專利名稱：使用壓縮空氣能量和/或來(lái)自脫鹽過(guò)程的冷凍水的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)的制作方法
使用壓縮空氣能量和/或來(lái)自脫鹽過(guò)程的冷凍水的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)
背景技術(shù)：
在美國(guó)的許多地區(qū)中，空氣調(diào)節(jié)需求是相當(dāng)大的，特別在夏天的幾個(gè)月期間。在一些州中，例如南方的佛羅里達(dá)和德克薩斯以及其它州，這些需求在一年的大部分時(shí)間內(nèi)都是相當(dāng)大的。不僅在使用大的窗戶時(shí)高的室外溫度影響室內(nèi)溫度，而且通常對(duì)于冷卻以抵消溫室效應(yīng)有實(shí)質(zhì)上增加的需求，溫室效應(yīng)可導(dǎo)致熱量被俘獲在室內(nèi)。在氣候溫暖的區(qū)域，對(duì)空氣調(diào)節(jié)的需要可導(dǎo)致相當(dāng)一部分能量消耗被專用于空氣調(diào)節(jié)需要，s卩，空氣調(diào)節(jié)可變成重要因素并且/或占據(jù)全部能量消耗的很大百分比，因此，使家或辦公室保持涼爽的成本可能變成沉重負(fù)擔(dān)。
與使建筑物保持涼爽相關(guān)的另一問(wèn)題是能量需求通常在白天達(dá)到高峰，這又提高了這些時(shí)段內(nèi)的能量費(fèi)率。也就是說(shuō)，空氣調(diào)節(jié)需求通常在白天最高，白天是太陽(yáng)正在照射并且室外溫度最高的時(shí)候。那時(shí)也是絕大多數(shù)業(yè)務(wù)正在進(jìn)行的時(shí)候，使得他們傾向于抬高那些時(shí)段內(nèi)的能量費(fèi)率。很多公用事業(yè)公司在白天高峰時(shí)段內(nèi)收費(fèi)更多以抵消較高的需求。在夏天最熱的幾個(gè)月期間尤其如此。在冬天的幾個(gè)月期間，當(dāng)加熱需求大于冷卻需求時(shí)，兩者之間的關(guān)聯(lián)沒(méi)那么強(qiáng)。在冬天的幾個(gè)月期間，通常白天比夜間更暖，因此，白天的總能量需求通常不如它們?cè)谙奶鞎r(shí)高。然而，能量成本在最高需求時(shí)段內(nèi)達(dá)到最高，維持家或辦公室里舒適溫度的成本可能驚人地高。
由于這些問(wèn)題，過(guò)去已經(jīng)嘗試開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)使用替代能量源來(lái)降低高需求時(shí)段內(nèi)的總能源成本。例如，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出太陽(yáng)能系統(tǒng)并用于向家和辦公室提供額外的加熱。然而，由于其本身的性質(zhì)，來(lái)源于太陽(yáng)的能量不能在正常情況下高效地用于冷卻目的。雖然太陽(yáng)能可轉(zhuǎn)化為電，并且隨后該電可用于向空調(diào)系統(tǒng)提供 動(dòng)力，但轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電的成本可能高得驚人。
過(guò)去的系統(tǒng)也己經(jīng)使用諸如風(fēng)的其它天然替代能量源來(lái)發(fā)電，該 電然后可用于加熱和冷卻。然而，使用風(fēng)的困難在于風(fēng)不可能總是在 需要時(shí)吹刮。例如，風(fēng)可能不可預(yù)測(cè)且不確定，其中風(fēng)在能量需求最 高的時(shí)段內(nèi)可能不以足夠的力和規(guī)律吹刮。實(shí)際上，在許多情況下， 風(fēng)可能在夜間刮得更猛且更持續(xù)，而如上所述，對(duì)能量的需求可能在 白天最大。
為了解決這些困境，已經(jīng)嘗試儲(chǔ)存由風(fēng)產(chǎn)生的能量，使得它可以
在以后最需要它的時(shí)候使用。過(guò)去的嘗試包括使用大約10到50kW功
率的小風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，這種風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)在過(guò)量風(fēng)力時(shí)段內(nèi)使用 電池來(lái)儲(chǔ)存能量以彌補(bǔ)風(fēng)力不足的時(shí)候。也存在一些方案，這些方案 設(shè)計(jì)成將風(fēng)能以壓縮空氣能量的形式儲(chǔ)存在地下洞穴中，它使用補(bǔ)充 燃燒來(lái)提高改進(jìn)電力輸出。盡管儲(chǔ)存由風(fēng)產(chǎn)生的能量的這些嘗試有一 些優(yōu)點(diǎn)，但它們也有一定的缺點(diǎn)，使得它們難以使用或效率低。
當(dāng)前使用的且已經(jīng)相對(duì)成功地降低能量成本的一種類型的空調(diào)系
統(tǒng)是熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)(TES)。在這種系統(tǒng)中，水通常在電費(fèi)率相對(duì)低的 時(shí)段內(nèi)被冷凍，然后該冷凍水儲(chǔ)存在大的儲(chǔ)存罐中，使得冷凍水能夠 在以后(即，當(dāng)電費(fèi)率相對(duì)高的時(shí)候)用于向空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻。該 系統(tǒng)在能量費(fèi)率相對(duì)低時(shí)(例如在夜間)對(duì)水進(jìn)行冷凍，并隨后將它 儲(chǔ)存在水溫分層罐中，使得以后在最需要它的時(shí)候(即，在白天高峰 時(shí)段內(nèi))，它能夠用于向相關(guān)的設(shè)施提供冷卻。這使得該設(shè)施能夠在 相對(duì)低能量成本的時(shí)段內(nèi)(即在夜間)消耗來(lái)自公用電網(wǎng)的電能，然 后在相對(duì)高能量成本的時(shí)段內(nèi)(即白天)用于冷卻該設(shè)施，其中能夠 降低總能量成本。
然而，這些系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是必須直接從公用事業(yè)公司購(gòu)買能量，
8雖然它可以在非高峰時(shí)段內(nèi)以較低的費(fèi)率購(gòu)買。由于這些原因，需要 一種能夠用于向空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)，該方法和系 統(tǒng)不僅能夠在白天高峰時(shí)段內(nèi)運(yùn)行，而且也能夠進(jìn)一步降低最終用戶 的成本和總的能量用量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種能夠降低最終用戶的能量成本的改進(jìn)的冷卻方法 和系統(tǒng)，包括適于與熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)相結(jié)合地運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)和/或壓縮 空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)選適于與壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)相 結(jié)合地運(yùn)行，該壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)優(yōu)選具有壓縮機(jī)和壓縮空氣儲(chǔ) 存罐，能夠在一段延長(zhǎng)的時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)存壓縮空氣形式的能量。在此實(shí)施 例中，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的能量?jī)?yōu)選但非必須由風(fēng)產(chǎn)生?？梢栽诓呗陨喜贾?并改變一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)，使得它們能高效地產(chǎn)生風(fēng)能并且在持 續(xù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生用于壓縮機(jī)的能量。風(fēng)力渦輪機(jī)可設(shè)有能發(fā)電的發(fā)電 機(jī)，其中該電可由任何關(guān)聯(lián)的設(shè)施、用戶或電網(wǎng)立即使用。該系統(tǒng)使 得風(fēng)能可以在風(fēng)最可用時(shí)(例如在夜間)或者風(fēng)持續(xù)吹刮的任何其它 時(shí)間產(chǎn)生，并隨后被儲(chǔ)存以供以后使用。
該優(yōu)選的系統(tǒng)優(yōu)選具有渦輪膨脹機(jī)，以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間釋放壓縮空 氣能量，使得當(dāng)壓縮空氣釋放時(shí)，所產(chǎn)生的能量能夠按以下形式被使 用1)由結(jié)合壓縮空氣能量系統(tǒng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電；或2)在釋 放壓縮空氣時(shí)作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的冷空氣。兩種形式的能量?jī)?yōu)選在一起 產(chǎn)生的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，使得在任何給定時(shí)間均能夠高效地利用這兩種形 式的能量中的一種或另一種或者兩種。在這方面，認(rèn)為壓縮空氣能量 儲(chǔ)存系統(tǒng)以相對(duì)低的、即接近大約30%的效率發(fā)電。在另一方面，通 過(guò)同時(shí)一起產(chǎn)生電和冷空氣，并將冷空氣用于次級(jí)目的，所述系統(tǒng)的 效率能夠提高到高得多的效率、即達(dá)到大約60%以上，這是所希望的。在這個(gè)實(shí)施例中，在釋放壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的冷空氣可用于另外的 冷卻目的，例如用于空氣調(diào)節(jié)、制冷和/或脫鹽，如將要討論的。此外， 所述系統(tǒng)的這個(gè)實(shí)施例優(yōu)選能夠從儲(chǔ)存冷凍水時(shí)(它可以在更合適的 時(shí)間)延遲到要使用該冷凍水時(shí)的時(shí)刻。例如，在該實(shí)施例的一個(gè)變 體中，能量能夠以壓縮空氣的形式儲(chǔ)存，使得它可以在以后被使用， 即當(dāng)需要能量時(shí)和/或時(shí)間更方便時(shí)使用。在第二變體中，由于壓縮空 氣被壓縮而未首先儲(chǔ)存，所以不是首先儲(chǔ)存壓縮空氣能量，而是能夠 立即釋放壓縮空氣能量。在任一種情況下，在釋放壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的 膨脹空氣不僅能夠用于發(fā)電，而且也能夠用于產(chǎn)生冷空氣，該冷空氣 可用于產(chǎn)生冷凍水。冷凍水然后能儲(chǔ)存在分離(溫度分層)罐中，在 分離(溫度分層)罐中，能量能夠以冷凍水而不是壓縮空氣的形式儲(chǔ) 存。在第三變體中，根據(jù)所述系統(tǒng)的需求，可改變所述系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)兩 者，即， 一些壓縮空氣能量可儲(chǔ)存以供以后使用， 一些壓縮空氣能量 可立即使用而不首先儲(chǔ)存它，從而產(chǎn)生隨后可儲(chǔ)存在分離罐中的冷凍 水。
來(lái)自渦輪膨脹機(jī)的冷空氣可用于的次級(jí)目的之一是使用脫鹽系統(tǒng) 凈化水。
本發(fā)明的脫鹽系統(tǒng)優(yōu)選適于從海水或從微咸水或其它形式的非純 凈水(下文中統(tǒng)稱為"海水")中去除鹽和其它雜質(zhì)。在本實(shí)施例中， 脫鹽系統(tǒng)優(yōu)選包括結(jié)晶室，該結(jié)晶室可用于去除鹽和其它雜質(zhì)，在該 結(jié)晶室中可產(chǎn)生凈化水。優(yōu)選地，脫鹽系統(tǒng)優(yōu)選以細(xì)霧或噴霧的形式 將海水噴射到結(jié)晶室中，并且優(yōu)選將來(lái)自渦輪膨脹機(jī)的冷空氣引入到 所述室中，從而將所述細(xì)霧或噴霧暴露在很冷的空氣中。這導(dǎo)致海水
微滴過(guò)冷，遠(yuǎn)低于-6華氏度，并且快速凍結(jié)，從而例如在結(jié)晶室的頂 部形成過(guò)冷冰粒。在這些冰粒落到結(jié)晶室的底部上時(shí)，該系統(tǒng)可達(dá)到 大約-6華氏度的平衡溫度。海水的凍結(jié)使得能浮起的純水冰粒能夠形 成在結(jié)晶室的底部，從而將鹽和其它雜質(zhì)留在密度相對(duì)較大的鹽水中。(1)通過(guò)重力和(2)通過(guò)在結(jié)晶室中添加淡水來(lái)排開(kāi)層狀附著
在每個(gè)冰粒周圍的粘性鹽水，能夠使高密度液態(tài)鹽水與低密度淡水冰
粒分離。淡水凍結(jié)并把鹽水排到重力流中；成批凍結(jié)的這些加入的水 在以后回收以便重新使用。用于加水的參數(shù)與在常規(guī)洗滌柱中使用的 那些參數(shù)相同，除了這些水在微滴落到底部時(shí)逐層噴灑到冰體上。
過(guò)冷冰粒和鹽水一起產(chǎn)生溫度為大約-6華氏度的混合物，其中低 密度淡水冰粒漂浮在濃縮鹽水中。大部分液態(tài)鹽水通過(guò)排水被去除。 冰粒上的任何殘留液態(tài)鹽水均能夠常規(guī)洗滌柱中進(jìn)一步去除。
因此，脫鹽系統(tǒng)具有用于使冰粒與鹽水分離的裝置，以確保從冰 粒中移除任何殘留的鹽或其它雜質(zhì)。當(dāng)冰粒融化時(shí)，僅留下純水。這 些冰粒(被冷卻到稍暖于-6華氏度以保證固態(tài)冰相和液態(tài)鹽水相的形 成)優(yōu)選被分配到小的保持罐或其它容器中，并與另外的淡水(例如 之前已經(jīng)由所述系統(tǒng)凈化的水，該水可處于室溫下)混合并且隨后允 許該冰粒融化。通過(guò)將過(guò)冷冰粒與另外的水混合，所述系統(tǒng)能夠產(chǎn)生 非常冷的飲用淡水，即處于或接近凝固溫度。例如，對(duì)于熱能儲(chǔ)存系 統(tǒng)，如將要討論的，對(duì)于進(jìn)入分離罐的輸入來(lái)說(shuō)最終溫度優(yōu)選為大約 +40華氏度，雖然對(duì)于其它目的，如果需要的話，該水可大約為+32華 氏度到+60華氏度或更高。
由脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凍淡水然后可分配到熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)，該冷凍 淡水可以儲(chǔ)存在該熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中并然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間用于向空調(diào)系 統(tǒng)提供冷卻，然后該空調(diào)系統(tǒng)可用于冷卻設(shè)施，如將要討論的。在此 最后的方面，優(yōu)選的實(shí)施例優(yōu)選包括分離或分層罐，來(lái)自結(jié)晶室的冷 凍純水可分配并儲(chǔ)存到該分離或分層罐中。通過(guò)設(shè)置分離罐，最冷的 水將留在罐的底部，而相對(duì)暖的水將留在罐的頂部，使得最冷的水能 夠從底部抽出并被空調(diào)系統(tǒng)使用，即當(dāng)對(duì)空氣調(diào)節(jié)的需求較高時(shí)。通 過(guò)使分離罐中的水保持相對(duì)靜止，冷水和溫水將維持分層，其中最冷 的水隨后可在底部得到并用于向空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻。例如，位于頂部的相對(duì)暖的水也可用作飲用水，或用于脫鹽系統(tǒng)中的洗滌柱。
所述空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)選具有管和/或盤管，來(lái)自分離罐的冷凍水可通過(guò) 該管和/或盤管來(lái)管道輸送。這樣，冷凍水可穿過(guò)位于中央空氣調(diào)節(jié)室 中的管和/或盤管的內(nèi)部，使得在所述室內(nèi)循環(huán)的空氣可通過(guò)熱交換來(lái) 冷卻。也就是說(shuō)，當(dāng)空氣穿過(guò)和越過(guò)冷凍管和/或盤管時(shí)，圍繞相對(duì)冷 的管和/或盤管的相對(duì)暖的空氣將變冷，并隨后能夠例如通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng) 分配到整個(gè)設(shè)施以向所述設(shè)施或其它用戶提供冷空氣。從結(jié)晶室中排 出的來(lái)自渦輪膨脹機(jī)的冷空氣也可用于向所述設(shè)施直接提供冷空氣。 冷凍水也能夠以冷凍水的形式、例如通過(guò)絕熱管網(wǎng)絡(luò)分配到其它鄰近 設(shè)施，其中可擴(kuò)展該系統(tǒng)以向附近的另外設(shè)施提供另外的冷卻能力。
由于所述系統(tǒng)優(yōu)選使用來(lái)自脫鹽系統(tǒng)的淡水作為冷凍介質(zhì)，所以該水 隨后優(yōu)選從空調(diào)系統(tǒng)分配回去，以便分配為飲用淡水、用于所述設(shè)施 或用于任何其它目的。
雖然常規(guī)TES通常以閉環(huán)方式運(yùn)行，使得不向該系統(tǒng)中加水或從
系統(tǒng)中去除水，但所述脫鹽系統(tǒng)不是這種情況。例如，在常規(guī)TES中， 冷水沿一個(gè)方向從分層罐的底部循環(huán)到位于遠(yuǎn)處的HVAC系統(tǒng)以使空 氣變冷，其中在冷水已經(jīng)穿過(guò)熱交換盤管之后，相對(duì)暖的水返回到分 層罐的頂部。該系統(tǒng)也可將相對(duì)暖的水沿相反反向從分層罐的頂部循 環(huán)到位于遠(yuǎn)處的HVAC系統(tǒng)以加溫空氣，其中在暖水已經(jīng)穿過(guò)熱交換 器盤管之后，相對(duì)冷的水返回到分層罐的底部。
然而，在本脫鹽實(shí)施例中，在結(jié)晶室(和洗滌柱)中產(chǎn)生冷凍的 飲用淡水，該冷凍的飲用淡水隨后可添加到分離罐，因而不希望所述 系統(tǒng)以閉環(huán)方式運(yùn)行。而是，希望淡水在它已經(jīng)穿過(guò)空調(diào)系統(tǒng)之后被 去除并返回到所述設(shè)施，使得該淡水可用作飲用淡水。因此，需要確 保分離罐保持充滿的傳感器和邏輯電路，例如分別儲(chǔ)存任何過(guò)量冷凍 水的系統(tǒng)或者在分離罐充滿時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的系統(tǒng)。在這^^實(shí)施例中，以下是所述系統(tǒng)需要的的兩個(gè)輸入1)由風(fēng)力 渦輪機(jī)俘獲的風(fēng)能；和2)用于脫鹽系統(tǒng)的海水。除了來(lái)自風(fēng)力渦輪發(fā) 電機(jī)的即時(shí)電輸出之外，以下是能夠在延時(shí)的基礎(chǔ)上提供的可能輸出， 使得它們能夠在最需要它們的時(shí)候被使用1)由渦輪膨脹機(jī)釋放的壓 縮空氣產(chǎn)生的電；2)由渦輪膨脹機(jī)釋放的壓縮空氣產(chǎn)生的冷空氣；3) 在結(jié)晶室中通過(guò)使用由渦輪膨脹機(jī)釋放的冷空氣而產(chǎn)生的用于凈化目 的的凈化水；4)儲(chǔ)存在分離罐中的由脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凍淡水；5) 通過(guò)使冷凍淡水從分離罐穿過(guò)空調(diào)系統(tǒng)中的管和/或盤管而能夠產(chǎn)生的 冷空氣；和6)含有鹽和其它雜質(zhì)、礦物等的鹽水的回收物。此外，當(dāng) 渦輪膨脹機(jī)釋放冷空氣(它開(kāi)始于-120華氏度和-175華氏度之間)時(shí)， 該系統(tǒng)產(chǎn)生冷的排氣并用于脫鹽，這導(dǎo)致溫度為大約-6華氏度的冷空 氣。該系統(tǒng)優(yōu)選使用兩個(gè)不同儲(chǔ)存裝置中的一種或兩種以將能量的使 用從能量可用的時(shí)刻延遲到需要能量的時(shí)刻，包括1)壓縮空氣能量 儲(chǔ)存系統(tǒng)，它能夠儲(chǔ)存壓縮空氣形式的能量；和/或2)分離(水溫分 層)罐，它能夠以冷凍水的形式儲(chǔ)存能量。通過(guò)僅使用上述兩種輸入 和兩種儲(chǔ)存介質(zhì)，通過(guò)能夠在延時(shí)的基礎(chǔ)上提供上述兩種輸出，該優(yōu) 選實(shí)施例能夠明顯提高該系統(tǒng)的總效率。
在使用淡水并且/或不需要海水脫鹽的替代實(shí)施例中，代替上述結(jié) 晶室，可使用用于保持淡水或其它液體的混合室和分離罐。在這種情 況下，來(lái)自渦輪膨脹機(jī)的冷空氣優(yōu)選被分配到混合室中，其中優(yōu)選設(shè) 置用于將冷空氣引入到混合室中的裝置。例如，這可以通過(guò)將冷空氣 作為微小氣泡噴入并使這些氣泡從下面進(jìn)入混合室來(lái)實(shí)現(xiàn)。混合室中 的水或液體因此循環(huán)并被該冷空氣冷凍?；旌鲜抑械睦鋬鏊蛞后w隨 后能夠分配到分離罐中，該冷凍水或液體可儲(chǔ)存在該分離罐中并在以 后由空調(diào)系統(tǒng)使用，如上所述。
在這種情況下，分離罐優(yōu)選具有上部和下部，其中來(lái)自混合室的 冷凍水能夠引入到該罐的下部。這樣，當(dāng)需要冷凍水來(lái)向空調(diào)系統(tǒng)提 供冷卻時(shí)，能夠?qū)⒗鋬鏊蓮姆蛛x罐的下部抽出并隨后分配到空氣調(diào)
13節(jié)器，該空氣調(diào)節(jié)器然后可用于使空氣冷卻。通過(guò)使分離罐中的水保 持相對(duì)靜止，并且使水保持相對(duì)緩慢地流入和流出所述罐，冷凍水將 留在罐的底部，而相對(duì)暖的水將留在罐的頂部。
優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，該系統(tǒng)形成閉環(huán)，并且分離罐的上部具 有上入口和上出口，而下部具有下入口和下出口。這樣，來(lái)自混合室 的冷凍水能夠通過(guò)下入口分配到分離罐的下部并隨后被儲(chǔ)存。然后， 當(dāng)需要時(shí)，可通過(guò)下出口從分離罐的下部抽出來(lái)自分離罐的冷凍水， 以向空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻。然后，在冷凍水已經(jīng)穿過(guò)空調(diào)系統(tǒng)并且已經(jīng) 熱交換之后，來(lái)自空調(diào)系統(tǒng)的相對(duì)暖的水可通過(guò)上入口循環(huán)回分離罐 的上部，水可再一次儲(chǔ)存在分離罐中。最后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，來(lái)自分 離罐上部的相對(duì)暖的水能夠通過(guò)上出口循環(huán)回混合室，使得它可被重 新冷凍以再次開(kāi)始所述循環(huán)。
當(dāng)包含熱交換器盤管的地方需要加熱時(shí)，從分離罐開(kāi)始的循環(huán)可 以反過(guò)來(lái)，使得來(lái)自分離罐頂部的暖水被傳送到熱交換器盤管以加熱
該盤管和HVAC空氣。經(jīng)過(guò)熱交換器盤管的冷空氣將使返回到分離罐 底部的水冷凍。當(dāng)冷水和熱水分界面達(dá)到分離罐的頂部時(shí)，該過(guò)程中 斷。當(dāng)來(lái)自混合室的冷水被添加到分離罐的底部時(shí)，必須從分離罐的 頂部取出等量的溫水，以適應(yīng)分離罐的固定容積。分離罐容積被設(shè)置 成適當(dāng)大小，使得在白天有足夠的冷凍水來(lái)滿足冷空氣調(diào)節(jié)需求。
在這個(gè)實(shí)施例中，需要以下輸入1)由風(fēng)力渦輪機(jī)俘獲的風(fēng)能； 和2)來(lái)自任何源的水或液體。除了由風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的即時(shí)電輸 出之外，以下是可在延時(shí)的基礎(chǔ)上提供的可能輸出，使得它們能夠在 最需要它們的時(shí)候被使用1)由渦輪膨脹機(jī)釋放的壓縮空氣產(chǎn)生的電； 2)由渦輪膨脹機(jī)釋放的壓縮空氣產(chǎn)生的冷空氣；3)由渦輪膨脹機(jī)釋 放的冷空氣產(chǎn)生的冷凍水或液體，該冷凍水或液體通過(guò)使冷空氣穿過(guò) 混合室而產(chǎn)生，其中冷凍水或液體被儲(chǔ)存在分離罐的底部；和4)所述 設(shè)施處的冷空氣，它可通過(guò)使冷凍水或液體從分離罐的底部穿過(guò)空調(diào)系統(tǒng)中的管和/或盤管而產(chǎn)生。此外，當(dāng)開(kāi)始于-120華氏度和-175華氏 度之間的冷空氣用于將混合室中的水或液體冷凍到大約+40華氏度時(shí)， 該系統(tǒng)產(chǎn)生冷的排氣。如所述優(yōu)選實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例優(yōu)選使用兩個(gè) 不同儲(chǔ)存裝置中的一種或兩種以將能量的使用從能量可用的時(shí)刻延遲 到需要能量的時(shí)刻，包括1)壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存罐，它能夠儲(chǔ)存壓縮 空氣能量形式的能量；和/或2)分離罐，它能夠以冷凍水的形式儲(chǔ)存 能量。通過(guò)僅使用上述兩種輸入和兩種儲(chǔ)存介質(zhì)，通過(guò)能夠在延時(shí)的 基礎(chǔ)上提供上述兩種輸出，該優(yōu)選實(shí)施例能夠明顯提高該系統(tǒng)的總效 率。在另一實(shí)施例中，產(chǎn)生壓縮空氣能量所需的能量可由除風(fēng)力渦輪 機(jī)之外的裝置提供。例如，除了必須使用風(fēng)力渦輪機(jī)，或使用可能無(wú) 法預(yù)測(cè)且不確定的風(fēng)能，這些系統(tǒng)例如在非高峰時(shí)段、即在白天可使 用來(lái)自電網(wǎng)的能量，包括地?zé)崮芎秃四埽谶@種情況下，能夠以較低 的能量費(fèi)率獲得所用的能量以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。例如，在夜間，來(lái)自電網(wǎng) 的能量可用于將空氣壓縮到壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中，壓縮空氣可儲(chǔ) 存在壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中，然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，壓縮空氣可由渦 輪膨脹機(jī)釋放以產(chǎn)生電和/或冷空氣。如前所述，冷空氣可用于冷凍和/ 或?qū)λM(jìn)行脫鹽，使得冷凍水也可能儲(chǔ)存在分離罐中，然后可使該冷 凍水以后用于空調(diào)系統(tǒng)。由于在費(fèi)率相對(duì)低時(shí)可儲(chǔ)存來(lái)自電網(wǎng)的能量， 并且該能量可在以后使用，所以通過(guò)在需求和費(fèi)率低時(shí)購(gòu)買能量，然 后在需求和費(fèi)率高時(shí)使用該能量，本實(shí)施例能夠降低使用能量的總成 本。為了它們的理想性能，燃燒驅(qū)動(dòng)的電網(wǎng)、地?zé)崮芎秃四茉磧?yōu)選以 穩(wěn)定的輸出連續(xù)運(yùn)行。不幸的是，夜間動(dòng)力需求降低。因此，這里描 述的能量?jī)?chǔ)存技術(shù)特別適用。在其它實(shí)施例中，不是使用壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能 夠通過(guò)使用常規(guī)水凍結(jié)脫鹽系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生要儲(chǔ)存在分離罐中的冷凍水，該水凍結(jié)脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生低溫以凍結(jié)海水并產(chǎn)生冷凍的凈化水。這樣， 作為使用常規(guī)脫鹽系統(tǒng)來(lái)凈化水的結(jié)果而產(chǎn)生的低排出溫度將不會(huì)浪 費(fèi)，而是能夠用于使水冷凍，該冷凍水隨后可儲(chǔ)存在分離罐中并在以 后對(duì)空氣調(diào)節(jié)的需求較大時(shí)使用。


圖1是示出本發(fā)明的通用部件實(shí)施例的示意圖。 圖la是示意圖，示出該通用系統(tǒng)如何能用來(lái)產(chǎn)生用于即時(shí)使用的 電，并在夜間產(chǎn)生能量以將能量?jī)?chǔ)存在壓縮空氣能量系統(tǒng)中。圖2是示意圖，示出通用系統(tǒng)的次級(jí)壓縮機(jī)部件以及脫鹽室。圖2a是示意圖，示出由能量源產(chǎn)生的壓縮空氣能量如何能夠用來(lái) 產(chǎn)生冷空氣而不是首先儲(chǔ)存該壓縮空氣能量。圖2b和2c是與次級(jí)壓縮機(jī)和用于使冷空氣保持冷卻的熱交換器 有關(guān)的數(shù)據(jù)表。圖2d和2e是示出不同的渦輪膨脹機(jī)排氣的圖表。圖3示出風(fēng)力渦輪機(jī)的示意圖。雖然該圖示出位于塔的底部的電 動(dòng)機(jī)4和壓縮機(jī)10，但本發(fā)明考慮存在兩種驅(qū)動(dòng)該壓縮機(jī)的方法第 一，發(fā)電機(jī)可位于風(fēng)力渦輪機(jī)的短艙中，其中來(lái)自該發(fā)電機(jī)的電可傳 輸?shù)剿乱则?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)而又驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。第二，可在短 艙中設(shè)置齒輪系，其中風(fēng)力渦輪機(jī)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)能量可傳輸?shù)剿?，?用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，而不必首先將旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化為電。第一種方法 是優(yōu)選的使用方法。第二種方法提供更高效的傳動(dòng)，但需要適當(dāng)?shù)慕Y(jié) 構(gòu)穩(wěn)定性考慮。圖4示出連接到分離罐的混合室的示意圖。圖5示出連接到空調(diào)系統(tǒng)的分離罐的示意圖。圖6a示出具有結(jié)晶室的脫鹽系統(tǒng)的示意圖，該結(jié)晶室使用冷空氣 來(lái)凍結(jié)作為細(xì)霧或噴霧噴射到該室中的海水微粒。圖6b是圖6a所示的脫鹽系統(tǒng)的示意圖，示出冰粒如何積聚在該 室的底部，其中多孔籃用于去除冰。圖6c是圖6a所示的脫鹽系統(tǒng)的示意圖，示出如何能夠從所述室中去除冰粒，以及如何使用保持罐中的洗滌柱使冰粒融化。圖6d是圖6a所示的脫鹽系統(tǒng)的示意圖，示出如何能夠從所述室 中去除冰粒，以及如何使用局部熱空氣使冰粒融化，其中多孔籃用于 去除冰。圖7是示出圖1的通用部件實(shí)施例的示意圖，其中風(fēng)力用于產(chǎn)生 最大電力。圖8是示出圖1的通用部件實(shí)施例的示意圖，其中風(fēng)力用于發(fā)電 并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)冷卻的冷空氣。圖9是示出圖1的通用部件實(shí)施例的示意圖，其中風(fēng)力用于發(fā)電 并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)冷卻和用于延時(shí)冷卻的冷空氣。圖IO是示出圖1的通用部件實(shí)施例的示意圖，其中風(fēng)力用于發(fā)電 并伴隨產(chǎn)生用于脫鹽、即時(shí)冷卻和延時(shí)冷卻的冷空氣。圖11是示出當(dāng)儲(chǔ)存罐充滿時(shí)圖1的通用部件實(shí)施例的示意圖，其 中風(fēng)力用于發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)冷卻和延時(shí)冷卻的冷空氣。圖12是示出當(dāng)儲(chǔ)存罐充滿時(shí)圖1的通用部件實(shí)施例的示意圖，其 中風(fēng)力用于發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于脫鹽、即時(shí)冷卻和延時(shí)冷卻的冷空氣。
具體實(shí)施方式
1.系統(tǒng)部件圖1是示出包含單個(gè)系統(tǒng)1中的所有情況的所有部件和特征的通用實(shí)施例的示意圖。 一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)1包含能量源3;初級(jí)壓縮機(jī) 10;壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存罐5;用于釋放壓縮空氣的渦輪膨脹機(jī)7;渦輪 發(fā)電機(jī)14，用于使用壓縮空氣發(fā)電；脫鹽系統(tǒng)9，用于使用由渦輪膨 脹機(jī)產(chǎn)生的冷空氣來(lái)產(chǎn)生冷的淡水；混合室11，用于使用冷空氣來(lái)產(chǎn) 生冷凍水；熱能儲(chǔ)存單元13，它具有用來(lái)儲(chǔ)存冷凍水的分離罐；和空 調(diào)系統(tǒng)15，它使用冷凍水來(lái)產(chǎn)生用于冷卻的冷空氣。這里也可以有次 級(jí)壓縮機(jī)34、另外的熱交換器等。主系統(tǒng)部件由以下項(xiàng)組成 能量源17 混合室 脫鹽系統(tǒng) 熱能儲(chǔ)存系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)A.能量源能夠結(jié)合系統(tǒng)1使用的能量源3可以為任何常規(guī)的手段，例如來(lái) 自電網(wǎng)3b的標(biāo)準(zhǔn)電力、地?zé)崮?c、核能3d等，但在優(yōu)選實(shí)施例中， 該能量源是由如圖3所示的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)19產(chǎn)生的風(fēng)力3a。可以使用常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)19,其中每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)站優(yōu)選包括塔 21，水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)位于該塔21上。塔21優(yōu)選地豎立以將風(fēng)力 渦輪機(jī)19定位在預(yù)定高度，并且每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)風(fēng)。風(fēng)力渦 輪機(jī)19可安裝在塔21的頂部，葉片或風(fēng)扇23繞水平定向的旋轉(zhuǎn)軸18 定位。齒輪箱和發(fā)電機(jī)可位于風(fēng)力渦輪機(jī)19的短艙16內(nèi)，使得軸18 的機(jī)械旋轉(zhuǎn)動(dòng)力能夠直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生電能。通過(guò)將發(fā)電機(jī)直接 定位在軸18上，機(jī)械動(dòng)力可通過(guò)齒輪箱高效地轉(zhuǎn)化為電力。然后，電 能能夠通過(guò)可連接到其它線路或電纜的電線傳輸?shù)剿?1下并分配到系 統(tǒng)l，以提供能量用于即時(shí)使用或用于儲(chǔ)存。在圖3中，電動(dòng)機(jī)4示出 為位于塔21的底部以用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)10，但是可提供位于塔21的底 部處的任何構(gòu)造，包括與線路25的連接件和/或開(kāi)關(guān)。風(fēng)力渦輪機(jī)19優(yōu)選使用位于短艙16內(nèi)的發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力 轉(zhuǎn)換為電能。在風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)方面，所述電能可用于發(fā)電以 供相關(guān)設(shè)施、用戶或電網(wǎng)即時(shí)使用。在這方面，如圖1所示的線路或 線纜25優(yōu)選連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)，使得來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)19的 電能可以在最需要它的時(shí)候、即當(dāng)需求量高的時(shí)候被即時(shí)使用，作為 補(bǔ)充由電網(wǎng)產(chǎn)生并提供的電能的手段。這種電可用于電力濾波(它可以和傳輸線路和相鄰網(wǎng)絡(luò)整合)，以及用于峰值電力修整和/或在需要 的情況下提供緊急電力。在另一方面，如圖1所示，所述電能可用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)4，該電 動(dòng)機(jī)4能驅(qū)動(dòng)初級(jí)壓縮機(jī)10以產(chǎn)生壓縮空氣能量，該壓縮空氣能量轉(zhuǎn) 而又能儲(chǔ)存在壓縮空氣儲(chǔ)存罐5中，該壓縮空氣儲(chǔ)存罐5是壓縮空氣 能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)6 ( "CAES系統(tǒng)")的一部分。CAES系統(tǒng)6能夠以壓 縮空氣能量的形式儲(chǔ)存風(fēng)能，使得在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，該能量可由渦輪膨 脹機(jī)7釋放并在以后需要它和/或更方便的時(shí)候使用。優(yōu)選地，提供邏輯電路8，該邏輯電路8控制如何以及何時(shí)將來(lái) 自風(fēng)力渦輪機(jī)19的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電和/或壓縮空氣，這將取決于用戶和系 統(tǒng)的需要以及風(fēng)的可用性。例如，在白天期間，當(dāng)立即需要電并且風(fēng) 以足夠的力和規(guī)律吹刮時(shí)，可將系統(tǒng)1切換為使得大部分或全部風(fēng)能 都轉(zhuǎn)換為電用于即時(shí)使用，在這種情況下，電沿著線路25傳輸?shù)接脩?設(shè)施以補(bǔ)充來(lái)自電網(wǎng)的電力并降低其成本。在另一方面，當(dāng)不怎么需 要即時(shí)電力時(shí)，例如在夜間，可將系統(tǒng)1切換為使得即使不是全部也 有大部分風(fēng)能用于電動(dòng)機(jī)4，該電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)初級(jí)壓縮機(jī)10，該初級(jí) 壓縮機(jī)10轉(zhuǎn)而又將風(fēng)能作為壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)存罐5中，使該能 量能夠在以后使用。而且，無(wú)論何時(shí)產(chǎn)生除了被立即使用的能量之外 的過(guò)多能量，該過(guò)多能量均能夠被儲(chǔ)存，這進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的效率。 下面將結(jié)合系統(tǒng)的另外特征來(lái)討論基于邏輯電路8的其它控制特征和 選擇。在本實(shí)施例的一個(gè)變體中，可結(jié)合邏輯電路8使用開(kāi)關(guān)來(lái)將由風(fēng) 力渦輪機(jī)19中的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電引導(dǎo)為即時(shí)使用或用于儲(chǔ)存，或既用 于即時(shí)使用又用于儲(chǔ)存。例如，當(dāng)立即需要能量時(shí)，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的 電可分配到線路25，在這種情況下，它能夠被任何連接的設(shè)施、用戶 或電網(wǎng)使用。在另一方面，當(dāng)要儲(chǔ)存能量時(shí)，所述電能夠被分配到電 動(dòng)機(jī)4，該電動(dòng)機(jī)4優(yōu)選適于驅(qū)動(dòng)初級(jí)壓縮機(jī)10。以這種方式，電可以在即時(shí)使用和儲(chǔ)存之間、在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間以適當(dāng)?shù)谋嚷驶蚍謹(jǐn)偟牧亢?jiǎn) 單地分流到適當(dāng)?shù)挠猛?。例如?一半的電可分?jǐn)倿榧磿r(shí)使用， 一半的 電用于儲(chǔ)存。在另一變體中，可提供一種機(jī)械動(dòng)力拆分機(jī)構(gòu)，該機(jī)械動(dòng)力拆分 機(jī)構(gòu)允許以機(jī)械的方式在用于即時(shí)使用的動(dòng)力和用于儲(chǔ)存的能量之間分?jǐn)傦L(fēng)力。在這種變體中，第一齒輪箱優(yōu)選位于風(fēng)力渦輪機(jī)19的短艙 16中，該第一齒輪箱可將水平驅(qū)動(dòng)軸18的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到延伸到塔 21下的豎直軸。在塔21的基部處，優(yōu)選存在第二齒輪箱，該第二齒輪 箱設(shè)計(jì)成將豎直軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到位于地面上的另一水平軸，該另 一水平軸連接到諸如初級(jí)壓縮機(jī)10的壓縮機(jī)并且連接到發(fā)電機(jī)。對(duì)于這種變體，機(jī)械動(dòng)力拆分機(jī)構(gòu)優(yōu)選地包括拆分器，該拆分器 用于拆分下水平軸的機(jī)械旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，使得適量的風(fēng)力能夠傳輸?shù)较Ｍ?的下游轉(zhuǎn)換器，即，能對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)以將動(dòng)力傳遞到發(fā)電機(jī)用于即時(shí)使用和/或發(fā)送到壓縮機(jī)用于能量?jī)?chǔ)存。在機(jī)械拆分器的下游， 一方面優(yōu)選設(shè)有到發(fā)電機(jī)的機(jī)械連接，另 一方面優(yōu)選設(shè)有到諸如壓縮機(jī)10或34 (經(jīng)由"B"所指示的路線)的 壓縮機(jī)的機(jī)械連接。如圖1所示，它也能經(jīng)由"C"所指示的路線連 接到渦輪壓縮機(jī)31，或經(jīng)由路線"D"連接到氣動(dòng)設(shè)備。當(dāng)機(jī)械拆分器完全切換到發(fā)電機(jī)時(shí)，來(lái)自下水平軸的機(jī)械旋轉(zhuǎn)動(dòng) 力通過(guò)帶有齒輪的軸直接傳遞到該發(fā)電機(jī)。這使得發(fā)電機(jī)能夠?qū)C(jī)械 動(dòng)力直接而高效地轉(zhuǎn)換為電能，并且用于諸如沿線路25傳遞以用于即 時(shí)使用的電力。另一方面，當(dāng)機(jī)械拆分器完全切換到壓縮機(jī)時(shí)，來(lái)自下水平軸的 機(jī)械旋轉(zhuǎn)動(dòng)力直接傳遞到壓縮機(jī)，從而使得壓縮空氣能量能被儲(chǔ)存在 高壓儲(chǔ)存罐5中或用于次要目的。這樣，來(lái)自塔21的頂部上的風(fēng)力渦輪機(jī)19的機(jī)械旋轉(zhuǎn)動(dòng)力能夠傳遞到塔下，并且能夠通過(guò)位于塔的基部 處的壓縮機(jī)直接轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能量，而不必首先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電。適于在專用于即時(shí)使用的動(dòng)力與用于能量?jī)?chǔ)存的動(dòng)力之間拆分機(jī) 械動(dòng)力的機(jī)械動(dòng)力拆分器優(yōu)選包括多個(gè)齒輪和離合器，使得機(jī)械能可 完全直接傳遞到轉(zhuǎn)換器和拆分器中的任一個(gè)，或者使它們同時(shí)運(yùn)行。 這使得由風(fēng)力渦輪機(jī)站供應(yīng)的機(jī)械動(dòng)力的量能夠在可調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上在 即時(shí)使用和能量?jī)?chǔ)存之間進(jìn)行分配和分?jǐn)?。也就是說(shuō)，可以使分配到 每種類型的能量轉(zhuǎn)換器的動(dòng)力的量取決于接合了多少另外的驅(qū)動(dòng)齒輪 以及每個(gè)接合的驅(qū)動(dòng)齒輪連接到哪個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，例如連接到發(fā)電機(jī) 的那些驅(qū)動(dòng)齒輪將產(chǎn)生用于即時(shí)使用的能量，而連接到壓縮機(jī)的那些 驅(qū)動(dòng)齒輪將產(chǎn)生用于儲(chǔ)存的能量。基于上述內(nèi)容可以看到，通過(guò)調(diào)節(jié) 本機(jī)械動(dòng)力拆分機(jī)構(gòu)的離合器和齒輪，能夠調(diào)節(jié)和分?jǐn)偰芰勘粚Ｓ糜?即時(shí)使用和能量?jī)?chǔ)存的程度。通過(guò)使用機(jī)械動(dòng)力拆分器上的離合器，能夠在不同的時(shí)間調(diào)節(jié)風(fēng) 力渦輪機(jī)站以在即時(shí)使用和能量?jī)?chǔ)存之間供應(yīng)不同比率的動(dòng)力。根據(jù) 動(dòng)力需求和風(fēng)力可用性歷史，可以考慮，對(duì)于與不可靠的且不可預(yù)測(cè) 的風(fēng)力模式無(wú)關(guān)地向用戶提供足夠量的動(dòng)力來(lái)說(shuō)，不同的比率可能是 必要的，尤其是在能量需求連續(xù)且不間斷的基礎(chǔ)上保持恒定的情況下。 然而，雖然剛剛描述的機(jī)械傳動(dòng)方案有優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)前的通用做法是將 發(fā)動(dòng)機(jī)布置在風(fēng)力渦輪機(jī)的短艙中來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)，這對(duì)于可 用商業(yè)硬件的即時(shí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是可接受的。B.壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)在本實(shí)施例中，系統(tǒng)1優(yōu)選包括壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)6，該壓 縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)具有電動(dòng)機(jī)4、初級(jí)壓縮機(jī)IO、儲(chǔ)存罐5、控制閥 12、渦輪膨脹機(jī)7和用于發(fā)電的渦輪發(fā)電機(jī)14。在圖1中，"A"指 定電能從能量源3傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)4以產(chǎn)生用于儲(chǔ)存在CAES系統(tǒng)6中 的壓縮空氣能量的路線。電動(dòng)機(jī)4優(yōu)選驅(qū)動(dòng)初級(jí)壓縮機(jī)10,以壓縮隨后被儲(chǔ)存在儲(chǔ)存罐5中的空氣。然而，在機(jī)械拆分器實(shí)施例中，優(yōu)選
存在連接到風(fēng)力渦輪機(jī)19的旋轉(zhuǎn)軸的壓縮機(jī)，使得機(jī)械能能夠直接轉(zhuǎn) 換為罐5中的壓縮空氣能量。
壓縮空氣能量可優(yōu)選在罐5中儲(chǔ)存一段延長(zhǎng)的時(shí)間，直到需要該 能量。然后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，無(wú)論何時(shí)需要該壓縮空氣能量，控制閥 12都能夠用來(lái)將壓縮空氣釋放到渦輪膨脹機(jī)7。此時(shí)，如果需要的話， 由初級(jí)壓縮機(jī)10產(chǎn)生的廢熱能夠被循環(huán)到渦輪膨脹機(jī)7以減小和抵消 渦輪膨脹機(jī)7上的超低溫的影響。
由這種系統(tǒng)1產(chǎn)生的一種輸出是電的形式，該電可由風(fēng)力渦輪機(jī) 19上的發(fā)電機(jī)直接產(chǎn)生或在壓縮空氣通過(guò)渦輪膨脹機(jī)7從罐5中釋放 以產(chǎn)生高速氣流時(shí)由渦輪發(fā)電機(jī)14產(chǎn)生。另一種輸出為冷空氣的形式， 它在壓縮空氣從罐5中通過(guò)渦輪膨脹機(jī)7釋放時(shí)作為副產(chǎn)物產(chǎn)生。該 壓縮空氣也能夠直接使用，例如向氣動(dòng)工具提供動(dòng)力，見(jiàn)圖1中的"D"， 這種情況下壓縮空氣可以在到達(dá)渦輪膨脹機(jī)7之前釋放。在任何情況 下，CAES系統(tǒng)6都優(yōu)選適于能夠同時(shí)產(chǎn)生一種、兩種、三種或更多種 輸出，即壓縮空氣能夠用于1)使用渦輪發(fā)電機(jī)14發(fā)電；2)使用渦 輪膨脹機(jī)7或33 (見(jiàn)圖1中的"C")產(chǎn)生冷空氣；和/或3)產(chǎn)生高 速氣流以驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備(見(jiàn)圖1中的"D")。在任何給定的時(shí)間，由 系統(tǒng)的需要所決定，可使用一種、兩種、三種或更多種輸出。
本系統(tǒng)的能量?jī)?chǔ)存部分優(yōu)選包括用于儲(chǔ)存和利用上述壓縮空氣能 量的裝置。其例子在圖la中示出，圖la示出系統(tǒng)1如何能在風(fēng)力可用 但能量需求可能相對(duì)低的夜間運(yùn)行，其中來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)19的過(guò)量動(dòng) 力能夠儲(chǔ)存在罐5中。它也示出如何能利用其它能量源(包括電網(wǎng)3b、 地?zé)崮?c和核能3d)在較低成本費(fèi)率時(shí)段內(nèi)(例如在夜間)獲得動(dòng)力， 其中能量能夠儲(chǔ)存在罐5中并在以后的較高成本費(fèi)率時(shí)段內(nèi)使用。
在這方面，高壓儲(chǔ)存罐5優(yōu)選設(shè)置并設(shè)計(jì)成可承受可能由壓縮機(jī)
22IO施加的壓力，并且被絕熱以維持罐內(nèi)的恒定溫度。罐5也可以是用于保持加壓空氣的管路或其它容器的形式。術(shù)語(yǔ)"罐"將用于包括管
道和其它的壓縮空氣儲(chǔ)存介質(zhì)。罐5也優(yōu)選位于壓縮機(jī)10和渦輪膨脹機(jī)7附近，使得壓縮空氣能夠輸送到罐5并隨后循環(huán)到渦輪膨脹機(jī)7，而無(wú)明顯的壓力損失。雖然本發(fā)明考慮可使用各種尺寸的罐，但本系統(tǒng)優(yōu)選考慮罐的尺寸應(yīng)當(dāng)基于系統(tǒng)的需要、設(shè)施或需求的大小、系統(tǒng)的成本等，如提供足量的能量用于儲(chǔ)存所必需的。
本發(fā)明考慮可以使用釋放空氣并將壓縮空氣轉(zhuǎn)換為電能的任何常規(guī)裝置。在優(yōu)選實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)渦輪膨脹機(jī)7用于從儲(chǔ)存罐5中釋放壓縮空氣以產(chǎn)生高速氣流，該高速氣流能夠用來(lái)向渦輪發(fā)電機(jī)14提供動(dòng)力以產(chǎn)生電能。然后，這種電可在需要時(shí)用于補(bǔ)充由風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)和/或由電網(wǎng)直接供應(yīng)的電能，如上所述。渦輪膨脹機(jī)7優(yōu)選將能量供應(yīng)給交流發(fā)電機(jī)，該交流發(fā)電機(jī)連接到AC到DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器后面是DC到AC逆變器，該逆變器后面是使阻抗與用戶電路匹配的調(diào)節(jié)器。這一連串裝置保證可變頻率輸入產(chǎn)生所需的恒定頻率輸出。
可選地，可設(shè)置用于產(chǎn)生并向CAES系統(tǒng)6提供熱的一種或多種裝置以促進(jìn)渦輪發(fā)電機(jī)14的發(fā)電。本發(fā)明考慮使用至少三種不同類型的加熱系統(tǒng)作為向所述系統(tǒng)供熱的裝置，包括1)太陽(yáng)能集熱器，用于利用來(lái)自太陽(yáng)的能量；2)廢熱收集器，用于將壓縮機(jī)(例如10、 34或31)產(chǎn)生的廢熱循環(huán)到渦輪膨脹機(jī)7前面的線路；和3)諸如化學(xué)燃料燃燒器的獨(dú)立加熱單元，用于將熱引入系統(tǒng)中。本發(fā)明也考慮使用向壓縮空氣供熱的其它標(biāo)準(zhǔn)方法。在這個(gè)系統(tǒng)中，因?yàn)橄Ｍ诶淇諝庾鳛楦碑a(chǎn)物用于冷卻目的時(shí)產(chǎn)生冷空氣，所以通常僅在由渦輪發(fā)電
機(jī)14發(fā)電時(shí)以及需要很少或不需要冷空氣或者冷空氣用于冷卻目的時(shí)才使用廢熱和其它加熱裝置。
本發(fā)明優(yōu)選利用由渦輪膨脹機(jī)7產(chǎn)生的冷空氣以用于另外的次級(jí)目的，這提高了系統(tǒng)的效率。例如，除了將廢棄的冷空氣用于產(chǎn)生冷凍水之目的外，如將要描述的，剩余的冷空氣可用于向空氣調(diào)節(jié)器提供直接冷卻，和/或通過(guò)管道再引導(dǎo)到壓縮機(jī)以使壓縮機(jī)保持冷卻或用于其它的制冷目的。
邏輯電路8優(yōu)選包括控制系統(tǒng)，以控制儲(chǔ)存罐5、壓縮機(jī)10、渦
輪膨脹機(jī)7、發(fā)電機(jī)14、加熱單元、制冷部件等的運(yùn)行。該控制系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)計(jì)成能夠通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入和離開(kāi)儲(chǔ)存罐5的壓縮空氣流來(lái)將罐5內(nèi)的壓縮空氣能量的水平維持在適當(dāng)水平。所述控制裝置也用于控制和運(yùn)行熱交換器，該熱交換器用于幫助控制經(jīng)過(guò)渦輪膨脹機(jī)33的空氣的溫度。所述控制裝置確定在任何給定時(shí)間將使用哪個(gè)熱交換器，以及它們應(yīng)具有多大效果。該控制系統(tǒng)優(yōu)選具有預(yù)編程的微處理器，使得該系統(tǒng)能夠自動(dòng)運(yùn)行。
C.無(wú)儲(chǔ)存裝置的渦輪壓縮機(jī)和膨脹機(jī)。
圖2和2a示出不首先儲(chǔ)存壓縮空氣的實(shí)施例30的壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī)33的細(xì)節(jié)。在圖1中結(jié)合路線"B"和"C"示意性示出了該子系統(tǒng)，其中來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)19或任何其它能量源3的能量可經(jīng)由路線"B"使用電動(dòng)機(jī)32、次級(jí)壓縮機(jī)34和渦輪壓縮機(jī)31用于對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，和/或經(jīng)由路線"C"僅使用渦輪壓縮機(jī)31對(duì)進(jìn)行空氣壓縮，其中可使用渦輪膨脹機(jī)33來(lái)釋放壓縮空氣而不必首先儲(chǔ)存能量。電動(dòng)機(jī)32能夠由能量源3產(chǎn)生的電經(jīng)由路線"A"直接驅(qū)動(dòng)，例如當(dāng)壓縮空氣罐5充滿時(shí)，或者任何其它時(shí)間，例如在罐5中未儲(chǔ)存壓縮空氣時(shí)。如果需要的話，壓縮空氣也能夠由能量源3產(chǎn)生并直接傳送到"C",如圖2a所示。來(lái)自罐5的另外的壓縮空氣能量也可經(jīng)由路線"C"用于幫助驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī)33,如圖1所示。
如圖2可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)32優(yōu)選設(shè)置成可由上述能量源3中的任何一種提供動(dòng)力，其中電動(dòng)機(jī)32優(yōu)選用來(lái)驅(qū)動(dòng)次級(jí)壓縮機(jī)34。優(yōu)選地，來(lái)自次級(jí)壓縮機(jī)34的加壓的輸出空氣被沿著線路36延伸的熱交換器35
24冷卻，其中來(lái)自壓縮機(jī)34的空氣隨后傳到渦輪壓縮機(jī)31。渦輪壓縮機(jī)31優(yōu)選與渦輪膨脹機(jī)33共有軸39，使得驅(qū)動(dòng)一個(gè)也將驅(qū)動(dòng)另一個(gè)，并且所述系統(tǒng)可達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，如將要討論的。
第二熱交換器37優(yōu)選沿線路38設(shè)置在渦輪壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī)33之間，使得當(dāng)壓縮空氣從渦輪壓縮機(jī)31行進(jìn)到渦輪膨脹機(jī)33時(shí)它經(jīng)過(guò)該第二熱交換器37，從而使該空氣再次冷卻。這樣，進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)33的空氣相對(duì)較冷。如果需要的話，可在第二熱交換器37和渦輪膨脹機(jī)33之間設(shè)置小的緩沖罐。
由于渦輪壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī)22由同一軸39驅(qū)動(dòng)，所以運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)將運(yùn)轉(zhuǎn)另一個(gè)，這有助于降低驅(qū)動(dòng)所述機(jī)構(gòu)的總成本。實(shí)際上，由于電動(dòng)機(jī)32能夠?qū)諝膺M(jìn)行最初壓縮以在所述系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生壓力，并且加壓空氣被引導(dǎo)到壓縮機(jī)31中并隨后被引導(dǎo)到渦輪膨脹機(jī)33，所以驅(qū)動(dòng)渦輪膨脹機(jī)33的力能夠用于最初驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)31，從而不需要使用另外的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)任一機(jī)構(gòu)。
例如，當(dāng)來(lái)自次級(jí)壓縮機(jī)34的最初加壓空氣從渦輪壓縮機(jī)31傳到渦輪膨脹機(jī)33時(shí)，渦輪膨脹機(jī)33開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，這轉(zhuǎn)而又引起公共軸39上的渦輪壓縮機(jī)31旋轉(zhuǎn)。然后，隨著渦輪壓縮機(jī)31的旋轉(zhuǎn)速度增加，它進(jìn)一步加壓從次級(jí)壓縮機(jī)34到渦輪膨脹機(jī)33中的空氣，導(dǎo)致渦輪膨脹機(jī)33進(jìn)一步加速。然后，使用來(lái)自次級(jí)壓縮機(jī)34的能量來(lái)加速具有公共軸39的渦輪膨脹機(jī)33和渦輪壓縮機(jī)31系統(tǒng)的循環(huán)能夠最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其中通過(guò)次級(jí)壓縮機(jī)34、渦輪壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī)33的氣流相匹配。跨渦輪壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī)33的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力也能夠相匹配。由能量源3產(chǎn)生的壓縮空氣也可直接供應(yīng)到渦輪壓縮機(jī)31，從而實(shí)現(xiàn)與使用次級(jí)壓縮機(jī)34相同的效果，如圖2a所示。
圖2b示出以下內(nèi)容首先，它示出次級(jí)壓縮機(jī)34 (標(biāo)識(shí)為往復(fù)式壓縮機(jī))在其14.67psia和卯psia之間的運(yùn)行期間的熱力學(xué)描述。壓縮過(guò)程被認(rèn)為等熵的，使得空氣可從14.67psia和70華氏度變到卯psiaq和426.44華氏度(熵=1.6366 BTU/(# R))。然而，應(yīng)當(dāng)注意，該壓縮過(guò)程的效率可低至84%或更小，其中，結(jié)果是耗費(fèi)更多能量來(lái)實(shí)現(xiàn)90psia，使得最終溫度實(shí)際上較高，即可以是492華氏度或更高。壓縮機(jī)的水冷卻和下游熱交換器35中的水冷卻優(yōu)選使輸出溫度達(dá)到大約70華氏度。如果需要的話，已加熱的水隨后可送到熱水系統(tǒng)作為廢熱回收。也考慮到在次級(jí)壓縮機(jī)34和渦輪壓縮機(jī)31之間可能存在壓降，例如大約5psi的損失。
優(yōu)選利用渦輪壓縮機(jī)31 (標(biāo)識(shí)為離心式壓縮機(jī))以其84%的效率重復(fù)類似的過(guò)程。結(jié)果是，通過(guò)使用大約43.36 BTU辨的流動(dòng)空氣，85psia和70華氏度的空氣被壓縮到大約205psia和250華氏度。再一次，渦輪壓縮機(jī)31的水冷卻和下游熱交換器37中的水冷卻優(yōu)選使輸出溫度達(dá)到大約70華氏度。如果需要的話，已加熱的水隨后可送到熱水系統(tǒng)作為廢熱回收。也考慮到在渦輪壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī)33之間存在大約5psi的壓降。渦輪膨脹機(jī)33接收200psia和70華氏度的輸入空氣，并且排出大約31.5psia和-114.8華氏度的冷空氣。這釋放43.416BTU估的流動(dòng)空氣，稍大于渦輪壓縮機(jī)31所需的43.36 BTU賴的流動(dòng)空氣。
在圖2c中給出示例情況，其中2000hp的系統(tǒng)在-114.78華氏度下能夠提供10857.6 SCFM的空氣以用于冷凍目的。請(qǐng)注意，這通過(guò)僅以102.79 BTU估或5.5 SCFM/HP的效率向該2000hp的往復(fù)次級(jí)壓縮機(jī)34提供動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)。在圖2b中，存在2000hp的電輸入和844.3hp的熱輸出。這表示42.2%的效率。
這些數(shù)字和量是估計(jì)的，并且僅用于示例性目的。實(shí)際的數(shù)字和量可能不同。
通過(guò)考慮200psia的入口壓力以及兩個(gè)出口壓力(1) 30psia和(2)14.67psia的例子來(lái)概括出從渦輪膨脹機(jī)可獲得的冷凍溫度。在第一種情況下，30psia的出口壓力考慮了冷空氣將需要充分的加壓以穿過(guò)長(zhǎng)的管系和閥的下行過(guò)程及其相關(guān)的壓力損失。在第二種情況下，14.67psia的出口壓力考慮到不存在重要的下游管道設(shè)備并且給出渦輪膨脹機(jī)兩端的最大壓降(溫度降)。
圖2d示出對(duì)于上述兩種特定情況產(chǎn)生單位功率(SCFM/hp)的氣流需求之間的強(qiáng)烈差異。圖2d表明輸入溫度越高，產(chǎn)生單位功率所需的氣流就越少。因此，對(duì)于相同的動(dòng)力輸出時(shí)間，較高的輸入溫度將需要較小的壓縮空氣儲(chǔ)存罐來(lái)產(chǎn)生給定量的動(dòng)力。
另一方面，圖2e表明較低的輸入溫度將產(chǎn)生較低的排出溫度。此外，圖2e表明，對(duì)于較低的輸入溫度，從200psia排出到14.67psia(大
氣壓力)產(chǎn)生極低的溫度。因此，如果目標(biāo)是脫鹽或空氣調(diào)節(jié)，則有必要考慮較大的壓降和較冷的輸入溫度。
D.混合室
與系統(tǒng)1相關(guān)，可設(shè)置混合室11，該混合室11使用由渦輪膨脹機(jī)7或33產(chǎn)生的冷空氣50來(lái)產(chǎn)生冷凍水51。但與脫鹽系統(tǒng)40不同，混合室11設(shè)計(jì)成在閉環(huán)系統(tǒng)中使用淡水或任何合適的液體，使得該水或液體均不需要在以后重新分配用于其它用途。
在要討論的脫鹽系統(tǒng)40的情況中，目的之一是向相關(guān)設(shè)施提供飲用淡水，因此在冷凍水51用于向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻之后，所述水優(yōu)選從系統(tǒng)中去除并重新分配用作飲用淡水52。但在混合室11的情況中，其目的是將低溫度從冷空氣50傳遞到水或液體。因此，水或液體保持在閉環(huán)系統(tǒng)中是可接受的。在任何給定的系統(tǒng)中，均可設(shè)置脫鹽系統(tǒng)40或混合室ll(兩者都不是必需的)，盡管在任何給定的系統(tǒng)中，可能希望具有脫鹽系統(tǒng)40和混合室11使得兩個(gè)特征都可用。在本實(shí)施例中，混合室11可用于冷凍水51或任何其它合適的液 體。術(shù)語(yǔ)"冷凍液體"此后將用于混合室11的描述，但應(yīng)當(dāng)解釋為包
括冷凍水51?；旌鲜襩l基本為填充有液體的絕熱容器，其中來(lái)自渦輪 膨脹機(jī)7的冷空氣50優(yōu)選例如以微小氣泡53的形式分配到混合室11 中，其中優(yōu)選設(shè)置用于將冷空氣50從下方引入到該混合室中的裝置， 如圖4所示。例如，這可以通過(guò)設(shè)置噴嘴或噴口 54來(lái)完成，該噴嘴或 噴口 54從下方以氣泡53的形式噴射冷空氣50，并且使所述氣泡穿過(guò) 液體，使得當(dāng)氣泡與液體混合并且液體循環(huán)時(shí)，所述液體由于熱傳遞 而冷凍。優(yōu)選設(shè)置允許剩余冷空氣56從混合室的頂部逃逸的裝置55 以在內(nèi)部維持平衡，其中剩余冷空氣56可被引導(dǎo)并用于向所述設(shè)施提 供進(jìn)一步的冷卻。然后，根據(jù)系統(tǒng)的需要，混合室ll中的液體可被冷 空氣50冷凍到適當(dāng)?shù)某潭然驕囟?，在?yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)使用淡水時(shí)， 優(yōu)選為大約40華氏度?；旌鲜?1中的冷凍液體然后可分配到它可儲(chǔ) 存在其中的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13，如將要討論的，并在以后由空調(diào)系統(tǒng)15 使用。
在這方面，與脫鹽系統(tǒng)40不同，混合室11中的液體優(yōu)選被限定 在閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，使得不必添加或移除液體。例如，如果淡水用于混合 室11并且被冷卻，則它可以沿一個(gè)方向循環(huán)，即通過(guò)下入口 27循環(huán) 到分離罐20的底部24，如圖4所示，其中冷凍水51可儲(chǔ)存在分離罐 20中。通過(guò)使水在分離罐20中保持相對(duì)靜止，并且很慢地泵送所述水， 罐20中的水可保持分層，其中相對(duì)冷的水51位于下部24，而相對(duì)熱 的水57位于上部22。
然后，下部24中的冷凍水51可通過(guò)下出口 28被分配并用于向空 調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻，該空調(diào)系統(tǒng)15例如為位于遠(yuǎn)處的具有盤管58的 HVAC系統(tǒng)59，如圖5所示。然后，在冷水51己經(jīng)經(jīng)過(guò)HVAC59的 熱交換器盤管58之后，相對(duì)熱的水57然后可通過(guò)上入口 17返回到分 離罐20的上部22。然后，相對(duì)熱的水57可從那里通過(guò)上出口 26循環(huán) 回到混合室ll，在這種情況下，該水隨后可被冷空氣50冷卻，如圖4所示。這種循環(huán)可不斷重復(fù)。
當(dāng)在混合室11中使用淡水時(shí)，如將要討論的，分配到分離罐20
的下部24的冷凍水51的最終溫度優(yōu)選為大約40華氏度，從密度觀點(diǎn) 來(lái)看，這對(duì)于在分離罐20的上部和下部22、 24中保持高溫和低溫分 開(kāi)是最佳的。但當(dāng)使用其它液體或者向水中加入添加劑時(shí)，溫度可能 低于40華氏度，在這種情況下，可以更有效地使用較冷的溫度。
E.脫鹽系統(tǒng)
在該系統(tǒng)1中，來(lái)自渦輪膨脹機(jī)7或33的冷空氣可用于的次級(jí)目 的之一是使用脫鹽系統(tǒng)40來(lái)凈化水，如圖6a、 6b、 6c和6d所示。
本發(fā)明的脫鹽系統(tǒng).40優(yōu)選適于從海水或從微咸水或其它形式的 非純凈水(下文中統(tǒng)稱為"海水")60中去除鹽和其它雜質(zhì)。在本實(shí) 施例中，脫鹽系統(tǒng)40優(yōu)選包括結(jié)晶室9，該結(jié)晶室9可用于去除鹽和 其它雜質(zhì)，其中可由此產(chǎn)生凈化水。結(jié)晶室9優(yōu)選為絕熱容器，它尤 其適于在內(nèi)部維持低溫，并允許海水60和冷空氣50被引入其中并在 其中混合，并允許在底部形成水和冰。
優(yōu)選地，脫鹽系統(tǒng)40優(yōu)選以細(xì)霧或噴霧62形式將海水60噴射到 結(jié)晶室9中，其中來(lái)自渦輪膨脹機(jī)7或33的冷空氣50優(yōu)選被引入到 室9中，從而將細(xì)霧或噴霧62暴露在很冷的空氣中。這導(dǎo)致海水微滴 62過(guò)冷并快速結(jié)冰，由此形成落到該室的底部64上的過(guò)冷冰粒63。 海水微滴62優(yōu)選但非必須在室的頂部65處引入，并且冷空氣50 1) 在所述室的中部處引入并向上引導(dǎo)，或者2)從上方引入該室中，這產(chǎn) 生下沖氣流，該下沖氣流迫使海水微滴62更快降至底部。決定使用哪 種選擇的因素取決于海水需要多快凍結(jié)，海水的凍結(jié)快慢取決于海水 60在進(jìn)入室9之前有多冷、冷空氣50有多冷、室9的尺寸、海水微滴 如何暴露，以及所引入的每一個(gè)的量等等。海水60的結(jié)冰優(yōu)選使得能浮起的純水冰粒63能夠形成在室9的 底部64，其中微量鹽水67附著在冰粒63上，目的是將鹽和其它雜質(zhì) 留在鹽水67中。脫鹽系統(tǒng)40優(yōu)選從密度大于冰粒63的鹽水67中去 除冰粒63，使得重力能夠幫助鹽水67與冰粒63分離，并以至少兩種 方法中的一種方法清潔冰粒63。
首先，通過(guò)允許冰粒63積聚在室9的底部處，即當(dāng)冰粒落在彼此 頂部上時(shí)，冰粒63可形成大的冰塊66。隨著時(shí)間的過(guò)去，在冰粒63 落下并且它們粘在一起時(shí)，它們將集體形成大的冰塊66，該冰塊66將 傾向于浮在密度大于冰塊66的鹽水67的頂部上。在這方面，優(yōu)選地， 通過(guò)將海水微滴62引入到室9的中心，修改所述系統(tǒng)使得冰粒63形 成錐形冰塊66，其中由此形成的冰粒63也將積聚在所述室的中心。這 有利地使包圍或附著到每個(gè)純水冰粒63的鹽水67.能夠沿側(cè)面流下， 而不是被截留在冰塊66中，即截留在可能在冰塊固化時(shí)形成于冰塊66 上的凹部或裂縫中。也就是說(shuō)，通過(guò)形成錐形冰塊66，附著到每個(gè)冰 粒63的鹽水67將只是沿側(cè)面向下流掉而不是被截留在冰塊66中，使 得鹽水67能根據(jù)需要高效地與冰塊66分離。所形成的冰通常為大約-6 華氏度。
然后，通過(guò)用淡水沖洗冰塊66，并且允許冰塊66融化，可產(chǎn)生 淡水。在這方面，如圖6a所示，另外的處于室溫(例如60華氏度) 下的淡水可從噴嘴68向下噴灑到冰塊66上以用作洗滌柱，這有助于 在冰塊形成時(shí)從冰塊66中去除鹽水67。大部分鹽水67通過(guò)重力流動(dòng) 從冰粒63之間的空間中排出。為了進(jìn)一步去除附著到每個(gè)冰粒63的 表面的鹽水，優(yōu)選將淡水噴射到沉積在結(jié)晶室9的基部處的冰/鹽水層 上，以輔助鹽水67逐層地重力排水。該淡水在它附著到每個(gè)層時(shí)凍結(jié) 并且從冰粒63之間的間隙進(jìn)一步排出很薄的粘性鹽水層。凍結(jié)在冰粒 上的淡水在以后解凍并回收以便重新使用而不使用另外的淡水。如果 需要更高純度的水，則可添加下游洗滌柱。
30的形式輔助增強(qiáng)鹽水67的重
力排水。該水凍結(jié)到涂覆有鹽水的凍結(jié)的冰粒63的層上，并且當(dāng)冰粒 聚集在冰塊66上時(shí)，它們將高粘度的鹽水從冰粒63的表面移開(kāi)并允 許鹽水67流到冰塊66的外表面，如圖6a所示。鹽水67優(yōu)選通過(guò)排 水裝置69從室9的底部排出，如圖6a和6b所示。
室9的底部64優(yōu)選包括多孔籃71，該多孔籃71能夠接獲落下的 冰粒63以在其上形成冰塊66，但允許冷空氣循環(huán)離開(kāi)室9。在這方面， 室9的側(cè)壁72優(yōu)選具有通道或空間73，過(guò)量的冷空氣可流過(guò)該通道或 空間73，其中過(guò)量的冷空氣優(yōu)選通過(guò)出口 74離開(kāi)，其中冷空氣能夠隨 后被分配到空調(diào)系統(tǒng)15并用作冷空氣。
圖6b的右手側(cè)示出如何在籃71的底部形成冰粒63，從而形成較 大的冰塊66，或者在一些情況下形成漿液74，其中籃中的孔允許鹽水 67穿過(guò)，從而將純水冰粒63留在籃71中。然后，通過(guò)移除籃71，能 夠從室9中移除純水冰塊66和/或漿液74。
然后可使與籃71 —起移除的冰粒63的冰塊66和/或漿液74融化， 以在保持罐76的底部產(chǎn)生淡水，如圖6c所示。如所示的，處于相對(duì) 高的溫度(在這種情況下為60華氏度)下的淡水75能夠像洗滌柱那 樣向下噴灑到冰粒63 (不管是冰塊66還是漿液74)上以沖洗冰并使 冰融化。如圖6d中所示，局部熱空氣81也可引入到保持罐76中以進(jìn) 一步輔助冰粒63融化。當(dāng)冰融化時(shí)，淡水微滴78穿過(guò)籃71中的孔， 并且以冷凍的飲用淡水的形式聚集在保持罐76的底部77。可以使用多 于一個(gè)籃71，使得不需要中斷脫鹽和融化過(guò)程，同時(shí)在從室9中移除 每個(gè)籃71。
由于冰塊66和/或漿液74由冰構(gòu)成并因此是冷的，所以其融化時(shí) 產(chǎn)生的淡水也將是冷凍水。該冰優(yōu)選為大約-6華氏度，并且通過(guò)將大 約60華氏度的水在冰上通過(guò)，最終的淡水優(yōu)選為大約40華氏度。從那里，冷凍的淡水可通過(guò)出口 79分配到分離罐20并儲(chǔ)存在分離罐20 中以便以后由空調(diào)系統(tǒng)15使用，或者通過(guò)出口 80再循環(huán)回結(jié)晶室9 以用作用于洗滌柱的噴霧68或保持罐76中的噴霧75。在任一種情況 下，在該水被循環(huán)回以分配為飲用淡水52之前，該水均能夠用于次級(jí) 目的，包括向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻，或清洗結(jié)晶室9中的冰粒63。
在另一實(shí)施例(未示出)中，可改變?cè)撓到y(tǒng)使得冰粒63將在室9 的底部形成漿液，并且旋轉(zhuǎn)螺桿用于從室9中有效而連續(xù)地移除漿液。 所述槳液優(yōu)選在純水冰粒63落到室9的底部并且包圍或附著到每個(gè)冰 粒的鹽水67與純水冰粒63 —起落下時(shí)形成，其中純水冰粒63最終漂 浮在鹽水67液體中，它們都積聚在底部。過(guò)冷冰粒和鹽水一起產(chǎn)生溫 度大約為-6華氏度的混合物，其中低密度淡水冰粒漂浮在含有不希望 有的鹽和其它雜質(zhì)的鹽水67中。大部分鹽水通過(guò)排水而去除。
為了從所述室中連續(xù)移除所述漿液，并且將冰粒與鹽水有效分離， 該系統(tǒng)可在所述室的底部設(shè)有旋轉(zhuǎn)螺桿。而且，涂覆在冰晶上的任何 殘留鹽水均能夠在常規(guī)洗滌柱中或在保持罐76中進(jìn)一步去除。
因此，脫鹽系統(tǒng)具有用于使冰粒63與鹽水67分離的裝置，以確 保從冰粒中移除任何殘留的鹽或其它雜質(zhì)。例如，優(yōu)選被冷卻到大約-6 華氏度以確保形成固態(tài)冰相和液態(tài)鹽水相的這些冰粒63優(yōu)選被分配到 保持罐76或其它容器中，并被另外的淡水75 (例如之前已經(jīng)由所述系 統(tǒng)凈化的水，該水可處于室溫下)噴灑或與之混合，并且隨后允許該 冰粒融化。通過(guò)將過(guò)冷冰粒63與處于室溫下的另外的水75混合，所 述系統(tǒng)能夠產(chǎn)生非常冷的飲用淡水，即處于或接近凝固溫度。例如， 對(duì)于熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13，如將要討論的，由脫鹽系統(tǒng)形成的冷凍水的最 終溫度優(yōu)選為大約4 0華氏度，如將要討論的，這對(duì)于分離罐20的輸 入來(lái)說(shuō)是希望溫度，雖然對(duì)于其它目的，如果需要的話，該水可以在 +32華氏度到+60華氏度或更高溫度的范圍內(nèi)。
32由脫鹽系統(tǒng)40產(chǎn)生的冷凍淡水然后可分配到熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13， 該冷凍淡水可以儲(chǔ)存在該熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13中并然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間用于 向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻，然后該空調(diào)系統(tǒng)15可用于冷卻設(shè)施，如要 將討論的。此后，淡水可重新分配作為飲用淡水。
在一個(gè)實(shí)施例(未示出)中，海水60通過(guò)繞結(jié)晶室9周圍的管來(lái) 管道輸送，使得海水60甚至在它進(jìn)入室9之前就被預(yù)冷卻到接近凝固 溫度。也就是說(shuō)，被引入到室9中的過(guò)冷空氣50將具有使室壁72冷 卻的效果，使得通過(guò)將所述管巻繞所述壁并使海水60穿過(guò)管，所述管 將充當(dāng)熱交換器，從而使海水能夠變?yōu)轭A(yù)冷的。這樣， 一旦海水進(jìn)入 結(jié)晶室9，海水將更快凍結(jié)并且將下落到底部，在底部它將繼續(xù)凍結(jié)并 固化。這樣，優(yōu)選地，海水60的溫度甚至在它進(jìn)入室9之前就將接近 凍結(jié)。
來(lái)自壓縮機(jī)的廢熱也可用于相反的效果。也就是說(shuō)，在結(jié)晶室9 的底部的周圍，希望防止冰粒附著并聚集在室壁上，因此，利用廢熱 的一種方式是分配廢熱以產(chǎn)生溫水，該溫水隨后可循環(huán)通過(guò)繞結(jié)晶室 的下部延伸的管。在這方面，優(yōu)選地，溫水管將巻繞室9的冰粒很可 能積聚其上的下部，而用于預(yù)冷卻海水的管將巻繞所述室的上部。在 已經(jīng)通過(guò)引用并入本文的涉及脫鹽系統(tǒng)的臨時(shí)申請(qǐng)中更詳細(xì)地描述了 這些特征。
F.熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)
由脫鹽系統(tǒng)40產(chǎn)生的冷凍淡水和/或由混合室11產(chǎn)生的冷凍水或 液體然后能夠分配到熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13，它可以儲(chǔ)存在該熱能儲(chǔ)存系統(tǒng) 13中并然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間用于向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻，然后，該空調(diào) 系統(tǒng)15可用于冷卻設(shè)施，如將要討論的。
在這最后方面，優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)選包括分離或分層罐20，來(lái)自結(jié)晶 室9的冷凍純水或來(lái)自混合室11的冷凍水或液體可分配和儲(chǔ)存到該分離或分層罐20中。通過(guò)提供分離罐20，如圖4所示，最冷的水51將 留在罐20的底部24，而相對(duì)暖的水57將留在罐的頂部22，使得最冷 的水51隨后能夠從底部24抽出并用于空調(diào)系統(tǒng)15。通過(guò)使分離罐20 中的水保持相對(duì)靜止，冷水和溫水將保持分層，其中最冷的水51隨后 可在底部得到并用于向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻。
在這種情況下，分離罐20優(yōu)選具有上部22和下部24，其中來(lái)自 脫鹽系統(tǒng)40和/或混合室11的冷凍水能夠引入到罐20的下部24。這 樣，當(dāng)需要冷凍水來(lái)向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻時(shí)，能夠?qū)⒗鋬鏊畯姆蛛x 罐20的下部24抽出并隨后分配到空氣調(diào)節(jié)器15,該空氣調(diào)節(jié)器15然 后可用于對(duì)空氣進(jìn)行冷卻。通過(guò)使分離罐20中的水保持相對(duì)靜止，并 且使水保持相對(duì)緩慢地流入和流出所述罐，冷凍水51將留在罐20的 底部24，而相對(duì)暖的水57將留在罐20.的頂部22。而且，從密度的觀 點(diǎn)來(lái)看，希望使引入到分離罐20的底部中的冷凍淡水保持在大約+40 華氏度，這優(yōu)化了罐中的水維持分層的能力。另一方面，在混合室11 的情形中，其中水不必為純水，能夠向水中引入添加劑，或可以使用 具有不同密度的其它液體，使得分離罐20中的水或液體的溫度能低于 +40華氏度，在這種情況下，分配到空調(diào)系統(tǒng)15的水或液體可以更冷， 并因此在向所述系統(tǒng)提供冷卻方面更有效。
優(yōu)選地，在使用混合室11的實(shí)施例中，在分離罐20中循環(huán)的水 或液體形成閉環(huán)，其中分離罐20的上部22具有上入口 17和上出口 26， 而下部24具有下入口 27和下出口 28。這樣，來(lái)自混合室11的冷凍水 51或液體能夠通過(guò)下入口27分配到分離罐20的下部24并隨后被儲(chǔ)存。 然后，當(dāng)需要時(shí)，可通過(guò)下出口 28從分離罐20的下部24抽出來(lái)自分 離罐20的冷凍水或液體，以向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻。然后，在冷凍 水或液體已經(jīng)穿過(guò)空調(diào)系統(tǒng)15并且己經(jīng)熱交換之后，來(lái)自空調(diào)系統(tǒng)15 的相對(duì)暖的水或液體可通過(guò)上入口 17循環(huán)回分離罐20的上部22，水 或液體可再一次儲(chǔ)存在分離罐20中。最后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，來(lái)自分離 罐20的上部22的相對(duì)暖的水或液體能夠通過(guò)上出口 26循環(huán)回混合室11，使得它可被重新冷凍以再次開(kāi)始所述循環(huán)。
當(dāng)包含熱交換器盤管的地方需要加熱時(shí)，從分層的分離罐20開(kāi)始 的循環(huán)可以反過(guò)來(lái)，使得來(lái)自分層儲(chǔ)存罐頂部的暖水或液體被傳送到
熱交換器盤管以加熱該盤管和HVAC空氣。然后，經(jīng)過(guò)熱交換器盤管
的冷空氣將使返回到分層分離罐底部的水或液體冷凍。當(dāng)冷水和熱水
分界面達(dá)到分層分離罐20的頂部時(shí)，該過(guò)程中斷。
當(dāng)來(lái)自混合室11的冷水或液體被添加到分層分離罐20的底部時(shí)， 必須從分層分離罐20的頂部取出等量的溫水或液體，以適應(yīng)分層分離 罐20的固定容積。
對(duì)于脫鹽系統(tǒng)40，由于該系統(tǒng)優(yōu)選使用冷凍的飲用淡水作為冷凍 介質(zhì)，所以該水優(yōu)選從空調(diào)系統(tǒng)15分配回去，以分配為飲用淡水、用 于所述設(shè)施或用于任何其它目的。因此，若不具有閉環(huán)系統(tǒng)，冷凍淡 水優(yōu)選在它用于向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻之后從所述系統(tǒng)中移除并隨后 分配到別處。然后，該飲用淡水可儲(chǔ)存在不同罐中以用作飲用水，和/ 或再引導(dǎo)到脫鹽系統(tǒng)40以作為所形成的另外冰粒的融化水來(lái)使用。然 后，出于產(chǎn)生另外的冷凍水的目的，引入另外的海水。所述系統(tǒng)優(yōu)選 設(shè)置成使得在任何給定時(shí)間均有最佳且恒定量的水留在分離罐中，而 與從該系統(tǒng)中移除的淡水和所添加的新海水無(wú)關(guān)。當(dāng)混合室11和結(jié)晶 室9 二者用于同一系統(tǒng)時(shí)，希望淡水用于兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，并且希望混 合室11中的冷凍介質(zhì)不是閉環(huán)系統(tǒng)。
G.空調(diào)系統(tǒng)
空調(diào)系統(tǒng)15優(yōu)選具有熱交換管和/或盤管58，來(lái)自分離罐20的冷 凍水51可通過(guò)該熱交換管和/或盤管58來(lái)管道輸送。這樣，冷凍水51 穿過(guò)位于中央空氣調(diào)節(jié)室41中的管和/或盤管58的內(nèi)部，使得在室41 中循環(huán)的空氣42可通過(guò)熱交換來(lái)冷卻。也就是說(shuō)，當(dāng)空氣42穿過(guò)和 越過(guò)冷凍管和/或盤管58時(shí)，圍繞相對(duì)冷的管和/或盤管58的相對(duì)暖的
35空氣42將變冷，并且隨后能夠例如通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)分配到整個(gè)設(shè)施以向 所述設(shè)施提供冷空氣。來(lái)自渦輪膨脹機(jī)7的冷空氣50 (該冷空氣從渦 輪膨脹機(jī)7排出)、或來(lái)自結(jié)晶室9的剩余冷空氣73、或來(lái)自混合室 11的最終的冷空氣56也能夠用于向空調(diào)系統(tǒng)15或向所述設(shè)施提供冷 空氣。所述冷凍水也可以用冷凍水的形式、例如通過(guò)絕熱管網(wǎng)絡(luò)分配 到其它鄰近設(shè)施，其中可擴(kuò)展該系統(tǒng)以向附近的另外設(shè)施提供另外的 冷卻能力。當(dāng)所述系統(tǒng)使用來(lái)自脫鹽系統(tǒng)40的淡水作為冷凍介質(zhì)時(shí)， 該水優(yōu)選從空調(diào)系統(tǒng)15分配回去，以便分配為飲用淡水、用于所述設(shè) 施或用于任何其它目的。
H.其它部件
此外，可設(shè)置次級(jí)壓縮機(jī)34，其中來(lái)自任何能量源的任何過(guò)量的 電和/或未被所述系統(tǒng)或所述系統(tǒng)中的其它裝置使用的任何過(guò)量的壓縮 空氣能量均可用于向次級(jí)壓縮機(jī)34和/或渦輪壓縮機(jī)提供動(dòng)力。如上面 結(jié)合圖2示出和描述的次級(jí)壓縮機(jī)34、渦輪壓縮機(jī)31和渦輪膨脹機(jī) 33優(yōu)選將能量轉(zhuǎn)換為冷空氣，該冷空氣可被引導(dǎo)到冷空氣輸出，該冷 空氣輸出能夠分配到脫鹽系統(tǒng)40或混合室11中，或者既分配到脫鹽 系統(tǒng)40又分配到混合室11中。
2.運(yùn)行
圖l所示的通用部件實(shí)施例優(yōu)選能夠以許多不同的模式運(yùn)行 最大電力輸出
發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)的冷空氣
發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空氣調(diào)節(jié)) 的冷空氣
發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于脫鹽、即時(shí)空氣調(diào)節(jié)和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空 氣調(diào)節(jié))的冷空氣
當(dāng)壓縮空氣儲(chǔ)存罐充滿時(shí)，發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié) 和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空氣調(diào)節(jié))的冷空氣
當(dāng)壓縮空氣儲(chǔ)存罐充滿時(shí)，發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于脫鹽、即時(shí)空
36氣調(diào)節(jié)和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空氣調(diào)節(jié))的冷空氣 A.最大電力輸出
在如圖7所示的一種運(yùn)行模式中，可設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)使得產(chǎn)生最大 量的電，用于即時(shí)使用。例如，在白天時(shí)間這可能是有利的，例如當(dāng) 存在高的電力需求以用于所述設(shè)施以及存在相對(duì)恒定的可用風(fēng)力供應(yīng) 時(shí)。
在這種模式下，即使不是全部，也有大部分的直接風(fēng)力被用于發(fā)
電，該電可沿著線路25傳輸以根據(jù)需求向所述設(shè)施、電網(wǎng)或其它用戶 提供電力。例如，這可以通過(guò)使用邏輯電路8上的適當(dāng)設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)， 該邏輯電路8控制來(lái)自源3的能量的分配。在這種設(shè)定下，與所需的 同樣多的風(fēng)能沿線路25以電的形式傳輸，并且只有超過(guò)需求量的過(guò)量 的風(fēng)能才被傳輸?shù)絻?chǔ)存裝置中。在這種情況下，由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的 能量能夠傳輸?shù)接糜谙螂妱?dòng)機(jī)4提供動(dòng)力的"A"，該電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)初 級(jí)壓縮機(jī)10，該初級(jí)壓縮機(jī)IO轉(zhuǎn)而又對(duì)空氣進(jìn)行壓縮并將空氣儲(chǔ)存在 罐5中以供以后使用。儲(chǔ)存在管路中的所儲(chǔ)存的壓縮空氣也可經(jīng)由圖7 所示的路線"D"用于驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備。
為了最大電力輸出，罐5中儲(chǔ)存的壓縮空氣也可用于向渦輪發(fā)電 機(jī)14提供動(dòng)力，使得所儲(chǔ)存的風(fēng)能也可專用于發(fā)電。這樣，即使風(fēng)的 可用性沒(méi)有規(guī)律或者風(fēng)較弱，在此期間，來(lái)自儲(chǔ)存裝置的壓縮空氣也 能夠用來(lái)補(bǔ)充被供應(yīng)用于即時(shí)使用的直接能量。這使得即使風(fēng)速水平 波動(dòng)，向所述設(shè)施或用戶的電力流動(dòng)也相對(duì)連續(xù)且不中斷，并且沒(méi)有 浪涌和尖峰。在這方面，本發(fā)明意圖考慮在相對(duì)長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)提供 恒定的動(dòng)力輸出水平。
此外，由壓縮機(jī)產(chǎn)生的任何廢熱均能夠重新分配到壓縮空氣能量 儲(chǔ)存系統(tǒng)中，以提高該系統(tǒng)的壓力和效率，這進(jìn)一步有助于產(chǎn)生最大 量的電力輸出。當(dāng)使用鈦渦輪膨脹機(jī)7時(shí)，廢熱應(yīng)該不超過(guò)300華氏度。使用白天的風(fēng)力進(jìn)行峰值修整通常需要壓縮機(jī)功率等于或大于渦
輪膨脹機(jī)7的功率。在這種模式下，使用廢熱將導(dǎo)致由渦輪膨脹機(jī)7
產(chǎn)生的任何排氣更暖，因此將不一定適合用作用于次級(jí)目的的冷空氣。
B. 發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)的冷空氣
在圖8所示的這種模式下，有可能獲得最大或幾乎最大的電力輸
出，并同時(shí)產(chǎn)生用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)的冷空氣。例如，這種模式可具有
一些與最大電力輸出模式相同的參數(shù)設(shè)定，但當(dāng)儲(chǔ)存在罐5中的壓縮 空氣被釋放時(shí)，由渦輪膨脹機(jī)7產(chǎn)生的冷空氣能夠用于提供空氣調(diào)節(jié) 用的直接冷空氣的目的。如果需要的話，所產(chǎn)生的冷空氣能夠直接輸 送到相關(guān)HVAC系統(tǒng)的空氣混合室，在該空氣混合室中，所述冷空氣 可以與新的空氣輸入和返回的空氣輸入混合。所產(chǎn)生的冷空氣也能夠 引入到空調(diào)系統(tǒng)15中，使得冷空氣能夠分配給設(shè)施或其它用戶。請(qǐng)注 意，產(chǎn)生以kW(電)為單位的電力的每個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)，存在相同大小 的以kW (熱)為單位的伴隨產(chǎn)生的冷空氣功率。
然而，在這種模式中，可能有必要使用更多的直接風(fēng)能以用于將 壓縮空氣儲(chǔ)存到罐5中的目的，因?yàn)闉榱耸箿u輪膨脹機(jī)7正常運(yùn)行， 在罐5內(nèi)必須有足夠的空氣壓力。這意味著邏輯電路8可能需要適于 感測(cè)罐5內(nèi)的總壓力，使得當(dāng)罐5內(nèi)的壓力降到預(yù)定的最小值之下時(shí)， 系統(tǒng)能夠改變一方面專用于即時(shí)使用的風(fēng)能的量與另一方面專用于儲(chǔ) 存的風(fēng)能的量之比，使得專用于儲(chǔ)存的風(fēng)能的量能夠增加，而這又將 有助于補(bǔ)充罐5內(nèi)的壓縮空氣能量。這將具有維持所儲(chǔ)存的壓縮空氣 能量的足夠供應(yīng)的效果，這意味著也將有足夠的冷空氣供應(yīng)用于空氣 調(diào)節(jié)目的。在這種模式下，將廢熱從壓縮機(jī)10引到渦輪膨脹機(jī)7是不 合適的。
C. 發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空氣調(diào)節(jié)) 的冷空氣
這種模式示出于圖9中，并且它代表進(jìn)一步沿著即時(shí)使用與能量?jī)?chǔ)存之比的系列的模式。如最先的兩種模式中那樣，這種模式在某些 情況下可用于提供最大電力輸出，但通常僅在風(fēng)能的供應(yīng)明顯大于電 需求，并且有足夠的過(guò)量風(fēng)能可用以提供用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)和延時(shí)空 氣調(diào)節(jié)的冷空氣時(shí)。例如，這可能發(fā)生在早晨期間，此時(shí)在刮風(fēng)但對(duì) 電和即時(shí)空氣調(diào)節(jié)的需求最小。但當(dāng)可用風(fēng)能的量不那么大時(shí)，或者 對(duì)空氣調(diào)節(jié)的需求相對(duì)高時(shí)，該系統(tǒng)將可能必須設(shè)定為將更多的風(fēng)能 專用于儲(chǔ)存為壓縮空氣能量并產(chǎn)生用于冷卻目的的冷空氣，并將更少 的風(fēng)能專用于發(fā)電以用于即時(shí)使用。
同時(shí)，通過(guò)使用儲(chǔ)存的壓縮空氣能量，該系統(tǒng)可在同一時(shí)間一起 產(chǎn)生電和冷空氣，使得通過(guò)將壓縮空氣儲(chǔ)存在罐5中，所述能量中的
一部分仍然能用來(lái)使用渦輪發(fā)電機(jī)14來(lái)發(fā)電用于即時(shí)使用，并且不排
除用于冷卻目的。因此，使用風(fēng)力來(lái)發(fā)電以用于即時(shí)使用與儲(chǔ)存風(fēng)力 來(lái)產(chǎn)生壓縮空氣能量之間的適當(dāng)比率將必須考慮系統(tǒng)的一起產(chǎn)生性質(zhì) 和特性。
在這種模式中，考慮對(duì)非冷卻和冷卻需要的相對(duì)需求、室外溫度
等等(包括設(shè)施的電力需求)，使用邏輯電路8能夠設(shè)定參數(shù)使得專用于 滿足設(shè)施的空氣調(diào)節(jié)需要的風(fēng)能的量足以使設(shè)施保持冷卻。如圖9可 見(jiàn)，這種模式的主要目的是使用由渦輪膨脹機(jī)7產(chǎn)生的冷空氣，以提 供直接冷卻用于通過(guò)相關(guān)的HVAC進(jìn)行即時(shí)空氣調(diào)節(jié)或提供冷卻以產(chǎn) 生冷凍水，而該冷凍水又能夠儲(chǔ)存為冷凍水以便以后用于空氣調(diào)節(jié)， 或者既提供直接冷卻用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)又提供冷卻以產(chǎn)生冷凍水。
當(dāng)儲(chǔ)存冷凍水時(shí)，該系統(tǒng)優(yōu)選分配足夠量的冷空氣到混合室11， 在混合室11中，該冷空氣用于對(duì)混合室11中的水進(jìn)行冷凍，其中冷 凍水隨后可儲(chǔ)存在分離罐20中，使得它可以在以后被空調(diào)系統(tǒng)15使 用。如所述的，當(dāng)使用淡水作為所述混合室中的冷凍介質(zhì)時(shí)，儲(chǔ)存在 分離罐20中的水的溫度優(yōu)選為大約40華氏度，但如果使用了不同密 度的添加劑或其它液體則可以更低。D.發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于脫鹽、即時(shí)空氣調(diào)節(jié)和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空 氣調(diào)節(jié))的冷空氣
在圖10中示出了這種模式，并且除了至少一部分(如果不是全部) 冷空氣用于脫鹽目的之外，它在一些方面類似于前面圖9的模式，從
而除了提供冷凍水以向空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻外還從海水中產(chǎn)生飲用淡 水。
如可以看到的，在這種模式下，冷空氣50被分配到用于冷凍海水 60的脫鹽結(jié)晶室9，該脫鹽結(jié)晶室9又允許純淡水與海水中的鹽和其 它雜質(zhì)分離。同時(shí)，由于使用凍結(jié)溫度，所以由此產(chǎn)生的淡水基本上 是冷凍的，使得它隨后能夠被分配到熱能系統(tǒng)13中并作為冷凍水儲(chǔ)存 在分離罐20中，與前述模式中來(lái)自混合室11的冷凍水被分配到熱能 系統(tǒng)13中并儲(chǔ)存的方式幾乎相同。這樣，分離罐20中的冷凍水51能 夠類似地儲(chǔ)存并用于在延時(shí)的基礎(chǔ)上向空調(diào)系統(tǒng)15提供冷卻。從結(jié)晶 室9中釋放的冷空氣也能用于向該空調(diào)系統(tǒng)提供即時(shí)冷卻，并且釋放 壓縮空氣可用于使用渦輪發(fā)電機(jī)14 一起發(fā)電，從而提高系統(tǒng)的效率。
在這種模式下，優(yōu)選進(jìn)行設(shè)定，使得循環(huán)到熱能系統(tǒng)13并隨后循 環(huán)到空調(diào)系統(tǒng)15的淡水再循環(huán)回來(lái)，使得它可以被取出并用作飲用淡 水52，例如用于所述設(shè)施或任何其它用戶。已經(jīng)被空氣調(diào)節(jié)器15加溫 的一些淡水也可再循環(huán)回來(lái)，以作為由脫鹽系統(tǒng)40形成的冰粒的融化 水來(lái)使用。
冷空氣被發(fā)送到結(jié)晶室9以與海水(或微咸水)噴霧相互作用從 而形成固態(tài)冰(淡水)和液態(tài)鹽水。覆在固態(tài)冰周圍的鹽水可通過(guò)重 力(沉降)去除，或者，為了使從鹽水中分離的水的純度更大，可以 用清潔水來(lái)清洗冰，其中該清洗水也被回收作為清潔水。
處于接近"-5華氏度"的溫度下的冷凍冰能夠與"+60華氏度"的自來(lái)水混合以形成"+40華氏度"的水并送到熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13的分 離罐20。由于水被添加到熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13，所以優(yōu)選移除等量的水作 為飲用水。
在熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13用于對(duì)例如位于遠(yuǎn)處的空調(diào)系統(tǒng)15上的盤管 58進(jìn)行冷凍的模式中，冷水51優(yōu)選被供應(yīng)到分離罐20的底部24，同 時(shí)溫水57層移動(dòng)到罐20的頂部22并被去除作為飲用水。來(lái)自分離罐 20的底部的冷凍水51優(yōu)選被泵送到其中熱空氣吹過(guò)盤管58的空調(diào)系 統(tǒng)15，結(jié)果產(chǎn)生加溫的水和冷空氣。加溫的水返回到分離罐20的頂部， 并且冷空氣通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)15循環(huán)到所述設(shè)施或用戶。
在熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)13用于加熱遠(yuǎn)程盤管58的模式中，水循環(huán)反過(guò) 來(lái)。相對(duì)暖的水從分離罐20的頂部22被抽出并作為較冷的水返回到 該罐的底部24。優(yōu)選地，在這種反向循環(huán)期間不添加或移除水。
E.當(dāng)壓縮空氣儲(chǔ)存罐充滿時(shí)，發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于即時(shí)空氣調(diào)節(jié)
和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空氣調(diào)節(jié))的冷空氣
如圖11所示，當(dāng)壓縮空氣儲(chǔ)存罐5充滿時(shí)，來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)19 的過(guò)量電力被送到增加大氣壓力的次級(jí)壓縮機(jī)34，該過(guò)量的電力轉(zhuǎn)而 又送到能用來(lái)產(chǎn)生用于空調(diào)系統(tǒng)15的冷空氣的渦輪壓縮機(jī)31和渦輪 膨脹機(jī)33，而不必首先將風(fēng)能作為壓縮空氣儲(chǔ)存在罐5中。
如圖2所示，電動(dòng)機(jī)32用于向壓縮機(jī)34提供動(dòng)力，該壓縮機(jī)34 可用于對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，例如壓縮到90psia，其中壓縮空氣優(yōu)選被分配 到公共軸39上的連接到渦輪膨脹機(jī)33的渦輪壓縮機(jī)31。最初，通過(guò) 渦輪膨脹機(jī)33膨脹的90psia的空氣導(dǎo)致渦輪膨脹機(jī)的軸39旋轉(zhuǎn)渦輪 壓縮機(jī)31 ，這導(dǎo)致渦輪壓縮機(jī)/渦輪膨脹機(jī)裝置加速直到達(dá)到平衡壓力。 對(duì)于特定設(shè)計(jì)，來(lái)自壓縮機(jī)34的90psia的空氣輸出被渦輪壓縮機(jī)31 提高到215psia。到渦輪膨脹機(jī)33的215psia的輸入空氣導(dǎo)致被膨脹到 15psia的高質(zhì)量流量的空氣。最終的高質(zhì)量流量的空氣變得極冷，即優(yōu)選低于-100華氏度，例如-114.8華氏度。也可設(shè)置在這種系統(tǒng)中的熱 交換器35、 37優(yōu)選有助于使壓縮的空氣保持相對(duì)較冷，從而不損害由 渦輪膨脹機(jī)33釋放的冷空氣的最終溫度。
然后，冷空氣50可分配到混合室11，并以冒泡的方式從水中穿 過(guò)，其中水優(yōu)選被冷凍以產(chǎn)生40華氏度的水和40華氏度的排氣。可 以使用其它溫度，例如當(dāng)使用諸如具有添加劑的水或其它液體的其它 冷凍介質(zhì)時(shí)。冷空氣被產(chǎn)生而不必將壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存在可能充滿的 罐5中，但優(yōu)選在正在進(jìn)行的基礎(chǔ)上(即當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)19運(yùn)行時(shí))產(chǎn) 生。40華氏度的水被送到分離罐20，該水可儲(chǔ)存在該分離罐20中并 在以后使用。來(lái)自混合室11的40華氏度的排氣優(yōu)選被立即送到HVAC 系統(tǒng)或?qū)⑺懦?浪費(fèi))。
F.當(dāng)壓縮空氣儲(chǔ)存罐充滿時(shí)，發(fā)電并伴隨產(chǎn)生用于脫鹽、即時(shí)空 氣調(diào)節(jié)和熱能儲(chǔ)存(延時(shí)空氣調(diào)節(jié))的冷空氣
如圖12所示，當(dāng)壓縮空氣儲(chǔ)存罐5充滿并且脫鹽系統(tǒng)9 (代替混 合室11)用于從海水產(chǎn)生冷凍淡水時(shí)，可以用與圖11所示的模式中幾 乎相同的方式產(chǎn)生冷空氣。也就是說(shuō)，過(guò)量的電力被送到次級(jí)壓縮機(jī) 34，該次級(jí)壓縮機(jī)34增加大氣壓力，例如增加到90psia，然后，該90psia 的空氣優(yōu)選供應(yīng)到渦輪壓縮機(jī)31，該渦輪壓縮機(jī)31連接到位于公共軸 39上的渦輪膨脹機(jī)33。通過(guò)渦輪膨脹機(jī)33膨脹的90psia的空氣優(yōu)選 導(dǎo)致渦輪膨脹機(jī)的軸39旋轉(zhuǎn)渦輪壓縮機(jī)31，這導(dǎo)致渦輪壓縮機(jī)/渦輪 膨脹機(jī)裝置加速直到達(dá)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)壓力。再說(shuō)一次，對(duì)于特定設(shè) 計(jì)，來(lái)自次級(jí)壓縮機(jī)34的90psia的空氣輸出被渦輪壓縮機(jī)31提高到 215psia。到渦輪膨脹機(jī)33的215psia的輸入空氣導(dǎo)致被膨脹到 15psia 的高質(zhì)量流量的空氣。最終的高質(zhì)量流量的空氣變得極冷，即優(yōu)選低 于-100華氏度，例如-114.8華氏度。也可設(shè)置在這種系統(tǒng)中的熱交換器 35、 37優(yōu)選有助于使壓縮的空氣保持相對(duì)較冷，從而不損害由渦輪膨 脹機(jī)33釋放的冷空氣的最終溫度。
42這種模式和前一模式之間的差別在于冷空氣隨后能夠分配到結(jié) 晶室9而不是混合室11，在結(jié)晶室9中，通過(guò)將冷空氣噴射到結(jié)晶室 9中并導(dǎo)致海水微滴快速凍結(jié)，所述冷空氣用于對(duì)海水進(jìn)行脫鹽，其中 能夠從鹽水中去除淡水冰粒，如上所述。這種過(guò)程產(chǎn)生已經(jīng)冷凍的、
優(yōu)選冷凍到大約40華氏度的飲用淡水，其中也產(chǎn)生40華氏度的排氣。
該冷空氣被產(chǎn)生而不必將壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存在罐5 (在這種模式 下假定罐5是充滿的)中，但優(yōu)選在正在進(jìn)行的基礎(chǔ)上(即當(dāng)風(fēng)力渦 輪機(jī)19運(yùn)行時(shí))產(chǎn)生。40華氏度的淡水被送到分離罐20，該淡水可 儲(chǔ)存在該分離罐20中并在以后由空調(diào)系統(tǒng)15使用。來(lái)自結(jié)晶室9的 40華氏度的排氣優(yōu)選被立即送到HVAC系統(tǒng)或?qū)⑺懦?浪費(fèi))。
在這種模式中，優(yōu)選進(jìn)行設(shè)定，使得循環(huán)到熱能系統(tǒng)B并隨后循 環(huán)到空調(diào)系統(tǒng)15的淡水再循環(huán)回來(lái)，使得它可以例如由所述設(shè)施或任 何其它用戶取出并用作飲用淡水。已經(jīng)被空氣調(diào)節(jié)器15加溫的一部分 淡水也可再循環(huán)回來(lái)，以作為由脫鹽系統(tǒng)40形成的冰粒的融化水來(lái)使用。
請(qǐng)注意當(dāng)壓縮空氣罐5充滿時(shí)，例如圖11或12的模式中，也 可能存在分離罐20已達(dá)到最佳低溫并且它不能再接納更多冷凍水的時(shí) 刻。例如，這可能發(fā)生在不再需要運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)15時(shí)，因此分離罐中 的冷凍水保持在恒定的冷凍溫度。在這種情況下，考慮到可以改變所 述系統(tǒng)以進(jìn)行以下操作中的一個(gè)或多個(gè)1)將風(fēng)能發(fā)送到可能需要能 量的其它連接電網(wǎng)；2)使風(fēng)力渦輪機(jī)風(fēng)扇或葉片成羽毛狀；3)提供 負(fù)載箱以耗散能量。
在上述操作的任何操作中，例如在非高峰時(shí)段內(nèi)，可以使用任何 其它能量源3b、 3c或3d，其中可在低成本費(fèi)率時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)存能量，并在 以后的高成本費(fèi)率時(shí)段內(nèi)使用。而且，使用凝固溫度來(lái)凍結(jié)水并將純 水與雜質(zhì)分離的任何脫鹽系統(tǒng)、包括不使用壓縮空氣而是使用其它凍結(jié)技術(shù)、化學(xué)物質(zhì)等的那些脫鹽系統(tǒng)均可并入本系統(tǒng)，其中由該脫鹽 系統(tǒng)產(chǎn)生的排出溫度可用于冷凍水，該水又能分配到熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種能夠降低最終用戶的能量成本的冷卻系統(tǒng)，包括壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，該壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)能夠儲(chǔ)存壓縮空氣形式的能量，并且包括初級(jí)壓縮機(jī)、罐和用于釋放壓縮空氣的膨脹機(jī)，由此，由所述膨脹機(jī)釋放的能量能夠用來(lái)向發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力以發(fā)電，和/或產(chǎn)生冷空氣；冷卻室，該冷卻室適于使用冷空氣來(lái)冷凍所述冷卻室內(nèi)的液體；熱能儲(chǔ)存單元，該熱能儲(chǔ)存單元包括能夠儲(chǔ)存所述冷凍液體的分離罐；空調(diào)系統(tǒng)，該空調(diào)系統(tǒng)與所述熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)和所述壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)連通，其中來(lái)自所述冷卻室的冷凍液體能夠循環(huán)到所述分離罐，并且其中來(lái)自所述分離罐的冷凍液體能夠被抽出并用于向所述空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻系統(tǒng)，其中將空氣壓縮到所述壓縮 空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中的能量可從以下能量源中的至少一個(gè)獲得1) 來(lái)自一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力；2) 電網(wǎng)；3) 地?zé)崮?；?) 核能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括至少一個(gè) 風(fēng)力渦輪機(jī)以產(chǎn)生風(fēng)能，所述風(fēng)能能夠用于驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)壓縮機(jī)以將 空氣壓縮到所述壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻系統(tǒng)，其中第二發(fā)電機(jī)設(shè)置成與所述至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)關(guān)聯(lián)，其中由所述第二發(fā)電機(jī)發(fā)的電能夠全部或部分傳輸?shù)揭韵马?xiàng)中的至少一個(gè)1)電線，該電線通向用戶或電網(wǎng)以用于所述電的即時(shí)使用；2) 所述壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)；3) 次級(jí)壓縮機(jī)系統(tǒng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述次級(jí)壓縮機(jī)系統(tǒng)包 括次級(jí)壓縮機(jī)、渦輪壓縮機(jī)、次渦輪膨脹機(jī)和至少一個(gè)熱交換器，并 且其中所述次渦輪膨脹機(jī)用于產(chǎn)生冷空氣，所述冷空氣可分配到所述冷卻室。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述罐內(nèi)的壓縮空氣中的至少一部分能夠1)分配到次級(jí)壓縮機(jī)系統(tǒng)；2)用于向所述空調(diào) 系統(tǒng)提供直接冷空氣；和/或3)用于向氣動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻泉統(tǒng)，其中所述冷卻室包括填充有 液體的混合室，并且使所述冷空氣能夠以氣泡的形式引入到所述混合 室中，其中由此引起的熱傳遞導(dǎo)致所述混合室中的液體變冷以產(chǎn)生所 述冷凍液體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述混合室中的冷凍液 體與所述分離罐連通，并且與所述空調(diào)系統(tǒng)連通，使得所述冷凍液體 能夠有助于向所述空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻，并且其中所述冷凍液體被保持 在閉環(huán)系統(tǒng)中，使得該冷凍液體能夠從所述空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)回所述混合 室。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述冷卻室包括用于海 水脫鹽的結(jié)晶室，其中所述結(jié)晶室適于允許海水以細(xì)霧或噴霧的形式 引入到所述結(jié)晶室中，其中所述冷空氣可引入到所述結(jié)晶室中以使所 述細(xì)霧或噴霧被冷凍，從而形成由純水構(gòu)成的冰粒，其中所述結(jié)晶室 使鹽和其它雜質(zhì)能夠從海水中去除，以由此產(chǎn)生冷凍淡水。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的冷卻系統(tǒng)，其中形成在所述結(jié)晶室中的冰粒能夠在保持罐中融化，其中另外的淡水能夠用于使所述冰粒融 化以產(chǎn)生冷凍淡水。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述結(jié)晶室中的所述冷凍淡水與所述分離罐連通，并且與所述空調(diào)系統(tǒng)連通，使得所述冷 凍淡水能夠有助于向所述空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻，并且其中，在以后，所 述淡水能夠從所述系統(tǒng)抽出并可用作飲用淡水。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其中在能量費(fèi)率相對(duì)低的 非高峰需求時(shí)段內(nèi)獲得由所述系統(tǒng)使用的能量，并能夠在能量費(fèi)率相 對(duì)高的高峰需求時(shí)段內(nèi)使用來(lái)自所述分離罐的冷凍液體來(lái)運(yùn)行所述空 調(diào)系統(tǒng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述分離罐具有上部 和下部，所述上部具有上入口和上出口，所述下部具有下入口和下出 口，并且其中來(lái)自所述冷卻室的冷凍液體能夠通過(guò)所述下入口循環(huán)到 所述分離罐的下部中，并且其中來(lái)自所述分離罐的冷凍液體能夠通過(guò) 所述下出口從所述分離罐的下部被抽出，以向所述空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻， 并且其中在已經(jīng)由所述空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換之后，來(lái)自所述空調(diào)系統(tǒng) 的冷凍液體能夠通過(guò)所述上入口循環(huán)到所述分離罐的上部中，并且其 中來(lái)自所述分離罐上部的冷凍液體能夠通過(guò)所述上出口循環(huán)回所述冷 卻室。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中用于將空氣壓縮到所 述壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中的能量能夠在能量費(fèi)率相對(duì)低的非高峰需 求時(shí)段內(nèi)使用，并能夠在能量費(fèi)率相對(duì)高的高峰需求時(shí)段內(nèi)使用來(lái)自 所述分離罐的冷凍液體來(lái)運(yùn)行所述空調(diào)系統(tǒng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中最初使用的液體是海 水，并且所述冷卻室包括具有結(jié)晶室的脫鹽系統(tǒng)，以從海水中去除鹽和/或其它雜質(zhì)，并且其中由所述脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的凈化水能夠從所述結(jié) 晶室循環(huán)到所述分離罐，并且能用于向所述空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述脫鹽系統(tǒng)使得來(lái) 自所述膨脹機(jī)的冷空氣能夠引入到所述結(jié)晶室中，其中所述海水被冷 凍以形成由凈化水構(gòu)成的冰粒，所述冰粒能夠與海水中的鹽和其它雜 質(zhì)分離。
17. —種能夠降低最終用戶的能量成本的冷卻系統(tǒng)，包括脫鹽系統(tǒng)，該脫鹽系統(tǒng)用于從水中去除鹽和/或其它雜質(zhì)，其中所 述脫鹽系統(tǒng)能夠形成由純水構(gòu)成的冰粒，所述冰粒能夠與水中的鹽和其它雜質(zhì)分離；儲(chǔ)存罐，該儲(chǔ)存罐用于儲(chǔ)存來(lái)源于所述冰粒的冷凍的凈化水；和 與所述脫鹽系統(tǒng)連通的空調(diào)系統(tǒng)，其中來(lái)自所述儲(chǔ)存罐的冷凍水能夠被抽出并用于向所述空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻，其中所述冷凍水能夠穿過(guò)所述空調(diào)系統(tǒng)并導(dǎo)致循環(huán)空氣由此變冷。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述儲(chǔ)存罐包括填充 有水的熱能儲(chǔ)存分離罐，其中所述分離罐具有上部和下部。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的冷卻系統(tǒng)，其中來(lái)自所述脫鹽系統(tǒng)的 冷凍的凈化水被循環(huán)到所述分離罐的下部中，其中該凈化水能夠從所 述下部抽出以向所述空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻，并且其中在已經(jīng)由所述空調(diào) 系統(tǒng)進(jìn)行熱交換之后，來(lái)自所述空調(diào)系統(tǒng)的水能夠被循環(huán)并分配作為 飲用淡水。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的冷卻系統(tǒng)，其中用于凈化所述水的能 量能夠在能量費(fèi)率相對(duì)低的非高峰需求時(shí)段內(nèi)使用，并且在能量費(fèi)率 相對(duì)高的高峰需求時(shí)段內(nèi)能夠使用來(lái)自所述分離罐的冷凍的凈化水來(lái) 運(yùn)行所述空調(diào)系統(tǒng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述脫鹽系統(tǒng)包括能夠壓縮空氣并用膨脹機(jī)釋放所述空氣的壓縮空氣能量系統(tǒng)，由此，通過(guò)用所述膨脹機(jī)釋放所述壓縮空氣而產(chǎn)生的排出冷空氣能夠用于冷凍所述脫鹽系統(tǒng)中的水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生特別用于冷卻目的的節(jié)省成本的能量的通用系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)用于產(chǎn)生電和壓縮空氣能量，其中該壓縮空氣能量用于一起產(chǎn)生電和冷空氣。然后，該冷空氣用于冷凍混合室或脫鹽系統(tǒng)中的水，其中冷凍水儲(chǔ)存在分離罐中，其中該冷凍水可以在以后用于向設(shè)施的空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻。當(dāng)使用脫鹽時(shí)，該系統(tǒng)產(chǎn)生冷凍的飲用淡水，該冷凍的飲用淡水能用于空氣調(diào)節(jié)，并且隨后用作飲用淡水。任何排出的冷空氣均能夠直接用于空氣調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F03D9/00GK101636582SQ200780046557
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日
發(fā)明者保羅·利伯曼, 班·M·艾尼斯 申請(qǐng)人:班·M·艾尼斯;保羅·利伯曼