專利名稱：風能水能蓄能及空調集成設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種風能、水能蓄能空調集成設備，屬于組合技術在制冷及空調領域中的應用。
能源是當今人類生存和發展所要解決的緊迫問題之一，在化石能源儲量日益減少的情況下，各國更加重視水能、風能等可再生能源的開發應用，制冷空調是耗能大的行業之一，且使用具有季節性，日負荷高峰出現時間具有趨同性的特點，是造成電網峰谷差和季節性供電緊張的重要原因之一，據資料記載“葛州壩水利樞紐工程，高峰與低谷的發電輸出功率分別為220萬千瓦和80萬千瓦，放水是解決用電低谷時發不出電能的方法。”近年來，蓄冷空調技術取得了長足的進步，成為移峰填谷的一種主要方法，分析從風力、水力發電到蓄冷空調能量轉換輸送全過程，有以下中間環節水輪、風輪機械能經發電機轉換成電能，經變壓(整流)器變成高壓(直流)電，電網輸送，經變壓(變流)器變成低壓交流電，低壓配電，電動機將電能轉換成機械能。這些中間環節，要損耗25％-30％的能量，要消耗大量的銅、鐵、鋁材料用于制造中間環節的設備，目前液體蒸發式制冷壓縮機的驅動源有電動機、燃料發動機、蒸汽機，公開號為CN2575335的實用新型專利不屬于液體蒸發式制冷機的范疇。在有風能、水能可以利用，近地城鄉需用制冷機(熱泵)的地方，用風輪、水輪驅動壓縮機運轉，省去中間環節，可減少能量損耗和原材料消耗。雖然風能、水能(包括潮汐能、波浪能)存在波動性、間歇性，但在蓄熱技術日益成熟的情況下，使有間歇性、波動性的能源用于制冷及空調成為可能，發明專利“太陽能蓄能轉換家用空調系統”就是一例。按舒適性空間有調溫、調濕、潔凈空氣、分布空氣的功效，我國大多數空調屬季節性空調，年使用天數約占全年天數的1/6至1/2，北方甚至不足1/6(不包括集中供熱時間)，目前部分中央空調、集中空調系統雖然采用獨立新風系統，較穿墻洞引風方式進步，但在過渡季節空調不工作期間，空調功效不能實現，尤其在霾、霧、無風等低氣壓氣象時，室內空氣質量差；此外，自然通風、間歇式機械通風、室內蓄熱都是改善建筑熱環境、節約空調能耗的技術措施，目前通風設備、室內蓄熱設備、空調設備(包括加濕器)，冰箱設備缺乏系統集成，空調設備按日峰值負荷設計，絕大多數時間空調設備處于部分負荷狀態，不一定處于最佳能效比，最經濟運行狀況，分別購買上述設備，初投資大，用戶電力增容量大，設備利用效率不高，上述問題有待解決。
本發明的目的在于1、提出在有風能、水能可以利用，近地城鄉需用制冷裝置，用風輪、水輪驅動液體蒸發式制冷壓縮機的運轉，省去從風力、水力發電到電動機驅動壓縮機運轉若干中間環節，避免能量在轉換和輸送過程中的損耗，節省制造中間環節設備銅、鐵、鋁材料的消耗，從源頭減小電網峰谷差值。2、提出了一種集通風、空調新風于一體的新風入口、排氣出口裝置和將通風、空調、室內蓄熱(家用含冰箱)集成的設備，解決在有風時，能增強通風效果，減小通風阻力；在過渡季節無風(低氣壓氣象)時，提高室內空氣質量；在夏、冬季減小室溫波動幅度，減小調溫負荷峰值，減少風機盤管工作時間，降低風機最大功率和噪音，減小盤管尺寸，降低用戶電力增容量，提高設備運行效率，降低初投資和運行成本，達到節約資源和節約能源的目的。3、提出了增強風輪前端風速的裝置和風能、電能互補驅動壓縮機的裝置，解決提高風能利用率，提高系統工作的可靠性，擴大該設備應用的地域范圍。4、提出了將風能制冷蓄能與“天然冰蓄能集中供冷設備系統”(申請號為200510009971.3)相結合，解決彌補天然冰儲能損耗，降低天然冰儲量，降低天然冰蓄能設備的初投資成本和運行成本。5、提出了往返于風電場、水利工程與城鎮用戶、供能站之間的蓄能船、蓄能車裝備，是解決異地制冷(熱)、用冷(熱)的方法之一。
本發明技術方案如下風能、水能蓄能空調集成設備，由制冷(熱)循環子系統、蓄冷(熱)循環子系統、供冷(熱)循環子系統、通風空調集成設備、電源組成。制冷(熱)循環子系統由壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器、測量控制裝置、制冷輔助裝置組成。壓縮機的驅動源不是現有壓縮機的驅動源電動機、燃科發動機、蒸汽機，而是風輪(能)、水輪(能)。風輪、水輪輸出軸通過增速器與壓縮機轉子軸連接。在風速波動幅度大、潮汐(波浪)水頭波動沖擊大的地域應用該系統，在增速器內加裝摩擦離合器；在傳動系統中加“隱性慣性輪”，“隱性慣性輪”是指將慣性輪的質量分散到風輪、水輪，增速器，壓縮機轉子中；起增強抗沖擊強度，減小轉速變化率(Δn/Δt)的作用，利于系統安全穩定運行。制冷循環子系統的控制，與目前流行的變頻壓縮機循環系統比較，雖然引起壓縮機轉速變化的原因不同，但關系到系統穩定運行的因素(壓縮機的吸氣壓力、排氣壓力、吸氣過熱度)相同；系統的可控目標(蒸發器出口壓力、出口溫度過熱度、熱泵制熱模式下的冷凝壓力)相同；都通過控制電子膨脹閥的開度調節制冷劑流量，因此，采用公知的變制(載)冷劑流量控制技術，采用壓力一溫度控制方式，解決制冷循環子系統的控制。對于水能水位變化緩慢或基本不變的制冷循環子系統，應用熱力膨脹閥和壓力一溫度控制方式進行控制。對于中型以上的橫軸風力壓縮機，還應用公知的風力發電控制設備和技術液壓系統、偏航系統、制動保護系統、工作狀態轉換控制技術、定槳距或變槳距技術、功率控制技術、測量控制裝置、機艙、旋轉體、塔架等，在此不詳細描述。在制冷循環子系統中，還采用了公知的制冷輔助裝置與技術，小轉矩起動技術。蓄冷(熱)循環子系統由蓄冷(冰)槽、蓄熱槽、充冷(熱)開關、充冷(熱)速率調節泵、充冷(熱)溫度傳感器組成，與現有蓄冷空調利用夜間低谷電蓄冷，白天供冷的短期蓄能方式不同，該子系統采用中短期或中長期儲能方式，根據各地氣候特點，運用公知多樣化的蓄能設備和方式，盡量多儲能。為了解決現有蓄冷空調在釋冷融冰后期溫度難以控制的問題，并實現充冷供冷互不干擾，并充分利用風能或水能蓄能，用2個以上蓄冷(冰)槽蓄能供能。開放式蓄冷(熱)水循環回路還采用防虹吸、倒空設備。供冷(熱)循環系統由蓄冷(熱)槽、開關控制閥、供冷(熱)調節泵、室內蓄熱器、串聯有流量調節閥的室內空調換熱盤管構成供水循環回路。供冷(熱)泵應用公知的變頻調節技術，根據負荷變化控制泵的轉速調節供冷(熱)量；室內蓄熱器帶有溫控器，其供冷(熱)管路中串聯開關閥構成蓄熱支路，若干個蓄熱支路與若干個空調器換熱支路并聯與供冷(熱)循環回路連通；空調處于制冷(熱)狀態，室內蓄熱器內的介質溫度高(低)于一定值，蓄熱器上的溫控器接通開關閥電路，開關閥被打開，并維持一段時間，蓄熱介質更換完畢，溫控器斷開開關閥電路，開關閥關閉。集成設備由新風入口、排氣出口裝置，室內空調器組成。新風入口裝置由正壓風管、旋轉支撐、進風管、旋轉接頭(或密封圈，以下同)組成。正壓風管頭部呈流線收斂型喇叭口管，中間彎管段呈90°彎曲，末段是直管，尾部是風標，正壓風管重心位于直管段軸線上，直管段外合適位置有一托環，與軸承、支座構成旋轉支撐，其支座與建筑物聯成一體，正壓風管位于旋轉支撐上，可繞其轉動，正壓風管直管段與進風管入口直管段在同一軸線上，銜接部位通過旋轉接頭連通。排氣出口裝置有兩種一種由間隔一定距離的上、下誘風曲面(或球面，以下同)支柱、排氣管組成，上曲面靠支柱與建筑物相連接，凸面向下，下曲面與建筑物聯成一體，凸面向上且凸面中央有一園洞，排氣管上端銜接于此；另一種排氣出口裝置由負壓風管、旋轉支撐、旋轉接頭、排氣管組成，負壓風管頭部呈流線收斂型喇叭口，中、后段水平直管與中部豎直管構成三通，尾部有風標，重心位于豎直管軸線上，直管段外合適位置有一托環，與軸承、支座構成旋轉支撐，其支座與建筑物聯成一體，負壓風管位于旋轉支撐上，可繞其轉動，負壓風管直管段與排氣管末端直管段在同一軸線上，銜接部位通過旋轉接頭連通。新風入口裝置利用風的“喇叭口效應”使空調建筑室內產生正壓，排氣出口裝置利用風的“狹管效應”在排氣出口處產生負壓，有風時，在正負力差的作用下能增強自然通風效果，減少機械通風阻力。室內空調器是具有自然通風、潔凈、調濕功能的間歇式機械通風和風機盤管功能的集成設備，它由新風流量調節閥、回風流量調節閥、抽屜式的潔凈裝置、調濕裝置、調溫換熱盤管、開關控制閥、大風機、小風機、局部小風量送風接頭、室外溫度濕度傳感器、輻射強度傳感器、室內溫度濕度傳感器、控制器、凝水盤、出風格柵、吸聲材料、箱體等構成。室內空調器具有①自然通風、②潔凈、③調濕、④潔凈調濕、⑤潔凈調濕調溫、⑥停機、⑦調溫、⑧潔凈調溫、⑨調濕調溫九種狀態，其中①②③④⑤⑥狀態是室內空調器必須具備的狀態；⑦⑧⑨三種狀態是根據各地氣候特點選用的備份狀態；②③④三種狀態的實質是具有潔凈調濕功能的間歇式機械通風狀態；①②③④四種狀態與室內蓄熱協同工作可減小室溫波動幅度，降低冷(熱)負荷峰值，減小風機最大功率，最高轉速和噪音，減小盤管尺寸，在夏冬季還可減少⑤潔凈調濕調溫狀態(或⑦⑧⑨狀態)的工作時間，⑤潔凈調濕調溫狀態(或⑦⑧⑨狀態)具有局部小風量送風工作方式，向局部空調空間送風；⑦⑧兩種狀態也兼有調濕功能；①②③④四種狀態適于過渡季節和北方采暖期運行；這樣集成設備四季可實現空調的功效，尤其在低氣壓氣象條件下，城市“熱島效應”嚴重區域，其優點更突出。對于多臺室內空調器的系統，采用變載冷劑流量多聯分體式空調控制技術，其中一臺空調器為主空調器，其余空調器為從空調器，從空調器的控制器控制該空調器的狀態及狀態轉換；控制⑤(⑦⑧⑨)狀態下大、小風量送風方式及其轉換；控制風機轉速；控制換熱盤管載冷劑流量調節閥的開度；主空調器的控制器除控制本身的上述控制任務外，還控制系統協同工作，控制供冷(熱)回路供冷(熱)泵的轉速調節系統的載冷劑流量以適應空調系統總負荷變化。控制電路部分有兩種實施方案一種是在現有風機盤管空調控制電路的基礎上對新增狀態和小風量送風方式加裝人工控制電路，新增控制部分根據控制面板上顯示的室內、外溫度、濕度和對室外空氣質量的判斷即可選擇相應的按鈕操作。另一種實施方案是全自動控制，需加裝室外空氣質量傳感器，遙控器發射和接收裝置，增添新的控制軟件，另單獨申報專利。系統所需電源有以下三種來源1)自供電，即風輪(水輪)既驅動壓縮機，還驅動發電機向蓄電設備充電，由畜電設備提供電能；2)專用(未并網的)風力(水力)發電蓄電供電設備供電；3)電網供電。
為了提高風能利用率和擴大風能蓄能空調集成設備的使用地域范圍，系統中可設置增加風輪前端一定距離風速的裝置，根據Pmax=827ρSV13]]>可增大風輪輸出功率，提高壓縮機的制冷量。
小型風能、電能互補驅動蒸汽壓縮式制冷蓄能及家電集成設備。該設備由制冷，冰箱、冰(水)蓄冷集成設備，冷凝集成設備，通風、室內蓄熱空調集成設備，空調床帳組成。制冷設備與空調建筑集成設計，建筑屋頂采用三重結構，上層球面薄殼結構屋頂凸面向下，通過四角立柱與建筑屋連接，上層上表面是太陽能利用的空間，中層球面薄殼結構屋頂凸面向上，與建筑物聯成一體，上、中層之間保持適當距離，是風能利用的空間，安裝豎軸型風輪，下層平面屋頂隔熱保溫，豎軸型壓縮機安裝在中、下層之間，采用風能、電能互補驅動，這樣提高了系統運行的可靠性。在制冷劑回路中，有冷凍、冷藏、冰(水)冷蓄三個蒸發器構成兩個并聯支路，冷藏、冷凍蒸發器串聯為一條支路，冰(水)蓄冷蒸發器為另一條支路，冷藏蒸發器接有旁通開關閥，便于工作在速凍工況，冰(水)蓄冷、冰箱集成裝置是下列形體之一長方體、正方體、圓柱體、橢圓柱體、球體，各形體結構從內到外依次是內置冷凍蒸發器的冷凍室、帶框架的隔熱層、內置冰(水)蓄冷蒸發器的冰(水)蓄冷室、帶框架的隔熱層、內置冷藏蒸發器的冷藏室、外隔熱層及殼體、底部是隔熱層和承重框架，起隔熱承重作用，冷凍室、冷藏室采用上開門或側開門式結構，冰(水)蓄冷室采用密封可上開蓋結構。制冷、冰(水)蓄冷、冰箱集成設備的控制由控制裝置完成，控制裝置采用模塊式結構，壓縮機驅動狀態控制模塊接受風速傳感器信號，當風速大于一定值并持續一定時間，壓縮機轉為風能驅動，當風速小于一定值并持續一定時間，壓縮機停轉一定時間然后轉為電驅動，當風速重新增大并持續一定時間，壓縮機停轉一定時間后轉為風輪驅動。冰箱、冰(水)蓄冷集成設備的工況由另一控制模塊完成，該模塊是冰箱控制器和冰(水)蓄冷控制器的組合，控制的工況及優先權順序是速凍、冷凍冷藏、冰(水)蓄冷，控制裝置采用壓力一溫度控制方式，通過控制電子膨脹閥開度調節制冷劑流量。冷凝集成設備由冷凝器和蓄熱水器組合而成，冷凝器裝有溫度傳感器，進水開關閥，蓄熱水器與冷凝器之間有隔熱層，隔熱層上部有單向水閥與蓄熱水器連通，蓄熱水器上部有溢水接頭，下部有用水接頭。當冷凝器冷卻水水溫高于一定值，溫度傳感器控制進水開關閥打開并持續一定時間，一定流量的熱水被“頂”入蓄熱水器，蓄熱水器下部有放水接頭，若要獲得更高溫度的熱水，可在放水接頭處安裝小型電熱器件。通風、室內蓄熱空調集成設備前面已作描述。空調床賬是局部空間的空調裝置，本設備系統可與“太陽能蓄能轉換家用空調系統”進行對接。
另一種風能、電能互補驅動壓縮制冷的裝置有兩臺壓縮機，一臺是風輪驅動的壓縮機，其輸入軸通過增速器、電磁離合器與風輪輸出軸連接，另一臺電動機驅動的壓縮機作備份用，兩臺壓縮機制冷劑輸入、輸出管路是并聯關系，通過各支路開關閥接入制冷劑回路，兩種驅動狀態的轉換由控制器控制，控制器接受風速傳感器信號，當風速超過一定值并持續一定時間，系統轉為風輪驅動，當風速降低到一定值并持續一段時間，系統根據需要和設定，可轉為備份壓縮機工作。
水輪(能)驅動的壓縮機，因水位變化較為緩慢或基本不變，壓縮機轉速相對穩定，因而可采用傳統的熱力膨脹閥控制蒸發器壓力、溫度，不像風能風向、風速經常變化，因而測控設備要簡單得多。
本發明與天然冰蓄能集中供冷設備系統結合，可彌補天然冰儲能損耗，降低天然冰貯量，降低天然冰蓄能設備的初投資成本和運行成本。本發明通風、空調集成設備可與現有制冷設備結合，制冷、蓄冷、供冷設備可與現有空調設備結合，實現節能、節約資源、改善室內空氣質量。
有的風能、水能制冷(熱)設備(以下稱充能站)，可建在離城鎮有一定距離的風場(市郊、海面、海灘、海島、海灣)或內河水利工程處，用下列方式輸送熱能1、隔熱管道，2、蓄能船、蓄能車。船、車上有蓄電、蓄熱設備(如蓄電池、蓄冰槽、水中浮袋等)。以儲存電能或其它能源為動力，往返于充能站與城市用戶、供能站之間。車、船上的蓄熱設備、蓄電設備在充能站與制冷(熱)設備、發電設備對接充能，充能完畢，運至城鎮用戶或供能站與供冷(熱)、空調設備對接，釋放儲能，只要蓄能、輸能能耗低于從風力、水力發電到蓄冷空調儲能的能耗(約占風輪、水輪輸出能量的30％)，則經濟合理。該蓄能船、蓄能車也可往返于風電場、水利工程充能站或天然冰儲冰庫與市內用戶、供能站之間。上述方案，制冷、蓄能不占用城市建筑空間，用戶不必購買制冷設備，不必建制冷儲能建筑設施。有利于制冷、蓄能與用戶實施分離，有利于該發明的推廣應用。
本發明與現有技術相比，具有以下積極效果1、在有風能、水能可以利用，近地城鄉需用制冷機(熱泵)的地方，用風能、水能驅動壓縮機(熱泵)運轉，減輕對化石能源的依賴程度，可減小電網峰谷差值，有助于減輕電網增容壓力，有助于提高電網運行效率。2、省去了從風、水力發電到電動機驅動壓縮機運轉若干中間環節，避免這部分能量在轉換和傳輸過程中的損耗，節省用于制造中間環節設備銅、鐵、鋁材料的消耗。3、集通風、空調新風于一體的新風入口、排氣出口裝置，通風、空調、室內蓄熱集成設備，家用冰箱、冰(水)蓄冷集成設備，冷凝蓄熱水器集成設備，在有風時能增強自然通風效果，減小機械通風阻力；過渡季節低氣壓氣象條件時，能提高室內空氣質量；夏、冬季能減少調溫風機盤管工作時間，降低風機盤管尺寸，減小風機最大功率、最大轉速和噪音，降低用戶電力增容量，降低初投資成本和運行成本，減少家電設備原材料消耗，提高設備效率，四季實現空調功效。4、增加風輪前端風速的裝置和風能、電能互補驅動壓縮機的裝置，能提高風能利用率，提高系統的可靠性，擴大風能蓄能空調集成設備的應用地域范圍。5、本發明與“天然冰蓄能集中供冷設備系統”的結合，能降低天然冰蓄能供冷設備系統的初投資和運行費用；本發明與“太陽能蓄能轉換家用空調系統相結合，可提高太陽能蓄能空調工作的可靠性。6、蓄能船、蓄能車是解決異地制冷(熱)、用冷(熱)的方式，有助于該技術在大、中城市推廣應用。
下面結合附圖進一步描述本發明實施方式
圖1本發明熱泵型風能蓄能及空調集成設備示意2增強風輪前端風速裝置的俯視示意3小型風能、電能互補驅動壓縮機制冷蓄能及家電集成設備圖4一種風能、電能互補驅動壓縮機裝置的示意5一種水輪(能)驅動復迭式制冷設備的示意圖實施例1 熱泵型風能蓄能及空調集成設備，該系統由制冷(熱)、蓄冷(熱)循環子系統，供冷(熱)循環子系統，通風、空調、室內蓄熱集成設備、電源組成。如圖1所示制冷(熱)、蓄冷(熱)循環子系統由風輪1，增速器2，外驅動壓縮機3，換向閥4，冷凝器5，電子膨脹閥6，蒸發器7，壓縮機轉速傳感器8，蒸發器出口壓力傳感器9，蒸發器出口溫度傳感器10，制蓄冷(熱)控制器11，蓄冷槽12、13，蓄熱槽14，充冷(熱)速率調節泵15、16，充冷(熱)開關閥17、18、19、20、21，充冷(熱)溫度傳感器22、23，組成。風輪1固定在增速器2的輸入軸上，增速器2的輸出軸與外驅動壓縮機3的輸入軸相連接，增速器2與外驅動壓縮機3安裝在機艙內，機艙位于迥轉體(旋轉支撐)的上方，迥轉體位于塔架上(機艙、迥轉體、塔架是風力發電公知設備)；換向閥4、冷凝器5、電子膨脹閥6、蒸發器7，安裝在塔架下儲能控制室內，壓縮機制冷劑輸入，輸出導管是柔性導管，運用風力發電公知的解纜技術防止纏繞，壓縮機轉速傳感器8是壓縮機3的附件，供調試用，蒸發器出口壓力傳感器9的導管與蒸發器制冷劑出口導管連通，蒸發器出口溫度傳感器10感受蒸發器制冷劑出口溫度。蓄冷槽12、13安裝在儲能室內，蓄熱槽14安裝在地下，充冷(熱)速率調節泵15、16，充冷(熱)開關閥17、18、19、20、21，安裝在儲能控制室內。充冷(熱)水溫傳感器22、23安裝在蒸發器7和冷凝器5上，制蓄冷(熱)控制器11是制冷(熱)，蓄冷(熱)設備的控制裝置，采用公知的壓力——溫度控制方式和變流量調節技術，當風速變化引起壓縮機3轉速變化通過控制電子膨脹閥6的開度調節制冷劑流量，通過控制充冷(熱)速率調節泵15、16驅動電源的頻率調節泵15、16的轉速，將可控目標——蒸發器制冷劑出口壓力(溫度)及過熱度，熱泵制熱模式下的冷凝壓力，充冷(熱)槽充冷(熱)溫度控制在規定值范圍內，使系統穩定運行。制冷(熱)、蓄冷(熱)設備還采用了前述技術方案中提及的與橫軸型風力發電相關的設備，采用了公知的制冷輔助裝置，蓄冷(熱)設備中采用了防虹吸，倒空技術。供冷(熱)循環子系統由供冷(熱)負荷調節泵24，開關閥25、26、27、28、29，開關調節閥30，室內蓄熱器31，空調器換熱盤管32組成。室內蓄熱器31上裝有溫控器，控制開關閥29的通斷，空調制冷(熱)時，蓄熱器31內介質溫度高(低)于一定值，溫控器接通開關閥電路和延時電路，開關閥29打開并延時一定時間，蓄熱器31更換一定流量的介質后，溫控器和延時電路相繼斷開，開關閥29關閉。供冷(熱)負荷調節泵由系統的主空調器的控制器控制，使之與系統冷(熱)負荷總量相適應。圖中只畫出一個蓄熱器和一個空調器，實際系統根據規模在管路A、B間并接若干個蓄熱器和若干個空調器換熱盤管，供冷(熱)子系統也采用公知的防虹吸、防倒空技術。通風新風入口裝置由正壓風管33、旋轉支撐34、進風管35、旋轉接頭36組成，正壓風管33頭部呈流線收斂型喇叭口，中間呈90度彎曲，末端是直管，尾部是風標，其重心位于直管段軸線上，直管外重心上方有一托環，與軸承、支座構成旋轉支撐34，支座與建筑物聯成一體，正壓風管33位于旋轉支撐34之上，可繞其轉動，正壓風管33直管段與進風管35入口直管段在同一軸線上，銜接部分通過旋轉接頭36連通；通風排氣出口裝置有兩種一種由間隔一定距離的上、下誘風曲面(球面)37、38，支柱39(3個以上)，排氣管40構成，上曲面37通過支柱39與屋頂相連，凸面向下，下曲面38與建筑屋頂聯成一體，凸面向上，凸面中央有一圓洞，排氣管40上端銜接于此；另一種排氣裝置由負壓風管43、旋轉支撐34、旋轉接頭36、排氣管40組成，負壓風管43前端呈流線收斂型喇叭口，中、后段水平直管與中部豎直管構成三通，尾部是風標，重心位于豎直管軸線上，直管段外合適位置有一托環，與軸承，支座構成旋轉支撐34，支座與建筑物聯成一體，負壓風管43位在旋轉支撐34上，可繞其轉動，負壓風管43豎直管段與排氣管40直管段位于同一軸線上，銜接部分通過旋轉接頭36連通；排氣裝置中安裝有排風機41和排氣調節閥門42。新風入口裝置和排氣出口裝置一般安裝在空調建筑屋頂，也可安裝在其它合適的地方，在有風時，充分利用自然風產生正壓和負壓，加大壓力差，增強通風效果，減少通風阻力；無風時，由于取氣高度較高，這對于熱島效應較為嚴重的城市，對于馬路街道旁的建筑，能顯著改善空氣質量，降低空調新風能耗。室內空調器由新風流量調節閥44，回風流量調節閥45，潔凈裝置46，調濕裝置47，換熱盤管32，開關控制閥48、49、50、51、52、53、54，大、小風量送風控制閥55和56，小風量接頭57，小風機58，大風機59、室外溫度、濕度傳感器60，輻射強度傳感器61，室內溫度、濕度傳感器62，空調控制器63組成。通風及空調新風進風管35與新風流量調節閥44連通，然后經開關控制閥48、49、50、51分別與自然通風散流管，潔凈裝置46，調濕裝置47，換熱盤管32的進氣端相連通，開關控制閥52、53、54分別連通在潔凈裝置46出氣管與調濕裝置47入氣管、潔凈裝置46出氣管與換熱盤管32空氣入氣管、調濕裝置47出氣管與換熱盤管32空氣入氣管之間，小風機58進氣管與潔凈裝置46、調濕裝置47出氣管連通，小風機58出氣管與空調室相通，大風機59進風管與換熱盤管32出氣管連通，大風機59出氣管與大、小風量送風開關閥55、56入口連通，大風量送風開關閥55出氣管通過散流器與空調室相通，小風量送風開關閥56與小風量送小接頭57連通，回風流量調節閥45進氣端與空調室相通，室內空調器將自然通風、間歇式機械通風、空調新風相結合，將通風、空調、室內蓄熱相結合，它具有①自然通風、②潔凈、③調濕、④潔凈調濕、⑤潔凈調濕調溫、⑥停機、⑦調溫(兼調濕)、⑧潔凈調溫(兼調濕)、⑨調濕調溫九種狀態。其中①②③④⑤⑥是必備狀態，⑦⑧⑨是備份選用狀態，根據各地氣候特點選用；②③④三種狀態實質是具有潔凈、調濕功能的間歇式機械通風狀態，①②③④四種狀態與室內蓄熱相結合，可減小室溫波動幅度，降低冷(熱)負荷峰值，減小風機最高功率，最高轉速和噪音，減小盤管尺寸，可減少⑤潔凈調濕調溫狀態(⑦⑧⑨狀態)的工作時間，⑤(⑦⑧⑨)狀態還可工作于小風量送風方式，向局部空調空間送風，①②③④四種狀態適于在過渡季節和北方采暖期運行，空調器四季可實現空調的功效，尤其在低氣壓氣象條件下，城市“熱島效應”嚴重區域，效果更突出。對于多臺室內空調器的系統，采用公知的變制(載)冷劑流量多聯分體式空調控制技術，其中一臺空調器為主空調器，其余空調器為從空調器；各空調器的控制器63控制空調器的狀態及狀態轉換；控制⑤(⑦⑧⑨)狀態下大、小風量送風方式的轉換；控制風機58、59的轉速；控制開關調節閥30的開度調節換熱盤管32的載冷劑流量；主空調器的控制器，還控制各空調器的協調運行；控制供冷(熱)泵24驅動電源的頻率調節其轉速，使系統冷(熱)介質流量與系統總冷(熱)負荷相適應。控制電路在現有風機盤管空調器控制電路的基礎上，對新增狀態和小風量送風方式加裝人工控制電路，為便于連接人工控制電路，將空調器各工作狀態與相關被控部件狀況列表如下，其中開關閥用開關二態表示；其余部件√表示工作，×表示不工作。(大風量送風時，閥55打開，閥56關閉，小風量送風時，閥55關閉，閥56打開)。
實施例2 增強風輪前端風速的裝置，為了擴大風能蓄能及空調集成設備的應用地域范圍，提高風能利用率，系統中可增設增強風輪前端風速的裝置，該裝置運用風的“喇叭口效應”或“狹管效應”原理，在風速較小時應用，使風輪前一定距離的上游風速V1大于環境風速，依據Pmax＝8/27ρ SV13可提高風力壓縮機輸入功率，該裝置根據集風曲面形狀分為①喇叭口型風管，②上、下雙曲面型，③左、右雙曲面型。圖2是一種喇叭口同步驅動型增強風輪前端風速的裝置，它由喇叭口風管64，支架65，底座66，支撐輪67、68、69、70，同步伺服機構71、72，驅動輪73、74，制動裝置75、76，導軌77，同步計數器78、79，偏航同步控制器80組成。喇叭口型風管64固定在支架65上，支架65、底座66、支撐輪67、68、69、70和驅動輪71、72的輪軸連成一體，是裝置的可動部分，同步伺服機構71、72受偏航同步控制器80控制，通過驅動輪73、74使裝置可動部分沿導軌77運動，制動裝置75、76安裝在支撐輪69、70上，導軌75呈圓形，圓心在風輪水平轉動的中心軸線上，同步計數器78安裝在支撐輪69上，另一個同步計數器79安裝在同步水平轉動的機艙上，偏航同步控制器80是前述風輪對風偏航系統(風力發電公知設備)的控制器，當風向改變時，偏航同步控制器80控制機艙轉動的同時，控制同步伺服機構71、72，驅動輪73、74使喇叭口風管64和風輪同步轉動，直至風輪和喇叭口風管64都迎著風向，若風輪與喇叭口風管64不能同步轉動時，則兩計數器78、79指示不一致，偏航控制器80控制制動裝置75、76和機艙偏轉的制動裝置同時實施制動，該裝置和風輪(機艙)停止偏轉對風，直至故障排除，該裝置也可應于風力發電設備系統。
實施例3 小型風能、電能互補驅動壓縮機制冷及家電集成設備系統，如圖3所示，該系統由制冷壓縮機及配套建筑，冰(水)蓄冷、冰箱集成設備，冷凝蓄熱集成設備，控制裝置，通風空調集成設備，空調床帳組成。制冷壓縮機與建筑屋頂集成設計，屋頂采用三重結構，上層球面簿殼結構屋頂81通過四角立柱82與建筑物連成一體，凸面向下，上凹面是太陽能利用的空間，中層簿殼球面結構屋頂83與建筑屋相連，凸面向上，兩凸面之間保持一定距離，是風能利用的空間，兩凸面中央各有一個小圓洞，上層小洞下面有環形凹面防水槽和引流水管(圖中未畫)，下層平面屋頂84主要起隔熱作用，上、中層屋頂81、83之間安裝豎軸型風輪85，豎軸型壓縮機86安裝在中、下層屋頂83、84之間，壓縮機86有兩個輸入軸，一輸入軸通過增速器87、電磁離合器88與風輪85輸出軸連接；另一輸入軸通過電磁離合器89與電動機90的輸出軸連接。風能、電能互補驅動壓縮機也可以采用雙壓縮機的形式。冰箱、冰(水)蓄冷集成設備中，冷藏蒸發器93、冷凍蒸發器94、開關閥95串聯，形成冷凍冷藏支路，為便于設備工作在速凍工況，冷藏蒸發器93并接開關閥96；冰(水)蓄冷蒸發器97和開關閥98組成冰(水)蓄冷支路；兩支路并聯接入制冷劑循環回路，冰(水)蓄冷采用公知的盤管外蓄冷釋冷方式，也可采用其它冰(水)蓄冷方式；集成設備的形體是長方體(正方體、圓柱體、橢圓柱體、球體)，其結構從內到外依次是內置冷凍蒸發器94的冷凍室101，帶框架的隔熱層102，內置冰(水)蓄冷蒸發器97的冷(水)蓄冷室103，帶框架的隔熱層104，內置冷藏蒸發器93的冷藏室105，隔熱外殼106；冷凍室、冷藏室采用上開門結構(也可采用側開門結構)，冰(水)蓄冷室采用密封結構，其上蓋與外側框架隔熱層104通過密封墊圈和緊固螺栓實現密封，集成設備的底部是隔熱層和承重框架，電子膨脹閥99與該集成設備裝在一起；冷凝集成設備100由冷凝器107、蓄熱水器108、溫控器109、進水開關110、單向水閥111、溢水接頭112，用水接頭113，隔熱層114、隔熱殼體115組成，冷凝器107與蓄熱水器108豎向平行安裝在同一隔熱殼體內，中間有隔熱層114，溫控器109安裝在冷凝器107內，冷凝器107采用水冷卻，下接進水開關閥110，上部單向水閥111與蓄熱水器108相通，蓄熱水器108上部有溢水接頭112，下部有用水接頭113，當冷凝器107冷卻水溫超過一定值，在溫控器109作用下，進水開關閥110電路接通，閥被打開，一定流量的熱水被冷水經單向閥111“頂”入蓄熱水器108后，冷凝器107內水溫下降到一定值，溫控器109斷開開關閥110電路，開關閥110關閉。若要獲得比蓄熱水器108內水溫更高一些的熱水，可在用水接頭113處安裝小功率電熱器。控制裝置91中的壓縮機狀態控制模塊接受風速傳感器92的信號，控制壓縮機86的工作狀態，當風速超過一定值并持續一定時間，控制電磁離合器88使壓縮機86轉為風輪驅動，當風速低于一定值并持續一定時間，通過控制電磁離合器88使壓縮機86停機并間隔一定時間后轉為電動機90驅動，與此同時，電磁離合器89動作，壓縮機進入電動機驅動狀態；控制裝置91中的冰(水)蓄冷、冰箱集成設備控制模塊控制集成設備的三種工況及優先權順序速凍、冷凍冷藏、冰(水)蓄冷；冰箱不工作期間，轉換為冰(水)蓄冷工況；各工況采用蒸發器出口壓力——溫度控制方式進行控制；當蓄冷充冷完畢，冰箱不需冷量，系統轉為停機狀態。(電磁離合器88、89處于離狀態，電動機停轉)。供冷子系統室內蓄熱，通風、空調集成設備與實施例1相同(圖中未畫)冰蓄冷可采用低溫送風方式。空調床帳由蓄熱床墊、空調帳兩部分組成，蓄熱床墊呈席夢思床墊狀，下底和四周外層是承力框架，內層是隔熱層，扁長方體凹槽內置扁長方體蓄熱器，內部有若干行間隔一定距離的隔膜和充氣柱，與蓄熱器內壁上、下兩表面粘連，形成迷宮狀水通道，通過兩端接頭、冷(熱)水開關閥、管道接入供冷(熱)水回路；空調帳呈蚊帳狀，用柔性隔熱密封材料做成，床頭一端有來氣接頭，外部通氣管與空調器小風量送風接頭連通，內部與床頭送風器連通，床尾一端有帶防蟲網的排氣孔，送風時內部略呈正壓，空調帳可單獨使用。本系統可與發明專利“太陽能蓄能轉換家用空調設備系統”結合，將風能制冷蓄能設備中的蓄冰(水)室103作為太陽能蓄能系統中的蒸發貯液器；在上層屋頂81上表面安裝太陽能吸附集熱器，可實現兩個系統聯合供冷，進一步節能，并提高供冷的可靠性。
實施例4 另一種風、電能互補制冷的裝置如圖4所示該裝置有兩臺壓縮機，一臺是風輪116驅動的壓縮機117，其輸入軸通過增速器118、電磁離合器119與風輪116輸出軸連接；另一臺電動機120驅動的壓縮機121起備份作用，兩臺壓縮機制冷劑輸入、輸出管路是并聯關系，通過各支路開關閥122、123接入制冷劑回路，兩種驅動狀態的轉換由控制器124控制，控制器接受風速傳感器125信號，當風速超過一定值并持續一定時間，系統轉為風輪116驅動，當風速降低到一定值并持續一段時間，系統根據需要和設定，可轉為電動機120驅動。圖中126是冷凝器，127是電子膨脹閥，128是蒸發器。
實施例5 水能復迭式制冷設備。這里所說的水能是指可用來發電的水能，包括內河落差水能，海洋潮汐能和波浪能。圖5是制冷專業普通技術人員熟悉的復疊式制冷設備，開啟式壓縮機A、B均由水輪(能)通過增速器驅動，在水能水位變化緩慢或基本不變的系統中，因壓縮機轉速較為穩定，采用現有公知的熱力膨脹閥控制制冷劑流量，使蒸發器出口溫度、過熱度、壓力在規定范圍內，保障系統運行穩定，B蒸發器出口溫度可達零下三四十度，不僅可向舒適性空調供冷，還可滿足部分工藝性空調要求。該制冷設備還采用與水力發電相關的設施；還采用公知的制冷輔助設備；B壓縮機在低溫下運行，采用低溫運行技術，如使用低溫冷凍油；該設備還可向蓄冷(蓄熱)槽充冷(熱)，由蓄冷(熱)槽向空調設備提供冷(熱)能。
實施例6 本發明與其它制冷設備、空調的結合為了充分利用三北地區處于風帶和冬季寒冷的氣候資源，本發明中的風能制冷循環系統可與“天然冰蓄能空調集中供冷設備系統”結合，在風能制冷制冷劑循環回路中安裝兩個并聯的蒸發盤管，在各蒸發盤管制冷劑入口連接控制開關閥，兩盤管分別放入傳熱隔斷池和融冰水池中，傳熱隔斷池中的蒸發盤管工作于冰蓄冷工況，運用冰蓄冷控制技術，控制盤管外冰層厚度；融冰水池中的蒸發盤管工作于水蓄冷工況，通過控制裝置控制兩支路的工作。實現兩個系統聯合供冷；本發明中的通風入口裝置和排氣出口裝置可分別與天然冰蓄能系統中的進氣通道和出風通道連通，用于冬季在貯冰庫內制冰。可彌補天然冰損耗，減小天然冰貯量和設計庫容，降低初投資和年運行費用。本發明的通風入口可與“空中取氣空調集中供冷設備系統”(專利申請號為200410044002.7)對接，實現優勢互補。例如，一些副熱帶高壓控制區，白天多干熱風，利用風能制冷蓄能，夜晚無風，利用空中取氣設備獲取300米左右高度的空氣作為通風或空調新風來源，節約能源，在城市“熱島效應”嚴重，垂直溫差大的區域應用，經濟效益明顯。本發明中的制、蓄冷(熱)設備可與現有空洞設備對接，本發明中的通風、室內蓄熱、空調集成設備與可與現有制冷設備結合，四季能實現空調的功能，節能并提高室內空氣質量。
權利要求
1.一種風能、水能蓄能及通風、空調、室內蓄熱、冰箱集成設備，采用蒸氣壓縮式制冷，冰(水)蓄冷，風機盤管和與風力發電，水力發電相關的設備，采用變制(載)冷劑流量、變風量控制技術，其特征在于風輪、水輪固定在增速器的輸入軸上，增速器的輸出軸與外驅動壓縮機的輸入軸相連接，增速器與外驅動壓縮機固定在機艙內，壓縮機制冷劑輸入、輸出導管是柔性導管，對風速波幅大、潮汐波浪水頭沖擊大的系統，在增速器中加裝摩擦離合器，在傳動系統中設計制造“隱性慣性輪”，集成設備中的新風入口裝置由正壓風管、旋轉支撐、進風管、旋轉接頭組成，正壓風管頭部呈流線收斂型喇叭口，管的中間段呈90彎曲，末端是直管，尾部是風標，其重心位于直管段軸線上，重心上方直管外有一托環與軸承、支座構成旋轉支撐，支座與建筑屋聯成一體，正壓風管位于旋轉支撐上，正壓風管直管段與進風管入口端直管段在同一軸線上，銜接部分通過旋轉接頭連通；設備中的排氣出口裝置有兩種類型一種由間隔一定距離的上、下誘風曲面、支柱、排氣管組成，上誘風曲面通過支柱與屋頂相連，凸面向下，下誘風曲面與屋頂連成一體，凸面向上，凸面中央有園洞，排氣管上端銜接于此；另一種由負壓風管、旋轉支撐、旋轉接頭、排氣管組成，負壓風管頭部呈流線收斂型喇叭口，中、后段水平直管與中部豎直管構成三通，尾部直管上下是風標豎直受風力面，負壓風管重心位于豎直管軸線上，重心上方豎直管外有一托環，與軸承、支座構成旋轉支撐，負壓風管位于旋轉支撐上，其豎直管與排氣管出口直管段位于同一軸線上，銜接部分通過旋轉接頭連通；室內空調器是通風、風機盤管集成的設備，它由新風流量調節閥，回風流量調節閥，潔凈裝置，調濕裝置，調溫換熱盤管，開關控制閥48、49、50、51、52、53、54，大小風量送風開關閥55、56，小風量接頭，小風機，大風機，室外溫度、濕度傳感器，輻射強度傳感器，室內溫度、濕度傳感器，空調控制器組成，空調新風進風管與新風流量調節閥連通，然后經開關控制閥48、49、50、51分別與自然通風散流管，潔凈裝置、調濕裝置，調溫換熱盤管空氣進氣端相連通，開關控制閥52、53、54分別連通在潔凈裝置出氣口管與調濕裝置入氣口管，潔凈裝置出氣口管與調溫換熱盤管空氣入氣口管，調濕裝置出氣口管與調溫換熱盤管空氣入氣口管之間，小風機進氣管與潔凈、調濕裝置出氣口管連通，小風機出氣管向空調室送風，大風機進氣管與調溫換熱盤管空氣出口管連通，大風機出氣管與大、小風量送風開關閥入口連通，大風量送風開關閥出氣口與空調室相通，小風量送風開關閥出氣口與小風量送風接頭連通，回風流量調節閥進氣口與空調室相通，空調器具有自然通風、潔凈、調濕、潔凈調濕、潔凈調濕調溫、停機、調溫(兼調濕)、潔凈調溫(兼調濕)、調濕調溫九種狀態，其中前六種狀態是空調器必備狀態，后三種狀態是備選狀態，潔凈調濕調溫、調溫、潔凈調溫、調濕調溫四種狀態具有小風量送風方式，可向局部空調空間送風；室內蓄熱器內置溫控器，通過可控開關閥連接到供冷(熱)介質循環回路。
2.根據權利要求1所述的增強風輪前端一定距離上游風速的裝置，其特征是該裝置由喇叭口風管、支架、底座、支撐輪(若干個)，同步伺服機構(1至2個)、驅動輪(1至2個)、制動裝置(1至2個)、導軌、同步計數器2個、偏航同步控制器組成，喇叭口風管固定在支架上，支架、底座、支撐輪輪軸、驅動器輪輪軸連成一體，構成可運動部分，偏航同步控制器通過控制同步伺服機構、驅動輪可運動部分沿導軌轉動，導軌呈圓形，圓心在風輪水平轉動的軸線上，一個同步計數器安裝在支撐輪上，另一個同步計數器安裝在水平轉動的機艙上，制動裝置安裝在支撐輪上。
3.根據權利要求1所述的小型風能、電能互補驅動壓縮機制冷及家電集成設備系統，其特征在于空調建筑采用三重屋頂，球面簿殼結構的上層屋頂通過四角立柱與建筑物相連，凸面向下，上表面安裝太陽能利用設備，凸面向上的球面簿殼中層屋頂與建筑屋相連，上層與中層之間保持一定距離，兩凸面中各有一小園洞，雙輸入軸開啟式豎軸型風力壓縮機的風輪安裝兩凸面中央位置，下層平面屋頂是隔熱層，豎軸型風力壓縮機安裝在中、下兩層屋頂之間的中央，風輪軸通過上電磁離合器、增速器與壓縮機上端輸入軸連接，電動機輸出軸通過下電磁離合器與壓縮機的下端輸入軸連接，控制器輸入、輸出信號線分別與風速傳感器和兩電磁離合器相連接；制冷循環子系統中，冷藏蒸發器與冷凍發器相串聯，然后與冰(水)蓄冷蒸發器并聯，冷藏蒸發器并聯旁通開關閥；冰箱、冰(水)蓄冷集成設備可以是長方體、正方體、圓柱體、橢圓柱體、球體，其結構從內到外依次是內置冷凍蒸發器的冷凍室、帶框架的隔熱層、內置冰(水)蓄冷蒸發器的冰(水)蓄冷室、帶框架的隔熱層、內置冷藏蒸發器的冷藏室、隔熱層及殼體、冰(水)蓄冷室上蓋與側壁通過密封墊圈和緊固螺栓實現密封，下部隔熱層之間及底部是承重框架；冷凝集成設備由冷凝器、蓄熱水器、溫控器、進水開關閥、單向水閥、溢水接頭、用水接頭、隔熱層、隔熱殼體組成，冷凝器和蓄熱水器豎向并排安裝在隔熱殼體內，相互之間有隔熱層；溫控器的感溫部分安裝在冷凝器中、上部合適位置，冷凝器上部有單向水閥與蓄熱水器室上部連通，蓄熱水器上端有溢水接頭，下部是用水接頭；空調床帳由蓄熱床墊、空調帳組成，蓄熱床墊下底和四周外層是承力框架，內層是隔熱層，扁長方體凹槽內置長方體蓄熱室，蓄熱室內有若干行隔膜和充氣柱與蓄熱室內壁上、下表面粘連，形成迷宮狀水通道，兩端是水接頭，水接頭通過水管和開關閥連接到供冷(熱)介質循環回路，空調帳呈蚊帳狀，用柔性隔熱材料制成，床頭一端有空調來氣接頭，通過柔性軟管與空調小風量送風接頭連通，來氣接頭內連小風量送風器，床尾有帶防蟲網的排氣孔；蓄冷、冰箱集成設備的蓄冰(水)室可作為“太陽能蓄能轉換家用空調系統”的蒸發貯液器，建筑屋上層屋頂上表面安裝太陽能吸附集熱器。
4.根據權利要求1所述的風能、電能互補制冷的雙壓縮機裝置，風輪驅動的壓縮機輸入軸與增速器輸出軸連接，增速器輸入軸與電磁離合器輸出軸相連，電磁離合器的輸入軸與風輪輸出軸連接；另一壓縮機用電動機驅動，兩壓縮機的制冷劑輸入、輸出管路通過可控開關閥并聯接入制冷劑回路。
5.根據權利要求1所述的風、水能蓄能及空調集成設備，其特征在于制、蓄、供冷設備，可與現有蓄冷空調設備結合；通風、空調集成設備，可與現有制冷設備結合；風能制冷循環系統中，安裝兩并聯的蒸發盤管，各蒸發盤管制冷劑入口串聯開關控制閥，兩蒸發盤管分別安裝在傳熱隔斷池和融冰水池中，傳熱隔斷池中的蒸發盤管工作于冰蓄冷工況，融冰水池中的盤管工作于水蓄冷工況，兩工況優先權順序是冰蓄冷、水蓄冷；新風入口、排氣出口裝置分別與天然冰蓄能系統中的進氣通道和出氣通道連通。
6.根據權利要求1所述的蓄能船、蓄能車，其特征車于船、車安裝蓄電、蓄熱設備，可與風電場、水利工程的發電設備、制冷設備對接充能蓄能，與城市用戶、供能站設備對接釋放儲能，向空調系統提供能量。
全文摘要
本發明涉及風輪(能)、水輪(能)驅動的液體蒸發式制冷(熱)、蓄冷(熱)、供冷(熱)設備；通風、空調、室內蓄熱集成設備；增強風能前端風速的裝置；小型風能、電能互補驅動壓縮機制冷及家電集成設備；蓄能船及蓄能車；適于在有風能、水能可供利用，近地城鄉需用制冷裝置的地方推廣應用；其制冷設備、通風空調設備可分別與現有空調設備、制冷設備結合使用。
文檔編號F24F5/00GK1808002SQ20061000975
公開日2006年7月26日 申請日期2006年3月2日 優先權日2006年3月2日
發明者游善宗, 游江 申請人:游善宗, 游江