遮阳板5而打开风门，使第二泵10连通第一热交换器4和第三热交换器7，并且使第二风扇14旋转，从而实现室内热量向室外的加速扩散，并通过热管1吸热使室内气温下降。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。