一種吸附式製冷/熱分體空調的製作方法

2023-09-14 15:02:00

專利名稱：一種吸附式製冷/熱分體空調的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種加熱和製冷的組合系統，特別是一種間歇運轉的吸附式製冷/熱分體空調裝置。
技術背景目前，人們工作、學習和日常生活中所使用的空調設備，特別是家用空調機，基本上都是壓縮式製冷/熱空調機。這種空調機所採用的製冷/熱工質多含有不符合環保要求的氟利昂，而且這類空調機運動部件多，能耗較高，製作工藝複雜，成本較高。而吸附式製冷/熱系統由於具備結構簡單，製冷/熱工質符合環保要求且成本低，運動部件少，能耗低等優點，在近年來開始得到應用和發展。如中國專利公告號CN1035899C，公告日1997年9月17日，發明名稱《吸附式降溫除溼空調系統》提出了一種依靠再生熱源加熱吸附床進行除溼和降溫的製冷裝置。該裝置只能製冷併為一體化結構，其效能比有待提高。中國專利公告號CN2646630Y，公告日2004年10月6日，發明名稱《鋁粉攙和活性碳-甲醇太陽能吸附式空調裝置》提出了以太陽能作為吸附床加熱源，通過蒸發器和冷凝器獲取所需的冷量或熱量，對室內空氣溫度進行冷熱調節。該空調裝置仍是一體化結構，太陽能熱源不能全天候供給，其空調所提供的冷量或熱量有限，難以像現有的壓縮式空調機，特別是壓縮式分體式空調那樣普及應用。

發明內容
本實用新型的目的是對現有技術中的不足進行改進，進而提供一種吸附式製冷/熱分體空調。它不僅可以製成分體結構，而且結構簡單、可利用壓縮式空調機的相關部件，工作效能較高，製作成本較低。
本實用新型的技術解決方案是一種吸附式製冷/熱分體空調，包括吸附器、冷凝器、蒸發器、換熱器、管道及閥門，採用一臺液體換熱的蒸發/冷凝器，其上的吸附工質管道分別經閥門連接吸附器和冷凝器，該蒸發/冷凝器上的冷媒液體進出管道與換熱器連接，並在其連接的管道上裝有溶液泵。
與本實用新型同一構思的另一技術解決方案是一種吸附式製冷/熱分體空調，包括吸附器、冷凝器、蒸發器、換熱器、管道及閥門，採用兩臺液體換熱的蒸發/冷凝器，其上的吸附工質管道一端經閥門相互連接，而各自的另一端分別經閥門連接吸附器上的一條吸附工質管道，這兩臺蒸發/冷凝器上各自的冷媒液體進出管道均與換熱器或散熱器連接，在其各自連接換熱器或散熱器的管道上分別裝有溶液泵及閥門。
本實用新型所用的換熱器為壓縮式製冷/熱空調的室內機。
本實用新型的散熱器為設置在吸附器上的液體箱，液體箱上分別設置有進口管和出口管，進口管經管道及閥門相互連通並分別與冷媒液體箱上的出口管連通，出口管經管道及閥門相互連通並分別與冷媒液體箱上的進口管連通。
本實用新型的控制裝置採用單片機或微處理器或可編程控制器，所有閥門均採用電控閥門。
本實用新型的有益效果是1，通過採用液體換熱的蒸發/冷凝器，配以泵、閥門和相應的管道，冷媒液體箱或冷媒液體管道中的冷媒液體將其冷/熱量傳遞至換熱器散發、送出。冷媒液體的流動，快速帶走冷媒液體箱或冷媒液體管道所貯蓄的能量，起到輸送和散發能量的作用，實現了吸附式空調的分體式結構，安裝形式靈活、方便，減少了空調所佔用的室內空間，增加了室內的美觀度，降低了空調運行的噪音。2，有效地利用了空調裝置所產生的廢棄熱/冷量，製冷時利用廢熱對吸附器升溫，制熱時利用廢冷對吸附器降溫，降低了能耗，縮短了吸附器升溫或降溫的時間，加快了製冷或制熱的工作節奏，提高了空調裝置的能效比。3，製冷工質對環境無汙染，符合環保要求，且來源廣泛，成本低，4，結構緊湊，體積小，零部件簡單，運動部件少，其換熱器即室內機可直接採用壓縮式分體空調的室內機，通用性好，製作成本低，用電省，與壓縮式空調機相比具有較強的競爭力。


圖1是本實用新型第一種實施例的結構示意圖圖2是本實用新型第二種實施例的結構示意圖具體實施方式
以下結合附圖說明和具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細描述通常的吸附式製冷/熱裝置，在吸附器上有兩個吸附工質管道接口，經管道種閥門一端接入冷凝器，另一端接入蒸發器，冷凝器上的吸附工質管道又經管道和閥門與蒸發器上的吸附工質管道接通，在吸附器、冷凝器和蒸發器三者之間構成了吸附工質流動的循環通道。吸附器受熱後，吸附工質脫附，以蒸氣的形式進入冷凝器，放出熱量即制熱並在降溫後液化，液化的吸附工質進入蒸發器，吸附器冷卻後，其內部的吸附劑不斷吸附氣化的吸附工質，在局部真空環境下使蒸發器內的液化吸附工質不斷氣化，進入吸附器被吸附劑吸附。液化吸附工質在蒸發器內氣化時要吸收熱量即製冷。在吸附工質脫附、冷凝、蒸發、吸附的整個工作循環過程中，吸附式製冷/熱裝置通過冷凝器向外部環境提供熱量，通過蒸發器向外部環境提供冷量。
參見圖1，本實用新型第一種實施例的結構與通常的吸附式製冷/熱裝置基本相同，但由於採用了液體換熱的蒸發/冷凝器1，使其工作流程發生了改變。液體換熱的蒸發/冷凝器1是由申請人自行研究設計並已於同日申請專利的一種冷/熱量發生器或散發器。液體換熱的蒸發/冷凝器1作為冷/熱量發生器的典型結構如圖1中所示吸附工質管道3被包容在一個密閉的水箱13中，水箱13被包容在一個盛有冷媒液體11的冷媒液體箱12中，冷媒液體箱12與換熱器8之間有管道7連通兩者的進出口，構成一條循環迴路。冷媒液體11採用的是冰點溫度低於0℃的防凍溶液，如氯化鈣水溶液或乙醇水溶液等，一般要求該防凍溶液在溫度為-20℃至-30℃時不會結冰。當液體換熱的蒸發/冷凝器1作為冷/熱量散發器時，其結構上沒有什麼變化，只是在冷媒液體箱12或水箱13或冷媒液體管道附近設置有散熱風扇，這樣即使冷媒液體11不流動，散熱鳳扇也可將液體換熱的蒸發/冷凝器1內攜帶的冷/熱量排放出去。在冷媒液體箱12引換熱器8連接的管道7上裝有溶液泵14及閥門15，而換熱器8即空調裝置的室內機則採用現有壓縮式製冷/熱空調的室內機。
圖1中製冷/熱空調的工作過程是製冷過程；與通常的吸附式製冷裝置的工作流程基本相同，吸附器5加熱後吸附工質脫附，經過閥門33以蒸氣的形式進入冷凝器4，冷凝器4採用現有的普通冷凝器。吸附工質在冷凝器4內降溫液化後經過閥門31進入液體換熱的蒸發/冷凝器1蒸發製冷，再經過閥門32被吸附器5內冷卻的吸附劑吸附。吸附工質在蒸發過程中製得的冷量被吸收、儲存在包容吸附工質管道3的密閉水箱13中，使水箱13內的水降溫甚至結冰。水箱又被包容在冷媒液體箱12中，冷媒液體箱12上的冷媒液體進出管道分別經管道7與換熱器8接通，構成循環流動的迴路，在其管道7上設置有溶液泵14，在溶液泵14的壓力驅動下，冷媒液體11吸收水箱13內的冷量後，流動至換熱器8經風機將冷量送出，對環境空間送冷降溫，冷媒液體11釋放冷量後，再流入冷媒液體箱12內重新吸收冷量，形成吸收、傳遞、釋放冷量的工作循環。
制熱過程；與通常的吸附式製冷裝置的工作流程不同。這時可將液體換熱的蒸發/冷凝器1看作是一種冷凝器。脫附後的吸附工質以蒸氣的形式反向進入液體換熱的蒸發/冷凝器1，向水箱13內放出熱量，在水箱13內降溫後的吸附工質液體流入冷凝器4蒸發並散發冷量後，被吸附器5內冷卻的吸附劑吸附。而水箱13內吸收的熱量仍通過流動的冷媒液體11帶至換熱器8經風機送出，對環境空間送熱升溫後流回冷媒液體箱12內重新吸收熱量，形成吸收、傳遞、釋放熱量的工作循環。
從以上的工作循環過程中可以看出，吸附式空調的工作方式是間歇式的，在圖1中僅表示了一臺吸附器5，其實可以使用兩臺吸附器，共用一套冷凝器和蒸發器1，一臺吸附器蒸發、吸附過程完成時，另一臺吸附器脫附、冷凝過程開始，交替工作，提高製冷/熱的能力。吸附器5內可使用通用的吸附劑工質對，如活性碳一液氨。吸附器5的加熱裝置51採用PTC電發熱元件。其體積小、加熱快，電能應用廣泛，適於吸附式空調的推廣使用。
參見圖2，本實用新型第二種實施例採用了兩臺液體換熱的蒸發/冷凝器，即液體換熱的蒸發/冷凝器1、2和兩臺吸附器即吸附器5、6，同時還相應配置了管道、溶液泵和閥門。吸附器5、6上各有兩條吸附工質管道，液體換熱的蒸發/冷凝器1、2上的吸附工質管道3一端經閥門31相互連接，而各自的另一端分別經閥門32、33、34、35連接吸附器5、6上的一條吸附工質管道，構成吸附器5—液體換熱的蒸發/冷凝器2—液體換熱的蒸發/冷凝器1—吸附器5，和吸附器6—液體換熱的蒸發/冷凝器2—液體換熱的蒸發/冷凝器1—吸附器6這兩套吸附工質循環通道。這兩臺蒸發/冷凝器上各自的冷媒液體進出管道均與換熱器8或散熱器連接，在其各自連接換熱器8或散熱器的管道上分別裝有溶液泵14、24及閥門15、16、25、26，其中閥門的設置也可以有所增減，但應保證換熱器8即室內機正常工作並避免溫度不同的冷媒液體互相交流。換熱器8即為分體空調的室內機，本實用新型所用的室內機可以直接採用壓縮式製冷/熱空調的室內機。
在兩臺吸附器5、6上分別設置了液體箱52、62，液體箱52、62上分別設置有進口管53、63和出口管54、64，液體箱52、62上的進口管53、63經管道及閥門55、57、65、67相互連通並分別與冷媒液體箱12、22上的出口管72、74連通，液體箱52、62上的出口管54、64經管道及閥門56、58、66、68相互連通並分別與冷媒液體箱12、22上的進口管71、73連通。
本實施例中所用的吸附器5、6上分別設置有加熱裝置51、61和液體箱52、62。帶有加熱裝置和液體箱的吸附器5、6，其結構系申請人自行研究並已於同日申請專利。
液體換熱的蒸發/冷凝器1、2和吸附器5、6之間，以及液體換熱的蒸發/冷凝器1、2和散熱器8之間管道布置也可以選擇其他方式，其閥門的數量也可以調整，但應保證各吸附器及各液體換熱的蒸發/冷凝器正常工作，其廢棄的冷/熱量能夠得到有效的利用，且應注意不能讓工作溫度不盡相同的冷媒液體11和冷媒液體21互相混合、交流，造成能量的損耗。
由於設置了兩臺液體換熱的蒸發/冷凝器1、2，就使得本實施例製冷/熱的工作流程可以多樣化，既可以採用本實用新型第一種實施例製冷/熱的工作過程，由一臺液體換熱的蒸發/冷凝器1向換熱器8提供需用的冷量或熱量，而另一臺液體換熱的蒸發/冷凝器2向散熱器提供廢棄的熱量或冷量。也可以採用通常吸附式製冷/熱裝置的工作流程，在製冷時由液體換熱的蒸發/冷凝器1向換熱器8提供需用的冷量，而另一臺液體換熱的蒸發/冷凝器2向散熱器提供廢棄的熱量；在制熱時由液體換熱的蒸發/冷凝器2向換熱器8提供需用的熱量，而另一臺液體換熱的蒸發/冷凝器1向散熱器提供廢棄的冷量。其中散熱器為設置在吸附器5、6上的液體箱52、62，液體箱52、62上的進口管53、63、分別經閥門55、57、65、67與兩臺蒸發/冷凝器上的冷媒液體出口管道71、73連接，液體箱52、62上的出口管54、64分別經閥門56、58、66、68與兩臺蒸發/冷凝器上的冷媒液體進口管道72、74連接。散熱器也可以是單獨設置的可盛裝冷媒液體11、21並對其進行散熱的裝置。散熱器的結構與液體換熱的蒸發/冷凝器1、2結構相似，但必須設置散熱風扇，以便散發冷/熱量。冷媒液體11和冷媒液體21實際上是同一種防凍溶液，即如圖1實施例中所述的冷媒液體11。但工作時兩臺液體換熱的蒸發/冷凝器中冷媒液體的溫度是不相同的，圖2中為更好地說明兩臺液體換熱的蒸發/冷凝器中冷/熱量的傳遞、輸送過程，故將其分開標註。
由於在吸附器5、6上設置了液體箱52、62，並將該液體箱52、62與液體換熱的蒸發/冷凝器1、2上的冷媒液體箱12、22連通，通過各控制閥門的動作可以對空調裝置所廢棄的能量進行有效利用。其具體工作過程如下製冷過程加熱裝置51對吸附器5加熱，吸附器5內的吸附工質脫附，打開吸附工質管道閥門33，吸附工質以蒸氣的形式進入液體換熱的蒸發/冷凝器2，吸附器5內吸附工質脫附完成後，加熱裝置51停止加熱，閥門33關閉。液體換熱的蒸發/冷凝器2內的冷媒液體21吸收吸附工質的熱量，溫度升高，打開溶液泵24和冷媒液體管道上的閥門67、68，攜帶熱量的冷媒液體21流經液體箱62，對吸附器6進行循環加熱升溫，其自身散熱降溫後再流回液體換熱的蒸發/冷凝器2內，形成對吸附器6加熱和冷媒液體21自身降溫的流動循環。待吸附器6被加熱至一定溫度(約高於環境溫度10--20℃)，打開冷媒液體管道閥門57、58，冷媒液體21流經液體箱52，對剛完成加熱的吸附器5進行循環降溫，同時關閉閥門67、68，液體箱62關閉。液體換熱的蒸發/冷凝器2內部設置有散熱風扇，也可以對冷媒液體21及吸附工質進行散熱降溫，使吸附工質液化並使吸附器5降溫。打開吸附工質管道閥門31，液化的吸附工質逐步流入液體換熱的蒸發/冷凝器1。吸附器5停止加熱後，經冷媒液體21循環降溫其內部溫度下降，吸附劑的吸附能力增強，在吸附器5內形成局部真空環境，升啟吸附工質管道閥門32，在吸附劑的作用下，液化的吸附工質吸熱、蒸發、氣化後進入吸附器5內被吸附劑吸附，並對液體換熱的蒸發/冷凝器1內的冷媒液體11製冷。開動溶液泵14，打開閥門15、16，液體換熱的蒸發/冷凝器1內所產生的冷量，由冷媒液體11攜帶至換熱器8，被風機送出。為了儘快降低吸附器5內部的溫度，可以在關閉冷媒液體管道上的閥門57、58後，打開液體箱52連通換熱器8管路的閥門55、56，使少量攜帶冷量的冷媒液體11分流進入液體箱52，循環帶走吸附器5內的熱量，對吸附器5快速降溫並恢復吸附能力。
在吸附器5停止脫附過程並開始降溫時，加熱裝置61開始對吸附器6加熱，由於在前一工作過程中液體換熱的蒸發/冷凝器2已向液體箱62輸入了高溫冷媒液體21，對吸附器6進行了預加熱，加熱裝置61所用的功率可以降低而且加熱時間大大縮短。待吸附器5的吸附過程完結，打開吸附工質管道閥門34，吸附器6內的吸附工質脫附，以蒸氣的形式進入液體換熱的蒸發/冷凝器2內放熱，降溫後再以液體的形式進入液體換熱的蒸發/冷凝器1吸熱，製得冷量，並由冷媒液體11經溶液泵14和開啟的閥門15、16，將其冷量送至換熱器8如室內機釋放。而液體換熱的蒸發/冷凝器2內的冷媒液體21吸收吸附工質的熱量，溫度升高，打開溶液泵24和冷媒液體管道上的閥門57、58，攜帶熱量的冷媒液體21流經液體箱52，對吸附器5進行循環加熱升溫，其自身散熱降溫後再流回液體換熱的蒸發/冷凝器2內，形成對吸附器5加熱和冷媒液體21自身降溫的流動循環。當吸附器5被加熱至一定溫度(約高於環境溫度10-20℃)，而吸附器6的脫附過程完結，這時可關閉閥門57、58，液體箱52關閉，同時打開冷媒液體管道上的閥門67、68，冷媒液體21流經液體箱62，對剛完成加熱的吸附器6進行循環降溫。由此可見，本裝置對液體換熱的蒸發/冷凝器2內廢熱的利用過程是，當吸附器5完成吸附時，通過切換冷媒液體管道上的相關閥門，先將液體換熱的蒸發/冷凝器2內的高溫冷媒液體21送入液體箱52循環，對吸附器5升溫，為下一次脫附做準備，當吸附器6完成脫附時，將冷卻降溫的冷媒液體21送入液體箱62內，對吸附器6降溫。必要時可先關閉相關閥門，將流向換熱器8的低溫冷媒液體21分流引入液體箱62，對吸附器6快速降溫，提高其吸附能力。吸附器6完成吸附，吸附器5完成脫附後的廢熱利用過程則是對相關閥門進行相反的控制操作。
制熱過程加熱裝置51對吸附器5加熱，吸附器5內的吸附工質脫附，打開吸附工質管道閥門33，吸附工質以蒸氣的形式進入液體換熱的蒸發/冷凝器2，吸附器5內吸附工質脫附完成後，關閉加熱裝置51及吸附工質管道閥門33。液體換熱的蒸發/冷凝器2內的冷媒液體21吸收吸附工質的熱量，溫度升高，打開溶液泵24和冷媒液體管道上的閥門25、26、攜帶熱量的冷媒液體21直接流向換熱器8，經風機將其熱量送出。降溫後的冷媒液體21從換熱器8流回液體換熱的蒸發/冷凝器2，重新吸收熱量，進行下一次熱量輸送的循環並對吸附工質降溫。吸附工質降溫冷凝成為液體後經吸附工質管道閥門31流入液體換熱的蒸發/冷凝器1內蒸發製冷，再經閥門32進入吸附器5，完成一次工作循環。吸附器5完成一次工作循環後，吸附器6開始工作，進行下一次制熱的工作循環。兩臺吸附器交替工作，持續向換熱器8(室內機)提供熱量。換熱器8可以直接使用壓縮式製冷/熱空調的室內機。
在制熱過程中，本裝置對液體換熱的蒸發/冷凝器1內廢棄冷量的利用方式是吸附器5完成脫附後，先打開連通冷媒液體管道上的閥門55、56，開啟溶液泵14，攜帶冷量的冷媒液體11流經液體箱52，對脫附後的吸附器5進行循環降溫，提高吸附器5內吸附劑的吸附能力並使液體換熱的蒸發/冷凝器1內的冷媒液體11升溫；待吸附器5內溫度降低至最佳吸附溫度(25℃左右)，可關閉閥門55、56，即完成利用廢棄冷量對帶有餘熱的吸附器5降溫的工作過程。在對冷卻後的吸附器6加溫時，可以將流向換熱器8的高溫冷媒液體21分流引入液體箱62，對吸附器6進行升溫，減少加熱裝置61的加熱能耗和時間。在吸附器6完成脫附，吸附器5完成吸附後對液體換熱的蒸發/冷凝器1內廢棄冷量的利用與上述過程基本相同，僅閥門操作不同。
本實用新型實施例中的控制裝置均採用微處理器，所有閥門均為電控閥門，由微處理器對各閥門、電加熱裝置51、61，溶液泵14、24室內機等機構的動作進行自動控制。控制裝置也可以採用單片機或可編程控制器。由單片機或微處理器或可編程控制器接收來自室內機上控制器或傳感器的信號並按工作程序控制電加熱裝置51、61，溶液泵14、24，室內機和各閥門動作，對室內的溫度進行調節。
權利要求1.一種吸附式製冷/熱分體空調，包括吸附器、冷凝器、蒸發器、換熱器、管道及閥門，其特徵在於採用一臺液體換熱的蒸發/冷凝器(1)，其上的吸附工質管道(3)分別經閥門連接吸附器(5)和冷凝器(4)，該蒸發/冷凝器(1)上的冷媒液體進出管道與換熱器(8)連接，並在其連接的管道(7)上裝有溶液泵(14)。
2.一種吸附式製冷/熱分體空調，包括吸附器、冷凝器、蒸發器、換熱器、管道及閥門，其特徵在於採用兩臺液體換熱的蒸發/冷凝器(1)(2)，其上的吸附工質管道(3)一端經閥門(31)相互連接，而各自的另一端分別經閥門連接吸附器(5)、(6)上的一條吸附工質管道，這兩臺蒸發/冷凝器上各自的冷媒液體進出管道均與換熱器(8)或散熱器連接，在其各自連接換熱器(8)或散熱器的管道上分別裝有溶液泵(14)、(24)及閥門。
3.根據權利要求1或2所述的一種吸附式製冷/熱分體空調，其特徵在於換熱器(8)為壓縮式製冷/熱空調的室內機。
4.根據權利要求2所述的一種吸附式製冷/熱分體空調，其特徵在於散熱器為設置在吸附器(5)、(6)上的液體箱(52)、(62)，液體箱(52)、(62)上分別設置有進口管(53)、(63)和出口管(54)、(64)，進口管(53)、(63)經管道及閥門(55)、(57)、(65)、(67)相互連通並分別與冷媒液體箱(12)、(22)上的出口管(72)、(74)連通，出口管(54)、(64)經管道及閥門(56)、(58)、(66)、(68)相互連通並分別與冷媒液體箱(12)、(22)上的進口管(71)、(73)連通。
5.根據權利要求1或2所述的一種吸附式製冷/熱空調，其特徵在於控制裝置採用單片機或微處理器或可編程控制器，所有閥門均採用電控閥門。
專利摘要一種吸附式製冷/熱分體空調，包括吸附器、冷凝器、蒸發器、換熱器、管道及閥門，採用一臺或兩臺液體換熱的蒸發/冷凝器，其上的吸附工質管道分別經閥門連接吸附器、冷凝器或一端相互連通，而各自的另一端分別經閥門連接吸附器上的一條吸附工質管道，液體換熱的蒸發/冷凝器上的冷媒液體進出管道與換熱器連接，並在其連接的管道上裝有溶液泵。冷媒液體將蒸發/冷凝器內的冷/熱量傳遞至換熱器即壓縮式分體空調的室內機散發。較好地利用了廢棄熱/冷量，結構緊湊，對環境無汙染，通用性好，製作成本低，用電省，能效比較高。
文檔編號F24F5/00GK2833401SQ20052009710
公開日2006年11月1日 申請日期2005年7月8日 優先權日2005年7月8日
發明者靖中賢 申請人:靖中賢