一种空调外机和空调器的制作方法

本实用新型涉及空调技术领域，具体涉及一种空调外机和空调器。

背景技术：

常用家用空调主要由压缩机、换热器、节流阀、风机、控制器以及外壳等组件构成，可以运行在制冷和制热两种工作模式下。

制冷工作模式下，空调管路中冷媒(制冷剂)的低压蒸汽被压缩机压缩为高压蒸汽后排到外机换热器(此时可称为冷凝器)，同时外机风机鼓动室外空气流经冷凝器带走冷媒释放的热量，时高压蒸汽变为高压液体。高压液体经过节流阀等部件进入内机换热器(此时可称为蒸发器)进行低压蒸发，同时内机风机鼓动室内空气流经蒸发器，冷媒吸取室内空气热量，达到降温目的。

制热工作模式下，与制冷模式相反，压缩后的冷媒高压蒸汽排到内机换热器(此时称为冷凝器)释放热量以加热室内空气，而在外机换热器(此时称为蒸发器)吸收室外空气的热量。

然而空调的大量普及造成电量的高消耗，进而引起季节性和阶段性的供电不足，尤其是在制冷需求高峰的夏季和制热需求高峰的冬季。

燃料电池是一种高效率、无污染的新能源发电技术，无需燃烧直接将燃料的化学能转变为电能，被认为是解决能源危机和环境污染的终极方案。燃料电池目前主要分为质子交换膜燃料电池(pemfc)、磷酸燃料电池(pafc)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)、固体氧化物燃料电池(sofc)及碱性燃料电池(afc)。

质子交换膜燃料电池在工作时需要进行散热，目前存在两种散热方式：利用水散热和利用空气散热。利用空气散热的燃料电池称为空冷燃料电池，利用风扇将空气吸入/吹入燃料电池堆(简称电堆)中，不仅可以为燃料的化学反应提供氧化剂(氧气)，同时也带走工作时产生的热量，维持电堆的工作温度范围。空冷燃料电池部件数量较少，结构和控制方式简单，可靠性高，适用于家用供电场景。

将燃料电池与空调相结合是一种解决空调用电高峰问题的有效方案。专利号为cn103925663b的专利公开了一种甲醇水重整氢气发电的移动空调，但是这种空调结构系统复杂，重整器工作温度高达400℃以上，且存在燃烧过程，应用于移动空调上缺乏安全性。专利号为cn104596001a的专利同样公开了一种甲醇水重整制氢发电的空调系统，在用电式空调的基础上增加了吸热式制冷单元以吸收重整器的余热制冷，提高能量利用率，但进一步增加了系统复杂性和成本。专利号为cn106099144a的专利公开了一种循环再生燃料电池驱动的空调器，其电源系统包括电解水制氢系统和水冷燃料电池系统，但电能经过电解水制氢气、氢气再到燃料电池进行发电的过程中，大半的电能损失，效率极其低下，失去了节能环保的意义，同时也未充分利用燃料电池产生的热能，能量利用率低。

由于现有技术中的燃料电池与空调外机结合系统结构复杂，燃料电池能量综合利用率低的问题，因此本实用新型研究设计出一种空调外机和空调器。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题主要在于克服现有技术中的燃料电池与空调外机结合系统中燃料电池能量综合利用率低缺陷，从而提供一种空调外机和空调器。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种空调外机，其包括：

壳体、外机换热器、风机和燃料电池，所述外机换热器、所述风机和所述燃料电池均位于所述壳体的内部，所述外机换热器位于所述风机的出风路径上或位于所述风机的吸风路径上，所述燃料电池也位于所述风机的出风路径上或位于所述风机的吸风路径上，使得通过所述风机引导的气流能够分别与所述外机换热器和所述燃料电池进行换热。

优选地，所述外机换热器位于所述风机的吸风侧，所述燃料电池位于所述风机的出风侧；或者，所述外机换热器位于所述风机的出风侧，所述燃料电池位于所述风机的吸风侧；或者，所述外机换热器和所述燃料电池均位于所述风机的出风侧或均位于所述风机的吸风侧。

优选地，制冷模式和制热模式下所述风机的转动方向相反：制冷模式时，所述风机朝第一方向旋转，使得室外空气先流经所述外机换热器，再流经所述燃料电池；和/或，制热模式时，所述风机朝第二方向旋转，使得室外空气先流经所述燃料电池，再流经所述外机换热器。

优选地，制冷模式时，所述外机换热器对外放出热量；制热模式时，所述外机换热器吸收外部的热量；和/或；

所述第一方向为正转方向，所述第二方向为反转方向；和/或；

所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向；或者所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针方向。

优选地，还包括控制器，所述控制器同时控制所述外机换热器、所述风机和所述燃料电池；和/或，所述风机为轴流风扇。

优选地，所述壳体上开设有氢气和冷媒接口，所述燃料电池通过所述氢气和冷媒接口引入氢气原料，同时所述外机换热器也通过所述氢气和冷媒接口引入冷媒。

优选地，所述燃料电池的空气原料通过从所述风机引导的气流中引入；和/或，所述燃料电池产生的电能供给给所述空调外机；和/或，所述空调外机还包括压缩机，所述压缩机也位于所述壳体内。

本实用新型还提供一种空调器，其包括前任一项所述的空调外机。

本实用新型提供的一种空调外机和空调器具有如下有益效果：

1.本实用新型通过将外机换热器和燃料电池都设置于空调外机的壳体内，并且使得外机换热器和燃料电池都位于风机的出风路径上或吸风路径上，使得通过所述风机引导的气流能够分别与所述外机换热器和所述燃料电池进行换热，从而使得外机换热器和燃料电池共用一个风机，使得风机引导的气流能够在与燃料电池进行换热以对燃料电池冷却，同时还能与外机换热器进行换热以满足外机换热器的换热需求，使得空调器的室内换热器能够正常换热运行，满足制冷需求或制热需求，使得燃料电池和空调外机结合系统中燃料电池的能量综合利用率得到有效的提高，并且由于有效利用和共用了风机，能够使得空调外机和燃料电池的结合系统的零部件得以有效减少，有效减少了系统结构的部件，使得系统结构复杂程度降低；

2.本实用新型的空调外机运行在制热模式时，外机风扇反向转动，室外空气先流经空冷燃料电池后再流经外机换热器，使得空气被燃料电池加热后再流经外机换热器，有效地将空冷燃料电池的热量带到外机换热器吸收，利用燃料电池的余热给室内供热，因此进一步有效提高了燃料电池的能量综合利用率；而空调运行在制冷模式时，外机风扇鼓动室外空气流经外机换热器后再流经空冷燃料电池堆，这样能够有效保证外机换热器的换热效率不会降低，因为燃料电池工作需要维持较高的温度，并不是温度越低越好。室外空气经过室外换热器后温度仍比燃料电池工作温度低很多，对散热效果影响较小，这样能够不降低空冷燃料电池的氧气供应和散热效率。

3.本实用新型通过空冷燃料电池给空调外机供电能够进一步有效地提高了燃料电池的能量利用率，并且减少了结构布置，使得整机结构更加简单和紧凑；燃料电池和外机换热器共用外机控制器，也能够进一步有效地提高了燃料电池的能量利用率，使得整机结构更加简单和紧凑；并且通过氢气接口和冷媒接口的有效合二为一，氢气供给系统置于空调外机外部，能够进一步有效地使得换热器和燃料电池各自的系统进行融合，减少了结构布置，降低了系统结构的复杂性。

附图说明

图1是本实用新型的空调外机的正面内部结构示意图；

图2是本实用新型的空调外机的左侧视内部结构图；

图3是本实用新型的空调外机的控制方法示意图；

图4是本实用新型的空调外机替代实施例的左侧视内部结构图。

附图标记表示为：

1、壳体；2、第一通风口；3、外机换热器；4、风机；5、燃料电池；6、第二通风口；7、风道腔；8、隔板；9、设备腔；10、控制器；11、压缩机；12、氢气和冷媒接口。

具体实施方式

如图1-4所示，本实用新型提供一种空调外机，其包括：

壳体1、外机换热器3、风机4和燃料电池5，所述外机换热器3、所述风机4和所述燃料电池5均位于所述壳体1的内部，所述外机换热器3和所述燃料电池5共用所述风机4，所述外机换热器3位于所述风机4的出风路径上或位于所述风机4的吸风路径上，所述燃料电池5也位于所述风机4的出风路径上或位于所述风机4的吸风路径上，使得通过所述风机4引导的气流能够分别与所述外机换热器3和所述燃料电池5进行换热。

本实用新型通过将外机换热器和燃料电池都设置于空调外机的壳体内，并且使得外机换热器和燃料电池都位于风机的出风路径上或吸风路径上，使得通过所述风机引导的气流能够分别与所述外机换热器和所述燃料电池进行换热，从而使得外机换热器和燃料电池共用一个风机，使得风机引导的气流能够在与燃料电池进行换热以对燃料电池冷却，同时还能与外机换热器进行换热以满足外机换热器的换热需求，使得空调器的室内换热器能够正常换热运行，满足制冷需求或制热需求，使得燃料电池和空调外机结合系统中燃料电池的能量综合利用率得到有效的提高，并且由于有效利用和共用了风机，能够使得空调外机和燃料电池的结合系统的零部件得以有效减少，有效减少了系统结构的部件，使得系统结构复杂程度降低。

本实用新型的基于空冷燃料电池的空调外机如附图1所示，可通过空冷燃料电池供电驱动空调外机工作，使用风扇给外机换热器和空冷燃料电池提供空气换热，同时还可利用空冷燃料电池工作产生的余热提供给空调制热。

其由外机的壳体1、第一通风口2、外机换热器3、风机4、空冷的燃料电池5、第二通风口6、风道腔7、隔板8、设备腔9、控制器10、压缩机11、氢气和冷媒接口12组成。

所述外机的壳体1为其他部件提供安装支撑和防护。

所述第一通风口2和第二通风口6位于外机的壳体1上，为室外空气流入和流出外机的风道腔7提供入口和出口。

所述外机换热器3内部含有冷媒流通的通道，可以使冷媒和室外空气交换热量，进一步地，制冷模式下，冷媒通过外机换热器3向室外空气释放热量，制热模式下，冷媒通过外机换热器3从室外空气吸收热量。其位于第一通风口2附近，使室外空气流经第一通风口2时同时必须通过外机换热器3。

所述风机4由电机和风叶组成，通过旋转将室外空气经过通风口吸入风道腔7，同时将风道腔7中的空气经过通风口吹出到外机的壳体1之外。所述风机4在吸入和吹出室外空气时，使空气流经外机换热器3进行换热。所述风机4在吸入和吹出室外空气时，是空气流经空冷的燃料电池5，为空冷燃料电池提供氧气和散热。所述风机4位于风道腔7内部，进一步地，所述风机4位于外机换热器3和空冷的燃料电池5之间，如附图2所示。进一步地，所述电机为双向转动电机，即可正向转动，也可反向转动；所述风叶为双向风叶，在正向和反向转动时，产生风量的能力相同。更进一步地，风扇正向转动时，室外空气先经过外机换热器3进行换热，再到空冷的燃料电池5进行氧气供应和散热；风扇反向转动时，室外空气先经过空冷的燃料电池5进行氧气供应和散热，再带外机换热器3进行换热，同时将空冷的燃料电池5的热量传递到外机换热器3，增强制热能力。

所述空冷的燃料电池5将氢气和氧气中的化学能转换为电能给空调外机供电。所述空冷的燃料电池5通过风机4直接从空气中获取氧气，并利用空气进行散热；所述空冷的燃料电池5通过氢气和冷媒接口12从外部供氢系统获取氢气。所述空冷的燃料电池5位于第二通风口6附近，使空气流经第二通风口6时同时必须通过空冷的燃料电池5。

所述风道腔7为两端开口的密封腔体，为室外空气流经外机的壳体1提供通道，内部包含第一通风口2、外机换热器3、风机4、空冷的燃料电池5、第二通风口6。

所述隔板8将外机的壳体1的内部空间分隔为风道腔7和设备腔9。

所述设备腔9为控制器10、压缩机11等部件提供安装位置和防护。

所述控制器10接受空冷的燃料电池5供电，控制和驱动风机4、空冷的燃料电池5和压缩机11工作，控制空调制冷和制热工作模式切换，控制风机4的转动方向。

所述压缩机11将冷媒的低压蒸汽压缩为高压蒸汽。

所述氢气和冷媒接口12与外部供氢系统和空调内机连接。与供氢系统连接，为空冷的燃料电池5提供氢气。与空调内机连接，为室内提供制冷和制热。

附图3为本实用新型的空调外机控制方法。

优选地，所述外机换热器3位于所述风机4的吸风侧，所述燃料电池5位于所述风机4的出风侧；或者，所述外机换热器3位于所述风机4的出风侧，所述燃料电池5位于所述风机4的吸风侧；或者，所述外机换热器3和所述燃料电池5均位于所述风机4的出风侧或均位于所述风机4的吸风侧。这是本实用新型的外机换热器、燃料电池和风机的进一步优选布置形式，即外机换热器和燃料电池可以分别布置在风机的两侧(主实施例，如图2)，也可以布置在风机的同一侧(替代实施例，如图4)，均能够有效使得气流经由风机的抽吸而分别与外机换热器和燃料电池进行换热作用。

优选地，制冷模式和制热模式下所述风机的转动方向相反：制冷模式时，所述风机4朝第一方向旋转，使得室外空气先流经所述外机换热器3，再流经所述燃料电池5；和/或，制热模式时，所述风机4朝第二方向旋转，使得室外空气先流经所述燃料电池5，再流经所述外机换热器3。本实用新型的空调外机运行在制热模式时，外机风扇反向转动，室外空气先流经空冷燃料电池后再流经外机换热器，使得空气被燃料电池加热后再流经外机换热器，有效地将空冷燃料电池的热量带到外机换热器吸收，利用燃料电池的余热给室内供热，因此进一步有效提高了燃料电池的能量综合利用率；而空调运行在制冷模式时，外机风扇鼓动室外空气流经外机换热器后再流经空冷燃料电池堆，这样能够有效保证外机换热器的换热效率不会降低，因为燃料电池工作需要维持较高的温度，并不是温度越低越好。室外空气经过室外换热器后温度仍比燃料电池工作温度低很多，对散热效果影响较小，这样能够不降低空冷燃料电池的氧气供应和散热效率。

优选地，制冷模式时，所述外机换热器3对外放出热量；制热模式时，所述外机换热器3吸收外部的热量；和/或；

所述第一方向为正转方向，所述第二方向为反转方向；和/或；

所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向；或者所述第一方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针方向。

这是本实用新型的进一步优选结构形式，制冷模式时室内换热器对室内进行吸热降温，此时外机换热器对外部需要放出热量，制热模式则相反，室内换热器对室内进行放热，外机换热器则对外吸热，第一方向可以为正转，第二方向为反转，第一方向为顺时针或逆时针，第二方向为逆时针或顺时针。

优选地，还包括控制器10，所述控制器10同时控制所述外机换热器3、所述风机4和所述燃料电池5；和/或，所述风机4为轴流风扇。本实用新型通过燃料电池、风机和外机换热器共用外机控制器，也能够进一步有效地提高了燃料电池的能量利用率，使得整机结构更加简单和紧凑，轴流风扇为优选结构形式。

优选地，所述壳体1上开设有氢气和冷媒接口12，所述燃料电池5通过所述氢气和冷媒接口12引入氢气原料，同时所述外机换热器3也通过所述氢气和冷媒接口12引入冷媒。本实用新型通过氢气接口和冷媒接口的有效合二为一，氢气供给系统置于空调外机外部，能够进一步有效地使得换热器和燃料电池各自的系统进行融合，减少了结构布置，降低了系统结构的复杂性。

优选地，所述燃料电池5的空气原料通过从所述风机4引导的气流中引入；和/或，所述燃料电池5产生的电能供给给所述空调外机；和/或，所述空调外机还包括压缩机11，所述压缩机11也位于所述壳体1内。本实用新型通过空冷燃料电池给空调外机供电能够进一步有效地提高了燃料电池的能量利用率，并且减少了结构布置，使得整机结构更加简单和紧凑，本实用新型还通过将空气原料直接从风机引导的气流中引入，能够进一步将结合和功能合二为一，使得结构和功能综合利用，提高燃料电池和空调外机的结合程度，减少结构的浪费，使得结构更为紧凑和简单。

本实用新型还提供一种如前任一项所述的空调外机的控制方法，其中：

制冷模式时，控制所述风机4朝第一方向旋转，使得室外空气先流经所述外机换热器3，再流经所述燃料电池5；制热模式时，控制所述风机4朝第二方向旋转，使得室外空气先流经所述燃料电池5，再流经所述外机换热器3。

本实用新型的空调外机运行在制热模式时，外机风扇反向转动，室外空气先流经空冷燃料电池后再流经外机换热器，使得空气被燃料电池加热后再流经外机换热器，有效地将空冷燃料电池的热量带到外机换热器吸收，利用燃料电池的余热给室内供热，因此进一步有效提高了燃料电池的能量综合利用率；而空调运行在制冷模式时，外机风扇鼓动室外空气流经外机换热器后再流经空冷燃料电池堆，这样能够有效保证外机换热器的换热效率不会降低，因为燃料电池工作需要维持较高的温度，并不是温度越低越好。室外空气经过室外换热器后温度仍比燃料电池工作温度低很多，对散热效果影响较小，这样能够不降低空冷燃料电池的氧气供应和散热效率。

优选地，当包括压缩机时：

在所述空调外机启动时，先启动所述燃料电池的氢气供应，再根据工作模式的不同控制所述风机的旋转方向，然后启动压缩机；

在所述空调外机关机时，先关闭所述压缩机，再关闭所述燃料电池的氢气供应，最后所述风机4经过延时转动后停止。

这样能够有效利用燃料电池进行电能供应，并且关机时先关压缩机再关燃料电池能够避免先关燃料电池而导致压缩机电能不足或还需使用备用电源，防止电能利用率低下。

空调外机开机启动时，首先开启空冷的燃料电池5的氢气供应，空冷燃料电池开始工作向空调外机提供电能。然后判断空调的工作模式：制冷模式下，外机换热器3向空气中释放热量，控制器10控制风机4正向转动，室外空气先经过外机换热器3进行换热，再到空冷的燃料电池5进行氧气供应和散热；制热模式下，外机换热器3从空气中吸收热量，控制器10控制风机4反向转动，室外空气先经过空冷的燃料电池5进行氧气供应和散热，再与外机换热器3进行换热，利用有效将空冷燃料电池5的热量传递到外机换热器3，提高能量利用率。最后启动压缩机11工作，开始制冷或制热。

空调外机关机时，首先关闭压缩机11，停止制冷或制热。然后关闭空冷的燃料电池5的氢气供应，燃料电池的输出电量逐渐减小。最后风机4经过一段时间延时再停止转动，以便消耗空冷的燃料电池5剩余的氢气和电量。

本实用新型还提供一种空调器，其包括前任一项所述的空调外机。

本实用新型通过共用空调外机的控制器和风扇、风道腔等部件和结构给空冷燃料电池提供氧气和散热；制冷和制热模式下空调外机风扇的转动方向相反，引起室外空气流经外机换热器和空冷燃料电池的顺序不同，具体为：制冷模式时，室外空气先流经外机换热器，在流经空冷燃料电池；制热模式时，室外空气先流经空冷燃料电池，在流经外机换热器；利用空冷燃料电池工作时产生的余热提供给空调制热。

采用空冷燃料电池与空调外机相结合，空冷燃料电池给空调外机供电，共用外机控制器，充分利用空调外机风道和风扇同时给换热器以及燃料电池进行空气换热，节省空冷燃料电池的风扇部件，氢气供给系统置于空调外机外部，只保留氢气供给接口，降低了系统结构的复杂性。

另一方面，空调运行在制冷模式时，外机风扇鼓动室外空气流经外机换热器后再流经空冷燃料电池堆，不降低空冷燃料电池的氧气供应和散热效率；运行在制热模式时，外机风扇反向转动，室外空气流经空冷燃料电池后再流经外机换热器，将空冷燃料电池的热量带到外机换热器吸收，利用燃料电池的余热给室内供热，提高了燃料电池的能量综合利用率。

本实用新型的替代实施例：改变空冷的燃料电池5和风机4的位置，如图4所示。空冷的燃料电池5的安装位置靠近外机换热器3，也可保证空气同时流经外机换热器3和空冷的燃料电池5，但是由于空冷的燃料电池5与第二通风口6分离，且空冷的燃料电池5与外机换热器3也并非完全重合，则流经外机换热器3的空气不会全部流经空冷的燃料电池5，导致空冷的燃料电池5的氧气供应和散热效果差于图2。

风机4为单向转动。只能正向转动时，室外空气只能先经过外机换热器3再经过空冷的燃料电池5，导致在制热模式时不能充分利用空冷的燃料电池5的余热，能量利用效率低。只能反向转动时，室外空气只能先经过空冷的燃料电池5再经过外机换热器3，在制热模式下可以充分利用燃料电池的余热制热，但在制冷模式下，室外空气被空冷的燃料电池5加热，冷媒通过外机换热器3向空气释放热量减少，降低了空调的制冷能力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。