CN100575801C - 热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种增加冷却负荷的方法和装置,其中所述冷却负荷由具有改进的热交换器结构的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统提供。通过循环用作为热学能量存储介质的冰块周围的冷水经过第二热交换器(162)而实现这种负载增加,在所述第二热交换器处,冷凝从负载返回的制冷剂蒸气。制冷剂然后被循环通过冰块内的主热交换器(160),在这里制冷剂被进一步冷却和冷凝。该系统公知为内部/外部融化系统,以冰块形式存储的热学能量通过主热交换器被内部融化,并且通过第二热交换器从块的周边循环冷水而外部融化。

Description

热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统
本专利申请是基于并且要求2004年5月25日提交的、名称 为"具有改进热交换性能的基于冷却剂的能量存储和冷却系统" 的、美国临时申请No. 60/574449的优先权,该临时申请的全文 结合在此引作参考。
技术领域
本发明大体涉及提供以冰的形式存储的热学能量的系统,并 且更具体地讲,涉及冰存储冷却和制冷系统。
背景技术
随着对于峰值需求电能消耗的增加的要求,冰蓄冷已经被用 来转换空调电能负载的非峰值次数和速度。存在这样的需要,不 仅针对从峰值周期至非峰值周期的负载转换,还要增加空调能力 和效率。当前的、具有能量存储系统的空调单元具有有限的成就, 这是因为多种缺陷,包括依赖水冷却器,其仅仅在大型商业建筑 物中实用,并且难以获得高效率。为了大型和小型商业建筑中的 热学能量存储的商业优点,热学能量存储系统必须具有最小化的 生产成本,在不同的操作状态下保持最大化的效率,在制冷剂控 制结构中具有简单性,并且在多制冷或空调应用中保持灵活性。
用于提供存储的热学能量的系统之前在以下专利公开文献中 有所说明,即授权给Harry Fischer的美国专利No. 4735064、 No. 4916916;授权给Fischer等人的美国专利No. 5647225;以及Narayanamurthy等人于2004年10月15日提交的美国专利申请 No. 10/967114。所有这些专利公开文献利用冰蓄冷将空调负载从 峰值电费率转换至非峰值电费率,以提供经济的证明,并且因而 这些专利公开文献结合在此引作参考。
发明内容
本发明的实施例可包括基于制冷剂的热学能量存储和冷却系 统,其包括:冷凝单元,所述冷凝单元包含压縮机和冷凝器;制 冷剂控制单元,其连接至所述冷凝单元,所述制冷剂控制单元调 节、蓄积并泵送制冷剂;负载热交换器,其连接至所述制冷剂控 制单元,其连接至所述制冷剂控制单元,通过增加所述制冷剂的 焓而将冷却能提供至冷却负荷;充满适于在液体与固体之间相变 的流体的罐,在其中包含主热交换器,所述主热交换器连接至所 述制冷剂控制单元,利用来自所述制冷剂控制单元的所述制冷剂 冷却所述流体,并且冷冻所述罐中的至少一部分所述流体;以及 第二热交换器,其连接至所述负载热交换器,有助于被冷却的所 述流体与所述制冷剂之间的热学接触,从而减少所述制冷剂的焓, 并且将加温的所述流体返回至所述罐。
本发明的实施例还可包括用基于制冷剂的热学能量存储和冷
却系统提供冷却负荷的方法,其包括以下步骤:利用冷凝单元冷
凝第一膨胀的制冷剂,以产生第一冷凝的制冷剂;将所述第一冷
凝的制冷剂供应至蒸发单元,其中所述蒸发单元限定在充满适于 在液体与固体之间相变的流体的罐内;在第一时间阶段的过程中,
在蒸发单元内膨胀所述第一冷凝的制冷剂,以冷冻所述罐内的所
述流体的一部分,从而产生冷却的流体、冷冻的流体以及第二膨
胀的制冷剂;在第二时间阶段中至少一部分冷却的流体通过第二热交换器,以减少第二膨胀的制冷剂的焓,并且形成低焓的制冷 剂;循环所述低焓的制冷剂通过位于所述冷冻的流体内的所述蒸 发单元,以冷凝所述低焓的制冷剂并且产生第二冷凝的制冷剂;
并且膨胀所述第二冷凝的制冷剂,以提供所述冷却负荷。 附图说明
在附图中:
图1示出了热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和 冷却系统的实施例;
图2示出了热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储和 冷却系统的实施例;
图3示出了具有多个改进的热交换器的基于制冷剂的热学能 量存储和冷却系统的实施例;
图4示出了利用了共用流体槽的热交换性能增强的基于制冷 剂的热学能量存储和冷却系统的实施例;
图5示出了利用了共用流体槽的热交换性能增强的基于制冷 剂的热学能量存储和冷却系统的实施例。
具体实施方式
尽管本发明受到多种不同形式的实施例影响,但是在附图中 示出并且在此将详细说明本发明的特定实施例,应该理解的是, 本说明在此应该被认为是本发明的原则的示例性说明,并且不限 于所述的特定实施例。
如图l所示,示出了基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统 的实施例,其包括限定了系统的五个主要部件。空调单元102利用压缩机110和冷凝器111产生高压液体制冷剂,其通过高压液 体供应管线112输送至制冷剂控制单元104。制冷剂控制单元104 连接至热学能量存储单元106,其包括充满流体(即,水)的绝 缘罐140,以及冰冷冻/排放螺线管142。空调单元102、制冷剂 控制单元104以及热学能量存储单元106—致作用以提供给负载 单元108高效的多模式的冷却,其中所述负载单元108包括负载 热交换器123 (室内冷却螺线管组件),并且因而实现操作系统的 主要模式的功能。第二热交换器162的循环回路用于循环并且去 分层化(destmtify)绝缘罐140中的流体152,并且从离开负载 热交换器123的制冷剂吸收热量。
如图l进一步所示,在一个时间阶段(造冰)过程中,空调 单元102产生高压液体制冷剂,其通过高压液体供应管线112输 送至制冷剂控制单元104。高压液体供应管线112穿过油蒸馏 (still) /浪涌(surge)容器116,在其中形成热交换器。油蒸馏/ 浪涌容器116用于三种目的:油蒸馏/浪涌容器116被用于浓縮低 压制冷剂中的油,其中所述油将通过油返回毛细管148和干吸返 回管线114返回至压縮机110;油蒸馏/浪涌容器116被用于在第 二时间阶段(冷却模式)过程中存储液体制冷剂;并且油蒸馏/ 浪涌容器116被用于防止紧随在压縮机110启动之后流体倒溢至 压縮机110,这是由于制冷剂在冰冷冻/排放螺线管142和通用制 冷剂控制容器146中的快速膨胀。如果没有油蒸馏/浪涌容器116, 则油将保持在系统中,并且不返回至压縮机110,最后使得压縮 机110由于缺少油而卡住,并且热交换器还由于污垢而变得低效。 如果没有油蒸馏/浪涌容器116,则在第二时间阶段(冷却模式) 的过程中不可能充分地从冰冷冻/排放螺线管排空液体制冷剂,从 而几乎利用冰冷冻/排放螺线管142内的整个热交换表面,以便冷凝从负载热交换器123返回的制冷剂蒸气。
冷液体制冷剂与位于油蒸馏/浪涌容器116内的内部热交换 器接触,高压(温的)液体位于内部热交换器内。形成蒸气,其 上升至油蒸馏/浪涌容器116的顶部,并且流出排出毛细管128(或 孔口),从而重新引入到湿吸返回管线124中。排出毛细管128 的长度和内径在造冰时间阶段的过程中限制油蒸馏/浪涌容器116 中的压力和油蒸馏/浪涌容器116中的制冷剂的质量。
当在第二时间阶段的过程中被激活时,液体制冷剂泵120为 泵送式液体供应管线122供应制冷剂液体,其然后运输至热学能 量存储和冷却系统的负载单元108中的负载热交换器123的蒸发 器螺线管。低压制冷剂从负载热交换器123的蒸发器螺线管经由 湿吸返回管线124返回至存储器或通用制冷剂控制容器(URMV) 146。同时,富含部分蒸馏的油的制冷剂通过油返回毛细管148 流出油蒸馏/浪涌容器116的底部,并且在低压蒸气排出通用制冷 剂控制容器146的情况下重新引入到干吸返回管线114中,并返 回至空调单元102。油返回毛细管148控制富含油的制冷剂排出 油蒸馏/浪涌容器116的速度。油返回毛细管允许油返回至压縮机 110中的油池,其中所述油返回毛细管还由高压液体供应管线112 中的温的高压液体制冷剂加热。
附加地,湿吸返回管线124与上集管组件154相连,其中所 述上集管组件154与二分叉器130相连,以将低压制冷剂从混相 调节器132供应至系统。仅仅当在冷凝器111中具有足够量的液 体时,混相调节器132通过釆用阀(孔口)测量系统中的制冷剂 的流动,其中所述阀脉冲式打幵,以释放液相(液态)制冷剂。 该混相调节器132减少从压缩机110供应至通用制冷剂控制容器 146的过多的蒸气(而非在饱合的高压液体的压力减小时形成的闪蒸气体),而还将所需要的压力从冷凝器压力降低至蒸发器饱合 压力。这导致了系统的较大的总效率,而同时简化了重力再循环
式或液体溢流式系统的制冷剂控制单元104。因而,有利的是设
有调节式流体控制器,其可调节压力输出,或测量制冷剂的流动, 这是通过控制制冷剂的温度和蒸气含量的独立变化而实现的。该 压力或流动控制是在没有来自系统的其它部件的单独的反馈的前 提下完成的,从而利用传统的热膨胀阀完成。
绝缘罐140包含双用途的冰冷冻/排放螺线管142,其设置成 用于液体制冷剂的重力再循环以及排空,并且在顶部连接至上集 管组件154,在底部连接至下集管组件156。上集管组件154和下 集管组件156向外延伸穿过绝缘罐140至制冷剂控制单元104。 在制冷剂流动穿过冰冷冻/排放螺线管142以及集管组件154和 156时,螺线管用作为蒸发器,而在一个时间阶段过程中流体/冰 152 (相变材料)在绝缘罐140中固化。冰冷冻/排放螺线管142 以及集管组件154和156连接至制冷剂回路的低压下侧,并且设 置成重力式或泵送式再循环和排空液体制冷剂。在第二时间阶段 过程中,温的气相制冷剂循环通过冰冷冻/排放螺线管142以及集 管组件154和156,并且冷凝制冷剂,同时融化冰。
随着热量从冰冷冻/排放螺线管142传递至周围的冰, 一层水 形成在单个螺线管142的环体周围。在该层水在螺线管周围形成 足够的包封之后,其开始用作为冰冷冻/排放螺线管142与冰块之 间的绝缘体。这种状态将持续直至水环体变得足够大以致于实现 显著的水循环,从而克服这种局部热学分层。为了补偿系统无法 产生高级别的瞬时冷却负荷,冰块的外侧表面附加地被利用。
在绝缘罐140内,在造冰循环的过程中,全部水并未被冻结, 并且因而一定量的水连续围绕冰块。在罐的底部,这种水非常接近冰点(大约33至34。F),并且通过水泵164被吸入到冷水进入 管线166中,并且输送至第二热交换器162。从负载热交换器123 (通常冷却通道中的蒸发器螺线管)返回的制冷剂从湿吸返回管 线124的竖直路径转向,并且经由第二冷却管线170输送至第二 热交换器162。在此,温的制冷剂由从冷水进入管线166进入的 水冷却,并且冷凝,同时增加制冷剂中的液体的比例,其中所述 制冷剂然后通过第二冷却排出管线172输送至主热交换器160。 集管结构将大多数液体驱动至通用制冷剂控制容器146,并且将 蒸气驱动至主热交换器160。剩余的制冷剂蒸气然后于绝缘罐140 中在主热交换器160中冷凝。在将冷量传递至第二热交换器162 中的制冷剂之后,加温的水经由温水返回管线168返回至绝缘罐 140的任意部分(所示的上侧部分)。
制冷剂控制单元104包括通用制冷剂控制容器146,其用作 为存储器。通用制冷剂控制容器146位于制冷剂回路的低压侧, 并且实现多种功能。在制冷剂能量存储阶段的过程中并且另外在 冷却阶段的过程中,通用制冷剂控制容器146将液相制冷剂从气 相制冷剂中分离。在制冷剂能量存储阶段的过程中,通用制冷剂 控制容器146还提供了液体制冷剂的静止柱体,其中所述制冷剂 能量存储阶段维持了经过绝缘罐140中的冰冷冻/排放螺线管142 的重力循环。在第一热学能量存储时间的过程中,干吸返回路线 1M在空调单元102中从通用制冷剂控制容器146顶部的出口将 低压气相制冷剂供应至压縮机110。湿吸返回管线124设置成穿 过上集管组件154的顶部中的入口,以便当制冷剂能量存储系统 提供制冷时在第二时间阶段的过程中连接至蒸发器(负载热交换 器123)。
第一时间阶段是制冷剂能量存储时间阶段,其中显热(sensible heat)以及潜热(latentheat)从水中去除,从而使得水 冷冻。压縮机110的输出是高压制冷剂蒸气,其被冷凝以形成高 压液体。液体制冷剂泵120的出口上(泵送式液体供应管线120 中)的阀(未示出)控制针对负载单元108的连接,例如在液体 制冷剂泵停止时,关闭连接。
在第一时间阶段过程中,热量从高压温的液体流至油蒸馏/ 浪涌容器116中的低压冷的液体,其中所述在油蒸馏/浪涌容器 116使得冷的液体沸腾。由于在液体沸腾过程中在油蒸馏/浪涌容 器116中形成的蒸气所导致的压力上升使得冷的液体排出油蒸馏 /浪涌容器116,并且将其移动至冰冷冻/排放螺线管142,在这里 在第一时间阶段的过程中需要适合的系统操作。在第二时间阶段 的过程中,温的高压液体不再流动穿过高压液体供应管线112, 这是因为空调单元102中的压縮机110关闭。因此,前述热量从 温的液体流至冷的液体停止。这种停止允许液体从通用制冷剂控 制容器146以及冰冷冻/排放螺线管流回到油蒸馏/浪涌容器116 中,这是因为在第一阶段过程中容器内部不再出现高压气体。
在热学能量存储阶段的过程中,高压液体制冷剂从空调单元 102流至内部热交换器,其几乎将所有(少量除外)低压液体制 冷剂保持在油蒸馏/浪涌容器116之外。位于容器内的制冷剂以由 两个毛细管(管道)确定的速度沸腾。 一个毛细管是排出毛细管 128,其控制油蒸馏/浪涌容器116中的制冷剂的液面。其次,油 返回毛细管148将富含油的制冷剂以确定的速度返回至空调单元 102中的压縮机110。通用制冷剂控制容器146中的液体制冷剂的 柱体通过重力被作用,并且油蒸馏/浪涌容器116定位在通用制冷 剂控制容器146的底部附近,柱体维持了将液体制冷剂稳定流动 供应至油蒸馏/浪涌容器116并且进入热学能量存储单元106中。浪涌功能允许在冷却阶段的过程中过多的制冷剂从冰冷冻/排放
螺线管142排空,其中所述冰冷冻/排放螺线管142位于绝缘罐 140中,在第二时间阶段的过程中保持表面积最大化以便冷凝制 冷剂。
油蒸馏/浪涌容器116参照系统的其余部分的物理定位是作 为油蒸馏和浪涌容器的一种性能因素。这种油蒸馏/浪涌容器116 附加地提供油返回的路径,其中所述油随着制冷剂移动,其中所 述制冷剂必须返回至压縮机110。排出油蒸馏/浪涌容器116的稍 微过冷(比制冷剂的气一液相温度更冷)的高压液体制冷剂流过 混相调节器132,在该过程中,压力下降。
如上所述,制冷剂控制单元104经由高压液体供应管线112 从空调单元102接收高压液体制冷剂。高压液体制冷剂流过油蒸 馏/浪涌容器116中的热交换器,在那里,其稍微被过冷,并且然 后流至混相调节器132,在那里,制冷剂压力下降。混相调节器 132的使用提供了除了液体制冷剂压力下降以外的多种有利的功 能。通过混相调节器132的制冷剂的质量匹配热学能量存储时间 阶段过程中冰冷冻/排放螺线管142中的制冷剂沸腾速度,从而减 少了制冷剂液面控制的需求。
混相调节器132通过液体制冷剂,但是在感应到蒸气后关闭。 蒸气在调节器的下侧的存在形成关闭阀的压力,其与作用在活塞 上的其它力结合,以在与期望的蒸气含量对应的预定触发点关闭 活塞。该触发点由调节器结构预确定(即,改变调节器部件的几 何结构以及材料)。该触发点还可由针对调节器几何结构的自动或 手动调整装置(即,针对活塞限位的螺纹调整装置)调整。
在排出混相调节器132的制冷剂中由于混相调节器132的打 幵和关闭而产生的脉冲作用在液体制冷剂中形成脉冲影响,其中所述脉冲影响在通用制冷剂控制容器146中的封闭的柱体内产生
压力波。这在热学能量存储第一时间阶段的过程中在冰冷冻/排放
螺线管142和冷凝器111这两者中搅动液体制冷剂,并且改进热 交换并有助于隔离液相制冷剂和气相制冷剂。混相调节器132与 通用制冷剂控制容器146协作还在第一时间阶段的过程中排空空 调单元102中的液体制冷剂,同时保持其冷凝表面区域没有液体 冷凝物,并且因而可以进行冷凝。混相调节器132允许空冷式空 调单元102的压头(head pressure)随着环境温度而变化。系统 不需要过热线路,其对于连接至直接膨胀式制冷装置的大多数冷 凝单元而言是必要的。
离开混相调节器132的低压混相制冷剂穿过二分叉器130到 达位于通用制冷剂控制容器146的入口与冰冷冻/排放螺线管142 的上集管组件154之间的喷射器(或喷射喷嘴),以有助于重力制 冷剂循环。在制冷剂热学能量存储时间阶段的过程中,喷射器在 其下游立即产生压力下降,并且在热学能量存储单元106的上集 管组件154中,随着制冷剂离开二分叉器130,因而增加了冰冷 冻/排放螺线管142中的制冷剂循环的速度,而同时改进了系统的 性能。
随着横跨压縮机的出口的压力差随着户外环境空气温度的增 加或降低而变化,混相调节器132还起作用以改变来自压缩机110 的制冷剂质量流。这允许冷凝压力随着环境空气温度而波动。随 着环境空气温度下降,压縮机110的压头下降,这减少了能量消 耗并且增加了压縮机110的性能。混相调节器132允许液体制冷 剂通过而同时在感应到蒸气后关闭活塞。因而,混相调节器132 暂时地将气相混合物保持成"捕获状态"。在感应到高压液体之后, 活塞从其座提升,这允许液体通过。因而,混相调节器132允许蒸气压力将高压液体制冷剂转换 成低压液体制冷剂以及闪蒸气。由混相调节器132保持回的蒸气 增加了回到冷凝器111的管线压力,并且进一步冷凝成液体。混 相调节器132是自我调节,并且没有附加损失。附加地,混相调 节器132通过将蒸气从液体中去除并且在系统的低压侧和高压侧 这两者上产生脉冲作用而改进热交换器的螺线管中的热传递的效 率。如上所述,混相调节器打开以令低压液体通过,并且然后关 闭,以在调节器的高压侧上捕获蒸气,并且在调节器的低压侧上 产生脉冲作用。该脉冲作用以一定的沸腾和冷凝级别使得热交换 器的内壁更加湿润,这有助于热传递。
低压混相制冷剂进入通用制冷剂控制容器146,并且液体成 分和蒸气成分通过重力被分离,从而液体掉落至底部而蒸气上升 至顶部。液体成分充满通用制冷剂控制容器146至由系统中的制 冷剂的充注量所确定的级别,而蒸气成分返回至空调单元102的 压縮机。在传统的直接膨胀式冷却系统中,蒸气成分在整个系统 中循环,从而减少效率。根据图l中所示的实施例,蒸气成分直 接返回至压縮机110,而不必通过蒸发器。通用制冷剂控制容器 146中的液体制冷剂的柱体由重力作用,并且在热学能量存储时 间阶段的过程中具有两个路径。一个路径是油蒸馏/浪涌容器116, 在这里,由毛细管128和148测量速度。
针对液体制冷剂的柱体的第二路径是下集管组件156,通过 冰冷冻/排放螺线管142和上集管组件154,并且经由通用制冷剂 控制容器146回到压缩机110。在罐充满诸如水的相变液体时, 这种重力辅助式循环方式以冰的形式存储热学容量。通用制冷剂 控制容器146中的液体静态集管用作为泵,以在冰冷冻/排放螺线 管142内产生流动。随着制冷剂变成蒸气,螺线管中的液体液面被强制低于通用制冷剂控制容器146中的液体液面,并因而,促
进通用制冷剂控制容器146与冰冷冻/排放螺线管142之间的连续 流动。通用制冷剂控制容器146与冰冷冻/排放螺线管142之间的 这种压力差维持重力循环。最初仅仅蒸气,并且随后(在存储循 环中)制冷剂液体和蒸气这两者从上集管组件154返回至通用制 冷剂控制容器146。
随着制冷剂返回至通用制冷剂控制容器146,热通量由于增 加冰厚度(增加热阻抗)而逐渐减小。液体在制冷剂控制单元104 中返回至通用制冷剂控制容器146,并且蒸气在空调单元102中 返回至压縮机110。重力循环确保冰的均匀产生。随着一个冰冷 冻/排放螺线管142产生较多的冰,其热通量率减小。其下一个螺 线管接收更多的制冷剂,直至所有螺线管具有几乎相同的热通量 率。
冰冷冻/排放螺线管142的结构产生这样一种造冰的模式,其 在造冰存储(第一)时间阶段的过程中维持高压縮机吸引压力(因 而增加的吸引气体密度)。在热学能量存储(第一)时间阶段的最 后期间的过程中,各个冰冷冻/排放螺线管142之间的所有剩余空 隙由冰封闭,因而冰表面区域上的剩余水减少,并且吸引压力显 著下降。吸引压力的下降可用作为全充料的指示,其自动通过可 调节的制冷剂压力开关而关闭冷凝单元。
当在热学能量存储第一时间阶段的过程中空调单元102打开 时,通过重力防止低压液体制冷剂通过液体制冷剂泵120,并且 通过泵送式液体供应管线122中的提升阀(未示出)防止进入负 载热交换器123。当热学能量存储系统被完全充料,并且空调单 元102关闭后,混相调节器132允许制冷剂系统压力快速均衡。 这种快速压力均衡允许在压缩机110中使用高效、低启动扭矩的电机。负载热交换器123设置在热学能量存储单元106之上或之 下,从而制冷剂可从负载热交换器123 (作为混相液体和蒸气) 流动,或者通过湿吸返回管线124 (作为仅在饱合状态的蒸气), 到达上集管组件154。在通过上集管组件154之后,制冷剂然后 流入冰冷冻/排放螺线管中,以便冷凝回液体。
如图l所示,示出了高效制冷剂能量存储和冷却系统的实施 例,其包括限定系统的五个主要部件。空调单元102是传统的冷 凝单元,其利用压缩机110和冷凝器111,以产生高压液体制冷 剂,其经由高压液体供应管线112输送至制冷剂控制单元104。 制冷剂控制单元104连接至热学能量存储单元106,其包括充满 水的绝缘罐140以及冰冷冻/排放螺线管142。最后,第二热交换 器单元162引入外部融化容量(melt capability),其提供附加的 瞬间冷却负荷至系统。空调单元102、制冷剂控制单元104以及 热学能量存储单元106共同作用,以提供高效多模式冷却至负载 热交换器108 (户内冷却螺线管组件)并因而实现系统的主要操 作模式的功能。由第二热交换器162形成的循环回路在离开负载 热交换器123的制冷剂与绝缘罐140内的流体之间进行热传递。 该回路作用成循环和去分层化绝缘罐140内的流体152,并且从 离开负载热交换器123的制冷剂中吸收热量。在需要瞬时的冷却 负荷时,按需要,该第二热交换器回路可通过阀188切换到系统 内和外。所示的系统是公知为内部/外部融化系统,这是因为已经 被存储为冰形式的热学能量通过冰冷冻/排放螺线管142被内部 融化成块,并且通过第二热交换器162从块的周边通过循环冷水 而外部融化。在需要瞬时的冷却负荷时,按需要,该附加的热交 换器回路可通过阀188切换到系统内和外。
图2示出了热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储冷却系统。具有传统冷凝单元202 (空调机)的热学能量存储和冷 却系统利用压縮机和冷凝器以产生高压液体制冷剂,其经由高压 液体供应管线212输送至制冷控制和分配系统204,其可包括通 用制冷剂控制容器246和液体制冷剂泵220。通用制冷剂控制容 器246从高压液体供应管线212接收低压混相262液体制冷剂, 其压力已经下降。制冷剂蓄积在通用制冷剂控制容器246内,其 将液相制冷剂与气相制冷剂分离。混相调节器(未示出)可用于 最小化从压縮机供应至通用制冷剂控制容器246的蒸气,而同时 减少从冷凝器至蒸发器饱合压力的制冷剂压力差。
在热学能量存储模式中,通用制冷剂控制容器246通过液体 输送管线266将液体制冷剂输送至主热交换器260,其以冰或冰 块242的形式存储冷却能(热学能量)。在将冷却能输送至主热交 换器260之后,混相制冷剂经由湿吸返回管线224返回至通用制 冷剂控制容器246。干吸返回管线218返回气相制冷剂,其将在 冷凝单元202内被压縮和冷凝,以完成热学能量存储循环。
在冷却模式中,通用制冷剂控制容器246将液体制冷剂经由 泵入口管线264输送至液体制冷剂泵220,其然后将制冷剂经由 泵出口管线260泵送至蒸发器螺线管222。在将冷却能输送至蒸 发器螺线管222之后,混相或饱合制冷剂经由低压蒸气管线268 返回至主热交换器260,并且利用冰块242被冷凝和冷却,其中所 述冰块242在热学能量存储模式的过程中被制成。气相制冷剂然 后经由液体输送管线266被返回至通用制冷剂控制容器246。第 二热交换器单元270将外部融体引入至系统,以提供附加的瞬时 冷却负荷至系统。通过提供给系统内部/外部融化能力,以冰块 242形式存储的热学能量通过主热交换器260内的冷冻/排放螺线 管被内部融化,并且通过第二热交换器270从块的周边循环冷水而外部融化。这使得系统实现增加四倍的瞬时冷却能力。
在该第二时间阶段(冷却模式)的过程中,温的气相制冷剂
循环通过主热交换器260内的冰冷冻/排放螺线管,并且从内向外 融化冰块242,同时提供制冷剂冷凝功能。随着热量从这些冰冷 冻/排放螺线管传递至周围的冰块242,在单个螺线管的环体周围 形成水层。如上所述,在该水层围绕螺线管形成足够的包封之后, 其开始用作为冰冷冻/排放螺线管与冰块242之间的绝缘体。这种 状态将持续直至这样的时候,即水环体变得足够大以便显著水循 环,从而克服这种局部热学分层。为了补偿系统无法产生高级别 的瞬时冷却负荷,冰块的外侧表面附加地被利用。
在绝缘罐240内,在造冰循环的过程中,全部水并未被冻结, 并且因而一定量的水连续围绕冰块。在绝缘罐240的底部,该水 非常接近冰点(大约33至34。F),并且通过水泵272被吸入到冷 水管线274中,并且输送至第二热交换器270。从蒸发器螺线管 222返回的制冷剂可从湿吸返回管线224的竖直路径转向,并且 经由第二冷却进入管线278输送至第二热交换器270。在此,温 的制冷剂由从冷水管线274进入的水冷却,并且冷凝,同时增加 制冷剂中的液体的比例,其中所述制冷剂然后通过第二冷却排出 管线280输送至主热交换器260,在这里,集管结构将大多数液 体驱动至通用制冷剂控制容器246,并且将蒸气驱动至主热交换 器260。剩余的制冷剂蒸气然后于绝缘罐240中在主热交换器260 中冷凝。在将冷量传递至第二热交换器270中的制冷剂之后,加 温的水经由温水返回管线276返回至绝缘罐240的上侧部分。在 需要瞬时的冷却负荷时,按需要,该第二热交换器回路可通过阀 288切换到系统内和外。附加地,附属的冷却源(未示出),例如 外部冷水管线等,可安置成与第二热交换器中的制冷剂热学接触,以附加地加速预冷却进入主热交换器260或URMV 246的制冷剂。
图3示出了具有多种改进的热交换性能的基于制冷剂的热学 能量存储冷却系统的实施例。相似地,正如前图中所示,具有传 统冷凝单元302 (空调机)的热学能量存储和冷却系统利用压縮 机和冷凝器以产生高压液体制冷剂,其经由高压液体供应管线输 送至制冷控制和分配系统304,其可包括通用制冷剂控制容器346 和液体制冷剂泵320。混相流体调节器(未示出)可用于从高压 液体供应管线接收高压液体制冷剂,并且调节从压縮机输送至热 负载的制冷剂的流动。低压混相制冷剂蓄积在通用制冷剂控制容 器346中,其将液相制冷剂与气相制冷剂分离。
在热学能量存储模式中,通用制冷剂控制容器346将液体制 冷剂通过液体输送管线输送至主热交换器360,其以冰或冰块342 的形式存储冷却能。在将冷却能输送至主热交换器360之后,混 相制冷剂经由湿吸返回管线324返回至通用制冷剂控制容器346。 干吸返回管线返回气相制冷剂,其将在冷凝单元302中被压縮和 冷却,以完成热学能量存储循环。
在冷却模式中,通用制冷剂控制容器346将液体制冷剂输送 至液体制冷剂泵320,其然后将制冷剂泵送至蒸发器螺线管322。 在将冷却能输送至蒸发器螺线管322之后,混相制冷剂被返回至 主热交换器360,并且利用冰块342被冷却,其中所述冰块342 是在热学能量存储模式的过程中被制成。气相制冷剂通过冰块冷 却被冷凝成液体,并且经由液体输送管线366被返回至通用制冷 剂控制容器346。第二热交换器单元370以及第三级热交换器单 元3卯将外部融化引入至系统,以提供附加的瞬时冷却负荷至系 统。通过提供给系统内部/外部融化能力,以冰块342形式存储的 热学能量通过主热交换器360内的冷冻/排放螺线管被内部融化, 并且通过第二热交换器370和第三级热交换器390从块的周边循 环冷水而外部融化。这允许系统起作用以实现非常大的瞬时冷却 需求。附加的热交换器单元可以以第三级热交换器390的方式增 加至系统,从而调节广泛不同的冷却负荷需求。在该第二时间阶 段(冷却模式)的过程中,温的气相制冷剂循环通过主热交换器 360内的冰冷冻/排放螺线管,并且从内向外融化冰块342,同时
提供制冷剂冷凝功能。
绝缘罐340的底部的水通过水泵372吸入冷水管线374中, 并且输送至第二热交换器370和第三级热交换器390。从蒸发器 螺线管322返回的制冷剂可从湿吸返回管线324的竖直路径转向, 并且经由第二冷却进入管线378输送至第二热交换器370和第三 级热交换器390。在此,温的制冷剂由从冷水管线374进入的水 冷却,并且冷凝,同时增加制冷剂中的液体的比例,其中所述制 冷剂然后通过第二冷却排出管线380输送至主热交换器360,在 这里,集管结构将大多数液体驱动至通用制冷剂控制容器346, 并且将蒸气驱动至主热交换器360。剩余的制冷剂蒸气然后于绝 缘罐340内在主热交换器360中被冷凝。在将冷量传递至第二热 交换器370和第三级热交换器3卯中的制冷剂之后,加温的水经 由温水返回管线376返回至绝缘罐340的上侧部分。在需要瞬时 的冷却负荷时,按需要,这些附加的热交换器回路和第三级热交 换器回路可通过阀388切换到系统内和外。如果需要的话,多个 附加的热交换器可以以与第三级主交换器相同的方式串行或并行 地增加至系统,以实现制冷剂的附加的焓减少(enthalpy reduction )。图4示出了热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储冷
却系统的实施例,其利用了共用流体槽。具有传统冷凝单元402 (空调机)的热学能量存储和冷却系统利用压縮机和冷凝器以产 生高压液体制冷剂,其经由高压液体供应管线412输送至制冷控 制和分配系统404,其可包括通用制冷剂控制容器446和液体制 冷剂泵420。通用制冷剂控制容器446从高压液体供应管线412 接收低压混相制冷剂462,其压力已经下降。制冷剂蓄积在通用 制冷剂控制容器446中,其将液相制冷剂与气相制冷剂分离。低 压混相制冷剂462蓄积在通用制冷剂控制容器446中,其将液相 制冷剂与气相制冷剂分离。混相调节器(未示出)可用于最小化 从压縮机供应至通用制冷剂控制容器446的蒸气,而同时减少从 冷凝器至蒸发器饱合压力的制冷剂压力差。
在热学能量存储模式中,通用制冷剂控制容器446通过液体 输送管线466将液体制冷剂输送至主热交换器460,其以冰或冰 块442的形式存储冷却能(热学能量)。在将冷却能输送至主热交 换器460之后,混相制冷剂经由湿吸返回管线424返回至通用制 冷剂控制容器446。干吸返回管线418返回气相制冷剂,其将在 冷凝单元402内被压缩和冷凝,以完成热学能量存储循环。
在冷却模式中,通用制冷剂控制容器446将液体制冷剂经由 泵入口管线464输送至液体制冷剂泵420,其然后将制冷剂经由 泵出口管线460泵送至蒸发器螺线管422。在将冷却能输送至蒸 发器螺线管422之后,混相或饱合制冷剂经由低压蒸气管线468 返回至主热交换器460,并且利用冰块442被冷凝和冷却,其中 所述冰块442在热学能量存储模式的过程中被制成。气相制冷剂 然后经由液体输送管线466被返回至通用制冷剂控制容器446。 位于包含在绝缘罐440内部但处于冰块442外部的流体443内的第二热交换器单元470可用于引入外部融化,并且以串行的方式 提供附加的瞬时冷却负荷至系统。通过提供给系统内部/外部融化 能力,以冰块442形式存储的热学能量通过主热交换器460内的 冷冻/排放螺线管被内部融化,并且通过第二热交换器470从块的 周边循环和/或接触冷水而外部融化。这允许系统以简单和独立的 方式实现增加的瞬时冷却能力。可利用附加的循环泵或空气泵以 在室内去分层化和混合流体。
在该第二时间阶段(冷却模式)的过程中,温的气相制冷剂 循环通过主热交换器460内的冰冷冻/排放螺线管,并且从内向外 融化冰块442,同时提供制冷剂冷凝功能。随着热量从这些冰冷 冻/棑放螺线管传递至周围的冰块442,在单个螺线管的环体周围 形成水层。如上所述,在该水层围绕螺线管形成足够的包封之后, 其开始用作为冰冷冻/排放螺线管与冰块442之间的绝缘体。这种 状态将持续直至这样的时候,即水环体变得足够大以便显著水循 环,从而克服这种局部热学分层。为了补偿系统无法产生高级别 的瞬时冷却负荷,冰块的外侧表面附加地被利用。
在绝缘罐440内,在造冰循环的过程中,全部水并未被冻结, 并且因而一定量的水连续围绕冰块。在绝缘罐440的底部,该水 非常接近冰点(大约33至34°F),并且被用于接触位于流体443 内的第二热交换器470。从蒸发器螺线管422返回的制冷剂可从 湿吸返回管线424的竖直路径转向,并且经由第二冷却进入管线 480输送至第二热交换器470。在此,温的制冷剂由冰块442周围 的水冷却,并且冷凝,同时增加制冷剂中的液体的比例,其中所 述制冷剂然后通过第二冷却排出管线480输送至主热交换器460, 在这里,集管结构将大多数液体驱动至通用制冷剂控制容器446, 并且将蒸气驱动至主热交换器460。剩余的制冷剂蒸气然后于绝缘罐440中在主热交换器460中冷凝。在将冷量传递至第二热交 换器470中的制冷剂之后,加温的水在绝缘罐440内循环和混合。 在需要瞬时的冷却负荷时,按需要,该附加的热交换器回路可通 过阀488切换到系统内和外。
图5示出了热交换性能增强的基于制冷剂的热学能量存储冷 却系统的实施例,其利用了共用流体槽。具有传统冷凝单元502 (空调机)的热学能量存储和冷却系统利用压縮机和冷凝器以产 生高压液体制冷剂,其经由高压液体供应管线512输送至制冷控 制和分配系统504,其可包括通用制冷剂控制容器546和液体制 冷剂泵520。通用制冷剂控制容器546从高压液体供应管线512 接收低压混相制冷剂562,其压力已经下降。制冷剂蓄积在通用 制冷剂控制容器546中,其将液相制冷剂与气相制冷剂分离。低 压混相制冷剂562蓄积在通用制冷剂控制容器546中,其将液相 制冷剂与气相制冷剂分离。混相调节器(未示出)可用于最小化 从压縮机供应至通用制冷剂控制容器546的蒸气,而同时减少从 冷凝器至蒸发器饱合压力的制冷剂压力差。
在热学能量存储模式中,通用制冷剂控制容器546通过液体 输送管线566将液体制冷剂输送至主热交换器560,其以冰或冰 块542的形式存储冷却能(热学能量)。在将冷却能输送至主热交 换器560之后,混相制冷剂经由湿吸返回管线524返回至通用制 冷剂控制容器546。干吸返回管线518返回气相制冷剂,其将在 冷凝单元502内被压縮和冷凝,以完成热学能量存储循环。
在冷却模式中,通用制冷剂控制容器546将液体制冷剂经由 泵入口管线564输送至液体制冷剂泵520,其然后将制冷剂经由 泵出口管线560泵送至蒸发器螺线管522。在将冷却能输送至蒸 发器螺线管522之后,混相或饱合制冷剂经由低压蒸气管线568返回至主热交换器560,并且利用冰块542被冷凝和冷却,其中 所述冰块542在热学能量存储模式的过程中被制成。气相制冷剂 然后经由液体输送管线566被返回至通用制冷剂控制容器546。 位于包含在绝缘罐540内部但处于冰块542外部的流体543内的 第二热交换器单元570可用于引入外部融化,并且以并行的方式 提供附加的瞬时冷却负荷至系统。通过提供给系统内部/外部融化 能力,以冰块542形式存储的热学能量通过主热交换器560内的 冷冻/排放螺线管被内部融化,并且通过第二热交换器570从块的 周边循环和/或接触冷水而外部融化。这允许系统以简单和独立的 方式实现增加的瞬时冷却能力。可利用附加的循环泵或空气泵以 在室内去分层化和混合流体。
在该第二时间阶段(冷却模式)的过程中,温的气相制冷剂 循环通过主热交换器560内的冰冷冻/排放螺线管,并且从内向外 融化冰块542,同时提供制冷剂冷凝功能。随着热量从这些冰冷 冻/排放螺线管传递至周围的冰块542,在单个螺线管的环体周围 形成水层。如上所述,在该水层围绕螺线管形成足够的包封之后, 其开始用作为冰冷冻/排放螺线管与冰块542之间的绝缘体。这种 状态将持续直至这样的时候,即水环体变得足够大以便显著水循 环,从而克服这种局部热学分层。为了补偿系统无法产生高级别 的瞬时冷却负荷,冰块的外侧表面附加地被利用。
在绝缘罐540内,在造冰循环的过程中,全部水并未被冻结, 并且因而一定量的水连续围绕冰块。在绝缘罐540的底部,该水 非常接近冰点,并且被用于接触位于流体543内的第二热交换器 570。从蒸发器螺线管522返回的制冷剂可从湿吸返回管线524 的竖直路径转向,并且输送至第二热交换器570和主热交换器 560。在此,温的制冷剂由冰块542周围的水通过第二热交换器570以及冰块542内的主热交换器560冷却,并且冷凝。集管结 构然后将大多数液体驱动至通用制冷剂控制容器546,并且将蒸 气驱动至主热交换器560和第二热交换器570。剩余的制冷剂蒸 气最后于绝缘罐540内在主热交换器560中冷凝。在将冷量传递 至第二热交换器570中的制冷剂之后,加温的水在绝缘罐540内 循环和混合。在需要瞬时的冷却负荷时,按需要,该第二热交换 器回路可通过阀590切换到系统内和外。
利用基于制冷剂的、内部融化、冰盘管系统的传统热学能量 存储单元是由冷却负荷能力限定,其中所述冷却负荷能力是由冰 融化的热传递系数限制。在这种系统中,冷凝单元被用于以冰的 形式在一个时间阶段的过程(造冰)中存储制冷剂能量,并且在 第二时间阶段的过程(融冰)中从存储的冰能中提供冷却。该融 化过程通常在热交换器的热传递管的外侧开始,其中所述热交换 器嵌在冰块中,温的制冷剂流过所述热交换器。随着热量经由热 交换器传递至冰,在管与冰之间形成水的环体,并且在没有循环 的情况下,用作为针对进一步热传递的绝缘体。因而,热交换器 的能力限于融化的早期阶段,其在这样的时刻之前,即足够大的 水环体允许在冰块的区域内混合水。改进由冰围绕的热交换器管 之间的热传递的以前的企图已经涉及到了由于水套中的空气泡而 产生紊流。该方法限于较差的效率、可靠性以及高成本(能量和 金钱这两者)。
本发明克服了现有技术的缺点和限制,这是通过提供这样的 方法和装置,以增加冷却负荷,其可由具有改进的热交换器的结 构的基于制冷剂的热学能量和冷却系统提供。这通过借助于第二 热交换器循环冰块周围的冷水而实现,其中所述冰块用作为热学 能量存储介质,在所述第二热交换器处,冷凝从负荷返回的制冷剂蒸气。制冷剂然后循环通过冰块内的主热交换器,在所述冰块 处,所述制冷剂被进一步冷却和冷凝。该系统公知为内部/外部融 化系统,这是因为以冰块形式存储的热学能量通过主热交换器被 内部融化,并且通过第二热交换器从块的周边循环冷水而外部融 化。
在传统的冰存储单元内,围绕冰的周边的罐内的水从不冻成 固体。该水在几乎整个融化阶段的过程中在罐的底部保持大约
32°F。通过将该水循环经过第二热交换器并且由小的循环泵返回进入 罐中,可实现较大的交换效率。第二热交换器是高效的热交换器,例 如共轴线式冷凝器或钎焊板式热交换器等,并且被用于在进入冰罐内 的主热交换器之前降低制冷剂的焓(降低温度和/或冷凝)。结果,系 统的总的冷却性能现在是由两个热交换器所提供的性能的总和。通过 按需要利用多个第二热交换器,系统可提供灵活性以将冰存储系统匹 配冷却负荷的需要。
上述详细的实施例最小化附加的部件,并且利用比由冷凝单元所 使用的少得多的能量,以存储热学能量。制冷剂能量存储结构已经被 构造成提供灵活性,从而可实际用于各种不同的应用。实施例可利用 所存储的能量以为大型商业应用提供冷藏的水,或直接将制冷剂空调 提供至多个蒸发器。这种结构具有多种操作模式,增加可选的部件的 能力,以及灵活控制的整体性,其确保以最大的效率存储能量。在连 接至冷凝单元时,系统在第一时间阶段中存储制冷能量,并且在第二 时间阶段的过程中利用所存储的能量以提供冷却。另外,冷凝单元和 制冷剂能量存储系统这两者可同时操作,以在第三时间阶段的过程中 提供冷却。
在利用第二热交换器回路中实现多个优点,以在高效热学能量存 储和冷却系统中控制冷却剂。所述的实施例可增加系统的冷却性能400%,以匹配所需要的冷却负荷。该系统减少了复杂的和代价昂贵的 空气分配系统,它们经受很大的可信度关注,并且该系统可容易地适 于由冷水分配冷却的建筑物。这些实施例在所有冷却系统中具有广泛 的应用,可延伸超出空调的应用。例如,该方法可用于利用储冰冷却 的任何流体介质。与制冰的高效方法结合,这些实施例可广泛应用于 乳业和石油工业。
出于示例和说明的目的给出了本发明的前述说明。不应该排除或 将本发明限制于所公开的确切形式,并且在上述启发下可以进行其它 改型和改变。所选择和说明的实施例是为了更好说明本发明的原则和 其实际应用,从而使得本领域技术人员更好以各种不同的实施例和各 种不同的改型的方式理解本发明,其中所述各种不同的实施例和各种 不同的改型适于预期的特定应用。应该清楚的是,权利要求书可被理 解为包括本发明的其它可选实施例,除了由现有技术现定的范围以外。

Claims (45)

1.一种基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统,其包括: 冷凝单元,所述冷凝单元包含压缩机和冷凝器; 制冷剂控制单元,其连接至所述冷凝单元,调节、蓄积和泵送制冷剂; 负载热交换器,其连接至所述制冷剂控制单元,通过增加循环通过所述系统的制冷剂的焓而将冷却能提供至冷却负荷; 充有适于在液体与固体之间相变的流体的罐,在其中包含主热交换器,所述主热交换器连接至所述制冷剂控制单元,利用来自所述制冷剂控制单元的所述制冷剂冷却所述流体,并且冷冻所述罐中的至少一部分所述流体;以及 第二热交换器,其连接至所述负载热交换器,促进冷却的所述流体与来自所述负载热交换器的所述制冷剂之间的热学接触,从而减少所述制冷剂的焓,并且将加温的所述流体返回至所述罐。
2. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第二热交 换器从所述负载热交换器接收高焓制冷剂,并且将低焓制冷剂传 递至所述主热交换器。
3. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述主热交换 器从所述负载热交换器接收高焓制冷剂。
4. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第二热交 换器连接至所述制冷剂控制单元,并且所述第二热交换器从所述 负载热交换器接收所述制冷剂,并且降低从所述负载热交换器离开的制冷剂的焓。
5. 根据权利要求l所述的系统,其特征在于,所述主热交换 器和所述第二热交换器这两者从所述负载热交换器接收高焓制冷 剂,并且将低焓制冷剂传递至所述制冷剂控制单元。
6. 根据权利要求l所述的系统,其特征在于,所述制冷剂控 制单元还包括制冷剂存储器以及液体制冷剂泵。
7. 根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述制冷剂控 制单元还包括混相调节器。
8. 根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述制冷剂控制单元还包括油蒸馏或浪涌容器。
9. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述流体是水。
10. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述热学能 量存储和冷却系统被用于提高空调系统的冷却性能。
11. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述热学能 量存储和冷却系统被用于变换空调系统的耗能时间阶段的至少一 部分。
12. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括至少 一个阀,其允许所述第二热交换器与所述负载热交换器脱离连接。
13. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第二热,交换器利用第二冷却源,所述第二冷却源安置成与来自所述负载 热交换器的所述制冷剂热学接触,以减少所述制冷剂的焓。
14. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第二热 交换器安置在所述罐内,并且与所述流体热学连通。
15. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括:第三热交换器,其从所述第二热交换器接收所述流体,并且 促进与来自所述负载热交换器的所述制冷剂的附加的热学接触, 从而进一步减少一部分所述制冷剂的焓,并且将加温的所述流体 返回至所述罐。
16. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括:第三热交换器,其以并行的方式与所述第二热交换器相连, 附加地促进冷却的所述流体与来自所述负载热交换器的所述制冷 剂之间的热学接触,从而减少所述制冷剂的焓,并且将加温的所 述流体返回至所述罐。
17. —种用基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统提供冷却 负荷的方法,其包括以下步骤:冷凝第一膨胀制冷剂,以产生第一冷凝制冷剂;在第一时间阶段的过程中,在蒸发单元内膨胀所述第一冷凝 制冷剂,其中所述蒸发单元位于充满适于在液体与固体之间相变 的流体的罐内,以冷冻所述流体的一部分,从而产生冷却的流体、 冷冻的流体以及所述第 一 膨胀制冷剂;在第二时间阶段中利用至少一部分所述冷却的流体的热学冷.却容量,以减少第二膨胀制冷剂的焓,因而形成低焓制冷剂;循环所述低焓制冷剂通过位于所述冷冻的流体内的所述蒸发 单元,以冷凝所述低焓制冷剂并且产生第二冷凝制冷剂;并且在负载热交换器内膨胀所述第二冷凝制冷剂,以提供所述冷 却负荷并产生所述第二膨胀制冷剂。
18. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:减少所述第 一 冷凝制冷剂的压力;将所述第一冷凝制冷剂蓄积在通用制冷剂控制容器内;并且利用液体制冷剂泵从所述通用制冷剂控制容器泵送所述第--冷凝制冷剂至所述蒸发单元的蒸发器螺线管。
19. 根据权利要求18所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:在所述制冷剂控制单元内利用混相调节器减少所述第一冷凝 制冷剂的压力。
20. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:在第二时间阶段中利用第二热交换器传递至少一部分所述冷 却的流体的热学冷却容量,以减少所述第二膨胀制冷剂的焓,从 而产生低焓制冷剂。
21. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:利用至少一个阀将所述第二热交换器与所述负载热交换器脱 离连接。
22. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:利用第二冷却源与所述第二热交换器热学连通,以减少所述 第二膨胀制冷剂的烚。
23. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:将所述第二热交换器安置在所述罐内,并且与所述流体热学连通o
24. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:利用第三热交换器从所述第二热交换器接收所述流体,其中 所述第三热交换器促进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之 间的附加的热学接触,以进 一 步减少 一 部分所述第二膨胀制冷剂 的焓;并且将已经加温的所述流体返回至所述罐。
25. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:利用第三热交换器减少所述第二膨胀制冷剂的焓,其中所述 第三热交换器以并行的方式与所述第二热交换器相连,附加地促 进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之间的热学接触;并且將己经加温的所述流体返回至所述罐。
26. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:利用多个热交换器从所述第二热交换器接收所述流体,其中 所述多个热交换器促进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之 间的附加的热学接触,以进一步减少一部分所述第二膨胀制冷剂 的焓;并且将已经加温的所述流体返回至所述罐。
27. 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:利用多个热交换器减少所述第二膨胀制冷剂的焓,其中所述 多个热交换器以并行的方式与所述第二热交换器相连,附加地促进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之间的热学接触;并且 将加温的所述流体返回至所述罐。
28. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:将所述蒸发单元限定在所述充满水的罐内。
29. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:利用所述第二冷凝制冷剂,以促进空调系统的冷却负荷。
30. 根据权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:利用所述第二冷凝制冷剂,以变换空调系统的耗能时间阶段 的至少一部分。
31. —种用基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统提供冷却 负荷的方法,其包括以下步骤:冷凝第一膨胀制冷剂,以产生第一冷凝制冷剂;在第一时间阶段的过程中,在蒸发单元内膨胀所述第一冷凝 制冷剂,其中所述蒸发单元位于充满适于在液体与固体之间相变 的流体的罐内,以冷冻所述流体的一部分,从而产生冷却的流体、 冷冻的流体以及所述第一膨胀制冷剂;膨胀负载热交换器内的第二冷凝制冷剂,以提供所述冷却负荷并且产生第二膨胀制冷剂;循环所述第二膨胀制冷剂通过位于所述冷冻的流体内的所述 蒸发单元,以冷凝所述第二膨胀制冷剂并且产生第二冷凝制冷剂;在第二时间阶段中利用至少一部分所述冷却的流体的热学冷 却容量,以减少所述第二膨胀制冷剂的焓,因而形成低焓的制冷 剂。
32. 根据权利要求31所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:减少所述第一冷凝制冷剂的压力;将所述第一冷凝制冷剂蓄积在通用制冷剂控制容器内;并且利用液体制冷剂泵从所述通用制冷剂控制容器泵送所述第一 冷凝制冷剂至所述蒸发单元的蒸发器螺线管。
33. 根据权利要求32所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:在所述制冷剂控制单元内利用混相调节器减少所述第 一 冷凝 制冷剂的压力。
34. 根据权利要求32所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:在第二吋间阶段中利用第二热交换器传递至少一部分所述冷 却的流体的热学冷却容量,以减少第二膨胀制冷剂的焓,从而产 生低烚制冷剂。
35. 根据权利要求34所述的方法,其特征在于,还包括以卜步骤:利用至少一个阀将所述第二热交换器与所述负载热交换器脱 离连接。
36. 根据权利要求35所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:利用第二冷却源与所述第二热交换器中的制冷剂热学接触, 以加速预冷却进入通用制冷剂控制容器的制冷剂。
37. 根据权利要求34所述方法,其特征在于,还包括以下步骤:将所述第二热交换器安置在所述罐内,并且与所述流体热学连通o
38.根据权利要求34所述方法,其特征在于,还包括以下歩骤:利用第三热交换器从所述第二热交换器接收所述流体,其中 所述第三热交换器促进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之 间的附加的热学接触,以进 一 步减少 一 部分所述第二膨胀制冷剂的焓;并且将已经加温的所述流体返回至所述罐。
39. 根据权利要求34所述方法,其特征在于,还包括以下步骤:利用第三热交换器减少所述第二膨胀制冷剂的焓,其中所述 第三热交换器以并行的方式与所述第二热交换器相连,附加地促进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之间的热学接触;并且 将已经加温的所述流体返回至所述罐。
40. 根据权利要求34所述方法,其特征在于,还包括以下步骤:利用多个热交换器从所述第二热交换器接收所述流体,其中 所述多个热交换器促进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之 间的附加的热学接触,以进一步减少一部分所述第二膨胀制冷剂 的焓;并且将已经加温的所述流体返回至所述罐。
41. 根据权利要求34所述的方法,其特征在于,还包括以下 步骤:利用多个热交换器减少所述第二膨胀制冷剂的焓,其中所述 多个热交换器以并行的方式与所述第二热交换器相连,附加地促 进冷却的所述流体与所述第二膨胀制冷剂之间的热学接触;并且将加温的所述流体返回至所述罐。
42. 根据权利要求31所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:将所述蒸发单元限定在所述充满水的罐内。
43. 根据权利要求31所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:利用所述低焓制冷剂,以促进空调系统的冷却负荷。
44. 根据权利要求31所述的方法,其特征在于,还包括以卜步骤:利用所述低焓制冷剂,以变换空调系统的耗能时间阶段的至 少一部分。
45. —种基于制冷剂的热学能量存储和冷却系统,其包括:冷凝装置,其利用冷凝单元冷凝第一膨胀制冷剂,以产生第一冷凝制冷剂;供应装置,其用于将所述第一冷凝制冷剂供应至蒸发单元, 其中所述蒸发单元限定在充满适于在液体与固体之间相变的流体的罐内;膨胀装置,其用于在所述蒸发单元内,在第一时间阶段的过 程中膨胀所述第一冷凝制冷剂,以冷冻所述罐内的所述流体的一部分:,并且产生冷却的流体、冷冻的流体和第一膨胀制冷剂;循环装置,其用于在第二吋间阶段内将所述冷却的流体的至 少一部分循环通过第二热交换器,以减少所述第二膨胀制冷剂的 焓,并且产生低焓制冷剂;将所述低焓制冷剂循环通过所述冷冻的流体内的所述蒸发单 元的装置,以冷凝所述低焓制冷剂并且产生第二冷凝制冷剂;以 及膨胀所述第二冷凝制冷剂的装置,以提供所述冷却负荷。
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