CN109489167A - 太阳能空调***及空调 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能空调***及空调，包括太阳能采集部、热水供应部和热交换部，所述热交换部包括吸附部和储水部，所述太阳能采集部用于采集太阳能，并加热所述热水供应部内的供热用水，所述热水供应部用于加热所述吸附部，所述储水部内设置有液态水，在所述吸附部与所述储水部之间设置有蒸发管路***和冷凝管路***。该太阳能空调***直接利用太阳能驱动的、以水为工质的空调***，水不但具有很高的汽化热(是传统空调制冷剂的数十倍)还能轻易实现常温下相态的转换，不存在任何的环境问题，是一种理想的热转移介质，以水为冷媒，不会对环境造成任何污染，更不会造成对臭氧层的破坏，是一种非常环保的空调***。

Description

太阳能空调***及空调
技术领域
本发明涉及空调技术领域，特别是一种太阳能空调***及空调。
背景技术
空调器对工作空间空气温度调节的原理通常是通过周期性的改变冷媒的相态来转移一个相对封闭空间里空气的热量，从而达到改变其温度的效果。比如传统空调器通过压缩机将制冷剂压缩做功使其由气态相变为液态，这时制冷剂向环境放热，这一过程称为冷凝。当这些液态的制冷剂通过毛细管流入蒸发器室又蒸发为气态，制冷剂气化时需要吸热，这时与蒸发器接触的空气的部分热量被吸走而温度降低。可见传统空调器的温度调节功能是通过压缩机对冷媒的做功实现的，因此需要消耗可观的电能，同时传统空调器采用冷媒物质往往会对大气环境的臭氧层产生破坏而带来公害。另一类吸收式制冷空调(又称直燃式空调)，采用溴化锂和水作为二元工质，虽然不会对臭氧层造成破坏，但需要燃烧燃料产生高温来使溴化锂脱水，燃烧产生的排放又带来新的环境问题。以上是传统空调器面临的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种能够解决环境污染和环境破坏问题的太阳能空调***及空调。
为达到上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能空调***，包括太阳能采集部、热水供应部和热交换部，所述热交换部包括吸附部和储水部，所述太阳能采集部用于采集太阳能，并加热所述热水供应部内的供热用水，所述热水供应部用于加热所述吸附部，所述储水部内设置有液态水，在所述吸附部与所述储水部之间设置有蒸发管路***和冷凝管路***，所述吸附部、所述储水部与所述蒸发管路***构成降温***，所述吸附部、所述储水部与所述冷凝管路***构成恢复***，所述热交换部具有降温状态和恢复状态，
在所述降温状态下，所述降温***工作，所述储水部内的液态水转换成水蒸气，并被所述吸附部吸收，实现降温的效果；
在所述恢复状态下，所述恢复***工作，通过所述热水供应部的加热使得所述吸附部排出水蒸气，并转换成液态水，储存到所述储水部中，以补充所述储水部内的液态水。
优选地，所述热水供应部包括烧水部、绝热管道和高温水套，所述高温水套与所述烧水部通过绝热管道连通，所述高温水套构造为钟形结构，
在所述恢复状态下，所述高温水套罩设在所述吸附部的外面，用于给所述吸附部加热；
在所述降温状态下，所述高温水套与所述吸附部处于分离状态，所述吸附部吸收水蒸气。
优选地，所述太阳能空调***包括传动部，所述传动部用于驱动所述高温水套运动。
优选地，在所述蒸发管路***上设置有蒸发部，用于蒸发所述热交换部内的液态水；和/或，
在所述冷凝管路***上设置有冷凝部，用于冷凝所述热交换部内的水蒸气。
优选地，所述太阳能采集部包括抛物面结构的凹面镜，在所述凹面镜的焦点位置设置有所述烧水部，通过所述凹面镜反射太阳光加热所述烧水部内的供热用水。
优选地，所述太阳能采集***还包括位于所述凹面镜边缘的光伏组件，所述光伏组件包括发电模块和跟踪模块，所述发电模块用于将太阳能装换成电能，所述跟踪模块用于跟踪太阳的位置，并调整所述凹面镜的位置，所述跟踪模块根据所述发电模块的输出电压判断太阳的位置。
优选地，所述太阳能空调***还包括储能部，所述储能部用于储存所述光伏组件产生的电能，并为所述传动部提供电能。
优选地，所述热交换部包括第一选择阀和第二选择阀，所述第一选择阀用于控制所述吸附部与所述蒸发管路***、所述冷凝管路***的连通和断开，所述第二选择阀用于控制所述储水部与所述蒸发管路***、所述冷凝管路***的连通，
在所述降温状态下，所述第一选择阀使得所述吸附部与所述蒸发管路***连通，所述第二选择阀使得所述储水部与所述蒸发管路***连通；
在所述恢复状态下，所述第一选择阀使得所述吸附部与所述冷凝管路***连通，所述第二选择阀使得所述储水部与所述冷凝管路***连通。
优选地，所述热交换部的数量至少为两个，在同一时刻，部分所述热交换部处于所述降温状态，部分所述热交换部处于所述恢复状态。
另一方面，本发明采用如下技术方案：
一种空调，所述空调包括如上述的太阳能空调***。
本发明提供的一种太阳能空调***及空调，该太阳能空调***直接利用太阳能驱动的、以水为工质的空调***，水不但具有很高的汽化热(是传统空调制冷剂的数十倍)还能轻易实现常温下相态的转换，不存在任何的环境问题，是一种理想的热转移介质，以水为冷媒，不会对环境造成任何污染，更不会造成对臭氧层的破坏，是一种非常环保的空调***。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出本发明提供的具体实施例的太阳能空调***的示意图；
图2示出本发明提供的具体实施例的热交换子***的示意图。
图中，
1、太阳能采集装置；2、热水供应装置；21、烧水装置；22、高温水套；23、绝热管道；24、隔热水箱；3、传动装置；31、传动齿轮；4、热交换装置；41、吸附器；42、水容器；43、管道；44、蒸发器；45、冷凝器；46、选通阀门；5、风机。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参考图1和2所示，本申请提出保护一种太阳能空调***，包括太阳能采集部、热水供应部和热交换部，所述热交换部包括吸附部和储水部，所述太阳能采集部用于采集太阳能，并加热所述热水供应部内的供热用水，所述热水供应部用于加热所述吸附部，所述储水部内设置有液态水，在所述吸附部与所述储水部之间设置有蒸发管路***和冷凝管路***，所述吸附部、所述储水部与所述蒸发管路***构成降温***，所述吸附部、所述储水部与所述冷凝管路***构成恢复***，所述热交换部具有降温状态和恢复状态，在所述降温状态下，所述降温***工作，所述储水部内的液态水转换成水蒸气，并被所述吸附部吸收，实现降温的效果；在所述恢复状态下，所述恢复***工作，通过所述热水供应部的加热使得所述吸附部排出水蒸气，并转换成液态水，储存到所述储水部中，以补充所述储水部内的液态水。
现有的压缩式空调***，需要使用压缩机促使制冷剂的相态转换，会消耗大量的电能，另一方面，由于所采用的冷媒大多会对臭氧层产生破坏作用而具有公害性；对于现有的直燃式空调***，需要燃烧燃料来为吸收剂脱水，需要消耗能源产生碳排放。为解决上述问题，本申请的太阳能空调***采用不同于传统空调的技术路线，能量需求由太阳能提供，既可以显著节能又避免了对环境的危害。具体的，参考图1和2所示，该太阳能空调***是直接利用太阳能驱动的、以水为工质的空调***，水不但具有很高的汽化热(是传统空调制冷剂的数十倍)，还能轻易实现常温下相态的转换，不存在任何的环境问题，是一种理想的热转移介质。优选地，该太阳能空调***利用了一类具有强烈吸湿能力的干燥剂和水作为热转移工质，一定量的干燥剂和水分别置于封闭的容器中，即，干燥剂放在吸附器41中构成上述的吸附部，液态水置于水容器42中构成上述的储水部，储水部和吸附部通过蒸发管路***和冷凝管路***连通，在这个封闭的氛围中水蒸气被干燥剂迅速吸收导致水容器42里的水快速挥发气化，而水的气化从环境中吸收大量的热从而产生制冷效果。为了保持***运行的连续性，利用太阳能光热作用产生热水，利用热水加热吸水后的干燥剂使其脱水，干燥剂恢复吸附能力后可进行下次循环。
下面结合具体实施例进行说明，本申请还提出一种具有上述太阳能空调***的空调，参考图1和2所示，本发明的空调由置于室外(比如屋顶)的太阳能采集装置1和置于室内的储能装置(图中未示出)、传动装置3、控制装置(图中未示出)和热交换装置4组成。为了便于后续的描述，下面将吸附器41、蒸发器44以及它们间的管道43、选通阀门46等组成的子***简称为热交换子***(后续有详细介绍)。通常为了达成理想的制冷效果，一般会由多个如上所述的热交换子***组成热交换***(热交换装置4)，参考图1所示，是由两个热交换子***A和B组成的热交换***。太阳能采集装置1包括用于汇聚太阳光的凹面镜(图中未示出)和光伏组件(图中未示出)，光伏组件包括进行光伏转换的太阳能电池组件，以及，为了能高效利用太阳能，使凹面镜对准太阳的太阳追踪子***(图中未示出)，在太阳光会聚的焦点处装有用于产生热水的烧水装置21，烧水装置21通过绝热管道23与高温水套22连通，管道43间装有水泵以保证高温水套22里的水被烧水装置21循环加热，高温水套22是近似钟形结构的容器,并被隔热材料所包覆，以保证高温水套22内的热水的温度，其下方有一可开启和关闭的热耦合窗口，高温水套22可以通过传动装置3上下移动，烧水装置21还将产生的热水储藏到一个隔热水箱24里,以便为别的应用场合提供热水，为用户提供方便；光伏组件产生的电能被传输到储能装置(图中未示出)储存，用以提供空调所需的电能；传动装置3用于移动高温水套22，以配合热交换子***(热交换部)处于不同状态时的位置；控制装置用于控制选通阀门46的动作、风机5(图中未示出)的运转以及其它方面的控制；热交换装置4由A、B两个热交换子***组成，每个热交换子***又分别由吸附器41、蒸发器44、冷凝器45、管道43、阀门及热交换工质等组成；吸附器41是一种带接口的可传热的容器，内装有一定量的可再生型干燥剂(此类干燥剂对水分子由强烈的吸附作用，并可通过加热脱水再生)，蒸发器44是一种带有散热装置并有两个接口的容器，液态水在这里吸收热量相变成水蒸气，冷凝器45是一种带有散热装置并有两个接口的容器，水蒸气在这里放热后冷凝成液态水，水容器42是一种盛水的带接口的容器，内置一定量的水；吸附器41的接口处连接一个选通阀门46(第一选择阀)，通过管道43分别与蒸发器44和冷凝器45的一端连通，水容器42接口处连接一个选通阀门46(第二选择阀)，通过管道43分别与蒸发器44和冷凝器45的另一端连通，这样，每个热交换子***就构成了一个密闭的空间，由水和干燥剂组成二元工质在里面进行相态变换循环，进行热量的转运，步骤如下所述：1)当吸附器41里的干燥剂处于干燥状态时，位于吸附器41侧和水容器42侧的选通阀门46将冷凝器45通道关闭将蒸发器44通道打开，这时吸附器41、蒸发器44和水容器42及管道43组成的封闭空间氛围里的水蒸气将被干燥剂快速吸附而导致水蒸气分压急剧降低，从而引起水容器42里的液态水大量蒸发气化，水气化时会从蒸发器44周围环境中带走大量的热，这就是制冷过程，(此时热交换部处于降温状态)；2)当干燥剂吸附水蒸气饱和后，位于吸附器41侧和水容器42侧的选通阀门46同时将蒸发器44通道关闭、打开冷凝器45通道，传动齿轮31带动高温水套22向下移动罩住吸附器41对之加热，当吸附器41里的干燥剂被加热到脱水温度以上时，干燥剂分子吸附的水分子被大量释出来进入冷凝通道到达冷凝器45，在这里释放热量冷凝成液态水流回水容器42内，这就是冷凝过程(此时热交换部处于恢复状态)；3)干燥剂脱水完成后，传动齿轮31反转将高温水套22提升脱离吸附器41，水套的热耦合窗口同时关闭，阀门选通至蒸发器44通道，再次进入制冷循环。图1所示的是由两个热交换子***A和B组成的热交换***。
参考图1和2所示，子***A和子***B并联放置，A和B的干燥剂交替进入吸附和脱水过程，可保证制冷过程的连续性。在某一时刻，热交换子***A的吸附器41被高温水套22罩住加热，其内置的干燥剂处于脱水状态，脱出的水分子通过冷凝通道进入冷凝器45冷凝成液态水回归A的水容器42中，此时A处于脱水冷凝状态(即恢复状态)，同时热交换子***B的吸附器41脱离高温水套22，选通阀将蒸发器44通道选通，B处于吸附制冷状态(即降温状态)；经过一段时间后，子***A的脱水趋于结束，子***B的吸附趋于饱和，这时A、B的选通阀门46进行反向切换，传动齿轮31进行反转，使A的吸附器41脱离高温水套22，使B的吸附器41被高温水套22罩住，于是子***A和B将分别进入吸附制冷状态和脱水冷凝状态；如上所述，热交换***的子***A和B交替进入吸附制冷和脱水冷凝状态，使空调***持续作用。蒸发器44侧为制冷侧朝向室内，冷凝器45测为冷凝侧朝向室外，为使空调***的制冷效果更加理想，优选在制冷侧和冷凝侧分别设置一风机5，以便使工作空间里的空气被循环制冷，使冷凝器45释出的热被迅速吹走。本***可作为建筑物节能***的组成部分，为家庭提供空调功能和热水功能，具有显著的节能减排效果。
优选地，参考图1和2所示，加热吸附器41的热量是通过汇聚太阳光加热烧水装置21内的供热用水而获得，汇聚太阳光的装置优选为具有抛物面结构的凹面镜,可以把太阳光反射汇聚通过其焦点；在凹面镜的边缘布置一组或多组光伏组件，本实施例中为一组光伏组件，用于光伏发电和跟踪太阳的信号检测。光伏发电用于对***内的储能电池充电，并为传动装置3提供电能；光伏组件包含自动追踪太阳方位的太阳跟踪装置，通过调整凹面镜的方位角，当光伏电池获得最大电压输出时就表明太阳被跟踪到，这样就能保证烧水装置21和太阳能电池组件均能获取最大的太阳辐射。优选烧水器置于凹面镜的焦点处，里面的水被聚焦的太阳光加热至较高温度(高于干燥剂的脱水温度)后被传送到高温水套22里储藏；高温水套22是近似钟形结构的容器,并被隔热材料所包覆，其下方有一可开启、关闭的热耦合窗口，可以通过传动装置3使高温水套22上下移动，以便能罩住和脱开吸附器41。
上述的太阳能空调***以及空调至少具有如下优越性：以水为冷媒，不会对环境造成任何污染，更不会造成对臭氧层的破坏，是一种非常环保的空调体统；采用干燥剂促使水相变制冷，通过太阳能光热+光伏驱动热交换，使得空调的成本低廉，因水的汽化热远高于传统空调器的制冷剂，故热交换***的转速较低，电能消耗远远低于传统空调，可以不消耗市电，具有巨大的节能优势；该太阳能空调***可以实现热电联供，为家庭提供制冷功能的同时还可提供热水和电力供应；该太阳能空调***适用性不受电力基础设施限制，可以作为建筑物节能的重要组成部分为节能减排做出贡献。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能空调***，其特征在于，包括太阳能采集部、热水供应部和热交换部，所述热交换部包括吸附部和储水部，所述太阳能采集部用于采集太阳能，并加热所述热水供应部内的供热用水，所述热水供应部用于加热所述吸附部，所述储水部内设置有液态水，在所述吸附部与所述储水部之间设置有蒸发管路***和冷凝管路***，所述吸附部、所述储水部与所述蒸发管路***构成降温***，所述吸附部、所述储水部与所述冷凝管路***构成恢复***，所述热交换部具有降温状态和恢复状态，
在所述降温状态下，所述降温***工作，所述储水部内的液态水转换成水蒸气，并被所述吸附部吸收，实现降温的效果；
在所述恢复状态下，所述恢复***工作，通过所述热水供应部的加热使得所述吸附部排出水蒸气，并转换成液态水，储存到所述储水部中，以补充所述储水部内的液态水。
2.根据权利要求1所述的太阳能空调***，其特征在于，所述热水供应部包括烧水部、绝热管道和高温水套，所述高温水套与所述烧水部通过绝热管道连通，所述高温水套构造为钟形结构，
在所述恢复状态下，所述高温水套罩设在所述吸附部的外面，用于给所述吸附部加热；
在所述降温状态下，所述高温水套与所述吸附部处于分离状态，所述吸附部吸收水蒸气。
3.根据权利要求2所述的太阳能空调***，其特征在于，所述太阳能空调***包括传动部，所述传动部用于驱动所述高温水套运动。
4.根据权利要求1所述的太阳能空调***，其特征在于，
在所述蒸发管路***上设置有蒸发部，用于蒸发所述热交换部内的液态水；和/或，
在所述冷凝管路***上设置有冷凝部，用于冷凝所述热交换部内的水蒸气。
5.根据权利要求3所述的太阳能空调***，其特征在于，所述太阳能采集部包括抛物面结构的凹面镜，在所述凹面镜的焦点位置设置有所述烧水部，通过所述凹面镜反射太阳光加热所述烧水部内的供热用水。
6.根据权利要求5所述的太阳能空调***，其特征在于，所述太阳能采集***还包括位于所述凹面镜边缘的光伏组件，所述光伏组件包括发电模块和跟踪模块，所述发电模块用于将太阳能装换成电能，所述跟踪模块用于跟踪太阳的位置，并调整所述凹面镜的位置，所述跟踪模块根据所述发电模块的输出电压判断太阳的位置。
7.根据权利要求6所述的太阳能空调***，其特征在于，所述太阳能空调***还包括储能部，所述储能部用于储存所述光伏组件产生的电能，并为所述传动部提供电能。
8.根据权利要求1所述的太阳能空调***，其特征在于，所述热交换部包括第一选择阀和第二选择阀，所述第一选择阀用于控制所述吸附部与所述蒸发管路***、所述冷凝管路***的连通和断开，所述第二选择阀用于控制所述储水部与所述蒸发管路***、所述冷凝管路***的连通，
在所述降温状态下，所述第一选择阀使得所述吸附部与所述蒸发管路***连通，所述第二选择阀使得所述储水部与所述蒸发管路***连通；
在所述恢复状态下，所述第一选择阀使得所述吸附部与所述冷凝管路***连通，所述第二选择阀使得所述储水部与所述冷凝管路***连通。
9.根据权利要求1-8之一所述的太阳能空调***，其特征在于，所述热交换部的数量至少为两个，在同一时刻，部分所述热交换部处于所述降温状态，部分所述热交换部处于所述恢复状态。
10.一种空调，其特征在于，所述空调包括如权利要求1-9之一所述的太阳能空调***。
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