專利名稱：一種由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以工業(yè)噪音為驅(qū)動(dòng)源、以液態(tài)二氧化碳為工質(zhì)的工位空調(diào)，屬空氣調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生噪音的機(jī)電設(shè)備很多，有的聲壓級(jí)比較大。比如，大型球磨機(jī)聲壓級(jí)120dB、大型風(fēng)機(jī)房llOdB、織布車間100dB、沖床車間IOOdB等等。為便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和檢測(cè)，在其附近一般都設(shè)有值班室，強(qiáng)烈的噪音不僅干擾設(shè)備通訊與語(yǔ)言交流，還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生多種不良影響，如引起耳聾、誘發(fā)各種疾病、擾亂大腦思維等，使生產(chǎn)效率降低，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致誤操作，造成重大生產(chǎn)事故。噪音聲源無(wú)論強(qiáng)弱和大小，均能向外界釋放能量。這些能量是通過(guò)聲能的方式被激發(fā)出去，聲能是一種振蕩形式的能量，聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力的波動(dòng)和位移的波動(dòng)，還會(huì)引起溫度的波動(dòng)。當(dāng)聲波所引起的壓力、位移、溫度波動(dòng)作用到固體邊界時(shí)，就會(huì)發(fā)生明顯的聲波能量與熱能的相互轉(zhuǎn)換，這就是熱聲效應(yīng)。利用熱聲效應(yīng)收集這些能量，不僅可以減少能源的浪費(fèi)，而且還可以降低工業(yè)企業(yè)的噪音水平，給運(yùn)行人員創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境，提高其工作效率。但由于噪音的能量密度較低，不易收集，因而對(duì)設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率要求較高，這就增加了噪音利用的難度，導(dǎo)致至今仍沒(méi)有理想的以噪音為驅(qū)動(dòng)源的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將噪聲變廢為寶、提供一種由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，在降低工業(yè)廠房噪音水平的同時(shí)，給運(yùn)行人員創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境。本發(fā)明所稱問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，由空調(diào)主機(jī)、室內(nèi)換熱器和室外換熱器組成，所述空調(diào)主機(jī)包括一個(gè)柱狀的換能腔，換能腔前端由耐壓振動(dòng)膜密封并通過(guò)喇叭口狀聲壓擴(kuò)大器接收機(jī)器噪音，后端通過(guò)共振管與共振腔相通，內(nèi)部充有液態(tài)二氧化碳；在換能腔內(nèi)設(shè)置有間隔布置的多個(gè)軸向換能板，換能板的前端固定有熱端換熱器，后端固定有冷端換熱器；所述室外換熱器的循環(huán)水路流經(jīng)熱端換熱器的內(nèi)腔；所述室內(nèi)換熱器的循環(huán)水路流經(jīng)冷端換熱器的內(nèi)腔。上述由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，所述熱端換熱器和冷端換熱器通過(guò)兩個(gè)四通閥在室外換熱器的循環(huán)水路與室內(nèi)換熱器的循環(huán)水路之間切換。上述由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，所述共振管的長(zhǎng)度為1/2聲波波長(zhǎng)， 所述共振腔為球狀，所述冷端換熱器到耐壓振動(dòng)膜的距離為1/4聲波波長(zhǎng)。上述由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，所述熱端換熱器、冷端換熱器、室內(nèi)換熱器和室外換熱器之間的連接管路的外部均包裹保溫材料。本發(fā)明利用聲壓擴(kuò)大器接收并提高機(jī)器噪音的聲壓，使聲波的能量密度增大，利用聲波在換能板上產(chǎn)生的熱聲效應(yīng)制冷或制熱。從而將有害的噪聲轉(zhuǎn)換為可用的能量，減少了噪音對(duì)環(huán)境的污染，提高了能量的利用率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，可靠性高，能有效降低工業(yè)廠房的噪音水平并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)工位空氣溫度，給運(yùn)行人員創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。圖1是本發(fā)明在制冷模式下的循環(huán)路徑示意圖； 圖2是本發(fā)在制熱模式下的循環(huán)路徑示意圖3是空調(diào)主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是空調(diào)器在廠區(qū)布置示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)為
1、聲壓擴(kuò)大器；2、耐壓振動(dòng)膜；3、熱端換熱器；4、換能板；5、冷端換熱器；6、共振管； 7、共振腔；8、換能腔；9、噪聲源；10、工房；11、值班室；12、控制臺(tái)；0、空調(diào)主機(jī)；M、N、四通閥；P、室內(nèi)換熱器；Q、室外換熱器；a、熱端換熱器水側(cè)出口 ；b、熱端換熱器水側(cè)入口 ；C、冷端換熱器水側(cè)出口 ；d、冷端換熱器水側(cè)入口。
具體實(shí)施例方式所謂工位空調(diào)(Task Air-Conditioning)，是在以工作臺(tái)為個(gè)人工作單元的開放式辦公空間內(nèi)，把空調(diào)系統(tǒng)細(xì)分到每個(gè)工作位上，工作人員可以自主控制送風(fēng)量、送風(fēng)方向以及送風(fēng)溫度等參數(shù)，來(lái)調(diào)節(jié)工作區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度和污染物濃度，在保證局部微環(huán)境舒適的同時(shí)，能夠有效節(jié)約能源的空調(diào)系統(tǒng)。工位空調(diào)將清潔、低焓值空氣直接送入人員呼吸區(qū)，可感知的空氣品質(zhì)較高。另外，本發(fā)明所述的工位空調(diào)，有兩個(gè)特點(diǎn)，一是空調(diào)輸出功率小，二是主要強(qiáng)調(diào)用于工位操作個(gè)人，不強(qiáng)調(diào)用于整個(gè)空間的空氣調(diào)節(jié)。在普冷領(lǐng)域，聲制冷的適宜介質(zhì)為處于近臨界區(qū)的液體，如液態(tài)C02、碳?xì)浠衔?CmHm等。由于自然工質(zhì)C02的臨界溫度只有31°C，且具有較大的壓縮系數(shù)和熱膨脹系數(shù)、較小的普朗特?cái)?shù)，因此，C02熱聲制冷機(jī)特別適用于較小溫差、較大能量流密度的場(chǎng)合。同時(shí)， C02具有很多優(yōu)點(diǎn)安全，無(wú)毒；物理化學(xué)穩(wěn)定性好；單位容積制冷量大，有利于減小裝置體積；流動(dòng)傳熱性能好；此外，C02容易獲取，價(jià)格低廉，不需要回收，并且它不破壞臭氧層。因此，許多研究者認(rèn)為二氧化碳是“21世紀(jì)最具前景的制冷劑”。參看圖1、圖2，本發(fā)明由空調(diào)主機(jī)0、室內(nèi)換熱器P、室外換熱器Q和兩個(gè)四通閥M、 N組成，空調(diào)主機(jī)0由喇叭口狀聲壓擴(kuò)大器1、換能腔8、共振管6、共振腔7組成，換能腔8 的前端通過(guò)耐壓振動(dòng)膜2和聲壓擴(kuò)大器1接收機(jī)器噪音，后端經(jīng)共振管6與共振腔7相連， 在換能腔8內(nèi)設(shè)置有間隔布置的多個(gè)換能板4，換能板4的前端固定有熱端換熱器3，后端固定有冷端換熱器5，熱端換熱器3的水側(cè)出、入口分別接四通閥M的a 口和四通閥N的b 口，冷端換熱器5的水側(cè)出、入口分別接四通閥M的c 口和四通閥N的d 口 ；室內(nèi)換熱器P 的兩循環(huán)水接口分別接四通閥MWh 口和四通閥NWgD ；室外換熱器Q的兩循環(huán)水接口分別接四通閥M的e 口和四通閥N的f 口。本發(fā)明通過(guò)改變四通閥M、N內(nèi)部管路走向使熱端換熱器3和冷端換熱器5在室外
4換熱器Q的循環(huán)水路與室內(nèi)換熱器P的循環(huán)水路之間交叉換位，實(shí)現(xiàn)制冷模式和制熱模式的切換。1)制冷模式
參見圖1和圖3，在制冷模式下運(yùn)行時(shí)，四通閥M內(nèi)部管路將其a 口與e 口連通，c 口與 h 口連通；四通閥N內(nèi)部管路將其d 口與g 口連通，b 口與f 口連通。因而室外換熱器Q的循環(huán)水路流經(jīng)熱端換熱器3的內(nèi)腔，而室內(nèi)換熱器P的循環(huán)水路流經(jīng)冷端換熱器5的內(nèi)腔。在冷端換熱器5處，制冷劑二氧化碳吸收冷端換熱器5內(nèi)部循環(huán)水的熱量，降低水側(cè)溫度，水經(jīng)四通閥M (c-h)進(jìn)入室內(nèi)換熱器P中，風(fēng)機(jī)將低溫水側(cè)冷量散給室內(nèi)空氣，水經(jīng)四通閥N(g-d)返回冷端換熱器5，進(jìn)行下一次散熱循環(huán)。參見圖4，低溫空氣經(jīng)風(fēng)管從控制臺(tái)12兩側(cè)百葉出風(fēng)口出風(fēng)，給工位處運(yùn)行人員創(chuàng)造舒適環(huán)境。在熱端換熱器3處，制冷劑二氧化碳將熱量散給水，提升水側(cè)溫度，水經(jīng)四通閥 M(a-e)進(jìn)入室外換熱器Q中，風(fēng)機(jī)將高溫水側(cè)熱量散給室外空氣，水經(jīng)四通閥N(f-b)返回?zé)岫藫Q熱器3，進(jìn)行下一次吸熱循環(huán)。2)制熱模式
參見圖2和圖3，在制熱模式下運(yùn)行時(shí)，四通閥M內(nèi)部管路將其a 口與h 口連通，c 口與 e 口連通；四通閥N內(nèi)部管路將其d 口與f 口連通，b 口與g 口連通。因而室外換熱器Q的循環(huán)水路流經(jīng)冷端換熱器5的內(nèi)腔，而室內(nèi)換熱器P的循環(huán)水路流經(jīng)熱端換熱器3的內(nèi)腔。在冷端換熱器5處，制冷劑二氧化碳吸收水側(cè)熱量，降低水側(cè)溫度，水經(jīng)四通閥 M(c-e)進(jìn)入室外換熱器Q中，低溫水吸收室外空氣側(cè)熱量，水經(jīng)四通閥N(f-d)返回冷端換熱器5，進(jìn)行下一次散熱循環(huán)。在熱端換熱器3處，制冷劑二氧化碳將熱量散給水，提升水側(cè)溫度，水經(jīng)四通閥 M(a-h)進(jìn)入室內(nèi)換熱器P中，風(fēng)機(jī)將高溫水側(cè)熱量散給室內(nèi)空氣，水經(jīng)四通閥N(g-b)返回?zé)岫藫Q熱器3，進(jìn)行下一次吸熱循環(huán)。參見圖4，高溫空氣經(jīng)風(fēng)管從控制臺(tái)12兩側(cè)百葉出風(fēng)口出風(fēng)，給工位處運(yùn)行人員創(chuàng)造舒適環(huán)境。聲壓擴(kuò)大器1是系統(tǒng)的能量收集器。雖然廠區(qū)的噪聲聲壓比較大，但是以驅(qū)動(dòng)聲制冷機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，無(wú)法直接利用。聲壓擴(kuò)大器1可把聲壓提高至35kPa(185dB)以上。耐壓振動(dòng)膜2是將外界聲波轉(zhuǎn)換成共振腔內(nèi)部壓力波的裝置。耐壓振動(dòng)膜2為硅膠薄片，具有層疊結(jié)構(gòu)，含多層高韌性膜，傳聲性能良好。熱端換熱器3是吸收高溫高壓二氧化碳熱量的裝置，工作于低聲導(dǎo)區(qū)。換能板4是實(shí)現(xiàn)聲功與熱量相互轉(zhuǎn)換的裝置。換能板4為平板型，由多層不銹鋼平行疊置，間距為2-4 倍的熱滲透深度，形成聲波通道。換能板的最佳位置是布置在壓力波腹和波節(jié)之間。所述冷端換熱器5是向低溫低壓二氧化碳釋放熱量的裝置。冷端換熱器5到耐壓振動(dòng)膜2的距離約為1/4波長(zhǎng)，工作于高聲導(dǎo)區(qū)。共振管6是一個(gè)長(zhǎng)度為1/2波長(zhǎng)的圓柱筒。共振腔7是一個(gè)共振球體，這樣可使冷端換熱器5處的阻抗為零(使質(zhì)點(diǎn)速度最大)， 因而在熱聲管組中產(chǎn)生聲駐波。這樣即使聲源的輸出功率不大，波腹處的聲壓級(jí)卻可以很高，從而獲得很高的能量轉(zhuǎn)換效率，可提高能量轉(zhuǎn)換效率一倍以上。耐壓振動(dòng)膜2換熱器側(cè)、熱端換熱器3和冷端換熱器5的二氧化碳側(cè)、換能板4，共振管6和共振腔7是連通的，內(nèi)部充滿液態(tài)二氧化碳。熱端換熱器3、換能板4、冷端換熱器 5及全部水側(cè)管路均包裹保溫材料。
權(quán)利要求
1.一種由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，其特征是，它由空調(diào)主機(jī)(0)、室內(nèi)換熱器(P)和室外換熱器(Q)組成，所述空調(diào)主機(jī)(0)包括一個(gè)柱狀的換能腔(8)，換能腔(8)前端由耐壓振動(dòng)膜(2)密封并通過(guò)喇叭口狀聲壓擴(kuò)大器(1)接收機(jī)器噪音，后端通過(guò)共振管 (6)與共振腔(7)相通，內(nèi)部充有液態(tài)二氧化碳；在換能腔(8)內(nèi)設(shè)置有間隔布置的多個(gè)軸向換能板(4)，換能板(4)的前端固定有熱端換熱器(3)，后端固定有冷端換熱器(5)；所述室外換熱器(Q)的循環(huán)水路流經(jīng)熱端換熱器(3)的內(nèi)腔；所述室內(nèi)換熱器(P)的循環(huán)水路流經(jīng)冷端換熱器(5)的內(nèi)腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，其特征是，所述熱端換熱器(3)和冷端換熱器(5)通過(guò)兩個(gè)四通閥在室外換熱器(Q)的循環(huán)水路與室內(nèi)換熱器(P) 的循環(huán)水路之間切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，其特征是，所述共振管(6)的長(zhǎng)度為1/2聲波波長(zhǎng)，所述共振腔(7)為球狀，所述冷端換熱器(5)到耐壓振動(dòng)膜 (2)的距離為1/4聲波波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，其特征是，所述熱端換熱器(3)、冷端換熱器(5)、室內(nèi)換熱器(P)和室外換熱器(Q)之間的連接管路的外部均包裹保溫材料。
全文摘要
一種由工業(yè)噪音驅(qū)動(dòng)的二氧化碳工位空調(diào)，屬空氣調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域。它由空調(diào)主機(jī)、室內(nèi)換熱器和室外換熱器組成，所述空調(diào)主機(jī)包括一個(gè)柱狀的換能腔，換能腔前端由耐壓振動(dòng)膜密封并通過(guò)喇叭口狀聲壓擴(kuò)大器接收機(jī)器噪音，后端通過(guò)共振管與共振腔相通，內(nèi)部充有液態(tài)二氧化碳；在換能腔內(nèi)設(shè)置有間隔布置的多個(gè)軸向換能板，換能板的前端固定有熱端換熱器，后端固定有冷端換熱器；所述室外換熱器的循環(huán)水路流經(jīng)熱端換熱器的內(nèi)腔；所述室內(nèi)換熱器的循環(huán)水路流經(jīng)冷端換熱器的內(nèi)腔。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，能有效降低工業(yè)廠房的噪音水平并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)工位空氣溫度，給運(yùn)行人員創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境。
文檔編號(hào)F24F5/00GK102261712SQ20111025084
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者劉建林, 劉春濤, 王江江, 謝英柏 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)