风能水能蓄能及空调集成设备的制作方法

专利名称：风能水能蓄能及空调集成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风能、水能蓄能空调集成设备，属于组合技术在制冷及空调领域中的应用。
能源是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题之一，在化石能源储量日益减少的情况下，各国更加重视水能、风能等可再生能源的开发应用，制冷空调是耗能大的行业之一，且使用具有季节性，日负荷高峰出现时间具有趋同性的特点，是造成电网峰谷差和季节性供电紧张的重要原因之一，据资料记载“葛州坝水利枢纽工程，高峰与低谷的发电输出功率分别为220万千瓦和80万千瓦，放水是解决用电低谷时发不出电能的方法。”近年来，蓄冷空调技术取得了长足的进步，成为移峰填谷的一种主要方法，分析从风力、水力发电到蓄冷空调能量转换输送全过程，有以下中间环节水轮、风轮机械能经发电机转换成电能，经变压(整流)器变成高压(直流)电，电网输送，经变压(变流)器变成低压交流电，低压配电，电动机将电能转换成机械能。这些中间环节，要损耗25％-30％的能量，要消耗大量的铜、铁、铝材料用于制造中间环节的设备，目前液体蒸发式制冷压缩机的驱动源有电动机、燃料发动机、蒸汽机，公开号为CN2575335的实用新型专利不属于液体蒸发式制冷机的范畴。在有风能、水能可以利用，近地城乡需用制冷机(热泵)的地方，用风轮、水轮驱动压缩机运转，省去中间环节，可减少能量损耗和原材料消耗。虽然风能、水能(包括潮汐能、波浪能)存在波动性、间歇性，但在蓄热技术日益成熟的情况下，使有间歇性、波动性的能源用于制冷及空调成为可能，发明专利“太阳能蓄能转换家用空调系统”就是一例。按舒适性空间有调温、调湿、洁净空气、分布空气的功效，我国大多数空调属季节性空调，年使用天数约占全年天数的1/6至1/2，北方甚至不足1/6(不包括集中供热时间)，目前部分中央空调、集中空调系统虽然采用独立新风系统，较穿墙洞引风方式进步，但在过渡季节空调不工作期间，空调功效不能实现，尤其在霾、雾、无风等低气压气象时，室内空气质量差；此外，自然通风、间歇式机械通风、室内蓄热都是改善建筑热环境、节约空调能耗的技术措施，目前通风设备、室内蓄热设备、空调设备(包括加湿器)，冰箱设备缺乏系统集成，空调设备按日峰值负荷设计，绝大多数时间空调设备处于部分负荷状态，不一定处于最佳能效比，最经济运行状况，分别购买上述设备，初投资大，用户电力增容量大，设备利用效率不高，上述问题有待解决。
本发明的目的在于1、提出在有风能、水能可以利用，近地城乡需用制冷装置，用风轮、水轮驱动液体蒸发式制冷压缩机的运转，省去从风力、水力发电到电动机驱动压缩机运转若干中间环节，避免能量在转换和输送过程中的损耗，节省制造中间环节设备铜、铁、铝材料的消耗，从源头减小电网峰谷差值。2、提出了一种集通风、空调新风于一体的新风入口、排气出口装置和将通风、空调、室内蓄热(家用含冰箱)集成的设备，解决在有风时，能增强通风效果，减小通风阻力；在过渡季节无风(低气压气象)时，提高室内空气质量；在夏、冬季减小室温波动幅度，减小调温负荷峰值，减少风机盘管工作时间，降低风机最大功率和噪音，减小盘管尺寸，降低用户电力增容量，提高设备运行效率，降低初投资和运行成本，达到节约资源和节约能源的目的。3、提出了增强风轮前端风速的装置和风能、电能互补驱动压缩机的装置，解决提高风能利用率，提高系统工作的可靠性，扩大该设备应用的地域范围。4、提出了将风能制冷蓄能与“天然冰蓄能集中供冷设备系统”(申请号为200510009971.3)相结合，解决弥补天然冰储能损耗，降低天然冰储量，降低天然冰蓄能设备的初投资成本和运行成本。5、提出了往返于风电场、水利工程与城镇用户、供能站之间的蓄能船、蓄能车装备，是解决异地制冷(热)、用冷(热)的方法之一。
本发明技术方案如下风能、水能蓄能空调集成设备，由制冷(热)循环子系统、蓄冷(热)循环子系统、供冷(热)循环子系统、通风空调集成设备、电源组成。制冷(热)循环子系统由压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、测量控制装置、制冷辅助装置组成。压缩机的驱动源不是现有压缩机的驱动源电动机、燃科发动机、蒸汽机，而是风轮(能)、水轮(能)。风轮、水轮输出轴通过增速器与压缩机转子轴连接。在风速波动幅度大、潮汐(波浪)水头波动冲击大的地域应用该系统，在增速器内加装摩擦离合器；在传动系统中加“隐性惯性轮”，“隐性惯性轮”是指将惯性轮的质量分散到风轮、水轮，增速器，压缩机转子中；起增强抗冲击强度，减小转速变化率(Δn/Δt)的作用，利于系统安全稳定运行。制冷循环子系统的控制，与目前流行的变频压缩机循环系统比较，虽然引起压缩机转速变化的原因不同，但关系到系统稳定运行的因素(压缩机的吸气压力、排气压力、吸气过热度)相同；系统的可控目标(蒸发器出口压力、出口温度过热度、热泵制热模式下的冷凝压力)相同；都通过控制电子膨胀阀的开度调节制冷剂流量，因此，采用公知的变制(载)冷剂流量控制技术，采用压力一温度控制方式，解决制冷循环子系统的控制。对于水能水位变化缓慢或基本不变的制冷循环子系统，应用热力膨胀阀和压力一温度控制方式进行控制。对于中型以上的横轴风力压缩机，还应用公知的风力发电控制设备和技术液压系统、偏航系统、制动保护系统、工作状态转换控制技术、定桨距或变桨距技术、功率控制技术、测量控制装置、机舱、旋转体、塔架等，在此不详细描述。在制冷循环子系统中，还采用了公知的制冷辅助装置与技术，小转矩起动技术。蓄冷(热)循环子系统由蓄冷(冰)槽、蓄热槽、充冷(热)开关、充冷(热)速率调节泵、充冷(热)温度传感器组成，与现有蓄冷空调利用夜间低谷电蓄冷，白天供冷的短期蓄能方式不同，该子系统采用中短期或中长期储能方式，根据各地气候特点，运用公知多样化的蓄能设备和方式，尽量多储能。为了解决现有蓄冷空调在释冷融冰后期温度难以控制的问题，并实现充冷供冷互不干扰，并充分利用风能或水能蓄能，用2个以上蓄冷(冰)槽蓄能供能。开放式蓄冷(热)水循环回路还采用防虹吸、倒空设备。供冷(热)循环系统由蓄冷(热)槽、开关控制阀、供冷(热)调节泵、室内蓄热器、串联有流量调节阀的室内空调换热盘管构成供水循环回路。供冷(热)泵应用公知的变频调节技术，根据负荷变化控制泵的转速调节供冷(热)量；室内蓄热器带有温控器，其供冷(热)管路中串联开关阀构成蓄热支路，若干个蓄热支路与若干个空调器换热支路并联与供冷(热)循环回路连通；空调处于制冷(热)状态，室内蓄热器内的介质温度高(低)于一定值，蓄热器上的温控器接通开关阀电路，开关阀被打开，并维持一段时间，蓄热介质更换完毕，温控器断开开关阀电路，开关阀关闭。集成设备由新风入口、排气出口装置，室内空调器组成。新风入口装置由正压风管、旋转支撑、进风管、旋转接头(或密封圈，以下同)组成。正压风管头部呈流线收敛型喇叭口管，中间弯管段呈90°弯曲，末段是直管，尾部是风标，正压风管重心位于直管段轴线上，直管段外合适位置有一托环，与轴承、支座构成旋转支撑，其支座与建筑物联成一体，正压风管位于旋转支撑上，可绕其转动，正压风管直管段与进风管入口直管段在同一轴线上，衔接部位通过旋转接头连通。排气出口装置有两种一种由间隔一定距离的上、下诱风曲面(或球面，以下同)支柱、排气管组成，上曲面靠支柱与建筑物相连接，凸面向下，下曲面与建筑物联成一体，凸面向上且凸面中央有一园洞，排气管上端衔接于此；另一种排气出口装置由负压风管、旋转支撑、旋转接头、排气管组成，负压风管头部呈流线收敛型喇叭口，中、后段水平直管与中部竖直管构成三通，尾部有风标，重心位于竖直管轴线上，直管段外合适位置有一托环，与轴承、支座构成旋转支撑，其支座与建筑物联成一体，负压风管位于旋转支撑上，可绕其转动，负压风管直管段与排气管末端直管段在同一轴线上，衔接部位通过旋转接头连通。新风入口装置利用风的“喇叭口效应”使空调建筑室内产生正压，排气出口装置利用风的“狭管效应”在排气出口处产生负压，有风时，在正负力差的作用下能增强自然通风效果，减少机械通风阻力。室内空调器是具有自然通风、洁净、调湿功能的间歇式机械通风和风机盘管功能的集成设备，它由新风流量调节阀、回风流量调节阀、抽屉式的洁净装置、调湿装置、调温换热盘管、开关控制阀、大风机、小风机、局部小风量送风接头、室外温度湿度传感器、辐射强度传感器、室内温度湿度传感器、控制器、凝水盘、出风格栅、吸声材料、箱体等构成。室内空调器具有①自然通风、②洁净、③调湿、④洁净调湿、⑤洁净调湿调温、⑥停机、⑦调温、⑧洁净调温、⑨调湿调温九种状态，其中①②③④⑤⑥状态是室内空调器必须具备的状态；⑦⑧⑨三种状态是根据各地气候特点选用的备份状态；②③④三种状态的实质是具有洁净调湿功能的间歇式机械通风状态；①②③④四种状态与室内蓄热协同工作可减小室温波动幅度，降低冷(热)负荷峰值，减小风机最大功率，最高转速和噪音，减小盘管尺寸，在夏冬季还可减少⑤洁净调湿调温状态(或⑦⑧⑨状态)的工作时间，⑤洁净调湿调温状态(或⑦⑧⑨状态)具有局部小风量送风工作方式，向局部空调空间送风；⑦⑧两种状态也兼有调湿功能；①②③④四种状态适于过渡季节和北方采暖期运行；这样集成设备四季可实现空调的功效，尤其在低气压气象条件下，城市“热岛效应”严重区域，其优点更突出。对于多台室内空调器的系统，采用变载冷剂流量多联分体式空调控制技术，其中一台空调器为主空调器，其余空调器为从空调器，从空调器的控制器控制该空调器的状态及状态转换；控制⑤(⑦⑧⑨)状态下大、小风量送风方式及其转换；控制风机转速；控制换热盘管载冷剂流量调节阀的开度；主空调器的控制器除控制本身的上述控制任务外，还控制系统协同工作，控制供冷(热)回路供冷(热)泵的转速调节系统的载冷剂流量以适应空调系统总负荷变化。控制电路部分有两种实施方案一种是在现有风机盘管空调控制电路的基础上对新增状态和小风量送风方式加装人工控制电路，新增控制部分根据控制面板上显示的室内、外温度、湿度和对室外空气质量的判断即可选择相应的按钮操作。另一种实施方案是全自动控制，需加装室外空气质量传感器，遥控器发射和接收装置，增添新的控制软件，另单独申报专利。系统所需电源有以下三种来源1)自供电，即风轮(水轮)既驱动压缩机，还驱动发电机向蓄电设备充电，由畜电设备提供电能；2)专用(未并网的)风力(水力)发电蓄电供电设备供电；3)电网供电。
为了提高风能利用率和扩大风能蓄能空调集成设备的使用地域范围，系统中可设置增加风轮前端一定距离风速的装置，根据Pmax=827ρSV13]]>可增大风轮输出功率，提高压缩机的制冷量。
小型风能、电能互补驱动蒸汽压缩式制冷蓄能及家电集成设备。该设备由制冷，冰箱、冰(水)蓄冷集成设备，冷凝集成设备，通风、室内蓄热空调集成设备，空调床帐组成。制冷设备与空调建筑集成设计，建筑屋顶采用三重结构，上层球面薄壳结构屋顶凸面向下，通过四角立柱与建筑屋连接，上层上表面是太阳能利用的空间，中层球面薄壳结构屋顶凸面向上，与建筑物联成一体，上、中层之间保持适当距离，是风能利用的空间，安装竖轴型风轮，下层平面屋顶隔热保温，竖轴型压缩机安装在中、下层之间，采用风能、电能互补驱动，这样提高了系统运行的可靠性。在制冷剂回路中，有冷冻、冷藏、冰(水)冷蓄三个蒸发器构成两个并联支路，冷藏、冷冻蒸发器串联为一条支路，冰(水)蓄冷蒸发器为另一条支路，冷藏蒸发器接有旁通开关阀，便于工作在速冻工况，冰(水)蓄冷、冰箱集成装置是下列形体之一长方体、正方体、圆柱体、椭圆柱体、球体，各形体结构从内到外依次是内置冷冻蒸发器的冷冻室、带框架的隔热层、内置冰(水)蓄冷蒸发器的冰(水)蓄冷室、带框架的隔热层、内置冷藏蒸发器的冷藏室、外隔热层及壳体、底部是隔热层和承重框架，起隔热承重作用，冷冻室、冷藏室采用上开门或侧开门式结构，冰(水)蓄冷室采用密封可上开盖结构。制冷、冰(水)蓄冷、冰箱集成设备的控制由控制装置完成，控制装置采用模块式结构，压缩机驱动状态控制模块接受风速传感器信号，当风速大于一定值并持续一定时间，压缩机转为风能驱动，当风速小于一定值并持续一定时间，压缩机停转一定时间然后转为电驱动，当风速重新增大并持续一定时间，压缩机停转一定时间后转为风轮驱动。冰箱、冰(水)蓄冷集成设备的工况由另一控制模块完成，该模块是冰箱控制器和冰(水)蓄冷控制器的组合，控制的工况及优先权顺序是速冻、冷冻冷藏、冰(水)蓄冷，控制装置采用压力一温度控制方式，通过控制电子膨胀阀开度调节制冷剂流量。冷凝集成设备由冷凝器和蓄热水器组合而成，冷凝器装有温度传感器，进水开关阀，蓄热水器与冷凝器之间有隔热层，隔热层上部有单向水阀与蓄热水器连通，蓄热水器上部有溢水接头，下部有用水接头。当冷凝器冷却水水温高于一定值，温度传感器控制进水开关阀打开并持续一定时间，一定流量的热水被“顶”入蓄热水器，蓄热水器下部有放水接头，若要获得更高温度的热水，可在放水接头处安装小型电热器件。通风、室内蓄热空调集成设备前面已作描述。空调床账是局部空间的空调装置，本设备系统可与“太阳能蓄能转换家用空调系统”进行对接。
另一种风能、电能互补驱动压缩制冷的装置有两台压缩机，一台是风轮驱动的压缩机，其输入轴通过增速器、电磁离合器与风轮输出轴连接，另一台电动机驱动的压缩机作备份用，两台压缩机制冷剂输入、输出管路是并联关系，通过各支路开关阀接入制冷剂回路，两种驱动状态的转换由控制器控制，控制器接受风速传感器信号，当风速超过一定值并持续一定时间，系统转为风轮驱动，当风速降低到一定值并持续一段时间，系统根据需要和设定，可转为备份压缩机工作。
水轮(能)驱动的压缩机，因水位变化较为缓慢或基本不变，压缩机转速相对稳定，因而可采用传统的热力膨胀阀控制蒸发器压力、温度，不像风能风向、风速经常变化，因而测控设备要简单得多。
本发明与天然冰蓄能集中供冷设备系统结合，可弥补天然冰储能损耗，降低天然冰贮量，降低天然冰蓄能设备的初投资成本和运行成本。本发明通风、空调集成设备可与现有制冷设备结合，制冷、蓄冷、供冷设备可与现有空调设备结合，实现节能、节约资源、改善室内空气质量。
有的风能、水能制冷(热)设备(以下称充能站)，可建在离城镇有一定距离的风场(市郊、海面、海滩、海岛、海湾)或内河水利工程处，用下列方式输送热能1、隔热管道，2、蓄能船、蓄能车。船、车上有蓄电、蓄热设备(如蓄电池、蓄冰槽、水中浮袋等)。以储存电能或其它能源为动力，往返于充能站与城市用户、供能站之间。车、船上的蓄热设备、蓄电设备在充能站与制冷(热)设备、发电设备对接充能，充能完毕，运至城镇用户或供能站与供冷(热)、空调设备对接，释放储能，只要蓄能、输能能耗低于从风力、水力发电到蓄冷空调储能的能耗(约占风轮、水轮输出能量的30％)，则经济合理。该蓄能船、蓄能车也可往返于风电场、水利工程充能站或天然冰储冰库与市内用户、供能站之间。上述方案，制冷、蓄能不占用城市建筑空间，用户不必购买制冷设备，不必建制冷储能建筑设施。有利于制冷、蓄能与用户实施分离，有利于该发明的推广应用。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果1、在有风能、水能可以利用，近地城乡需用制冷机(热泵)的地方，用风能、水能驱动压缩机(热泵)运转，减轻对化石能源的依赖程度，可减小电网峰谷差值，有助于减轻电网增容压力，有助于提高电网运行效率。2、省去了从风、水力发电到电动机驱动压缩机运转若干中间环节，避免这部分能量在转换和传输过程中的损耗，节省用于制造中间环节设备铜、铁、铝材料的消耗。3、集通风、空调新风于一体的新风入口、排气出口装置，通风、空调、室内蓄热集成设备，家用冰箱、冰(水)蓄冷集成设备，冷凝蓄热水器集成设备，在有风时能增强自然通风效果，减小机械通风阻力；过渡季节低气压气象条件时，能提高室内空气质量；夏、冬季能减少调温风机盘管工作时间，降低风机盘管尺寸，减小风机最大功率、最大转速和噪音，降低用户电力增容量，降低初投资成本和运行成本，减少家电设备原材料消耗，提高设备效率，四季实现空调功效。4、增加风轮前端风速的装置和风能、电能互补驱动压缩机的装置，能提高风能利用率，提高系统的可靠性，扩大风能蓄能空调集成设备的应用地域范围。5、本发明与“天然冰蓄能集中供冷设备系统”的结合，能降低天然冰蓄能供冷设备系统的初投资和运行费用；本发明与“太阳能蓄能转换家用空调系统相结合，可提高太阳能蓄能空调工作的可靠性。6、蓄能船、蓄能车是解决异地制冷(热)、用冷(热)的方式，有助于该技术在大、中城市推广应用。
下面结合附图进一步描述本发明实施方式

图1本发明热泵型风能蓄能及空调集成设备示意2增强风轮前端风速装置的俯视示意3小型风能、电能互补驱动压缩机制冷蓄能及家电集成设备图4一种风能、电能互补驱动压缩机装置的示意5一种水轮(能)驱动复迭式制冷设备的示意图实施例1 热泵型风能蓄能及空调集成设备，该系统由制冷(热)、蓄冷(热)循环子系统，供冷(热)循环子系统，通风、空调、室内蓄热集成设备、电源组成。如图1所示制冷(热)、蓄冷(热)循环子系统由风轮1，增速器2，外驱动压缩机3，换向阀4，冷凝器5，电子膨胀阀6，蒸发器7，压缩机转速传感器8，蒸发器出口压力传感器9，蒸发器出口温度传感器10，制蓄冷(热)控制器11，蓄冷槽12、13，蓄热槽14，充冷(热)速率调节泵15、16，充冷(热)开关阀17、18、19、20、21，充冷(热)温度传感器22、23，组成。风轮1固定在增速器2的输入轴上，增速器2的输出轴与外驱动压缩机3的输入轴相连接，增速器2与外驱动压缩机3安装在机舱内，机舱位于迥转体(旋转支撑)的上方，迥转体位于塔架上(机舱、迥转体、塔架是风力发电公知设备)；换向阀4、冷凝器5、电子膨胀阀6、蒸发器7，安装在塔架下储能控制室内，压缩机制冷剂输入，输出导管是柔性导管，运用风力发电公知的解缆技术防止缠绕，压缩机转速传感器8是压缩机3的附件，供调试用，蒸发器出口压力传感器9的导管与蒸发器制冷剂出口导管连通，蒸发器出口温度传感器10感受蒸发器制冷剂出口温度。蓄冷槽12、13安装在储能室内，蓄热槽14安装在地下，充冷(热)速率调节泵15、16，充冷(热)开关阀17、18、19、20、21，安装在储能控制室内。充冷(热)水温传感器22、23安装在蒸发器7和冷凝器5上，制蓄冷(热)控制器11是制冷(热)，蓄冷(热)设备的控制装置，采用公知的压力——温度控制方式和变流量调节技术，当风速变化引起压缩机3转速变化通过控制电子膨胀阀6的开度调节制冷剂流量，通过控制充冷(热)速率调节泵15、16驱动电源的频率调节泵15、16的转速，将可控目标——蒸发器制冷剂出口压力(温度)及过热度，热泵制热模式下的冷凝压力，充冷(热)槽充冷(热)温度控制在规定值范围内，使系统稳定运行。制冷(热)、蓄冷(热)设备还采用了前述技术方案中提及的与横轴型风力发电相关的设备，采用了公知的制冷辅助装置，蓄冷(热)设备中采用了防虹吸，倒空技术。供冷(热)循环子系统由供冷(热)负荷调节泵24，开关阀25、26、27、28、29，开关调节阀30，室内蓄热器31，空调器换热盘管32组成。室内蓄热器31上装有温控器，控制开关阀29的通断，空调制冷(热)时，蓄热器31内介质温度高(低)于一定值，温控器接通开关阀电路和延时电路，开关阀29打开并延时一定时间，蓄热器31更换一定流量的介质后，温控器和延时电路相继断开，开关阀29关闭。供冷(热)负荷调节泵由系统的主空调器的控制器控制，使之与系统冷(热)负荷总量相适应。图中只画出一个蓄热器和一个空调器，实际系统根据规模在管路A、B间并接若干个蓄热器和若干个空调器换热盘管，供冷(热)子系统也采用公知的防虹吸、防倒空技术。通风新风入口装置由正压风管33、旋转支撑34、进风管35、旋转接头36组成，正压风管33头部呈流线收敛型喇叭口，中间呈90度弯曲，末端是直管，尾部是风标，其重心位于直管段轴线上，直管外重心上方有一托环，与轴承、支座构成旋转支撑34，支座与建筑物联成一体，正压风管33位于旋转支撑34之上，可绕其转动，正压风管33直管段与进风管35入口直管段在同一轴线上，衔接部分通过旋转接头36连通；通风排气出口装置有两种一种由间隔一定距离的上、下诱风曲面(球面)37、38，支柱39(3个以上)，排气管40构成，上曲面37通过支柱39与屋顶相连，凸面向下，下曲面38与建筑屋顶联成一体，凸面向上，凸面中央有一圆洞，排气管40上端衔接于此；另一种排气装置由负压风管43、旋转支撑34、旋转接头36、排气管40组成，负压风管43前端呈流线收敛型喇叭口，中、后段水平直管与中部竖直管构成三通，尾部是风标，重心位于竖直管轴线上，直管段外合适位置有一托环，与轴承，支座构成旋转支撑34，支座与建筑物联成一体，负压风管43位在旋转支撑34上，可绕其转动，负压风管43竖直管段与排气管40直管段位于同一轴线上，衔接部分通过旋转接头36连通；排气装置中安装有排风机41和排气调节阀门42。新风入口装置和排气出口装置一般安装在空调建筑屋顶，也可安装在其它合适的地方，在有风时，充分利用自然风产生正压和负压，加大压力差，增强通风效果，减少通风阻力；无风时，由于取气高度较高，这对于热岛效应较为严重的城市，对于马路街道旁的建筑，能显著改善空气质量，降低空调新风能耗。室内空调器由新风流量调节阀44，回风流量调节阀45，洁净装置46，调湿装置47，换热盘管32，开关控制阀48、49、50、51、52、53、54，大、小风量送风控制阀55和56，小风量接头57，小风机58，大风机59、室外温度、湿度传感器60，辐射强度传感器61，室内温度、湿度传感器62，空调控制器63组成。通风及空调新风进风管35与新风流量调节阀44连通，然后经开关控制阀48、49、50、51分别与自然通风散流管，洁净装置46，调湿装置47，换热盘管32的进气端相连通，开关控制阀52、53、54分别连通在洁净装置46出气管与调湿装置47入气管、洁净装置46出气管与换热盘管32空气入气管、调湿装置47出气管与换热盘管32空气入气管之间，小风机58进气管与洁净装置46、调湿装置47出气管连通，小风机58出气管与空调室相通，大风机59进风管与换热盘管32出气管连通，大风机59出气管与大、小风量送风开关阀55、56入口连通，大风量送风开关阀55出气管通过散流器与空调室相通，小风量送风开关阀56与小风量送小接头57连通，回风流量调节阀45进气端与空调室相通，室内空调器将自然通风、间歇式机械通风、空调新风相结合，将通风、空调、室内蓄热相结合，它具有①自然通风、②洁净、③调湿、④洁净调湿、⑤洁净调湿调温、⑥停机、⑦调温(兼调湿)、⑧洁净调温(兼调湿)、⑨调湿调温九种状态。其中①②③④⑤⑥是必备状态，⑦⑧⑨是备份选用状态，根据各地气候特点选用；②③④三种状态实质是具有洁净、调湿功能的间歇式机械通风状态，①②③④四种状态与室内蓄热相结合，可减小室温波动幅度，降低冷(热)负荷峰值，减小风机最高功率，最高转速和噪音，减小盘管尺寸，可减少⑤洁净调湿调温状态(⑦⑧⑨状态)的工作时间，⑤(⑦⑧⑨)状态还可工作于小风量送风方式，向局部空调空间送风，①②③④四种状态适于在过渡季节和北方采暖期运行，空调器四季可实现空调的功效，尤其在低气压气象条件下，城市“热岛效应”严重区域，效果更突出。对于多台室内空调器的系统，采用公知的变制(载)冷剂流量多联分体式空调控制技术，其中一台空调器为主空调器，其余空调器为从空调器；各空调器的控制器63控制空调器的状态及状态转换；控制⑤(⑦⑧⑨)状态下大、小风量送风方式的转换；控制风机58、59的转速；控制开关调节阀30的开度调节换热盘管32的载冷剂流量；主空调器的控制器，还控制各空调器的协调运行；控制供冷(热)泵24驱动电源的频率调节其转速，使系统冷(热)介质流量与系统总冷(热)负荷相适应。控制电路在现有风机盘管空调器控制电路的基础上，对新增状态和小风量送风方式加装人工控制电路，为便于连接人工控制电路，将空调器各工作状态与相关被控部件状况列表如下，其中开关阀用开关二态表示；其余部件√表示工作，×表示不工作。(大风量送风时，阀55打开，阀56关闭，小风量送风时，阀55关闭，阀56打开)。

实施例2 增强风轮前端风速的装置，为了扩大风能蓄能及空调集成设备的应用地域范围，提高风能利用率，系统中可增设增强风轮前端风速的装置，该装置运用风的“喇叭口效应”或“狭管效应”原理，在风速较小时应用，使风轮前一定距离的上游风速V1大于环境风速，依据Pmax＝8/27ρ SV13可提高风力压缩机输入功率，该装置根据集风曲面形状分为①喇叭口型风管，②上、下双曲面型，③左、右双曲面型。图2是一种喇叭口同步驱动型增强风轮前端风速的装置，它由喇叭口风管64，支架65，底座66，支撑轮67、68、69、70，同步伺服机构71、72，驱动轮73、74，制动装置75、76，导轨77，同步计数器78、79，偏航同步控制器80组成。喇叭口型风管64固定在支架65上，支架65、底座66、支撑轮67、68、69、70和驱动轮71、72的轮轴连成一体，是装置的可动部分，同步伺服机构71、72受偏航同步控制器80控制，通过驱动轮73、74使装置可动部分沿导轨77运动，制动装置75、76安装在支撑轮69、70上，导轨75呈圆形，圆心在风轮水平转动的中心轴线上，同步计数器78安装在支撑轮69上，另一个同步计数器79安装在同步水平转动的机舱上，偏航同步控制器80是前述风轮对风偏航系统(风力发电公知设备)的控制器，当风向改变时，偏航同步控制器80控制机舱转动的同时，控制同步伺服机构71、72，驱动轮73、74使喇叭口风管64和风轮同步转动，直至风轮和喇叭口风管64都迎着风向，若风轮与喇叭口风管64不能同步转动时，则两计数器78、79指示不一致，偏航控制器80控制制动装置75、76和机舱偏转的制动装置同时实施制动，该装置和风轮(机舱)停止偏转对风，直至故障排除，该装置也可应于风力发电设备系统。
实施例3 小型风能、电能互补驱动压缩机制冷及家电集成设备系统，如图3所示，该系统由制冷压缩机及配套建筑，冰(水)蓄冷、冰箱集成设备，冷凝蓄热集成设备，控制装置，通风空调集成设备，空调床帐组成。制冷压缩机与建筑屋顶集成设计，屋顶采用三重结构，上层球面簿壳结构屋顶81通过四角立柱82与建筑物连成一体，凸面向下，上凹面是太阳能利用的空间，中层簿壳球面结构屋顶83与建筑屋相连，凸面向上，两凸面之间保持一定距离，是风能利用的空间，两凸面中央各有一个小圆洞，上层小洞下面有环形凹面防水槽和引流水管(图中未画)，下层平面屋顶84主要起隔热作用，上、中层屋顶81、83之间安装竖轴型风轮85，竖轴型压缩机86安装在中、下层屋顶83、84之间，压缩机86有两个输入轴，一输入轴通过增速器87、电磁离合器88与风轮85输出轴连接；另一输入轴通过电磁离合器89与电动机90的输出轴连接。风能、电能互补驱动压缩机也可以采用双压缩机的形式。冰箱、冰(水)蓄冷集成设备中，冷藏蒸发器93、冷冻蒸发器94、开关阀95串联，形成冷冻冷藏支路，为便于设备工作在速冻工况，冷藏蒸发器93并接开关阀96；冰(水)蓄冷蒸发器97和开关阀98组成冰(水)蓄冷支路；两支路并联接入制冷剂循环回路，冰(水)蓄冷采用公知的盘管外蓄冷释冷方式，也可采用其它冰(水)蓄冷方式；集成设备的形体是长方体(正方体、圆柱体、椭圆柱体、球体)，其结构从内到外依次是内置冷冻蒸发器94的冷冻室101，带框架的隔热层102，内置冰(水)蓄冷蒸发器97的冷(水)蓄冷室103，带框架的隔热层104，内置冷藏蒸发器93的冷藏室105，隔热外壳106；冷冻室、冷藏室采用上开门结构(也可采用侧开门结构)，冰(水)蓄冷室采用密封结构，其上盖与外侧框架隔热层104通过密封垫圈和紧固螺栓实现密封，集成设备的底部是隔热层和承重框架，电子膨胀阀99与该集成设备装在一起；冷凝集成设备100由冷凝器107、蓄热水器108、温控器109、进水开关110、单向水阀111、溢水接头112，用水接头113，隔热层114、隔热壳体115组成，冷凝器107与蓄热水器108竖向平行安装在同一隔热壳体内，中间有隔热层114，温控器109安装在冷凝器107内，冷凝器107采用水冷却，下接进水开关阀110，上部单向水阀111与蓄热水器108相通，蓄热水器108上部有溢水接头112，下部有用水接头113，当冷凝器107冷却水温超过一定值，在温控器109作用下，进水开关阀110电路接通，阀被打开，一定流量的热水被冷水经单向阀111“顶”入蓄热水器108后，冷凝器107内水温下降到一定值，温控器109断开开关阀110电路，开关阀110关闭。若要获得比蓄热水器108内水温更高一些的热水，可在用水接头113处安装小功率电热器。控制装置91中的压缩机状态控制模块接受风速传感器92的信号，控制压缩机86的工作状态，当风速超过一定值并持续一定时间，控制电磁离合器88使压缩机86转为风轮驱动，当风速低于一定值并持续一定时间，通过控制电磁离合器88使压缩机86停机并间隔一定时间后转为电动机90驱动，与此同时，电磁离合器89动作，压缩机进入电动机驱动状态；控制装置91中的冰(水)蓄冷、冰箱集成设备控制模块控制集成设备的三种工况及优先权顺序速冻、冷冻冷藏、冰(水)蓄冷；冰箱不工作期间，转换为冰(水)蓄冷工况；各工况采用蒸发器出口压力——温度控制方式进行控制；当蓄冷充冷完毕，冰箱不需冷量，系统转为停机状态。(电磁离合器88、89处于离状态，电动机停转)。供冷子系统室内蓄热，通风、空调集成设备与实施例1相同(图中未画)冰蓄冷可采用低温送风方式。空调床帐由蓄热床垫、空调帐两部分组成，蓄热床垫呈席梦思床垫状，下底和四周外层是承力框架，内层是隔热层，扁长方体凹槽内置扁长方体蓄热器，内部有若干行间隔一定距离的隔膜和充气柱，与蓄热器内壁上、下两表面粘连，形成迷宫状水通道，通过两端接头、冷(热)水开关阀、管道接入供冷(热)水回路；空调帐呈蚊帐状，用柔性隔热密封材料做成，床头一端有来气接头，外部通气管与空调器小风量送风接头连通，内部与床头送风器连通，床尾一端有带防虫网的排气孔，送风时内部略呈正压，空调帐可单独使用。本系统可与发明专利“太阳能蓄能转换家用空调设备系统”结合，将风能制冷蓄能设备中的蓄冰(水)室103作为太阳能蓄能系统中的蒸发贮液器；在上层屋顶81上表面安装太阳能吸附集热器，可实现两个系统联合供冷，进一步节能，并提高供冷的可靠性。
实施例4 另一种风、电能互补制冷的装置如图4所示该装置有两台压缩机，一台是风轮116驱动的压缩机117，其输入轴通过增速器118、电磁离合器119与风轮116输出轴连接；另一台电动机120驱动的压缩机121起备份作用，两台压缩机制冷剂输入、输出管路是并联关系，通过各支路开关阀122、123接入制冷剂回路，两种驱动状态的转换由控制器124控制，控制器接受风速传感器125信号，当风速超过一定值并持续一定时间，系统转为风轮116驱动，当风速降低到一定值并持续一段时间，系统根据需要和设定，可转为电动机120驱动。图中126是冷凝器，127是电子膨胀阀，128是蒸发器。
实施例5 水能复迭式制冷设备。这里所说的水能是指可用来发电的水能，包括内河落差水能，海洋潮汐能和波浪能。图5是制冷专业普通技术人员熟悉的复叠式制冷设备，开启式压缩机A、B均由水轮(能)通过增速器驱动，在水能水位变化缓慢或基本不变的系统中，因压缩机转速较为稳定，采用现有公知的热力膨胀阀控制制冷剂流量，使蒸发器出口温度、过热度、压力在规定范围内，保障系统运行稳定，B蒸发器出口温度可达零下三四十度，不仅可向舒适性空调供冷，还可满足部分工艺性空调要求。该制冷设备还采用与水力发电相关的设施；还采用公知的制冷辅助设备；B压缩机在低温下运行，采用低温运行技术，如使用低温冷冻油；该设备还可向蓄冷(蓄热)槽充冷(热)，由蓄冷(热)槽向空调设备提供冷(热)能。
实施例6 本发明与其它制冷设备、空调的结合为了充分利用三北地区处于风带和冬季寒冷的气候资源，本发明中的风能制冷循环系统可与“天然冰蓄能空调集中供冷设备系统”结合，在风能制冷制冷剂循环回路中安装两个并联的蒸发盘管，在各蒸发盘管制冷剂入口连接控制开关阀，两盘管分别放入传热隔断池和融冰水池中，传热隔断池中的蒸发盘管工作于冰蓄冷工况，运用冰蓄冷控制技术，控制盘管外冰层厚度；融冰水池中的蒸发盘管工作于水蓄冷工况，通过控制装置控制两支路的工作。实现两个系统联合供冷；本发明中的通风入口装置和排气出口装置可分别与天然冰蓄能系统中的进气通道和出风通道连通，用于冬季在贮冰库内制冰。可弥补天然冰损耗，减小天然冰贮量和设计库容，降低初投资和年运行费用。本发明的通风入口可与“空中取气空调集中供冷设备系统”(专利申请号为200410044002.7)对接，实现优势互补。例如，一些副热带高压控制区，白天多干热风，利用风能制冷蓄能，夜晚无风，利用空中取气设备获取300米左右高度的空气作为通风或空调新风来源，节约能源，在城市“热岛效应”严重，垂直温差大的区域应用，经济效益明显。本发明中的制、蓄冷(热)设备可与现有空洞设备对接，本发明中的通风、室内蓄热、空调集成设备与可与现有制冷设备结合，四季能实现空调的功能，节能并提高室内空气质量。
权利要求
1.一种风能、水能蓄能及通风、空调、室内蓄热、冰箱集成设备，采用蒸气压缩式制冷，冰(水)蓄冷，风机盘管和与风力发电，水力发电相关的设备，采用变制(载)冷剂流量、变风量控制技术，其特征在于风轮、水轮固定在增速器的输入轴上，增速器的输出轴与外驱动压缩机的输入轴相连接，增速器与外驱动压缩机固定在机舱内，压缩机制冷剂输入、输出导管是柔性导管，对风速波幅大、潮汐波浪水头冲击大的系统，在增速器中加装摩擦离合器，在传动系统中设计制造“隐性惯性轮”，集成设备中的新风入口装置由正压风管、旋转支撑、进风管、旋转接头组成，正压风管头部呈流线收敛型喇叭口，管的中间段呈90弯曲，末端是直管，尾部是风标，其重心位于直管段轴线上，重心上方直管外有一托环与轴承、支座构成旋转支撑，支座与建筑屋联成一体，正压风管位于旋转支撑上，正压风管直管段与进风管入口端直管段在同一轴线上，衔接部分通过旋转接头连通；设备中的排气出口装置有两种类型一种由间隔一定距离的上、下诱风曲面、支柱、排气管组成，上诱风曲面通过支柱与屋顶相连，凸面向下，下诱风曲面与屋顶连成一体，凸面向上，凸面中央有园洞，排气管上端衔接于此；另一种由负压风管、旋转支撑、旋转接头、排气管组成，负压风管头部呈流线收敛型喇叭口，中、后段水平直管与中部竖直管构成三通，尾部直管上下是风标竖直受风力面，负压风管重心位于竖直管轴线上，重心上方竖直管外有一托环，与轴承、支座构成旋转支撑，负压风管位于旋转支撑上，其竖直管与排气管出口直管段位于同一轴线上，衔接部分通过旋转接头连通；室内空调器是通风、风机盘管集成的设备，它由新风流量调节阀，回风流量调节阀，洁净装置，调湿装置，调温换热盘管，开关控制阀48、49、50、51、52、53、54，大小风量送风开关阀55、56，小风量接头，小风机，大风机，室外温度、湿度传感器，辐射强度传感器，室内温度、湿度传感器，空调控制器组成，空调新风进风管与新风流量调节阀连通，然后经开关控制阀48、49、50、51分别与自然通风散流管，洁净装置、调湿装置，调温换热盘管空气进气端相连通，开关控制阀52、53、54分别连通在洁净装置出气口管与调湿装置入气口管，洁净装置出气口管与调温换热盘管空气入气口管，调湿装置出气口管与调温换热盘管空气入气口管之间，小风机进气管与洁净、调湿装置出气口管连通，小风机出气管向空调室送风，大风机进气管与调温换热盘管空气出口管连通，大风机出气管与大、小风量送风开关阀入口连通，大风量送风开关阀出气口与空调室相通，小风量送风开关阀出气口与小风量送风接头连通，回风流量调节阀进气口与空调室相通，空调器具有自然通风、洁净、调湿、洁净调湿、洁净调湿调温、停机、调温(兼调湿)、洁净调温(兼调湿)、调湿调温九种状态，其中前六种状态是空调器必备状态，后三种状态是备选状态，洁净调湿调温、调温、洁净调温、调湿调温四种状态具有小风量送风方式，可向局部空调空间送风；室内蓄热器内置温控器，通过可控开关阀连接到供冷(热)介质循环回路。
2.根据权利要求1所述的增强风轮前端一定距离上游风速的装置，其特征是该装置由喇叭口风管、支架、底座、支撑轮(若干个)，同步伺服机构(1至2个)、驱动轮(1至2个)、制动装置(1至2个)、导轨、同步计数器2个、偏航同步控制器组成，喇叭口风管固定在支架上，支架、底座、支撑轮轮轴、驱动器轮轮轴连成一体，构成可运动部分，偏航同步控制器通过控制同步伺服机构、驱动轮可运动部分沿导轨转动，导轨呈圆形，圆心在风轮水平转动的轴线上，一个同步计数器安装在支撑轮上，另一个同步计数器安装在水平转动的机舱上，制动装置安装在支撑轮上。
3.根据权利要求1所述的小型风能、电能互补驱动压缩机制冷及家电集成设备系统，其特征在于空调建筑采用三重屋顶，球面簿壳结构的上层屋顶通过四角立柱与建筑物相连，凸面向下，上表面安装太阳能利用设备，凸面向上的球面簿壳中层屋顶与建筑屋相连，上层与中层之间保持一定距离，两凸面中各有一小园洞，双输入轴开启式竖轴型风力压缩机的风轮安装两凸面中央位置，下层平面屋顶是隔热层，竖轴型风力压缩机安装在中、下两层屋顶之间的中央，风轮轴通过上电磁离合器、增速器与压缩机上端输入轴连接，电动机输出轴通过下电磁离合器与压缩机的下端输入轴连接，控制器输入、输出信号线分别与风速传感器和两电磁离合器相连接；制冷循环子系统中，冷藏蒸发器与冷冻发器相串联，然后与冰(水)蓄冷蒸发器并联，冷藏蒸发器并联旁通开关阀；冰箱、冰(水)蓄冷集成设备可以是长方体、正方体、圆柱体、椭圆柱体、球体，其结构从内到外依次是内置冷冻蒸发器的冷冻室、带框架的隔热层、内置冰(水)蓄冷蒸发器的冰(水)蓄冷室、带框架的隔热层、内置冷藏蒸发器的冷藏室、隔热层及壳体、冰(水)蓄冷室上盖与侧壁通过密封垫圈和紧固螺栓实现密封，下部隔热层之间及底部是承重框架；冷凝集成设备由冷凝器、蓄热水器、温控器、进水开关阀、单向水阀、溢水接头、用水接头、隔热层、隔热壳体组成，冷凝器和蓄热水器竖向并排安装在隔热壳体内，相互之间有隔热层；温控器的感温部分安装在冷凝器中、上部合适位置，冷凝器上部有单向水阀与蓄热水器室上部连通，蓄热水器上端有溢水接头，下部是用水接头；空调床帐由蓄热床垫、空调帐组成，蓄热床垫下底和四周外层是承力框架，内层是隔热层，扁长方体凹槽内置长方体蓄热室，蓄热室内有若干行隔膜和充气柱与蓄热室内壁上、下表面粘连，形成迷宫状水通道，两端是水接头，水接头通过水管和开关阀连接到供冷(热)介质循环回路，空调帐呈蚊帐状，用柔性隔热材料制成，床头一端有空调来气接头，通过柔性软管与空调小风量送风接头连通，来气接头内连小风量送风器，床尾有带防虫网的排气孔；蓄冷、冰箱集成设备的蓄冰(水)室可作为“太阳能蓄能转换家用空调系统”的蒸发贮液器，建筑屋上层屋顶上表面安装太阳能吸附集热器。
4.根据权利要求1所述的风能、电能互补制冷的双压缩机装置，风轮驱动的压缩机输入轴与增速器输出轴连接，增速器输入轴与电磁离合器输出轴相连，电磁离合器的输入轴与风轮输出轴连接；另一压缩机用电动机驱动，两压缩机的制冷剂输入、输出管路通过可控开关阀并联接入制冷剂回路。
5.根据权利要求1所述的风、水能蓄能及空调集成设备，其特征在于制、蓄、供冷设备，可与现有蓄冷空调设备结合；通风、空调集成设备，可与现有制冷设备结合；风能制冷循环系统中，安装两并联的蒸发盘管，各蒸发盘管制冷剂入口串联开关控制阀，两蒸发盘管分别安装在传热隔断池和融冰水池中，传热隔断池中的蒸发盘管工作于冰蓄冷工况，融冰水池中的盘管工作于水蓄冷工况，两工况优先权顺序是冰蓄冷、水蓄冷；新风入口、排气出口装置分别与天然冰蓄能系统中的进气通道和出气通道连通。
6.根据权利要求1所述的蓄能船、蓄能车，其特征车于船、车安装蓄电、蓄热设备，可与风电场、水利工程的发电设备、制冷设备对接充能蓄能，与城市用户、供能站设备对接释放储能，向空调系统提供能量。
全文摘要
本发明涉及风轮(能)、水轮(能)驱动的液体蒸发式制冷(热)、蓄冷(热)、供冷(热)设备；通风、空调、室内蓄热集成设备；增强风能前端风速的装置；小型风能、电能互补驱动压缩机制冷及家电集成设备；蓄能船及蓄能车；适于在有风能、水能可供利用，近地城乡需用制冷装置的地方推广应用；其制冷设备、通风空调设备可分别与现有空调设备、制冷设备结合使用。
文档编号F24F5/00GK1808002SQ20061000975
公开日2006年7月26日 申请日期2006年3月2日 优先权日2006年3月2日
发明者游善宗, 游江 申请人:游善宗, 游江