CN100535540C - 风轮水轮热泵及暖通空调集成设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵；一种新的通风装置；有九种状态、两种送风方式的全工况空调器；增强风能前端风速及风向随动集成设备；风能、电动机或燃料发动机互补驱动供能及部分建筑用能集成设备；蓄能船及蓄能车；适于在有风能、水能可供利用，近地城乡需用制冷机或热泵的地方推广应用，能用于：暖通空调、冷库、部分工业工艺、农用温棚、冰雪运动基地、冰雪展馆、道路融冰。其制冷机或热泵、暖通空调设备能分别与现有空调设备、制冷机或热泵结合使用。

Description

风轮水轮热泵及暖通空调集成设备

本发明涉及一种风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵(以下简称风轮热泵、水轮热泵)及暖通空调集成设备，属于组合技术在制冷、暖通空调领域中的应用。

能源是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题之一，在化石能源储量日益减少的情况下，各国更加重视水能、风能等可再生能源的开发应用，制冷暖通空调是耗能大的行业之一，且使用具有季节性，日负荷高峰出现时间具有趋同性的特点，是造成电网峰谷差和季节性供电紧张的重要原因之一，据资料记载：“葛州坝水利枢纽工程，高峰与低谷的发电输出功率分别为220万千瓦和80万千瓦，放水是解决用电低谷时发不出电能的方法。“近年来，蓄冷(热)空调技术取得了长足的进步，成为移峰填谷的一种主要方法，分析从风力、水力发电到电驱动制冷机或热泵能量转换输送全过程，有以下中间环节：水轮、风轮机械能经发电机转换成电能，经变压(整流)器变成高压(直流)电，电网输送，经变压(变流)器变成低压交流电，低压配电，电动机将电能转换成机械能。这些中间环节，要损耗25％-30％的能量，要消耗大量的铜、铁、铝材料用于制造中间环节的设备。目前，制冷机或热泵的驱动源有电动机、燃料发动机，公开号为CN2575335的实用新型专利不属于液体蒸发式制冷机的范畴。此外，制冷、暖通空调设备还存在以下问题：通风、供暖、空调(家用含冰箱、蓄热水器)等设备集成度还不够高，用户电力增容大，分别购买上述设备，初投资大；大部分分布式空调、家用冰箱的冷凝热没有得到利用，夏季对城市热岛效应产生正反馈；大多数空调，尤其是分布式空调无新风装置，并采用回风消除室内热湿(冷)负荷，不仅造成室内空气品质差，而且这种多重循环换热方式在部分负荷，尤其是小负荷时，即使采用变频、变流量技术，也比不上室内蓄热加间歇式通风方式节能。

本发明的目的在于：1、提出在有风能、水能可以利用，近地城乡需用制冷机或热泵，用风轮、水轮驱动液体蒸发式压缩机的运转。省去从风力、水力发电到电动机驱动压缩机运转若干中间环节，减少铜、铁、铝材料的消耗，从源头减少电网季节性峰谷差值。减少装机容量，降低电力系统投资、运行成本，提高经济效益；并提出了风轮热泵与其它驱动源(或其它冷、热源)互补供能，解决风能存在间歇性、波动性问题。2、提出了一种集通风、空调新风于一体的新风入口、排气出口装置；提出了一种有九种状态、两种送风方式的全工况空调器；提出了暖通空调(家用含冰箱、蓄热水器)集成的设备。解决：减少电力增容；减少用户初投资；减少原材料消耗；提高室内空气品质；利用冷凝热，减轻热岛效应；在热湿(冷)负荷较小时，利用室内蓄热加间歇式通风方式实现节能。3、提出了增强风轮前端风速的装置，解决：提高风能利用率，扩大风轮热泵或风力发电设备应用的时域、地域范围。4、提出了将风能制冷蓄能与“天然冰蓄能集中供冷设备系统”(申请号为200510009971.3)相结合，解决：避免或减少天然冰储能损耗，降低天然冰储量，降低天然冰蓄能的初投资成本和运行成本。5、提出了往返于风电场、水利工程与城镇用户、供能站之间的蓄能船、蓄能车装备，解决异地制冷(热)、用冷(热)问题。

本发明技术方案如下：风(水)轮热泵机组供热、供冷的技术方案：风(水)轮热泵机组由风(水)轮、传动装置、压缩机、冷凝器、膨胀阀(节流阀)、蒸发器、测量控制装置、制冷辅助装置组成。传动装置由电磁离合器、增速器组成，两部件的连接顺序是：电磁离合器、增速器，对于风速、水速变化率大的系统，在转动装置中加装惯性轮、摩擦离合器，传动装置内各部件的连接顺序是：电磁离合器、惯性轮、摩擦离合器、增速器。风轮热泵机组采用了以下公知技术：变制冷剂流量控制技术，温度一压力控制方式；制冷辅助装置与技术；小转矩起动技术；与风(水)力发电相关的技术与设备(施)。对于风轮热泵机组，用下述方法克服风能存在间歇性、波动性，保障供热(冷)系统连续、稳定运行的问题：①蓄热技术；②与电动机、燃料发动机等驱动源互补供能；③与电动地源热泵、地热、太阳能等冷、热源互补供能。例如；我国属季风型气候的国家，三北大部分地区冬、春季多风，供热负荷大小、峰值与风速(寒流、大风降温)有关，在无风(无寒流)时，供热系统处于部分负荷状态，应用上述自然规律，风轮驱动的地源热泵可与电动地源热泵、地热、太阳能等供热系统互补供能或作为上述供热系统的调峰设备，可节煤省电，改善大气环境。供冷(热)循环子系统可分为制冷剂循环供冷(热)和载冷剂循环供冷(热)两种方式。室内蓄热器是指建筑结构物质蓄热之外附加的蓄热器，有均衡调节昼夜负荷差、减小室温波动、减小峰值负荷等作用。暖通空调集成设备的技术方案：通风新风入口装置由正压风管、旋转支撑、进风管、旋转接头组成，正压风管33头部呈流线收敛型喇叭口，中间呈90度弯曲，末端是直管，尾部是风标，其重心位于直管段轴线上，直管外重心上方有一托环，与轴承、支座构成旋转支撑，支座与建筑物联成一体，正压风管位于旋转支撑之上，可绕其转动，正压风管直管段与进风管入口直管段在同一轴线上，衔接部分通过旋转接头连通；通风排气出口装置有两种：一种由间隔一定距离的上、下诱风曲面(球面)，支柱(3个以上)，排气管构成，上曲面通过支柱与屋顶相连，凸面向下，下曲面与建筑屋顶联成一体，凸面向上，凸面中央有一圆洞，排气管上端衔接于此；另一种排气装置由负压风管、旋转支撑、旋转接头、排气管组成，负压风管前端呈流线收敛型喇叭口，中、后段水平直管与中部竖直管构成三通，尾部是风标，重心位于竖直管轴线上，直管段外合适位置有一托环，与轴承，支座构成旋转支撑，支座与建筑物联成一体，负压风管位在旋转支撑上，可绕其转动，负压风管竖直管段与排气管直管段位于同一轴线上，衔接部分通过旋转接头连通；排气装置中安装有排风机和排气调节阀门。新风入口装置和排气出口装置一般安装在空调建筑屋顶或其它合适的地方，在有风时，充分利用自然风产生正压和负压，加大压力差，增强通风效果，减少通风阻力；无风时，由于取气高度较高，这对于热岛效应较为严重的城市，对于马路街道旁的建筑，能显著改善室内空气品质，降低空调新风能耗。集成设备中的室内空调器是具有九种状态、两种送风方式的变制(载)冷剂流量的全工况空调器。它由新风流量调节阀，自然通风散流管，回风流量调节阀，洁净装置，调湿装置，换热盘管，开关控制阀，大、小风量送风控制阀，小风量接头，小风机，大风机、室外温度、湿度传感器，辐射强度传感器，室内温度、湿度传感器，空调控制器，凝水盘，出风格栅，吸声材料，箱体组成。室内空调器将自然通风、间歇式机械通风、空调新风相结合，将通风、空调、室内蓄热相结合，它具有：①自然通风、②洁净、③调湿、④洁净调湿、⑤洁净调湿调温、⑥停机、⑦调温(兼调湿)、⑧洁净调温(兼调湿)、⑨调湿调温九种状态。其中①②③④⑤⑥是必备状态，⑦⑧⑨是备份选用状态，根据各地气候特点选用；②③④三种状态实质是具有洁净、调湿功能的间歇式机械通风状态，①②③④四种状态与室内蓄热相结合，可均衡暖通空调昼夜负荷差，减小室温波动幅度，降低冷(热)负荷峰值，减小风机最高功率，最高转速和噪音，减小盘管尺寸，可减少⑤洁净调湿调温状态(⑦⑧⑨状态)的工作时间，尤其在小负荷状态，多重循环的换热系统不工作，节能效果好，⑤(⑦⑧⑨)状态还能工作于小风量送风方式，向局部空调空间送风，①②③④四种状态适于在过渡季节和北方采暖期运行，空调器四季可实现空调的功效，尤其在低气压气象条件下，城市“热岛效应”严重区域，效果更突出。对于多台室内空调器的系统，采用公知的变制(载)冷剂流量多联分体式空调控制技术，其中一台空调器为主空调器，其余空调器为从空调器；各空调器的控制器控制空调器的状态及状态转换；控制⑤(⑦⑧⑨)状态下大、小风量送风方式的转换；控制风机的转速；控制开关调节阀的开度调节换热盘管的制(载)冷剂流量；主空调器的控制器，还控制各空调器的协调运行；控制供冷(热)泵驱动电源的频率调节其转速，使系统冷(热)介质流量与系统总冷(热)负荷相适应。控制电路在现有变制(载)冷剂流量空调器控制电路的基础上，对新增状态和小风量送风方式加装人工控制电路，新增控制部分根据控制面板上显示的室内、外温度、湿度和对室外空气质量的判断即可选择相应的按钮操作。另一种实施方案是全自动控制，需加装室外空气质量传感器，遥控器发射和接收装置，增添新的控制软件，另单独申报专利。系统所需电源有以下三种来源：1)自供电，即风轮(水轮)既驱动压缩机，还驱动发电机向蓄电设备充电，由蓄电设备提供电能；2)专用(未并网的)风力(水力)发电蓄电供电设备供电；3)电网供电。

为了扩大风能热泵(或风力发电)工作的时域、地域范围，为中、大型风轮热泵机组提供工作平台，系统中可设置增强风轮前端风速及风向随动的集成设备。增强风轮前端风速的装置运用风的“喇叭口效应”(也称风洞效应)使风轮前端一定距离的上游风速大于环境风速，依据Pmax＝8/27PSV³提高风轮的输出功率，依据X＝wR/V₀减小漩涡损耗。风向随动装置与风力发电机舱随动原理相同，使喇叭口风管始终迎着风的来向。该设备可替代塔架、旋转支撑、机舱等设备。

风能、电动机或燃料发动机互补驱动的液体蒸发式制冷机或热泵和配套建筑及部分建筑用能集成设备系统。该系统由制冷压缩机及配套建筑、制冷循环子系统(也称冰或水蓄冷、冰箱集成设备)、冷凝蓄热集成设备、控制装置、通风空调集成设备和空调床帐组成。制冷压缩机与建筑屋顶集成设计，屋顶采用三重结构，上层球面簿壳结构屋顶通过四角立柱与建筑物连成一体，凸面向下，上凹面是太阳能利用的空间，中层簿壳球面结构屋顶与建筑屋相连，凸面向上，两凸面之间保持一定距离，是风能利用的空间，两凸面中央各有一个小圆洞，上层小洞下面有环形凹面防水槽和引流水管(图中未画)，下层平面屋顶主要起隔热作用，上、中层屋顶之间安装竖轴型风轮，压缩机安装在中、下层屋顶之间，压缩机有两个输入端，一输入端通过增速器、电磁离合器与风轮输出轴连接；另一轴入端通过另一电磁离合器与电动机的输出轴连接。风能、电能互补驱动压缩机也能采用双压缩机并联的形式。冰箱、冰或水蓄冷集成设备中，冷藏蒸发器、冷冻蒸发器、开关阀串联，形成冷冻冷藏支路，为便于设备工作在速冻工况，冷藏蒸发器并接开关阀；冰或水蓄冷蒸发器和开关阀组成冰或水蓄冷支路；两支路并联接入制冷剂循环回路，冰或水蓄冷采用公知的盘管外蓄冷释冷方式，也能采用其它冰或水蓄冷方式；集成设备的形体是长方体、正方体、圆柱体、椭圆柱体、球体等形体之一，其结构从内到外依次是：内置冷冻蒸发器的冷冻室，带框架的隔热层，内置冰或水蓄冷蒸发器的冰或水蓄冷室，带框架的隔热层，内置冷藏蒸发器的冷藏室，隔热外壳；冷冻室、冷藏室采用上开门结构(也可采用侧开门结构)，冰或水蓄冷室采用密封结构，其上盖与外侧框架隔热层通过密封垫圈和紧固螺栓实现密封，集成设备的底部是隔热层和承重框架，电子膨胀阀与该集成设备装在一起；冷凝集成设备由冷凝器、蓄热水器、温控器、进水开关阀、单向水阀、溢水接头，用水接头，隔热层、隔热壳体组成，冷凝器与蓄热水器竖向平行安装在同一隔热壳体内，中间有隔热层，温控器安装在冷凝器内，冷凝器采用水冷却，下接进水开关阀，上部单向水阀与蓄热水器相通，蓄热水器上部有溢水接头，下部有用水接头，当冷凝器冷却水温超过一定值，在温控器作用下，进水开关阀电路接通，阀被打开，一定流量的热水被冷水经单向阀“顶”入蓄热水器后，冷凝器内水温下降到一定值，温控器断开进水开关阀电路，进水开关阀关闭。若要获得比蓄热水器内水温更高一些的热水，在用水接头处安装小功率电热器，或将蓄热水器与太阳能集热器串联。控制装置中的压缩机状态控制模块接受风速传感器的信号，控制压缩机的工作状态，当风速超过一定值并持续一定时间，控制电磁离合器使压缩机转为风轮驱动，当风速低于一定值并持续一定时间，通过控制电磁离合器使压缩机停机并间隔一定时间后转为电动机驱动，与此同时，电磁离合器动作，压缩机进入电动机驱动状态；控制装置中的冰或水蓄冷、冰箱集成设备控制模块控制集成设备的三种工况及优先权顺序：速冻、冷冻冷藏、冰或水蓄冷；冰箱不工作期间，转换为冰或水蓄冷工况；各工况采用蒸发器出口压力——温度控制方式进行控制；当蓄冷充冷完毕，冰箱不需冷量，系统转为停机状态。(电磁离合器处于离状态，电动机停转)。供冷子系统、室内蓄热、暖通空调集成设备前面已作描述，空调床帐是局部空间的空调装置，本设备可与太阳能空调设备对接。

风能驱动的热泵与其它驱动源(如电动机、燃料发动机)热泵互补供能。两种驱动源驱动的压缩机制冷剂输入、输出管路是并联关系，通过各支路电子膨胀阀接入制冷剂回路，两种驱动源驱动的压缩机的状态由控制器控制，控制器接受风速传感器信号，无风或风速极小时，电动热泵工作；当风速超过一定值，风轮热泵开始工作，制冷(热)量随风速变化，电动热泵根据负荷需求侧主动调节转速供给冷(热)补偿量。当风速足够大时，电动热泵停止工作，并可储存部分冷(热)能。

对于内河水位落差能，如低水头水利工程，应用水轮(能)驱动的制冷机或热泵，因水位变化较为缓慢或基本不变，压缩机转速相对稳定，因而可采用传统的热力膨胀阀控制蒸发器压力温度，不像风能风向、风速经常变化，因而测控设备要简单得多。这种水轮驱动制冷机或热泵，不仅适用于建筑供暖、供冷，当水利工程与冷库，部分工业工艺，体育冰雪运动基地直接结合，变水利工程提供电能为直接提供热(冷)能，可提高一次能源利用率，减少产业链投资，产生巨大的经济效益。

本发明与天然冰蓄能集中供冷设备系统结合，可弥补天然冰储能损耗，降低天然冰贮量，降低天然冰蓄能设备的初投资成本和运行成本。本发明中的暖通空调集成设备可与现有制冷设备结合，制冷机或热泵可与现有暖通空调设备结合，实现节能、节约资源、改善室内空气品质。

有的风能、水能制冷(热)设备(以下称充能站)，可建在离城镇有一定距离的风场(市郊、海面、海滩、海岛、海湾)或内河水利工程处，用下列方式输送热能：1、隔热管道，2、蓄能船、蓄能车。船、车上有蓄电、蓄热设备(如蓄电池、蓄冰槽、水中浮袋等)。以储存电能或其它能源为动力，往返于充能站与城市用户、供能站之间。车、船上的蓄热设备、蓄电设备在充能站与制冷(热)设备、发电设备对接充能，充能完毕，运至城镇用户或供能站与供冷(热)、空调设备对接，释放储能，只要蓄能、输能能耗低于从风力、水力发电到电驱动压缩机的能耗(约占风轮、水轮输出能量的30％)，则经济合理。该蓄能船、蓄能车也可往返于风电场、水利工程充能站或天然冰储冰库与市内用户、供能站之间。上述方案，制、蓄能不占用城市建筑空间，用户不必购买制冷设备，不必建造制冷储能建筑设施。有利于制冷(热)、蓄能与用户实施分离，有利于该发明的推广应用。

该发明与现有技术相比，有以下积极效果：1、节约能源、资源，提高室内空气品质。省去了从风(水)力发电到电动机驱动压缩机若干中间环节，避免了一次能源约30％的损耗，节省了铜铁铝材料的消耗，投资是风力(水力)发电到电驱动压缩机产业链投资的几分之一。暖通空调集成设备(家用含冰箱、冰水蓄冷器、蓄热水器)在小负荷状态，用室内蓄热、间歇式机械通风方式代替了多重循环的换热方式；与置换通风(或个性化送风)、液流辐射换热先进技术结合，实现确保室内空气品质的通风与消除室内热湿(冷)负荷的解耦。既进一步节能，又提高了室内空气品质。新的通风装置可充分利用自然风、可提高新风取气高度，便于利用夜空冷空气进行室内蓄热，实现通风、新风节能。集成设备比分别制造通风、采暖、空调、冰箱、冰水蓄冷器、蓄热水器节省原材料。2、改善了大气环境，能产生大的社会经济效益。该技术可用于采暖、空调、冷库、部分工业工艺、农用温棚、体育冰雪基地等行业、节煤省电、减少CO₂、SO₂、NO_x等气体排放，阻止全球气球变暖和灾害频发，该技术体现了IRP方法和DSM技术，可从源头减小电网季节性峰谷差值，减少电力装机容量，节省电力投资，提高电网运行效率，发展可再生能源供能产业，提供新的就业机会，利于可持续发展。

下面结合附图进一步描述本发明实施方式：

图1本发明风轮热泵及暖通空调集成设备的示意图

图2增强风轮前端风速及风向随动集成设备的俯视示意图

图3、风轮、电动机互补驱动压缩机供能及部分建筑用能集成设备的示意图

图4、风轮热泵与电动热泵制冷剂输入、输出管路并联供能的示意图

图5、一种水轮(能)驱动复迭式制冷设备的示意图

实施例1风轮热泵及暖通空调集成设备。该系统由制冷(热)、蓄冷(热)循环子系统，供冷(热)循环子系统，暖通空调、室内蓄热集成设备、电源组成。如图1所示：制冷(热)、蓄冷(热)循环子系统由风轮1，传动装置2，外驱动压缩机3，换向阀4，冷凝器5，电子膨胀阀6，蒸发器7，压缩机转速传感器8，蒸发器出口压力传感器9，蒸发器出口温度传感器10，制蓄冷(热)控制器11，蓄冷槽12、13，蓄热槽14，充冷(热)速率调节泵15、16，充冷(热)开关阀17、18、19、20、21，充冷(热)温度传感器22、23，组成。风轮1固定在传动装置2的输入轴上，传动装置2的输出轴与外驱动压缩机3的输入轴相连接，传动装置由电磁离合器、增速器组成，两部件的连接顺序是：电磁离合器、增速器；对于风速变化率大的系统，在传动装置中加装惯性轮、摩擦离合器，传动装置内各部件的连接顺序是：电磁离合器、惯性轮、摩擦离合器、增速器；传动装置2与外驱动压缩机3安装在机舱内，机舱位于迴转体(旋转支撑)的上方，迴转体位于塔架上(机舱、迴转体、塔架是风力发电公知设备)；换向阀4、冷凝器5、电子膨胀阀6、蒸发器7，安装在塔架下储能控制室内，压缩机制冷剂输入，输出导管是柔性导管，运用风力发电公知的解缆技术防止缠绕，压缩机转速传感器8是压缩机3的附件，供调试用，也可作为变制冷剂流量控制装置的传感器，蒸发器出口压力传感器9的导管与蒸发器制冷剂出口导管连通，蒸发器出口温度传感器10感受蒸发器制冷剂出口温度。蓄冷槽12、13安装在储能室内，蓄热槽14安装在地下，充冷(热)速率调节泵15、16，充冷(热)开关阀17、18、19、20、21，安装在储能控制室内。充冷(热)水温传感器22、23安装在蒸发器7和冷凝器5上，制蓄冷(热)控制器11是制冷(热)，蓄冷(热)设备的控制装置，采用公知的压力——温度控制方式和变流量调节技术，当风速变化引起压缩机3转速变化通过控制电子膨胀阀6的开度调节制冷剂流量，通过控制充冷(热)速率调节泵15、16驱动电源的频率调节泵15、16的转速，将可控目标——蒸发器制冷剂出口压力(温度)及过热度，热泵制热模式下的冷凝压力，充冷(热)槽充冷(热)温度控制在规定值范围内，使系统稳定运行。制冷(热)、蓄冷(热)设备还采用了前述技术方案中提及的与横轴型风力发电相关的设备，采用了公知的制冷辅助装置，蓄冷(热)设备中采用了防虹吸，倒空技术。供冷(热)循环子系统由供冷(热)负荷调节泵24，开关阀25、26、27、28、29，开关调节阀30，室内蓄热器31，空调器的换热盘管32组成。室内蓄热器31上装有温控器，控制开关阀29的通断，空调制冷(热)时，蓄热器31内介质温度高(低)于一定值，温控器接通开关阀电路和延时电路，开关阀29打开并延时一定时间，蓄热器31更换一定流量的介质后，温控器和延时电路相继断开，开关阀29关闭。供冷(热)负荷调节泵由系统的主空调器的控制器控制，使之与系统冷(热)负荷总量相适应。图中只画出一个蓄热器和一个空调器，实际系统根据规模在管路A、B间并接若干个蓄热器和若干个空调器换热盘管，供冷(热)子系统也采用公知的防虹吸、防倒空技术。通风新风入口装置由正压风管33、旋转支撑34、进风管35、旋转接头36组成，正压风管33头部呈流线收敛型喇叭口，中间呈90度弯曲，末端是直管，尾部是风标，其重心位于直管段轴线上，直管外重心上方有一托环，与轴承、支座构成旋转支撑34，支座与建筑物联成一体，正压风管33位于旋转支撑34之上，可绕其转动，正压风管33直管段与进风管35入口直管段在同一轴线上，衔接部分通过旋转接头36连通；通风排气出口装置有两种：一种由间隔一定距离的上、下诱风曲面(球面)37、38，支柱39(3个以上)，排气管40构成，上曲面37通过支柱39与屋顶相连，凸面向下，下曲面38与建筑屋顶联成一体，凸面向上，凸面中央有一圆洞，排气管40上端衔接于此；另一种排气装置由负压风管43、旋转支撑34、旋转接头36、排气管40组成，负压风管43前端呈流线收敛型喇叭口，中、后段水平直管与中部竖直管构成三通，尾部是风标，重心位于竖直管轴线上，直管段外合适位置有一托环，与轴承，支座构成旋转支撑34，支座与建筑物联成一体，负压风管43位在旋转支撑34上，可绕其转动，负压风管43竖直管段与排气管40直管段位于同一轴线上，衔接部分通过旋转接头36连通；排气装置中安装有排风机41和排气调节阀门42。新风入口装置和排气出口装置一般安装在空调建筑屋顶或其他合适地方，在有风时，充分利用自然风产生正压和负压，加大压力差，增强通风效果，减少通风阻力；无风时，由于取气高度较高，这对于热岛效应较为严重的城市，对于马路街道旁的建筑，能显著改善室内空气品质，降低空调新风能耗。集成设备中室内空调器由新风流量调节阀44，自然通风散流管，回风流量调节阀45，洁净装置46，调湿装置47，换热盘管32，开关控制阀48、49、50、51、52、53、54，大、小风量送风控制阀55和56，小风量接头57，小风机58，大风机59、室外温度、湿度传感器60，辐射强度传感器61，室内温度、湿度传感器62，空调控制器63组成。通风及空调新风进风管35与新风流量调节阀44连通，然后经开关控制阀48、49、50、51分别与自然通风散流管，洁净装置46，调湿装置47，换热盘管32的进气端相连通，开关控制阀52、53、54分别连通在洁净装置46出气管与调湿装置47入气管、洁净装置46出气管与换热盘管32空气入气管、调湿装置47出气管与换热盘管32空气入气管之间，小风机58进气管与洁净装置46、调湿装置47出气管连通，小风机58出气管与空调室相通，大风机59进风管与换热盘管32出气管连通，大风机59出气管与大、小风量送风开关阀55、56入口连通，大风量送风开关阀55出气管通过散流器与空调室相通，小风量送风开关阀56与小风量送小接头57连通，回风流量调节阀45进气端与空调室相通，室内空调器将自然通风、间歇式机械通风、空调新风相结合，将暖通空调、室内蓄热相结合，它具有：①自然通风、②洁净、③调湿、④洁净调湿、⑤洁净调湿调温、⑥停机、⑦调温(兼调湿)、⑧洁净调温(兼调湿)、⑨调湿调温九种状态。其中①②③④⑤⑥是必备状态，⑦⑧⑨是备份选用状态，根据各地气候特点选用；②③④三种状态实质是具有洁净、调湿功能的间歇式机械通风状态，①②③④四种状态与室内蓄热相结合，可减小室温波动幅度，降低冷(热)负荷峰值，减小风机最高功率，最高转速和噪音，减小盘管尺寸，可减少⑤洁净调湿调温状态(⑦⑧⑨状态)的工作时间，⑤(⑦⑧⑨)状态还能工作于小风量送风方式，向局部空调空间送风，①②③④四种状态适于在过渡季节和北方采暖期运行，空调器四季可实现空调的功效，尤其在低气压气象条件下，城市“热岛效应”严重区域，效果更突出。对于多台室内空调器的系统，采用公知的变制(载)冷剂流量多联分体式空调控制技术，其中一台空调器为主空调器，其余空调器为从空调器；各空调器的控制器63控制空调器的状态及状态转换；控制⑤(⑦⑧⑨)状态下大、小风量送风方式的转换；控制风机58、59的转速；控制开关调节阀30的开度调节换热盘管32的制(载)冷剂流量；主空调器的控制器，还控制各空调器的协调运行；控制供冷(热)泵24驱动电源的频率调节其转速，使系统制(载)冷剂流量与系统总的冷(热)负荷相适应。控制电路在现有变制(载)冷剂流量空调器控制电路的基础上，对新增状态和小风量送风方式加装人工控制电路，为便于连接人工控制电路，将空调器各工作状态与相关被控部件状况列表如下，其中开关阀用开关二态表示；其余部件√表示工作，×表示不工作。大风量送风时，阀55打开，阀56关闭，小风量送风时，阀55关闭，阀56打开。

实施例2增强风轮前端风速及风向随动集成设备。如图2所示：它由喇叭口风管64，支架65，底座66，支撑轮67、68、69、70，同步伺服机构71、72，驱动轮73、74，制动装置75、76，导轨77，同步计数器78、79，偏航同步控制器80组成。喇叭口型风管64固定在支架65上，支架65、底座66、支撑轮67、68、69、70和驱动轮71、72的轮轴连成一体，是装置的风向随动部分，同步伺服机构71、72受偏航同步控制器80控制，通过驱动轮73、74使装置的风向随动部分沿导轨77运动，制动装置75、76安装在支撑轮69、70上，导轨75呈圆形，圆心在风轮水平转动的中心轴线上，同步计数器78安装在支撑轮69上，另一个同步计数器79安装在水平转动的机舱上，当风向改变，控制器80控制制动装置75、76解除制动；在控制机舱水平转动的同时，控制同步伺服机构71、72动作，驱动轮73、74使风向随动部分转动直至喇叭口风管64迎着风的来向，同步计数器78、79指示一致，制动装置75、76制动，风向随动设备固定不动。该设备也能用于风力发电。

实施例3风轮、电动机互补驱动压缩机供能及部分建筑用能集成设备。如图3所示，该系统由制冷压缩机及配套建筑，冰或水蓄冷、冰箱集成设备，冷凝蓄热集成设备，控制装置，通风空调集成设备和空调床帐组成。制冷压缩机与建筑屋顶集成设计，屋顶采用三重结构，上层球面簿壳结构屋顶81通过四角立柱82与建筑物连成一体，凸面向下，上凹面是太阳能利用的空间，中层簿壳球面结构屋顶83与建筑物相连，凸面向上，两凸面之间保持一定距离，是风能利用的空间，两凸面中央各有一个小圆洞，上层小洞下面有环形凹面防水槽和引流水管(图中未画)，下层平面屋顶84主要起隔热作用，上、中层屋顶81、83之间安装竖轴型风轮85，竖轴型压缩机86安装在中、下层屋顶83、84之间，压缩机86有两个输入端，一输入端通过增速器87、电磁离合器88与风轮85输出轴连接；另一输入端通过电磁离合器89与电动机90的输出轴连接。风能、电能互补驱动压缩机也能采用双压缩机的形式。冰箱、冰或水蓄冷集成设备中，冷藏蒸发器93、冷冻蒸发器94、开关阀95串联，形成冷冻冷藏支路，为便于设备工作在速冻工况，冷藏蒸发器93并接开关阀96；冰或水蓄冷蒸发器97和开关阀98组成冰或水蓄冷支路；两支路并联接入制冷剂循环回路，冰或水蓄冷采用公知的盘管外蓄冷释冷方式，也可采用其它冰或水蓄冷方式；集成设备的形体是长方体、正方体、圆柱体、椭圆柱体、球体等形体之一，其结构从内到外依次是：内置冷冻蒸发器94的冷冻室101，带框架的隔热层102，内置冰或水蓄冷蒸发器97的冰或水蓄冷室103，带框架的隔热层104，内置冷藏蒸发器93的冷藏室105，隔热外壳106；冷冻室、冷藏室采用上开门结构(也可采用侧开门结构)，冰或水蓄冷室采用密封结构，其上盖与外侧框架隔热层104通过密封垫圈和紧固螺栓实现密封，集成设备的底部是隔热层和承重框架，电子膨胀阀99与该集成设备装在一起；冷凝集成设备100由冷凝器107、蓄热水器108、温控器109、进水开关阀110、单向水阀111、溢水接头112，用水接头113，隔热层114、隔热壳体115组成，冷凝器107与蓄热水器108竖向平行安装在同一隔热壳体内，中间有隔热层114，温控器109安装在冷凝器107内，冷凝器107采用水冷却，下接进水开关阀110，上部单向水阀111与蓄热水器108相通，蓄热水器108上部有溢水接头112，下部有用水接头113，当冷凝器107冷却水温超过一定值，在温控器109作用下，进水开关阀110电路接通，阀被打开，一定流量的热水被冷水经单向阀111“顶”入蓄热水器108后，冷凝器107内水温下降到一定值，温控器109断开进水开关阀110电路，进水开关阀110关闭。若要获得比蓄热水器108内水温更高一些的热水，在蓄热水器108内安装小功率的电热器。控制装置91中的压缩机状态控制模块接受风速传感器92的信号，控制压缩机86的工作状态，当风速超过一定值并持续一定时间，控制电磁离合器88使压缩机86转为风轮驱动，当风速低于一定值并持续一定时间，通过控制电磁离合器88使压缩机86停机并间隔一定时间后转为电动机90驱动，与此同时，电磁离合器89动作，压缩机进入电动机驱动状态；控制装置91中的冰或水蓄冷、冰箱集成设备控制模块控制集成设备的三种工况及优先权顺序：速冻、冷冻冷藏、冰或水蓄冷；冰箱不工作期间，转换为冰或水蓄冷工况；各工况采用蒸发器出口压力——温度控制方式进行控制；当蓄冷充冷完毕，冰箱不需冷量，系统转为停机状态。(电磁离合器88、89处于离状态，电动机停转)。供冷子系统、室内蓄热、暖通空调集成设备与实施例1相同(图中未画)，冰蓄冷可采用低温送风方式。空调床帐由蓄热床垫、空调帐两部分组成，蓄热床垫呈席梦思床垫状，下底和四周外层是承力框架，内层是隔热层，扁长方体凹槽内置扁长方体蓄热室，内部有若干行间隔一定距离的隔膜和充气柱，与蓄热室内壁上、下两表面粘连，形成迷宫状水通道，通过两端接头、冷(热)水开关阀、管道接入供冷(热)水回路；空调帐呈蚊帐状，用柔性隔热密封材料做成，床头一端有来气接头，外部通气管与空调器小风量送风接头连通，内部与床头送风器连通，床尾一端有带防虫网的排气孔，送风时内部略呈正压，空调帐可单独使用。本系统可与发明专利“太阳能空调设备系统”结合，将风能制冷蓄能设备中的冰或水蓄冷室103作为太阳能蓄能系统中的蒸发贮液器；在上层屋顶81上表面安装太阳能吸附集热器，可实现两个系统联合供能，提高系统供能的可靠性。

实施例4风轮热泵与电动热泵制冷剂输入、输出管路并联供能的设备。如图4所示：该设备有两台压缩机，一台是风轮116驱动的压缩机117，其输入轴通过增速器118、电磁离合器119与风轮116输出轴连接；另一台是电动机120驱动的压缩机121，两台压缩机制冷剂输入、输出管路是并联关系，通过各支路电子膨胀阀122、123接入制冷剂回路，两压缩机的状态由控制器124控制，控制器接受风速传感器125信号，无风或风速极小时，电动热泵121工作；当风速超过一定值，风轮热泵117开始工作，其制冷(热)量随风速变化，电动热泵121根据负荷需求侧主动调节转速供给冷(热)补偿量。当风速足够大时，电动热泵121停止工作，并储存部分冷(热)能。图中126是冷凝器，127是开关阀，128是蒸发器。

实施例5水能复迭式制冷设备。这里所说的水能是指可用来发电的水能，包括内河落差水能，海洋潮汐能和波浪能。图5是制冷专业普通技术人员熟悉的复叠式制冷设备，开启式压缩机A、B均由水轮(能)通过增速器驱动，在水能水位变化缓慢或基本不变的系统中，因压缩机转速较为稳定，采用现有公知的热力膨胀阀控制制冷剂流量，使蒸发器出口温度、过热度、压力在规定范围内，保障系统运行稳定，B蒸发器出口温度可达零下三四十度，不仅可向舒适性空调供冷，还可满足部分工艺性空调要求。该制冷设备还采用与水力发电相关的设施；还采用公知的制冷辅助设备；B压缩机在低温下运行，采用低温运行技术，如使用低温冷冻油；该设备还可向蓄冷(蓄热)槽充冷(热)，由蓄冷(热)槽向空调设备提供冷(热)能。

实施例6本发明与其它冷热源、供能系统的结合。为了充分利用三北地区处于风带和冬季寒冷的气候资源，本发明中的风能制冷循环系统可与“天然冰蓄能空调集中供冷设备系统”结合，在风能制冷制冷剂循环回路中安装两个并联的蒸发盘管，在各蒸发盘管制冷剂入口连接电子膨胀阀，两盘管分别放入传热隔断池和融冰水池中，传热隔断池中的蒸发盘管工作于冰蓄冷工况，运用冰蓄冷控制技术，控制盘管外冰层厚度；融冰水池中的蒸发盘管工作于水蓄冷工况，通过控制装置控制两支路的工作。实现两个系统联合供冷；本发明中的通风入口装置和排气出口装置可分别与天然冰蓄能系统中的进气通道和出风通道连通，用于冬季在贮冰库内制冰。可弥补天然冰损耗，减小天然冰贮量和设计库容，降低初投资和年运行费用。本发明的通风入口可与“空中取气空调集中供冷设备系统”(专利申请号为200410044002.7)对接，实现优势互补。例如，一些副热带高压控制区，白天多干热风，利用风能制冷蓄能，夜晚无风，利用空中取气设备获取合适高度的空气作为通风或空调新风来源，并充分进行室内蓄热，节约能源，在城市“热岛效应”严重，垂直温差大的区域应用，经济效益明显。本发明中的制冷机(热泵)可与现有暖通空调设备对接，本发明中的暖通空调集成设备与可与现有制冷设备结合，四季能实现空调的功能，节能并提高室内空气质量。

Claims (6)

1.一种风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵和暖通空调集成设备，采用蒸气压缩式制冷，变流量控制技术，包括与风力发电、水力发电相关的设备，其特征在于：风轮、水轮固定在传动装置的输入轴上，传动装置的输出轴与外驱动压缩机的输入轴相连接，传动装置由电磁离合器、增速器组成，两部件的连接顺序是：电磁离合器、增速器，对于风速、水速变化率大的系统，在传动装置中加装惯性轮、摩擦离合器，传动装置内各部件的连接顺序是：电磁离合器、惯性轮、摩擦离合器、增速器；传动装置与外驱动压缩机固定在机舱内，压缩机制冷剂输入、输出导管是柔性导管；集成设备中的新风入口装置由正压风管、旋转支撑、进风管、旋转接头组成，正压风管头部呈流线收敛型喇叭口，管的中间段呈90弯曲，末端是直管，尾部是风标，其重心位于直管段轴线上，重心上方直管外有一托环与轴承、支座构成旋转支撑，支座与建筑物联成一体，正压风管位于旋转支撑上，正压风管直管段与进风管入口端直管段在同一轴线上，衔接部分通过旋转接头连通；集成设备中的排气出口装置有两种类型：一种由间隔一定距离的上、下诱风曲面、支柱、排气管组成，上诱风曲面通过支柱与屋顶相连，凸面向下，下诱风曲面与屋顶连成一体，凸面向上，凸面中央有园洞，排气管上端衔接于此；另一种由负压风管、旋转支撑、旋转接头、排气管组成，负压风管头部呈流线收敛型喇叭口，中、后段水平直管与中部竖直管构成三通，尾部直管上下是风标竖直受风力面，负压风管重心位于竖直管轴线上，重心上方竖直管外有一托环，与轴承、支座构成旋转支撑，负压风管位于旋转支撑上，其竖直管与排气管出口直管段位于同一轴线上，衔接部分通过旋转接头连通；集成设备中的室内空调器是具有九种状态、两种送风方式的全工况空调器，它由新风流量调节阀、自然通风散流管、回风流量调节阀、洁净装置、调湿装置、调温换热盘管、开关控制阀、大小风量送风开关阀、小风量接头、小风机、大风机、室外温度湿度传感器、辐射强度传感器、室内温度湿度传感器、空调控制器组成，空调新风进风管与新风流量调节阀连通，然后经各开关控制阀，分别与自然通风散流管、洁净装置、调湿装置、调温换热盘管空气进气端相连通，在洁净装置出气口管与调湿装置入气口管之间、洁净装置出气口管与调温换热盘管空气入气口管之间、调湿装置出气口管与调温换热盘管空气入气口管之间连接有开关控制阀，小风机进气管与洁净、调湿装置出气口管连通，小风机出气管向空调室送风，大风机进气管与调温换热盘管空气出口管连通，大风机出气管与大、小风量送风开关阀入口连通，大风量送风开关阀出气口与空调室相通，小风量送风开关阀出气口与小风量送风接头连通，回风流量调节阀进气口与空调室相通，空调器具有自然通风、洁净、调湿、洁净调湿、洁净调湿调温、停机、调温兼调湿、洁净调温兼调湿、调湿调温九种状态，其中前六种状态是空调器必备状态，后三种状态是备选状态，洁净调湿调温、调温、洁净调温、调湿调温四种状态具有小风量送风方式，向局部空调空间送风；室内蓄热器内置温控器，通过可控开关阀连接到供冷、供热介质循环回路。

2、根据权利要求1所述的风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵和暖通空调集成设备，其特征在于：还具有增强风轮前端风速的装置，该装置由喇叭口风管、支架、底座、支撑轮若干个，同步伺服机构1至2个、驱动轮1至2个、制动装置1至2个、导轨、同步计数器2个、偏航同步控制器组成；喇叭口风管固定在支架上，支架、底座、支撑轮轮轴、驱动轮轮轴连成一体，构成风向随动部分；偏航同步控制器通过控制同步伺服机构、驱动轮使风向随动部分沿导轨转动，导轨呈圆形，圆心在风轮水平转动的轴线上，一个计数器安装在支撑轮上，另一个计数器安装在水平转动的机舱上，制动装置安装在支撑轮上。

3、根据权利要求1所述的风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵和暖通空调集成设备；其特征在于：还具有制冷压缩机及配套建筑、制冷循环子系统、冷凝蓄热集成设备、控制装置、通风空调集成设备和空调床帐，所述的配套建筑采用三重屋顶，球面簿壳结构的上层屋顶通过四角立柱与建筑物相连，凸面向下，上表面安装太阳能利用设备，凸面向上的球面簿壳中层屋顶与建筑物相连，上层与中层之间保持一定距离，两凸面中各有一小园洞，双输入端开启式竖轴型风力压缩机的风轮安装在两凸面中央位置，下层平面屋顶是隔热层，所述的制冷压缩机采用竖轴型风力压缩机，安装在中、下两层屋顶之间的中央，风轮输出轴通过电磁离合器、增速器与压缩机输入轴的一输入端连接，电动机输出轴通过另一电磁离合器与压缩机输入轴的另一输入端连接，控制器输入、输出信号线分别与风速传感器和两电磁离合器相连接；所述的制冷剂循环子系统包括冷藏蒸发器与冷冻蒸发器，二者相互串联，然后与冰或水蓄冷蒸发器并联，冷藏蒸发器并联旁通开关阀；冰箱、冰或水蓄冷集成设备是长方体、正方体、圆柱体、椭圆柱体、球体等形体之一，其结构从内到外依次是：内置冷冻蒸发器的冷冻室、带框架的隔热层、内置冰或水蓄冷蒸发器的冰或水蓄冷室、带框架的隔热层、内置冷藏蒸发器的冷藏室、隔热层及壳体、冰或水蓄冷室上盖与侧壁通过密封垫圈和紧固螺栓实现密封，下部隔热层之间及底部是承重框架；所述的冷凝集成设备由冷凝器、蓄热水器、温控器、进水开关阀、单向水阀、溢水接头、用水接头、隔热层、隔热壳体组成，冷凝器和蓄热水器竖向并排安装在隔热壳体内，相互之间有隔热层；温控器的感温部分安装在冷凝器中、上部合适位置，冷凝器上部有单向水阀与蓄热水器上部连通，蓄热水器上端有溢水接头，下部是用水接头；所述的空调床帐由蓄热床垫、空调帐组成，蓄热床垫下底和四周外层是承力框架，内层是隔热层，扁长方体凹槽内置长方体蓄热室，蓄热室内有若干行隔膜和充气柱与蓄热室内壁上、下表面粘连，形成迷宫状水通道，两端是水接头，水接头通过水管和开关阀连接到供冷、供热介质循环回路，空调帐呈蚊帐状，用柔性隔热材料制成，床头一端有空调来气接头，通过柔性软管与空调小风量送风接头连通，来气接头内连小风量送风器，床尾有带防虫网的排气孔；蓄冷、冰箱集成设备的冰或水蓄冷室能作为“太阳能空调系统”的蒸发贮液器，用于夏季供冷，建筑物上层屋顶上表面安装太阳能吸附集热器，蓄热水器与太阳能吸附集热器结合能用于冬季供暖。

4、根据权利要求1所述的风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵和暖通空调集成设备；其特征在于：还具有风能驱动的热泵与电动机驱动的热泵互补供能，风能驱动的压缩机的输入轴通过带电磁离合器、增速器的传动装置与风轮输出轴连接；风能驱动的压缩机与电动机驱动的压缩机的制冷剂输入、输出管路通过电子膨胀阀并联接入制冷剂回路。

5、根据权利要求1所述的风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵和暖通空调集成设备；其特征在于：所述的制、蓄冷、热设备，能与现有暖通空调设备结合；所述的暖通空调集成设备，能与现有制冷设备结合；风能驱动的制冷机与“天然冰蓄能空调集中供冷设备系统”结合，在风能制冷循环系统中，安装两并联的蒸发盘管，各蒸发盘管制冷剂入口串联电子膨胀阀，两蒸发盘管分别安装在传热隔断池和融冰水池中，传热隔断池中的蒸发盘管工作于冰蓄冷工况，融冰水池中的盘管工作于水蓄冷工况，新风入口、排气出口装置分别与天然冰蓄能系统中的进气通道和出气通道连通。

6.根据权利要求1所述的风能、水能驱动的液体蒸发式制冷机或热泵和暖通空调集成设备，其特征车于：还具有蓄能船、蓄能车，蓄能船、蓄能车安装蓄电、蓄热设备，与风电场、水利工程的发电设备、制冷设备对接充能蓄能，与城市用户、供能站设备对接释放储能，向暖通空调系统提供能量。

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