專利名稱：無排放冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要目的為輸送冷卻(cooling)且在不帶有排放的情況下工作的設(shè) 備或系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在公布的國際專利申請WO 00/37864中公開了一種化學熱泵，該化學熱泵根據(jù)特 定的過程(本文稱為混合原理、混合方法或混合過程)來工作。通常在化學熱泵中需要大量的閥和泵來執(zhí)行所述過程。在熱泵中典型地提供了約 二十個閥和至少三個循環(huán)泵。這些閥的成本為約20000瑞典克朗，并且對于它們的操作和 泵的操作而言，需要約0. 5kff的電功率。概述本發(fā)明的目的是提供一種用于冷卻的系統(tǒng)，例如用于冷卻例如在建筑物(典型地 為私人住宅或辦公室)中的室內(nèi)空氣。在該系統(tǒng)中，操作冷卻設(shè)備和將功率分配到被使用的地方所需要的所有流均受控 制。通過自循環(huán)來產(chǎn)生流，即通過重力和比液體的其它部分更暖的液體的部分之間的密度
差作用。在系統(tǒng)中不存在運動部件，并且沒有控制系統(tǒng)，而且系統(tǒng)不需要任何電力供應(yīng)?？?在任何冷卻設(shè)備中使用系統(tǒng)的自動控制和液體的自動運送。具體而言，可在太陽能冷卻設(shè) 備中使用該系統(tǒng)，但是也可設(shè)想到其它的熱源。在下面的描述中將闡明本發(fā)明的另外的目的和優(yōu)點，并且根據(jù)描述，這些目的和 優(yōu)點將部分是顯而易見的，或者可通過本發(fā)明的實踐來學習這些目的和優(yōu)點?？山柚谒?附權(quán)利要求中特別指出的方法、過程、手段及組合來實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點。附圖簡述雖然在所附權(quán)利要求中特別闡明了本發(fā)明的新穎特征，但是通過參照附圖考慮下 文提出的非限制性實施例的以下詳細描述，將獲得本發(fā)明(關(guān)于組織和內(nèi)容兩者)以及本 發(fā)明的上述和其它特征的完整的理解，并且將更好地理解本發(fā)明，其中-

圖1是用于冷卻例如建筑物的設(shè)備或系統(tǒng)的示意圖，其顯示了系統(tǒng)在白天如何 工作，-圖2對應(yīng)于圖1，但顯示了系統(tǒng)在夜晚的操作，-圖3對應(yīng)于圖1，但顯示了系統(tǒng)在將分配冷卻時的操作，-圖4和5是以與圖1-3的設(shè)備或系統(tǒng)相同的方式工作的設(shè)備的示意性但是稍微 更詳細的視圖，-圖6a是具有外部熱交換表面的單元導(dǎo)管或單元隔室(unitcell)的示意圖，以及-圖6b是單元導(dǎo)管的備選設(shè)計的類似于圖6a的視圖。詳細描述現(xiàn)在將對基于使用單元隔室或單元導(dǎo)管的系統(tǒng)進行描述。這種單元隔室是完整的 化學熱泵。通過使隔室的一端(本文稱為第二端)保持比相對端(本文稱為第一端)更暖 來對單元隔室進行充能(charge)。此后，當例如沒有對其兩端施加特定的外部溫度時，熱泵 在之前不太暖的端部中產(chǎn)生冷卻，而在之前保持暖的端部中產(chǎn)生熱量。這種單元隔室適于 例如通過以下方式與太陽能加熱一起使用，即，將其第二端放置在例如太陽能收集器中以 便在一天的黑暗時間期間輸送冷卻。在公布的國際專利申請W02007/139476中公開了單元隔室或單元導(dǎo)管的多種可 行設(shè)計中的一個。根據(jù)這個國際專利申請的單元隔室典型地包括伸長的(enlongated)內(nèi) 部封閉腔室，該腔室通常是完全密封的導(dǎo)管或管路21之內(nèi)的空間，見圖6a?；瘜W熱泵的反 應(yīng)器22和冷凝器/蒸發(fā)器23兩者均容納在伸長的腔室中。在位于腔室的第二端處的反應(yīng) 器中提供了活性物質(zhì)，該活性物質(zhì)由在這個端部處施加到腔室的壁上的基體M承載，并且 該活性物質(zhì)可吸收揮發(fā)性液體的蒸氣相。冷凝器/蒸發(fā)器23位于腔室的相對的第一端處， 揮發(fā)性液體(吸附物)在冷凝器/蒸發(fā)器23中冷凝和蒸發(fā)，并且通過分隔件25將冷凝器 /蒸發(fā)器23與另一端分開。分隔件可設(shè)計成內(nèi)部導(dǎo)管，并且然后氣體通道(蒸氣相在其中 傳輸)在內(nèi)部導(dǎo)管之內(nèi)通到腔室的第二端。因此，冷凝器/蒸發(fā)器23由氣體通道和腔室的 第一端中的壁的表面之間的空間27構(gòu)成，并且蒸氣可冷凝和收集在這個空間中且從這個 空間蒸發(fā)?？捎貌ＡЩ蛱麓射搶卧獙?dǎo)管制造成完全密封的。單元導(dǎo)管21還可具有在其 冷凝器/蒸發(fā)器部分23中的基體物質(zhì)觀，并且然后這個基體物質(zhì)可在空間27之內(nèi)位于導(dǎo) 管的內(nèi)表面的上部分處，以使得通道四形成于分隔件25的管狀部分的外表面和基體的內(nèi) 表面之間，從而允許冷凝物和蒸氣傳輸?shù)交w的所有部分，見圖7b。在圖1-3中，顯示了用于加熱和/或冷卻諸如建筑物H的對象的系統(tǒng)，該對象一般 稱為使用者。系統(tǒng)包括上部容器B和下部容器Kvf。這些容器在它們的內(nèi)部空間中包含量 Li，L2的適當?shù)囊后w，例如水。當需要這種功能性時，可使液體自動向上運動到上部容器， 而且當需要這種功能性時，可使液體從上部容器自動向下運動。在沒有運動部件、沒有如通 常使用的加熱/冷卻系統(tǒng)中的任何控制系統(tǒng)并且不需要消耗電功率的情況下進行控制和 操作。用于操作系統(tǒng)的所有能量均從外部熱源獲得，例如從太陽的熱量中和從住宅或使用 者H中的多余的熱量中獲得。在圖1中顯示了在可在白天(即在一天的明亮的部分)發(fā)生的對系統(tǒng)進行充能時 的狀態(tài)。在充能狀態(tài)中的系統(tǒng)的功能如下設(shè)計成諸如上述類型的單元導(dǎo)管的單元隔室種類的熱泵單元R的裝置具有位于 上部容器B中的液體Ll中(主要在這個容器的內(nèi)部空間的上部中)的第一部分Tl。上部 容器由以Il指示的隔熱件至少部分地隔熱。單元導(dǎo)管的自由的第二端T2布置成使得該 第二端T2將不時地被加熱，并且在使用太陽能的情況下，該第二端可在白天期間被陽光照 射。因此，單元導(dǎo)管R的第二部分T2中的熱量將擴散(diffuse)到位于裝有液體的上部 容器B之內(nèi)的單元導(dǎo)管的第一部分Tl。因此，例如通過將揮發(fā)性液體從單元導(dǎo)管R的儲存 器部分傳送到單元導(dǎo)管R的冷凝器/蒸發(fā)器部分來對單元導(dǎo)管R進行充能。為了單元導(dǎo)管R將工作并且單元導(dǎo)管R將能夠處理熱量且將熱量轉(zhuǎn)換(transform)成能量存儲(energy storage)，單元導(dǎo)管的第一部分Tl必須保持比第二部分T2冷得多。這種必需的冷卻通過 上部容器B中(具體而言靠近單元導(dǎo)管R)的液體Ll變熱來自動實現(xiàn)。然后因為由于經(jīng)加 熱的量的液體的密度低于液體的更冷的部分的密度而產(chǎn)生的重量差的原因，經(jīng)加熱的液體 將上升，如箭頭1所示，朝向冷卻源(也稱為散熱裝置(heat sink))，例如安裝到上部容器 B的未隔熱的上部上的冷卻凸緣Kf。在冷卻凸緣Kf處，由于冷卻凸緣將周圍的更冷的空 氣的低得多的溫度傳遞給上升的液體，上升的液體被冷卻，由此，它變得更重且此后向下運 動，如箭頭3所示，并且再次冷卻單元導(dǎo)管R的第一部分Tl。上部容器B應(yīng)設(shè)置成使得在實際上獲得分層的液體溫度差，并且實現(xiàn)這個的條件 可為上部容器B始終處于平靜狀態(tài)，沒有任何強制攪動，以及液體例如不遭受強烈的振動。只要單元導(dǎo)管R的第二端T2正在被加熱(即在特殊的情況下，當太陽照射在單 元導(dǎo)管上時)且冷卻凸緣Kf同時具有低于靠近單元導(dǎo)管的第一端Tl的上部容器中的液體 Ll的溫度的溫度，上部容器B中的這種循環(huán)流動就持續(xù)。此外始終對單元導(dǎo)管R中的熱泵 進行充能。圖2中顯示了在對系統(tǒng)進行放能(discharge)(根據(jù)上面的論述這可在夜晚發(fā)生， 即在一天的黑暗部分期間)時的狀態(tài)。在放能狀態(tài)中的系統(tǒng)的功能如下在單元導(dǎo)管R的第二端T2的加熱已經(jīng)結(jié)束之后(即在特殊的情況下，在日落之后 以及當周圍的空氣的溫度下降時)，位于上部容器B之外的導(dǎo)管的第二部分T2中的單元導(dǎo) 管R的溫度將下降，在特殊的情況下，由于環(huán)境空氣的溫度下降以及因為熱能通過輻射從 單元導(dǎo)管的外表面朝向天空放射。這意味著引入上部容器B中的第一部分Tl中的單元導(dǎo) 管R的溫度將下降更多，因為在之前的白天已發(fā)生的充能將導(dǎo)致平衡狀態(tài)，在其中，在被引 入液體Ll中的單元導(dǎo)管的第一端Tl處的單元導(dǎo)管的內(nèi)部部分往往比在位于上部容器B之 外的單元導(dǎo)管的端部T2處的單元導(dǎo)管的第二部分冷得多，例如在根據(jù)上述國際專利申請 的單元導(dǎo)管的典型設(shè)計中為更冷約30°C。此后，當被引入液體Ll中的單元導(dǎo)管R的第一部分Tl由于單元導(dǎo)管的熱泵功能 所執(zhí)行的放能而被冷卻時，在單元導(dǎo)管R的周圍的上部容器B中的液體將被冷卻，并且通過 這種情況，由于密度差和重力的原因，液體沿箭頭5的方向向下傳輸?shù)皆谙虏咳萜鱇vf中的 裝有液體L2的內(nèi)部空間中。然后，冷液體將通過一個或多個導(dǎo)管7從上部容器B的內(nèi)部空 間的底部向下行進，該導(dǎo)管7從上部容器的底部延伸到第二容器Kvf的內(nèi)部空間。導(dǎo)管7例如可為基本直的，并且具有基本垂直的路線，如所顯示的那樣。一般而 言，導(dǎo)管或多個導(dǎo)管必須設(shè)置成使得可僅通過重力的作用將液體從導(dǎo)管/多個導(dǎo)管的上端 傳送到導(dǎo)管/多個導(dǎo)管的下端。這意味著在導(dǎo)管或多個導(dǎo)管中不可允許有在脫水器(water trap)中看到的S形彎曲的樣式。這也可用這樣的方式來說，當液體沿著導(dǎo)管從導(dǎo)管的上 端運動時，運動將始終是沿相同的方向，即向下，并且因此必須不存在導(dǎo)管的任何這樣的部 分，即，在該部分中，處于這種運動中的液體會改變其方向，并且將改為朝向位于更高的垂 直液面處的位置向上運動。這對下面將描述的導(dǎo)管也適用?？衫缭谙虏咳萜鱇vf的所用外表面處使用隔熱的、包圍的以12指示的罩蓋來對 下部容器Kvf進行隔熱，如所顯示的那樣。在冷液體向下通過導(dǎo)管或多個導(dǎo)管7的同時，下部容器Kvf中的內(nèi)部空間中的更暖的液體將通過用于返回液體的一個或多個其它導(dǎo)管8上升到上部容器B，如箭頭9所示。 這個第二導(dǎo)管或這些第二導(dǎo)管從下部容器Kvf的上部或從下部容器Kvf的內(nèi)部空間的上部 內(nèi)表面向上通到上部容器B的內(nèi)部空間。循環(huán)流動已經(jīng)開始，并且將會持續(xù)，只要在上部容 器中存在比下部容器中的液體更冷的液體。因此，循環(huán)流將會一直持續(xù)，只要單元導(dǎo)管R的 第二部分T2不被加熱，即在特殊情況下，為整個夜晚，直到太陽在位于上部容器B之外的單 元導(dǎo)管R的第二部分T2處再次正照射單元導(dǎo)管R。在這個持續(xù)的循環(huán)流動期間，在上部容 器中的液體Ll的溫度將上升，而在下部容器Kvf中的液體L2的溫度將下降，并且下部容器 Kvf將存儲足夠量的冷液體，以能夠在后一天冷卻使用者H，例如建筑物或辦公室。而且，下部容器Kvf應(yīng)當設(shè)置成使得以與上部容器B相同的方式實際上獲得垂直 地分層的液體溫度差。在圖3中顯示了將冷卻輸送到使用者H，例如建筑物。系統(tǒng)在輸送冷卻時的功能如 下當期望進行冷卻時，閥Vl在第一導(dǎo)管11中打開，第一導(dǎo)管11從下部容器Kvf的 底部向下延伸。然后，下部容器Kvf中的冷液體將如箭頭13所示的那樣通過這個導(dǎo)管和閥 Vl向下流動直到使用者H(例如建筑物)的用于冷卻的系統(tǒng)(未顯示)且流入該系統(tǒng)中。 由于熱液體和冷液體之間的密度差和重力作用的原因，更暖的液體將在用于如箭頭15所 示使液體返回的第二導(dǎo)管12中從使用者的分配系統(tǒng)返回。因此，通過僅由于熱液體和冷液 體的密度差的原因而發(fā)生的循環(huán)流動(即通過自循環(huán))來冷卻使用者H。當使用根據(jù)上述 國際專利申請的單元隔室時，在這里可以在例如5°C和10°C之間的典型溫度來輸送冷卻。還在圖4中顯示了系統(tǒng)在白天期間在其充能狀態(tài)中，并且在圖5中顯示了系統(tǒng)在 放能狀態(tài)中(即在夜晚)?？蔀楸舜瞬⒙?lián)布置的單元隔室組的單元隔室R這里示出為具有 位于建筑物H的頂部上的太陽能收集器17中的外端T2。如圖1-3中所示，單元隔室的內(nèi)部 第一端Tl位于上部容器B的上部中，而冷卻凸緣Kf通過導(dǎo)管同樣連接到上部容器的上部 上。如所顯示的那樣，將上部容器連接到下部容器Kvf上且意圖在放能階段中將冷液體從 上部容器傳送到下部容器的第一導(dǎo)管7應(yīng)從上部容器B的底部開始，并且垂直地在下部容 器的內(nèi)部空間中的某處終止，例如大約在內(nèi)部空間的中心區(qū)域中或中心區(qū)域的稍微上方。 以相同的方式，同樣將上部容器B連接到下部容器Kvf上但意圖在放能階段中將相對暖的 液體從下部容器傳輸?shù)缴喜咳萜鞯牡诙?dǎo)管8應(yīng)從下部容器的內(nèi)部空間的上部壁或頂部 (即從這個容器的最上部)開始，并且垂直地在上部容器的內(nèi)部空間中的某處終止，這里也 例如在內(nèi)部空間的中心區(qū)域中。對于將下部容器Kvf連接到使用者H的分配系統(tǒng)上的那些 導(dǎo)管，具體而言從下部容器的內(nèi)部空間的底部開始的第一導(dǎo)管11和在下部容器的內(nèi)部空 間的中間區(qū)域中的中心某處終止的第二導(dǎo)管12，對應(yīng)的布置也是有效的。雖然本文已經(jīng)對本發(fā)明的具體實施例進行了說明和描述，但是認識到，可設(shè)想許 多其它實施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地想到許多另外的優(yōu)點、修改及變化，而不脫離 本發(fā)明的精神和范圍。因此，在其更寬泛的方面，本發(fā)明不限于本文顯示和描述的具體的細 節(jié)、代表性裝置及示出的實例。因此，可作出各種修改，而不偏離由所附權(quán)利要求及其等同 物所限定的一般發(fā)明概念的精神或范圍。因此應(yīng)理解，所附權(quán)利要求意在覆蓋落在本發(fā)明 的真實精神和范圍內(nèi)的所有這種修改和變化?？稍O(shè)想許多其它實施例，而不脫離本發(fā)明的 精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于以作為冷卻液體的方式將冷卻輸送給使用者(H)的系統(tǒng)，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)包含有液體(Li ；L2)，并且所述上部容器(B)和所述下部容器(Kvf)通過導(dǎo)管(7 ；8)互相連接，其中， 自由流始終通過這些導(dǎo)管；-冷卻裝置(R)，所述冷卻裝置(R)用于冷卻位于所述上部容器(B)中的最上部的液 體；以及-導(dǎo)管(11 ；12)，所述導(dǎo)管(11 ；12)從所述下部容器(Kvf)延伸以將冷卻液體輸送給所 述使用者(H)，并且從使用者(H)中接收返回的液體，所述冷卻裝置(R)包括至少一個伸長的熱泵單元，所述熱泵單元具有包含所述熱泵單 元的蒸發(fā)器/冷凝器部分的第一端(Tl)，所述第一端放置在所述上部容器(B)之內(nèi)，并且基 本上位于第一容器的內(nèi)部空間的上部中，所述熱泵單元具有包含所述熱泵單元的儲存器部 分的第二端(T2)，并且第二單元放置成被周期性地加熱或在一時期期間被加熱，此后，將冷 卻從系統(tǒng)中輸送出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二端(T2)布置成由陽光照射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵單元(R)包括伸長 的內(nèi)部封閉腔室，在包含所述儲存器部分的所述熱泵單元的第二端0 中設(shè)置有由基體 承載的活性物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述熱泵單元(R)中的所述伸長的內(nèi)部 封閉腔室是封閉導(dǎo)管之內(nèi)的空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，使所述上部容器(B)和所述 下部容器(Kvf)彼此連接的所述導(dǎo)管(7，8)包括用于輸送冷卻液體的第一導(dǎo)管(7)，所述第 一導(dǎo)管具有位于所述上部容器(B)的底部處的上部開口和位于所述下部容器(Kvf)的中間 區(qū)域中的下部開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，使所述上部容器(B)和所述 下部容器(Kvf)彼此連接的所述導(dǎo)管(7，8)包括用于返回液體的第二導(dǎo)管(8)，所述第二導(dǎo) 管具有位于所述上部容器(B)的中間區(qū)域中的上部開口和位于所述下部容器(Kvf)的最上 部中的下部開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述下部容器(Kvf)通到 所述使用者(H)的所述導(dǎo)管(11 ；12)包括用于輸送冷卻液體的第一導(dǎo)管(11)，所述第一導(dǎo) 管具有位于所述下部容器(Kvf)的底部處的上部開口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一導(dǎo)管(11)包括。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述下部容器(Kvf)通到 所述使用者(H)的所述導(dǎo)管(11 ；12)包括用于返回液體的第二導(dǎo)管(12)，所述第二導(dǎo)管具 有位于所述下部容器(Kvf)的中間區(qū)域中的上部開口。
全文摘要
一種用于以作為冷卻液體的方式將冷卻輸送給使用者的無排放系統(tǒng)包括通過導(dǎo)管(7，8)彼此連接的上部容器和下部容器(B；Kvf)，從而始終允許液體自由流過導(dǎo)管。位于上部容器中的最上部的液體由熱泵單元(R)冷卻，熱泵單元(R)具有在其第一端(T1)處的蒸發(fā)器/冷凝器部分和在其第二端(T2)處的儲存器部分。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熱或在一時期期間被加熱，此后，將冷卻從系統(tǒng)中輸送出來。
文檔編號F25B27/00GK102084195SQ200980123362
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者G·博林 申請人:克萊美特韋爾公司