專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的方法及其裝置，屬空氣能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有采用熱泵的空氣能熱水供應(yīng)裝置都需要電力驅(qū)動(dòng)才能工作，由于有電力驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)和電控系統(tǒng)，系統(tǒng)的運(yùn)行成本很高，可靠性也不高。在國(guó)際專(zhuān)利方面，美國(guó)專(zhuān)利US7155922[3]和US7579700[4]分別介紹了采用熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)空氣能的利用，二者都需要外部電力輔助運(yùn)行。在國(guó)內(nèi)專(zhuān)利方面，中國(guó)專(zhuān)利ZL 200510020370. 2[1]和CN 101788205 A[2]分別介紹了采用熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)空氣能的利用，二者都需要外部電力輔助運(yùn)行。本發(fā)明利用毛細(xì)現(xiàn)象，通過(guò)毛細(xì)纖維叢把水從低處提升至高處，實(shí)現(xiàn)無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的方法及其裝置。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見(jiàn)與本發(fā)明相同的公開(kāi)報(bào)道。參考文獻(xiàn)[1]趙越野.一種空氣能集中熱水供應(yīng)方法及其裝置.中國(guó)專(zhuān)禾IJ ZL200510020370. 2[2]湖南元亨科技發(fā)展有限公司.高效空氣能水源熱泵一體化機(jī)組.中國(guó)專(zhuān)利 CN101788205 A[3]Harmon. Energy efficient heat pump systems for water heating and air conditioning. Patent Number :US7155922[4]Meller. System and method for converting electrical energy into pressurized air and converting pressurized air into electricity. Patent Number US7579700

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的方法及其裝置。該方法能充分利用無(wú)環(huán)境污染的空氣能量，隨時(shí)高效提供水溫、水壓穩(wěn)定的熱水；裝置采用純機(jī)械控制裝置，可靠性高，零耗電，零排放，環(huán)保運(yùn)行。本發(fā)明的無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的方法為利用高位水箱的水勢(shì)能對(duì)機(jī)械壓縮泵做工，壓縮熱介質(zhì)，使其通過(guò)一個(gè)熱交換器從空氣中獲取大量的熱能，再通過(guò)另一個(gè)熱交換器把熱介質(zhì)中的熱能交換給毛細(xì)纖維叢高末梢處的水，經(jīng)過(guò)蒸騰作用和凝結(jié)，使水從低處遷移到高處，完成機(jī)械壓縮泵的循環(huán)做工，同時(shí)完成對(duì)水的加熱；在機(jī)械控制裝置的統(tǒng)一控制下，最終實(shí)現(xiàn)水的高-低往復(fù)循環(huán)和熱介質(zhì)的壓縮-膨脹、吸熱-放熱循環(huán)。用于無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的裝置，其裝置包括高位水箱(7)，一端與高位水箱(7)連接的密封容器(20)，置于密封容器00)中的毛細(xì)纖維(19)，置于毛細(xì)纖維(19)下端的毛細(xì)纖維叢水箱(18)，置于毛細(xì)纖維(19)上端的放熱交換器(23)，通過(guò)毛細(xì)纖維叢水箱(18)下端的其上裝有水閥(17)的管道連接的低位水箱(14)，置于低位水箱 (14) 一端的水活塞(16)和彈簧(15)，分別與高位水箱(7)和熱介質(zhì)活塞(1 連接的其上裝有止回閥的熱介質(zhì)管道(22)，通過(guò)其上裝有熱介質(zhì)閥(9)的熱介質(zhì)管道(8)與高位水箱(7)連接的吸熱交換器(10)，與吸熱交換器(10)下端的其上裝有止回閥(11)的管道連接的熱介質(zhì)活塞(12)，分別與熱介質(zhì)閥(9)、熱介質(zhì)活塞(12)、水閥(17)、水活塞(16)連接的杠桿(13)，一端與高位水箱(7)連接、另一端與低位水箱(14)連接的其上裝有啟動(dòng)水閥⑵的水管(1)，分別置于高位水箱(7)上的進(jìn)水管(3)、出水管0)、排空閥(5)及球閥 (6)。裝置工作時(shí)，高位水箱中水的壓力驅(qū)動(dòng)水活塞運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)并壓縮彈簧，杠桿的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)熱介質(zhì)活塞運(yùn)動(dòng)，壓縮熱介質(zhì)，熱介質(zhì)中的熱能通過(guò)熱交換器加熱毛細(xì)纖維叢高處末梢的水，使其蒸騰和冷凝，補(bǔ)充高位水箱流到低位水箱中流失的水，這一過(guò)程中， 水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧的勢(shì)能和杠桿推動(dòng)熱介質(zhì)活塞壓縮熱介質(zhì)的壓力勢(shì)能，當(dāng)水活塞運(yùn)動(dòng)到一定行程時(shí)，觸發(fā)控制水閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作，打開(kāi)水閥，水體從密封低位水箱中流到毛細(xì)纖維叢水箱中，此時(shí)低位水箱的壓力降低，水活塞和與其相連接的杠桿在彈簧的作用下，向相反的方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)觸發(fā)熱介質(zhì)控制閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作，打開(kāi)熱介質(zhì)閥，熱介質(zhì)在吸熱交換器中膨脹， 從空氣中吸收熱能，當(dāng)水活塞運(yùn)動(dòng)到起始位置時(shí)，水閥關(guān)閉，同時(shí)在杠桿控制下，熱介質(zhì)閥關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，零耗電，零排放，無(wú)污染；能充分利用無(wú)環(huán)境污染的空氣能量產(chǎn)生水溫、水壓穩(wěn)定的熱水；能廣泛用于各種環(huán)境，尤其是沒(méi)有電力供應(yīng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)或者生態(tài)環(huán)境已經(jīng)非常脆弱的地區(qū)。


圖1是本發(fā)明的運(yùn)行過(guò)程與結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)照附圖并結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明利用高位水箱的水勢(shì)能對(duì)機(jī)械壓縮泵做工，壓縮熱介質(zhì)，使其通過(guò)一個(gè)熱交換器從空氣中獲取大量的熱能，再通過(guò)另一個(gè)熱交換器把熱介質(zhì)中的熱能交換給毛細(xì)纖維叢高末梢處的水，經(jīng)過(guò)蒸騰作用和凝結(jié)，使水從低處遷移到高處，完成機(jī)械壓縮泵的循環(huán)做工，同時(shí)完成對(duì)水的加熱；在機(jī)械控制裝置的統(tǒng)一控制下，最終實(shí)現(xiàn)水的高-低往復(fù)循環(huán)和熱介質(zhì)的壓縮-膨脹、吸熱-放熱循環(huán)。如圖1所示的本發(fā)明的裝置包括1水管，2啟動(dòng)水閥，3進(jìn)水管，4出水管，5排空閥，6球閥，7高位水箱，8熱介質(zhì)管道，9熱介質(zhì)閥，10吸熱交換器，11止回閥，12熱介質(zhì)活塞，13杠桿，14低位水箱，15彈簧，16水活塞，17水閥，18毛細(xì)纖維叢水箱，19毛細(xì)纖維，20 密封容器，21止回閥，22熱介質(zhì)管道，23放熱交換器。裝置采用市售材料按常規(guī)方法制備。工作過(guò)程如下開(kāi)始加熱工作前，應(yīng)該完成水的加注和其他準(zhǔn)備工作，操作過(guò)程如下首先關(guān)閉啟動(dòng)水閥2，關(guān)閉出水閥3，打開(kāi)進(jìn)水閥4，水加滿(mǎn)后，自動(dòng)關(guān)閉排空閥5，進(jìn)入加熱循環(huán)工作。開(kāi)始加熱工作時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥4，打開(kāi)啟動(dòng)水閥2，高位水箱7中的水通過(guò)水管1到達(dá)低位水箱14，驅(qū)動(dòng)水活塞16運(yùn)動(dòng)，壓縮彈簧15，同時(shí)推動(dòng)杠桿13運(yùn)動(dòng)，熱介質(zhì)活塞12 在杠桿13的作用下，壓縮熱介質(zhì)，熱介質(zhì)通過(guò)止回閥21和熱介質(zhì)管道22，到達(dá)放熱交換器 23，對(duì)毛細(xì)纖維叢19高處末梢的水加熱，通過(guò)蒸騰和冷凝作用，把水從毛細(xì)纖維叢水箱18 中提升至高位水箱7，同時(shí)完成了對(duì)水體的加熱。水活塞16推動(dòng)杠桿13運(yùn)動(dòng)到特定位置時(shí)，觸發(fā)打開(kāi)水閥17，水體從低位水箱14 流到毛細(xì)纖維叢水箱18，此時(shí)低位水箱14的壓力突然降低，水活塞16在彈簧15的作用下， 向相反的方向運(yùn)動(dòng)，回到起始的位置；與此同時(shí)，杠桿13也觸發(fā)打開(kāi)熱介質(zhì)閥9，熱介質(zhì)管道8中的熱介質(zhì)進(jìn)入吸熱交換器10膨脹，從空氣中吸熱；與此同時(shí)，杠桿13拉動(dòng)熱介質(zhì)活塞12做相反的運(yùn)動(dòng)，熱介質(zhì)活塞12的氣室形成負(fù)壓，打開(kāi)止回閥11，吸熱交換器中膨脹的熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)止回閥11到達(dá)氣室，此時(shí)，止回閥21關(guān)閉，防止放熱交換器23中的熱介質(zhì)回流到氣室。水活塞16回到起始的位置后，經(jīng)過(guò)杠桿13關(guān)閉水閥17，同時(shí)關(guān)閉熱介質(zhì)閥9，水箱14的壓力重新增大，推動(dòng)水活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。如此反復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水的高-低往復(fù)循環(huán)和熱介質(zhì)的壓縮-膨脹、吸熱-放熱循環(huán)，這兩個(gè)循環(huán)同步協(xié)調(diào)運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)了水體的加熱。需要特別說(shuō)明的是高位水箱7、低位水箱14、水管1形成一個(gè)密閉的真空系統(tǒng)，毛細(xì)纖維叢水箱18、密封容器20形成另一個(gè)密閉的系統(tǒng)；首次循環(huán)時(shí)，在水壓作用下，水體從高位水箱7經(jīng)水管1流到低位水箱14，從而在高位水箱7中形成一個(gè)真空，這個(gè)真空有利于毛細(xì)纖維叢19高處末梢水體的蒸騰；同時(shí)，由于低位水箱14、水管1開(kāi)始時(shí)沒(méi)有水，充滿(mǎn)了空氣，當(dāng)水第一次從高位水箱7經(jīng)過(guò)水管1往下流時(shí)，低位水箱14實(shí)際上是充滿(mǎn)了水和壓縮空氣，所以當(dāng)水閥17第一次打開(kāi)時(shí)，流到毛細(xì)纖維叢水箱18中的主要是壓縮空氣，這導(dǎo)致密封容器20的氣壓大于環(huán)境大氣壓，這個(gè)結(jié)果有利于毛細(xì)纖維叢19提升水到高處。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的方法，其特征在于該方法為利用高位水箱的水勢(shì)能對(duì)機(jī)械壓縮泵做工，壓縮熱介質(zhì)，使其通過(guò)一個(gè)熱交換器從空氣中獲取大量的熱能，再通過(guò)另一個(gè)熱交換器把熱介質(zhì)中的熱能交換給毛細(xì)纖維叢高末梢處的水，經(jīng)過(guò)蒸騰作用和凝結(jié)，使水從低處遷移到高處，完成機(jī)械壓縮泵的循環(huán)做工，同時(shí)完成對(duì)水的加熱； 在機(jī)械控制裝置的統(tǒng)一控制下，最終實(shí)現(xiàn)水的高-低往復(fù)循環(huán)和熱介質(zhì)的壓縮-膨脹、吸熱-放熱循環(huán)。
2.用于權(quán)利要求1的無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的裝置，其特征在于該裝置包括高位水箱(7)，一端與高位水箱(7)連接的密封容器(20)，置于密封容器00)中的毛細(xì)纖維(19)，置于毛細(xì)纖維(19)下端的毛細(xì)纖維叢水箱(18)，置于毛細(xì)纖維(19)上端的放熱交換器(23)，通過(guò)毛細(xì)纖維叢水箱(18)下端的其上裝有水閥(17)的管道連接的低位水箱(14)，置于低位水箱(14) 一端的水活塞(16)和彈簧(15)，分別與高位水箱(7)和熱介質(zhì)活塞(1 連接的其上裝有止回閥的熱介質(zhì)管道(22)，通過(guò)其上裝有熱介質(zhì)閥(9) 的熱介質(zhì)管道(8)與高位水箱(7)連接的吸熱交換器(10)，與吸熱交換器(10)下端的其上裝有止回閥(11)的管道連接的熱介質(zhì)活塞(12)，分別與熱介質(zhì)閥(9)、熱介質(zhì)活塞(12)、水閥(17)、水活塞(16)連接的杠桿(13)，一端與高位水箱(7)連接、另一端與低位水箱(14) 連接的其上裝有啟動(dòng)水閥O)的水管(1)，分別置于高位水箱(7)上的進(jìn)水管(3)、出水管 (4)、排空閥(5)及球閥(6)。
全文摘要
一種無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)的空氣能產(chǎn)生熱水的方法及其裝置，屬空氣能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用高位水箱的水勢(shì)能對(duì)機(jī)械壓縮泵做工，壓縮熱介質(zhì)，使其通過(guò)熱交換器從空氣中獲取大量的熱能，再通過(guò)另一個(gè)熱交換器把熱介質(zhì)中的熱能交換給毛細(xì)纖維叢高末梢處的水，經(jīng)過(guò)蒸騰作用和凝結(jié)，使水從低處遷移到高處，完成機(jī)械壓縮泵的循環(huán)做工，同時(shí)完成對(duì)水的加熱。裝置包括高、低水箱、毛細(xì)纖維叢、吸熱交換器、放熱交換器、毛細(xì)纖維叢水箱、水活塞、熱介質(zhì)活塞、熱介質(zhì)管道、彈簧、杠桿、水閥、熱介質(zhì)閥及水管。本發(fā)明具有裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，零耗電，零排放，無(wú)污染；能充分利用無(wú)污染的空氣能量產(chǎn)生水溫、水壓穩(wěn)定的熱水；能廣泛用于各種環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24H4/02GK102287914SQ20111016444
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者羅永道 申請(qǐng)人:云南師范大學(xué)