專利名稱：具有隔離的外部融化冷卻的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)的制作方法
具有隔離的外部融化冷卻的熱能儲存和冷卻系統(tǒng) 相關申請的交叉引用
本申請基于并要求2006年8月10日提交的名稱為"具有隔離的外部 融化冷卻的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)"的美國臨時申請?zhí)?0/822， 034的優(yōu)先 權，在此以引用的方式特別地加入其全部公開和教導。
背景技術：
隨著在高峰需求時電力消耗需要的提高，已經(jīng)利用冰儲存來將空調的 動力負載轉移到非高峰時間和費率。不但存在將負載從高峰時轉移到非高 峰時的需要，而且存在增大空調單元的能力和效率的需要。當前具有儲能 系統(tǒng)的空調單元由于包括對水冷卻器依賴的若干缺陷而只有有限的成效， 該水冷卻器僅實際應用在大型的商業(yè)建筑中并且難以獲得高效率。為了使 熱能儲存的優(yōu)勢在大型和小型商業(yè)建筑中商業(yè)化，熱能儲存系統(tǒng)必須具有 最小的生產(chǎn)成本、在不同工作條件下保持最大效率、在制冷劑管理結構中 散發(fā)簡單并且在多種制冷或空氣調節(jié)應用中保持靈活性。
在授予Harry Fischer的美國專利號4， 735， 064、美國專利號5， 225， 526、授予Fischer等的美國專利號5， 647， 225、于2007年1月16日授 予Narayanamurthy等的美國專利號7， 162， 878、由Narayanamurthy等于 2005年4月22日提交的美國專利申請?zhí)?1/112， 861、由Narayanamurthy 等于2005年5月25日提交的美國專利申請?zhí)?1/138， 762、由 Narayanamurthy等于2005年8月18日提交的美國專利申請?zhí)?1/208,074 和由Narayanamurthy等于2005年11月21日提交的美國專利申請?zhí)?11/284,533中已經(jīng)預先考慮了提供儲存熱能的系統(tǒng)。所有的這些專利利用 冰儲存將空調負載從高峰電費轉移到非高峰電費以提供經(jīng)濟合理性，并且 在此以引用的方式特別地加入所有它們的教導和公開。

發(fā)明內容
9因此，本發(fā)明的實施例可以包括基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)， 其包括制冷劑回路、冷卻回路，包含制冷劑的該制冷劑回路包括冷凝 單元、膨脹設備和主熱交換器，所述冷凝單元包括壓縮機和冷凝器；所述 膨脹設備連接到所述冷凝單元的下游；所述主熱交換器起蒸發(fā)器的作用并 且位于裝有流體的罐內，該流體能夠在液體和固體之間相變，該主熱交換 器有利于傳導來自冷凝器的制冷劑的熱量，以冷卻該流體并且冷凍所述罐 內的流體的至少一部分；包含來自所述罐的流體的所述冷卻回路包括負 載熱交換器和泵，所述負載熱交換器連接到所述罐上，其將流體的冷卻能 力傳遞到熱負載；所述泵將來自罐的流體分配到負載熱交換器并且將所述
流體返回到罐中。
本發(fā)明的實施例還可以包括基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)，其包 括第一制冷劑回路、第二制冷劑回路，包含第一制冷劑的該第一制冷劑
回路包括冷凝單元、膨脹設備和第一蒸發(fā)器，所述冷凝單元包括壓縮機 和第一冷凝器；所述膨脹設備連接到所述冷凝單元的下游；所述第一蒸發(fā) 器在位于所述膨脹設備下游處的隔離熱交換器的主側邊上；該包含第二制 冷劑的第二制冷劑回路包括第二冷凝器、罐、負載熱交換器和泵；所述 第二冷凝器在隔離熱交換器的次級側邊上；所述罐裝有能夠在液體和固體 之間相變的流體并且其中包含主熱交換器，所述主熱交換器與所述第二冷 凝器流體連通并且利用來自第二冷凝器的第二制冷劑來冷卻流體并且冷凍 所述罐內的流體的至少一部分；所述負載熱交換器連接成與所述罐中的流 體流體連通，其將流體的冷卻能力傳遞到熱負載；所述泵用于將來自罐的 流體分配到負載熱交換器。
本發(fā)明的實施例還包括一種用基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)來提 供冷卻的方法，其包括步驟通過蒸發(fā)主熱交換器中的高壓制冷劑來提供 對于主熱交換器的冷卻，其被限制在包含流體的罐內，該流體能夠在液體 和固體之間相變；冷凍流體的一部分并且在所述罐內形成冰；將所述流體 的液體部分傳送到負載熱交換器；將冷卻從所述流體的液體部分傳遞到負 載熱交換器以提供負載冷卻；將所述流體的液體部分返回到所述罐；利用 所述罐內的冰來冷卻所述流體的液體部分。
本發(fā)明的實施例還包括一種用基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)來
10提供冷卻的方法，其包括步驟通過蒸發(fā)主熱交換器中的高壓制冷劑來提 供對于主熱交換器的冷卻，其被限制在包含流體的罐內，該流體能夠在液 體和固體之間相變；冷凍流體的一部分并且在所述罐內形成冰；將所述流 體的液體部分傳送到中間熱交換器的主側邊；將冷卻從所述中間熱交換器 的主側邊通過所述中間熱交換器的次級側邊傳遞到包含第二制冷劑的第二 制冷劑回路；將所述流體的液體部分返回到該罐；利用該罐內的冰來冷卻 所述流體的液體部分；將第二制冷劑傳送到負載熱交換器；將來自第二制 冷劑的冷卻傳遞到負載熱交換器以提供負載冷卻；將第二制冷劑返回到該 中間熱交換器的次級側邊；利用所述中間熱交換器的主側邊來冷卻第二制 冷劑。


在圖中，
圖l圖解了具有隔離的外部融化冷卻的基于制冷劑的熱能儲存和冷卻 系統(tǒng)的實施例。
圖2圖解了具有隔離的外部融化冷卻的基于制冷劑的熱能儲存和冷卻 系統(tǒng)的實施例，該系統(tǒng)使用通用的制冷劑管理容器。
圖3圖解了具有次級制冷劑隔離和隔離的外部融化冷卻的基于制冷劑 的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)的實施例的結構。
圖4圖解了具有次級制冷劑隔離和直接冷卻(旁通)能力的基于制冷劑 的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)的實施例的結構。
圖5圖解了具有次級制冷劑隔離和次級制冷劑回路的基于制冷劑的熱 能儲存和冷卻系統(tǒng)的實施例的結構。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明能夠按多種不同形式來實現(xiàn)，但是圖中所顯示的和此處詳 細描述的其具體實施例所公開的將被認為是本發(fā)明原理的范例，并且不限 于所描述的具體實施例。
圖l圖解了具有隔離的外部融化冷卻的基于制冷劑的熱能儲存和冷卻 系統(tǒng)的實施例。該實施例可以有或者沒有儲存容器或URMV (通用的制冷劑管理容器)下運行，并且圖l中描繪了沒有容器。圖2描繪了具有URMV的系 統(tǒng)。該實施例加入空調單元102，該空調單元利用壓縮機110將冷的、低壓 制冷劑氣體壓縮為熱的、高壓氣體。然后，冷凝器lll除去所述氣體中的大 部分熱量并且將所述熱量排出到大氣中。從冷凝器中出來的制冷劑作為熱 的、高壓液體制冷劑通過高壓液體供應管線112傳送到膨脹設備130，并且 通過供給管192傳送到熱能儲存單元106。該膨脹設備130可以是傳統(tǒng)的或非 傳統(tǒng)的熱膨脹閥、混合相調節(jié)器和緩沖容器(儲存器)等。當通過冷凍/排 出盤管142從下部集管組件156將膨脹的制冷劑輸入到上部集管組件154時， 通過主熱交換器160將冷卻傳遞到熱能儲存單元106。然后低壓的汽相和液 體制冷劑經(jīng)由低壓返回管線118返回到壓縮機110來完成制冷循環(huán)。
熱能儲存單元106包括絕熱罐140，該絕熱罐裝有被如相變材料(根據(jù) 當前系統(tǒng)的模式一般為流體/冰)的熱庫包圍的主熱交換器160。主熱交換 器160進一步包括連接到上部集管組件154的下部集管組件156，其具有一系 列冷凍和排出盤管142以在絕熱罐140內形成流體/蒸汽回路。所述上部和下 部集管組件154和156利用進口和出口連接部外部地連通熱能儲存單元106。
圖1中所圖解的實施例利用至少一個傳統(tǒng)的空調單元102來作為主要的 冷卻源?？梢岳枚鄠€空調單元而不脫離本發(fā)明的精神。熱能儲存單元106 使用在空調單元102和熱能儲存單元106之間傳遞冷卻的獨立的制冷劑回路 來工作。所公開的實施例按裝料(制造冰)和冷卻(融化冰)模式的兩種 主要工作模式來運行。
在裝料模式中，被壓縮的高壓制冷劑通過高壓液體供應管線112離開空 調單元102并且通過膨脹設備130被供給以冷卻熱能儲存單元106，在該處， 其通過下部集管組件156進入主熱交換器160并且然后通過用作蒸發(fā)器的冷 凍盤管142被分配。冷卻被從冷凍盤管142傳遞到周圍的液體相變材料152， 該液體相變材料被限制在絕熱罐140內，并且冷凍包圍冷凍盤管142的相變 材料153 (冰)的至少一部分并在該過程中儲存熱能。熱的液和汽相制冷劑 通過上部集管組件154離開冷凍盤管142，并且通過低壓返回管線118退出熱 能儲存單元106返回到空調單元102，并被供給到壓縮機110中并且被重新冷 凝成液體。
12在冷卻模式中，冷的液體相變材料離開絕熱罐140的底部并且被泵120 推進到負載熱交換器122，在該處，利用空氣處理機150的幫助將冷卻傳遞 到負載。該負載熱交換器122可以是單或多蒸發(fā)器，例如，可以被用來提供 多區(qū)冷卻、小型拼合式蒸發(fā)器(mini-split evaporators)等。熱的液體 離開負載熱交換器122，在該處，液體被返回到熱能儲存單元106的集管154 并且從圍繞盤管的固體相變材料153吸取冷卻。
因為系統(tǒng)將主制冷劑從次級相變材料回路隔離，所以系統(tǒng)另外允許在 設備內使用多種制冷劑。例如，可以在主制冷劑回路內利用一種類型的高 效制冷劑，其可以具有阻礙在居所內使用的性質(例如，丙烷)，同時更適 合的材料(例如，水、氨、冰漿、鹽水、乙二醇、丙二醇、各種乙醇(異 丁基、乙醇)、糖、其他共晶材料等)被用于可以進入居所的次級回路。這 允許了系統(tǒng)的更大的多功能性和高效率，同時保持解決了安全、環(huán)境和應 用問題。
圖2中示出的實施例顯示了圖1的系統(tǒng)進一步利用了蓄積容器或URMV。 如前述實施例中所描述的，熱能儲存單元106利用獨立的制冷劑回路來工 作，該制冷劑回路在空調單元102和熱能儲存單元106之間傳遞冷卻。在該
實例中，用作多相制冷劑的收集器和分相器，蓄積或通用的制冷劑管理容 器(URMV) 146與熱能儲存單元106和空調單元102兩者處于流體連通。
此外，所公開的實施例按裝料(制造冰)和冷卻(融化冰)模式的兩 種主要工作模式來運行。冷卻模式與圖l的相同，并且制造冰包括URMV的附 加功能。在裝料模式中，URMV 146積聚離開膨脹設備130的液體制冷劑并且 將汽相制冷劑與液相制冷劑分離。冷凝的制冷劑通過第一出口離開URMV 146 的下部并且在熱能儲存單元106的盤管中被膨脹，在該處，冷卻被傳遞到絕 熱罐140內的相變材料。膨脹的制冷劑離開熱能儲存單元106并且返回到 URMV的上部，在該處，剩余的液相制冷劑被積聚在URMV中并且汽相制冷劑 通過第二出口被返回到空調單元用于壓縮、冷凝和除熱。
圖3圖解了基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)的實施例，其有次級制冷 劑隔離和隔離的外部融化冷卻。如同圖l的實施例一樣，所公開的系統(tǒng)有或 者沒有儲存容器或URMV來運行。圖3描述了系統(tǒng)沒有容器，其圖4描述了系 統(tǒng)具有URMV。本實施例利用包括至少一個空調單元102的主制冷劑回路101，該空調單元具有產(chǎn)生高壓液體制冷劑的壓縮機110和冷凝器111，該液體制
冷劑通過高壓液體供應管線112通過膨脹設備130被傳送到隔離熱交換器 162。低壓制冷劑經(jīng)由低壓返回管線118被返回到壓縮機110。在系統(tǒng)內加入 U固V的額外益處是其允許關于制冷劑管線的幾何結構的額外的應用靈活 性。該附加的制冷劑儲存器有利于更長的制冷劑管線的管線長度，并因此， 有利于用于設置部件的更大的距離容許量。
在次級制冷劑回路103內，通過隔離熱交換器162將冷卻傳遞到熱能儲 存單元106。該熱能儲存單元106可與圖1中描述的相比較，并且在制冰循環(huán) 期間起蒸發(fā)器的作用。與空氣處理機150聯(lián)合的負載熱交換器122被連接到 外部融化冷卻回路105內，以傳送來自熱能儲存單元106的冷卻并且按一種
模式來提供隔離的冷卻。
可以在次級制冷劑回路103和外部融化冷卻回路105內的不同地方放置 閥，以允許有最小復雜性和管道裝置(plumbing)的多模式狀態(tài)。在外部 融化冷卻回路105中放置泵120，以將冷的液體相變材料從絕熱罐140泵送到 負載熱交換器122并且按冷卻模式回到熱能儲存單元106。該負載熱交換器 122可以是單或多蒸發(fā)器，例如，可以用來提供多區(qū)冷卻、小型拼合式蒸發(fā) 器等。
本實施例可以按制造冰和融化冰的兩種主要操作模式來運行。在制造 冰或裝料模式中，主制冷劑回路102被用于冷卻隔離熱交換器162的主側邊， 其將熱量傳遞到次級制冷劑回路103。次級制冷劑回路103可以被泵驅動或 者被重力供給(如所顯示和描述的)，通過在回路內增加制冷劑泵(一般在 隔離熱交換器162和下部集管組件156 (未顯示)之間)來泵驅動。當關于 冷凍/排出盤管142的效能處于裝料模式時，圖3的重力供給系統(tǒng)是自動平衡 的。
該在制造冰模式期間發(fā)生的自動平衡可以是有益的。在不均勻的冰形 成期間可以對冰儲存熱交換器施加很大的應力，這可以最終導致熱交換器 的機械故障或破裂。泵供給系統(tǒng)可以不是自動平衡的，因為制冷劑被迫使 進入各盤管內而不考慮已經(jīng)包圍盤管的冰的量。重力供給系統(tǒng)的另一個優(yōu) 點是沒有泵，其需要動力源并且還給系統(tǒng)增加了額外的潛在故障模式。在重力或泵供給系統(tǒng)中，次級制冷劑回路103將冷卻的冷凝的制冷劑運 送到熱能儲存單元106，在該處，其通過下部集管組件156進入主熱交換器 160，并且然后通過用作蒸發(fā)器的冷凍盤管142被分配。冷卻被從冷凍盤管 142傳遞到限制在絕熱罐140內的周圍的液體相變材料152，并且冷凍包圍冷 凍盤管142的相變材料153 (冰)的至少一部分并在該過程中儲存熱能。在 絕熱罐140內，相變材料的一部分保持為液體并且一般會包圍固體材料(雖 然也可以使用漿)。該冷的液體相變材料152被泵120從熱能儲存單元106內 的絕熱罐140的下部抽取，并且通過負載熱交換器122循環(huán)且用于冷卻利用 空氣處理機150的熱負載。熱的液體相變材料152離開負載熱交換器122并且 被返回到絕熱罐140，在該處，通過融化包圍冷凍盤管142的固體相變材料 153 (冰)來冷卻所述熱的液體相變材料。
在裝料模式中，熱能儲存單元106起蒸發(fā)器的作用，并且將冷卻傳遞到 限制在熱能儲存單元106內的流體，從而儲存熱能。熱的液和汽相制冷劑通 過上部集管組件154離開冷凍盤管142，并且退出熱能儲存單元106返回到隔 離熱交換器162并重新冷凝成液體。
在冰-融化或冷卻模式中，主制冷劑回路102可以繼續(xù)冷卻、可以被關 閉或者可以被分離。冷的液體制冷劑被從熱能儲存單元106抽取并且被泵 120泵送到負載熱交換器122,在該處，利用空氣處理機150的協(xié)助將冷卻傳 遞到負載。熱的液和汽相制冷劑的混合物離開負載熱交換器122，在該處， 混合物被返回到現(xiàn)在用作冷凝器的熱能儲存單元106。通過從冷卻液或冰吸 取冷來冷卻和冷凝汽相制冷劑。如同圖l的實施例一樣，可以使用一系列控 制制冷劑的流動的閥(未顯示)來執(zhí)行制造冰、融化冰和直接冷卻的主要 工作模式。
圖4圖解了具有次級制冷劑隔離和隔離的外部融化冷卻的基于制冷劑 的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)的實施例。如前面實施例所描述的，主制冷劑回路 在空調單元102和隔離熱交換器162之間傳遞冷卻。熱能儲存單元106使用次 級制冷劑回路103通過接收經(jīng)由URMV 146來自隔離熱交換器162的冷卻的制 冷劑來工作，該URMV 146起多相制冷劑的收集器和分相器的作用。在該系 統(tǒng)內加入URMV的額外的益處是其允許關于制冷劑管線的幾何結構的額外的應用靈活性。該附加的制冷劑儲存器有利于更長的制冷劑管線的管線長度， 并因此，有利于用于設置部件的更大的距離容許量。
所公幵的實施例還按裝料和冷卻(以及外加直接冷卻模式)的兩種工
作模式來運行。冷卻模式與圖3的相同，并且制造冰包括URMV的附加功能。 在裝料模式中，U腹V 146積聚液體制冷劑并且分離離開隔離熱交換器162的 任何汽相制冷劑。冷凝的制冷劑離開URMV 146的下部并且在主熱交換器160 中被膨脹，并將冷卻傳遞到絕熱罐140內的相變材料。膨脹的制冷劑離開熱 能儲存單元106并且返回至UURMV的上部，在該處，剩余的液相制冷劑被積聚 在URMV中并且汽相制冷劑被返回到隔離熱交換器162用于冷卻。
在直接冷卻模式中，熱能儲存單元106被繞過，且旁通制冷回路107將 離開空調單元102的冷凝的制冷劑直接輸送到旁通熱交換器198的主側邊， 并且然后被返回到空調單元102。旁通熱交換器198的次級側邊與具有外部 融化冷卻回路105的負載熱交換器122流體連通。可以使用閥194和196將該 回路從熱能儲存單元106隔離，同時可以使用另外的閥188和189從主制冷劑 回路101去除隔離熱交換器162并且有助于旁通制冷回路107。同前述實施例 一樣，泵120被放置在外部融化冷卻回路105中以將冷的液體相變材料從旁 通熱交換器198的次級側邊泵送到負載熱交換器122并且返回來。聯(lián)合負載 熱交換器122利用空氣處理機150來向熱負載提供冷卻。該負載熱交換器122 可以是單或多蒸發(fā)器(例如可以被用來提供多區(qū)冷卻)、小型拼合式蒸發(fā)器 等。
盡管圖1-3描述了雙模態(tài)系統(tǒng)(制造冰和融化冰)，但是任何所描述的 實施例也適用于如在圖4中所描述的直接冷卻回路的使用，其有簡單的幾何 結構和閥修改，這在本公開的范圍內。
圖5圖解了基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)的結構，有次級制冷劑隔 離和次級制冷劑回路203。如在圖1的實施例中所描述的，主制冷劑回路201 在空調單元102和熱能儲存單元106之間傳遞冷卻。在制造冰階段期間，包 含主熱交換器160的熱能儲存單元106起膨脹設備的作用，在該處，膨脹的 制冷劑通過冷凍/排出盤管142被從下部集管組件156供給到上部集管組件 154。冷卻被從冷凍盤管142傳遞到限制在絕熱罐140內的周圍的液體相變材 料152，并且冷凍圍繞所述冷凍盤管142的相變材料153 (冰)的至少一部分，并在所述過程中儲存熱能。熱的液和氣相制冷劑通過上部集管組件154離開 冷凍盤管142并且退出熱能儲存單元106通過低壓返回管線118返回到空調 單元102，并且被供給到壓縮機110并重新冷凝成液體。
在冷卻模式中，冷的液體相變材料離開絕熱罐140的下部并被泵120推 進到中間熱交換器123的主側邊，在該處，將冷卻從外部的融化冷卻回路205 傳遞到次級制冷劑回路203。熱的液體離開中間熱交換器123并且被返回到 熱能儲存單元106的上部，并且所述熱的液體從包圍盤管的固體相變材料 153吸取冷卻。次級制冷劑回路203流過中間熱交換器123的次級側邊而從主 側邊上的流體吸取冷，并且加熱液體相變材料。這冷卻并冷凝了制冷劑， 該制冷劑或者被制冷劑泵121(如圖所示)推進或者被重力供給熱虹吸管(未 顯示)驅動到負載熱交換器122，在該處制冷劑被膨脹，并且借助于空氣處 理機150將冷卻傳遞到熱負載。然后，熱的混合的或汽相的制冷劑被返回到 中間熱交換器123以完成次級制冷劑回路203。
和圖2的實施例一樣，圖5的實施例可以包括URMV以及隔離熱交換器 (如圖3中所圖解的)、旁通制冷回路和旁通熱交換器或如圖4中舉例說明的 其任何組合。
通過利用這樣的實施例，使用標準空調系統(tǒng)的目前的居所可以容易地 適合于或改進為通過增加熱能儲存單元106、膨脹設備130、中間熱交換器 123、泵120和制冷劑泵121的儲熱系統(tǒng)。因為所述系統(tǒng)將主制冷劑從次級相 變材料回路和次級制冷劑隔離，所以該系統(tǒng)另外允許在該設備內使用多種 制冷劑。因此，所公開的實施例提供了一種基于制冷劑的儲熱系統(tǒng)的方法 和設備，其中利用隔離的外部融化冷卻回路來將冷卻傳遞到利用相變材料 的熱負載。
還可以利用圖5的實施例的次級制冷劑回路203作為冷卻回路，在該處，
次級制冷劑在其整個循環(huán)中被保持為液相。這允許使用非常多種類的材料 來完成在中間熱交換器123和負載熱交換器122之間的熱傳遞。這些材料可
以包括，但不限于水、氨、冰漿、鹽水、乙二醇、丙二醇、各種乙醇(異 丁基、乙醇)、糖、其他共晶材料等。
已經(jīng)介紹的本發(fā)明前面的描述是用于圖解和說明的目的。所公開的精 確形式并不意味著是詳盡的或者來限制本發(fā)明，可以根據(jù)上述教導來進行其他改進和變化。選擇和描述所述實施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理 及其實際應用，從而使本領域的技術人員在具有適合于設想的特殊用途的 不同實施例和各種改進中最好地利用本發(fā)明。所附權利要求被解釋為旨在 包括本發(fā)明的其他替換實施例，除非在被現(xiàn)有技術限制的情況下。
權利要求
1.一種基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)，包括包含制冷劑的制冷劑回路，其包括冷凝單元，所述冷凝單元包括壓縮機和冷凝器；膨脹設備，其連接到所述冷凝單元的下游；和，主熱交換器，其起蒸發(fā)器的作用并且位于裝有流體的罐內，該流體能夠在液體和固體之間相變，所述主熱交換器有利于傳導來自所述冷凝器的所述制冷劑的熱量，以冷卻所述流體并且冷凍所述罐內的所述流體的至少一部分；包含來自所述罐的所述流體的冷卻回路，其包括負載熱交換器，其連接到所述罐上，該負載熱交換器將所述流體的冷卻能力傳遞到熱負載；和泵，其將來自所述罐的所述流體分配到所述負載熱交換器并且將所述流體返回到所述罐。
2. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，還包括制冷劑管理容器，其與所述冷凝單元和所述主熱交換器流體連通，并 且位于它們之間，其包括進口連接部，其接收來自所述冷凝單元和所述主熱交換器的制冷劑； 第一出口連接部，其向所述主熱交換器供應制冷劑；禾口， 第二出口連接部，其向所述冷凝單元供應制冷劑。
3. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述膨脹設備是熱膨脹閥。
4. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述膨脹設備是混合相調節(jié)器。
5. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述流體是共晶材料。
6. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述流體是水。
7. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述第一制冷劑是與所述第二制冷劑不同的材料。
8. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述負載熱交換器是至少一個小型 拼合式蒸發(fā)器。
9. 一種基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)，包括 包含第一制冷劑的第一制冷劑回路，包括 冷凝單元，所述冷凝單元包括壓縮機和第一冷凝器； 膨脹設備，其連接到所述冷凝單元的下游；禾口，第一蒸發(fā)器，其在位于所述膨脹設備下游的隔離熱交換器的主側邊上; 包含第二制冷劑的第二制冷劑回路，包括 第二冷凝器，其在所述隔離熱交換器的次級側邊上； 罐，其裝有能夠在液體和固體之間相變的流體并且其中包含主熱交換 器，所述主熱交換器與所述第二冷凝器流體連通，并且其利用來自所述第 二冷凝器的所述第二制冷劑來冷卻流體并且冷凍所述罐內的所述流體的至 少一部分；負載熱交換器，其連接成與所述罐中的所述流體流體連通，其將所述 流體的冷卻能力傳遞到熱負載；和，泵，其用于將來自所述罐的所述流體分配到所述負載熱交換器。
10. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，還包括制冷劑管理容器，其連接成接收來自所述隔離熱交換器的所述第二制 冷劑并且向所述主熱交換器供應所述第二制冷劑，并且接收來自所述主熱 交換器的所述第二制冷劑并向所述隔離熱交換器供應所述第二制冷劑。
11. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述膨脹設備是熱膨脹閥。
12. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述膨脹設備是混合相調節(jié)器。
13. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述流體是共晶材料。
14. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述流體是水。
15. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第一制冷劑是與所述第二制 冷劑不同的材料。
16. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述負載熱交換器是至少一個小 型拼合式蒸發(fā)器。
17. 如權利要求9所述的系統(tǒng)，還包括旁通制冷劑回路，其允許所述第一制冷劑繞過所述主熱交換器并且向 所述罐下游的所述流體直接提供冷卻，并向所述熱負載傳遞冷卻。
18. —種基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)，包括 包含第一制冷劑的第一制冷劑回路，包括冷凝單元，所述冷凝單元包括壓縮機和冷凝器；膨脹設備，其連接到所述冷凝單元的下游；和，主熱交換器，其起蒸發(fā)器的作用并且位于裝有流體的罐內，該流體能夠在液體和固體之間相變，所述主熱交換器有利于傳導來自所述冷凝器的所述第一制冷劑的熱量，以冷卻所述流體并且冷凍所述罐內的所述流 體的至少一部分；包含來自所述罐的所述流體的冷卻回路，包括中間熱交換器，其連接到所述罐上，其將所述流體的冷卻能力傳 遞到所述中間熱交換器的主側邊；泵，其將來自所述罐的所述流體分配到所述中間(負載)熱交換 器并且將所述流體返回到所述罐；包含第二制冷劑的第二制冷劑回路，包括負載熱交換器，其連接成與所述中間熱交換器的次級側邊流體連通，其將所述第二制冷劑的冷卻能力傳遞到熱負載；和，制冷劑泵，其用于將來自所述中間熱交換器的所述第二制冷劑分 配到所述負載熱交換器并且返回到所述中間熱交換器。
19. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述膨脹設備是熱膨脹閥。
20. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述膨脹設備是混合相調節(jié)器。
21. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述流體是共晶材料。
22. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述流體是水。
23. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述第一制冷劑是與所述第二制 冷劑不同的材料。
24. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述負載熱交換器是至少一個小 型拼合式蒸發(fā)器。
25. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述第二制冷劑保持為液體。
26. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，還包括制冷劑管理容器，其連接成接收來自所述隔離熱交換器的所述第二制 冷劑并且向所述主熱交換器供應所述第二制冷劑，并且接收來自所述主熱 交換器的所述第二制冷劑并向所述隔離熱交換器供應所述第二制冷劑。
27. 如權利要求18所述的系統(tǒng)，還包括旁通制冷劑回路，其允許所述第一制冷劑繞過所述主熱交換器并且向 所述罐下游的所述流體直接提供冷卻，并向所述中間熱交換器傳遞冷卻。
28. —種用基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)來提供冷卻的方法，其包括步驟通過蒸發(fā)主熱交換器中的高壓制冷劑來提供對于所述主熱交換器的冷 卻，該主熱交換器被限制在包含流體的罐內，該流體能夠在液體和固體之 間相變；冷凍所述流體的一部分并且在所述罐內形成冰； 將所述流體的液體部分傳送到負載熱交換器；將冷卻從所述流體的所述液體部分傳遞到所述負載熱交換器以提供負 載冷卻；將所述流體的液體部分返回到所述罐；禾口， 利用所述罐內的所述冰來冷卻所述流體的所述液體部分。
29. 如權利要求28所述的方法，還包括步驟用制冷劑管理容器來管理所述第一制冷劑的體積和物相，所述制冷劑 管理容器與所述主熱交換器和所述冷凝器流體連通。
30. —種用基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)來提供冷卻的方法，其 包括步驟通過蒸發(fā)第一蒸發(fā)器中的高壓制冷劑來向在隔離熱交換器的主側邊上 的所述第一蒸發(fā)器提供冷卻；通過所述隔離熱交換器的次級側邊向容納第二制冷劑的第二制冷劑回 路傳遞來自所述隔離熱交換器的所述主側邊的冷卻；用所述第二制冷劑回路向被限制在罐內的主熱交換器提供冷卻，該罐 包含能夠在液體和固體之間相變的流體；冷凍所述流體的一部分并且在所述罐內形成冰；將所述流體的液體部分輸送到負載熱交換器；從所述流體的所述液體部分向所述負載熱交換器傳遞冷卻以提供負載 冷卻；將所述流體的所述液體部分返回到所述罐；禾口， 用所述罐內的所述冰來冷卻所述流體的所述液體部分。
31. 如權利要求30所述的方法，還包括步驟用制冷劑管理容器來管理所述第二制冷劑的體積和物相，所述制冷劑 管理容器與所述隔離熱交換器和所述主熱交換器流體連通。
32. 如權利要求30所述的方法，還包括步驟用所述主制冷劑來繞過所述主熱交換器；向所述罐下游的所述流體輸 送所述主制冷劑；和，向所述中間熱交換器傳遞冷卻。
33. —種用基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)來提供冷卻的方法，其 包括步驟通過蒸發(fā)主熱交換器中的高壓制冷劑來提供對于所述主熱交換器的冷 卻，其被限制在包含流體的罐內，該流體能夠在液體和固體之間相變； 冷凍所述流體的一部分并且在所述罐內形成冰； 將所述流體的液體部分傳送到中間熱交換器的主側邊； 將冷卻從所述中間熱交換器的所述主側邊通過所述中間熱交換器的次 級側邊傳遞到包含第二制冷劑的第二制冷劑回路； 將所述流體的所述液體部分返回到所述罐； 用所述罐內的所述冰來冷卻所述流體的所述液體部分； 將所述第二制冷劑傳送到負載熱交換器；將來自所述第二制冷劑的冷卻傳遞到負載熱交換器以提供負載冷卻； 將所述第二制冷劑返回到所述中間熱交換器的所述次級側邊；禾口， 利用所述中間熱交換器的所述主側邊來冷卻所述第二制冷劑。
34. 如權利要求33所述的方法，還包括步驟用制冷劑管理容器來管理所述第一制冷劑的體積和物相，所述制冷劑 管理容器與所述主熱交換器和所述冷凝器流體連通。
35. 如權利要求33所述的方法，還包括步驟用隔離熱交換器將所述主熱交換器從所述冷凝單元隔離，該隔離熱交換器將熱量往復傳遞于所述主熱交換器和所述冷凝單元。
36.如權利要求33所述的方法，還包括步驟 在整個所述第二制冷劑回路將所述第二制冷劑保持為液相,
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有隔離的外部融化冷卻的基于制冷劑的熱能儲存和冷卻系統(tǒng)的方法和裝置。所公開的實施例提供了一種基于制冷劑的冰儲存系統(tǒng)，其與如乙二醇系統(tǒng)的單物相系統(tǒng)相比增加了可靠性、降低了部件成本并減小了能量消耗。
文檔編號F25D16/00GK101517323SQ200780034981
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月10日 優(yōu)先權日2006年8月10日
發(fā)明者M·W.·斯圖爾特, R·R.·威利斯, R·納拉亞納默西 申請人:冰能有限公司