專利名稱：一種垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及
遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)的高效節(jié)能系統(tǒng)裝置。
種熱管循環(huán)與熱泵循環(huán)組合用于垂直方向
背景技術(shù)：
隨著礦井開采深度的增加，巖石溫度逐漸升高，開采與掘進(jìn)工作面環(huán)境的熱害問題日益嚴(yán)重，不少工作面的氣溫超過28°C ，個(gè)別高達(dá)34°C ，而且濕度高達(dá)90%以上。目前世界上最深的礦井是南非西部深水平金礦，井深達(dá)3618米，印度科拉金礦深達(dá)3231米，加拿大克列伊頓9號(hào)礦井深達(dá)2130米，日本的別子銅礦深達(dá)2060米，僅南非超過千米的礦井就有60多條。我國也出現(xiàn)了石距子、臺(tái)吉、冠山、長廣7號(hào)等近千米的深井。因?yàn)榫疁睾偷貕弘S著礦井深度的增加而增大，所以，深井開采中的熱害問題己引起了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。礦工在高溫環(huán)境下作業(yè)，勞動(dòng)生產(chǎn)率下降，身體健康受到損害，礦山安全條例規(guī)定井下作業(yè)地點(diǎn)的空氣溫度不得超過26°C。為此，必須解決深井開采中的熱害問題。
目前采用的礦井降溫方法主要有普通降溫方法和人工制冷降溫法兩種。普通降溫方法的特點(diǎn)是控制高溫巖層散熱；控制熱水散熱；控制機(jī)電設(shè)備散熱；增加通風(fēng)量；降低礦井進(jìn)風(fēng)溫度和利用天然冷水降溫。普通降溫方法僅能在礦井開采深度較淺、井中巖層散熱較少的場合應(yīng)用，當(dāng)?shù)V井開采到一定深度后，該方法無能為力。人工制冷降溫法是在采用普通通風(fēng)方法消除局部熱源，井下熱害尚不能消除時(shí)，必須采取人工制冷來改善井下氣象條件的手段。是利用機(jī)械制冷設(shè)備以付出一定的代價(jià)為條件來達(dá)到所要求的氣象條件。為保證機(jī)械制冷設(shè)備的安全、穩(wěn)定、長期運(yùn)行，同時(shí)也為了檢修方便，制冷設(shè)備通常安裝在地面上，這就要求采用某種方法將制冷設(shè)備產(chǎn)生的冷量及時(shí)、高效地輸運(yùn)到礦井的工作面。目前采用的方法主要有兩種一種是制冰塊法，將制冷設(shè)備制取的冰塊用電梯輸運(yùn)到礦井的工作面，利用冰塊的融化過程釋放出的冷量來實(shí)現(xiàn)降溫；另一種是利用某種液體工質(zhì)(如水或某種水溶液)做媒介，通過液體工質(zhì)溫度變化的顯熱來傳輸冷量。制冰塊法存在浪費(fèi)水資源、需要較多的人力資源，還需電梯資源和電梯用電等問題，另外，操作過程也比較復(fù)雜。液體工質(zhì)溫度變化的顯熱傳輸能量法，存在壓力高(IOOO米的井下就有IOO個(gè)大氣壓)的安全隱患，另外傳輸用的溶液泵也消耗大量的能源。 此外，人類在地?zé)崮艿拈_發(fā)利用過程中，需要將地底下垂直方向遠(yuǎn)距離的冷熱能量輸運(yùn)到地面上，目前采用的抽水方式對(duì)地下結(jié)構(gòu)破壞較大，故該過程也需要高效節(jié)能的不破壞地下結(jié)構(gòu)的冷熱能量輸運(yùn)系統(tǒng)。再一方面，地球上空每升高100米溫度平均降低0. 6度，離地面3000米的高空，溫度比地面溫度低約18度，離地面5000米的高空，溫度比地面溫度低約30度，這一溫度水平對(duì)人類日常生活和生產(chǎn)用的空調(diào)與冷藏已足夠低，顯然，這是巨大的天然冷源。隨著建筑物高度的提高和人類對(duì)高空各類自然現(xiàn)象和氣象運(yùn)動(dòng)變化等規(guī)律認(rèn)識(shí)水平的逐步提高，未來，人類將有可能從高空中獲取冷量，并由此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)大氣環(huán)境的有機(jī)調(diào)節(jié)與合理控制。為此，需要將天空垂直方向遠(yuǎn)距離的冷能輸運(yùn)到地面上。迄今為止，人類還沒有一種實(shí)現(xiàn)該功能的成熟而高效的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求提出一種能夠?qū)峁苎h(huán)與熱泵循環(huán)合二為一，應(yīng)用于垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)的高效節(jié)能系統(tǒng)裝置，實(shí)現(xiàn)垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量的輸運(yùn)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括冷凝器、儲(chǔ)液器、調(diào)節(jié)閥、液體工質(zhì)母
管、n個(gè)(l《n《50)重力勢能回收壓氣機(jī)、降壓型氣液分離器、膨脹閥、分液器、均液管、蒸
發(fā)器、蒸發(fā)器氣體收集母管、氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管、氣體壓縮機(jī)、冷凝器分氣母管和均氣管；處
于系統(tǒng)最上部的冷凝器中的氣態(tài)工質(zhì)將熱能傳遞給與其相連的制冷設(shè)備或冷凝器所處位
置的環(huán)境空氣后，發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為液態(tài)工質(zhì)，流入儲(chǔ)液器；儲(chǔ)液器中的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥
調(diào)節(jié)流量后沿垂直管路朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，液態(tài)工質(zhì)下降一定距離后，進(jìn)入一個(gè)重力勢能
回收壓氣機(jī)，在重力勢能回收壓氣機(jī)內(nèi)，液態(tài)工質(zhì)將重力勢能產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的
機(jī)械能，該旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能作為動(dòng)力源，又使氣體工質(zhì)母管中的氣體增壓后向上流動(dòng)；從重力
勢能回收壓氣機(jī)流出的液態(tài)工質(zhì)繼續(xù)沿垂直管路朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，再下降一定距離后，
進(jìn)入第二個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)，將重力勢能產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能后，再次
朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，直到進(jìn)入最后一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)，從最后一個(gè)重力勢能回收壓
氣機(jī)流出的液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入降壓型氣液分離器，在該分離器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氣液分離，并形成穩(wěn)定的
液態(tài)工質(zhì)工作面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器的穩(wěn)定供液；從降壓氣液分離器出來的液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入膨
脹閥調(diào)節(jié)流量，再經(jīng)分液器、均液管，均勻地流入蒸發(fā)器，液態(tài)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收所處位
置的熱能后，發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)工質(zhì)，經(jīng)各分支管進(jìn)入蒸發(fā)器氣體收集母管，氣體工質(zhì)
從蒸發(fā)器氣體收集母管流入氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管，朝冷凝器方向向上流動(dòng)，先流過最下面的
重力勢能回收壓氣機(jī)，氣體工質(zhì)被提升壓力后繼續(xù)在氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管內(nèi)向上流動(dòng)，依次
通過其它的重力勢能回收壓氣機(jī)，最后進(jìn)入氣體壓縮機(jī)，進(jìn)一步提高氣體壓力后進(jìn)入冷凝
器分氣母管，由均氣管將冷凝器分氣母管中的氣體均勻分配到冷凝器中，在冷凝器中將系
統(tǒng)內(nèi)的熱能排放給與其相連的制冷設(shè)備或冷凝器所處位置的環(huán)境空氣后，工質(zhì)發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為液態(tài)工質(zhì)，流入儲(chǔ)液器；如此循環(huán)往復(fù)，不斷地將系統(tǒng)最下部的蒸發(fā)器處的熱能提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn)了垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)。 本發(fā)明所構(gòu)成的裝置系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)熱管循環(huán)，又能實(shí)現(xiàn)熱泵循環(huán)，取決于是否安裝氣體壓縮機(jī)或采用何種形式的氣體壓縮機(jī)；若冷凝器工作環(huán)境溫度顯著地低于蒸發(fā)器工作環(huán)境溫度，可以取消系統(tǒng)內(nèi)的氣體壓縮機(jī)，此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)部分不消耗任何外在動(dòng)力，完全是靠熱管內(nèi)部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，為典型的熱管系統(tǒng)，其工況特征是冷凝器內(nèi)部的工作壓力低于蒸發(fā)器內(nèi)部的工作壓力；若冷凝器工作環(huán)境溫度略低于蒸發(fā)器工作環(huán)境溫度，可以采用特殊設(shè)計(jì)制造的大流量、低壓差氣體壓縮機(jī)，此時(shí)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的也是熱管循環(huán)，其冷凝器內(nèi)部的工作壓力等于或小于蒸發(fā)器內(nèi)部的工作壓力；若冷凝器工作環(huán)境溫度等于或高于蒸發(fā)器工作環(huán)境溫度，應(yīng)采用中壓或高壓氣體壓縮機(jī)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的是熱泵循環(huán)，此時(shí)，冷凝器內(nèi)部的工作壓力高于蒸發(fā)器內(nèi)部的工作壓力。 本發(fā)明中的重力勢能回收壓氣機(jī)回收利用垂直方向遠(yuǎn)距離輸運(yùn)冷熱能量時(shí)液相工質(zhì)的重力勢能，降低液體管道內(nèi)的工作壓力，解決壓力高(1000米的井下就有100個(gè)大氣壓)的安全隱患問題；重力勢能回收壓氣機(jī)是n個(gè)(1《n《50)，具體數(shù)量根據(jù)垂直方向
4的高度、管路的承壓能力及重力勢能回收壓氣機(jī)的性能等因素確定。 本發(fā)明中的降壓型氣液分離器將重力勢能回收壓氣機(jī)出口的流體進(jìn)行氣液分離 并降壓和穩(wěn)壓，使進(jìn)入蒸發(fā)器的溶液壓力穩(wěn)定。 本發(fā)明的冷凝器工作環(huán)境溫度低于蒸發(fā)器工作環(huán)境溫度，控制部分無須采用調(diào)節(jié) 閥調(diào)節(jié)和控制時(shí)系統(tǒng)中無需安裝儲(chǔ)液器、調(diào)節(jié)閥和氣體壓縮機(jī)。 本發(fā)明最低部的蒸發(fā)器采用已有的雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)中的雙循環(huán)系統(tǒng)，以提高 蒸發(fā)器的換熱效率。 本發(fā)明中氣體壓縮機(jī)的安裝位置在氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管上的任何一個(gè)位置。
本發(fā)明中蒸發(fā)器、冷凝器的數(shù)量是一個(gè)或多個(gè)，若蒸發(fā)器有多個(gè)，而冷凝器為一 個(gè)，構(gòu)成多供一系統(tǒng)；若蒸發(fā)器為一個(gè)，而冷凝器為多個(gè)，構(gòu)成一供多系統(tǒng)；若蒸發(fā)器有多 個(gè)，冷凝器也有多個(gè)，則構(gòu)成多供多系統(tǒng)。 本發(fā)明能量輸運(yùn)大小的調(diào)節(jié)與控制，除了蒸發(fā)器前的膨脹閥和蒸發(fā)器后的膨脹閥 感溫包構(gòu)成的蒸發(fā)器供液量自動(dòng)調(diào)節(jié)外，有自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)與控制方式通過改變系統(tǒng)中 的調(diào)節(jié)閥控制回液量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)，或通過改變系統(tǒng)中的氣體壓縮機(jī)的抽氣量實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)，或通過改變與蒸發(fā)器或冷凝器相連的換熱部件中動(dòng)力源(如泵或風(fēng)機(jī)) 的輸出大小來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一是實(shí)現(xiàn)了人工主動(dòng)輸運(yùn)能量的過程，能夠?qū)⒋怪狈较?各高度的更低溫度的冷能，高效地輸運(yùn)到工作面高度，使工作面環(huán)境的溫濕度滿足工作要 求；二是運(yùn)行是靠循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)與相變實(shí)現(xiàn)能量交換，不浪費(fèi)水資源、無人力資 源、電梯資源進(jìn)行搬運(yùn)冰塊等問題，操作方便、高效節(jié)能；三是具有能流密度高，輸運(yùn)管道直 徑??；蒸發(fā)器、冷凝器的換熱面積比顯熱傳輸方法中的換熱器面積小而高效、安全穩(wěn)定；四 是能實(shí)現(xiàn)熱管循環(huán)和熱泵循環(huán)的有機(jī)結(jié)合；五是調(diào)節(jié)與控制方式靈活多樣；六是廣泛應(yīng)用 于各類垂直方向遠(yuǎn)距離的冷熱能量輸運(yùn)過程。


圖1為本發(fā)明的基本工作流程與結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2為本發(fā)明的另一種工作流程與結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖3為本發(fā)明的無壓氣機(jī)熱管工作流程與結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖4為本發(fā)明的簡化型熱管工作流程與結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖5為本發(fā)明的多供一系統(tǒng)工作流程與結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖6為本發(fā)明的一供多系統(tǒng)工作流程與結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖7為本發(fā)明的多供多系統(tǒng)工作流程與結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 本實(shí)施例的主體部件包括冷凝器1，均氣管2，冷凝器分氣母管3，氣體壓縮機(jī)4，氣 體工質(zhì)輸運(yùn)母管5，重力勢能回收壓氣機(jī)6，膨脹閥感溫包連接管7，膨脹閥感溫包8，蒸發(fā)器 出氣支管9，蒸發(fā)器出氣母管10，蒸發(fā)器11，蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)12，蒸發(fā)器 與所處環(huán)境換熱用設(shè)備13，均液管14，分液器15，膨脹閥16，降壓型氣液分離器17，液體工質(zhì)母管18，調(diào)節(jié)閥19，儲(chǔ)液器20，冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)21，冷凝器與所處環(huán) 境換熱用設(shè)備22，液體工質(zhì)回液管23，儲(chǔ)液器24，溶液泵25，液體工質(zhì)供液管26，多蒸發(fā)器 系統(tǒng)的氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管27，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的膨脹閥感溫包28，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的膨脹閥感 溫包連接管29，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的膨脹閥30，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的分液器31，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的蒸 發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)32，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備33， 多蒸發(fā)器系統(tǒng)的均液管34，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的蒸發(fā)器出氣支管35，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的蒸發(fā)器出 氣母管36，多蒸發(fā)器系統(tǒng)的蒸發(fā)器37，多冷凝器系統(tǒng)的液體工質(zhì)母管38，多冷凝器系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)閥39，多冷凝器系統(tǒng)的冷凝器40，多冷凝器系統(tǒng)的均氣管41，多冷凝器系統(tǒng)的冷凝器 分氣母管42，多冷凝器系統(tǒng)的冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)43和多冷凝器系統(tǒng)的冷 凝器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備44。 本實(shí)施例由蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)、熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子 系統(tǒng)等構(gòu)成；蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)包括蒸發(fā)器11、37，蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)12、 32，蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱用設(shè)備13、33 ;其功效是為蒸發(fā)器內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的蒸發(fā)提供熱量， 即將蒸發(fā)器所提供的冷量高效地傳遞給蒸發(fā)器所處位置的冷用戶或蒸發(fā)器周圍的環(huán)境空 氣中；冷凝器換熱子系統(tǒng)包括冷凝器1、40，冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)21、43，冷凝 器與所處環(huán)境換熱用設(shè)備22、44 ;其功效是為冷凝器內(nèi)氣態(tài)工質(zhì)的冷凝提供冷量，即將冷 凝器所提供的熱量高效地傳遞給冷凝器所處位置的熱用戶或冷凝器周圍的環(huán)境空氣中；熱 泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)的部件包括冷凝器1、儲(chǔ)液器20、調(diào)節(jié)閥19、液體工質(zhì)母管 18、n個(gè)(1《n《50)重力勢能回收壓氣機(jī)6、降壓型氣液分離器17、膨脹閥16、分液器15、 均液管14、蒸發(fā)器11、蒸發(fā)器氣體收集母管9、氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管10、氣體壓縮機(jī)4、冷凝器 分氣母管3和均氣管2 ;處于系統(tǒng)最上部的冷凝器1中的氣態(tài)工質(zhì)將熱能傳遞給與其相連 的制冷設(shè)備或冷凝器與所處位置環(huán)境換墊用設(shè)備或空氣22后發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為液態(tài)工質(zhì)， 經(jīng)液體工質(zhì)回液管23流入儲(chǔ)液器20 ;儲(chǔ)液器20中的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥19后沿垂直管路 18朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，液態(tài)工質(zhì)下降一定距離后，進(jìn)入一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)6，在重力 勢能回收壓氣機(jī)內(nèi)，液態(tài)工質(zhì)將重力勢能產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，該旋轉(zhuǎn)的機(jī) 械能作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)氣體工質(zhì)母管5中的氣體向上流動(dòng)；從重力勢能回收壓氣機(jī)6流出的 液態(tài)工質(zhì)繼續(xù)沿垂直管路朝蒸發(fā)器11方向流動(dòng)，再下降一定距離后，進(jìn)入第二個(gè)重力勢能 回收壓氣機(jī)6，將重力勢能產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能后，再次朝蒸發(fā)器11方向流 動(dòng)，如此，直到進(jìn)入最后一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)6，從最后一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)6流 出的液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入降壓氣液分離器17，在該分離器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氣液分離，并形成穩(wěn)定的液態(tài)工 質(zhì)工作面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器11的穩(wěn)定供液；從降壓氣液分離器17出來的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)膨脹閥 16調(diào)節(jié)流量，再經(jīng)分液器15、均液管14后均勻流入蒸發(fā)器ll，液態(tài)工質(zhì)在蒸發(fā)器11內(nèi)吸 收所處位置的熱能后，發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)工質(zhì)，經(jīng)各分支管9進(jìn)入蒸發(fā)器氣體收集母管 IO，氣體工質(zhì)從蒸發(fā)器氣體收集母管10流入氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管5，朝冷凝器1方向向上流 動(dòng)，先流過最下面的重力勢能回收壓氣機(jī)6，氣體工質(zhì)被提升壓力后繼續(xù)在氣體工質(zhì)輸運(yùn)母 管內(nèi)向上流動(dòng)，依次通過每一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)6，最后進(jìn)入氣體壓縮機(jī)4，進(jìn)一步提 高氣體壓力后進(jìn)入冷凝器分氣母管3，由均氣管2將冷凝器分氣母管3中的氣體均勻地分配 到冷凝器1中，在冷凝器1中將系統(tǒng)中的熱能排放給與其相連的制冷設(shè)備或冷凝器所處位 置的環(huán)境空氣22，發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)液體工質(zhì)回液管23，再次流入儲(chǔ)液器20 ;如此循環(huán)往復(fù)；其功效是連續(xù)不斷地將蒸發(fā)器所處的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷凝器所 處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn)垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)。 實(shí)施例1 :本實(shí)施例的冷凝器1和蒸發(fā)器11各為1個(gè)，為一供一系統(tǒng)；蒸發(fā)器11、 蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)12、蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備13構(gòu)成蒸發(fā)器換 熱子系統(tǒng)，為蒸發(fā)器內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的蒸發(fā)源源不斷地提供熱量，同時(shí)完成對(duì)蒸發(fā)器所處位置 的供冷任務(wù)；冷凝器1、儲(chǔ)液器20、調(diào)節(jié)閥19、液體工質(zhì)母管18、 n個(gè)(1《n《50)重力勢 能回收壓氣機(jī)6、降壓型氣液分離器17、膨脹閥16、分液器15、均液管14、蒸發(fā)器11、蒸發(fā)器 氣體收集母管9、氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管10、氣體壓縮機(jī)4、冷凝器分氣母管3和均氣管2構(gòu)成熱 泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)，將從最下部的蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)獲得的熱能連續(xù)不斷地 輸送到最上部的冷凝器換熱子系統(tǒng)中；冷凝器1、冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)21、冷 凝器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備22構(gòu)成冷凝器換熱子系統(tǒng)，為冷凝器內(nèi)氣態(tài)工質(zhì)的蒸發(fā)源 源不斷地提供冷量，同時(shí)完成對(duì)冷凝器所處位置的供熱任務(wù)。 本實(shí)施例先將各部件按附圖1所示安裝，將熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)抽 真空并充入適量的循環(huán)工質(zhì)后，再將調(diào)節(jié)閥調(diào)整為合適開度，啟動(dòng)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)和冷 凝器換熱子系統(tǒng)，再啟動(dòng)氣體壓縮機(jī)4后便啟動(dòng)運(yùn)行；一定時(shí)間后，蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、熱 泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)，連續(xù)不斷地 將蒸發(fā)器所處的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn)了垂直方向遠(yuǎn) 距離冷熱能量輸運(yùn)過程。 實(shí)施例2 :本實(shí)施例的蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)與實(shí)施例1相同，熱 泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)的構(gòu)成與工作過程也與實(shí)施例1基本相同，只是在蒸發(fā)器 側(cè)加裝了由儲(chǔ)液器24、溶液泵25、液體工質(zhì)供液管26構(gòu)成的液態(tài)工質(zhì)小循環(huán)系統(tǒng)，該小循 環(huán)系統(tǒng)能夠改善蒸發(fā)器內(nèi)的相變換熱過程，提高換熱效率。 本實(shí)施例先將各部件按附圖2所示安裝，將熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)抽 真空并充入適量的循環(huán)工質(zhì)后，再將調(diào)節(jié)閥調(diào)整為合適開度，啟動(dòng)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)和冷 凝器換熱子系統(tǒng)，再啟動(dòng)氣體壓縮機(jī)4，隨后，待蒸發(fā)器內(nèi)有足夠的液體工質(zhì)后啟動(dòng)溶液泵 25便啟動(dòng)運(yùn)行；一定時(shí)間后，蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、冷凝 器換熱子系統(tǒng)及液態(tài)工質(zhì)小循環(huán)系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)，連續(xù)不斷地將蒸發(fā)器所處 的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn)了垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量 輸運(yùn)過程。 實(shí)施例3 :本實(shí)施例的蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)與實(shí)施例1相同，熱 管工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)的基本構(gòu)成與實(shí)施例1類同，只是無氣體壓縮機(jī)，故只能實(shí)現(xiàn)熱管循 環(huán)過程。 本實(shí)施例先將各部件按附圖3所示安裝，將熱管工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)抽真空并充入 適量的循環(huán)工質(zhì)后，再將調(diào)節(jié)閥調(diào)整為合適開度，啟動(dòng)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)和冷凝器換熱子 系統(tǒng)，便啟動(dòng)運(yùn)行；一定時(shí)間后，蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、熱管工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、冷凝器換熱子 系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)，連續(xù)不斷地將蒸發(fā)器所處的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷 凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn)了垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)過程。 實(shí)施例4 :本實(shí)施例的蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)與實(shí)施例1相同，熱 管工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)的基本構(gòu)成與實(shí)施例1類同，只是系統(tǒng)中沒有氣體壓縮機(jī)、儲(chǔ)液器和調(diào)節(jié)閥，故只能實(shí)現(xiàn)熱管循環(huán)過程，為簡化型熱管工作流程。 本實(shí)施例先將各部件按附圖3所示安裝，將熱管工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)抽真空并充入 適量的循環(huán)工質(zhì)后，啟動(dòng)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)和冷凝器換熱子系統(tǒng)，便啟動(dòng)運(yùn)行；一定時(shí)間 后，蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)、熱管工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀 態(tài)，連續(xù)不斷地將蒸發(fā)器所處的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn) 了垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)過程。 實(shí)施例5 :本實(shí)施例的熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)與實(shí) 施例1相同，只是蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)是由多個(gè)蒸發(fā)器構(gòu)成，各蒸發(fā)器間相互并聯(lián)，各蒸發(fā)器 的蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)、蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備相互獨(dú)立蒸發(fā)器 與所處環(huán)境換熱連接件(管)12、蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備13與某個(gè)蒸發(fā)器11構(gòu)成 一個(gè)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)；而蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)32、蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱 用的設(shè)備33與另一個(gè)蒸發(fā)器37構(gòu)成另一個(gè)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)，本實(shí)施例是多個(gè)蒸發(fā)器供 熱， 一個(gè)冷凝器散熱，為多供一系統(tǒng)。 本實(shí)施例先將各部件按附圖5所示安裝，將熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)抽 真空并充入適量的循環(huán)工質(zhì)后，再將調(diào)節(jié)閥調(diào)整為合適開度，啟動(dòng)各個(gè)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng) 和冷凝器換熱子系統(tǒng)，再啟動(dòng)氣體壓縮機(jī)4，系統(tǒng)便啟動(dòng)運(yùn)行；一定時(shí)間后，各個(gè)蒸發(fā)器換 熱子系統(tǒng)、熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、冷凝器換熱子系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀 態(tài)，連續(xù)不斷地將蒸發(fā)器所處的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn) 了垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)過程。 實(shí)施例6 :本實(shí)施例的熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)與實(shí) 施例1相同，只是冷凝器換熱子系統(tǒng)是由多個(gè)冷凝器構(gòu)成，各冷凝器間相互并聯(lián)，各冷凝器 的冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)、冷凝器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備相互獨(dú)立冷凝器 與所處環(huán)境換熱連接件(管)21、冷凝器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備22與冷凝器1構(gòu)成一個(gè) 冷凝器換熱子系統(tǒng)；而冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)43、冷凝器與所處環(huán)境換熱用的 設(shè)備44與冷凝器40構(gòu)成另一個(gè)冷凝器換熱子系統(tǒng)；本實(shí)施例是一個(gè)蒸發(fā)器供熱，多個(gè)冷凝 器散熱，為一供多系統(tǒng)。 本實(shí)施例先將各部件按附圖6所示安裝，將熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)抽 真空并充入適量的循環(huán)工質(zhì)后，再將調(diào)節(jié)閥調(diào)整為合適開度，啟動(dòng)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)和各 個(gè)冷凝器換熱子系統(tǒng)，再啟動(dòng)氣體壓縮機(jī)4，系統(tǒng)便啟動(dòng)運(yùn)行；一定時(shí)間后，蒸發(fā)器換熱子 系統(tǒng)、熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、各個(gè)冷凝器換熱子系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀 態(tài)，連續(xù)不斷地將蒸發(fā)器所處的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn) 了垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)過程。 實(shí)施例7 :本實(shí)施例的熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)與實(shí)施例1相同，只是 蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)是由多個(gè)蒸發(fā)器構(gòu)成，冷凝器換熱子系統(tǒng)也是由多個(gè)蒸發(fā)器構(gòu)成，各蒸 發(fā)器間相互并聯(lián)，各蒸發(fā)器的蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)、蒸發(fā)器與所處環(huán)境換 熱用的設(shè)備相互獨(dú)立蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件(管)12、蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱用 的設(shè)備13與某個(gè)蒸發(fā)器11構(gòu)成一個(gè)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng)；而蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱連接件 (管)32、蒸發(fā)器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備33與另一個(gè)蒸發(fā)器37構(gòu)成另一個(gè)蒸發(fā)器換熱子 系統(tǒng)；各冷凝器間也相互并聯(lián)，各冷凝器的冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)、冷凝器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備相互獨(dú)立冷凝器與所處環(huán)境換熱連接件(管)21、冷凝器與所處環(huán) 境換熱用的設(shè)備22與冷凝器1構(gòu)成一個(gè)冷凝器換熱子系統(tǒng)；而冷凝器與所處環(huán)境換熱連接 件(管)43、冷凝器與所處環(huán)境換熱用的設(shè)備44與冷凝器40構(gòu)成另一個(gè)冷凝器換熱子系 統(tǒng)；本實(shí)施例是多個(gè)蒸發(fā)器供熱，同時(shí)有多個(gè)冷凝器散熱，為多供多系統(tǒng)。
本實(shí)施例先將各部件按附圖5所示安裝，將熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)抽 真空并充入適量的循環(huán)工質(zhì)后，再將調(diào)節(jié)閥調(diào)整為合適開度，啟動(dòng)各個(gè)蒸發(fā)器換熱子系統(tǒng) 和各個(gè)冷凝器換熱子系統(tǒng)，再啟動(dòng)氣體壓縮機(jī)4，系統(tǒng)便啟動(dòng)運(yùn)行；一定時(shí)間后，各個(gè)蒸發(fā) 器換熱子系統(tǒng)、熱泵(或熱管)工質(zhì)內(nèi)循環(huán)子系統(tǒng)、各個(gè)冷凝器換熱子系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的 工作狀態(tài)，連續(xù)不斷地將蒸發(fā)器所處的系統(tǒng)最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上 部，實(shí)現(xiàn)了垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)過程。
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權(quán)利要求
一種垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)系統(tǒng)，主體結(jié)構(gòu)包括冷凝器、儲(chǔ)液器、調(diào)節(jié)閥、液體工質(zhì)母管、1～50個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)、降壓型氣液分離器、膨脹閥、分液器、均液管、蒸發(fā)器、蒸發(fā)器氣體收集母管、氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管、氣體壓縮機(jī)、冷凝器分氣母管和均氣管；其特征在于處于系統(tǒng)最上部的冷凝器中的氣態(tài)工質(zhì)將熱能傳遞給與其相連的制冷設(shè)備或冷凝器所處位置的環(huán)境空氣后，發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為液態(tài)工質(zhì)，流入儲(chǔ)液器；儲(chǔ)液器中的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量后沿垂直管路朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，液態(tài)工質(zhì)下降進(jìn)入一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)，在重力勢能回收壓氣機(jī)內(nèi)，液態(tài)工質(zhì)將重力勢能產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能作為動(dòng)力源，使氣體工質(zhì)母管中的氣體增壓后向上流動(dòng)；從重力勢能回收壓氣機(jī)流出的液態(tài)工質(zhì)繼續(xù)沿垂直管路朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，再下降進(jìn)入第二個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)，將重力勢能產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，再次朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，直到進(jìn)入最后一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)，從最后一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)流出的液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入降壓型氣液分離器，在降壓型氣液分離器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氣液分離，并形成穩(wěn)定的液態(tài)工質(zhì)工作面，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器的穩(wěn)定供液；從降壓型氣液分離器出來的液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入膨脹閥調(diào)節(jié)流量，再經(jīng)分液器、均液管，均勻地流入蒸發(fā)器，液態(tài)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收所處位置的熱能發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)工質(zhì)，經(jīng)各分支管進(jìn)入蒸發(fā)器氣體收集母管，氣體工質(zhì)從蒸發(fā)器氣體收集母管流入氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管，朝冷凝器方向向上流動(dòng)，先流過最下面的重力勢能回收壓氣機(jī)，氣體工質(zhì)被提升壓力后繼續(xù)在氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管內(nèi)向上流動(dòng)，依次通過其它的重力勢能回收壓氣機(jī)進(jìn)入氣體壓縮機(jī)，提高氣體壓力后進(jìn)入冷凝器分氣母管，由均氣管將冷凝器分氣母管中的氣體均勻分配到冷凝器中，在冷凝器中將系統(tǒng)內(nèi)的熱能排放給與其相連的制冷設(shè)備或冷凝器所處位置的環(huán)境空氣后，工質(zhì)發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為液態(tài)工質(zhì)，流入儲(chǔ)液器；如此循環(huán)往復(fù)，不斷地將系統(tǒng)最下部的蒸發(fā)器處的熱能提升到冷凝器所處的系統(tǒng)最上部，實(shí)現(xiàn)垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)系統(tǒng)，其特征在于重力勢能回收壓氣機(jī)回收利用垂直方向遠(yuǎn)距離輸運(yùn)冷熱能量時(shí)液相工質(zhì)的重力勢能降低液體管道內(nèi)的工作壓力；重力勢能回收壓氣機(jī)的具體數(shù)量根據(jù)垂直方向的高度、管路的承壓能力及重力勢能回收壓氣機(jī)的性能因素確定；降壓型氣液分離器將重力勢能回收壓氣機(jī)出口的流體進(jìn)行氣液分離并降壓和穩(wěn)壓，使進(jìn)入蒸發(fā)器的溶液壓力穩(wěn)定；冷凝器工作環(huán)境溫度低于蒸發(fā)器工作環(huán)境溫度，控制部分無須采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)和控制時(shí)系統(tǒng)中無需安裝儲(chǔ)液器、調(diào)節(jié)閥和氣體壓縮機(jī)；最低部的蒸發(fā)器采用雙循環(huán)可控?zé)峁芟到y(tǒng)中的雙循環(huán)系統(tǒng)，以提高蒸發(fā)器的換熱效率；氣體壓縮機(jī)的安裝位置在氣體工質(zhì)輸運(yùn)母管上的任何一個(gè)位置；蒸發(fā)器、冷凝器的數(shù)量是一個(gè)或多個(gè)，蒸發(fā)器多個(gè)，冷凝器一個(gè)，構(gòu)成多供一系統(tǒng)；蒸發(fā)器一個(gè)，冷凝器多個(gè)，構(gòu)成一供多系統(tǒng)；蒸發(fā)器多個(gè)，冷凝器多個(gè)，構(gòu)成多供多系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明屬于能源工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種熱管循環(huán)與熱泵循環(huán)組合用于垂直方向遠(yuǎn)距離冷熱能量輸運(yùn)系統(tǒng)裝置，處于系統(tǒng)最上部的冷凝器中的氣態(tài)工質(zhì)將熱能傳遞給與其相連的制冷設(shè)備或冷凝器所處位置的環(huán)境空氣后，發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為液態(tài)工質(zhì)，流入儲(chǔ)液器；儲(chǔ)液器中的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量后沿垂直管路朝蒸發(fā)器方向流動(dòng)，液態(tài)工質(zhì)下降進(jìn)入一個(gè)重力勢能回收壓氣機(jī)，液態(tài)工質(zhì)將重力勢能產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，作為動(dòng)力源，又使氣體工質(zhì)母管中的氣體增壓后向上流動(dòng)；順序循環(huán)完成垂直遠(yuǎn)距離冷熱能量的輸運(yùn)，具有能量輸運(yùn)距離大，熱效率高，傳輸過程安全穩(wěn)定，設(shè)備裝置原理可靠，結(jié)構(gòu)新穎，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于垂直方向的冷熱量輸運(yùn)。
文檔編號(hào)F25B27/00GK101749887SQ20091023111
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者劉勛, 劉瑞景, 孫暉, 王兆俊, 田小亮 申請(qǐng)人:青島大學(xué)