[发明专利]跨临界热激活的冷却、加热和制冷系统

说明书

相关申请的交叉引用

本公开涉及待审的美国申请07/18958，其转让给本公开的受让人。

参照2009年4月29日提交的、名称为“TRANSCRITICAL THERMALLY ACTIVATED COOLING, HEATING AND REFRIGERATING SYSTEM”的美国临时申请61/173776，本申请要求该美国临时申请的优先权和权益，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开一般地涉及蒸气压缩系统，并且更具体地涉及组合的蒸气压缩和蒸气膨胀系统。

背景技术

将蒸气压缩系统与蒸气膨胀（即兰金循环）系统进行组合是已知的。例如参见美国专利6962056（其被转让给本发明的受让人）和美国专利5761921。

美国专利5761921在兰金循环中产生功率，该功率然后被应用以驱动蒸气压缩循环的压缩机，并且组合系统在三个压力水平上操作，即沸腾器、冷凝器和蒸发器压力水平。公共的制冷剂R-134被用于蒸气压缩和兰金循环系统中。这种组合系统通常不允许使用跨临界制冷剂，因为跨临界系统通常不具有冷凝器（而仅具有气体冷却器），从而在气体冷却器的下游没有可用的液体制冷剂用于泵送通过兰金回路。膨胀器需要高的进入压力，但是高的入口压力使得沸腾温度以及携带热功率的加热流体的离开温度升高。升高的离开温度使得废热利用的程度降低。出于这些原因，所述系统没有充分地利用可用的热能，从而具有低水平的热力学效率。此外，它们在可用热源低于180 ℉时无法提供足够的性能。

美国专利申请07/18958提供了分别来自压缩机和膨胀器的排出口处的两个系统的制冷剂的组合流。此外，提供了抽吸积蓄器，使得液体制冷剂总是对于兰金循环系统的泵可用，使得可以进行跨临界操作。然而，这种抽吸积蓄器的使用可能是不期望的，因为需要更大的泵，并且需要更高的功率。泵功率由泵两端的压力差和泵入口处的制冷剂流的比容积的乘积确定。尽管抽吸积蓄器中的液体具有低的比容积，但是泵仍可能需要在高压力差下工作。当压力差增大带来的缺点超过了液体比容积减小带来的优点时，用来自冷凝器的液体制冷剂来供给泵被认为是比使用抽吸积蓄器更有利的。

发明内容

简要地，根据本公开的一个方面，一种组合的蒸气压力和蒸气膨胀系统使用公共的制冷剂，其使能蒸气膨胀回路的超临界高压部分和亚临界低压部分，并且在室外换热器的入口处组合来自膨胀器排放口和来自压缩机排放口的制冷剂。室外换热器的尺寸被设置成且被设计成使得从其排放的制冷剂总是处于液体形式，从而其能够直接流到蒸气膨胀回路的泵。泵和膨胀器的尺寸被设置成并被设计成使得蒸气膨胀回路的高压部分总是超临界的。

根据本公开的另一个方面，室外换热器包括冷却塔，以确保制冷剂在换热器中被转换成液体。

根据本公开的另一个方面，在室外换热器和泵之间提供液体至抽吸换热器，以便在制冷剂液体流向泵之前提高过冷和制冷剂密度。

根据本公开的又一个方面，在膨胀器出口的下游提供顶部换热器，以便再生该热流的焓。

根据本公开的又一个方面，功率发生蒸气膨胀回路被用作独立的系统并产生电能，其可用作电源以用于不同目的，包括驱动制冷系统。

附图说明

将参照本发明的以下详细描述并结合附图进行阅读，以便进一步理解本发明的这些和目的，附图中：

图1是仅用于冷却或加热的热激活制冷剂系统的示意图。

图2是仅用于冷却或加热的热激活制冷剂系统的过程的温熵（T-S）图的示意图。

图3A-3C是一些示意图，分别比较超临界和亚临界应用中的滑移（glide）。

图4是具有多级膨胀的热激活蒸气膨胀系统的示意图。

图5是具有多级膨胀的热激活蒸气膨胀系统的过程的温熵（T-S）图的示意图。

图6是提供空调和制冷的热激活制冷剂系统的示意图。

图7是具有两个膨胀装置的热激活热泵的示意图。

图8是具有一个双向膨胀装置的热激活热泵的示意图。

图9A和图9B分别是换向阀和止回阀布置的示意图。

图10是具有两个不同热源的热激活热泵的示意图。

图11是具有多级压缩的热激活热泵的示意图。

图12是具有蒸气至蒸气排出器的热激活热泵的示意图。

图13是具有两相排出器的热激活热泵的示意图。

图14是具有节约循环的热激活热泵的示意图。

图15是具有两相膨胀器的热激活热泵的示意图。