專利名稱：一種空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中央空調(diào)系統(tǒng)，特別是采用空氣作為工質(zhì)的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前廣為使用的以氟里昂為工質(zhì)的家用空調(diào)機，雖然能效比較高，可以達到2.6以上，那是在門窗緊閉、完全沒有室外新風進入的條件下，才能達到的較高能效比。這類空調(diào)機主要有兩個不足第一，采用氟里昂作為制冷工質(zhì)，而氟里昂是對地球大氣臭氧層進行破壞，增加地球溫室效應(yīng)的元兇。為此，全世界各國都要求限期停止生產(chǎn)和使用氟里昂(CFC)。
第二，這類空調(diào)機不能提供大量的新鮮空氣，其中只有窗式空調(diào)機可以提供少量的新鮮空氣，最多不超過30％。當較長時間使用這類空調(diào)機以后，室內(nèi)的氧氣會越來越少，二氧化碳的濃度會越來越大。當室內(nèi)空氣中含氧量低于12％時，人們就會感到頭痛、胸悶、惡心，甚至暈倒，即患上了所謂的“空調(diào)病”，人們的身心健康就會受到破壞，生活質(zhì)量和工作效率就會降低。
當今，銷路最好的吸收式溴化鋰燃油(燃氣)加熱制冷的中央空調(diào)系統(tǒng)，雖然可以提供大量的新鮮空氣，也符合無氟制冷的環(huán)保要求，不患“空調(diào)”，但仍有四個不足第一，這種空調(diào)機采用加熱方式使溴化鋰蒸發(fā)吸熱，制成冷凍水，送入冷凍水盤管。再用低壓風機抽吸室外新鮮空氣及回冷空氣，經(jīng)混合過濾后吹過冷凍水盤管，使空氣消聲降溫，通過低壓大截面送風管道送入空調(diào)間分配器供冷，供熱。然后，再通過大截面回風管道抽回到混合室。兩路大截面管道，外面還要包一層保溫材料，使管道截面尺寸更大。這種管道只有吊裝在樓道頂部，占據(jù)樓道的空間，使樓道顯得低矮，使人們產(chǎn)生壓抑感，而且很不美觀，造價也相對較高。
第二，這類空調(diào)系統(tǒng)只利用了空氣的載冷載熱特性，而沒有利用空氣的制冷制熱特性，故其能效比不高，一般在0.6～0.95之間。另一種以氟里昂或氨為工質(zhì)制冷的中央空調(diào)系統(tǒng)，能效比也只能達到1.0左右。
第三，吸收式溴化鋰中央空調(diào)系統(tǒng)雖然在系統(tǒng)中加入了緩蝕劑，但溴化鋰對設(shè)備的腐蝕問題也未能完全解決，特別是管路內(nèi)與空氣接觸的部位，容易產(chǎn)生腐蝕，影響了設(shè)備的使用壽命。
第四，設(shè)備比較龐大，管道甚多，維修不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種環(huán)保安全、經(jīng)濟節(jié)能，舒適宜人的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于它包括無油空氣壓縮機、冰球貯冷熱交換器、貯冰桶、制冰系統(tǒng)、燃氣加熱器、多功能冷卻塔、室外機、室內(nèi)機、冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)、可調(diào)定時換向閥，夏天制冷時，無油空氣壓縮機的吸氣管接入多功能冷卻塔的頂部，抽吸冷卻塔中經(jīng)過凈化的空氣，多功能冷卻塔的回熱管一路進入壓縮機的熱交換器，使排氣溫度降低，另一路進入制冰系統(tǒng)的冷凝器使工質(zhì)液化，經(jīng)過壓縮機的熱交換器和制冰系統(tǒng)的冷凝器兩路排出的熱水，再經(jīng)過回熱管進入多功能冷卻塔降溫；冬天制熱時，無油空氣壓縮機的吸氣管直接接入多功能冷卻塔的頂部；壓縮機的排氣口通過管道接至冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)，冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)的一端接可調(diào)定時換向閥，另一端接至燃氣加熱器，當冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)打到冬天位置時，高溫高壓空氣送到燃氣加熱器，經(jīng)過燃氣加熱器加熱升溫后送到主氣道，并進入與分支氣道連接的室外機內(nèi)制熱，制熱后的熱空氣再送至室內(nèi)機升溫；可調(diào)定時換向閥兩個出氣口各接至兩個冰球貯冷熱交換器輸入端，使兩個冰球貯冷熱交換器輪流交替工作，兩個冰球貯冷熱交換器輸出排氣管并聯(lián)后，通過主氣道送至分支氣道的室外機，進行空氣冷熱分離后再送至室內(nèi)機降溫；冰球貯冷熱交換器浸在貯冰桶的水中，通過制冰系統(tǒng)的蒸發(fā)管道置于貯冰桶內(nèi)降溫制冰，送入冰球貯冷熱交換器中。
所述的冰球貯冷熱交換器由冰球、外殼、擋球網(wǎng)、均氣板組成，外殼內(nèi)放置冰球，冰球兩邊通過擋球網(wǎng)擋住冰球，以避免冰球堵塞位于外殼兩端的進出氣口，進氣端均氣板位于擋球網(wǎng)的前面，均氣板用于改變氣流方向，使氣流均勻分布后，通過擋球網(wǎng)進入出氣口。
所述的多功能冷卻塔上部為外殼，下部為蓄水池，中間通過起到擋水導(dǎo)風作用的且將落下的水導(dǎo)入蓄水池中的承水盤分開，在外殼的進氣端裝有負氧離子發(fā)生器，通電后產(chǎn)生負氧離子，與新鮮空氣一道進入冷卻塔；水泵通過管路與蓄水池相接，抽吸蓄水池中經(jīng)過降溫后的涼水，送至壓縮機及制冰機冷凝器降溫，兩者排出的熱水，送到噴淋水管，從塔頂部噴淋而下，使水蒸發(fā)吸熱降溫；噴淋水管的上部為避免水滴進入壓縮機的擋水板，增壓風扇置于擋水板上方，開動以后抽吸塔中新鮮空氣，一部分空氣進入壓縮機，多余空氣從塔頂周邊窗口排入大氣。
所述的室外機由過濾調(diào)壓器、回冷式冷熱空氣發(fā)生器、冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)、中壓風機、紫外光殺菌燈、無紡布組成，高壓冷空氣從主氣道進入分支氣管，經(jīng)氣量計量儀進入過濾調(diào)壓器，濾除空氣中剩余的水分，以提高氣旋分離效果，同時可以調(diào)節(jié)進氣壓力p1，控制用氣量G0，過濾調(diào)壓器輸出的高壓空氣進入回冷式冷熱空氣發(fā)生器，由回冷式冷熱空氣發(fā)生器分離成冷熱兩股氣流，夏天冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)與中壓風機回冷氣流混合后，送到室內(nèi)機降溫，而熱氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)排入室外大氣；冬天熱氣流通過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)與回熱氣流混合后，送到室內(nèi)機升溫，而冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)排入室外大氣；中壓風機與回冷管相接，抽吸室內(nèi)回冷或回熱空氣，與室外新鮮空氣混合，再經(jīng)過無紡布濾除室外空氣的塵埃與雜物，空氣吹過經(jīng)紫外光殺菌燈，殺滅空氣中的細菌，使空氣凈化后由中壓風機送入空調(diào)間。
所述的回冷式冷熱空氣發(fā)生器由進氣嘴、回冷室、反射調(diào)節(jié)閥、熱管、絕熱墊、切向噴嘴及氣旋室組成，進氣嘴的進口接至分支氣管，進氣嘴出口接至回冷室，使高速氣流切向噴射到與回冷室內(nèi)并在其內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，吸收冷端傳導(dǎo)出來的冷量，使空氣自身溫度再降低，達到回冷目的；回冷室的內(nèi)層開有數(shù)個集束型切向噴嘴，導(dǎo)流至氣旋室，使氣流高速旋轉(zhuǎn)，冷熱分離，冷氣流經(jīng)發(fā)生器端蓋送至冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)的進氣嘴；氣旋室的另一端接熱管，熱管的末端與反射調(diào)節(jié)閥座相連，反射調(diào)節(jié)閥移動時可以調(diào)節(jié)熱氣流的大小，改變冷氣流質(zhì)量比μC，反射調(diào)節(jié)閥座熱氣出口與一個進氣嘴連接。
所述的冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)由絕熱外殼，可在絕熱外殼中旋轉(zhuǎn)的絕熱轉(zhuǎn)子，一個進氣嘴，另一個進氣嘴，一個排氣嘴和另一個排氣嘴組成，其中一個進氣嘴與發(fā)生器冷端相連；另一進氣嘴與回冷式冷熱空氣發(fā)生器熱端相連，一個排氣嘴采用管道連接直通大氣，另一個排氣嘴采用管道與混合腔連接，使冷熱空氣在混合腔中與中壓風機送來的空氣混合后，送至室內(nèi)機的均氣管，絕熱轉(zhuǎn)子為一個組件，嵌在絕熱外殼中，可自由旋轉(zhuǎn)90°，不漏氣也不會產(chǎn)生冷熱空氣串氣，起導(dǎo)流作用，使冷、熱氣換向，實現(xiàn)冷暖轉(zhuǎn)換的目的。
所述的主氣道和分支氣道的直徑為英寸量級。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下的優(yōu)點(1)應(yīng)用自行研制的回冷式冷熱空氣發(fā)生器，能夠巧妙地把空氣的制冷(制熱)和載冷(載熱)的特性都應(yīng)用起來；通過把能效比高的、有相變的制冷系統(tǒng)與能效比低的空氣制冷結(jié)合起來；同時把發(fā)生器能排冷、排熱特性結(jié)合起來，提高了整個系統(tǒng)的能效比。
(2)應(yīng)用直徑只有幾英寸的小直徑管道高壓輸氣，克服了現(xiàn)有大型中央空調(diào)大截面低壓送風回風管道的缺點，造價也相對降低。
(3)由于系統(tǒng)使用的工質(zhì)是空氣，不存在對管道的腐蝕問題，而且很安全。
(4)本發(fā)明應(yīng)用了冰球貯冷技術(shù)，可以利用夜間低谷電力制冰貯冷，白天用電高峰期放出冷量降溫。不僅可以降低電費，而且對電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。
(5)冬天，配以燃氣加熱器，可以減少空調(diào)用電負荷，而且改變了空調(diào)的能源結(jié)構(gòu)。
(6)選用能根據(jù)用氣量大小可調(diào)節(jié)輸入功率的變頻調(diào)速技術(shù)的無油空氣壓縮機。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的多功能冷卻塔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的冰球貯冷熱交換器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的室外機結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的室外機中的回冷式冷熱空氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5的A-A剖視圖；圖7為本發(fā)明的冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的室內(nèi)機結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明的夏天制冷溫熵示意圖；圖10為本發(fā)明的冬天制熱溫熵示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括無油空氣壓縮機1、冰球貯冷熱交換器2、燃氣加熱器5、多功能冷卻塔6、室外機7、室內(nèi)機8、冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)9、可調(diào)定時換向閥10，無油空氣壓縮機1的吸氣管接入多功能冷卻塔6的頂部，抽吸冷卻塔中經(jīng)過凈化的空氣，壓縮機1排氣口通過管道接至冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)9，冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)9的一端接可調(diào)定時換向閥10，另一端接至燃氣加熱器5，當冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)9打到冬天位置時，高溫高壓空氣送到燃氣加熱器5，經(jīng)過燃氣加熱器5加熱升溫后送到總管道12，并進入與分支氣管13連接的室外機7內(nèi)制熱，制熱后的熱空氣再送至室內(nèi)機8升溫；可調(diào)定時換向閥10兩個出氣口各接至兩個冰球貯冷熱交換器2輸入端，使兩個冰球貯冷熱交換器2輪流交替工作，兩個冰球貯冷熱交換器2輸出排氣管并聯(lián)后，通過總管道12送至分支氣管13的室外機8，進行空氣冷熱分離后再送至室內(nèi)機7降溫。
如圖2所示，多功能冷卻塔6由負氧離子發(fā)生器6-1、噴淋水管6-2、擋水板6-3、無紡布6-4、外殼6-5、承水盤6-6、水泵6-7、增壓風扇6-8和蓄水池6-9組成，負氧離子發(fā)生器6-1安裝在多功能冷卻塔6的外殼6-5的窗口上，開動以后，抽吸殼外經(jīng)過無紡布6-4過濾的新鮮空氣，在高壓電場下空氣電離，產(chǎn)生負氧離子吹入冷卻塔6，與噴淋水滴逆向運動的空氣摩擦、瀑布效應(yīng)產(chǎn)生的負氧離子混合，由于塔內(nèi)有負氧離子存在，起到了除塵、殺菌、除臭、消毒的作用，空氣得到凈化；塔的吸氣端口均用無紡布6-4封口，起除塵作用。外殼6-5置于承水盤6-6上，起到擋水導(dǎo)風作用，承水盤6-6置于蓄水池6-9上，將落下的水導(dǎo)入蓄水池6-9。水泵6-7裝在蓄水池6-9上，抽吸蓄水池中經(jīng)過降溫后的涼水，送至壓縮機1及制冰系統(tǒng)4的冷凝器降溫。兩者排出的熱水，送到噴淋水管6-2，從塔頂部噴淋而下，使水蒸發(fā)吸熱降溫。增壓風扇6-8置于擋水板6-3上方，開動以后抽吸塔中新鮮空氣，一部分空氣進入壓縮機1，多余空氣從塔頂周邊窗口排入大氣。擋水板6-3的主要功能是避免水滴進入壓縮機1。
如圖3所示，冰球貯冷熱交換器2由冰球2-1，外殼2-2，擋球網(wǎng)2-3，均氣板2-4組成，高溫高壓空氣進入貯冷熱交換器2，通過均氣板2-4改變氣流方向，使氣流均勻分布后，通過擋球網(wǎng)2-3，擋球網(wǎng)的功能就是不讓冰球堵塞主氣口。高溫空氣與冰球進行熱交換，冰球把冷量交換給空氣，使空氣降溫，同時冰球溫度升高，冰吸熱溶化，低溫高壓空氣從另一端通過擋球網(wǎng)送入主氣道12，至分支氣管13的室外機7。由于兩只熱交換器是在可調(diào)定時換向閥控制下，定時換向、輪流工作，保持排氣溫度達到要求的低溫。
如圖4所示，室外機7由過濾調(diào)壓器7-1、回冷式冷熱空氣發(fā)生器7-2、冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3、中壓風機7-4、紫外光殺菌燈7-5、無紡布7-6和回冷管7-7組成，高壓冷空氣從主氣道進入分支氣管13，經(jīng)氣量計量儀14進入過濾調(diào)壓器7-1，濾除空氣中剩余的水分，以提高氣旋分離效果，同時可以調(diào)節(jié)進氣壓力p1，控制用氣量G0。高壓空氣從回冷式冷熱空氣發(fā)生器7-2，分離成冷熱兩股氣流。夏天，冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3與中壓風機7-4回冷氣流混合后，送到室內(nèi)機8降溫，而熱氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3排入室外大氣；冬天則正好相反，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到冬天位置，熱氣流通過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3與回熱氣流混合后，送到室內(nèi)機8升溫，而冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3排入室外大氣。中壓風機7-4開動以后，經(jīng)回冷管7-7抽吸室內(nèi)回冷或回熱空氣，與室外新鮮空氣混合，經(jīng)無紡布7-6濾除室外空氣的塵埃與雜物，空氣吹過紫外光殺菌燈7-5，殺滅空氣中的細菌，使空氣凈化后再送入空調(diào)間。由于中壓風機的排氣壓力為57Kpa，故能保證空調(diào)間有57Kpa的正壓，可防止“非典”之類傳染病菌進入空調(diào)間。
如圖5、6所示，回冷式冷熱空氣發(fā)生器7-2由進氣嘴7-2-1、回冷室7-2-2、反射調(diào)節(jié)閥7-2-3、熱管7-2-4、絕熱墊7-2-5、切向噴嘴7-2-7和氣旋室7-2-8組成，高壓空氣進入回冷式冷熱空氣發(fā)生器7-2的進氣嘴7-2-1，在回冷室7-2-2中旋轉(zhuǎn)，空氣吸收由氣旋室7-2-8傳導(dǎo)出來的冷量，使空氣溫度T1進一步降低。空氣經(jīng)數(shù)個收縮型切向噴嘴7-2-7，以高速切線方向進入氣旋室7-2-8，空氣以每分鐘100多萬轉(zhuǎn)的速度高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過內(nèi)外層氣流動能交換，外層氣流溫度升高，并沿熱管7-2-4的管壁向反射調(diào)節(jié)閥7-2-3運動，并從反射調(diào)節(jié)閥的縫隙中排出熱氣流。由于熱管外壁有層絕熱墊7-2-5，使熱氣流溫度不下降，可避免熱量損失，也可防止熱量散失影響冷氣流降溫。氣旋中心的空氣由于失去動能，溫度降低，大部分冷氣流直接從冷端小孔中擠出，中心一部分冷氣流隨外層熱氣流一道移動到反射調(diào)節(jié)閥7-2-3的反射面，折回到冷端小孔處擠出。夏天，低壓冷氣流經(jīng)消聲器7-2-6進入冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3，送至室內(nèi)機8降溫，而排出的熱氣流經(jīng)冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3排出室外。冬天，低壓熱氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3，送入室內(nèi)機8升溫，而冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3排出室外。消聲器7-2-6、是在調(diào)試發(fā)生器時使用，調(diào)完后取下，把發(fā)生器冷端與冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)一個進氣嘴(7-3-3)連接如圖7所示，冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3由絕熱外殼7-3-1、可在外殼7-3-1中旋轉(zhuǎn)的絕熱轉(zhuǎn)子7-3-2、進氣嘴7-3-3和進氣嘴7-3-4、排氣嘴7-3-5和排氣嘴7-3-6組成，冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3的絕熱外殼7-3-1，其作用是防止冷量與熱量向外的傳導(dǎo)損失，絕熱轉(zhuǎn)子7-3-2，可在外殼中旋轉(zhuǎn)90°，其作用是防止冷熱氣流的傳導(dǎo)損失。夏天，低壓冷氣流從進氣嘴7-3-4進入，從排氣嘴7-3-5送到室內(nèi)機8降溫；低壓熱氣流從進氣嘴7-3-3進入，從排氣嘴7-3-6排入室外大氣；冬天，把絕熱轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90°，低壓熱氣流從進氣嘴7-3-3進入，從排氣嘴7-3-5排出送至室內(nèi)機8升溫；而低壓冷氣流從進氣嘴7-3-4進入，從排氣嘴7-3-6排入室外大氣。
如圖8所示，室內(nèi)機8由外殼8-1、慣流風扇8-2、均氣管8-3、遙控接收板8-4、開合門8-5組成，低壓冷氣流或熱氣流進入均氣管8-3，均氣管8-3是在主管上鉆許多小孔，讓空氣均勻噴出，慣流風扇8-2開動以后，抽吸室內(nèi)空氣，與低壓冷氣流或熱氣流混合后，吹向空調(diào)間，使人感到微風習習，由于出氣口裝有開合門8-5，使吹出的氣流經(jīng)常改變方向，使人體各部位均能接受到風，可避免著涼感冒；遙控接收板8-4，可遙控開關(guān)空調(diào)與冬夏冷熱轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的工作過程如下如圖1所示，夏天制冷過程當白天室內(nèi)環(huán)境溫度高于30℃時，夜間先啟動制冰系統(tǒng)4制冰，使貯冰桶3及高壓貯冷熱交換器2中的冰球全部結(jié)冰。白天啟動無油空氣壓縮機1，吸氣管接入多功能冷卻塔6的頂部，抽吸冷卻塔中經(jīng)過凈化的空氣，在多功能冷卻塔6的進氣端裝有負氧離子發(fā)生器6-1，通電后產(chǎn)生負氧離子，與新鮮空氣一道進入冷卻塔，同時開動水泵6-7，抽吸蓄水池6-9中的冷水，打入壓縮機1的熱交換器，使排氣溫度降低到水溫加10℃，約為40℃左右，另一股水流通過制冰系統(tǒng)4的冷凝器使工質(zhì)液化。兩者排出的熱水從多功能冷卻塔6的頂部噴淋而下，水蒸發(fā)吸熱，降低水溫后流回蓄水池6-9。在噴淋過程中，水滴與空氣對流摩擦也產(chǎn)生負氧離子。由于冷卻塔中存在負氧離子，可使空氣凈化、除塵、殺菌、除臭、消毒。凈化后的空氣進入壓縮機1，經(jīng)過高溫(約270℃左右)、高壓(0.7Mpa)，進一步殺菌，使空氣進一步凈化后，進入冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)9，到可調(diào)定時換向閥10使空氣定時換向，兩只高壓貯冷熱交換器2輪流工作。由于制冰系統(tǒng)4連續(xù)工作，使兩只高壓貯冷熱交換器2永遠保持冰凍貯冷狀態(tài)，排出的空氣溫度保持在0℃～-50℃之間，空氣進入室外機7調(diào)節(jié)閥(調(diào)節(jié)氣量用)，流量計量儀14(用氣量計費)，過濾調(diào)壓器7-1，濾除殘余的水汽后進入回冷式冷熱空氣發(fā)生器7-2，冷端送出的冷氣經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3與同時開動的中壓風機7-4，經(jīng)過除塵、紫外線殺菌的部分室外新鮮空氣與一次回冷氣一道送入室內(nèi)機8，與慣流風扇8-2產(chǎn)生的循環(huán)風混合后的冷空氣一道吹向空調(diào)間降溫，達到微風習習、制冷降溫的目的；同時送入了大量的干凈新鮮空氣，使人們倍感舒適宜人，熱氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3排入大氣。
如圖1虛線箭頭方向所示，冬天制熱過程當室外環(huán)境溫度低于-9℃時，室內(nèi)溫度低于7℃時，啟動無油空氣壓縮機1及中壓風機7-4，水泵6-7直接向多功能冷卻塔6供水噴淋，切斷其他冷卻水路，制冰系統(tǒng)4停機，燃氣加熱器5工作。無油空氣壓縮機1抽吸多功能冷卻塔6的空氣，打開負氧離子發(fā)生器6-1，新鮮空氣經(jīng)過負氧離子發(fā)生器6-1產(chǎn)生負氧離子，與冷卻塔中噴淋摩擦產(chǎn)生的負氧離子，對新鮮空氣除塵、殺菌、消毒、除臭后的潔凈空氣進入壓縮機1，經(jīng)高溫高壓滅菌后的潔凈空氣，排氣溫度高于120℃。冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)9打到冬天指示位置，0.7Mpa的高溫熱氣經(jīng)過燃氣加熱器5，使空氣溫度進一步提高，經(jīng)單向閥11進入室外機的調(diào)節(jié)閥、流量計量儀14、過濾調(diào)壓器7-1，濾除殘余的水汽后，進入回冷式冷熱空氣發(fā)生器7-2，分離后的冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3排入室外大氣，而熱氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)7-3與中壓風機7-4送出的潔凈新鮮空氣一道送入室內(nèi)機8，與慣流風扇8-2產(chǎn)生的循環(huán)風混合后的熱氣一道吹向空調(diào)間升溫，同時送入大量的新鮮空氣，使人們倍感溫暖舒適。
如圖9所示，本發(fā)明的夏天制冷溫熵示意圖，其中，進氣溫度T1可以是風冷降溫，一次水冷降溫，二次水冷降溫，均為實測數(shù)據(jù)。根據(jù)溫熵9及實驗觀察，導(dǎo)出以下經(jīng)驗公式q0＝BC·μC·CP·ΔTC·P1/PC·(T0-TC)..................(1)因為ΔTC＝T1-TC故TC＝T1-ΔTC....................................(2)將(2)式代入(1)式，得q0＝BC·μC·CP·ΔTC·P1/PC·(T0+ΔTC-T1)..................(3)式中q0-單位質(zhì)量流量制冷量(Kcal/kg)BC-比例系數(shù)(根據(jù)實驗測算確定)μC-冷氣流質(zhì)量比(μC＝GC/G0，G0＝GC+Gh)GC-冷氣流量(kg/h)GO-總耗氣量(kg/h)Gh-熱氣流量(kg/h)CP-空氣的定壓比熱(CP＝0.24Kcal/kg℃)T0-為夏天室外計算溫度T1-發(fā)生器的進氣溫度ΔTC-制冷溫度效應(yīng)P1-發(fā)生器的進氣壓力(Mpa)PC-冷氣流的反壓力(Mpa)計算BC值，實驗測得以下數(shù)據(jù)
當T0＝35℃，T1＝40℃(風冷)，P1/PC＝5.3，TC＝5℃，ΔTC＝35℃，μC＝0.5，CP＝0.24Kcal/kg℃，q0＝17Kcal/kg代入(3)式，得BC＝0.0254當系統(tǒng)沒有制冰機時，壓縮空氣的單位能耗L10＝0.08kw·h/kg，當有制冰機時，制冰的單位空氣能耗為L20＝0.012kw·h/kg，系統(tǒng)總能耗L＝L10+L20＝0.092kw·h/kg，能效比按下式計算COP＝q0/L·A................................................(4)式中A為熱功當量，A＝860Kcal/kw·hL或L10為壓縮空氣的單位能耗當μC＝0.6，CP＝0.24Kcal/kg℃，T0＝35℃，P1/PC＝7，ΔTC＝50℃，BC＝0.0254時，計算各種不同的T1溫度時，q0、TC及COP，列入下表

如圖10所示，本發(fā)明的冬天制熱溫熵示意圖，其進氣溫度T1可直接利用壓縮機的排氣溫度。由于壓縮機為金屬制件，導(dǎo)熱性比較強，有熱量損失。通常離心式壓縮機排氣溫度在60℃～120℃之間，如果經(jīng)水冷卻后，可降到45℃左右。因此，冬天壓縮機的排氣可以直接排出，不需要經(jīng)過水冷。壓縮機的理論排氣溫度按下式計算。
Tb＝T0(Pb/P0)n-1/n..........................................(5)Tb-為壓縮機的理論排氣溫度KT0-為壓縮機的吸氣溫度K
Pb-為壓縮機的排氣壓力MpaP0-為壓縮機的吸氣壓力Mpan-為多方指數(shù)，離心式壓縮機n＝1.6冬天，如果T0＝264k(-9℃)，Pb/P0＝7，n＝1.6，代入公式(5)，計算得Tb＝547k(275℃)為了提高壓縮空氣溫度，在排氣溫度基礎(chǔ)上，用燃氣加熱器(相當于現(xiàn)在使用的燃氣熱水器一樣)。根據(jù)溫熵示意圖(附圖10)及實驗測算，導(dǎo)出以下公式qh＝Bh·μh·CP·ΔTh·P1/Ph·[Th-T0]..................(6)因為ΔTh＝Th-T1所以Th＝T1+ΔTh..................(7)將(7)式代入(6)式得qh＝Bh·μh·CP·ΔTh·P1/Ph·[T1+ΔTh-T0]...............(8)式中qh-為單位質(zhì)量流量制熱量Kcal/kgBh-為比例系數(shù)(根據(jù)實驗數(shù)據(jù)測算確定)μh-為熱氣流質(zhì)量比μh＝Gh/G0＝Gh/(Gc+Gh)Gh-為熱氣流量(kg/h)G0-為總耗氣量(kg/h)Gc-為冷氣流量(kg/h)CP-為空氣的定壓比熱，CP＝0.24Kcal/kg℃T1-為發(fā)生器的進氣溫度℃ΔTh-為制熱溫度效應(yīng)℃T0-為冬天室外環(huán)境計算溫度℃P1-為壓縮機的排氣壓力Mpa
Ph-為熱氣流的反壓力Mpa用實測數(shù)據(jù)計算Bh值。結(jié)果如下當T1＝30℃(二次水冷)，測得熱氣流溫度Th＝103℃，壓縮機吸氣溫度T0＝5℃，P1/Ph＝5.3，μh＝0.4，CP＝0.24Kcal/kg℃，制熱溫度效應(yīng)ΔTh＝73℃，qh按下式計算qh＝Cp·(Th-T0)..............................(9)qh＝0.24Kcal/kg℃×(103℃-5℃)＝23.52Kcal/kg代入公式(8)計算，Bh＝23.52Kcal/kg/0.4×0.24×5.3×73×(30℃+73℃-5℃)＝23.52/3639.95＝0.00646COP＝23.52Kcal/kg/0.08Kwh/kg×860Kcal/Kwh＝0.341在下列條件下，T0＝5℃，μh＝0.4，CP＝0.24Kcal/kg℃，ΔTh＝73℃，P1/Ph＝7，Bh＝0.00646，根據(jù)公式(8)，計算各種不同的進氣溫度下的qh、Th及COP值，列表如下

總之，本發(fā)明是利用空氣既能制冷制熱，又能載冷載熱的特性，通過回冷式冷熱空氣發(fā)生器，把能效比低的空氣制冷與能效比高的其他制冷方式(如氨制冷)巧妙地結(jié)合起來，它完全不用有害的制冷工質(zhì)氟里昂(CFC)，也不使用技術(shù)尚未成熟的替代工質(zhì)R134a(HFC134a，四氟甲烷)，其能效比可與現(xiàn)有的中央空調(diào)媲美(在一定的條件下其能效比可以接近以氟里昂為工質(zhì)的家用空調(diào)機)，同時，可以提供大量的新鮮空氣，防止“空調(diào)病”的發(fā)生，使空調(diào)間更加舒適宜人。
權(quán)利要求
1.一種空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于它包括無油空氣壓縮機(1)、冰球貯冷熱交換器(2)、貯冰桶(3)、制冰系統(tǒng)(4)、燃氣加熱器(5)、多功能冷卻塔(6)、室外機(7)、室內(nèi)機(8)、冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)(9)、可調(diào)定時換向閥(10)，夏天制冷時，無油空氣壓縮機(1)的吸氣管接入多功能冷卻塔(6)的頂部，抽吸冷卻塔中經(jīng)過凈化的空氣，多功能冷卻塔(6)的回熱管一路進入壓縮機(1)的熱交換器，使排氣溫度降低，另一路進入制冰系統(tǒng)(4)的冷凝器使工質(zhì)液化，經(jīng)過壓縮機(1)的熱交換器和制冰系統(tǒng)(4)的冷凝器兩路排出的熱水，再經(jīng)過回熱管進入多功能冷卻塔(6)降溫；冬天制熱時，無油空氣壓縮機(1)的吸氣管直接接入多功能冷卻塔(6)的頂部；壓縮機(1)的排氣口通過管道接至冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)(9)，冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)(9)的一端接可調(diào)定時換向閥(10)，另一端接至燃氣加熱器(5)，當冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)(9)打到冬天位置時，高溫高壓空氣送到燃氣加熱器5，經(jīng)過燃氣加熱器5加熱升溫后送到主氣道(12)，并進入與分支氣道(13)連接的室外機(7)內(nèi)制熱，制熱后的熱空氣再送至室內(nèi)機(8)升溫；可調(diào)定時換向閥(10)兩個出氣口各接至兩個冰球貯冷熱交換器(2)輸入端，使兩個冰球貯冷熱交換器(2)輪流交替工作，兩個冰球貯冷熱交換器(2)輸出排氣管并聯(lián)后，通過主氣道(12)送至分支氣道(13)的室外機(8)，進行空氣冷熱分離后再送至室內(nèi)機(7)降溫；冰球貯冷熱交換器(2)浸在貯冰桶(3)的水中，通過制冰系統(tǒng)(4)的蒸發(fā)管道置于貯冰桶(3)內(nèi)降溫制冰，送入冰球貯冷熱交換器(2)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的冰球貯冷熱交換器(2)由冰球(2-1)，外殼(2-2)，擋球網(wǎng)(2-3)，均氣板(2-4)組成，外殼(2-2)內(nèi)放置冰球(2-1)，冰球(2-1)兩邊通過擋球網(wǎng)(2-3)擋住冰球，以避免冰球(2-1)堵塞位于外殼(2-2)兩端的進出氣口，進氣端均氣板(2-4)位于擋球網(wǎng)(2-3)的前面，均氣板(2-4)用于改變氣流方向，使氣流均勻分布后，通過擋球網(wǎng)(2-3)進入出氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的多功能冷卻塔(6)上部為外殼(6-5)，下部為蓄水池(6-9)，中間通過起到擋水導(dǎo)風作用的且將落下的水導(dǎo)入蓄水池(6-9)中的承水盤(6-6)分開，在外殼(6-5)的進氣端裝有負氧離子發(fā)生器，通電后產(chǎn)生負氧離子，與新鮮空氣一道進入冷卻塔；水泵(6-7)通過管路與蓄水池(6-9)相接，抽吸蓄水池(6-9)中經(jīng)過降溫后的涼水，送至壓縮機(1)及制冰機冷凝器(2)降溫，兩者排出的熱水，送到噴淋水管(6-2)，從塔頂部噴淋而下，使水蒸發(fā)吸熱降溫；噴淋水管(6-2)的上部為避免水滴進入壓縮機的擋水板(6-3)，增壓風扇(6-8)置于擋水板(6-3)上方，開動以后抽吸塔中新鮮空氣，一部分空氣進入壓縮機，多余空氣從塔頂周邊窗口排入大氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的室外機(7)由過濾調(diào)壓器(7-1)、回冷式冷熱空氣發(fā)生器(7-2)、冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)(7-3)、中壓風機(7-4)、紫外光殺菌燈(7-5)、無紡布(7-6)組成，高壓冷空氣從主氣道(12)進入分支氣管(13)，經(jīng)氣量計量儀(14)進入過濾調(diào)壓器(7-1)，濾除空氣中剩余的水分，以提高氣旋分離效果，同時可以調(diào)節(jié)進氣壓力，控制用氣量，過濾調(diào)壓器(7-1)輸出的高壓空氣進入回冷式冷熱空氣發(fā)生器(7-2)，由回冷式冷熱空氣發(fā)生器(7-2)分離成冷熱兩股氣流，夏天冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)(7-3)與中壓風機(7-4)回冷氣流混合后，送到室內(nèi)機(8)降溫，而熱氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)(7-3)排入室外大氣；冬天熱氣流通過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)(7-3)與回熱氣流混合后，送到室內(nèi)機(8)升溫，而冷氣流經(jīng)過冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)(7-3)排入室外大氣；中壓風機(7-4)與回冷管(7-7)相接，抽吸室內(nèi)回冷或回熱空氣，與室外新鮮空氣混合，再經(jīng)過無紡布(7-6)濾除室外空氣的塵埃與雜物，空氣吹過經(jīng)紫外光殺菌燈(7-5)，殺滅空氣中的細菌，使空氣凈化后由中壓風機(7-4)送入空調(diào)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的回冷式冷熱空氣發(fā)生器(7-2)由進氣嘴(7-2-1)、回冷室(7-2-2)、反射調(diào)節(jié)閥(7-2-3)、熱管(7-2-4)、絕熱墊(7-2-5)、切向噴嘴(7-2-7)及氣旋室(7-2-8)組成，進氣嘴(7-2-1)的進口接至分支氣管(13)，進氣嘴(7-2-1)出口接至回冷室(7-2-2)，使高速氣流切向噴射到與回冷室(7-2-2)內(nèi)并在其內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，吸收冷端傳導(dǎo)出來的冷量，使空氣自身溫度再降低，達到回冷目的；回冷室(7-2-2)的內(nèi)層開有數(shù)個集束型切向噴嘴(7-2-7)，導(dǎo)流至氣旋室(7-2-8)，使氣流高速旋轉(zhuǎn)，冷熱分離，冷氣流經(jīng)發(fā)生器端蓋送至冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)(7-3)的進氣嘴(7-3-3)；氣旋室(7-2-8)的另一端接熱管(7-2-4)，熱管(7-2-4)的末端與反射調(diào)節(jié)閥座(7-2-3)相連，反射調(diào)節(jié)閥(7-2-3)移動時可以調(diào)節(jié)熱氣流的大小，改變冷氣流質(zhì)量比μc，反射調(diào)節(jié)閥座(7-2-3)熱氣出口與一個進氣嘴(7-3-4)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的冷暖轉(zhuǎn)換開關(guān)(7-3)由絕熱外殼(7-3-1)，可在外殼(7-3-1)中旋轉(zhuǎn)的絕熱轉(zhuǎn)子(7-3-2)，一個進氣嘴(7-3-3)，另一個進氣嘴(7-3-4)，一個排氣嘴(7-3-5)和另一個排氣嘴(7-3-6)組成，其中一個進氣嘴(7-3-3)與發(fā)生器冷端相連；另一進氣嘴(7-3-4)與回冷式冷熱空氣發(fā)生器(7-2)熱端相連，一個排氣嘴(7-3-5)采用管道連接直通大氣，另一個排氣嘴(7-3-6)采用管道與混合腔連接，使冷熱空氣在混合腔中與中壓風機(7-4)送來的空氣混合后，送至室內(nèi)機(8)的均氣管(8-3)，絕熱轉(zhuǎn)子(7-3-2)為一個組件，嵌在絕熱外殼(7-3-1)中，可自由旋轉(zhuǎn)90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的主氣道(12)和分支氣道(13)的直徑為英寸量級。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的集束型切向噴嘴(7-2-7)的數(shù)量至少為2個。
全文摘要
一種空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)由無油空氣壓縮機、冰球貯冷熱交換器、貯冰桶、制冰系統(tǒng)、燃氣加熱器、多功能冷卻塔、室外機、室內(nèi)機、冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)、可調(diào)定時換向閥組成，無油空氣壓縮機的吸氣管接入多功能冷卻塔的頂部，抽吸冷卻塔中經(jīng)過凈化的空氣經(jīng)過壓縮機排氣口接至冬夏轉(zhuǎn)換開關(guān)，冬天時高溫高壓空氣送到燃氣加熱器，再送至室外機內(nèi)制熱，制熱后的熱空氣再送至室內(nèi)機升溫；夏天時冰球貯冷熱交換器工作，其輸出的冷氣通氣過總管道送至分支氣管的室外機，進行空氣冷熱分離后再送至室內(nèi)機降溫。本發(fā)明是克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種環(huán)保安全、經(jīng)濟節(jié)能，舒適宜人的空氣制冷制熱中央空調(diào)系統(tǒng)，它完全可以取代現(xiàn)有的中央空調(diào)技術(shù)。
文檔編號F25B9/00GK1862119SQ20051012386
公開日2006年11月15日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者文崇銈, 楊波 申請人:文崇銈, 楊波