CN101910754B - 蒸汽压缩和膨胀空气调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于产生制冷系统的方法，制冷系统包括用于通常由卡诺循环提供的压缩机和膨胀器功能的活塞设备。提供了对更改总系统以利用活塞动作的脉动性质的解决方案。

Description

蒸汽压缩和膨胀空气调节器

相关申请的交叉引用

本申请依赖于2008年11月12日提交的美国临时申请#60/987,332，该申请在这里通过引用并入。

技术领域

本发明涉及用于向封闭空间提供制冷或空气调节的装置。更具体地，使用将低位热转换成有用能量、机械功等的大活塞设备(piston device)来使蒸发的制冷剂压缩和膨胀的装置。

背景技术

大部分制冷剂空气调节器依赖于通常包括四个标准过程的“制冷循环”：

1)制冷剂在电动机驱动的压缩机内部在低压时作为蒸汽开始。压力增加，当制冷剂蒸汽压缩并向冷凝器流动时，这增加了制冷剂蒸汽的温度。

2)在冷凝器内部，由于温度梯度，热从高压制冷剂释放到外部空气，使制冷剂冷凝并变成高压高温液体。

3)制冷剂接着朝着压力调节阀流动，这引起制冷剂的绝热膨胀，导致蒸汽的相变，使制冷剂的温度下降到制冷空间的温度之下，导致冷低压蒸汽。

4)冷的制冷剂蒸汽流到蒸发器，它在蒸发器中吸收从室内空气到制冷剂的热。加温的蒸汽流回到压缩机，循环在压缩机中重复。

一般，冷凝器由电提供动力，且大部分商业空气调节器具有能效等级，该能效等级列出对于空气调节器引出的每瓦功率，多少热(以每小时BTU测量)被移除。这些效率以更有效的压缩机、更大和更有效的热交换器表面、改进的制冷剂流和其它特征来提高。

发明内容

本发明说明了优于其它制冷系统的优点，因为系统是机械的，使用活塞来执行通常与压缩机和蒸发器相关的功能，同时从低位废热能引出能量，而没有由电完成的用于冷却的有效功。进一步地，优选实施方式直接从太阳能运行，太阳能由U管型聚能器(U-tube type concentrator)聚集，以给制冷系统提供动力。

本发明提供了一种用于制冷的方法，包括：

a)提供用于提供制冷剂的系统，

b)提供用于从所述制冷剂除去焓的冷凝器，使所述制冷剂的至少一部分冷凝以形成液体制冷剂，

c)提供与所述冷凝器相通的用于减小所述液体制冷剂的压力的蒸发器，由此所述液体制冷剂的至少一部分形成蒸汽，使热从所述制冷剂除去，

d)提供能够包含制冷剂并且还能够形成压缩阶段和膨胀阶段的活塞设备，

e)使所述活塞设备与所述冷凝器和所述蒸发器操作性地耦合；

f)由此所述活塞设备的所述压缩阶段向所述冷凝器提供制冷剂，且

g)所述活塞设备的所述膨胀阶段从所述蒸发器接收制冷剂。

本发明所提供的方法还可包括：结合用于将热从所述系统移到外部环境的热交换器来操作所述冷凝器。

本发明所提供的方法还可包括：结合用于将热从封闭空间移到所述系统中的热交换器来操作所述蒸发器。

本发明所提供的方法还可包括：将功加到所述压缩阶段，引起对所述制冷剂的加热。

本发明所提供的方法还可包括与所述活塞设备相关的至少一个阀；

a)所述方法还包括打开和关闭所述阀，以在所述活塞的所述压缩阶段的阶段中向所述冷凝器提供制冷剂。

本发明所提供的方法还可包括：在所述膨胀阶段期间在所述蒸发器中产生低压吸入，其中，所述液体制冷剂蒸发，给所述蒸发器提供冷却。

所述蒸发器中的液体制冷剂可被迅速蒸发。

本发明所提供的方法还可包括：产生振荡，其中，所述活塞设备的所述压缩阶段和所述膨胀阶段以交替的方式操作。

所述活塞设备可与包括具有活塞的室的U管聚能器结合为整体，所述活塞通过液体连接棒耦合到热机。

本发明所提供的方法还可包括：在所述U管聚能器中在谐振频率处或附近产生振荡。

本发明所提供的方法还可包括：所述热机接收来自太阳能收集器的一定量的能量。

本发明所提供的方法还可包括：可控制地匹配来自所述太阳能收集器的所述一定量的能量与从封闭空间移到所述系统中的一定量的热。

本发明所提供的方法还可包括：用于储存低位热能的储蓄器或罐，所述方法还包括使用来自所述储蓄器或罐的以前储存的低位热能来给所述U管聚能器提供动力。

本发明还提供了一种用于在制冷系统中调节冷凝器和蒸发器的操作的方法，其中，来自压缩机和蒸发器元件的制冷剂流是脉动的，所述方法包括：

a)提供通过冷凝器的脉动的制冷剂流，

b)在所述冷凝器中使制冷剂冷凝到液相，

c)在收集器中在相对高的压力下形成制冷剂的池，

d)从所述收集器的池汲取制冷剂，以及

e)使制冷剂流过压力调节阀，所述阀的尺寸制造成以便提供跨过所述压力调节阀的实质上恒定的流，

f)提供蒸发器，所述蒸发器包括用于接收热的热交换器、实质上围绕所述热交换器的制冷剂储蓄器，所述制冷剂储蓄器的尺寸制造成接收足够的制冷剂，以在脉动的蒸发过程期间实质上浸没所述热交换器。

本发明提供了一种制冷系统，包括：

a)能够包含制冷剂的室，

b)所述室与可移动的活塞相关，

c)所述活塞能够有包括对所述制冷剂的压缩阶段和膨胀阶段的来回冲程，

d)所述室还与冷凝器和蒸发器操作性地耦合，以便：

e)所述活塞的来回冲程与所述冷凝器和所述蒸发器一致地工作，以产生制冷循环。

本发明所提供的系统中，所述制冷剂可含氯氟烃。

所述活塞可与包括热机和液体连接棒的U管聚能器结合为整体。

所述U管聚能器可接收以从太阳能收集器输出的形式的热能。

所述太阳能收集器的输出可和所述制冷循环的输出匹配。

所述太阳能收集器可结合存储系统工作，由此加热的水被储存用于以后使用。

本发明另外提供了一种制冷系统，包括：

a)太阳能收集器，其用于聚集以热的形式的能量，

b)U管聚能器，其用于给活塞设备提供以往复式冲程形式的功，所述往复式冲程包括压缩冲程和膨胀冲程，

c)活塞设备，其还包括活塞、包含所述活塞的室、出口阀、入口阀，

d)用于提供制冷剂的装置；

e)所述出口阀与冷凝器连接，并与所述活塞设备的所述压缩冲程协调，以便高压制冷剂被提供到所述冷凝器，

f)所述冷凝器具有用于将所述制冷剂的相从蒸汽相改变到液相的装置，

g)所述冷凝器还与压力调节器操作性地连接以用于减小压力，

h)所述压力调节器还与蒸发器连接，

i)所述蒸发器包括与热交换器操作性地耦合的制冷剂储蓄器，

j)所述蒸发器与所述活塞设备的所述入口阀操作性地连接，并与所述活塞设备的所述膨胀冲程协调，使得膨胀室中的压力减小而汲取所述储蓄器中的所述制冷剂液体，由此所述制冷剂液体的至少一部分被蒸发；

k)所述热交换器还包括吸热装置和热辐射装置，由此所述热辐射装置与所述储蓄器相通，以用于从所述热交换器除去焓，且所述吸热装置与封闭空间相通，

由此所述封闭空间被冷却。

A/C系统的概述

本制冷系统吸收以蒸汽形式开始的制冷剂，并在热泵循环期间压缩它。加压的制冷剂通过制冷入口阀流到包含热交换器的冷凝单元中。热交换器从制冷剂除去热，使它冷凝。冷凝的制冷剂接着聚集到冷凝器罐中。冷凝器罐通过压力调节器与蒸发器罐连接。蒸发器罐也与热交换器连接，形成用于从待冷却的封闭空间例如建筑物接收热的回路。此外，可将预热器添加在冷凝器罐和蒸发器罐之间帮助传热。

用于从待冷却的空间接收热的回路在这种情况下由具有热交换器流体的管形成，该管在蒸发器罐热交换器和位于待冷却的封闭空间内的封闭空间热交换器之间形成热交换器回路。在蒸发器罐内冷凝的制冷剂的冷储蓄器(cold reservior)使蒸发器罐热交换器冷却。封闭空间的变暖的空气通过封闭空间热交换器传输到系统中。

压缩和膨胀阶段可使用在U管聚能器的优选实施方式内的一个元件来实现；液体活塞的压缩和膨胀冲程。本领域技术人员可设计用于通过使用泵、活塞或不与液体活塞连接的类似装置在一个位置提供压缩和膨胀的其它装置，这不偏离本发明。

作为太阳能聚能器的U管

三种主要技术目前用于聚集太阳能热生成以产生有用功：抛物线形槽、功率塔和纯银碟(sterling dish)。从这些功率源产生电的成本很高。所有这三种技术都需要高工作温度，这引起维护和高密封故障率的问题。

使用这些技术，太阳辐射在直接阳光下被实时地聚集，导致在汇集点处的高工作温度。这个较高的温度通常导致较高的热损耗。此外，对最少的热损耗的这些系统的高温度要求一般强制使用更昂贵且复杂的收集器和热存储单元。这个限制导致对这些解决方案的较高的成本。

随着低温太阳能聚能器例如在都通过引用包括在这里的美国专利申请号11/387,405和美国专利申请号11/860,506中公开的那些聚能器的出现，从与热机循环中的热力循环相关的饱和蒸汽中最小化冷凝是合乎需要的，热力循环在相变点处或附近运行。这样的改进增加了效率并允许较低位热能的使用。

优选实施方式利用双环U，或其它适当形成的热启动液体活塞热泵，其中一个腿包括热机而另一个腿包括热泵。本领域技术人员将认识到，它可广泛适用于在蒸汽的冷凝点处或附近运行热力循环的任何方法或装置。

这些浮动活塞通常由固体材料例如铝、非腐蚀性钢或其它适当的材料构造。它们应设计成经得起在系统中存在的温度和压力条件。

热机部分使用来自自然或废热源的热力循环来操作，例如但不限于太阳能。一般是以液体或蒸汽形式的水的流体在太阳能收集器和作为热机回路的部分的热机之间传输。

热泵回路连接到制冷系统的出口和入口，且热泵膨胀室实质上填充有一般以实质上蒸汽形式的制冷剂。

本发明的另一优点是制冷在最需要时随着较高的环境热增加。输出的这个增加来源于几个因素，但最重要的是在U管聚能器中使用的蒸汽的温度-压力特征。当与平板太阳能收集器一起使用时，可用的蒸汽输入温度随着环境温度增加，因为当环境温度升高时，对环境的收集器损耗减小。

作为参考，在170°F的蒸汽输入温度处，6pisg可用于热机活塞的下冲程。在200°F的蒸汽输入温度处，11.5pisg是可用的。因为来自热机的可用功率与蒸汽压力成比例，这提供了功率的相当大的增加。

进一步地，相应的排出压力不成比例地升高。因为有用功是蒸汽输入蒸汽温度和环境输出温度之间的差的函数，所以输出温度的升高消耗系统功率。然而，与输入处的增益比较，排出温度(rejection temperature)的增加引起排出压力的小得多的增加和功率的相应地较小的减小。例如，在100°F排出温度下，排出压力是0.9psi。对于130°F排出温度，排出压力只增加到2.2psi。

应注意，本系统可在比前面的系统低得多的温度下操作，并可在温度升高时被按比例调节。引起对增加的冷却、强烈的阳光和热的需要的相同条件也提高了系统的输出容量。此外，当条件缓和时，输出随着要求减小，但系统可甚至以来自在高峰时间期间收集的蓄热的热输入来操作。这个特征提供优于只能在直接太阳辐射下工作的其它系统的巨大优点。

优选实施方式(水)的热机循环

一般卡诺循环的等熵压缩过程以在蒸汽相中的工作流体例如水开始而以液相结束。而当前循环以湿蒸汽开始而以饱和蒸汽结束。所公开的过程相对不直观，因为从蒸汽到液体的冷凝通常与压缩过程相关。

在当前循环中，压缩过程被限制，以形成饱和蒸汽来按过程所需要的维持等熵。

在本实施方式中，只有大约12.5％的湿蒸汽混合物在压缩过程开始时是液体。在该过程开始时，液体的比熵为大约0.53kJ/kg-°K，而蒸汽的比熵为大约8.32kJ/kg-°K。在压缩过程结束时，液体的比熵为大约1.31kJ/kg-°K，而蒸汽的比熵为大约7.36kJ/kg-°K。

在数量上，使在压缩过程的开始和结束时的总熵等于在相之间变化的团的单个未知的数量的代数计算在循环结束时提供了蒸汽的结果。在数量上，可看到，在过程开始时系统中的相对低百分比的液体驱动该过程产生蒸汽。因为系统的大部分最初由高熵蒸汽组成，在比熵的大约16％处将所有的蒸汽转变成液体可能不是等熵过程。然而，如果在初始蒸汽比熵的大约88％处该过程产生蒸汽，则可维持等熵，液体到蒸汽熵的大约13.9倍的增加抵消初始蒸汽团的比熵的大约12％的下降。

在具有高初始百分比的液体的一般卡诺循环中，过程不是最理想的。在这种情况下，如果最终结果是液体，使用相同的开始和结束熵值，大部分团的比熵增加大约2.5倍，该团是液体。冷凝的蒸汽团的熵下降大约6.4倍，以抵消液体的熵的增加。初始蒸汽的熵的少量下降减少了可由系统完成的有用功。

因此，本领域技术人员可看到，仍然有在过程结束时维持尽可能多的以气相的工作流体的动机。通过减少室内表面的数量，包括其中可能出现冷凝的活塞头，这个新的循环可如上所述以更大的效率被实现。

优选实施方式的热泵循环

制冷系统可连接到聚能器的热泵侧，聚能器接收由热机循环完成的功。本领域技术人员将认识到，其它方法和装置可用于产生相似类型的功来操作空气调节系统，同时维持本发明的精神。这里所述的热机只是给基于活塞的制冷系统提供动力的电势功(potential work)的一个源。

U管聚能器的热泵侧包含热泵和热泵室，表示系统的热泵循环。进一步地，U管聚能器以非常适合于压缩和蒸发过程的大体积和低频率操作。

热泵回路连接到制冷系统的出口和入口，且热泵室充满制冷剂，例如也称为“制冷剂-123”或“R123”的HCFC-123。如可认识到的，本领域技术人员能够使用其它制冷剂或工作流体，而不偏离本发明的精神。

热泵活塞(heat pump piston)用于将一般为水的液体连接棒(liquidconnecting rod)与热泵室内部的制冷剂分离开。热泵活塞应设计成使得在活塞和活塞壁之间形成密封。U管聚能器的可选实施方式允许聚能器操作涡轮或制冷系统。额外的入口阀和出口阀可安装在热泵膨胀室上，控制工作流体进入涡轮附件(turbine attachment)的流动。涡轮可设计成使用同一能量源作为所公开的制冷系统。在涡轮和空气调节器之间分配的能量可以是可控制的。

在涡轮中使用R-123而不是蒸汽的另外的优点从涡轮设计参数产生。对于蒸汽涡轮的有效设计和操作，当流体在整个阶段中通过时，最佳叶片速度与流体的焓变成比例。结果，有效涡轮设计要求高叶片速度、大团流速(高功率)和小的焓变的组合之间的折衷。这个组合常常导致大(1到500MW)涡轮或对小(30到100kW)涡轮的非常高的速度(120,000rpm)。在一般聚能器输出和输入压力处的R-123的焓变是小于对相同压力的蒸汽的焓变的数量级。这允许选择较小的功率电平和较低的速度，同时维持相同的涡轮效率，使系统更适合于分布式发电。

在涡轮中使用R-123的另一优点是，与使用蒸汽相比，使用R-123一般压力的流体工作温度可更低，为250°F。这在聚能器和涡轮中在热膨胀和材料选择的领域中、特别是在密封和支承的领域中提供了相当大的优点。

一般基于电子的控制系统可用于通过沿着聚能器和制冷系统接收来自各种传感器的输入并在沿着系统的点处控制阀、泵及类似物来调节热机循环和热泵循环之间的功分布。类似或单独的控制系统可用于在可选的涡轮附件和制冷系统之间分配能量。

本发明的优点是，它在没有用电力供电的情况下冷却封闭空间，因此不使现有的电网系统负担重。

本发明的另一优点是可冷却封闭空间而不关于温室气体产生碳足迹。

本发明的另一优点是它将制冷循环的膨胀和压缩阶段与一个设备合并。

本发明的另一优点是它按比例调节，当温度升高时提供更多的冷却。

本发明的另一优点是它能够使用以前存储的热能提供功率。

本发明的另一优点是它在高环境温度(高于100F)下有效地操作。

本发明的另一优点是废热通过环境空气冷却而被排入环境中。

本发明的另一优点是排入环境中的废热不需要蒸发冷却。

本发明的另一优点是它由U管聚能器提供动力。

本发明的优点是，本发明可在涡轮和制冷系统之间共享功率。

附图说明

图1是现有技术制冷系统的示例性布置图。

图2是包括本发明的制冷系统的一个实施方式的示例性布置图。

图3是包括本发明的制冷系统的可选实施方式的示例性布置图。

图4是包括本发明的制冷系统的优选实施方式的示例性布置图。

图5示出热泵循环的实施方式的示例性T-V图。

图6示出蒸汽机循环的实施方式的示例性T-V图。

图7示出蒸汽机循环的实施方式的示例性P-V图。

图8示出热泵循环的实施方式的示例性P-V图。

图9示出活塞冲程的示例性时间图，其示出活塞头位置分别与蒸汽机(HE)压力和热泵(HP)压力的关系曲线。

具体实施方式

制冷系统操作

图2-4是包括本发明的实施方式的制冷系统的示例性布置图。作为可被饱和或过热的蒸汽的制冷剂10通过出口阀32、通过管道36被发送到冷凝单元40，管道36优选地是铜管或其它适当的材料并依尺寸制造成适合于适当的阶段。可选的升压压缩机38可按需要被添加，以进一步升高制冷系统30中的压力。

希望仍然主要是蒸汽的制冷剂10的温度高于环境或室外温度，以促进冷凝。冷凝热交换器42以废热的形式将热从制冷剂传输到环境中，因而冷却制冷剂10并引起冷凝。收集器40收集因而产生的液体，液体在收集器的底部淤积。在优选实施方式中，收集器40应依尺寸制造成从冷凝器42所提供的脉动流提供来自储蓄器40的恒定的制冷剂流。

制冷剂10沿着管道44、通过压力调节阀47流到蒸发器罐50。一般，压力调节阀47的收集器40侧维持大约40psia的压力，而由于活塞设备17的作用，蒸发器罐50侧可达到低至2psia。为此，压力调节阀47优选地设计成限制足以提供实质上恒定的制冷剂10的流的流。

预热器区域45可优选地位于蒸发器罐50中，使得被暴露的表面区域在蒸发器罐50的上半部分内部被最大化，并将仍然实质上以液相的制冷剂10排到蒸发器罐50的下半部分中。

蒸发器罐50的一个功能是收集冷却的制冷剂10，形成制冷剂储蓄器46，以便于与蒸发器罐热交换器52的液体传导性热传输。进入预热器区域45中的制冷剂10的温度高于制冷剂储蓄器46，允许进入制冷剂储蓄器46的制冷剂10的冷却，同时加热进入蒸发路径59的制冷剂10。蒸发路径一般包括铜管或铝管或其它适当的材料，并应依尺寸制造成足以最大化来自蒸发器的蒸发流出。

蒸发器罐热交换器52接触从封闭空间60例如建筑物或其它空间汲取热的制冷剂储蓄器46的已冷却的制冷剂10。热经由封闭空间热交换器62并通过管中的流体被汲取，形成热交换器回路54。风扇64可在封闭空间热交换器62附近操作，以便于传热。

本领域技术人员将认识到，应小心谨慎以防止制冷剂储蓄器的冻结。由于在热泵循环期间的蒸发，制冷剂储蓄器46保持冷却。按照团，制冷剂储蓄器46中的制冷剂10的团应足以向活塞设备17提供恒定的供应。

活塞和阀操作

在优选实施方式中，组成热泵循环的压缩和蒸发阶段由活塞和阀系统控制。制冷系统30具有通向活塞设备17和从活塞设备17通出的出口阀32和入口阀34，活塞设备17优选地包括室14、活塞12、从热机90接收功的液体连接棒16。活塞设备17包括预定尺寸的室并在循环的不同阶段期间容纳制冷剂10。活塞12在室14内部移动。当活塞12在压缩阶段期间接近顶部死点20时压缩出现。当活塞12在膨胀阶段期间接近底部死点22时膨胀出现。

随着活塞12接近顶部死点20，阀32和34被关闭。当活塞12下降时，室14在室的容积增加时开始吸入真空。在一般由目标压力确定的预定的下降时间点，入口阀34打开，且在膨胀路径和蒸发器罐50中带走的制冷剂10等熵地膨胀到室14中，使蒸发器罐50的温度和压力降低。

恒定的温度和压力由在蒸发器罐50中的蒸发的制冷剂58维持。实际上，蒸发的制冷剂58的温度和压力在膨胀阶段期间将稍微下降，并将接着在出口阀34关闭时稍微增加，因为热被持续地添加到蒸发器罐50，且蒸发间断地出现。变化的量取决于蒸发器罐50中制冷剂储蓄器46的质量。

在大约底部死点22处，入口阀34关闭，且活塞12开始其向上的冲程。制冷剂10在压缩冲程期间被等熵地压缩，升高了其温度和压力。当达到期望压力时，出口阀32打开，且以蒸汽相的制冷剂10朝着冷凝热交换器42排到管道36中。在顶部死点20处，出口阀32关闭，且循环再次开始。

在优选实施方式中，活塞12是U管聚能器80的部分。一般为水的液体连接棒16在聚能器80内部用于连接活塞12和热机活塞82。

热泵汽缸壁18和活塞12的顶部活塞表面被优选地维持在R-123的饱和点之上，以便R-123的冷凝不出现在包含液体连接棒16的聚能器室17的内部。壁18的温度可沿着壁18的高度变化。希望活塞密封19在活塞12的顶部分开室14中的R-123与液体连接棒16。

防止在聚能器室17内的R-123的冷凝的另一方法是将整个活塞12、汽缸壁18和水的温度维持在其最高点处的R-123的饱和压力之上的温度。例如，该温度可被设置在44℃。从冷凝单元40返回的液体R-123的大量废热可用于维持该温度。通过将主要接触点维持在R-123饱和压力之上，将没有R-123将冷凝的表面。

优选地，对于在聚能器室17中看到的最低操作压力，水温被维持在水饱和压力之下。在示例性情况下，对最低操作压力的水饱和温度是49℃。在本例中，有5℃窗，在该窗中，可对有利的操作维持被暴露的表面。

系统的使用不限于以R-123和水使用。对本领域技术人员来说显然可使用其它工作流体。

涡轮

系统可配备有对R-123制冷剂10操作的涡轮70或发生器76。这提供了几个优点。首先，同一聚能器80可将制冷剂10提供给制冷系统30和涡轮70，给最终用户提供了灵活性。例如，涡轮70可依尺寸制造成比在高环境温度处的最大系统输出小，降低了涡轮70和发生器76的成本。聚能器80在高温期间的额外的输出容量可接着由制冷系统30利用，以在一般最需要时提供额外的制冷容量。

可选的升压压缩机38可用于增加从室14排出之后的制冷剂10的压力，因而在需要时提供较高的可允许的环境排出温度。升压压缩机的功率可由辅助功率或由涡轮70提供，涡轮70被相同的制冷剂10驱动，用于给制冷系统30提供动力，并通过用于制冷系统30的相同的原理和循环来控制涡轮入口阀72和出口阀74。

对本领域技术人员将明显，可产生阀32、24、72和74的定时和其它操作参数的最小变化，而不改变本发明的本质。例如，可产生在添加到室14之前被添加到制冷剂10的过热的量(如果有)，以获得不同的操作温度。

系统设计：热机和热泵之间的平衡

图5到9示出热机循环和热泵循环可如何相互作用以将热力加热例如太阳能加热转变到制冷的实施方式。

应小心谨慎地设计系统，以便热机90所提供的输入功与热泵92所使用的功和系统损耗匹配。每循环输入的功由图7示出的PV曲线所包围的区域示出。每循环的输出功由图8示出的PV曲线所包围的区域示出。

热机90的膨胀冲程所提供的功由PV功和在U管80的两侧之间的液压头部偏移所执行的功组成。系统的动能在顶部死点20和底部死点22处接近于零，所以动能不影响功平衡计算。在设计期间，可调节头部偏移以帮助获得功平衡，同时实现期望操作压力和温度。

虽然这里描述了某些示例性方法、装置和制造品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利实际上或在等效形式的原则下涵盖公平地落在所附权利要求的范围内的所有方法、装置和制造品。

Claims (16)

1.一种用于制冷的方法，包括：

a)提供用于提供制冷剂的系统，

b)所述系统提供用于从所述制冷剂除去焓的冷凝器，使所述制冷剂的至少一部分冷凝以形成液体制冷剂，

c)所述系统提供与所述冷凝器相通的用于减小所述液体制冷剂的压力的蒸发器，由此所述液体制冷剂的至少一部分形成蒸汽，

d)所述系统提供能够包含制冷剂并且还能够形成压缩阶段和膨胀阶段的活塞设备，

e)使所述活塞设备与所述冷凝器和所述蒸发器操作性地耦合；

f)由此所述活塞设备的所述压缩阶段向所述冷凝器提供制冷剂，且

g)所述活塞设备的所述膨胀阶段从所述蒸发器接收制冷剂。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：结合用于将热从所述系统移到外部环境的热交换器来操作所述冷凝器。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：结合用于将热从封闭空间移到所述系统中的热交换器来操作所述蒸发器。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：将功加到所述压缩阶段，引起对所述制冷剂的加热。

5.如权利要求4所述的方法，还包括打开和关闭与所述活塞设备相关的至少一个阀，以在所述活塞设备的所述压缩阶段的阶段中向所述冷凝器提供制冷剂。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述膨胀阶段期间在所述蒸发器中产生低压吸入，其中，所述液体制冷剂蒸发，给所述蒸发器提供冷却。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述蒸发器中的液体制冷剂被迅速蒸发。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述活塞设备包括活塞、包含所述活塞的室、出口阀、入口阀；所述活塞设备与U管聚能器结合为整体，所述U管聚能器包括热机和液体连接棒；所述活塞通过所述液体连接棒耦合到所述热机，所述热机接收来自太阳能收集器的一定量的能量。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：可控制地匹配来自所述太阳能收集器的所述一定量的能量与从封闭空间移到所述系统中的一定量的热。

10.如权利要求8所述的方法，还包括使用来自用于储存低位热能的储蓄器或罐的以前储存的低位热能来给所述U管聚能器提供动力。

11.一种用于在制冷系统中调节冷凝器和蒸发器的操作的方法，其中，制冷剂流来自脉动的压缩阶段和脉动的蒸发阶段，所述方法包括：

a)提供通过冷凝器的脉动的制冷剂流，

b)在所述冷凝器中使制冷剂冷凝到液相，

c)在收集器中在相对高的压力下形成制冷剂的池，

d)从所述收集器的池汲取制冷剂，以及

e)使制冷剂流过压力调节阀，所述阀的尺寸制造成以便提供跨过所述压力调节阀的实质上恒定的流，

f)提供蒸发器，所述蒸发器包括用于接收热的热交换器、实质上围绕所述热交换器的制冷剂储蓄器，所述制冷剂储蓄器的尺寸制造成接收足够的制冷剂，以在脉动的蒸发过程期间实质上浸没所述热交换器。

12.一种制冷系统，包括：

a)能够包含制冷剂的室，

b)可移动的活塞，所述室与所述活塞相关，所述活塞能够有包括对所述制冷剂的压缩阶段和膨胀阶段的来回冲程，

c)U管聚能器，所述U管聚能器包括热机和液体连接棒，所述活塞与所述U管聚能器结合为整体；

d)冷凝器和蒸发器，所述室还与所述冷凝器和所述蒸发器操作性地耦合，以便所述活塞的来回冲程与所述冷凝器和所述蒸发器一致地工作，以产生制冷循环。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述U管聚能器接收以从太阳能收集器输出的形式的热能。

14.如权利要求13所述的系统，其中，所述太阳能收集器的输出和所述制冷循环的输出匹配。

15.如权利要求13所述的系统，其中，所述太阳能收集器结合存储系统工作，由此加热的水被储存用于以后使用。

16.一种制冷系统，包括：

a)太阳能收集器，其用于聚集以热的形式的能量，

b)U管聚能器，其用于给活塞设备提供以往复式冲程形式的功，所述往复式冲程包括压缩冲程和膨胀冲程，

c)活塞设备，其还包括活塞、包含所述活塞的室、出口阀、入口阀，

d)用于提供制冷剂的装置；

所述系统还包括：冷凝器、压力调节器、蒸发器以及热交换器；其中：

所述出口阀与所述冷凝器连接，并与所述活塞设备的所述压缩冲程协调，以便高压制冷剂被提供到所述冷凝器，

所述冷凝器具有用于将所述制冷剂的相从蒸汽相改变到液相的装置，

所述冷凝器还与所述压力调节器操作性地连接以用于减小压力，

所述压力调节器还与所述蒸发器连接，

所述蒸发器包括与所述热交换器操作性地耦合的制冷剂储蓄器，

所述蒸发器与所述活塞设备的所述入口阀操作性地连接，并与所述活塞设备的所述膨胀冲程协调，使得膨胀室中的压力减小而汲取所述储蓄器中的所述制冷剂液体，由此所述制冷剂液体的至少一部分被蒸发；

所述热交换器还包括吸热装置和热辐射装置，由此所述热辐射装置与所述储蓄器相通，以用于从所述热交换器除去焓，且所述吸热装置与封闭空间相通，

由此所述封闭空间被冷却。

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