冷却方法和设备的制作方法

专利名称：冷却方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷却方法和设备，具体来说，涉及使用外部热输入的冷却方法和设备。 在一个具体方面，本发明涉及能够用作空气调节器的冷却设备。以下描述主要针对其热量输入来源于太阳能的冷却设备，尤其是空气调节器，但是应该理解，本发明的设备具有其它冷却应用，并且可由包括环境热源的其它外部热源来供电。
背景技术：
在常规制冷循环中，压缩机用于压缩并且由此提高制冷剂气体的压力。然后，高压制冷剂气体在冷凝器中借助于通常为空气的通过冷凝器的线圈的冷却剂又凝结为液体制冷剂。这从流经冷凝器的制冷剂气体释放热量，并且通过热交换使高压气体又凝结为液体。 然后，高压液体制冷剂经过膨胀阀，在其中降到低压并冷却，并然后进入蒸发器，在其中蒸发以及在从液体变成蒸汽时吸收热量，由此降低流过蒸发器的空气的温度。这种形式的制冷循环常用于空气调节器。在吸收制冷循环中，一种不同方法用于冷却，它不需要移动部件，并且仅由热量来供电。氨吸收循环是用于产生制冷的初始方法之一。原始系统在19世纪初期安装，同时更先进的氨吸收系统由法国巴黎的费迪南德·卡莱于1850年发明。他的原始发明由直燃式发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和氨水泵组成，通过许多后续改进，它们全部保持为氨吸收系统的主要部分。原始氨吸收系统非常低效，并且不可能以高于90%纯度得到供这种系统中使用的液氨。因此，在蒸发器中收集过量水时，该系统难以进行操作，从而升高蒸发温度。 但是，在那时，往复式机器尚未发展到它们可接近常规制冷循环中的低温应用所需的压缩比的程度，因而尽管其有缺点，氨吸收循环仍然用于制冷工业中。随着往复式压缩机得到改进，氨吸收系统变得过时。在三十年代中期，安装改进的氨吸收系统，它基于废汽、废热或者通过采用天然气或其它气体的直燃进行操作。这些系统采用泡罩设计和喷雾式吸收器，并且以99. 96%纯度来提供用于冷负荷的氨。提供高纯度(商品级)氨的这种技术进步克服了早期系统的主要操作问题。存在已知的或者已经提出的许多太阳能供电空气调节器和制冷机。那些空气调节器或制冷机的一部分以来自太阳能收集器的热量作为吸收循环中的热源在吸收循环进行操作。虽然大多数吸收循环基于水/溴化锂循环，但是存在其中能够使用氨/水循环、特别是较低温度合乎需要的许多应用。由于最终在循环中的一个点吸收制冷剂(例如氨)，所以太阳能供电制冷机称作吸收制冷机。在水/溴化锂循环和氨/水循环中，水均用作工作流体，但按照完全不同的方式作为氨系统的溶剂以及作为溴化锂系统的制冷剂。上述类型的当前太阳能供电空气调节器和制冷机没有证明是特别有效的。因此， 本发明的一个目的是提供改进冷却方法和设备，它在吸收循环进行操作，并且解决现有技术的缺点或者至少提供有效备选方案。在一个具体方面，本发明的目的在于提供上述类型的冷却设备，它包含在能够由太阳能输入来操作的空气调节器中。

发明内容
在不一定是最广义方面的一个优选方面，本发明提供这样类型的冷却设备，它使用氨作为制冷剂在吸收循环进行操作，所述设备包括发生器，用于提供氨气体或蒸汽；冷凝器，用于将氨气体或蒸汽凝结为液态氨溶液；蒸发器，其中将液态氨蒸发为氨气体或蒸汽，由此吸收热量；以及吸收器，用于将所述氨气体或蒸汽吸收到氨溶液中，并且其中所述蒸发器包括用于保留从所述冷凝器所接收的所述液态氨的一部分供回流并且通过所述设备再循环的部件。用于保留液态氨的一部分的部件适当地包括所述蒸发器中的储存器。最适当地， 该储存器包括在蒸发器一端部的凹槽、球管或凹口，其中能够收集液态氨。储存器适当地设置在远离入口的蒸发器的端部。优选地，回流管线或管道将储存器连接到冷凝器。优选地， 回流管线或管道适于将储存器中收集的氨返回到冷凝器入口。适当地，回流管道或管线暴露于环境热量，使得在回流管道或管线中流动的氨液体在返回到冷凝器之前被蒸发，在冷凝器中凝结供随后传递到蒸发器。优选地，回流管道与蒸发器以热交换方式接触。在储存器中收集的供再循环的氨适当地仅占设备中的氨的小比例。通常，冷却设备包含在空气调节设备中，并且提供诸如一个或多个风扇之类的部件，以便使空气通过蒸发器流通。优选地，该设备的发生器通过太阳能来加热，并且为此，该设备与任何形式的太阳能收集器关联。优选地，热交换器与发生器关联，以便将太阳能所生成的热量传递到发生器。但是，发生器还可包括诸如气体火焰或电加热器之类的其它加热部件。该设备还可包括与上述发生器并联设置的附加发生器，并且诸如电气元件或气体火焰之类的辅助加热源可用于加热附加发生器，以便在发生器中从氨水溶液来生成氨蒸汽，供传递给冷凝器。在另一个方面，本发明提供一种冷却方法，包括下列步骤将液态氨溶液转换为氨气体或蒸汽；将所述氨气体或蒸汽凝结为冷凝氨溶液；蒸发所述冷凝氨溶液，以便将所述液体转换为蒸汽的氨气体，并且由此吸收热量；保留所述蒸发步骤中的冷凝氨液的一部分，供重新转换为氨气体或蒸汽；以及吸收来自所述蒸发器的所述氨气体，以便将所述氨气体或蒸汽转换为液态氨溶液，供随后转换为所述氨气体或蒸汽。适当地，液态氨溶液由太阳能热源或其它热源转换为氨气体或蒸汽。优选地，所保留液体在环境热量的影响下转换为氨气体或蒸汽。在另一个方面，本发明提供这样类型的冷却设备，它使用氨作为制冷剂在吸收循环进行操作，所述设备包括至少一个第一发生器，用于提供氨气体或蒸汽；冷凝器，用于将氨气体或蒸汽凝结为液态氨溶液；蒸发器，其中将液态氨蒸发为氨气体或蒸汽并且吸收热量；以及吸收器，用于吸收来自所述蒸发器的氨气体或蒸汽，并且其中所述第一发生器由太阳能收集器直接或间接加热。适当地，第一发生器或者与第一发生器并联设置的另一个发生器适于由诸如气动热源或电力供电热源之类的另一个热源选择性地来加热。


现在参照附图，附图示出本发明的优选实施例，并且使本发明更易于理解和实施。 相对于包含在其热源由太阳能所提供的空气调节器中的冷却设备来描述这些实施例。但是应该理解，本发明可适用于其它冷却应用并且使用包括环境热量的其它热源。附图包括图1是示出按照本发明的使用吸收循环的冷却设备的第一实施例的框图；图2通过侧视图示出包含在空气调节器中的按照本发明的冷却设备的另一个实施例；图3和图4是图2的设备的侧视图和俯视图；以及图5和图6通过侧视图和俯视图示出按照本发明的备选冷却设备。
具体实施例方式参照附图并且首先参照图1，以框图形式示出按照本发明的空气调节器或空气致冷设备10，它使用以氨作为制冷剂以及水作为吸收剂的吸收制冷循环。设备10包括诸如太阳能收集器11之类的热源，它向发生器12提供热量以便生成氨气体，发生器12包括金属贮罐13，其中一段具有一系列线圈14，太阳能收集器11驱动的蒸汽发生器可从其通过。蒸汽可从水套中的水来产生，水套与线圈14连通，太阳能收集器11加热水以产生蒸汽。在没有充分太阳能的情况下，可用诸如气体火焰或电线圈之类的附加热源以产生蒸汽。强氨-水混合物包含在发生器贮罐13中，加热套或线圈14中蒸汽的热量在高达 423K或150°C的温度下使贮罐13中的氨-水混合物沸腾。由于沸腾，强混合物散出氨蒸汽， 蒸汽离开发生器13，其包含极小百分比的热水。沸腾强液沿渗滤器管道15向上行进进入分离槽16，其中将液体分成热液(水)相和热气(氨)相。然后，热氨气体沿分馏柱17向上继续行进，与浓缩热氨蒸汽进一步分离， 离开分馏柱17进入冷凝器18。当离开分馏柱17的氨蒸汽不是非常过热时，冷凝器18能够在308K或+35 °C有效运行。当氨气体在冷凝器18中冷却时，将水蒸汽凝结以去除水蒸汽。水蒸汽凝结并且回流或回落到分离槽16中，沿扩大的倒“T”管道19离开，其中氨气体沿冷凝器17继续行进， 在其中冷却并且变相，液化为近似纯液态氨。在冷凝器17的底部，液态氨向下流入蒸发器 20。进入蒸发器18的这种无水氨(不含水的氨)将在氢或氦气体存在的情况下蒸发， 从而均衡冷凝器18与蒸发器19之间的压力。随着氨蒸发，它吸收蒸发器中的热量，从而使蒸发器18冷却到_70°C。冷却的蒸发器18表面则使周围空气(或者甘醇溶液)冷却。风扇21可毗邻蒸发器20设置，将冷却的空气吹入周围空间达到空气调节的目的。这时的重混合物的一部分使用重力进入水套热交换器22的顶部，其中较热氨气体垂直返回以便在第二较小冷凝器(未示出)中冷却，它还在该冷凝器中冷却并且返回到蒸发器20。热虹吸管23从分离槽16排除液体，并且将它排放到热交换套22的底部，在其中与来自蒸发器的氨和氢或氦气体相结合。然后，这种溶液通过吸收器22，吸收器22借助于
6热交换器20和风扇25去除剩余热量，其中冷却氨被溶解并且用水重新吸收。组合溶液在吸收器M底部的吸收器导管沈中收集，其中通过水套热交换器10的中心管道27返回的冷凝水与来自吸收器22的氨溶液相结合。然后，组合溶液经由管道25进入发生器13，循环再次开始。该系统保持热平衡，其中输入总热量与废弃总热量相等，以便提供对设备10的简单校验。现在参照图2至图4，示出按照本发明的一个实用实施例的空气调节或冷却设备 30。设备30包括气体/蒸汽发生器31，它通过采取围绕发生器31的外部线圈32的形式的热交换器来加热，线圈32包含由太阳能收集器33所产生的蒸汽，太阳能收集器33可具有任何形式，但在这个实施例中包括平板太阳能收集器。设备30还可包括附加气体发生器 34，它与发生器31相似，并且与发生器34并联设置。这种情况下的发生器34可由诸如气体火焰或电气元件之类的辅助热源来加热，其中例如存在太阳能的不充分收集。作为替代或补充，发生器；34可通过环境空气来加热。发生器31和34与到冷凝器36的入口管线35 连接，冷凝器36提供用于有效散热的翅片37。如同图1的实施例中那样，发生器31和/或发生器34中的强氨/水溶液通过收集器33所提供的太阳能或其它热源来加热，以便使溶液沸腾并且释放氨气体或蒸汽，氨气体或蒸汽离开发生器31和/或34以进入冷凝器36，其中冷却氨气体或蒸汽。氨气体或蒸汽沿冷凝器36行进，通过随着变相成近似纯液态氨的氨气体或蒸汽液化而降低的冷凝器的温度来冷却。冷凝器36具有通过出口管道38连接到蒸发器39的出口。来自冷凝器36的无水氨流入蒸发器39，并且通过蒸发器39，在其蒸发时冷却蒸发器39。蒸发器39在其自由端包括一同扩大球管40形式的扩大氨储存器或凹槽。回流管或管道41通过蒸发器39以便暴露于环境空气，并且将球管40与到冷凝器36的入口 35进行连接。氨在加热并且与蒸发器39中的氢或氦气体混合时蒸发，并且作为氨蒸汽，它吸收蒸发器98中的热量，通过热交换器42并且进入包括一系列线圈的吸收器43。另一个小管道44还将冷凝器36的出口与到其出口端的吸收器43进行连接。来自蒸发器39的氨气体或蒸汽与通过吸收器43的管道45所提供的水和弱氨溶液重新结合，以便形成强氨水溶液， 该溶液在连接到吸收器43的出口的吸收器导管46中收集，用于经由供应管道47再供应给发生器31和/或34，以便继续冷却或制冷循环。氨的一部分通过在凹槽或球管40中作为近似纯氨被收集而不是传递到吸收器43 来从循环中去除，它进入回流管道41，其中它通过设备30所在的建筑物或房间的环境热量 (或者通过甘醇溶液(参见下文))被加热。当这种氨由于蒸发器39上的环境热量而变为蒸汽时，氨蒸汽的一部分沿管道41移动，从而部分冷却，并且这种经冷却的过渡阶段氨返回到冷凝器36的入口 35。当氨在管道41中冷却时，形成氨滴，它们引起管道41中的部分真空，使更多蒸汽进入管道41。氨蒸汽在经由入口 35流入冷凝器36时通过冷凝器36继续冷却，并且最终成为液态氨。然后，这样液化的回流氨随冷凝器36中凝结的其它液态氨一起经由管道38返回到蒸发器39。因此，在蒸发器39的起始处包括小球管或凹槽40允许蒸发器39保留部分纯氨以继续进行附加循环。设备30能够冷却甘醇溶液，以便将制冷效果传递到其它装置，能够逆循环，或者能够冷却环境空气。该装置能够冷却到-70°C，供其它设备的能量兼容使用。通过添加环境热循环，该设备能够仅使用环境热量来提供附加制冷效果。该设备可具有65w(任何电压) 的电辅助加热器，或者还能够由例如与发生器34关联的小气动力热源直接供电。设备30 无需风扇，但是使用制冷甘醇的分离单元能够使用电力来驱动风扇和泵。太阳能热水用于加热氨溶液与环境热量对于回流到冷凝器时蒸发器球管40中所保留的氨的作用相结合将增强制冷效果。现在参照图5和图6，示出冷却设备50的另一个实施例，其中对与图2至图4的设备组件相似的组件赋予相似标号，但以符号“，”来标记。设备50包括一个或多个气体或蒸汽发生器31’、34’，其中液态氨例如通过太阳热能来加热，并且转换为气体或蒸汽，气体或蒸汽传递到冷凝器36’。经过冷凝器36’的翅片的环境空气使氨气体或蒸汽凝结成液态氨，液态氨流到蒸发器39’。部分液态氨保留在蒸发器39’端部的凹槽或球管40’中。在氢或氦存在的情况下的液态氨蒸发，从而引起热量的耗散，并且因此引起蒸发器39’周围空间的冷却。将空气吹过蒸发器39’的风扇(未示出)能够引起室内空间的冷却，供空气调节。 凹槽或球管40’中保留的氨通过管线41’(以虚线示出)，供通过设备50再循环。氨(以及氢或氦)蒸汽进入吸收器43’，并且氨被吸收到从管49馈送到吸收器43’ 的上端的氨溶液中，管49与到发生器31’、34’的液态氨供应管线46’连接。当氨吸收或返回到蒸发器39’时，释放氢或氦气体。然后，强氨溶液在导管45’中收集，以便再次进入发生器31，、34，以重新开始循环。在上述实施例的每个中，通常不需要泵，因为液体在重力影响下流经设备。但是， 在上述分离系统中可能需要泵。上述冷却设备适合于例如家庭、办公室、小型建筑物、购物中心、工厂、房车、火车、 公共汽车和客车中的空气调节器等应用，在这种情况下，提供适当的风扇等以使空气通过冷却蒸发器流通。大多数设备还能够作为2路供电或3路供电系统来提供，例如太阳能和气体、太阳能和柴油机、太阳能和电力，气体、柴油机或电力作为阴天的增强器。大多数设备使用建筑物的环境热量来另外提升采用来自阳光、人、光线和电子设备的环境热量的冷却效率。来自汽油或柴油电动机的废热能够与太阳能收集器配合使用。这使技术可移植性对于远程和移动应用极为便利。该系统能够从0%至100%负荷以最小效率损失自动操作。随着负荷要求降低，存在热量消耗的对应线性降低。来自太阳能收集器33的过剩热水能够替换或补充建筑物的现有热水供应，因为 30%的能量帐单通常与冷却建筑物成比例，其中另外30%为建筑物提供热水。通过本发明的设备，空气调节和热水供应的能量成本实质性地降低或消除。本文中对现有技术的引用不是要被理解为关于这种现有技术构成本领域的常识的确认。在本说明和权利要求书中通篇使用的术语“包括”或“包含”用来表示存在所述特征、整体和组件，但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、组件或它们的集合。虽然以上所述作为本发明的说明性实施例来提供，但是本领域的技术人员清楚知道的对其的所有这类变更和修改均被认为落入本文的所附权利要求书中定义的本发明的广义范围和领域之内。
权利要求
1.一种这样类型的冷却设备，所述冷却设备使用氨作为制冷剂在吸收循环进行操作， 所述设备包括发生器，用于提供氨气体或蒸汽；冷凝器，用于将氨气体或蒸汽凝结为液态氨溶液；蒸发器，其中将液态氨蒸发为氨气体或蒸汽，由此吸收热量；以及吸收器，用于将所述氨气体或蒸汽吸收到氨溶液中，并且其中所述蒸发器包括用于保留从所述冷凝器接收的所述液态氨的一部分的部件，以通过所述设备的回流和再循环。
2.如权利要求1所述的冷却设备，其中，所述储存器包括能够收集液体氨的处在所述蒸发器的端部的凹槽或球管。
3.如权利要求2所述的冷却设备，其中，所述储存器设置在远离所述蒸发器的入口的端部。
4.如权利要求3所述的冷却设备，其中，所述回流管线或管道将所述储存器连接到所述冷凝器。
5.如权利要求4所述的冷却设备，其中，所述回流管线或管道适于将所述储存器中收集的氨返回到所述冷凝器入口。
6.如权利要求4或5所述的冷却设备，其中，所述回流管道或管线暴露于环境热量，使得在所述回流管道或管线中流动的液态氨在返回到所述冷凝器之前被蒸发。
7.如权利要求6所述的冷却设备，其中，所述回流管道与所述蒸发器以热交方式换接触。
8.一种包括如以上权利要求中的任一项所述的冷却设备的空气调节设备，所述空气调节设备包括用于使空气通过所述蒸发器流通的部件。
9.如权利要求8所述的空气调节设备，其中，所述流通部件包括一个或多个风扇。
10.如权利要求9所述的空气调节设备，其中，所述冷却设备的所述发生器适于由太阳能来加热。
11.如权利要求10所述的空气调节设备，包括用于向所述发生器供应太阳能的太阳能收集器。
12.如权利要求11所述的空气调节设备，包括与所述发生器关联的热交换器，以便将太阳能所生成的热量传递到所述发生器。
13.如权利要求8至12中的任一项所述的空气调节设备，包括用于加热所述或另一个所述发生器的附加加热部件。
14.如权利要求13所述的空气调节设备，其中，所述另一个发生器布置成与所述第一发生器并联，所述另一个发生器适于由所述附加加热部件来加热。
15.如权利要求14所述的空气调节设备，其中，所述附加加热部件包括气体火焰或电加热器中的一个。
16.一种这样类型的冷却设备，所述冷却设备使用氨作为制冷剂在吸收循环进行操作， 所述设备包括至少第一发生器，用于提供氨气体或蒸汽；冷凝器，用于将氨气体或蒸汽凝结为液态氨溶液；蒸发器，在该蒸发器中将液态氨蒸发为氨气体或蒸汽，并且吸收热量；以及吸收器，用于吸收来自所述蒸发器的所述氨气体或蒸汽，并且其中所述第一发生器适于由太阳能收集器直接或间接加热。
17.如权利要求16所述的冷却设备，其中，所述第一发生器或设置成与所述第一发生器并联的另一个发生器适于由其他热源选择性地加热，该其他热源诸如气动的热源或电力供电的热源加热的。
18.一种冷却方法，包括下列步骤 将液态氨溶液转换为氨气体或蒸汽； 将所述氨气体或蒸汽凝结为冷凝氨溶液；蒸发所述冷凝氨溶液，以便将所述液体转换为蒸汽的氨气体，并且由此吸收热量； 保留所述蒸发步骤中的冷凝氨液的一部分，供重新转换为氨气体或蒸汽；以及吸收来自所述蒸发器的所述氨气体，以便将所述氨气体或蒸汽转换为液态氨溶液，供随后转换为所述氨气体或蒸汽。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述液态氨溶液由太阳能热源转换为所述氨气体或蒸汽。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所保留液体在环境热量的影响下转换为氨气体或蒸汽。
全文摘要
一种冷却方法和设备，使用以氨作为制冷剂的吸收循环，其中发生器(31，34)将液态氨溶液转换为氨气体或蒸汽以便提供给冷凝器(36)，在该冷凝器中将氨气体或蒸汽凝结为液态氨溶液。将液态氨溶液提供给蒸发器(39)，其中将液态氨蒸发为氨气体或蒸汽，由此吸收热量，并且吸收器(43)将氨气体或蒸汽又吸收到氨溶液中。蒸发器(39)包括储存器或球管(40)，它保留液态氨溶液的一部分，通过暴露于环境热量将其转换为氨气体或液体，并且返回到冷凝器(36)以供再循环。
文档编号F25B17/04GK102239371SQ200980148687
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者安德鲁斯·格拉汉姆 申请人:安德鲁斯动力澳大利亚有限公司