CN102084195A - 无排放冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种用于以作为冷却液体的方式将冷却输送给使用者的无排放系统包括通过导管(7，8)彼此连接的上部容器和下部容器(B；Kvf)，从而始终允许液体自由流过导管。位于上部容器中的最上部的液体由热泵单元(R)冷却，热泵单元(R)具有在其第一端(T1)处的蒸发器/冷凝器部分和在其第二端(T2)处的储存器部分。第一端放置在上部容器的上部中，而第二端放置成被周期性地加热或在一时期期间被加热，此后，将冷却从系统中输送出来。

Description

无排放冷却系统

相关申请

本申请要求2008年7月16日提交的瑞典专利申请No.0801406-0的优先权和权益，该申请的全部教导通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明涉及主要目的为输送冷却(cooling)且在不带有排放的情况下工作的设备或系统。

发明背景

在公布的国际专利申请WO 00/37864中公开了一种化学热泵，该化学热泵根据特定的过程(本文称为混合原理、混合方法或混合过程)来工作。

通常在化学热泵中需要大量的阀和泵来执行所述过程。在热泵中典型地提供了约二十个阀和至少三个循环泵。这些阀的成本为约20000瑞典克朗，并且对于它们的操作和泵的操作而言，需要约0.5kW的电功率。

概述

本发明的目的是提供一种用于冷却的系统，例如用于冷却例如在建筑物(典型地为私人住宅或办公室)中的室内空气。

在该系统中，操作冷却设备和将功率分配到被使用的地方所需要的所有流均受控制。通过自循环来产生流，即：通过重力和比液体的其它部分更暖的液体的部分之间的密度差作用。

在系统中不存在运动部件，并且没有控制系统，而且系统不需要任何电力供应。可在任何冷却设备中使用系统的自动控制和液体的自动运送。具体而言，可在太阳能冷却设备中使用该系统，但是也可设想到其它的热源。

在下面的描述中将阐明本发明的另外的目的和优点，并且根据描述，这些目的和优点将部分是显而易见的，或者可通过本发明的实践来学习这些目的和优点。可借助于所附权利要求中特别指出的方法、过程、手段及组合来实现和获得本发明的目的和优点。

附图简述

虽然在所附权利要求中特别阐明了本发明的新颖特征，但是通过参照附图考虑下文提出的非限制性实施例的以下详细描述，将获得本发明(关于组织和内容两者)以及本发明的上述和其它特征的完整的理解，并且将更好地理解本发明，其中：

-图1是用于冷却例如建筑物的设备或系统的示意图，其显示了系统在白天如何工作，

-图2对应于图1，但显示了系统在夜晚的操作，

-图3对应于图1，但显示了系统在将分配冷却时的操作，

-图4和5是以与图1-3的设备或系统相同的方式工作的设备的示意性但是稍微更详细的视图，

-图6a是具有外部热交换表面的单元导管或单元隔室(unit cell)的示意图，以及

-图6b是单元导管的备选设计的类似于图6a的视图。

详细描述

现在将对基于使用单元隔室或单元导管的系统进行描述。这种单元隔室是完整的化学热泵。通过使隔室的一端(本文称为第二端)保持比相对端(本文称为第一端)更暖来对单元隔室进行充能(charge)。此后，当例如没有对其两端施加特定的外部温度时，热泵在之前不太暖的端部中产生冷却，而在之前保持暖的端部中产生热量。这种单元隔室适于例如通过以下方式与太阳能加热一起使用，即，将其第二端放置在例如太阳能收集器中以便在一天的黑暗时间期间输送冷却。

在公布的国际专利申请WO2007/139476中公开了单元隔室或单元导管的多种可行设计中的一个。根据这个国际专利申请的单元隔室典型地包括伸长的(enlongated)内部封闭腔室，该腔室通常是完全密封的导管或管路21之内的空间，见图6a。化学热泵的反应器22和冷凝器/蒸发器23两者均容纳在伸长的腔室中。在位于腔室的第二端处的反应器中提供了活性物质，该活性物质由在这个端部处施加到腔室的壁上的基体24承载，并且该活性物质可吸收挥发性液体的蒸气相。冷凝器/蒸发器23位于腔室的相对的第一端处，挥发性液体(吸附物)在冷凝器/蒸发器23中冷凝和蒸发，并且通过分隔件25将冷凝器/蒸发器23与另一端分开。分隔件可设计成内部导管，并且然后气体通道(蒸气相在其中传输)在内部导管之内通到腔室的第二端。因此，冷凝器/蒸发器23由气体通道和腔室的第一端中的壁的表面之间的空间27构成，并且蒸气可冷凝和收集在这个空间中且从这个空间蒸发。可用玻璃或搪瓷钢将单元导管制造成完全密封的。单元导管21还可具有在其冷凝器/蒸发器部分23中的基体物质28，并且然后这个基体物质可在空间27之内位于导管的内表面的上部分处，以使得通道29形成于分隔件25的管状部分的外表面和基体的内表面之间，从而允许冷凝物和蒸气传输到基体的所有部分，见图7b。

在图1-3中，显示了用于加热和/或冷却诸如建筑物H的对象的系统，该对象一般称为使用者。系统包括上部容器B和下部容器Kvf。这些容器在它们的内部空间中包含量L1，L2的适当的液体，例如水。当需要这种功能性时，可使液体自动向上运动到上部容器，而且当需要这种功能性时，可使液体从上部容器自动向下运动。在没有运动部件、没有如通常使用的加热/冷却系统中的任何控制系统并且不需要消耗电功率的情况下进行控制和操作。用于操作系统的所有能量均从外部热源获得，例如从太阳的热量中和从住宅或使用者H中的多余的热量中获得。

在图1中显示了在可在白天(即在一天的明亮的部分)发生的对系统进行充能时的状态。在充能状态中的系统的功能如下：

设计成诸如上述类型的单元导管的单元隔室种类的热泵单元R的装置具有位于上部容器B中的液体L1中(主要在这个容器的内部空间的上部中)的第一部分T1。上部容器由以I1指示的隔热件至少部分地隔热。单元导管的自由的第二端T2布置成使得该第二端T2将不时地被加热，并且在使用太阳能的情况下，该第二端可在白天期间被阳光照射。因此，单元导管R的第二部分T2中的热量将扩散(diffuse)到位于装有液体的上部容器B之内的单元导管的第一部分T1。因此，例如通过将挥发性液体从单元导管R的储存器部分传送到单元导管R的冷凝器/蒸发器部分来对单元导管R进行充能。为了单元导管R将工作并且单元导管R将能够处理热量且将热量转换(transform)成能量存储(energy storage)，单元导管的第一部分T1必须保持比第二部分T2冷得多。这种必需的冷却通过上部容器B中(具体而言靠近单元导管R)的液体L1变热来自动实现。然后因为由于经加热的量的液体的密度低于液体的更冷的部分的密度而产生的重量差的原因，经加热的液体将上升，如箭头1所示，朝向冷却源(也称为散热装置(heat sink))，例如安装到上部容器B的未隔热的上部上的冷却凸缘Kf。在冷却凸缘Kf处，由于冷却凸缘将周围的更冷的空气的低得多的温度传递给上升的液体，上升的液体被冷却，由此，它变得更重且此后向下运动，如箭头3所示，并且再次冷却单元导管R的第一部分T1。

上部容器B应设置成使得在实际上获得分层的液体温度差，并且实现这个的条件可为上部容器B始终处于平静状态，没有任何强制搅动，以及液体例如不遭受强烈的振动。

只要单元导管R的第二端T2正在被加热(即：在特殊的情况下，当太阳照射在单元导管上时)且冷却凸缘Kf同时具有低于靠近单元导管的第一端T1的上部容器中的液体L1的温度的温度，上部容器B中的这种循环流动就持续。此外始终对单元导管R中的热泵进行充能。

图2中显示了在对系统进行放能(discharge)(根据上面的论述这可在夜晚发生，即在一天的黑暗部分期间)时的状态。在放能状态中的系统的功能如下：

在单元导管R的第二端T2的加热已经结束之后(即在特殊的情况下，在日落之后以及当周围的空气的温度下降时)，位于上部容器B之外的导管的第二部分T2中的单元导管R的温度将下降，在特殊的情况下，由于环境空气的温度下降以及因为热能通过辐射从单元导管的外表面朝向天空放射。这意味着引入上部容器B中的第一部分T1中的单元导管R的温度将下降更多，因为在之前的白天已发生的充能将导致平衡状态，在其中，在被引入液体L1中的单元导管的第一端T1处的单元导管的内部部分往往比在位于上部容器B之外的单元导管的端部T2处的单元导管的第二部分冷得多，例如在根据上述国际专利申请的单元导管的典型设计中为更冷约30℃。

此后，当被引入液体L1中的单元导管R的第一部分T1由于单元导管的热泵功能所执行的放能而被冷却时，在单元导管R的周围的上部容器B中的液体将被冷却，并且通过这种情况，由于密度差和重力的原因，液体沿箭头5的方向向下传输到在下部容器Kvf中的装有液体L2的内部空间中。然后，冷液体将通过一个或多个导管7从上部容器B的内部空间的底部向下行进，该导管7从上部容器的底部延伸到第二容器Kvf的内部空间。

导管7例如可为基本直的，并且具有基本垂直的路线，如所显示的那样。一般而言，导管或多个导管必须设置成使得可仅通过重力的作用将液体从导管/多个导管的上端传送到导管/多个导管的下端。这意味着在导管或多个导管中不可允许有在脱水器(water trap)中看到的S形弯曲的样式。这也可用这样的方式来说，当液体沿着导管从导管的上端运动时，运动将始终是沿相同的方向，即向下，并且因此必须不存在导管的任何这样的部分，即，在该部分中，处于这种运动中的液体会改变其方向，并且将改为朝向位于更高的垂直液面处的位置向上运动。这对下面将描述的导管也适用。

可例如在下部容器Kvf的所用外表面处使用隔热的、包围的以12指示的罩盖来对下部容器Kvf进行隔热，如所显示的那样。

在冷液体向下通过导管或多个导管7的同时，下部容器Kvf中的内部空间中的更暖的液体将通过用于返回液体的一个或多个其它导管8上升到上部容器B，如箭头9所示。这个第二导管或这些第二导管从下部容器Kvf的上部或从下部容器Kvf的内部空间的上部内表面向上通到上部容器B的内部空间。循环流动已经开始，并且将会持续，只要在上部容器中存在比下部容器中的液体更冷的液体。因此，循环流将会一直持续，只要单元导管R的第二部分T2不被加热，即在特殊情况下，为整个夜晚，直到太阳在位于上部容器B之外的单元导管R的第二部分T2处再次正照射单元导管R。在这个持续的循环流动期间，在上部容器中的液体L1的温度将上升，而在下部容器Kvf中的液体L2的温度将下降，并且下部容器Kvf将存储足够量的冷液体，以能够在后一天冷却使用者H，例如建筑物或办公室。

而且，下部容器Kvf应当设置成使得以与上部容器B相同的方式实际上获得垂直地分层的液体温度差。

在图3中显示了将冷却输送到使用者H，例如建筑物。系统在输送冷却时的功能如下：

当期望进行冷却时，阀V1在第一导管11中打开，第一导管11从下部容器Kvf的底部向下延伸。然后，下部容器Kvf中的冷液体将如箭头13所示的那样通过这个导管和阀V1向下流动直到使用者H(例如建筑物)的用于冷却的系统(未显示)且流入该系统中。由于热液体和冷液体之间的密度差和重力作用的原因，更暖的液体将在用于如箭头15所示使液体返回的第二导管12中从使用者的分配系统返回。因此，通过仅由于热液体和冷液体的密度差的原因而发生的循环流动(即通过自循环)来冷却使用者H。当使用根据上述国际专利申请的单元隔室时，在这里可以在例如5℃和10℃之间的典型温度来输送冷却。

还在图4中显示了系统在白天期间在其充能状态中，并且在图5中显示了系统在放能状态中(即在夜晚)。可为彼此并联布置的单元隔室组的单元隔室R这里示出为具有位于建筑物H的顶部上的太阳能收集器17中的外端T2。如图1-3中所示，单元隔室的内部第一端T1位于上部容器B的上部中，而冷却凸缘Kf通过导管同样连接到上部容器的上部上。如所显示的那样，将上部容器连接到下部容器Kvf上且意图在放能阶段中将冷液体从上部容器传送到下部容器的第一导管7应从上部容器B的底部开始，并且垂直地在下部容器的内部空间中的某处终止，例如大约在内部空间的中心区域中或中心区域的稍微上方。以相同的方式，同样将上部容器B连接到下部容器Kvf上但意图在放能阶段中将相对暖的液体从下部容器传输到上部容器的第二导管8应从下部容器的内部空间的上部壁或顶部(即从这个容器的最上部)开始，并且垂直地在上部容器的内部空间中的某处终止，这里也例如在内部空间的中心区域中。对于将下部容器Kvf连接到使用者H的分配系统上的那些导管，具体而言从下部容器的内部空间的底部开始的第一导管11和在下部容器的内部空间的中间区域中的中心某处终止的第二导管12，对应的布置也是有效的。

虽然本文已经对本发明的具体实施例进行了说明和描述，但是认识到，可设想许多其它实施例，并且本领域技术人员将容易地想到许多另外的优点、修改及变化，而不脱离本发明的精神和范围。因此，在其更宽泛的方面，本发明不限于本文显示和描述的具体的细节、代表性装置及示出的实例。因此，可作出各种修改，而不偏离由所附权利要求及其等同物所限定的一般发明概念的精神或范围。因此应理解，所附权利要求意在覆盖落在本发明的真实精神和范围内的所有这种修改和变化。可设想许多其它实施例，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于以作为冷却液体的方式将冷却输送给使用者(H)的系统，其特征在于，

-上部容器(B)和下部容器(Kvf)，所述上部容器(B)和所述下部容器(Kvf)包含有液体(L1；L2)，并且所述上部容器(B)和所述下部容器(Kvf)通过导管(7；8)互相连接，其中，自由流始终通过这些导管；

-冷却装置(R)，所述冷却装置(R)用于冷却位于所述上部容器(B)中的最上部的液体；以及

-导管(11；12)，所述导管(11；12)从所述下部容器(Kvf)延伸以将冷却液体输送给所述使用者(H)，并且从使用者(H)中接收返回的液体，

所述冷却装置(R)包括至少一个伸长的热泵单元，所述热泵单元具有包含所述热泵单元的蒸发器/冷凝器部分的第一端(T1)，所述第一端放置在所述上部容器(B)之内，并且基本上位于第一容器的内部空间的上部中，所述热泵单元具有包含所述热泵单元的储存器部分的第二端(T2)，并且第二单元放置成被周期性地加热或在一时期期间被加热，此后，将冷却从系统中输送出来。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二端(T2)布置成由阳光照射。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其特征在于，所述热泵单元(R)包括伸长的内部封闭腔室，在包含所述储存器部分的所述热泵单元的第二端(T2)中设置有由基体承载的活性物质。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述热泵单元(R)中的所述伸长的内部封闭腔室是封闭导管之内的空间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，使所述上部容器(B)和所述下部容器(Kvf)彼此连接的所述导管(7，8)包括用于输送冷却液体的第一导管(7)，所述第一导管具有位于所述上部容器(B)的底部处的上部开口和位于所述下部容器(Kvf)的中间区域中的下部开口。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，使所述上部容器(B)和所述下部容器(Kvf)彼此连接的所述导管(7，8)包括用于返回液体的第二导管(8)，所述第二导管具有位于所述上部容器(B)的中间区域中的上部开口和位于所述下部容器(Kvf)的最上部中的下部开口。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，从所述下部容器(Kvf)通到所述使用者(H)的所述导管(11；12)包括用于输送冷却液体的第一导管(11)，所述第一导管具有位于所述下部容器(Kvf)的底部处的上部开口。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一导管(11)包括。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，从所述下部容器(Kvf)通到所述使用者(H)的所述导管(11；12)包括用于返回液体的第二导管(12)，所述第二导管具有位于所述下部容器(Kvf)的中间区域中的上部开口。

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