[发明专利]空气能8字循环空调机-微分冷谷管应用

说明书

本发明是一种以空气能量为主要制冷（热）循环动力的低压差热泵空调机（以下简称8字机）。空气能是指自然空气中所含有的可被用来制冷（热）的这部分能量。微分冷谷管（J管）是一种单位面积热流量大，并可使终点传热温差无限趋近于零的高效换热器。8字机由空气能热泵J管，超冷凝J管，低压差能量转换热泵M构成的全新风空调机，其温-熵图为8字形的热力循环，可充分利用空气能量来补偿制冷（热）过程所需的循环动力，因而具有极高的热力循环效率。8字机的另一特征是空气调节中冷（热）量的输出均需采用100%的室外新风才能获得最佳热力循环效率。

热力学第二定律指出：热量能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。卡诺循环，劳伦茨循环是热力效率最高的理想循环，也是各类空调的指导理论。依据上述理论研制的现行各类空调机，其制冷过程必然是高品质能量的耗费及贬值过程，而且现行的各类空调机其热力循环效率远低于卡诺循环效率。

空气调节是调节室内空气的能量状态和空气品质，以满足人体的舒适和生理卫生要求。高能耗及低能量转换效率是现行空调的最大缺陷。一个20m²、2～3人的居室，采用封闭式气流循环，所需制冷量3500W左右。用现行的EER值较高的蒸气压缩式空调，耗电量约1300～1700W。而室内空气的污染主要发生在室内物品及人体的生命代谢运动。封闭式气流循环的是将室内污气吸入制冷后继续输入室内，这种气流循环的结果是污浊度不断加剧的反复性恶性循环，对人体健康极为不利。如果用100%的新风，相应的耗电量需增加1.2倍以上，如此高的耗电量，对于普及性民用空调是不现实的，特别是我国的电力配备，远远满足不了目前的空调需求量。

高品质的气体能量调节是现代空调的唯一出路，否则就满足不了人们的生理卫生需求。制冷过程的能量转换效率是这一课题的焦点，这也是制冷工程师们为之奋斗了几个世纪的目标所在，能否借助于被制冷空气的能量（室外热空气能量更高）来补偿制冷循环所需的能量呢？这就使耗能的制冷过程逆转为能量的存储和产生动力的过程了！只要其获得的能量≥制冷所需的能量，即可使制冷系统自动运行。这当然需要较高的蒸发温度和较低的冷凝温度，并且在换热过程中获得空调所必需的冷（热）谷温度。

图1是8字循环温熵TS图。

在制冷循环中：

T₂是热谷温度，也是室外空气干球温度。T₂＝T_K（热谷是最高温点）。

T₁是冷谷温度，也是冷风输出温度。T₁＝T₀（冷谷是最低温点）。

T₄是空调房间的空气湿球温度。

T₃是冷凝空气的排气温度。

Ⅰ区：1-J-2过程是制冷工质对从T₀～T_K的连续变温吸热（储存空气能量）过程;所对应的被制冷空气侧是Ⅱ区：2-J-1过程是被制冷空气从T_K～T₀的连续变温放热过程。

Ⅲ区：3-J-4过程是制冷工质对从T₃～T₄的连续变温放热过程;所对应的Ⅳ区：4-J-3过程是冷凝空气从T₄～T₃的连续变温完全湿吸热过程。

2-3是从高温至低温的绝热泵送过程。

4-1是绝热膨胀过程。

△_1J4的面积是制冷循环所需的功W₁;△_2J3的面积是制冷循环所获得的空气能量W₂，W₂是有用净功。J点是制冷工质对的吸热线和放热线之交点。逆时针走向的△_1J4是8字循环中的制冷机，顺时针走向的△_2J3是8字循环中空气能发动机，J点是制冷机和空气能发动机的串联点。

制冷循环所需补偿的功为W₁-W₂＝△W

热力性能系数EER＝ (Q_M)/(△W) ，Q_M是制冷量。

当W₂≥W₁时可借助于空气能量W₂而自动运行，这时EER→∞。