專利名稱：用于空調(diào)和熱泵的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由太陽能加熱器提供動(dòng)力的空調(diào)系統(tǒng)，特別地，涉及
一種用于冷卻的裝置，包括
用于通過供熱循環(huán)運(yùn)送流體的液泵， 用于加熱供熱循環(huán)中流體的外部熱源，
具有膨脹器入口和膨脹器出口的膨脹器，膨脹器入口具有到外 部熱源的流體連接部，用于接收氣態(tài)流體，以通過膨脹所述流體來驅(qū) 動(dòng)膨脹器，
具有壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)出口的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)由膨脹器驅(qū)動(dòng)， 用于將工作流體從低壓的壓縮機(jī)入口氣體壓縮成高壓的壓縮機(jī)出口氣 體，
第一熱交換器具有到壓縮機(jī)出口的流體連接部，并且連接到膨 脹器入口 ，用于從高壓壓縮機(jī)出口氣體傳遞熱量到供熱循環(huán)中的流體，
具有冷凝器的第二熱交換器，用于通過向低溫的第二流體傳遞 能量，來冷凝從膨脹器排出的工作流體，所述低溫的第二流體例如是 室外空氣，
具有蒸發(fā)器的第三熱交換器，用于通過從第三流體的能量傳遞 來蒸發(fā)從第二熱交換器排出的工作流體，并且用于在第三流體內(nèi)產(chǎn)生 期望的冷卻效果，所述第三流體例如是室內(nèi)被冷卻的空氣。
背景技術(shù)：
空調(diào)裝置的數(shù)量在急劇增加?？紤]到世界范圍的降低二氧化碳排 放的目標(biāo)，這種機(jī)器能源消耗的減少變得極其重要。
一般來說，當(dāng)太陽光很強(qiáng)時(shí)，用于空氣調(diào)節(jié)的能源消耗是最大的。 因此，利用太陽能轉(zhuǎn)換到空氣的冷卻是值得期待的。特別是，利用普 通太陽能供熱系統(tǒng)是值得期待的，所述太陽能供熱系統(tǒng)使用水作為工作流體。
美國專利6，581，384公開了 一種使用廢熱能用于空調(diào)的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)應(yīng)用的液體具有低臨界壓力和溫度，例如制冷劑。盡管這種系統(tǒng)乍 看上去是有前景的，并且該公開提出了太陽能供熱的使用，但是更完 整的分析揭示了這一系統(tǒng)并不適于普通的太陽能供熱系統(tǒng)，特別是更 不適于用水作為工作流體。下面將會(huì)更詳細(xì)的描述。
圖l是美國專利6，581，384公開的系統(tǒng)的復(fù)印件。熱源l，例如太 陽能加熱器，提供傳遞到熱交換器2內(nèi)工作流體的熱源。在管3中設(shè) 置由液泵4提供壓力的工作流體。通過在熱交換器2中接收熱能，受 壓后的液體過熱。將過熱的液體通過管5和控制閥6導(dǎo)入膨脹器7， 在膨脹器7中液體被膨脹，并且從工作流體傳遞功到膨脹器。在離開 膨脹器7后，工作流體仍然過熱，并且熱交換器8中的部分能量從膨 脹器7的排出流體傳遞到管3的工作流體。從工作流體接收能量后， 膨脹器通過軸10驅(qū)動(dòng)連接到膨脹器的壓縮機(jī)9。壓縮機(jī)壓縮工作流體 從氣態(tài)到作為典型冷卻循環(huán)一部分的中間壓力氣體。從壓縮機(jī)9中輸 出的流體流經(jīng)管20，并且在分支11和從熱交換器8的出口流體混合。 為了排出更多的熱量，使用另一個(gè)熱交換器12用于傳遞能量到管3 的工作流體。剩余的熱量在很大程度上由冷凝器13內(nèi)的室外通風(fēng)空氣 冷卻來排除。工作流體排出冷凝器13并且分流，其中部分液體流經(jīng)管 道14到制冷劑罐15，在制冷劑罐15中當(dāng)從管道16進(jìn)入到壓力泵4 之前，任何殘余的氣體從液體中分離。另一部分的工作流體在分流后 沿著管道17進(jìn)入蒸發(fā)器18，在蒸發(fā)器18中蒸發(fā)導(dǎo)致溫度的降低，以 從吹入建筑物的低溫空氣19中吸收能量用于空氣調(diào)節(jié)。從蒸發(fā)器18 出來的流體再次循環(huán)進(jìn)入壓縮機(jī)9。
在美國專利6,581,384中，公開了膨脹器接收溫度為400°F (相當(dāng) 于204°C )的R134a型工作流體，以獲得過熱流體，在圖2的再生冷 卻循環(huán)中描述了該工作流體的焓H相對(duì)于壓力(logP)的圖表。冷卻 循環(huán)A-B-C-D描述了在膨脹器7中的A-B的膨脹，在冷凝器13中B-C 的冷凝，在泵4中C-D的泵送，和在熱交換器2中D-A的蒸發(fā)。該圖還示出了用于冷卻循環(huán)中另 一部分分流工作流體在蒸發(fā)器18中的F-E 的蒸發(fā)。
為了在膨脹器7中獲得氣態(tài)的過熱流體，在膨脹器7的入口，工 作流體204。C的高溫是必須的。在公開中過熱的爭(zhēng)論不是很清晰，但 是可以確定的事實(shí)是發(fā)明者希望確保在膨脹器中膨脹的條件下沒有 小液滴形成，因?yàn)楫?dāng)膨脹器在高速下驅(qū)動(dòng)時(shí)，這將破壞膨脹器的葉片。 工作流體具有較高的溫度的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于能效比更高的COP值。 能效比被定義為從高溫?cái)?shù)值到低溫?cái)?shù)值的熱量傳遞。
工作流體204。C的高溫阻止了常規(guī)、商業(yè)的太陽能加熱器的使用， 因?yàn)檫@些加熱器典型地在70-120。C下工作，并且并不是設(shè)計(jì)用于這種 工作流體的高溫。
參見圖2，在圖表中點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)到例如140'C將是可選擇的，這在 美國專利6,581,384的公開中沒有提到。然而，這由于太高的溫度也不 能適用于太陽能加熱器。
在美國專利6，581，384中的另一個(gè)臨界點(diǎn)是在膨脹器和壓縮機(jī)之 間軸形式的機(jī)械連接，其中考慮到膨脹器出口和壓縮機(jī)入口之間的壓 力差。這需要相對(duì)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，在其中軸以盡可能高的速度被驅(qū)動(dòng)。 現(xiàn)有技術(shù)的解決方案通常將降低機(jī)器的效率。
美國專利6,581,384的系統(tǒng)也不適于用水作為工作流體。這可以從 圖3中很容易地理解。無論熱交換器2中的入口壓力為多少，太陽能 加熱器的溫度將大約在100°C。膨脹器內(nèi)A到B的膨脹將接著在濕區(qū) 域發(fā)生，這里流體并不是氣態(tài)形式，這將破壞膨脹器?？蛇x擇地，美 國專利6,581,384的裝置可以在非常低壓力的點(diǎn)A，或者A，，啟動(dòng)，但是 這最終不會(huì)產(chǎn)生最優(yōu)的冷卻性能。其結(jié)果是，美國專利6,581,384的系 統(tǒng)是不適于用水作為工作流體的太陽能系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種從太陽能加熱器供應(yīng)熱能的高性 能空調(diào)系統(tǒng)。
上述目的能夠通過一種用于冷卻的裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置包括，用于通過供熱循環(huán)傳遞流體的液泵，
用于加熱供熱循環(huán)中流體的外部熱源，例如直接連接到供熱循 環(huán)或通過熱交換器連接的太陽能加熱器，
具有膨脹器入口和膨脹器出口的膨脹器，膨脹器入口具有到外 部熱源的流體連接部，用于接收氣態(tài)流體以通過膨脹所述流體來驅(qū)動(dòng) 膨脹器，
具有壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)出口的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)由膨脹器 驅(qū)動(dòng)，用于將工作流體從低壓壓縮機(jī)入口氣體壓縮到高壓壓縮機(jī)出口 氣體，
具有連接到壓縮機(jī)出口的流體連接部的第一熱交換器，并且所 述第一熱交換器連接到膨脹器入口 ，用于將熱量從高壓壓縮機(jī)出口氣 體傳遞到供熱循環(huán)中的所述流體，
具有冷凝器的第二熱交換器，用于將從膨脹器出來的工作流體 通過能量傳遞冷凝到更低溫度的第二流體，例如室外空氣，
具有蒸發(fā)器的第三熱交換器，用于使從第二熱交換器出來的工 作流體通過與第三流體進(jìn)行能量傳遞而蒸發(fā)，并且用于在第三流體中 產(chǎn)生期望的冷卻效果。
特別是根據(jù)本發(fā)明，第一熱交換器在外部熱源和膨脹器入口之間 連接到供熱循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明，在流體進(jìn)入膨脹器之前，熱量被傳遞給流體。因此， 液體可以被外部熱源加熱到第一溫度，并且在第一熱交換器中被加熱 到更高的第二溫度。這暗示了外部熱源加熱能力更合適的需要。例如， 第 一加熱源可以是太陽能加熱器，所述太陽能加熱器在流體循環(huán)中加
熱和蒸發(fā)流體到根據(jù)需要的IO(TC的溫度和lbar的絕對(duì)壓力。在外部 加熱器之后，流體可以仍然一至少部分一為液態(tài)，并且接著在第一熱 交換器中進(jìn)行溫度的升高，以在進(jìn)入膨脹器之前得到氣態(tài)。
外部加熱源可以為流體循環(huán)中的流體提供大約100。C的溫度，或 者更低或更高的溫度，例如7(TC到120。C之間的溫度或者90。C到 110。C之間的溫度，該溫度使得系統(tǒng)適用于太陽能加熱器和其它具有更低溫度的設(shè)備。例如可以使用從集中供暖設(shè)備或從工業(yè)設(shè)備中排出的 廢水。另外，本發(fā)明的裝置適于用水作為工作流體。計(jì)算顯示，在美國專利6，581，384中的冷卻能效比大約為0.43。這 意味著lkW的熱量輸入產(chǎn)生0.43kW的冷卻能力。在太陽能加熱器用于外部加熱器的情況下，本發(fā)明可以獲得1.25 或更高的冷卻能效比(COP)，這與美國專利6，581，384中系統(tǒng)的 COP=0.43明顯不同。如果本發(fā)明中使用集中供暖設(shè)備中的廢水作為 外部熱源，仍然可以實(shí)現(xiàn)COP=0.9。在另一個(gè)實(shí)施例中，膨脹器具有第一膨脹器級(jí)和第二膨脹器級(jí)， 并且可選擇地甚至包括另外的膨脹器級(jí)，設(shè)置有加熱裝置，用于將熱 量傳遞到不同膨脹器級(jí)之間的氣態(tài)流體。這可以用于提高膨脹器的效 率。例如，加熱裝置可以由第四熱交換器完成，所述第四熱交換器具 有到第 一熱交換器的下游流體連接部。第二級(jí)(或甚至具有更多級(jí))膨脹器用于減少濕膨脹的風(fēng)險(xiǎn)。雙 壓縮機(jī)導(dǎo)致有效的出口壓力用于甚至在酷熱的條件下冷凝。在另一個(gè)實(shí)施例中，到膨脹器出口的流體連接部和到壓縮機(jī)出口 的流體連接部通過閥相互連接，所述閥優(yōu)選地是減壓閥。有利地，所述閥連接到第二熱交換器下游的所述膨脹器出口流體 連接部，并且所述閥連接到第二熱交換器上游的壓縮機(jī)出口流體連接 部。在又一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置第五熱交換器，用于從壓縮機(jī)出口的流 體傳遞熱量到壓縮機(jī)入口的流體。在這種情況下，從壓縮機(jī)出口流體 排出的盡可能多的熱量在冷卻循環(huán)的加熱部分重新利用。熱交換器在膨脹器級(jí)入口能夠有效地用于獲得充分高的入口溫度 和能量水平。在某個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置第六熱交換器，用于在壓縮機(jī)出口流體連 接部和外部熱源上游的工作流體之間進(jìn)行熱量傳遞。本發(fā)明的系統(tǒng)中，壓力可以保持在低于2個(gè)大氣壓，或者最大為1.5個(gè)大氣壓。在供熱循環(huán)中，優(yōu)選地壓力大約為1個(gè)大氣壓，使得可 以與商業(yè)的太陽能加熱器系統(tǒng)直接連接。膨脹器和壓縮機(jī)的出口向上相互相對(duì)設(shè)置，以最小化AC-Sun的 壓力差一參見美國專利6，581，384的臨界點(diǎn)。熱交換器也可以是基于拋物線式太陽能集熱器的太陽能板，或其 它能夠產(chǎn)生上至50(TC溫度的高流體溫度的其它廢熱。從拋物線式太 陽能集熱器的高溫可以傳遞熱量到達(dá)優(yōu)選的膨脹器入口條件。優(yōu)選地，膨脹器是渦輪式膨脹器，例如具有50,000到250，000rpm 之間的轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)，優(yōu)選地是電動(dòng)的，可以用于另外驅(qū)動(dòng)膨脹器和 壓縮機(jī)。優(yōu)選地工作流體是水，然而，也可以使用其它的工作流體，例如， 包括異丁烷、丁烷、氨、石油、Aspen Temper-20、 Aspen Temper-40、 AspenTemper-55、氯化鉤、道氏熱載體J、道氏熱載體Q、酒精、乙 二醇、Freezium、氯化鎂、氯化鈣、甲醇、碳酸鉀、丙二醇、氯化鈉、 硅聚合物填充油(Syltherm XLT )、熱素VP1869( Thermogen VP1869 )、 Tyxofit、 N2、 C02，冷卻劑包括HCFC、 CFC或HC、 R134a或R407 或上述的混合物。本發(fā)明的使用包括建筑物和車輛中的空氣調(diào)節(jié)，例如轎車、火車、 輪船。在車輛中，外部熱源可以是發(fā)動(dòng)機(jī)出來的熱量。本發(fā)明裝置的冷卻動(dòng)力可以在很大范圍內(nèi)變動(dòng)，例如，可以是IO、 20直到50kW。當(dāng)水是制冷劑時(shí)，本發(fā)明裝置的蒸發(fā)過程產(chǎn)生蒸餾水。該蒸餾后 的水可以用于對(duì)冷凝器進(jìn)行噴淋，以使得能量傳遞更有效，從而獲得 更高的COP值。本發(fā)明的裝置僅僅用于空調(diào)和熱泵。膨脹器和/或壓縮機(jī)可以是軸向或徑向型渦輪式，或上述兩種類型 的結(jié)合。


本發(fā)明將參見附圖詳細(xì)地描述，其中圖1是美國專利6,581,384的系統(tǒng)圖表，圖2是美國專利6,581,384以R134a作為工作流體的H/logP圖表， 圖3是本發(fā)明具有一級(jí)膨脹器的系統(tǒng)圖表，圖4是本發(fā)明具有一級(jí)膨脹器的系統(tǒng)圖表，其中壓縮機(jī)排出的流 體加熱壓縮才幾入口流體，圖5是本發(fā)明具有兩級(jí)膨脹器和兩級(jí)壓縮機(jī)的系統(tǒng)圖表，圖6是具有兩級(jí)膨脹器和兩級(jí)壓縮機(jī)的可選擇實(shí)施例，其中壓縮才幾排出的流體加熱壓縮才幾入口流體，圖7是圖6中以水(R718)作為工作流體的可選擇系統(tǒng)的H/logP圖表，圖8是另一個(gè)實(shí)施例，其中外部加熱器是太陽能加熱器， 圖9是又一個(gè)實(shí)施例，其中在進(jìn)入外部加熱器之前，壓縮機(jī)排出流體用于作為工作流體的再加熱階段，圖IO描述了蒸餾器形式的應(yīng)用，其中蒸餾后的水用于噴霧，以提高冷凝器的效率。
具體實(shí)施方式
圖l描述了美國專利6，581，384公開的系統(tǒng)，并且圖2描述了當(dāng)使 用冷卻流體R134a時(shí)該系統(tǒng)的性能循環(huán)。系統(tǒng)和循環(huán)已經(jīng)在介紹部分 詳細(xì)描述了。圖3描述了本發(fā)明的系統(tǒng)。熱源1，例如太陽能加熱器或從供暖 設(shè)備排出的廢水提供了傳遞到熱交換器2中的工作流體的熱能，所述 工作流體優(yōu)選為水。例如在大氣壓力下，工作流體從液泵4供應(yīng)到管 3中。大氣相對(duì)低的壓力使系統(tǒng)適用于太陽能加熱器。通過在熱交換器2中接收熱能，加壓后的液體被加熱，例如到 100。C。加熱后的液體被管5導(dǎo)入膨脹器7，其中液體被膨脹并從工作 流體中傳遞功到膨脹器7。膨脹器7可以是在160000rpm轉(zhuǎn)速運(yùn)行的 渦輪式膨脹器。從工作流體接收能量后，膨脹器7通過軸10驅(qū)動(dòng)連接到膨脹器的 渦輪式壓縮機(jī)9。壓縮機(jī)9將工作流體從氣態(tài)壓縮到作為典型制冷循環(huán)一部分的中間壓力氣體。從壓縮機(jī)9排出的出口流體流經(jīng)管21進(jìn)入 熱交換器22，其中熱能從壓縮機(jī)出口流體傳遞到從熱交換器2流經(jīng)管 5的流體。當(dāng)水作為工作流體時(shí)，壓縮機(jī)9的出口溫度典型為200°C， 并且太陽能熱交換器2的溫度大約為IOO'C，這確保從壓縮機(jī)9的流 體到太陽能熱交換器2排出的加熱流體的能量傳遞。該熱量傳遞是系 統(tǒng)高冷卻性能的主要原因?？紤]到壓力的可能不同，通過閥25混合之前，從壓縮機(jī)9排出、 經(jīng)過熱交換器22之后進(jìn)入管道23的工作流體和從膨脹器7排出進(jìn)入 管道24的工作流體在冷凝器13中通過室外空氣冷卻?；旌虾蟮墓ぷ?流體分流成再次循環(huán)進(jìn)入管16的第一部分和在蒸發(fā)器18中用于蒸發(fā) 的第二部分。蒸發(fā)器18被從蒸發(fā)器18排出、通過罐15的壓縮機(jī)9 吸入氣體驅(qū)動(dòng)。在蒸發(fā)器18中被蒸發(fā)并且從而被冷卻的氣體用于冷卻 空氣流19，例如用于房間內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)。本發(fā)明的上述系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)是即使具有100。C或更低溫度的 外部加熱器也能夠有效的工作。圖4描述了可選擇的實(shí)施例，其中與圖3系統(tǒng)的不同之處在于 在從壓縮機(jī)9排出進(jìn)入管23的出口流體和管31內(nèi)壓縮機(jī)9的入口流 體之間設(shè)置了熱交換器29。這一階段回收了用于液態(tài)流體循環(huán)的能 量。如圖5所述，通過使用雙膨脹器7，、 7"和雙壓縮機(jī)9，、 9"可以獲 得另一個(gè)改進(jìn)。從第一壓縮機(jī)9，排出的管道21內(nèi)的流體供應(yīng)到第二 壓縮機(jī)級(jí)9"。從第二壓縮機(jī)級(jí)9"出口排出的流體供應(yīng)到熱交換器22， 用于將熱能從太陽能熱交換器2傳遞到管道5中的流體。從熱交換器 22排出的流體供應(yīng)到膨脹器的第一級(jí)7，。從第一膨脹器級(jí)7，排出的管 道26內(nèi)的出口流體供應(yīng)到第二熱交換器27，以接收熱能。該能量在 熱交換器22之后從管道28中的流體接收。因?yàn)樵诘谝慌蛎浧骷?jí)7，內(nèi) 的膨脹降低了工作流體的溫度使得其準(zhǔn)備好進(jìn)行另 一 次的熱量吸收， 所以優(yōu)點(diǎn)是有更多的熱量從壓縮后的流體傳遞到膨脹后的流體。圖6描述了可選擇的實(shí)施例，其中與圖5系統(tǒng)的區(qū)別在于在第二壓縮機(jī)級(jí)9，，排出的管23內(nèi)的出口流體和第一壓縮機(jī)級(jí)9，的管31中 的入口流體之間設(shè)置熱交換器29。這一級(jí)回收了用于液態(tài)流體循環(huán)的 熱量。圖6系統(tǒng)ABCD的工作圖表在圖7中描述。在大氣壓力下，工作 流體水在太陽能加熱器中被加熱到100°C (Al)，并且通過熱交換器 22進(jìn)一步加熱到正好高于200。C (A2)。在膨脹到B1的過程中，能量 被傳遞到第一膨脹器級(jí)7，。在第二熱交換器27中，熱量從點(diǎn)B1到點(diǎn) A3被傳遞到氣體。在第二膨脹器級(jí)7"中的膨脹通過圖表中的A3和 B2之間的線描述，其中工作流體通過室外空氣冷卻到大約42°C，冷 凝器13降低焓值到點(diǎn)C，其中部分分流工作流體進(jìn)入供熱循環(huán)，在泵 4后返回點(diǎn)D，并且其中另一部分的工作流體進(jìn)入在C2啟動(dòng)的空調(diào)循 環(huán)。從C2的啟動(dòng)點(diǎn)，工作流體進(jìn)入罐15，其中壓力降到點(diǎn)E。通過 在蒸發(fā)器18中蒸發(fā)，直到在點(diǎn)F發(fā)生相變。熱交換器29通過在點(diǎn)F 和G之間的線反映。G和Hl以及Hl到H2通過點(diǎn)J的線反映兩個(gè) 壓縮機(jī)級(jí)9，和9"。從H2到C2的線描述了熱交換器22、 27和29以 及冷凝器13中熱交換的步驟。如圖8所示，用于從外部熱源接收熱能的流體管道3和5之間的 熱交換器系統(tǒng)2可以由太陽能加熱器l提供。值得一提的是這只是利 用管道23中的剩余熱量來預(yù)加熱進(jìn)入壓縮機(jī)第一級(jí)9，之前管道31中 的流體，所述剩余熱量來自熱交換器27的出口流體。圖9中描述了另一個(gè)實(shí)施例，其中壓縮機(jī)的出口流體連接部23 包括另一個(gè)熱交換器30，用于從流體連接部23傳遞熱量到流體連接 部3中的流體，所述熱交換器30作為進(jìn)入外部加熱器系統(tǒng)2之前的預(yù) 加熱器。另外，萬一膨脹器7中的膨脹將工作流體的溫度降低到低于 熱交換器2內(nèi)外部熱源l提供的溫度，工作流體也可以在膨脹器的兩 個(gè)級(jí)7，、 7"之間的另一個(gè)熱交換器32中被外部熱源加熱。與美國專利6，581，384相反，其中壓縮機(jī)9將工作流體從低壓氣體 壓縮到等于第一熱交換器出口的壓力，本發(fā)明的系統(tǒng)中這不是必須的。首先，使用減壓閥以在兩個(gè)連接部23和24中混合工作流體。另外， 由于熱交換器22，以及可選擇地?zé)峤粨Q器27、 29、 30和/或32壓縮機(jī) 的高壓被降低。圖10描述了本發(fā)明，其中產(chǎn)生蒸餾水以加濕并且從而冷卻到冷凝 器的入口空氣。要被蒸餾的水在液體入口 33中提供，所述水在通過罐 15，進(jìn)入冷卻循環(huán)之前進(jìn)入中間罐34。該要凈皮蒸餾的液體將通過閥37 與從罐15，，出來的干凈蒸餾液體混合或用于冷卻冷凝器。來自罐15， 的蒸發(fā)工作流體進(jìn)入壓縮機(jī)9，在罐15，中留下液體，所述罐15，中的 液體在廢熱產(chǎn)品中被濃縮。這些廢熱產(chǎn)品可以通過排泄系統(tǒng)35排出。 從膨脹器7和壓縮機(jī)9中排出的冷凝后工作流體在罐15，，中聚集，從 該罐15"中可以排出蒸餾液體，例如通過排泄系統(tǒng)36的水僅僅在噴霧 系統(tǒng)38中使用，以將送入冷凝器的入口空氣冷卻。
權(quán)利要求
1.一種冷卻裝置，包括-用于通過供熱循環(huán)(5，7，24，16，4，3)傳遞流體的液泵(4)，-用于加熱供熱循環(huán)(5，7，24，16，4，3)中的流體的外部熱源(1，2)，-具有膨脹器入口和膨脹器出口的膨脹器(7)，膨脹器入口具有連接到外部熱源(1，2)的流體連接部(5)，用于接收氣態(tài)流體以通過膨脹所述流體來驅(qū)動(dòng)膨脹器(7)，-具有壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)出口的壓縮機(jī)(9)，所述壓縮機(jī)由膨脹器(7)驅(qū)動(dòng)，用于將工作流體從低壓壓縮機(jī)入口氣體壓縮到高壓壓縮機(jī)出口氣體，-具有連接到壓縮機(jī)出口的流體連接部(21)的第一熱交換器(22)，并且所述第一熱交換器連接到膨脹器入口，用于將熱量從高壓壓縮機(jī)出口氣體傳遞到供熱循環(huán)中的所述流體，-具有冷凝器的第二熱交換器(13)，用于將從膨脹器出來的工作流體通過能量傳遞冷凝到更低溫度的第二流體，-具有蒸發(fā)器的第三熱交換器(18)，用于使從第二熱交換器(13)出來的工作流體通過與第三流體(19)進(jìn)行能量傳遞而蒸發(fā)，并且用于在第三流體(19)中產(chǎn)生期望的冷卻效果，其特征在于第一熱交換器(22)在外部熱源(1，2)和膨脹器(7)入口之間連接到供熱循環(huán)。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中第一熱交換器(22)構(gòu)造成用 于升高來自外部熱源(1, 2)的流體的溫度。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述溫度的升高適于將工作流 體從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。
4. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中工作流體是水。
5. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中膨脹器具有第一膨脹器 級(jí)(7，)和第二膨脹器級(jí)(7")并且可選擇地包括另外的膨脹器級(jí)，設(shè)置一加熱裝置，用于將熱量傳遞到第一膨脹器級(jí)(7，)和第二膨脹 器級(jí)(7")之間的氣態(tài)流體。
6. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中壓縮機(jī)具有第一壓縮機(jī) 級(jí)(9，)和第二壓縮機(jī)級(jí)(9")，并且可選擇地包括另外的壓縮機(jī)級(jí)。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中加熱裝置是第四熱交換器 (27),所述第四熱交換器(27)具有連接到第一熱交換器(22)的下 游流體連接部(28 )。
8. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中到膨脹器(7)出口的 一膨脹器出口流體連接部(24 )和到壓縮機(jī)(9 )出口的一壓縮機(jī)出口 流體連接部(23)通過一減壓閥(25)相互連接。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述閥連接到第二熱交換器 (13)下游的所述膨脹器出口流體連接部(24)，并且其中所述閥連接 到第二熱交換器(13)上游的壓縮機(jī)出口流體連接部(23)。
10. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中設(shè)置一第五熱交換器， 用于從壓縮機(jī)(9)出口的流體傳遞熱量到壓縮機(jī)(9)入口的流體。
11. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中外部熱源(1， 2)包 括太陽能加熱器(1)。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中太陽能加熱器(1)構(gòu)造成給流體循環(huán)中的流體提供70 °c -120 x:的溫度。
13. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中太陽能加熱器(1)與太陽 能集熱器結(jié)合，構(gòu)造用于給流體循環(huán)中的流體提供上至500 °C的溫度。
14. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中在膨脹器(7)之前的 供熱循環(huán)中工作流體的壓力小于2個(gè)大氣壓。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中在膨脹器(7)之前的供熱 循環(huán)中工作流體的壓力大約為大氣壓力。
16. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中設(shè)置一第六熱交換器 (30)，用于在壓縮機(jī)(7)的出口流體連接部(21， 23)和外部熱源(1， 2)上游的工作流體之間進(jìn)行熱量傳遞。
17. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中膨脹器和/或壓縮機(jī)可以是軸向或徑向型渦輪式，或上述兩種類型的結(jié)合。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中膨脹器的轉(zhuǎn)速在50,000到 250，000rpm之間。
19. 如上述任一權(quán)利要求所述的裝置的應(yīng)用，該裝置對(duì)水進(jìn)行蒸 餾，以用來對(duì)送入冷凝器(13)的空氣進(jìn)行加濕。
全文摘要
用于冷卻的裝置，包括用于通過供熱循環(huán)傳遞流體的液泵，用于加熱供熱循環(huán)中流體的外部熱源，例如直接連接到供熱循環(huán)或通過熱交換器連接的太陽能加熱器，具有膨脹器入口和膨脹器出口的膨脹器，膨脹器入口具有到外部熱源的流體連接部，用于接收氣態(tài)流體以通過膨脹所述流體來驅(qū)動(dòng)膨脹器，具有壓縮機(jī)入口和壓縮機(jī)出口的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)由膨脹器驅(qū)動(dòng)，用于將工作流體從低壓壓縮機(jī)入口氣體壓縮到高壓壓縮機(jī)出口氣體，具有連接到壓縮機(jī)出口的流體連接部的第一熱交換器，并且所述第一熱交換器連接到膨脹器入口，用于將熱量從高壓壓縮機(jī)出口氣體傳遞到供熱循環(huán)中的所述流體，具有冷凝器的第二熱交換器，用于將膨脹器出來的工作流體通過能量傳遞冷凝到更低溫度的第二流體，例如室外空氣，具有蒸發(fā)器的第三熱交換器，用于使從第二熱交換器出來的工作流體通過與第三流體進(jìn)行能量傳遞而蒸發(fā)，并且用于在第三流體中產(chǎn)生期望的冷卻效果。特別是根據(jù)本發(fā)明，第一熱交換器在外部熱源和膨脹器入口之間連接到供熱循環(huán)。
文檔編號(hào)F01K25/08GK101278105SQ200680036773
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月4日
發(fā)明者G·明德斯, J·S·詹森, S·明德斯 申請(qǐng)人:Ac-Sun控股有限責(zé)任公司