[发明专利]用于空调和热泵的冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及由太阳能加热器提供动力的空调系统，特别地，涉及一种用于冷却的装置，包括：

·用于通过供热循环运送流体的液泵，

·用于加热供热循环中流体的外部热源，

·具有膨胀器入口和膨胀器出口的膨胀器，膨胀器入口具有到外部热源的流体连接部，用于接收气态流体，以通过膨胀所述流体来驱动膨胀器，

·具有压缩机入口和压缩机出口的压缩机，压缩机由膨胀器驱动，用于将工作流体从低压的压缩机入口气体压缩成高压的压缩机出口气体，

·第一热交换器具有到压缩机出口的流体连接部，并且连接到膨胀器入口，用于从高压压缩机出口气体传递热量到供热循环中的流体，

·具有冷凝器的第二热交换器，用于通过向低温的第二流体传递能量，来冷凝从膨胀器排出的工作流体，所述低温的第二流体例如是室外空气，

·具有蒸发器的第三热交换器，用于通过从第三流体的能量传递来蒸发从第二热交换器排出的工作流体，并且用于在第三流体内产生期望的冷却效果，所述第三流体例如是室内被冷却的空气。

背景技术

空调装置的数量在急剧增加。考虑到世界范围的降低二氧化碳排放的目标，这种机器能源消耗的减少变得极其重要。

一般来说，当太阳光很强时，用于空气调节的能源消耗是最大的。因此，利用太阳能转换到空气的冷却是值得期待的。特别是，利用普通太阳能供热系统是值得期待的，所述太阳能供热系统使用水作为工作流体。

美国专利6,581,384公开了一种使用废热能用于空调的系统。该系统应用的液体具有低临界压力和温度，例如制冷剂。尽管这种系统乍看上去是有前景的，并且该公开提出了太阳能供热的使用，但是更完整的分析揭示了这一系统并不适于普通的太阳能供热系统，特别是更不适于用水作为工作流体。下面将会更详细的描述。

图1是美国专利6,581,384公开的系统的复印件。热源1，例如太阳能加热器，提供传递到热交换器2内工作流体的热源。在管3中设置由液泵4提供压力的工作流体。通过在热交换器2中接收热能，受压后的液体过热。将过热的液体通过管5和控制阀6导入膨胀器7，在膨胀器7中液体被膨胀，并且从工作流体传递功到膨胀器。在离开膨胀器7后，工作流体仍然过热，并且热交换器8中的部分能量从膨胀器7的排出流体传递到管3的工作流体。从工作流体接收能量后，膨胀器通过轴10驱动连接到膨胀器的压缩机9。压缩机压缩工作流体从气态到作为典型冷却循环一部分的中间压力气体。从压缩机9中输出的流体流经管20，并且在分支11和从热交换器8的出口流体混合。为了排出更多的热量，使用另一个热交换器12用于传递能量到管3的工作流体。剩余的热量在很大程度上由冷凝器13内的室外通风空气冷却来排除。工作流体排出冷凝器13并且分流，其中部分液体流经管道14到制冷剂罐15，在制冷剂罐15中当从管道16进入到压力泵4之前，任何残余的气体从液体中分离。另一部分的工作流体在分流后沿着管道17进入蒸发器18，在蒸发器18中蒸发导致温度的降低，以从吹入建筑物的低温空气19中吸收能量用于空气调节。从蒸发器18出来的流体再次循环进入压缩机9。

在美国专利6,581,384中，公开了膨胀器接收温度为400℉(相当于204℃)的R134a型工作流体，以获得过热流体，在图2的再生冷却循环中描述了该工作流体的焓H相对于压力(log P)的图表。冷却循环A-B-C-D描述了在膨胀器7中的A-B的膨胀，在冷凝器13中B-C的冷凝，在泵4中C-D的泵送，和在热交换器2中D-A的蒸发。该图还示出了用于冷却循环中另一部分分流工作流体在蒸发器18中的F-E的蒸发。

为了在膨胀器7中获得气态的过热流体，在膨胀器7的入口，工作流体204℃的高温是必须的。在公开中过热的争论不是很清晰，但是可以确定的事实是：发明者希望确保在膨胀器中膨胀的条件下没有小液滴形成，因为当膨胀器在高速下驱动时，这将破坏膨胀器的叶片。工作流体具有较高的温度的另一个优点是由于能效比更高的COP值。能效比被定义为从高温数值到低温数值的热量传递。

工作流体204℃的高温阻止了常规、商业的太阳能加热器的使用，因为这些加热器典型地在70-120℃下工作，并且并不是设计用于这种工作流体的高温。

参见图2，在图表中点A运动到例如140℃将是可选择的，这在美国专利6,581,384的公开中没有提到。然而，这由于太高的温度也不能适用于太阳能加热器。