專利名稱：一種制冷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及太陽能熱驅(qū)動制冷系統(tǒng)，其中熱驅(qū)動制冷系統(tǒng)可以用于太陽能空調(diào)和太陽能制冷。
背景技術(shù)：
面對原油緊缺的事實，人們對太陽能的興趣蘇醒了。對比老式的消耗型能源(煤炭、石油、核能)，太陽能是一種清潔的可再生能源。人們已經(jīng)開發(fā)出各種各樣的太陽能系統(tǒng)用于獲取并利用太陽能，太陽能熱水器就是一個例子。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種太陽能系統(tǒng)100，包括太陽能發(fā)熱器102，太陽能集能板104，第一水泵106，第二水泵108和儲水槽110。太陽能發(fā)熱器102市面上有成品出售，也容易制得，它吸收太陽能并加熱流過其中的水。第一水泵106驅(qū)動一種液體(例如防凍液)流過太陽能發(fā)熱器102逐漸加熱儲水槽110中的水。當(dāng)熱水被第二水泵108抽出來使用冷水補(bǔ)充進(jìn)儲水槽110時，第一水泵106驅(qū)動該液體在太陽能發(fā)熱器102中循環(huán)加熱。太陽能集能板104利用太陽能產(chǎn)生熱，還可以配合光能收集器產(chǎn)生電能。第一水泵106和第二水泵108可以由光能收集器供電，也可以接市電供電。
圖1所示的熱水器沒有使用外部電源，效率還可以。日常生活中，還有其它使用太陽能的地方，例如空調(diào)和冰箱，這些以前都是使用電能的。本發(fā)明提供一種不使用外部電源的制冷系統(tǒng)，完全使用太陽能驅(qū)動空調(diào)和冰箱。

發(fā)明內(nèi)容
這里概述本發(fā)明內(nèi)容的一些方面并簡要介紹一些優(yōu)選實施例。本部分、摘要和標(biāo)題部分的簡化或者省略是為了不掩蓋本部分、摘要和標(biāo)題部分的目的。這種簡化或者省略不是為了限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的制冷系統(tǒng)主要用于冰箱和空調(diào)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種放置于室外的太陽能集能裝置用于收集太陽能。一種由加熱液體(例如防凍液、制冷劑)驅(qū)動的加速磁性活塞發(fā)電機(jī)產(chǎn)生第一次熱能轉(zhuǎn)換發(fā)電。一個貯水槽用于儲存熱水。第一泵由加速磁性活塞發(fā)電機(jī)供電，推動該液體循環(huán)通過儲水槽，當(dāng)該液體通過太陽能集能裝置時被逐步加熱。第二熱電轉(zhuǎn)換器置于貯藏的水中，推動熱水發(fā)電。制冷裝置運(yùn)行于至少三種工作流，通過低溫蒸發(fā)高溫凝結(jié)達(dá)到制冷效果。一個工作部件由第一或者第二發(fā)動機(jī)供電，利用制冷裝置產(chǎn)生的制冷效應(yīng)。這樣組裝成一個完全由太陽能驅(qū)動的空調(diào)或者冰箱。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一個可以卷起收縮的防護(hù)罩用于保護(hù)太陽能集能裝置。一般來說，包括硅單元的太陽能集能裝置是非常易碎的。該防護(hù)罩用于保護(hù)太陽能集能裝置。在一個實施例中一個可卷起收縮的防護(hù)罩由自動滾桿依據(jù)一個或者多個傳感器自動控制。例如，當(dāng)風(fēng)太強(qiáng)時，滾桿啟動防護(hù)罩部分或者全部地遮蓋太陽能集能裝置。
本發(fā)明可以依據(jù)多種方法作成一個子系統(tǒng)、一個裝置或者一種方法。依據(jù)一個實施例，本發(fā)明是一種制冷設(shè)備，包括一個置于戶外收集太陽能的集能裝置，一個使得一種液體通過該集能裝置循環(huán)并使該液體逐步被加熱的循環(huán)裝置；一個儲水槽用于儲存由加熱液體來加熱的水；第一發(fā)電機(jī)將液體中的熱/壓轉(zhuǎn)換為電能；制冷裝置運(yùn)作于至少三種工作液體，通過低溫蒸發(fā)高溫凝結(jié)達(dá)到制冷效果；至少由第一發(fā)動機(jī)供電的一組工作部件，利用制冷裝置產(chǎn)生的制冷效應(yīng)。
本發(fā)明的一個目的、特征、優(yōu)勢在于提供一種完全有太陽能驅(qū)動的制冷裝置。
以下結(jié)合附圖的對實施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目的、特征、優(yōu)勢將得到體現(xiàn)。


下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例以及權(quán)利要求書進(jìn)一步詳細(xì)說明，使得本發(fā)明的上述和其他目的、特征和有益效果更加易于理解。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的太陽能系統(tǒng)，包括一個太陽能發(fā)熱器、一個太陽能集能板、第一泵、第二泵和儲水槽；圖2是依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設(shè)計示意圖；圖3是熱力學(xué)循環(huán)模式示意的功能框圖；圖4是依據(jù)圖3的熱力學(xué)循環(huán)模式產(chǎn)生冷空氣的一個實施例；
圖5是一個使用防護(hù)罩保護(hù)集能板的實施例的側(cè)視圖。
優(yōu)選的具體實施例本發(fā)明涉及可以用于空調(diào)或者冰箱的制冷系統(tǒng)。該制冷系統(tǒng)完全由太陽能驅(qū)動。本發(fā)明的詳細(xì)描述主要依據(jù)過程、步驟、邏輯框圖、程序、以及其它符號描述，其直接或間接地與耦合到光路中的光學(xué)裝置的操作相類似。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員通常使用這些方法以有效地向本領(lǐng)域內(nèi)的其他技術(shù)人員轉(zhuǎn)達(dá)他們的工作內(nèi)容。
這里的“一個實施例”是指與本發(fā)明的至少一個實施例相關(guān)的一種特征、結(jié)構(gòu)或者性質(zhì)。在說明書中多處出現(xiàn)的詞組“在一個實施例中”不是所有都指同一個實施例，也不是指與其它實施例相獨(dú)立的或者僅有的實施例。而且，代表本發(fā)明的一個或者多個實施例的程序流程圖或者框圖中的順序既不是指本發(fā)明的固有特定順序，也不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
下面參見附圖，在多個圖中全部同樣的數(shù)字指代同一個部件。圖2所示的方案200是本發(fā)明的一個實施例，除了包括圖1中所示的太陽能發(fā)熱器102、第一泵106、第二泵108和儲水槽110以外，方案200還包括第一發(fā)電機(jī)202、第二發(fā)電機(jī)204和制冷系統(tǒng)206。第一發(fā)電機(jī)202連接太陽能發(fā)熱器102。第一發(fā)電機(jī)202利用太陽能發(fā)熱器102中的熱水發(fā)電。在一個實施例中，第一發(fā)電機(jī)202是一種加速磁性活塞發(fā)電機(jī)，這種發(fā)動機(jī)可以由任何熱或者壓力提供的能源發(fā)電。下述網(wǎng)址中關(guān)于加速磁性活塞發(fā)電機(jī)原理可供參考http://peswiki.com/index.php/Directory:Accelerated_Magnetic_Piston_Generator在沒有太陽能時(夜晚)，方案200為了保持設(shè)備(例如空調(diào))運(yùn)轉(zhuǎn)，位于儲水槽110中的第二發(fā)電機(jī)204，如207中，用于提供電能。制冷系統(tǒng)206工作于熱力學(xué)循環(huán)模式產(chǎn)生制冷效應(yīng)。圖3是熱力學(xué)循環(huán)模式300的功能框圖。
熱力學(xué)循環(huán)模型300包括蒸發(fā)器302，預(yù)冷器304，冷凝/吸收器306，發(fā)電機(jī)308，蓄水池310，氣泡泵312。依據(jù)一個實施例，蒸發(fā)器302中儲存有部分制冷劑和壓力平衡氣體，兩者以幾乎純凈的形態(tài)來自于預(yù)冷器304(如圖中的點(diǎn)4和2)。下面介紹通常涉及的Einstein-Szilard泵，在存在壓力平衡氣體的情況下當(dāng)制冷劑的分壓力偏低時制冷劑蒸發(fā)。壓力平衡氣體封閉在蒸發(fā)器302中接近凝結(jié)，具體的工作過程進(jìn)一步描述如下。
首先，幾乎純凈的飽和丁烷液在冷凝/吸收溫度下從冷凝/吸收器306流入(如圖3中的狀態(tài)2)。同時，飽和氨水蒸汽(如圖3中狀態(tài)4)氣泡進(jìn)入液態(tài)丁烷。氨水蒸汽降低了丁烷的分壓力導(dǎo)致其蒸發(fā)。在它蒸發(fā)進(jìn)入氨水蒸汽中，丁烷冷卻其自身、氨水蒸汽，形成外部制冷。少量的氨水蒸汽被吸收，在液態(tài)丁烷中產(chǎn)生一些吸收熱也被蒸發(fā)的丁烷帶走。在一個給定的氣體壓力下，蒸發(fā)器302中的溫度取決于相對丁烷—氨水流動速度。為了預(yù)防溫度滑移，增加蒸發(fā)器溫度，該設(shè)計以共沸混合物為條件。
在狀態(tài)3，盡管離開蒸發(fā)器302的混合氣體還不足以形成額外的制冷，但是比進(jìn)入蒸發(fā)器302的液體更冷。預(yù)冷器304使得兩股流體進(jìn)入蒸發(fā)器302制冷而離開蒸發(fā)器302制熱。假設(shè)預(yù)冷器304的工作條件穩(wěn)定，沒有流動摩擦并且是絕熱的，這樣熱量傳遞只存在于進(jìn)入的流體和出去的流體之間。因此蒸發(fā)器302和冷凝/吸收器306之間達(dá)到質(zhì)量守恒。
在制冷循環(huán)中，冷凝器和吸收器結(jié)合成單一部件306，兩種過程同時進(jìn)行，如圖3所示。在狀態(tài)6當(dāng)混合蒸汽離開預(yù)冷器304時進(jìn)入冷凝/吸收器306，與在氨水中變?nèi)醯母敝评湟旱南陆档谋∧ぎa(chǎn)生的大面積表面遭遇。水膜，在狀態(tài)9進(jìn)入冷凝/吸收器306，可以從混合氣體中吸收氨水。這增加了丁烷在氣體中的濃度和丁烷在氣體中的分壓力。在這個系統(tǒng)壓力下現(xiàn)在丁烷可以在其飽和溫度下凝結(jié)，這個飽和溫度剛好在之前蒸發(fā)器302的蒸發(fā)溫度之上。
現(xiàn)在富含氨的液態(tài)水和丁烷從冷凝/吸收器306的器壁下降。由于氨水溶液不能與丁烷混合，并且更濃厚，下沉到冷凝器的底層并流出如點(diǎn)7所示。輕者，不能混合的丁烷浮在溶液的上層并從點(diǎn)1流出。冷凝器工作于穩(wěn)定狀態(tài)而且液體離開冷凝器假定有熱量并且蒸汽液態(tài)在冷凝器的溫度下平衡。
在發(fā)電機(jī)308中，來自冷凝/吸收器306的富含氨的水是熱的。該發(fā)電機(jī)汽化氨水(如圖3中狀態(tài)5)然后流向蒸發(fā)器302。剩余的水，含氨氣減少，下降到發(fā)電機(jī)的底部并從那里流入氣泡泵，并回到冷凝器。在回到冷凝器之前，該熱氨水溶液釋放出熱量給來自于冷凝/吸收器306的較冷的氨水溶液。
為了在沒有機(jī)械泵的條件下使工作液體循環(huán)，使用氣泡泵312。一個氣泡泵是一個用于溝通兩個一高一低蓄水池的加熱的管道(長度L直徑D)。低位蓄水池308向管道中注入液體至同樣的初始高度(h)。于管道的底部加熱，速率足夠蒸發(fā)管道中的部分液體。產(chǎn)生的氣泡在管道內(nèi)上升攜帶著液體到高位蓄水池。流體在管道中的體積密度相對于低位蓄水池中的液體下降，因此產(chǎn)生全面的浮力提升。
眾所周知在一個固定直徑的垂直管道中存在兩種狀態(tài)下的四種流動。對于低位蒸發(fā)流動速度，細(xì)小分散的氣泡以一種連續(xù)的液態(tài)上升。這是氣泡流動。增加蒸汽流動導(dǎo)致蒸汽氣泡結(jié)合在液態(tài)下上升的子彈形狀的液滴。這是活塞流，這樣氣泡泵有效運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)一步增加蒸汽流動導(dǎo)致每一種狀態(tài)交替地充盈于管道的高擺動流動。這是攪動流動。最后一種流動是一種環(huán)形流動，通過再進(jìn)一步增加蒸汽流動獲得，其中液體在管道壁上形成薄膜并且蒸汽在中心上升。有關(guān)熱力學(xué)循環(huán)模型300的更多信息，參見網(wǎng)頁http://www.me.gatech.edu/energy/andy_phd/three.htm，其中的詳細(xì)描述以及相關(guān)理論都是本文的參考文件。
如圖4是基于圖3所示的熱力學(xué)循環(huán)模型300產(chǎn)生冷氣的一個實施例?？諝?主要是熱空氣)進(jìn)入通道402。一個主要由熱電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的熱電子發(fā)電機(jī)404為空氣輸送機(jī)406供電。在一個實施例中空氣輸送機(jī)406是一個電動的空氣輸送機(jī)和調(diào)節(jié)器。電動的空氣輸送機(jī)和調(diào)節(jié)器的細(xì)節(jié)描述作為一個范例見US Patent 6,911,186?？諝廨斔蜋C(jī)406使得空氣流動通過制冷線圈被制冷，該制冷線圈由如圖3所示的熱力學(xué)循環(huán)模型300制冷。冷空氣通過通風(fēng)通道408出口。這就是一個完整的由太陽能運(yùn)轉(zhuǎn)的空調(diào)系統(tǒng)。
依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一個真空太陽能管道陣列用于收集熱量(太陽能)，熱水/制冷劑儲存于一個或者多個儲水池中的熱水中。儲水池中的熱源提供給一個單一壓力的直接熱驅(qū)動循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)不需要電能、在該單一壓力下完成循環(huán)。就象一個使用重力的泵一樣，這個單一壓力滿足了要求，不再需要電或者機(jī)械泵。
該循環(huán)需要至少三種工作流，低溫蒸發(fā)和高溫凝結(jié)通過利用制冷劑的分壓力無聲而有效地運(yùn)行，而且依據(jù)本發(fā)明該制冷裝置(冰箱或者空調(diào))還沒有運(yùn)動的部件、可靠性高、輕便。
依據(jù)一個實施例，水和防凍劑混合液用于收集太陽能(例如太陽能發(fā)熱器和太陽能轉(zhuǎn)換儲藏器)，而類丁烷(iso-butane)、氨和水混合液用于單一壓力系統(tǒng)(例如熱力學(xué)循環(huán)模式)釋放制冷效應(yīng)。熱電子發(fā)生器(例如三級真空管設(shè)計)用于將熱能轉(zhuǎn)換為離子，可以產(chǎn)生從入口到出口的空氣流，在通風(fēng)系統(tǒng)中或者通過使用熱水槽中的加速磁性活塞發(fā)電機(jī)和/或者單一壓力機(jī)械裝置來發(fā)出電(通過熱或者壓力)，可以使用離子發(fā)生器來產(chǎn)生氣流。
運(yùn)行一個負(fù)離子發(fā)生器(例如一個電動空氣傳送器以及空調(diào))的能量來自于一個加速磁性活塞發(fā)電機(jī)，在熱水槽中或者在單一壓力機(jī)械裝置中或者同時使用上述兩者。在一個實施例中，能量來自于一個熱水槽中的發(fā)電機(jī)，這里發(fā)電機(jī)包括兩種不同的金屬線，當(dāng)兩種不同的金屬線的結(jié)合處的溫度不同時產(chǎn)生電壓(Seebeck效應(yīng))，US Patent Publication20030066476，作為本文的參考文件，具有相關(guān)詳細(xì)描述。于是電能向空氣離子發(fā)生器供電，在單一壓力系統(tǒng)以外為空調(diào)制冷。
為了保護(hù)真空太陽能管道，圖5是使用防護(hù)罩502的實施例500的側(cè)視圖，防護(hù)罩502可以順一對軌道504卷起收縮。防護(hù)罩502由一個電機(jī)控制，而電機(jī)由一個或者多個傳感器控制。舉例來說這些傳感器可以包括溫度傳感器或者風(fēng)速傳感器。一般而言，真空太陽能管道或者太陽能集能器置于戶外。當(dāng)液態(tài)流過太陽能真空管被加熱到一個預(yù)定的溫度以上時(例如利用一個溫度傳感器測溫)，防護(hù)罩也許是部分或者全部卷起的，這樣降低或者停止對太陽能的吸收。同樣當(dāng)風(fēng)速超過預(yù)定的速度(例如利用一個風(fēng)速傳感器測速)，防護(hù)罩也許是全部卷起以防止風(fēng)損壞真空太陽能管道。依據(jù)一個實施例，馬達(dá)，一個輔助電路，可能的傳感器由第一發(fā)電機(jī)202和第二發(fā)電機(jī)204之一或者電池供能。
借助于具體的實施例描述了本發(fā)明，這些說明是描述性的，不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。依據(jù)本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的范圍本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對這些優(yōu)選實施例作出各種修改，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制冷設(shè)備，包括一個置于戶外收集太陽能的集能裝置； 一個循環(huán)裝置，使得一種液體通過該集能裝置循環(huán)從而使該液體被該集能裝置逐步加熱；一個儲水槽，用于儲藏該加熱液體；一個第一發(fā)電機(jī)，用于將該液體中的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；一個制冷系統(tǒng)，工作于至少三種工作流，通過低溫蒸發(fā)和高溫凝結(jié)獲得制冷效應(yīng)；以及一個至少由第一發(fā)電機(jī)供電從而使用該制冷系統(tǒng)的制冷效應(yīng)的工作部件。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，所述集能裝置包括一個所述液體流經(jīng)其中的真空管道陣列。
3.如權(quán)利要求2所述的制冷設(shè)備，所述液體是一種水/防凍液。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，所述第一發(fā)電機(jī)是一個熱電發(fā)電機(jī)。
5.如權(quán)利要求4所述的制冷設(shè)備，所述熱電發(fā)電機(jī)是一個加速磁性活塞發(fā)電機(jī)。
6.如權(quán)利要求4所述的制冷設(shè)備，所述循環(huán)裝置包括由熱電發(fā)電機(jī)供電的第一泵。
7.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，還包括在所述儲水槽中的第二發(fā)電機(jī)，第二發(fā)電機(jī)利用該儲水槽中的被加熱液體的熱發(fā)電。
8.如權(quán)利要求7所述的制冷設(shè)備，所述第二發(fā)電機(jī)在太陽能不充足時提供電能。
9.如權(quán)利要求7所述的制冷設(shè)備，所述工作部件由第二發(fā)電機(jī)供電。
10.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，所述制冷系統(tǒng)依據(jù)Einstein-Szilard泵運(yùn)行從而產(chǎn)生制冷效應(yīng)，不使用電能。
11.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，所述制冷系統(tǒng)依據(jù)熱力學(xué)循環(huán)模式運(yùn)行從而產(chǎn)生制冷效應(yīng)，不使用電能。
12.如權(quán)利要求11所述的制冷設(shè)備，用于太陽能空調(diào)和冰箱。
13.如權(quán)利要求1所述的制冷設(shè)備，所述工作部件由第一發(fā)電機(jī)和第二發(fā)電機(jī)擇一供電，而且同時包括一個在一個空氣入口和一個空氣出口之間形成氣流的電動空氣輸送機(jī)。
14.如權(quán)利要求13所述的制冷設(shè)備，所述工作部件接收來自空氣入口的空氣并從空氣出口排出由制冷系統(tǒng)的制冷效應(yīng)制冷的空氣。
15.如權(quán)利要求14所述的制冷設(shè)備，所述制冷設(shè)備是一部空調(diào)。
16.如權(quán)利要求14所述的制冷設(shè)備，所述電動空氣輸送機(jī)還包括一個使空氣電離的空氣負(fù)離子發(fā)生器。
17.一種制冷設(shè)備，包括一個置于戶外收集太陽能的太陽能集能裝置；一個利用熱水發(fā)電的第一熱電泵；一個儲水槽；一個由第一熱電泵供電的第一泵裝置，使得一種液體循環(huán)通過所述儲水槽，當(dāng)該液體通過所述太陽能集能裝置時被逐步加熱；一個被置于所述儲水槽的第二熱電泵，利用所述加熱液體發(fā)電；一個工作于至少三種工作流的制冷系統(tǒng)，該三種工作流通過低溫蒸發(fā)和高溫凝結(jié)獲得制冷效應(yīng)；以及一個工作部件，至少由第一發(fā)電機(jī)和第二發(fā)電機(jī)之一供電，使用所述制冷系統(tǒng)的制冷效應(yīng)。
18.如權(quán)利要求17所述的制冷設(shè)備，所述工作部件是冰箱的一部分。
19.如權(quán)利要求17所述的制冷設(shè)備，所述工作部件包括使得空氣從一個空氣入口流動到一個空氣出口的電動空氣傳送機(jī)。
20.如權(quán)利要求19所述的制冷設(shè)備，所述制冷設(shè)備是空調(diào)的一部分。
全文摘要
公開了一種完全由太陽能驅(qū)動的制冷系統(tǒng)。該制冷系統(tǒng)可用于冰箱和空調(diào)。依據(jù)本發(fā)明的一個方面，包括一個置于戶外收集太陽能的集能裝置。還包括一個用于發(fā)電的運(yùn)行于加熱液體的第一熱電泵。一個用于儲藏?zé)崴膬λ?。一個位于所述儲水槽中的第二熱電泵，運(yùn)行于熱水發(fā)電。一個至少具有三種工作流的制冷系統(tǒng)，通過低溫蒸發(fā)和高溫凝結(jié)獲得制冷效應(yīng)。至少由第一發(fā)電機(jī)和第二發(fā)電機(jī)之一供電的工作部件，使用制冷系統(tǒng)的制冷效應(yīng)工作。
文檔編號F25B27/02GK1995870SQ20061012917
公開日2007年7月11日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者帕特里克·朱伊里, 肖恩·翰克內(nèi)爾 申請人:帕特里克·朱伊里, 肖恩·翰克內(nèi)爾