专利名称：具有隔离的外部融化冷却的热能储存和冷却系统的利记博彩app
具有隔离的外部融化冷却的热能储存和冷却系统 相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2006年8月10日提交的名称为"具有隔离的外部 融化冷却的热能储存和冷却系统"的美国临时申请号60/822， 034的优先 权，在此以引用的方式特别地加入其全部公开和教导。
背景技术：
随着在高峰需求时电力消耗需要的提高，已经利用冰储存来将空调的 动力负载转移到非高峰时间和费率。不但存在将负载从高峰时转移到非高 峰时的需要，而且存在增大空调单元的能力和效率的需要。当前具有储能 系统的空调单元由于包括对水冷却器依赖的若干缺陷而只有有限的成效， 该水冷却器仅实际应用在大型的商业建筑中并且难以获得高效率。为了使 热能储存的优势在大型和小型商业建筑中商业化，热能储存系统必须具有 最小的生产成本、在不同工作条件下保持最大效率、在制冷剂管理结构中 散发简单并且在多种制冷或空气调节应用中保持灵活性。
在授予Harry Fischer的美国专利号4， 735， 064、美国专利号5， 225， 526、授予Fischer等的美国专利号5， 647， 225、于2007年1月16日授 予Narayanamurthy等的美国专利号7， 162， 878、由Narayanamurthy等于 2005年4月22日提交的美国专利申请号11/112， 861、由Narayanamurthy 等于2005年5月25日提交的美国专利申请号11/138， 762、由 Narayanamurthy等于2005年8月18日提交的美国专利申请号11/208,074 和由Narayanamurthy等于2005年11月21日提交的美国专利申请号 11/284,533中已经预先考虑了提供储存热能的系统。所有的这些专利利用 冰储存将空调负载从高峰电费转移到非高峰电费以提供经济合理性，并且 在此以引用的方式特别地加入所有它们的教导和公开。
发明内容
9因此，本发明的实施例可以包括基于制冷剂的热能储存和冷却系统， 其包括制冷剂回路、冷却回路，包含制冷剂的该制冷剂回路包括冷凝 单元、膨胀设备和主热交换器，所述冷凝单元包括压縮机和冷凝器；所述 膨胀设备连接到所述冷凝单元的下游；所述主热交换器起蒸发器的作用并 且位于装有流体的罐内，该流体能够在液体和固体之间相变，该主热交换 器有利于传导来自冷凝器的制冷剂的热量，以冷却该流体并且冷冻所述罐 内的流体的至少一部分；包含来自所述罐的流体的所述冷却回路包括负 载热交换器和泵，所述负载热交换器连接到所述罐上，其将流体的冷却能 力传递到热负载；所述泵将来自罐的流体分配到负载热交换器并且将所述
流体返回到罐中。
本发明的实施例还可以包括基于制冷剂的热能储存和冷却系统，其包 括第一制冷剂回路、第二制冷剂回路，包含第一制冷剂的该第一制冷剂
回路包括冷凝单元、膨胀设备和第一蒸发器，所述冷凝单元包括压縮机 和第一冷凝器；所述膨胀设备连接到所述冷凝单元的下游；所述第一蒸发 器在位于所述膨胀设备下游处的隔离热交换器的主侧边上；该包含第二制 冷剂的第二制冷剂回路包括第二冷凝器、罐、负载热交换器和泵；所述 第二冷凝器在隔离热交换器的次级侧边上；所述罐装有能够在液体和固体 之间相变的流体并且其中包含主热交换器，所述主热交换器与所述第二冷 凝器流体连通并且利用来自第二冷凝器的第二制冷剂来冷却流体并且冷冻 所述罐内的流体的至少一部分；所述负载热交换器连接成与所述罐中的流 体流体连通，其将流体的冷却能力传递到热负载；所述泵用于将来自罐的 流体分配到负载热交换器。
本发明的实施例还包括一种用基于制冷剂的热能储存和冷却系统来提 供冷却的方法，其包括步骤通过蒸发主热交换器中的高压制冷剂来提供 对于主热交换器的冷却，其被限制在包含流体的罐内，该流体能够在液体 和固体之间相变；冷冻流体的一部分并且在所述罐内形成冰；将所述流体 的液体部分传送到负载热交换器；将冷却从所述流体的液体部分传递到负 载热交换器以提供负载冷却；将所述流体的液体部分返回到所述罐；利用 所述罐内的冰来冷却所述流体的液体部分。
本发明的实施例还包括一种用基于制冷剂的热能储存和冷却系统来
10提供冷却的方法，其包括步骤通过蒸发主热交换器中的高压制冷剂来提 供对于主热交换器的冷却，其被限制在包含流体的罐内，该流体能够在液 体和固体之间相变；冷冻流体的一部分并且在所述罐内形成冰；将所述流 体的液体部分传送到中间热交换器的主侧边；将冷却从所述中间热交换器 的主侧边通过所述中间热交换器的次级侧边传递到包含第二制冷剂的第二 制冷剂回路；将所述流体的液体部分返回到该罐；利用该罐内的冰来冷却 所述流体的液体部分；将第二制冷剂传送到负载热交换器；将来自第二制 冷剂的冷却传递到负载热交换器以提供负载冷却；将第二制冷剂返回到该 中间热交换器的次级侧边；利用所述中间热交换器的主侧边来冷却第二制 冷剂。
在图中，
图l图解了具有隔离的外部融化冷却的基于制冷剂的热能储存和冷却 系统的实施例。
图2图解了具有隔离的外部融化冷却的基于制冷剂的热能储存和冷却 系统的实施例，该系统使用通用的制冷剂管理容器。
图3图解了具有次级制冷剂隔离和隔离的外部融化冷却的基于制冷剂 的热能储存和冷却系统的实施例的结构。
图4图解了具有次级制冷剂隔离和直接冷却(旁通)能力的基于制冷剂 的热能储存和冷却系统的实施例的结构。
图5图解了具有次级制冷剂隔离和次级制冷剂回路的基于制冷剂的热 能储存和冷却系统的实施例的结构。
具体实施例方式
虽然本发明能够按多种不同形式来实现，但是图中所显示的和此处详 细描述的其具体实施例所公开的将被认为是本发明原理的范例，并且不限 于所描述的具体实施例。
图l图解了具有隔离的外部融化冷却的基于制冷剂的热能储存和冷却 系统的实施例。该实施例可以有或者没有储存容器或URMV (通用的制冷剂管理容器)下运行，并且图l中描绘了没有容器。图2描绘了具有URMV的系 统。该实施例加入空调单元102，该空调单元利用压縮机110将冷的、低压 制冷剂气体压縮为热的、高压气体。然后，冷凝器lll除去所述气体中的大 部分热量并且将所述热量排出到大气中。从冷凝器中出来的制冷剂作为热 的、高压液体制冷剂通过高压液体供应管线112传送到膨胀设备130，并且 通过供给管192传送到热能储存单元106。该膨胀设备130可以是传统的或非 传统的热膨胀阀、混合相调节器和缓冲容器(储存器)等。当通过冷冻/排 出盘管142从下部集管组件156将膨胀的制冷剂输入到上部集管组件154时， 通过主热交换器160将冷却传递到热能储存单元106。然后低压的汽相和液 体制冷剂经由低压返回管线118返回到压縮机110来完成制冷循环。
热能储存单元106包括绝热罐140，该绝热罐装有被如相变材料(根据 当前系统的模式一般为流体/冰)的热库包围的主热交换器160。主热交换 器160进一步包括连接到上部集管组件154的下部集管组件156，其具有一系 列冷冻和排出盘管142以在绝热罐140内形成流体/蒸汽回路。所述上部和下 部集管组件154和156利用进口和出口连接部外部地连通热能储存单元106。
图1中所图解的实施例利用至少一个传统的空调单元102来作为主要的 冷却源。可以利用多个空调单元而不脱离本发明的精神。热能储存单元106 使用在空调单元102和热能储存单元106之间传递冷却的独立的制冷剂回路 来工作。所公开的实施例按装料(制造冰)和冷却(融化冰)模式的两种 主要工作模式来运行。
在装料模式中，被压縮的高压制冷剂通过高压液体供应管线112离开空 调单元102并且通过膨胀设备130被供给以冷却热能储存单元106，在该处， 其通过下部集管组件156进入主热交换器160并且然后通过用作蒸发器的冷 冻盘管142被分配。冷却被从冷冻盘管142传递到周围的液体相变材料152， 该液体相变材料被限制在绝热罐140内，并且冷冻包围冷冻盘管142的相变 材料153 (冰)的至少一部分并在该过程中储存热能。热的液和汽相制冷剂 通过上部集管组件154离开冷冻盘管142，并且通过低压返回管线118退出热 能储存单元106返回到空调单元102，并被供给到压缩机110中并且被重新冷 凝成液体。
12在冷却模式中，冷的液体相变材料离开绝热罐140的底部并且被泵120 推进到负载热交换器122，在该处，利用空气处理机150的帮助将冷却传递 到负载。该负载热交换器122可以是单或多蒸发器，例如，可以被用来提供 多区冷却、小型拼合式蒸发器(mini-split evaporators)等。热的液体 离开负载热交换器122，在该处，液体被返回到热能储存单元106的集管154 并且从围绕盘管的固体相变材料153吸取冷却。
因为系统将主制冷剂从次级相变材料回路隔离，所以系统另外允许在 设备内使用多种制冷剂。例如，可以在主制冷剂回路内利用一种类型的高 效制冷剂，其可以具有阻碍在居所内使用的性质(例如，丙烷)，同时更适 合的材料(例如，水、氨、冰浆、盐水、乙二醇、丙二醇、各种乙醇(异 丁基、乙醇)、糖、其他共晶材料等)被用于可以进入居所的次级回路。这 允许了系统的更大的多功能性和高效率，同时保持解决了安全、环境和应 用问题。
图2中示出的实施例显示了图1的系统进一步利用了蓄积容器或URMV。 如前述实施例中所描述的，热能储存单元106利用独立的制冷剂回路来工 作，该制冷剂回路在空调单元102和热能储存单元106之间传递冷却。在该
实例中，用作多相制冷剂的收集器和分相器，蓄积或通用的制冷剂管理容 器(URMV) 146与热能储存单元106和空调单元102两者处于流体连通。
此外，所公开的实施例按装料(制造冰)和冷却(融化冰)模式的两 种主要工作模式来运行。冷却模式与图l的相同，并且制造冰包括URMV的附 加功能。在装料模式中，URMV 146积聚离开膨胀设备130的液体制冷剂并且 将汽相制冷剂与液相制冷剂分离。冷凝的制冷剂通过第一出口离开URMV 146 的下部并且在热能储存单元106的盘管中被膨胀，在该处，冷却被传递到绝 热罐140内的相变材料。膨胀的制冷剂离开热能储存单元106并且返回到 URMV的上部，在该处，剩余的液相制冷剂被积聚在URMV中并且汽相制冷剂 通过第二出口被返回到空调单元用于压縮、冷凝和除热。
图3图解了基于制冷剂的热能储存和冷却系统的实施例，其有次级制冷 剂隔离和隔离的外部融化冷却。如同图l的实施例一样，所公开的系统有或 者没有储存容器或URMV来运行。图3描述了系统没有容器，其图4描述了系 统具有URMV。本实施例利用包括至少一个空调单元102的主制冷剂回路101，该空调单元具有产生高压液体制冷剂的压缩机110和冷凝器111，该液体制
冷剂通过高压液体供应管线112通过膨胀设备130被传送到隔离热交换器 162。低压制冷剂经由低压返回管线118被返回到压縮机110。在系统内加入 U固V的额外益处是其允许关于制冷剂管线的几何结构的额外的应用灵活 性。该附加的制冷剂储存器有利于更长的制冷剂管线的管线长度，并因此， 有利于用于设置部件的更大的距离容许量。
在次级制冷剂回路103内，通过隔离热交换器162将冷却传递到热能储 存单元106。该热能储存单元106可与图1中描述的相比较，并且在制冰循环 期间起蒸发器的作用。与空气处理机150联合的负载热交换器122被连接到 外部融化冷却回路105内，以传送来自热能储存单元106的冷却并且按一种
模式来提供隔离的冷却。
可以在次级制冷剂回路103和外部融化冷却回路105内的不同地方放置 阀，以允许有最小复杂性和管道装置(plumbing)的多模式状态。在外部 融化冷却回路105中放置泵120，以将冷的液体相变材料从绝热罐140泵送到 负载热交换器122并且按冷却模式回到热能储存单元106。该负载热交换器 122可以是单或多蒸发器，例如，可以用来提供多区冷却、小型拼合式蒸发 器等。
本实施例可以按制造冰和融化冰的两种主要操作模式来运行。在制造 冰或装料模式中，主制冷剂回路102被用于冷却隔离热交换器162的主侧边， 其将热量传递到次级制冷剂回路103。次级制冷剂回路103可以被泵驱动或 者被重力供给(如所显示和描述的)，通过在回路内增加制冷剂泵(一般在 隔离热交换器162和下部集管组件156 (未显示)之间)来泵驱动。当关于 冷冻/排出盘管142的效能处于装料模式时，图3的重力供给系统是自动平衡 的。
该在制造冰模式期间发生的自动平衡可以是有益的。在不均匀的冰形 成期间可以对冰储存热交换器施加很大的应力，这可以最终导致热交换器 的机械故障或破裂。泵供给系统可以不是自动平衡的，因为制冷剂被迫使 进入各盘管内而不考虑已经包围盘管的冰的量。重力供给系统的另一个优 点是没有泵，其需要动力源并且还给系统增加了额外的潜在故障模式。在重力或泵供给系统中，次级制冷剂回路103将冷却的冷凝的制冷剂运 送到热能储存单元106，在该处，其通过下部集管组件156进入主热交换器 160，并且然后通过用作蒸发器的冷冻盘管142被分配。冷却被从冷冻盘管 142传递到限制在绝热罐140内的周围的液体相变材料152，并且冷冻包围冷 冻盘管142的相变材料153 (冰)的至少一部分并在该过程中储存热能。在 绝热罐140内，相变材料的一部分保持为液体并且一般会包围固体材料(虽 然也可以使用浆)。该冷的液体相变材料152被泵120从热能储存单元106内 的绝热罐140的下部抽取，并且通过负载热交换器122循环且用于冷却利用 空气处理机150的热负载。热的液体相变材料152离开负载热交换器122并且 被返回到绝热罐140，在该处，通过融化包围冷冻盘管142的固体相变材料 153 (冰)来冷却所述热的液体相变材料。
在装料模式中，热能储存单元106起蒸发器的作用，并且将冷却传递到 限制在热能储存单元106内的流体，从而储存热能。热的液和汽相制冷剂通 过上部集管组件154离开冷冻盘管142，并且退出热能储存单元106返回到隔 离热交换器162并重新冷凝成液体。
在冰-融化或冷却模式中，主制冷剂回路102可以继续冷却、可以被关 闭或者可以被分离。冷的液体制冷剂被从热能储存单元106抽取并且被泵 120泵送到负载热交换器122,在该处，利用空气处理机150的协助将冷却传 递到负载。热的液和汽相制冷剂的混合物离开负载热交换器122，在该处， 混合物被返回到现在用作冷凝器的热能储存单元106。通过从冷却液或冰吸 取冷来冷却和冷凝汽相制冷剂。如同图l的实施例一样，可以使用一系列控 制制冷剂的流动的阀(未显示)来执行制造冰、融化冰和直接冷却的主要 工作模式。
图4图解了具有次级制冷剂隔离和隔离的外部融化冷却的基于制冷剂 的热能储存和冷却系统的实施例。如前面实施例所描述的，主制冷剂回路 在空调单元102和隔离热交换器162之间传递冷却。热能储存单元106使用次 级制冷剂回路103通过接收经由URMV 146来自隔离热交换器162的冷却的制 冷剂来工作，该URMV 146起多相制冷剂的收集器和分相器的作用。在该系 统内加入URMV的额外的益处是其允许关于制冷剂管线的几何结构的额外的应用灵活性。该附加的制冷剂储存器有利于更长的制冷剂管线的管线长度， 并因此，有利于用于设置部件的更大的距离容许量。
所公幵的实施例还按装料和冷却(以及外加直接冷却模式)的两种工
作模式来运行。冷却模式与图3的相同，并且制造冰包括URMV的附加功能。 在装料模式中，U腹V 146积聚液体制冷剂并且分离离开隔离热交换器162的 任何汽相制冷剂。冷凝的制冷剂离开URMV 146的下部并且在主热交换器160 中被膨胀，并将冷却传递到绝热罐140内的相变材料。膨胀的制冷剂离开热 能储存单元106并且返回至UURMV的上部，在该处，剩余的液相制冷剂被积聚 在URMV中并且汽相制冷剂被返回到隔离热交换器162用于冷却。
在直接冷却模式中，热能储存单元106被绕过，且旁通制冷回路107将 离开空调单元102的冷凝的制冷剂直接输送到旁通热交换器198的主侧边， 并且然后被返回到空调单元102。旁通热交换器198的次级侧边与具有外部 融化冷却回路105的负载热交换器122流体连通。可以使用阀194和196将该 回路从热能储存单元106隔离，同时可以使用另外的阀188和189从主制冷剂 回路101去除隔离热交换器162并且有助于旁通制冷回路107。同前述实施例 一样，泵120被放置在外部融化冷却回路105中以将冷的液体相变材料从旁 通热交换器198的次级侧边泵送到负载热交换器122并且返回来。联合负载 热交换器122利用空气处理机150来向热负载提供冷却。该负载热交换器122 可以是单或多蒸发器(例如可以被用来提供多区冷却)、小型拼合式蒸发器 等。
尽管图1-3描述了双模态系统(制造冰和融化冰)，但是任何所描述的 实施例也适用于如在图4中所描述的直接冷却回路的使用，其有简单的几何 结构和阀修改，这在本公开的范围内。
图5图解了基于制冷剂的热能储存和冷却系统的结构，有次级制冷剂隔 离和次级制冷剂回路203。如在图1的实施例中所描述的，主制冷剂回路201 在空调单元102和热能储存单元106之间传递冷却。在制造冰阶段期间，包 含主热交换器160的热能储存单元106起膨胀设备的作用，在该处，膨胀的 制冷剂通过冷冻/排出盘管142被从下部集管组件156供给到上部集管组件 154。冷却被从冷冻盘管142传递到限制在绝热罐140内的周围的液体相变材 料152，并且冷冻围绕所述冷冻盘管142的相变材料153 (冰)的至少一部分，并在所述过程中储存热能。热的液和气相制冷剂通过上部集管组件154离开 冷冻盘管142并且退出热能储存单元106通过低压返回管线118返回到空调 单元102，并且被供给到压缩机110并重新冷凝成液体。
在冷却模式中，冷的液体相变材料离开绝热罐140的下部并被泵120推 进到中间热交换器123的主侧边，在该处，将冷却从外部的融化冷却回路205 传递到次级制冷剂回路203。热的液体离开中间热交换器123并且被返回到 热能储存单元106的上部，并且所述热的液体从包围盘管的固体相变材料 153吸取冷却。次级制冷剂回路203流过中间热交换器123的次级侧边而从主 侧边上的流体吸取冷，并且加热液体相变材料。这冷却并冷凝了制冷剂， 该制冷剂或者被制冷剂泵121(如图所示)推进或者被重力供给热虹吸管(未 显示)驱动到负载热交换器122，在该处制冷剂被膨胀，并且借助于空气处 理机150将冷却传递到热负载。然后，热的混合的或汽相的制冷剂被返回到 中间热交换器123以完成次级制冷剂回路203。
和图2的实施例一样，图5的实施例可以包括URMV以及隔离热交换器 (如图3中所图解的)、旁通制冷回路和旁通热交换器或如图4中举例说明的 其任何组合。
通过利用这样的实施例，使用标准空调系统的目前的居所可以容易地 适合于或改进为通过增加热能储存单元106、膨胀设备130、中间热交换器 123、泵120和制冷剂泵121的储热系统。因为所述系统将主制冷剂从次级相 变材料回路和次级制冷剂隔离，所以该系统另外允许在该设备内使用多种 制冷剂。因此，所公开的实施例提供了一种基于制冷剂的储热系统的方法 和设备，其中利用隔离的外部融化冷却回路来将冷却传递到利用相变材料 的热负载。
还可以利用图5的实施例的次级制冷剂回路203作为冷却回路，在该处，
次级制冷剂在其整个循环中被保持为液相。这允许使用非常多种类的材料 来完成在中间热交换器123和负载热交换器122之间的热传递。这些材料可
以包括，但不限于水、氨、冰浆、盐水、乙二醇、丙二醇、各种乙醇(异 丁基、乙醇)、糖、其他共晶材料等。
已经介绍的本发明前面的描述是用于图解和说明的目的。所公开的精 确形式并不意味着是详尽的或者来限制本发明，可以根据上述教导来进行其他改进和变化。选择和描述所述实施例是为了最好地解释本发明的原理 及其实际应用，从而使本领域的技术人员在具有适合于设想的特殊用途的 不同实施例和各种改进中最好地利用本发明。所附权利要求被解释为旨在 包括本发明的其他替换实施例，除非在被现有技术限制的情况下。
权利要求
1.一种基于制冷剂的热能储存和冷却系统，包括包含制冷剂的制冷剂回路，其包括冷凝单元，所述冷凝单元包括压缩机和冷凝器；膨胀设备，其连接到所述冷凝单元的下游；和，主热交换器，其起蒸发器的作用并且位于装有流体的罐内，该流体能够在液体和固体之间相变，所述主热交换器有利于传导来自所述冷凝器的所述制冷剂的热量，以冷却所述流体并且冷冻所述罐内的所述流体的至少一部分；包含来自所述罐的所述流体的冷却回路，其包括负载热交换器，其连接到所述罐上，该负载热交换器将所述流体的冷却能力传递到热负载；和泵，其将来自所述罐的所述流体分配到所述负载热交换器并且将所述流体返回到所述罐。
2. 如权利要求l所述的系统，还包括制冷剂管理容器，其与所述冷凝单元和所述主热交换器流体连通，并 且位于它们之间，其包括进口连接部，其接收来自所述冷凝单元和所述主热交换器的制冷剂； 第一出口连接部，其向所述主热交换器供应制冷剂；禾口， 第二出口连接部，其向所述冷凝单元供应制冷剂。
3. 如权利要求l所述的系统，其中所述膨胀设备是热膨胀阀。
4. 如权利要求l所述的系统，其中所述膨胀设备是混合相调节器。
5. 如权利要求l所述的系统，其中所述流体是共晶材料。
6. 如权利要求l所述的系统，其中所述流体是水。
7. 如权利要求l所述的系统，其中所述第一制冷剂是与所述第二制冷剂不同的材料。
8. 如权利要求1所述的系统，其中所述负载热交换器是至少一个小型 拼合式蒸发器。
9. 一种基于制冷剂的热能储存和冷却系统，包括 包含第一制冷剂的第一制冷剂回路，包括 冷凝单元，所述冷凝单元包括压縮机和第一冷凝器； 膨胀设备，其连接到所述冷凝单元的下游；禾口，第一蒸发器，其在位于所述膨胀设备下游的隔离热交换器的主侧边上; 包含第二制冷剂的第二制冷剂回路，包括 第二冷凝器，其在所述隔离热交换器的次级侧边上； 罐，其装有能够在液体和固体之间相变的流体并且其中包含主热交换 器，所述主热交换器与所述第二冷凝器流体连通，并且其利用来自所述第 二冷凝器的所述第二制冷剂来冷却流体并且冷冻所述罐内的所述流体的至 少一部分；负载热交换器，其连接成与所述罐中的所述流体流体连通，其将所述 流体的冷却能力传递到热负载；和，泵，其用于将来自所述罐的所述流体分配到所述负载热交换器。
10. 如权利要求9所述的系统，还包括制冷剂管理容器，其连接成接收来自所述隔离热交换器的所述第二制 冷剂并且向所述主热交换器供应所述第二制冷剂，并且接收来自所述主热 交换器的所述第二制冷剂并向所述隔离热交换器供应所述第二制冷剂。
11. 如权利要求9所述的系统，其中所述膨胀设备是热膨胀阀。
12. 如权利要求9所述的系统，其中所述膨胀设备是混合相调节器。
13. 如权利要求9所述的系统，其中所述流体是共晶材料。
14. 如权利要求9所述的系统，其中所述流体是水。
15. 如权利要求9所述的系统，其中所述第一制冷剂是与所述第二制 冷剂不同的材料。
16. 如权利要求9所述的系统，其中所述负载热交换器是至少一个小 型拼合式蒸发器。
17. 如权利要求9所述的系统，还包括旁通制冷剂回路，其允许所述第一制冷剂绕过所述主热交换器并且向 所述罐下游的所述流体直接提供冷却，并向所述热负载传递冷却。
18. —种基于制冷剂的热能储存和冷却系统，包括 包含第一制冷剂的第一制冷剂回路，包括冷凝单元，所述冷凝单元包括压缩机和冷凝器；膨胀设备，其连接到所述冷凝单元的下游；和，主热交换器，其起蒸发器的作用并且位于装有流体的罐内，该流体能够在液体和固体之间相变，所述主热交换器有利于传导来自所述冷凝器的所述第一制冷剂的热量，以冷却所述流体并且冷冻所述罐内的所述流 体的至少一部分；包含来自所述罐的所述流体的冷却回路，包括中间热交换器，其连接到所述罐上，其将所述流体的冷却能力传 递到所述中间热交换器的主侧边；泵，其将来自所述罐的所述流体分配到所述中间(负载)热交换 器并且将所述流体返回到所述罐；包含第二制冷剂的第二制冷剂回路，包括负载热交换器，其连接成与所述中间热交换器的次级侧边流体连通，其将所述第二制冷剂的冷却能力传递到热负载；和，制冷剂泵，其用于将来自所述中间热交换器的所述第二制冷剂分 配到所述负载热交换器并且返回到所述中间热交换器。
19. 如权利要求18所述的系统，其中所述膨胀设备是热膨胀阀。
20. 如权利要求18所述的系统，其中所述膨胀设备是混合相调节器。
21. 如权利要求18所述的系统，其中所述流体是共晶材料。
22. 如权利要求18所述的系统，其中所述流体是水。
23. 如权利要求18所述的系统，其中所述第一制冷剂是与所述第二制 冷剂不同的材料。
24. 如权利要求18所述的系统，其中所述负载热交换器是至少一个小 型拼合式蒸发器。
25. 如权利要求18所述的系统，其中所述第二制冷剂保持为液体。
26. 如权利要求18所述的系统，还包括制冷剂管理容器，其连接成接收来自所述隔离热交换器的所述第二制 冷剂并且向所述主热交换器供应所述第二制冷剂，并且接收来自所述主热 交换器的所述第二制冷剂并向所述隔离热交换器供应所述第二制冷剂。
27. 如权利要求18所述的系统，还包括旁通制冷剂回路，其允许所述第一制冷剂绕过所述主热交换器并且向 所述罐下游的所述流体直接提供冷却，并向所述中间热交换器传递冷却。
28. —种用基于制冷剂的热能储存和冷却系统来提供冷却的方法，其包括步骤通过蒸发主热交换器中的高压制冷剂来提供对于所述主热交换器的冷 却，该主热交换器被限制在包含流体的罐内，该流体能够在液体和固体之 间相变；冷冻所述流体的一部分并且在所述罐内形成冰； 将所述流体的液体部分传送到负载热交换器；将冷却从所述流体的所述液体部分传递到所述负载热交换器以提供负 载冷却；将所述流体的液体部分返回到所述罐；禾口， 利用所述罐内的所述冰来冷却所述流体的所述液体部分。
29. 如权利要求28所述的方法，还包括步骤用制冷剂管理容器来管理所述第一制冷剂的体积和物相，所述制冷剂 管理容器与所述主热交换器和所述冷凝器流体连通。
30. —种用基于制冷剂的热能储存和冷却系统来提供冷却的方法，其 包括步骤通过蒸发第一蒸发器中的高压制冷剂来向在隔离热交换器的主侧边上 的所述第一蒸发器提供冷却；通过所述隔离热交换器的次级侧边向容纳第二制冷剂的第二制冷剂回 路传递来自所述隔离热交换器的所述主侧边的冷却；用所述第二制冷剂回路向被限制在罐内的主热交换器提供冷却，该罐 包含能够在液体和固体之间相变的流体；冷冻所述流体的一部分并且在所述罐内形成冰；将所述流体的液体部分输送到负载热交换器；从所述流体的所述液体部分向所述负载热交换器传递冷却以提供负载 冷却；将所述流体的所述液体部分返回到所述罐；禾口， 用所述罐内的所述冰来冷却所述流体的所述液体部分。
31. 如权利要求30所述的方法，还包括步骤用制冷剂管理容器来管理所述第二制冷剂的体积和物相，所述制冷剂 管理容器与所述隔离热交换器和所述主热交换器流体连通。
32. 如权利要求30所述的方法，还包括步骤用所述主制冷剂来绕过所述主热交换器；向所述罐下游的所述流体输 送所述主制冷剂；和，向所述中间热交换器传递冷却。
33. —种用基于制冷剂的热能储存和冷却系统来提供冷却的方法，其 包括步骤通过蒸发主热交换器中的高压制冷剂来提供对于所述主热交换器的冷 却，其被限制在包含流体的罐内，该流体能够在液体和固体之间相变； 冷冻所述流体的一部分并且在所述罐内形成冰； 将所述流体的液体部分传送到中间热交换器的主侧边； 将冷却从所述中间热交换器的所述主侧边通过所述中间热交换器的次 级侧边传递到包含第二制冷剂的第二制冷剂回路； 将所述流体的所述液体部分返回到所述罐； 用所述罐内的所述冰来冷却所述流体的所述液体部分； 将所述第二制冷剂传送到负载热交换器；将来自所述第二制冷剂的冷却传递到负载热交换器以提供负载冷却； 将所述第二制冷剂返回到所述中间热交换器的所述次级侧边；禾口， 利用所述中间热交换器的所述主侧边来冷却所述第二制冷剂。
34. 如权利要求33所述的方法，还包括步骤用制冷剂管理容器来管理所述第一制冷剂的体积和物相，所述制冷剂 管理容器与所述主热交换器和所述冷凝器流体连通。
35. 如权利要求33所述的方法，还包括步骤用隔离热交换器将所述主热交换器从所述冷凝单元隔离，该隔离热交换器将热量往复传递于所述主热交换器和所述冷凝单元。
36.如权利要求33所述的方法，还包括步骤 在整个所述第二制冷剂回路将所述第二制冷剂保持为液相,
全文摘要
本发明公开了一种有隔离的外部融化冷却的基于制冷剂的热能储存和冷却系统的方法和装置。所公开的实施例提供了一种基于制冷剂的冰储存系统，其与如乙二醇系统的单物相系统相比增加了可靠性、降低了部件成本并减小了能量消耗。
文档编号F25D16/00GK101517323SQ200780034981
公开日2009年8月26日 申请日期2007年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者M·W.·斯图尔特, R·R.·威利斯, R·纳拉亚纳默西 申请人:冰能有限公司