CN1995870A

CN1995870A - 一种制冷设备

Info

Publication number: CN1995870A
Application number: CNA2006101291724A
Authority: CN
Inventors: 帕特里克·朱伊里; 肖恩·翰克内尔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-07-11
Also published as: US7905092B1; US7437875B2; US20070084207A1

Abstract

公开了一种完全由太阳能驱动的制冷系统。该制冷系统可用于冰箱和空调。依据本发明的一个方面，包括一个置于户外收集太阳能的集能装置。还包括一个用于发电的运行于加热液体的第一热电泵。一个用于储藏热水的储水槽。一个位于所述储水槽中的第二热电泵，运行于热水发电。一个至少具有三种工作流的制冷系统，通过低温蒸发和高温凝结获得制冷效应。至少由第一发电机和第二发电机之一供电的工作部件，使用制冷系统的制冷效应工作。

Description

一种制冷设备

发明领域

本发明涉及太阳能系统领域，尤其涉及太阳能热驱动制冷系统，其中热驱动制冷系统可以用于太阳能空调和太阳能制冷。

背景技术

面对原油紧缺的事实，人们对太阳能的兴趣苏醒了。对比老式的消耗型能源(煤炭、石油、核能)，太阳能是一种清洁的可再生能源。人们已经开发出各种各样的太阳能系统用于获取并利用太阳能，太阳能热水器就是一个例子。

图1是现有技术中一种太阳能系统100，包括太阳能发热器102，太阳能集能板104，第一水泵106，第二水泵108和储水槽110。太阳能发热器102市面上有成品出售，也容易制得，它吸收太阳能并加热流过其中的水。第一水泵106驱动一种液体(例如防冻液)流过太阳能发热器102逐渐加热储水槽110中的水。当热水被第二水泵108抽出来使用冷水补充进储水槽110时，第一水泵106驱动该液体在太阳能发热器102中循环加热。太阳能集能板104利用太阳能产生热，还可以配合光能收集器产生电能。第一水泵106和第二水泵108可以由光能收集器供电，也可以接市电供电。

图1所示的热水器没有使用外部电源，效率还可以。日常生活中，还有其它使用太阳能的地方，例如空调和冰箱，这些以前都是使用电能的。本发明提供一种不使用外部电源的制冷系统，完全使用太阳能驱动空调和冰箱。

发明内容

这里概述本发明内容的一些方面并简要介绍一些优选实施例。本部分、摘要和标题部分的简化或者省略是为了不掩盖本部分、摘要和标题部分的目的。这种简化或者省略不是为了限制本发明的范围。

本发明的制冷系统主要用于冰箱和空调。根据本发明的一个方面，一种放置于室外的太阳能集能装置用于收集太阳能。一种由加热液体(例如防冻液、制冷剂)驱动的加速磁性活塞发电机产生第一次热能转换发电。一个贮水槽用于储存热水。第一泵由加速磁性活塞发电机供电，推动该液体循环通过储水槽，当该液体通过太阳能集能装置时被逐步加热。第二热电转换器置于贮藏的水中，推动热水发电。制冷装置运行于至少三种工作流，通过低温蒸发高温凝结达到制冷效果。一个工作部件由第一或者第二发动机供电，利用制冷装置产生的制冷效应。这样组装成一个完全由太阳能驱动的空调或者冰箱。

依据本发明的另一个方面，一个可以卷起收缩的防护罩用于保护太阳能集能装置。一般来说，包括硅单元的太阳能集能装置是非常易碎的。该防护罩用于保护太阳能集能装置。在一个实施例中一个可卷起收缩的防护罩由自动滚杆依据一个或者多个传感器自动控制。例如，当风太强时，滚杆启动防护罩部分或者全部地遮盖太阳能集能装置。

本发明可以依据多种方法作成一个子系统、一个装置或者一种方法。依据一个实施例，本发明是一种制冷设备，包括一个置于户外收集太阳能的集能装置，一个使得一种液体通过该集能装置循环并使该液体逐步被加热的循环装置；一个储水槽用于储存由加热液体来加热的水；第一发电机将液体中的热/压转换为电能；制冷装置运作于至少三种工作液体，通过低温蒸发高温凝结达到制冷效果；至少由第一发动机供电的一组工作部件，利用制冷装置产生的制冷效应。

本发明的一个目的、特征、优势在于提供一种完全有太阳能驱动的制冷装置。

以下结合附图的对实施例进行详细描述，本发明的其它目的、特征、优势将得到体现。

附图说明

下面结合附图和优选实施例以及权利要求书进一步详细说明，使得本发明的上述和其他目的、特征和有益效果更加易于理解。

图1是现有技术的太阳能系统，包括一个太阳能发热器、一个太阳能集能板、第一泵、第二泵和储水槽；

图2是依据本发明的一个实施例的设计示意图；

图3是热力学循环模式示意的功能框图；

图4是依据图3的热力学循环模式产生冷空气的一个实施例；

图5是一个使用防护罩保护集能板的实施例的侧视图。

优选的具体实施例

本发明涉及可以用于空调或者冰箱的制冷系统。该制冷系统完全由太阳能驱动。本发明的详细描述主要依据过程、步骤、逻辑框图、程序、以及其它符号描述，其直接或间接地与耦合到光路中的光学装置的操作相类似。本领域内的技术人员通常使用这些方法以有效地向本领域内的其他技术人员转达他们的工作内容。

这里的“一个实施例”是指与本发明的至少一个实施例相关的一种特征、结构或者性质。在说明书中多处出现的词组“在一个实施例中”不是所有都指同一个实施例，也不是指与其它实施例相独立的或者仅有的实施例。而且，代表本发明的一个或者多个实施例的程序流程图或者框图中的顺序既不是指本发明的固有特定顺序，也不构成对本发明的任何限制。

下面参见附图，在多个图中全部同样的数字指代同一个部件。图2所示的方案200是本发明的一个实施例，除了包括图1中所示的太阳能发热器102、第一泵106、第二泵108和储水槽110以外，方案200还包括第一发电机202、第二发电机204和制冷系统206。第一发电机202连接太阳能发热器102。第一发电机202利用太阳能发热器102中的热水发电。在一个实施例中，第一发电机202是一种加速磁性活塞发电机，这种发动机可以由任何热或者压力提供的能源发电。下述网址中关于加速磁性活塞发电机原理可供参考：

http://peswiki.com/index.php/Directory:Accelerated_Magnetic_Piston_Generator

在没有太阳能时(夜晚)，方案200为了保持设备(例如空调)运转，位于储水槽110中的第二发电机204，如207中，用于提供电能。制冷系统206工作于热力学循环模式产生制冷效应。图3是热力学循环模式300的功能框图。

热力学循环模型300包括蒸发器302，预冷器304，冷凝/吸收器306，发电机308，蓄水池310，气泡泵312。依据一个实施例，蒸发器302中储存有部分制冷剂和压力平衡气体，两者以几乎纯净的形态来自于预冷器304(如图中的点4和2)。下面介绍通常涉及的Einstein-Szilard泵，在存在压力平衡气体的情况下当制冷剂的分压力偏低时制冷剂蒸发。压力平衡气体封闭在蒸发器302中接近凝结，具体的工作过程进一步描述如下。

首先，几乎纯净的饱和丁烷液在冷凝/吸收温度下从冷凝/吸收器306流入(如图3中的状态2)。同时，饱和氨水蒸汽(如图3中状态4)气泡进入液态丁烷。氨水蒸汽降低了丁烷的分压力导致其蒸发。在它蒸发进入氨水蒸汽中，丁烷冷却其自身、氨水蒸汽，形成外部制冷。少量的氨水蒸汽被吸收，在液态丁烷中产生一些吸收热也被蒸发的丁烷带走。在一个给定的气体压力下，蒸发器302中的温度取决于相对丁烷—氨水流动速度。为了预防温度滑移，增加蒸发器温度，该设计以共沸混合物为条件。

在状态3，尽管离开蒸发器302的混合气体还不足以形成额外的制冷，但是比进入蒸发器302的液体更冷。预冷器304使得两股流体进入蒸发器302制冷而离开蒸发器302制热。假设预冷器304的工作条件稳定，没有流动摩擦并且是绝热的，这样热量传递只存在于进入的流体和出去的流体之间。因此蒸发器302和冷凝/吸收器306之间达到质量守恒。

在制冷循环中，冷凝器和吸收器结合成单一部件306，两种过程同时进行，如图3所示。在状态6当混合蒸汽离开预冷器304时进入冷凝/吸收器306，与在氨水中变弱的副制冷液的下降的薄膜产生的大面积表面遭遇。水膜，在状态9进入冷凝/吸收器306，可以从混合气体中吸收氨水。这增加了丁烷在气体中的浓度和丁烷在气体中的分压力。在这个系统压力下现在丁烷可以在其饱和温度下凝结，这个饱和温度刚好在之前蒸发器302的蒸发温度之上。

现在富含氨的液态水和丁烷从冷凝/吸收器306的器壁下降。由于氨水溶液不能与丁烷混合，并且更浓厚，下沉到冷凝器的底层并流出如点7所示。轻者，不能混合的丁烷浮在溶液的上层并从点1流出。冷凝器工作于稳定状态而且液体离开冷凝器假定有热量并且蒸汽液态在冷凝器的温度下平衡。

在发电机308中，来自冷凝/吸收器306的富含氨的水是热的。该发电机汽化氨水(如图3中状态5)然后流向蒸发器302。剩余的水，含氨气减少，下降到发电机的底部并从那里流入气泡泵，并回到冷凝器。在回到冷凝器之前，该热氨水溶液释放出热量给来自于冷凝/吸收器306的较冷的氨水溶液。

为了在没有机械泵的条件下使工作液体循环，使用气泡泵312。一个气泡泵是一个用于沟通两个一高一低蓄水池的加热的管道(长度L直径D)。低位蓄水池308向管道中注入液体至同样的初始高度(h)。于管道的底部加热，速率足够蒸发管道中的部分液体。产生的气泡在管道内上升携带着液体到高位蓄水池。流体在管道中的体积密度相对于低位蓄水池中的液体下降，因此产生全面的浮力提升。

众所周知在一个固定直径的垂直管道中存在两种状态下的四种流动。对于低位蒸发流动速度，细小分散的气泡以一种连续的液态上升。这是气泡流动。增加蒸汽流动导致蒸汽气泡结合在液态下上升的子弹形状的液滴。这是活塞流，这样气泡泵有效运转。进一步增加蒸汽流动导致每一种状态交替地充盈于管道的高摆动流动。这是搅动流动。最后一种流动是一种环形流动，通过再进一步增加蒸汽流动获得，其中液体在管道壁上形成薄膜并且蒸汽在中心上升。有关热力学循环模型300的更多信息，参见网页http://www.me.gatech.edu/energy/andy_phd/three.htm，

其中的详细描述以及相关理论都是本文的参考文件。

如图4是基于图3所示的热力学循环模型300产生冷气的一个实施例。空气(主要是热空气)进入通道402。一个主要由热电转换器构成的热电子发电机404为空气输送机406供电。在一个实施例中空气输送机406是一个电动的空气输送机和调节器。电动的空气输送机和调节器的细节描述作为一个范例见US Patent 6,911,186。空气输送机406使得空气流动通过制冷线圈被制冷，该制冷线圈由如图3所示的热力学循环模型300制冷。冷空气通过通风通道408出口。这就是一个完整的由太阳能运转的空调系统。

依据本发明的一个实施例，一个真空太阳能管道阵列用于收集热量(太阳能)，热水/制冷剂储存于一个或者多个储水池中的热水中。储水池中的热源提供给一个单一压力的直接热驱动循环系统，该循环系统不需要电能、在该单一压力下完成循环。就象一个使用重力的泵一样，这个单一压力满足了要求，不再需要电或者机械泵。

该循环需要至少三种工作流，低温蒸发和高温凝结通过利用制冷剂的分压力无声而有效地运行，而且依据本发明该制冷装置(冰箱或者空调)还没有运动的部件、可靠性高、轻便。

依据一个实施例，水和防冻剂混合液用于收集太阳能(例如太阳能发热器和太阳能转换储藏器)，而类丁烷(iso-butane)、氨和水混合液用于单一压力系统(例如热力学循环模式)释放制冷效应。热电子发生器(例如三级真空管设计)用于将热能转换为离子，可以产生从入口到出口的空气流，在通风系统中或者通过使用热水槽中的加速磁性活塞发电机和/或者单一压力机械装置来发出电(通过热或者压力)，可以使用离子发生器来产生气流。

运行一个负离子发生器(例如一个电动空气传送器以及空调)的能量来自于一个加速磁性活塞发电机，在热水槽中或者在单一压力机械装置中或者同时使用上述两者。在一个实施例中，能量来自于一个热水槽中的发电机，这里发电机包括两种不同的金属线，当两种不同的金属线的结合处的温度不同时产生电压(Seebeck效应)，US Patent Publication20030066476，作为本文的参考文件，具有相关详细描述。于是电能向空气离子发生器供电，在单一压力系统以外为空调制冷。

为了保护真空太阳能管道，图5是使用防护罩502的实施例500的侧视图，防护罩502可以顺一对轨道504卷起收缩。防护罩502由一个电机控制，而电机由一个或者多个传感器控制。举例来说这些传感器可以包括温度传感器或者风速传感器。一般而言，真空太阳能管道或者太阳能集能器置于户外。当液态流过太阳能真空管被加热到一个预定的温度以上时(例如利用一个温度传感器测温)，防护罩也许是部分或者全部卷起的，这样降低或者停止对太阳能的吸收。同样当风速超过预定的速度(例如利用一个风速传感器测速)，防护罩也许是全部卷起以防止风损坏真空太阳能管道。依据一个实施例，马达，一个辅助电路，可能的传感器由第一发电机202和第二发电机204之一或者电池供能。

借助于具体的实施例描述了本发明，这些说明是描述性的，不构成对本发明的限制。依据本发明的精神和权利要求的范围本领域的技术人员还可以对这些优选实施例作出各种修改，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种制冷设备，包括：一个置于户外收集太阳能的集能装置；一个循环装置，使得一种液体通过该集能装置循环从而使该液体被该集能装置逐步加热；一个储水槽，用于储藏该加热液体；一个第一发电机，用于将该液体中的热能转变为电能；一个制冷系统，工作于至少三种工作流，通过低温蒸发和高温凝结获得制冷效应；以及一个至少由第一发电机供电从而使用该制冷系统的制冷效应的工作部件。

2.如权利要求1所述的制冷设备，所述集能装置包括一个所述液体流经其中的真空管道阵列。

3.如权利要求2所述的制冷设备，所述液体是一种水/防冻液。

4.如权利要求1所述的制冷设备，所述第一发电机是一个热电发电机。

5.如权利要求4所述的制冷设备，所述热电发电机是一个加速磁性活塞发电机。

6.如权利要求4所述的制冷设备，所述循环装置包括由热电发电机供电的第一泵。

7.如权利要求1所述的制冷设备，还包括在所述储水槽中的第二发电机，第二发电机利用该储水槽中的被加热液体的热发电。

8.如权利要求7所述的制冷设备，所述第二发电机在太阳能不充足时提供电能。

9.如权利要求7所述的制冷设备，所述工作部件由第二发电机供电。

10.如权利要求1所述的制冷设备，所述制冷系统依据Einstein-Szilard泵运行从而产生制冷效应，不使用电能。

11.如权利要求1所述的制冷设备，所述制冷系统依据热力学循环模式运行从而产生制冷效应，不使用电能。

12.如权利要求11所述的制冷设备，用于太阳能空调和冰箱。

13.如权利要求1所述的制冷设备，所述工作部件由第一发电机和第二发电机择一供电，而且同时包括一个在一个空气入口和一个空气出口之间形成气流的电动空气输送机。

14.如权利要求13所述的制冷设备，所述工作部件接收来自空气入口的空气并从空气出口排出由制冷系统的制冷效应制冷的空气。

15.如权利要求14所述的制冷设备，所述制冷设备是一部空调。

16.如权利要求14所述的制冷设备，所述电动空气输送机还包括一个使空气电离的空气负离子发生器。

17.一种制冷设备，包括：一个置于户外收集太阳能的太阳能集能装置；一个利用热水发电的第一热电泵；一个储水槽；一个由第一热电泵供电的第一泵装置，使得一种液体循环通过所述储水槽，当该液体通过所述太阳能集能装置时被逐步加热；一个被置于所述储水槽的第二热电泵，利用所述加热液体发电；一个工作于至少三种工作流的制冷系统，该三种工作流通过低温蒸发和高温凝结获得制冷效应；以及一个工作部件，至少由第一发电机和第二发电机之一供电，使用所述制冷系统的制冷效应。

18.如权利要求17所述的制冷设备，所述工作部件是冰箱的一部分。

19.如权利要求17所述的制冷设备，所述工作部件包括使得空气从一个空气入口流动到一个空气出口的电动空气传送机。

20.如权利要求19所述的制冷设备，所述制冷设备是空调的一部分。