TW534971B - Heat pumping installation, in particular with a refrigeration function - Google Patents

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534971 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6842pif.doc/006 五、發明說明（1) 本發明是有關於一種熱泵裝置，且特別是具有冷凍功 能，此具有壓縮-擴張冷媒循環的種類包括，一個在壓縮 之前的一個蒸發區域，以及在之後的一個凝結區域，其中 使用在旋轉中的熱力流體，就像是使用於冷交換與熱交換 循環中的流體，均爲水。在蒸發與凝結期間，後面兩個循 環之間的熱力交換與冷媒循環會直接進行，而不需要任何 熱交換介面，而由此裝置產生的冷度通常會低於攝氏零度 以下’或處於一個負的溫度而產生冰，不管如何，可以表 示其爲此裝置的首要功能，相反的就是產生熱。 這樣的裝置早已使用在製作冷卻效果，用於工業製程 (塑膠的鑄作、電器元件的製作···.），用在第三部門（食物的 配銷、電腦的空氣調節…）如同改善人的舒適感（在冷卻或 空采i g周卽爲即提）而達到冷凍的目的。 追些具有避免在壓縮-擴張循環，使用有機熱力流體的 優點，有機的物質包括CFC系列（氯氟化碳）的相關化合 物，這會對全球溫室效應有不好的影響，或是HCFCs(氮 氯氟化碳）或HFCs(氫氟化碳），其對溫室效應具有較小但 並非完全沒有影響力。 換句話說’這些缺點需要用很大量的真空來克服，特 別適用在壓縮機上，這就是爲什麼結合水蒸氣循環的裝鼇 到目前爲止僅侷限在有限的發展上的原因。 使用水作爲熱力流體且在冷交換與熱交換循環中的遺 種裝置模型，已用於工業方面，其中用在冷輸出的機器上 的熱力輸出大約爲2000kW，係使用一個開放的生產循環， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -----------裝；--.---：--'訂--------線 ^一^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 534971 A7 6842pif.doc/006 五、發明說明（2) 利用蒸發、壓If目、凝結與排出水至空熟中的方式來產生冷 卻效果，這會造成第一個缺點，就是需要兩個獨立的蒸氣 壓縮機，在其末端有一密封低壓的封住物面對面的放置， 其吸入管路面對另一個蒸發器與壓縮機的任何一邊，具有 可變化排列離心型態的的彈性刀片，分別由兩個位於封住 物外部的電動馬達驅動，其速度也可以變化。此裝置的另 一個缺點就是需要大量的空間，且有空氣會進入軸承管路 的風險，就像是將空氣經由冷凝器的開放電路帶入此裝置 而造成熱流失，這將會使排氣的問題變的複雜，根據此結 果，應該找出在此情況的蒸發壓力下拿出的不可壓縮之元 件，此外對於蒸發器與冷凝器之程度爲相對高的”少量移 除(nips)” (交換溫度之間的差異)是很敏感的。 另外，在800kW等級的冷凍輸出的更多相容特性是全 球適用的，使用相同的熱力學循環的水，也使用兩個分離 放置密封在其對應的馬達中的壓縮機；雖然此方式解決的 上述密封在軸承管路中的問題，但是需要將裝置設計成壓 縮機滾輪的高周邊速度，用以來壓縮非常大量的蒸氣，所 以這些裝置可以使用由碳纖維作成的葉片結構，使其具有 承受黎心力的足夠強度，但是在延長使用壽命方面，水滴 的衝擊會使滾輪對磨損非常敏感，因此使其可能會在壓縮 機的吸入端以一*局速驅動。 有鑑於此，本發明之目的之一就是在於保有使用水作 爲熱力學流體的優點，但是可以避開在工業領域的熱泵裝 置中的習知技術之缺點，主要目標在於產生冷卻效果但是 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） II-------f I ϊ I I I L ^--f I I I I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 534971 A7 B7 6842pif. doc/006 五、發明說明（3) 不需要排出產生的熱。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲了達到上述目的，本發明提供一種與上述一般裝置 相似之裝置，其特徵在於冷凍循環使用兩個分別壓縮階段 的動力壓縮製程，利用至少一個熱交換區域（去除過熱以 及/或節約裝置）與另一個互相連接，而且包含在一個位於 密封的動力限制中，其兩部分的滾輪係直接裝設在一般密 封的變速馬達葉片的相對端，此變速馬達係裝設在這些平 台密封的空間中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 選擇本發明之完全”整合（integrated广的馬達壓縮機系 統，首先會形成更緊密的系統，再者可以克服葉片密封的 問題，且在更經濟的考量方面，也可以解決氣體力學現象 相容的壓縮計設計面臨的困難，且增進受限於裝置成本的 機械特性。選用單一電動馬達來驅動兩個壓縮階段，每一 個都有一（比如在離心分離機的壓縮狀況下）或多（比如在軸 的壓縮）個壓縮滾輪平臺，且代表一個確實簡化的結構， 不需要使用高倍數的速度。此外，此裝置設計的限制使得 壓縮機可以在不需要油的情況下運作，藉以簡化與維持運 作，並可以避免冷卻流體的污染。在此需注意的是，在一 個傳統的物件與用於每一個組成階段中（原則上將會有一 或兩個），何者會被作爲，，離心分離，，的壓縮階段而利用過軸 壓縮平台的偏好來使用，其將包括由一個不管是平板狀或 是鰭狀的固定擴散器集中或緊接的一個吸入管路居先的一 個移動滾輪。 也需要注意到，在兩個壓縮階段之間至少要使用一個 本紙張尺度適财國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 534971 A7 B7 6842pif·doc/006 五、發明說明（斗） 蒸氣去過熱器，以避免達到過度的溫度，減少第二平台所 用的壓縮功率，並有助於改善循環的效率，換句話說，將 會增加冷卻的比例或是操作此裝置所需要的電能的熱能輸 出，其效率可能達到的値爲7至8，這是一個很令人滿意 的値。可以利用來自於壓縮機與回到蒸發器的水之擴張-燃燒，在第一壓縮階段之後進行部分的去過熱，擴張燃燒 會使的水部分冷卻而不需要任何媒介熱交換表面，藉以可 以達到經濟效益。 透過選擇’電動馬達可以是一^種具有永久磁鐵的同步 旋轉馬達，與一個頻率控制器一起操作提供速度，因此壓 縮機滾輪的轉速可以隨著處理的蒸氣流動來變化，以在壓 縮機的氣體力學穩定度的負載限制中進行操作。此種馬達 的選擇將可以確保渦輪的熱損失達到最小，這是當進行冷 卻時，有效的蒸氣壓力非常的低，在一個密封環境下會達 成差的熱交換的重要因素。無論如何，將會盡可能使用較 不昂貴的馬達，比如同步馬達，用來作爲限制熱損失的裝 置。 電動馬達的葉片之軸承只要可以達到使用的功能，可 以是任何適當的型態，例如爲陶瓷滾輪軸承，或是用水操 作且具有一個反空穴作用裝置，或甚至由油來操作且具有 一個密封裝置的流體或平板狀態，也可以是磁性狀態，在 此情況下不可能發生潤滑劑污染冷卻流體的狀況。 本發明的特徵之一在於，馬達的葉片軸承係裝設在其 後端，壓縮機滾輪係以一個突出的排列裝設在該葉片的末 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I I -τ !訂· 1 -----11 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 534971 A7 B7 6842pif.doc/006 五、發明說明（f) 端上，雖然如此相反的佈局也可行：壓縮機滾輪裝設在馬 達與葉片之間，無突出的排列。 本裝置的另一特徵在於兩個壓縮平臺係彼此相對的安 置在一般電動馬達的側邊，其個別的注入管路（入口）直接 朝向禁閉的密封空間的末端（與之前提到的習知技藝相 反），蒸發與去過熱區域分別介於密封空間與第一壓縮平 台的注入管路以及第二壓縮平台的注入管路之個別末端之 間。 因爲滾輪而導致的軸的反應提供補償作用的佈局有助 於獲得更大的緊密度，特別是在長度方面，且有助於與外 部水線路的連接。 在此狀況中，必須增加壓縮率，特別是在確定的氣候 條件下（當外面的溫度太高或是蒸發/凝結溫度變化太大）， 兩個壓縮平臺也可以與一個第三壓縮平臺相連接，此第三 壓縮平臺係安置在限制的密封空間內部，或是放置在隨後 的通路上，且提供像是放置在壓縮機上游或下游，或是選 擇性的放置在兩個平臺之間的一個增壓器。 有用的是，此增壓器將透過一個特別由內部迴路的水 來驅動之水力渦輪機來加以驅動，但在蒸發狀態或凝結階 段也可以用一個蒸氣擴張渦輪機或一個獨立的電動馬達來 驅動，由壓縮機選擇不同的速度，假如回復到正常的氣候 狀況下時甚至可以在一個停止狀態。 其優點更著重在減少成本與減輕操作負載的方面，該 增壓器或壓縮平臺可以使用一或多個壓縮機滾輪，均包括 8 裝,---Ί ----Γ-訂--^----I--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 534971 6842pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（έ ) 有軸緣（flange)的軸輪（rotor)，其軸緣係由輻射狀的平板渦 輪葉組成，並選擇性的與靜態葉片一起運作以預先迴轉流 此裝置的一般佈局可以會根據有無增壓器而有些許的 差異：然後其特徵分別在於，其壓縮區域係位於在第二壓 縮平臺的吸入管路側邊之禁閉的密封空間末端，或是其壓 縮區域係位於去過熱的區域與第二壓縮平臺的吸入管路之 間。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，由此裝置的結構方面與其熱力學 的操作，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖繪示爲此裝置的一種可能之佈局圖，假定其僅 具有兩個壓縮平臺，第1，圖顯示兩個壓縮平臺在平行方向 的一種變化； 第2圖繪示爲此裝置之一種普通的佈局圖，其中更包 括一個第三壓縮平臺或增壓器； 第3圖繪示爲與第1圖相似之裝置圖延的軸的方向的 一個更詳細的結構顯示圖； 第4圖繪示爲每一個壓縮平臺入口的一個吸入會聚處 與一個內部間隔槽中的液體/蒸氣間隔之沿著軸方向的局部 剖面圖； 弟5圖繪不爲一個半開放與封閉的壓縮平臺之透視 圖； 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公楚） ^裝：---r---:丨訂---------線-·„ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 534971 6842pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（9 ) 第6圖與第7圖繪示爲壓縮機的軸輪葉片的兩種可能 的變化的變化部分之簡示圖； 第8圖繪示爲轉動輪緣之簡化壓縮機軸輪的變化部分 簡示圖，其中轉動輪緣係與輻射狀平板葉片結合且與靜態 葉片共同操作以預先轉動流體； 第9圖繪示爲一個緊密的凝結區域之圖示說明； 第10圖繪示爲將一種”迴流”冷凝管裝設在凝結區域的 出口的結構簡不圖； 第11圖繪示爲整個裝置的結構簡示圖； 第12a圖繪示爲此裝置的熱力學曲線表； 第12b圖爲本發明之裝置的一例子的焓曲線圖； 第13圖繪示爲此裝置的部分結構圖，顯示有一增壓器 連接於其下游端；以及 第14圖繪示爲用於馬達葉片的一種水力軸承。 圖示標記說明： 1，2, Γ，2’ 壓縮平臺 6, 6’，8 馬達 7 壓縮平台或增壓器 11，12 離心分離機滾輪 14, 15 除氣系統 16, 17 密閉空間相對端 19, 20, 35, 37 輪緣 22 21，23, 24 模組 25 26 壓縮區域 U 3, 4, 3，，9, 62 18 葉片 10 傳遞物 13 密閉空間 入口 蒸氣區域 去過熱區域 負載管路 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 534971 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6842pif.doc/006 B7 五、發明說明（δ ) 27, 5, 41，44, 58 管路 28, 42 噴灑斜面 29 冷卻線路 30 固定收斂帽 32 出口 31 水槽 33 圓環 43 迴路 34, 36, 38, 39a，40a 葉片 39, 40 擴散器 40 幫浦 45 塡充物 46 流動分配器 47 柵欄 48 架子 50 管子 51，64 折流板 54, 56 交換器 53, 55 區域 57 冷卻水 60 壓縮液體 61 空間 63 安置室 實施例 在第1圖中，參考編號1與2表示此裝置的兩個壓縮 平臺，吸入口 3，4係彼此相對安置，平臺1的出口由線路 5連接到平臺2的入口 4，兩個平台的移動滾輪係固定在 一個一*般的變速馬達6的葉片18的端點上。 第Γ圖介紹兩個變化的壓縮平臺Γ與2’，係平行設置， 爲了產生較高的冷凍輸出，兩平臺具有一共同的入口 3’， 且由一共同馬達6’帶動，有一個壓縮平臺可以連接在此二 平臺之後，也包括兩個平行的平臺以及/或一個增加器。 第2圖繪示爲此裝置之一種普通的佈局圖，其中更包 括一個第三壓縮平臺（或增壓器)7，由一個獨立的馬達8來 驅動，當傳遞物10與一個凝結區域連接時，其吸入口 9 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------:i I J---I 訂·!---I I I I I IAW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 534971 A7 B7 6842pif.doc/006 五、發明說明（y) 與第二壓縮平臺2的出口相連；其中整合在系統中的增壓 器之最佳說明請見第13圖，所用的參考編號與第3圖中 提到的共同部分所用編號相同。 在第3圖中，說明沒有增壓器的一種裝置，編號11與 12表示用於壓縮水蒸氣（其在圖示中以半打開的方式呈現) 的離心分離機滾輪，分別對應到上面提到的壓縮平臺1與 2，每一個比如具有一個壓縮平臺，以共同構成壓縮機的 熱力循環，係在一個處在非常低壓的水平密封有限空間13 中操作，這兩個平臺係相對放置，如上所述，其吸入口 3, 4 分別有一個液體/蒸氣分離器或是除氣系統14, 15，直接朝 向密封空間的兩個相對端，分別標示爲16與17。此二壓 縮平臺3, 4的移動滾輪11與12係固定在上述的共有電動 馬達6的葉片18相對末端的突出位置上，此馬達屬於同 步類型且是密封的，其軸輪較佳是有永久磁鐵。因爲葉片 18的軸輪可以不需要油來潤滑，其狀況將敘述於下，可以 很容易保養，且不會有冷凍劑污染的情況產生。 因爲保養工作可能需要不同的工程師來進行（冷凍工程 師、機械工程師、加熱工程師、電機工程師），爲了簡化 任何保養工作，密封空間13包括三個不同的模組，利用 已知物件(螺絲釘、斜鉛板等）裝配的輪緣19與20構成之 物件來連接彼此。此三個模組包括，一個含有蒸發區域22 的蒸氣快速進行模組21 ; —個含有兩個壓縮平臺1，2的壓 縮模組23 ;以及一個含有去過熱區域25以及一個壓縮區 域26的一個凝結模組24，此去過熱區域25選擇性的與一 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 --------1I------^ Av. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 297公釐） !4971 A7 B7 6842pif.doc/006 五、發明說明（（ϋ ) 個節約裝置相連。 蒸發區域22被設定在一個有快速蒸發氣的狀態，其中 流體的內部能量固定（等熵的擴張），其中一體的減少可以 利用蒸氣液體的增加來補償。最後，冷卻的水經過一個管 道27而回到裝置，已經被加熱到約爲攝氏12度，通過連 接到裝置的一個用於冷卻的目的負載管路U，利用一個噴 灑斜面28與因爲非常低的絕對壓力之瞬間的蒸發，以小 滴的型態注入到區域22中，其中壓力的等級約爲lOmbar。 換句話說，因爲絕緣的製程，蒸發液體所需要的能量係來 自液體本身，結果冷卻到約攝氏7度的這個溫度的水會在 密封空間的底部被回收，並經過一個標示爲29的冷卻水 線路排泄掉。在冷卻循環的熱交換是直接的（透過接觸交 換而沒經過介面），而且很少不可逆，發生在有管子或是 平面交換器的設備中的”少量(nip)”的狀況會被限制，在實 施時，在蒸發與凝結溫度分別爲攝氏7度與30度時，其 效能係數可以超過7，少了用於蒸發器與冷凝器的熱交換 介面也具有其優點，就是不需要進行管路的縱向拆卸與表 面淸洗，藉以可以減少系統需要的空間。 在蒸氣中水滴的存在是有益的，因爲可以在下一個壓+ 縮相期間提高蒸氣的去過熱，藉以利用體積產生一個較低 的流速，這表示管路部分可以減少’而裝置的尺寸與成# 也可以降低。再者，體積質量可以提高，藉以產生較高的 壓縮率，有助於增加整體的效能。 無論如何，爲了快速的移除水滴’避免壓縮機滾輪的 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） I--— — — — — — — — ilii — —-— — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 534971 A7 B7 6842pif.doc/006 五、發明說明（II) 軸輪上有任何的腐蝕，液體/蒸氣分離器或除氣系統14，15 會被安置在每一個壓縮平臺的吸入口 3, 4上，由一個特殊 的固定收斂帽(convergent cowl)30接續或取代，如第4圖 所示，在其牆上水可流出，底部的水排出口 32與一個在 巡迴的蓄水區或水槽31中終止的拖曳邊緣結合，此水排 出口 32可以對水與蒸氣提供有效的慣性分離。其中應該 指出由於提供軸的速度到蒸氣產生的分離，在會聚的牆30 上會有非常明顯數量的水流出，在結合合倂的水滴中，會 使此佈局的益處更爲顯著。在此不需要限制會聚的出口區 域的水氣，因爲其存在對於去過熱的製程是有益的，且會 減低其機械影響。 此外，爲了避免因爲散佈在蒸氣中的微細的水滴對壓 縮滾輪11，12之新月形軸輪造成的磨損，軸輪較佳在軸的 部分以一個圓環包圍住，如第5圖中標號33所示，此圓 環也具有抗震動的效果，因此可以將水導引釋放到軸向區 域。 在第6圖中的部分變化圖也說明了選擇性的使用對於 後面的輪緣35平面有尖銳角度關係的一個葉片34，有助 於將水導入旋轉的方向，也可以使得這些渦輪葉34輕微 的凹陷，以產生同樣的效果(請見第7圖）。 第8圖繪示爲轉動輪緣之簡化壓縮機軸輪的變化部分 簡示圖，可以用來降低成本，或是用來減少增壓器8或壓 縮滾輪的旋轉量，此變化也可避免使用到上述的圓環33 : 此壓縮機包括一個具有旋轉輪緣37的軸輪，與平板輻射 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ----------1 - C — 41---I ---*------1 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 534971 A7 B7 6842pif.doc/006 五、發明說明（μ) 狀的葉片38連在一起，選擇性的與靜態葉片36—起操作， 以預先轉動液體。 在壓縮機的第一壓縮平臺1中壓縮的蒸氣，透過上面 提到且繪示於第3圖中的流動管路5，可以直接被導到第 二平臺2。這些管路在平台的出口處可以包括一個輻射擴 散器，可以是簡單的狀態，或是與葉片39, 39a，以及/或 軸狀的葉片40，40a結合在一起(如圖示的頂端部分所示）， 此設計可以透過減少其速度來增加蒸氣壓。在此可能需要 提供額外的水注入到擴散器中，也就是滾輪的下游’藉以 去除過熱的蒸氣，假如使用輻射以及/或軸擴散器，其優點 在於注入物可以接近方向改變的地方，向是在擴散器39 與40的管路彎曲處，以及/或在圖示頂端部分的葉片39, 39a 的拖曳邊緣。 在被吸到第二平台2的入口之前，留在管路5中的蒸 氣會在上述的一個中間去過熱區域25中被去過熱’其中 此例子係位於限制的密封空間13末端17鄰近處’藉以避 免壓縮機出口達到過高的溫度。利用在自冷凝管流出並回 到蒸發器的水中的”擴張-快速進行”的物件可以進行去過熱 的步驟，以避免局部冷卻水，在效果上，因爲水具有很高 潛伏熱，小量液體的蒸發就足夠去除蒸氣的過熱。 來自第二壓縮平臺2的蒸氣溫度接近在後I買經由其他 靜態管路41通過凝結區域26的符合壓力下的凝結溫度’ 混合會影響凝結，熱交換會在來自壓縮機的蒸氣相’以及 來自噴灑斜面42提供的液滴之間發生，其中液滴係經由 15 ------------------0----1 i ^------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14971 6842pif.doc/006 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（(3 ) 一個用於液體冷卻器(A)的冷卻水的迴路43來提供’此冷 卻器是一個傳統的液體冷卻器’包括一個線圈與機械通風 設備，避免水與外部空氣的任何接觸’藉以可以避免任何 生物或化學污染’像是現存的空氣溶在水中的狀況°利用 凝結蒸氣加熱的水會被收集到密封空間的底部’且經由線 路44回到液體冷卻器(請見第3圖）。 須注意的是，凝結發生的主要阻力並不會與蒸氣的對 流結合，而是在液體的傳導中，這是爲什麼可以利用接觸 面積的增加，以及利用塞滿冷凝器產生的逆流蒸氣循環的 攪動，例如使用拉西(Raschig)環，選擇性的使用來避免在 冷凝器中的液體停留的時間，此塡充物係以標號45標示 於第9圖中，且由與用斜板42冷卻的水在一起的一個流 動分配器46將其置於頂_部，一個栅欄47被使用在塡充物 的基座處，以在架子48內部支撐塡充物。 在第3圖中的標號49表示一個真空幫泵，在凝結壓力 中提供真空。當裝置啓動時，密封空間13會被壓縮空氣 塡滿，幫泵將必須排出空氣以將內部隔離壓力帶到接近 40mbar的値，爲了縮短達到真空所需要的時間，可以使用 一個啓動單位，例如放射管型態，用水作爲驅動液體，因 爲水可以作爲冷凝管的冷卻劑。 爲了減少蒸氣流，主要是空氣，超出不可凝結的本質， 在凝結區域26的出口處使用，，迴流，，冷凝管將有幫助，此 類的迴流冷凝管g兌明如第1〇圖，包括一個管子5〇，來自 凝結區域26的剩餘蒸氣會經由折流板(baffle plate)51被注 --------—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n n n γ —------,

P 4971 6842pif.doc/006 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（外） 入到其基座部分；濕的飽和的無法凝結之物質會經由其頂 端52，被排到真空泵49。其中管子可以依序包括在逆流 的兩個區域，首先在區域53中有一些蒸氣會被一個線圈 表面交換器54的物件凝結，其中之冷卻劑係來自冷凝管 的斜板42中噴灑之前的流體冷卻器的回流水，而接著區 域55中另一部份的蒸氣會被表面管路交換器的物件56與 用於迴流水的折流板來凝結，在此情況中的冷卻劑係由來 自於蒸發區域22的一個小流量的冷卻水57提供。在此，” 迴流”冷凝管可以不需要一或其他上面提到的兩個部分， 也可以選擇性的反轉兩種表面交換系統。 爲了在部分的負載下操作此裝置，同步馬達6的供應 頻率可以變化，或是可以以一個確定液體流速，提供一個 由凝結區域26到蒸發區域22的熱循環線路。 第11圖繪示爲整個裝置的結構簡示圖，其中與第3圖 中所示相同的裝置使用相同的標號，此圖顯示在兩區域22 與26之間的壓力差異可以透過線路58很容易的抵銷，而 線路58係連接到具有不同高度的水柱底部，不同高度的 水柱係由兩區域排出29、44。在此應該注意的是，在壓縮 平臺之間的中間去過熱可以與一個具有來自冷凝管26，且 經線路58回到蒸發區域22的低流速的水之，，擴張-快速進 行”結合在一起，組成一個節約裝置以部分冷卻這些水。 於此可以想到過冷整夜並將其以冷卻水或冰的型態儲 存起來，然後在白天期間再將冷度回復。 在一個T=f(E)的圖表中，E表示交換的能量，第12a 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -----^----I ^-------^ IAWI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 534971 A7 B7 68 42pif. doc/006 五、發明說明（κ) 圖繪示爲此裝置I的熱力學曲線表。QF表示由冷源，也就 是負載迴路u處得到的熱，W表示輸入到裝置I的功，而 Qc表示輸出到熱源，也就是液體冷卻器A(也請參照第12b 圖）的熱，這些値的關係爲IqfI = I qc l + lw卜 第12b圖的焓曲線圖說明本裝置I的一個傳統操作。 水在溫度1約爲攝氏7度下，在蒸發區域22被蒸發，接 著在第一壓縮平臺1壓縮，去過熱到一個約爲攝氏18度 的溫度TD，接著在第二壓縮平臺2中壓縮’以達到約攝氏 30度的一個溫度Tc，然後在凝結區域26中凝結。凝結的 水會被幫浦Pi吸到在44的液體冷卻器A，而在43(熱交換 循環)以約爲攝氏25度的溫度再次儲存。在冷交換循環27, 22, 29中，利用蒸發將水冷卻到介於攝氏12度與7度之間， 並利用幫浦？2傳經過負載迴路U。 雖然說明強調在冷卻方面，此裝置也可以用在發熱的 操作上，如同它的初始功能，其中密封空間的內部壓力可 以高於大氣壓力，藉以使其達到超過攝氏100度的凝結溫 度。 最後，第14圖說明一種用於馬達6葉片18的水力軸 承可能的結構，以參考標號59表示的軸承包括一個用於 壓縮液體60的入口，在62處變的額外擴張與部分蒸發至 有剩餘之空間以前，用軸承內徑與葉片18表面之間的空 間61中的動力學效應，可以部分的擴張入口。蒸氣與剩 餘的液體接著會被一個折流板64導入一個安置室63中。 雖然本發明已以一較隹實施例揭露如上，然其並非用 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------- ί I Ji I ΙΊ -------I--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 534971 A7 B7 6842pif.doc/006 五、發明說明（（b) 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 -----------裝.—一----J-ltT.J,-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 534971 A8 B8 C8 D8 6842pif.doc/006 六、申請專利範圍 1·一種具有冷凍功能的熱泵裝置，結合一壓縮-擴張之 冷凍循環，包括在壓縮之前的一蒸發區域與在其後者的一 冷凝區域，其中使用於該循環之熱力流體，像是使用於冷 交換與熱交換循環爲水，在蒸發期間，不需要使用交換介 面’熱交換即分別發生在後二循環與該冷凍循環之間，由 該裝置產生之冷卻通常在一溫度超過攝氏零度（“正 (positive)”冷卻）或在一負的溫度（產生冰）下進行，其特徵 在於該冷凍循環係在一動力壓縮之基礎下操作，該動力壓 縮具有二個不同之壓縮階段（1，2)，透過在至少一熱交換區 域（25)(去過熱以及/或節約裝置）連結彼此，並包含在一禁 閉的圍牆（13)中，藉以使蒸氣被封住並被熱絕緣開，而且 在該二階段之滾輪（11，12)係直接裝設在一般密封之一變速 馬達(6)之葉片（18)的相對端，該變速馬達係安裝在位於該 些階段（1，2)之間之該圍牆（13)內部。 2·如申請專利範圍第1項所述之熱泵裝置，其特徵在 於該變速馬達(6)爲一同步電動機，具有包括永久磁鐵之一 渦輪’係與一頻率控制器共同操作。 3·如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於該馬達之該葉片軸承的種類具有陶瓷滾輪軸 承。 4.如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於該馬達之該葉片（18)之該軸承係以流體或一般 型態與水（59)—起運作，且具有一反空穴作用裝置，或與 油一起運作且具有一密封裝置，或選擇性的具有磁性型 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 · ϋ 1·-«1 ϋ a 1 —2 n ϋ ϋ ϋ n I n ϋ ϋ n 1 I an 1· ϋ all i^' ·1 I I ^ n n n i^i ·ϋ ϋ ϋ I 534971 6842pif.d〇c/〇〇6 C8 六、申請專利範圍 態。 5·如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝竃， 其特徵在於該馬達（6)之該葉片（18)之該軸承裝設於其後， 該壓縮滾輪（11，12)係裝設在該葉片（18)末端突出位置上。 6·如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於該二壓縮平臺（1，2)係相對放置在在該電動馬達 (6)的任一邊’其個別入口（3, 4)直接朝向該限制密閉空間 (13)、蒸發（22)與去過熱（25)區域的末端（16, 17)，因此分 別放置在密封空間（13)以及第一壓縮平臺（1)的入口（3)和第 二壓縮平臺(2)的入口（4)的末端之間。 7·如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於該二壓縮平臺(1，2)與一第三壓縮平臺⑺共同 操作’ g亥桌二壓縮平臺(7)係安置在該限制密閉空間（13)中 或與其相連通，由一增壓器構成，該增壓器係裝設在該壓 縮機之上游或下游，或是裝設在該二平臺(1，2)之間。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之熱栗裝置，其特徵在 於該增壓器(7)係由水操作的一水力渦輪來驅動，在蒸發(22) 或凝結(26)的狀態下操作，其中水係由該內部迴路取得。 9·如申請專利範圍第7項所述之熱泵裝置，其特徵在 於該增壓器(7)係由一蒸氣擴張渦輪來驅動。 10.如申請專利範圍第7項所述之熱泵裝置，其特徵在 於該增壓器(7)係由一獨立電動馬達(8)來驅動。 11·如申請專利範圍第7項所述之熱泵裝置，其特徵在 於該增壓器(7)或是該些壓縮平臺係由一或多個壓縮滾輪構 21 -------------费卜 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ά—ψ------------------------ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 6842pif.d〇c/〇〇6 、、申請專利範圍 成’該些壓縮滾輪包括具有轉動輪緣（37)以及平板輻射狀 葉片（38)軸輪，並選擇性的與靜態葉片（36)共同操作，以預 先轉動該液體。 12. 如申請專利範圍第7項所述之熱泵裝置，其特徵在 於該凝結區域（26)係位於接近該第二壓縮平臺（2)的入口（4) 的該限制密閉空間（13)末端（17)的鄰近處。 13. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於該凝結區域(26)係位於去過熱區域（25)與第二壓 縮平臺(2)的入口（4)之間。 14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於包括三個不同的模組，利用可拆卸的固定物件 (19，20)依序連接彼此，包括含有一蒸發區域（22)的一蒸氣 快速進行模組(21);含有兩個壓縮平臺（1，2)的一壓縮模組 (23);以及含有一去過熱區域(25)與該壓縮區域（26)的一凝 結模組(24)。 15. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於該蒸發區域（22)被設定在一蒸發-快速進行之型 態，回到該裝置之該冷卻水(27)，透過一噴灑斜板(28)以液 滴型態被注入到該區域(22)中。 16. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於一液體/蒸氣分離器或一除氣系統（14，15)被放 置在每一壓縮平臺（1，2)之該吸入口處。 17·如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於一特殊的固定收斂帽（30)被安置在壓縮平臺（1， 22 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 會·ίι -I 訂----------線丨 ------------- ' 534971 6842pif.doc/〇〇6 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2)的吸入口上，在其牆上水可流出，底部的一水排出口（32) 與在巡迴的一蓄水區或水槽（31)中終止的拖曳邊緣結合， 該水排出口（32)可以對水與蒸氣提供慣性分離。 18. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於壓縮滾輪（11，12)之軸輪在軸的部分被一圓環 (33)包圍住，以導出水直到水離開開軸區域 19. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於壓縮滾輪（11，12)之軸輪之葉片（34)與後面的 輪緣(35)平面有尖銳角度關係，或有輕微的凹陷，藉以將 水導入旋轉的方向。 20. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於在一壓縮平臺中的壓縮蒸氣，透過流動管路(5, 41)被導到下一個部分，該些管路在平台的出口處包括一輻 射擴散器，該擴散器可以是簡單的狀態，或是與葉片（39, 39a)，以及/或軸向的葉片（40，40a)結合在一起，可以將平 臺之下游。 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) •t 經濟部智慧財產局員工消費合作、社印製 21·如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於該些壓縮平臺之間的中間去過熱可以與一個具 有來自冷凝管（26)，且經線路(58)回到蒸發區域（22)的低流 速的水之”擴張-快速進行”結合在一起，組成一個節約裝置 以部分冷卻這些水。 22.如申請專利範圍第丨項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於混合會影響凝結，熱交換會在來自壓縮機（1，2) 的蒸氣相，以及來自噴灑斜面（42)提供的液滴之間發生， 23 一δν ϋ V% Βϋ I eai ϋ n I ·1 ϋ n ·ϋ ei an I n etB ϋ ϋ Ik i ϋ I- 4 1 ϋ ·1 an n ϋ ϋ · 適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公餐 534971 6842pif.doc/006 A8 B8 C8 D8 六

   由用於一液體冷卻器的冷卻水的迴路(4)3來 提供 23.如申請專利範圍第22項所述之熱泵裝置，其特徵 在於爲了確保在冷凝器中液體的停留時間，該區域有一像 是拉西（Rasdng)環的塡充物，加接觸面積，並製造逆 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 流蒸氣循環的攪動。 24.如申請專利範圍第22 述之熱泵裝置，其特 徵在於包括一迴流冷凝管。 ':/鐵 V': 25·如申請專利範圍第24項所^熱泵裝置，其特徵 在於該迴流冷凝管包括一管子（50)，該管子首先包括一個 逆流區域(53)，其中有一些蒸氣會被一線圏表面交換器(54) 的物件凝結，其中之冷卻劑係來自冷凝管的斜板(42)中噴 灑之前的流體冷卻器的回流水，而接著一逆流區域（55)中 另一部份的蒸氣會被表面管路交換器的物件（56)與用於迴 流水的折流板來凝結，在此情況中的冷卻劑係由來自於蒸 發區域(22)的一個小流量的冷卻水(57)提供。 26. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於爲了在部分的負載下操作此裝置，包括由凝結 區域(26)到蒸發區域(22)的一熱循環線路。 27. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於調整以在夜晚中產生過度冷卻，並將其以冷卻 水或冰的型態儲存起來，然後在白天期間再將冷度回復。 28. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱泵裝置， 其特徵在於用於馬達（6)葉片（18)的水力軸承（59)包括用於 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項一^寫本頁) m 裝 訂-------- .# 534971 6842pif.doc/006 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍壓縮液體(60)的一入口，在出口（62)處變的額外擴張與部分 蒸發至有剩餘之空間以前，用軸承內徑與葉片（18)表面之 間的空間（61)中的動力學效應，可以部分的擴張入口，蒸氣與剩餘的液體接著會被一個折流板（64)導入一個安置室 (63)中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 25 t • I n n I n If 一"4> ϋ I ϋ ——線------------ pi n I It I ϋ n n I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）