制冷設(shè)施冷卻和水淡化的制作方法
【專利說明】制冷設(shè)施冷卻和水淡化
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請依據(jù)35U.S.C.§119(e)要求以下申請的提交日期的優(yōu)先權(quán):2013年3月15日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/794，138，該申請的公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。
[0003]引言
[0004]美國和全世界各地都廣泛使用采用制冷的設(shè)施。制冷系統(tǒng)大量用于各種商業(yè)和民用設(shè)施。制冷系統(tǒng)通常消耗大量能量。例如，在美國，冰箱消耗的能量大于任何其他單一家用器具。據(jù)估計(jì)，僅制冷成本一項(xiàng)就占了美國家庭能量消費(fèi)的六分之一。另外，超市是最消耗能量的商業(yè)建筑之一。超市的制冷系統(tǒng)每年可以消耗達(dá)1-1.5百萬kWh的能量，是其總體年度能量消耗的一半以上。對(duì)總體商業(yè)制冷能量消耗的估算表明，總體商業(yè)建筑能量消耗中大約4%是商業(yè)制冷設(shè)備使用的。
[0005]由于制冷系統(tǒng)消耗的能量巨大，制冷系統(tǒng)在各種商業(yè)和民用設(shè)施中的廣泛使用對(duì)于環(huán)境具有重大意義。例如，據(jù)估計(jì)，為美國的一個(gè)超市的制冷機(jī)提供電能一年大約產(chǎn)生超過1383公噸的二氧化碳排放。類似地，為美國的制冷機(jī)提供電能一年大約產(chǎn)生超過9.25億公噸的二氧化碳排放。與制冷技術(shù)相關(guān)的環(huán)境方面的擔(dān)心包括制冷技術(shù)對(duì)于全球變暖和臭氧層損耗所起的作用。
[0006]近年來，人們不斷致力于開發(fā)出更加節(jié)能的制冷技術(shù)。開發(fā)和實(shí)施用于商業(yè)和民用設(shè)施的更加節(jié)能的制冷系統(tǒng)在未來將會(huì)有助于降低與制冷系統(tǒng)相關(guān)的總溫室氣體排放。
[0007]概述
[0008]本發(fā)明提供了一種用于制冷設(shè)施冷卻和水淡化的系統(tǒng)。在一些實(shí)例中，該系統(tǒng)包括制冷設(shè)施，所述制冷設(shè)施具有水冷卻子系統(tǒng)，該水冷卻子系統(tǒng)配置用于接收冷水并輸出熱水，和與所述制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠，所述水淡化廠配置用于接收并淡化所述熱水。本發(fā)明的一些實(shí)例還包括用于利用水冷卻子系統(tǒng)冷卻制冷設(shè)施并利用與所述制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠淡化水的方法。
[0009]本發(fā)明的系統(tǒng)在多種實(shí)例中包括具有配置用于接收冷水并輸出熱水的水冷卻子系統(tǒng)的制冷設(shè)施以及與所述制冷設(shè)施共同設(shè)置并配置用于接收和淡化所述輸出的熱水的水淡化廠。在所披露系統(tǒng)的可選實(shí)例中，所述制冷設(shè)施是種子存儲(chǔ)設(shè)施。在一些實(shí)施方式中，從海洋接收所述冷水。并且，在所述系統(tǒng)的【具體實(shí)施方式】中，所述水淡化廠是反滲透水淡化廠。
[0010]具有水冷卻子系統(tǒng)的所述系統(tǒng)的一些實(shí)施方式包括入水口。在一些實(shí)例中，所述入水口可以位于水源中15米或以上的深度，例如20米或以上，25米或以上，30米或以上，35米或以上。在具體實(shí)例中，所述入水口位于所述水源的透光區(qū)之下。
[0011]在可選實(shí)例中，所述系統(tǒng)包括配置用于從所述水淡化中心排放蒸鹽水的排水口。在一些實(shí)施方式中，所述排水口位于水體(例如海洋)中15米或以上的深度，例如20米或以上，25米或以上，30米或以上，35米或以上。在一些實(shí)施方式中，設(shè)置所述排水口的所述水體是設(shè)置系統(tǒng)的所述入水口的相同的海洋。
[0012]在可選實(shí)例中，所披露的系統(tǒng)包括與制冷設(shè)施和水淡化廠共同設(shè)置的發(fā)電廠。在一些實(shí)例中，所述發(fā)電廠可操作地連接至所述制冷設(shè)施和所述水淡化廠。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)例中，所述制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠配置用于與獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的相同制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠相比產(chǎn)生較少碳排放。在系統(tǒng)的一些實(shí)例中，所述制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠配置用于每單位數(shù)量的制冷設(shè)施冷卻和每單位體積的水淡化消耗與獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的相同制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠相比較少的能量。
[0013]本發(fā)明還提供了一種用于冷卻制冷設(shè)施和淡化鹽水的方法。在一些實(shí)例中，所述方法包括:(I)用包括冷水入水口和熱水排水口的水冷卻子系統(tǒng)冷卻制冷設(shè)施，其中所述水冷卻子系統(tǒng)配置用于吸收所述制冷設(shè)施產(chǎn)生或者制冷設(shè)施內(nèi)的熱量;和(2)在與所述制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠對(duì)從所述熱水出口接收的熱水進(jìn)行淡化。在所述方法的一些實(shí)例中，所述水淡化廠是反滲透水淡化廠。
[0014]在所述方法的一些實(shí)例中，所述制冷設(shè)施的水冷卻子系統(tǒng)配置用于從冷水入水口獲得海水。在一些實(shí)例中，冷水入水口可以位于水源的透光區(qū)以下(例如在海洋的透光區(qū)以下)。
[0015]所述方法的一些實(shí)例包括將來自水淡化廠的蒸鹽水排至海洋。在一些實(shí)例中，所述蒸鹽水被排至海洋的透光區(qū)以下。
[0016]在各種實(shí)施方式中，所述用于冷卻制冷設(shè)施和利用制冷設(shè)施淡化鹽水的方法產(chǎn)生與獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的相同制冷設(shè)施和水淡化廠相比較少的碳排放。并且，在一些實(shí)例中，所述用于冷卻制冷設(shè)施和利用制冷設(shè)施和水淡化廠淡化鹽水的方法每單位量的制冷設(shè)施冷卻和每單位體積的水淡化消耗與獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的相同制冷設(shè)施和水淡化廠相比較少的能量。
[0017]在可選實(shí)例中，所披露的方法還包括從與所述制冷設(shè)施和水淡化廠共同設(shè)置的發(fā)電廠獲得動(dòng)力以運(yùn)轉(zhuǎn)所述制冷設(shè)施和水淡化廠。在一些實(shí)例中，所述用于冷卻制冷設(shè)施和利用制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠淡化鹽水的方法產(chǎn)生與獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的相同制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠相比較少的碳排放。并且，在一些實(shí)例中，所述用于冷卻制冷設(shè)施和利用制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠淡化鹽水的方法每單位量的制冷設(shè)施冷卻和每單位體積的水淡化消耗與獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的相同制冷設(shè)施、水淡化廠和發(fā)電廠相比較少的能量。
[0018]在可選實(shí)例中，所披露的方法還包括將數(shù)據(jù)中心與制冷設(shè)施和/或水淡化廠和/或發(fā)電廠共同設(shè)置。在一些實(shí)施方式中，所述方法包括將數(shù)據(jù)中心的能源使用效率PUE保持為小于2。在具體實(shí)例中，所述方法包括將數(shù)據(jù)中心的能源使用效率PUE保持為I至1.3的范圍。
[0019]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在閱讀本文對(duì)所述裝置和方法的詳細(xì)說明之后，本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得顯而易見。
[0020]附圖簡述
[0021]通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明將會(huì)得到更好的理解，附圖包括:
[0022]圖1提供根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包括制冷設(shè)施和與制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠的系統(tǒng)的圖示。
[0023]圖2提供根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包括制冷設(shè)施、與制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠以及與制冷設(shè)施和水淡化廠共同設(shè)置的發(fā)電廠的系統(tǒng)的圖示。
[0024]定義
[0025]本文所使用的術(shù)語“制冷”指將熱量從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的處理過程(例如化學(xué)過程)。因此，制冷包括降低(即冷卻)一個(gè)位置(例如隔熱室)的溫度和/或提升(即加熱)另一個(gè)位置的溫度。制冷還可以包括通過將一物體保持在配置用于冷卻或冰凍的系統(tǒng)中而將該物體保持在一溫度(例如室溫)以下。
[0026]本文所使用并詳細(xì)描述的術(shù)語“制冷設(shè)施”指配置和/或用于制冷的設(shè)施。因此，制冷設(shè)施可以配置用于包括降低和/或保持第一位置(例如一個(gè)或多個(gè)隔熱室或制冷設(shè)施內(nèi)隔熱室的部分)的溫度和/或提升和/或保持第二位置的溫度。
[0027]類似地，本文所使用并詳細(xì)描述的術(shù)語“水淡化廠”指配置和/或用于對(duì)水進(jìn)行淡化的設(shè)施。在一些實(shí)施方式中，水淡化廠容納用于對(duì)水進(jìn)行淡化的部件。
[0028]本文所使用的術(shù)語“淡化”指從鹽水(即含有一定濃度的至少一種溶解鹽的水)中除去一定量的鹽和/或其他礦物質(zhì)或成分的任何幾個(gè)處理。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，淡化是從鹽水中除去一定數(shù)量的鹽和/或其他礦物質(zhì)或成分以使所述水可以適合活生物體使用(即活生物體可以使用所述水以保持健康的水合作用水平和/或活生物體可以使用所述水而所述水不會(huì)對(duì)活生物體的健康產(chǎn)生有害作用)。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，淡化使水可以飲用。在一些實(shí)施方式中，所述活生物體是“哺乳動(dòng)物”，其中這些術(shù)語在廣義上描述哺乳動(dòng)物綱內(nèi)的生物，包括食肉動(dòng)物目(例如狗和貓)、嚙齒動(dòng)物目(例如小鼠、豚鼠和大鼠)以及靈長動(dòng)物目(例如人、黑猩猩和猴子)。在一些實(shí)施方式中，所述活生物體是人。術(shù)語“人”包括在兩種性別和各個(gè)年齡段(胎兒、新生兒、嬰兒、兒童、青少年和成人)的人類個(gè)體，其中一些實(shí)施方式中所述人類個(gè)體是兒童、青少年和成人。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，淡化從鹽水中除去一定數(shù)量的鹽和/或其他礦物質(zhì)或成分以使所述水可以用于特定目的(例如灌溉)。
[0029]本文所使用的術(shù)語“共同設(shè)置”指將兩個(gè)或多個(gè)事物鄰近(即在一定的距離內(nèi))放置。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)例中，共同設(shè)置的單元有可能是它們具有一個(gè)或多個(gè)相同方面(例如設(shè)施或部件，在例如特定系統(tǒng)或機(jī)械方面)。在一些實(shí)例中，共同設(shè)置的單元有可能彼此相距0.1米、I米、10米、100米、1,000米、10,000米內(nèi)，或者100,000米內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，共同設(shè)置的單元是位于相鄰或鄰接的區(qū)域或地片的兩個(gè)或多個(gè)設(shè)施。在一些實(shí)施方式中，共同設(shè)置的單元是位于相同地區(qū)的兩個(gè)或多個(gè)設(shè)施。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)例中，共同設(shè)置的單元的位置使其能夠流體連通(即所述單元配置為至少一種流體能夠在單元之間移動(dòng)或流動(dòng))。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)例中，共同設(shè)置的單元的位置使其可以共享如下所述的一個(gè)或多個(gè)部件(例如水冷卻子系統(tǒng))O在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，共同設(shè)置的單元的位置使其能夠電相連(即通過至少一種導(dǎo)電材料相連)并共享至少一個(gè)電氣部件。在具體實(shí)例中，共同設(shè)置的單元的位置使其與位于不同位置的單元(即彼此相距較大距離)相比可以具有更高的能量效率(對(duì)于相同生產(chǎn)量使用較少能量)。在各種實(shí)施方式中，共同設(shè)置的單元的位置使其與位于不同位置的單元(即彼此相距較大距離)相比可以產(chǎn)生較少碳排放(例如二氧化碳排放)或具有較小碳足跡。在可選實(shí)例中，共同設(shè)置的單元的位置使其產(chǎn)生的潛在污染物(例如熱污染)最小化。在所披露的系統(tǒng)的一些實(shí)例中，共同設(shè)置的單元的位置使其可操作地連接。
[0030]本文所使用的術(shù)語“可操作地連接”指用特定方式(例如使水移動(dòng)和/或使電力傳輸)連接從而使所披露的系統(tǒng)及其各種部件能夠以如下所述的方式有效運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，發(fā)電廠可操作地連接至數(shù)據(jù)中心可以使發(fā)電廠和數(shù)據(jù)中心之間具有電流(即通過至少一種導(dǎo)電材料流動(dòng))，從而使數(shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)所需電力能夠至少部分從所述發(fā)電廠獲取。
[0031]詳述
[0032]本發(fā)明提供了一種用于制冷設(shè)施冷卻和水淡化的系統(tǒng)。在一些實(shí)例中，該系統(tǒng)包括制冷設(shè)施，所述制冷設(shè)施具有水冷卻子系統(tǒng)，該水冷卻子系統(tǒng)配置用于接收冷水并輸出熱水，和與所述制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠，所述水淡化廠配置用于接收并淡化所述熱水。本發(fā)明的一些實(shí)例還包括用于利用水冷卻子系統(tǒng)冷卻制冷設(shè)施并利用與所述制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠淡化水的方法。
[0033]在更詳細(xì)描述本發(fā)明之前，應(yīng)了解本發(fā)明不限于所述的特定實(shí)施方案，因此所述實(shí)施方案當(dāng)然可變化。也應(yīng)了解本文所用的術(shù)語僅出于描述特定實(shí)施方案的目的，并且不意圖具有限制性，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍將僅受限于隨附權(quán)利要求。
[0034]當(dāng)提供數(shù)值范圍時(shí)，應(yīng)了解除非上下文另外明確規(guī)定，否則在該范圍的上限與下限之間的直至下限的十分之一單位的各間插值也被明確披露了。并且，在該陳述的范圍內(nèi)的任何陳述值或間插值與該陳述的范圍內(nèi)的任何其它陳述值或間插值之間的較小范圍也都涵蓋在本發(fā)明內(nèi)。這些較小范圍的上限和下限可獨(dú)立地包括在或者排除于所述范圍內(nèi)，包含在所述較小范圍中的任一或兩個(gè)界限也涵蓋在本發(fā)明內(nèi)，屬于陳述的范圍內(nèi)的任何明確排除的界限。當(dāng)陳述的范圍包括一個(gè)或兩個(gè)界限時(shí)，排除那些包括的界限中的任一個(gè)或兩個(gè)的范圍也包括在本發(fā)明中。
[0035]除非另外定義，否則本文所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都與本發(fā)明所述的本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常所理解具有相同含義。盡管在實(shí)施或測試本發(fā)明時(shí)也可使用與本文所述的那些方法和材料類似或等效的任何方法和材料，但現(xiàn)描述代表性說明性方法和材料。在本文中引用的所有公布都以引用的方式并入本文。應(yīng)了解在存在不一致時(shí)本文將取代引入的公布的描述。
[0036]應(yīng)注意，除非上下文另外明確規(guī)定，否則如本文以及隨附權(quán)利要求中所用，單數(shù)形式“一”和“所述”包括復(fù)數(shù)個(gè)指示物。因此，例如對(duì)于“一個(gè)入水口”的引述包括多個(gè)這樣的入水口，對(duì)于“所述材料”的引述包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的一種或多種材料及其等同物，等等。
[0037]應(yīng)注意，在本申請的一個(gè)部分(例如“系統(tǒng)”部分)中提供的定義也可以適用于本申請的其他部分(例如“方法”部分)所述實(shí)施方式，即便是該術(shù)語被描述用于特定部分的實(shí)施方式。
[0038]應(yīng)進(jìn)一步注意權(quán)利要求可被撰寫來排除任何任選要素。因此，這個(gè)陳述意圖充當(dāng)與敘述權(quán)利要求要素關(guān)聯(lián)使用如“唯一”、“僅”等的排除性術(shù)語或使用“否定性”限制的前提基礎(chǔ)。
[0039]引用任何公布都是因?yàn)樗墓_內(nèi)容在提交日期之前，而不應(yīng)解釋為認(rèn)可本發(fā)明由于先前發(fā)明而無權(quán)先于所述公布。此外，提供的公開日期可不同于可能需要獨(dú)立確認(rèn)的實(shí)際公開日期。在這種公布的術(shù)語定義與本文的具體定義相矛盾的程度下，本文的定義有效。
[0040]如將為本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開后顯而易知，本文描述和說明的各個(gè)別實(shí)施方案具有離散組成部分和特征，其可易于與任何其它若干實(shí)施方案的特征分開或組合而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。任何敘述的方法都可以敘述的事件的順序或以在邏輯上可能的任何其它順序執(zhí)行。
[0041]邏
[0042]本發(fā)明提供用于制冷設(shè)施冷卻和水淡化的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有配置用于接收和輸出水(例如分別是冷水和熱水)的水冷卻子系統(tǒng)的制冷設(shè)施和與所述制冷設(shè)施共同設(shè)置并配置用于接收所述輸出水(例如熱水)的水產(chǎn)養(yǎng)殖中心。
[0043]圖1提供了披露的系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施方式的圖示，其包括制冷設(shè)施101、與制冷設(shè)施共同設(shè)置的水淡化廠102、位于水源105中透光區(qū)104之下的入水口 103、位于水體(此例中與水源相同)中透光區(qū)104之下的排水口 106。圖1還示出了系統(tǒng)107-109中水和/或蒸鹽水運(yùn)動(dòng)的可能方向、制冷設(shè)施101與淡化廠102之間的可操作連接110(例如水可以移動(dòng)和/或電力可以傳輸?shù)倪B接)、連接部件(111)以及下面要介紹的其他部件和器材。
[0044]在一些實(shí)例中，如圖2所示，對(duì)