利用來自發動機的熱量的多效冷卻系統的制作方法

專利名稱：利用來自發動機的熱量的多效冷卻系統的制作方法
利用來自發動機的熱量的多效冷卻系統
背景技術：
一種吸附冷卻系統提供了 一種利用主熱源作為主能源的冷卻方 法。吸收系統按照與蒸汽壓縮系統相似的方式起作用。然而，除了 利用壓縮機壓縮制冷劑，并將制冷劑供給冷凝器以外，吸收系統還 使用了溶液回路。溶液回路由供有吸收劑的吸收器和發生器(即解吸 器)組成。吸收劑吸收該吸收器中的制冷劑，并解吸發生器中的制冷 劑，從而將制冷劑從低壓低溫狀態帶到高壓高溫狀態。然后發生器 將制冷劑供給冷凝器。
多效吸收系統按照與基本的單效吸收系統相似的方式起作用。 然而，多效吸收系統包括至少兩個發生器和一個附加吸收器或附加 冷凝器或這兩者。多效吸收系統通常比單效吸收系統更為有效，因 為它們使用來自附加吸收器、附加冷凝器或這兩者所消散的熱量， 并將該熱量應用于其中 一個發生器，以便在解吸工藝期間使用。
一種吸附冷卻系統提供了 一種利用主熱源作為主能源的冷卻方 法。吸附系統按照與吸收系統相似的方式起作用。然而，除了利用 吸附器和發生器以外，吸附系統還可使用兩個以雙向模式來操作的 吸附器室。在一種^^莫式下，第一吸附器室吸附來自蒸發器的制冷劑，
而第二吸附器室解吸制冷劑；之后將其依次供給冷凝器和蒸發器。 在另一種模式下，第二吸附器室吸附來自蒸發器的制冷劑，而第一 吸附器室解吸制冷劑；之后將其依次供給冷凝器和蒸發器。在這兩 種才莫式下，熱量為解吸來自吸附器室中的制冷劑提供了能量。
多效吸附系統按照與基本的單效吸附系統相似的方式起作用。 然而，它們包括至少另一組吸附器室。多效吸附系統通常比單效吸 附系統更為有效，因為多效吸附系統使用來自附加吸附器或其它元
件所消散的熱量，并將該熱量應用于其中一個解吸的吸附器室，以 便在解吸工藝期間使用。
在多效冷卻系統中，使用由多效冷卻系統本身的元件所產生的 廢熱，則提高了性能系數。然而，性能系數的額外提高將是很有用 的。
發明概述
根據一個示例， 一種操作多效冷卻系統的方法使用了由具有排 氣系統和冷卻系統的發動機所產生的熱量。該多效冷卻系統包括主 解吸器和副解吸器。主解吸器利用來自排氣系統的熱量而被加熱。 副解吸器利用來自冷卻系統的熱量而被加熱。
附圖簡介
通過示例而在附圖中非限制性地顯示了本發明的實施例，在附
圖中，相似的標號表示相似的元件，其中


圖1顯示了根據本發明一個實施例的多效冷卻系統的簡化的示
意圖2顯示了根據本發明一個實施例的吸收系統的簡化模型。 圖3顯示了根據本發明另 一 實施例的吸收系統的簡化模型。 圖4A和4B共同顯示了根據本發明另一實施例的吸附系統的簡 化模型。
圖5B和5B共同顯示了根據本發明另一實施例的吸附系統的筒 化模型。
圖6顯示了一種操作模式的流程圖，其說明了可根據本發明一 個實施例而實現多效冷卻系統的方式；
圖7顯示了一種操作模式的流程圖，其說明了可根據本發明另 一實施例而實現多效冷卻系統的方式；
圖8顯示了一種操作模式的流程圖，其說明了可根據本發明另
一實施例而實現多效冷卻系統的方式；
圖9顯示了一種操作模式的流程圖，其說明了可根據本發明另 一實施例而實現多效冷卻系統的方式；和
圖10顯示了一種操作模式的流程圖，其說明了可根據本發明另 一實施例而實現多效冷卻系統的方式。
本發明的詳細描述
出于簡明和舉例說明的目的，現在通過主要參看本發明的示例 來描述多效冷卻系統的操作。在以下詳細描述中，為了提供對這些 示例的完全理解，而闡述了許多特定的細節。然而，本領域中的普 通技術人員應該懂得這些示例可在不局限于這些特定細節的條件下 實現。在其它情況下，并沒有詳細描述眾所周知的方法和結構，以 免不必要地使本文所描述的這些示例晦澀難懂。
在整個本說明書中，參考了主解吸器和副解吸器。總的說來，
可將解吸器定義為一種在冷卻系統中用于從某種物質中解吸制冷劑 的裝置。主解吸器可被定義為在多效冷卻系統中在比該多效冷卻系 統中的另 一解吸器更高的溫度和/或壓力下進行操作的任何解吸器。 副解吸器可^皮定義為在多效冷卻系統中、在比該多效冷卻系統中的 另 一解吸器更低的溫度和/或壓力下進行操作的任何解吸器。
在吸收型多效冷卻系統中，主解吸器是從吸收劑中解吸制冷劑 的主發生器，而副解吸器從吸收劑中解吸制冷劑的副發生器。副發 生器在比主發生器較低的溫度和/或壓力下操作。制冷劑可以是水， 而吸收劑可以是溴化鋰(Li-Br)。
在吸附型多效冷卻系統中，主解吸器是至少兩個用于從吸附劑 中解吸制冷劑的主吸附器室中的一個，而副解吸器是至少兩個用于
從吸附劑中解吸制冷劑的副吸附器室中的一個。制冷劑可以是水， 而吸附劑可以是硅膠。
本發明還參考了由具有排氣系統和冷卻系統的發動機所產生的
熱量。發動機所產生的熱量可纟支定義為由于發動機的燃料燃燒而產 生的任何熱量。發動機可以是任^可用液體冷卻的產生熱量的內燃機。 排氣系統可被定義為一種管道或導管系統，其攜帶來自內燃機的廢 氣和熱量至預定的位置，通常是包含發動機的機艙外部。冷卻系統 可被定義為一種管道或導管系統，其將液體從發動機攜帶至使液體 冷卻的散熱器，并將液體返回給發動機，以降低發動機的溫度。就 發動機而言，還參考了具有發動機的車輛。這種車輛可被定義為包 括上面限定的發動機的任何機動設備。例如，車輛可以是小船、飛 機、貨車、汽車、火車或任何其它機動設備，其具有產生熱量的任 何發動機。
根據本發明的示例，多效冷卻系統操作，以冷卻一個區域。該 區域可包括用于將物品(例如食物和醫藥)保持在預定溫度下的隔離室 或容器。這種區域還可包括用于容納發熱裝置例如電氣設備的房間 或容器。另外，這種區域可包括被人或動物占用的房間或隔艙。例 如，該區域可以是客車的內部、飛機艙、定位在旅游客船中的房間、 定位在牽引拖車上的數據中心，或僅僅是隔離存儲艙。多效冷卻系 統可定位在車輛或靜態結構上，例如建筑物上。
多效冷卻系統利用發動機所產生的熱量而進行操作，發動機具 有排氣系統和冷卻系統。總的"i兌來，這種多效冷卻系統包括主解吸 器和副解吸器，并且利用一個構件中所產生的熱量來為副解吸器供 應熱量，以提高整個系統的性能系數。通過這種方式，用于冷卻所 需要的總的能量得以減少，這為用戶節省了金錢，并減少了對環境 資源，例如煤炭、石油和天然氣的過度依賴。通過將附加熱量從另 一熱源應用至副解吸器，可進 一 步提高多效冷卻系統的性能系數。 在多效冷卻系統中，除了多效冷卻系統的其它構件所產生的熱量以
外，主解吸器利用來自發動機排氣系統的熱量而操作(在300至800 攝氏度的溫度范圍內)，而副解吸器利用來自發動機冷卻系統的熱量 而操作(在80至90攝氏度的溫度范圍內)。
在一個示例中，多效冷卻系統可以是一種包括主發生器(作為主 解吸器)、副發生器(作為副解吸器)、主冷凝器、副冷凝器、吸收器 和蒸發器的多效吸收系統。主發生器利用來自排氣系統的熱量進行 操作，而副發生器利用來自冷卻系統的熱量進行操作。另外，副發 生器還可利用從主冷凝器收集到的熱量進行操作。在一些情況下， 由多效冷卻系統冷卻的裝置所產生的廢熱可用于操作副發生器。
在另 一示例中，多效冷卻系統可以是一種包括主發生器(作為主 解吸器)、副發生器(作為副解吸器)、冷凝器、主吸收器、副吸收器 和蒸發器的多效吸收系統。
主發生器利用來自排氣系統的熱量進行操作，而副發生器利用 來自冷卻系統的熱量進行操作。另外，副發生器還可利用從主吸收 器收集到的熱量進行操作。在一些情況下，由多效冷卻系統冷卻的 裝置所產生的廢熱可用于操作副發生器。
在另 一示例中，多效冷卻系統可以是一種包括主吸附器室(作為 主解吸器)、副吸附器室(作為副解吸器)、主冷凝器、副冷凝器、另 一主吸附器室、另一副吸附器室和蒸發器的多效吸附系統。主吸附 器室利用來自排氣系統的熱量進行操作，而副吸附器室利用來自冷 卻系統的熱量進行操作。另外，副吸附器室還可利用從主冷凝器收 集到的熱量進行操作。在一些情況下，由多效冷卻系統冷卻的裝置 所產生的廢熱可用于操作副吸附器室。
在另 一示例中，多效冷卻系統可以是一種包括主吸附器室(作為 主解吸器)、副吸附器室(作為副解吸器)、冷凝器、另一主吸附器室、 另 一副吸附器室和蒸發器的多效吸附系統。主吸附器室利用來自排 氣系統的熱量進行操作，而副吸附器室利用來自冷卻系統的熱量進 行操作。另外，副吸附器室還可利用從主吸附器室收集到的熱量進 行操作。在一些情況下，由多效冷卻系統冷卻的裝置所產生的廢熱 可用于操作副吸附器室。
在上述任何示例中，熱量可能是從多效冷卻系鄉克的構件例如冷
凝器和吸收器中所產生的。通過利用相對于車輛移動的空氣或與車 輛接觸的水將這種熱量消散到環境中，可提高效率。例如，被引導 穿過散熱器的移動空氣可消散冷凝器所產生的熱量，并因而提高多 效冷卻系統的總效率。在另一示例中，與水體例如海洋或湖泊接觸 的熱交換器，例如傳熱板，可消散吸收器所產生的熱量，并因而可 提高多效冷卻系統的總效率。
根據本發明的示例，發動機和多效冷卻系統作為 一個整體的總 效率，可通過各種方式來提高。例如，來自排氣系統的熱量將通常 是浪費的。然而，多效冷卻系統的主解吸器可使用廢熱進行操作。 因此，發動機不需要操作附加的發電機或壓縮機來冷卻區域，因而 減少了發動機上的總負載。另外，通過利用來自冷卻流體的熱量來 操作副解吸器，從而可減少用于冷卻發動機本身的額外的能量，例 如用于操作散熱器風扇的能量。這通過減少發動機的能量消耗和提 高多效冷卻系統的性能系數，而提供了兩個好處。另外，利用來自 冷卻系統的熱量，可減少從排氣系統供給主解吸器的熱量。這可減 少排氣系統中的壓力，從而減少發動機的工作負荷，并因而提高了 發動機的效率。
首先參見圖1,其顯示了車輛或靜態結構100的方塊圖，其具有
發動機102、多效冷卻系統104和冷卻區域106。發動機102包括排 氣系統108和冷卻系統110。多效冷卻系統104包括主解吸器112, 副解吸器114,和蒸發器116。排氣系統108以各種任何方式將熱量 供給主解吸器112。 一個示例包括通過如箭頭118所示的導管將熱廢 氣傳送至熱交換器120，然后熱交換器120為主解吸器112提供熱量。 然后可將熱廢氣通過如箭頭122所示的導管傳送給環境。作為附加 或作為備選，熱廢氣可通過如箭頭124所示的導管傳送回給排氣系 統108,以便通過催化轉化器或消聲器進一步處理。
冷卻系統110以各種任何方式將熱量供給副解吸器114。 一個示 例包括通過如箭頭126所示的導管將熱冷卻流體傳送至熱交換器
128，然后熱交換器128為副解吸器114提供熱量。然后可通過如箭 頭130所示的導管將冷卻流體傳送回給冷卻系統110。
多效冷卻系統104可包括如圖2-5B中所示和所述的附加構件。 附加構件可在數量和類型上根據車輛或靜態結構100中所采用的多 效冷卻系統104的類型而改變。例如，吸附系統使用吸收器和發生 器，而吸收系統使用吸附器室，以用于吸附和解吸工藝。如方框132 所示的其中一些附加構件產生熱量，其如箭頭134所示通過熱交換 器136而消散到環境中。
在一個示例中，熱交換器136可代表一種熱電裝置，其可用于 產生為電池充電的電力，或從構件132所消散的熱量中為各種其它 構件提供另外的電功率。在2003年10月6日提交的題名為"將構件 所產生的熱量轉換成電能"的待決的共同轉讓的美國專利申請 No.10/678,268中，可找到合適熱電裝置的示例，該美國專利申請的 公開內容通過引用而完整地結合在本文中。
多效冷卻系統104利用蒸發器116通過各種任何方式為冷卻區 域106提供冷卻(從中除去熱量)。在一個示例中，蒸發器116可通過 熱交換器138交換熱量，從流體中除去熱量，然后通過如箭頭140 所示的導管將熱量傳送給冷卻區i或106。流體從冷卻區域106中吸收 熱量，并通過如箭頭142所示的導管傳送回給熱交換器138。
現在參見圖2，其顯示了根據本發明一個實施例的多效吸收系統 200的簡化的沖莫型。圖2中所示的多效吸收系統200是一種雙效的雙 冷凝器的吸收系統，并包括蒸發器202，吸收器204，副發生器206(即 圖1中所示的副解吸器114)，主發生器208(即2圖1中所示的主解 吸器11),主冷凝器210和副冷凝器212。總的說來，吸收系統使用 制冷劑和吸收劑。例如，吸收系統可使用氨水/水組合、水/溴化鋰組
合或相似的組合。制冷劑在蒸發器202中蒸發，從而從例如冷卻流 體中吸收熱量QE216，冷卻流^M皮從圖1中所示的冷卻區域106中 消散的熱量加熱。蒸發的制冷劑流入吸收器204中，如箭頭218所
示，并且蒸發的制冷劑被吸收到包含在吸收器204中的吸收劑中，
從而消散熱量QJ20。熱量(^220可通過圖1中所示的熱交換器136 而消散到環境中。
吸收劑和被吸收的制冷劑通過泵222的操作而流過副發生器 206，之后通過泵224的操作而流向主發生器208,分別如箭頭226 和228所示。作為備選，吸收劑和被吸收的制冷劑可直接通過泵和 直達管線(未示出)的操作而流向主發生器208。熱量Qp230從圖1中 所示的排氣系統108供給到主發生器208中，并且熱量QP230從主 發生器208的吸收劑中解吸一些蒸發的制冷劑。解吸的制冷劑流向 主冷凝器210,如箭頭232所示，其使制冷劑冷凝，并消散熱量Qrc234。 冷凝的制冷劑通過閥門236而從主冷凝器210流向副冷凝器212,如 箭頭238所示。
吸收劑和被吸收的制冷劑的余下部分然后通過閥門240而從主 發生器208流向副發生器206，如箭頭242所示。由解吸的制冷劑所 消散的熱量Qpc234從主冷凝器210供給副發生器206。另外，從圖1 中所示的發動機102的冷卻系統110中收集到的熱量Qcs244還供給 副發生器206。熱量QPC234和Qcs244從副發生器206的吸收劑中解 吸附加的制冷劑。通過使用冷卻系統110所接收的熱量Qcs244，可 減少主發生器208所需要的熱量。
附加的解吸的制冷劑之后流向副冷凝器206,如箭頭246所示， 其使制冷劑冷凝，并消散熱量Q^248。熱量Qsc248可通過圖1中所 示的熱交換器136而消散到環境中。由包含在副冷凝器212中的主 冷凝器210冷凝的制冷劑與由副冷凝器212冷凝的制冷劑相混合。 混合的冷凝的制冷劑之后通過閥門250而流回蒸發器202，如箭頭252 所示。通過上述工藝的操作，制冷劑返回到較低溫度和較低壓力狀 態，從而對冷卻區域106進行冷卻。之后可在基本連續的基礎上重 復上述工藝，以便通過蒸發器202而提供冷卻區域106的熱量去除。
從副發生器206的被吸收的制冷劑中分離出來的吸收劑通過閥
門254而流回吸收器204中，如箭頭256所示。在這點上，可重復 使用該吸收劑，用來吸收從蒸發器202中所接收到的蒸發的制冷劑。
圖3顯示了根據本發明另一實施例的多效吸收系統300的簡化 一莫型。圖3中所示的多效吸收系統300是一種雙效雙吸收器吸收系 統，并包括蒸發器302,副吸收器304，主吸收器306，副發生器308(即 圖1中所示的副解吸器114),主發生器310(即圖1中所示的主解吸 器112)和冷凝器312。總的說來，吸收系統使用如上所述的制冷劑和 吸收劑。制冷劑在蒸發器302中蒸發，從而從例如冷卻流體中吸收 熱量Qe314，冷卻流體被圖1中所示的冷卻區域106所消散的熱量加 熱。蒸發的制冷劑流入副吸收器304中，如箭頭316所示，并且蒸 發的制冷劑的一部分被吸收到包含在副吸收器304中的副吸收劑中， 從而消散熱量Q^318。熱量Q^318可通過圖1中所示的熱交換器136 而消散到環境中。
吸收劑和被吸收的制冷劑通過泵320的操作而流向副發生器 308,如箭頭322所示。剩余的制冷劑流入吸收器306中，如箭頭324 所示，并且剩余的制冷劑被吸收到包含在主吸收器306中的主吸收 劑中，從而消散熱量Qpa326。熱量QpA326被供給副發生器308。
帶有殘余制冷劑的主吸收劑通過泵328的操作而流向主發生器 310,如箭頭330所示。熱量Qp332從圖1中所示的排氣系統108供 給到主發生器310中，并且熱量QP332從主發生器310的吸收劑中 解吸大多數制冷劑。解吸的制冷劑流向副發生器308，如箭頭334所 示。主吸收劑通過閥門336而流向主吸收器306，如箭頭338所示， 以便在主吸收器306中重復使用。
如上所述，由解吸的制冷劑所消散的熱量QPA326從主吸收器306 供給副發生器308。另夕卜，從圖1中所示的發動機102的冷卻系統110 中收集到的熱量Qcs340還供給副發生器308。熱量QPA326和熱量 Qcs340在副發生器308處解吸來自副吸收劑的制冷劑。通過使用冷 卻系統110所接收的熱量Qcs340,可減少主發生器310所需要的熱 量。
副吸收劑通過閥門342而流向副吸收器304,如箭頭344所示， 以便在副吸收器304中重復使用。由包含在副發生器308中的主發 生器310解吸的制冷劑與在副發生器308解吸的制冷劑相混合。之 后組合的制冷劑流向冷凝器312,如箭頭346所示。冷凝器312通常 操作而用于使組合的制冷劑冷凝，并因此消散熱量Qe348。熱量Qc348 可通過圖1中所示的熱交換器136而消散到環境中。之后冷凝的制 冷劑通過閥門350而流回蒸發器302，如箭頭352所示。通過上述工 藝的操作，制冷劑返回到較低溫度和較低壓力狀態，從而對冷卻區 域106進行冷卻。之后可在基本連續的基礎上重復上述工藝，以便 通過蒸發器302而提供冷卻區域106的熱量去除。
現在參見圖4A和4B，其共同顯示了根據本發明一個實施例的 多效吸附系統400的簡化的模型。圖4A顯示了正向循環，而圖4B 顯示了逆向循環。多效吸附系統400的一些構件在正向循環中用作 解吸器，之后在逆向循環中用作吸附器。結果，圖4A和4B中的一 些項在簡化的;f莫型中定位在不同的位置。多效吸附系統400根據可 逆過程、正向循環和逆向循環進行操作，這些過程各自通過在蒸發 器402中除去熱量而提供冷卻。多效吸附系統400是一種雙效雙冷 凝器吸附系統，并包括蒸發器402，第一主吸附器室(PAC1)404，第 二主吸附器室(PAC2)406(即圖1中所示的主解吸器112)，第一副吸 附器室(SAC1)408,第二副吸附器室(SAC2)410(即圖1中所示的副解 吸器114)，主冷凝器412和副冷凝器414。總的說來，吸附系統使用 制冷劑和吸附劑。例如，吸附系統可使用水和硅膠或Kansi碳組合。
在多效吸附系統400中，第一主吸附器室(PAC1)404和第二主吸 附器室(PAC2)406可形成為兩個單獨的室，這兩個室設置成可彼此之 間傳輸熱量。類似地，第一副吸附器室(SAC1)408和第二副吸附器室 (SAC2)410可形成為兩個單獨的室，這兩個室設置成可彼此之間傳輸 熱量。
現在參見圖4A中所顯示的正向循環，其中一些制冷劑在蒸發器
402中蒸發，從而從例如冷卻流體中吸收熱量QE416,冷卻流體被圖 1中所示的冷卻區域106所消散的熱量加熱。蒸發的制冷劑流入笫一 副吸附器室408中，如箭頭418所示，并且蒸發的制冷劑被吸附到 包含在第一副吸附器室408內的吸收劑中，從而消散熱量QSA420。 另外，更多的制冷劑在蒸發器402中蒸發，從而從例如冷卻流體中 吸收熱量(^416,冷卻流體^l圖1中所示的冷卻區域106所吸附的熱 量加熱。蒸發的制冷劑流入第一主吸附器室404中，如箭頭422所 示，并且蒸發的制冷劑被吸附到包含在第一主吸附器室404中的吸 收劑中，從而消散熱量QPA424。熱量QSA420和QPA424可通過圖1 中所示的熱交換器136而消散到環境中。
4支吸附到第一副吸附器室408和第一主吸附器室404中的制冷 劑分別源自第二副吸附器室410和第二主吸附器室406。其中一些制 冷劑從第二主吸附器室406中被解吸出來。熱量QP426從圖1中所 示的排氣系統108供給到第二主吸附器室406中，并且熱量QP426 從第二主吸附器室406的吸附劑中解吸一些制冷劑。解吸的制冷劑 流向主冷凝器412,如箭頭428所示，其使制冷劑冷凝，并消散熱量 Qrc430。冷凝的制冷劑從主冷凝器412流向副冷凝器414,如箭頭432 所示。
同樣，其中一些制冷劑從第二副吸附器室410中被解吸出來。 熱量Qrc430與熱量Qcs434 —起從圖1中所示的冷卻系統110供給至 第二副吸附器室410中，并且一起從第二副吸附器室410的吸附劑 中解吸一些制冷劑。解吸的制冷劑流向副冷凝器414,如箭頭436所 示，其使制冷劑冷凝，并消散熱量Qsc438。之后，冷凝的制冷劑從 副冷凝器414而流回蒸發器402,如箭頭440所示。熱量Qsc438可 通過圖1中所示的熱交換器136而消散到環境中。
現在參見圖4B中所顯示的逆向循環，其中一些制冷劑在蒸發器 402中蒸發，從而從例如冷卻流體中吸收熱量QE416,冷卻流體^皮圖
1中所示的冷卻區域106所消散的熱量加熱。蒸發的制冷劑流入第二
副吸附器室(SAC2)410中，如箭頭418所示，并且蒸發的制冷劑吸附 到包含在第二副吸附器室410中的吸收劑中，從而消散熱量QSA420。 另外，更多的制冷劑在蒸發器402中蒸發，從而從例如冷卻流體中 吸收熱量(^416，冷卻流體被圖1中所示的冷卻區域106所消散的熱 量加熱。蒸發的制冷劑流入第二主吸附器室(PAC2)406中，如箭頭422 所示，并且蒸發的制冷劑^R吸附到包含在第二主吸附器室406中的 吸收劑中，從而消散熱量QPA424。熱量QSA420和熱量QPA424可通 過圖1中所示的熱交換器136而消散到環境中。
被吸附到第二副吸附器室410和第二主吸附器室406中的制冷 劑分別源自第 一 副吸附器室(SAC1)408和第 一 主吸附器室 (PAC1)404。 一些制冷劑從第一主吸附器室404中被解吸出來。熱量 Qp426從圖1中所示的排氣系統108供給到第一主吸附器室404中， 并且熱量QP426從第一主吸附器室404的吸附劑中解吸一些制冷劑。 解吸的制冷劑流向主冷凝器412，如箭頭428所示，其使制冷劑冷凝， 并消散熱量Qpc430。冷凝的制冷劑從主冷凝器412流向副冷凝器414, 如箭頭432所示。
同樣， 一些制冷劑從第一副吸附器室408中被解吸出來。熱量 Qpc430與熱量Qcs434 —起從圖1中所示的冷卻系統110供給至第一 副吸附器室408中，并且一起從第一副吸附器室408的吸附劑中解 吸一些制冷劑。解吸的制冷劑流向副冷凝器414，如箭頭436所示， 其使制冷劑冷凝，并消散熱量Qsc438。之后冷凝的制冷劑從副冷凝 器414而流回蒸發器402,如箭頭440所示。熱量Qsc438可通過圖1 中所示的熱交換器136而消散到環境中。
現在參見圖5A和5B,其共同顯示了根據本發明一個實施例的 多效吸附系統500的簡化的模型。圖5A顯示了正向循環，而圖5B 顯示了逆向循環。多效吸附系統500的一些構件在正向循環中用作 解吸器，之后在逆向循環中用作吸附器。結果，圖5A和5B中的一些項在簡化的模型中定位在不同的位置。多效吸附系統500根據可 逆過程、正向循環和逆向循環進行#:作，這些過程各自通過在蒸發
器502中除去熱量而提供冷卻。圖5A顯示了正向循環，而圖5B顯 示了逆向循環。多效吸附系統500是一種雙效單冷凝器吸附系統， 并包括蒸發器502，第一主吸附器室(PAC1)504，第二主吸附器室 (PAC2)506(即圖1中所示的主解吸器112)，第一副吸附器室 (SAC1)508，第二副吸附器室(SAC2)510(即圖1中所示的副解吸器 114),和冷凝器512。總的說來，吸附系統使用制冷劑和吸附劑。例 如，吸附系統可使用水和硅膠或Kansi碳組合。
在多效吸附系統500中，第一主吸附器室(PAC1)504和第二主吸 附器室(PAC2)506可形成為兩個單獨的室，這兩個室設置成可彼此之 間傳輸熱量。類似地，第一副吸附器室(SAC1)508和第二副吸附器室 (SAC2)510可形成為兩個單獨的室，這兩個室設置成可彼此之間傳輸 熱量。
現在參見圖5A中所顯示的正向循環， 一些制冷劑在蒸發器502 中蒸發，從而從例如冷卻流體中吸收熱量QE514,冷卻流體^皮圖1中 所示的冷卻區域106所消散的熱量加熱。蒸發的制冷劑流入第一副 吸附器室508中，如箭頭516所示，并且蒸發的制冷劑被吸附到包 含在第一副吸附器室508中的吸附劑中，從而消散熱量QSA518。熱 量Q^518可通過圖1中所示的熱交換器136而消散到環境中。另外， 更多的制冷劑在蒸發器502中蒸發，從而從例如冷卻流體中吸收熱 量QE514，冷卻流體被圖1中所示的冷卻區域106所消散的熱量加熱。 蒸發的制冷劑流入第一主吸附器室504中，如箭頭520所示，并且 蒸發的制冷劑被吸附到包含在第一主吸附器室504中的吸收劑中， 從而消散熱量Q^522。
被吸附到第一副吸附器室508和第一主吸附器室504中的制冷 劑分別源自第二副吸附器室510和第二主吸附器室506。 一些制冷劑 從第二主吸附器室506中被解吸出來。熱量QP524從圖1中所示的 排氣系統108供給到第二主吸附器室506中，并且熱量Qp524從第 二主吸附器室506的吸附劑中解吸一些制冷劑。解吸的制冷劑流向 冷凝器512，如箭頭526所示，其使制冷劑冷凝，并消散熱量Qc528。
同樣， 一些制冷劑從第二副吸附器室510中被解吸出來。熱量 QPA522與熱量Qcs530 —起從圖1中所示的冷卻系統110供給至第二 副吸附器室510中，并且一起從第二副吸附器室510的吸附劑中解 吸一些制冷劑。解吸的制冷劑流向冷凝器512，如箭頭532所示，其 使制冷劑冷凝，并消散熱量Qc528。之后，冷凝的制冷劑從冷凝器512 而流回蒸發器502,如箭頭534所示。熱量Qc528可通過圖1中所示 的熱交換器136而消散到環境中。
現在參見圖5B中所顯示的逆向循環， 一些制冷劑在蒸發器502 中蒸發，從而從例如冷卻流體中吸收熱量QE514，冷卻流體被圖1中 所示的冷卻區域106所消散的熱量加熱。蒸發的制冷劑流入第二副 吸附器室510中，如箭頭516所示，并且蒸發的制冷劑^L吸附到包 含在第二副吸附器室510中的吸附劑中，從而消散熱量QSA518。熱 量Q^518可通過圖1中所示的熱交換器136而消散到環境中。另外， 更多的制冷劑在蒸發器502中蒸發，從而從例如冷卻流體中吸收熱 量(^514，冷卻流體被圖1中所示的冷卻區域106所消散的熱量加熱。 蒸發的制冷劑流入第二主吸附器室506中，如箭頭520所示，并且 蒸發的制冷劑被吸附到包含在第二主吸附器室506中的吸附劑中， 從而消散熱量Qj^522。
被吸附到第二副吸附器室510和第二主吸附器室506中的制冷 劑分別源自第一副吸附器室508和第一主吸附器室504。 一些制冷劑 從第一主吸附器室504中^皮解p及出來。熱量QP524從圖1中所示的 排氣系統108供給到笫一主吸附器室504中，并且熱量QP524從第 一主吸附器室504的吸附劑中解吸一些制冷劑。解吸的制冷劑流向 冷凝器512,如箭頭526所示，其使制冷劑冷凝，并消散熱量Qc528。
同樣， 一些制冷劑從第一副吸附器室508中^皮解吸出來。熱量
QPA522與熱量Qcs530 —起從圖1中所示的冷卻系統110供給至第一 副吸附器室508中，并且一起從第一副吸附器室508的吸附劑中解 吸一些制冷劑。解吸的制冷劑流向冷凝器512,如箭頭532所示，冷 凝器512使制冷劑冷凝，并消散熱量Qc528。之后，冷凝的制冷劑流 向蒸發器502，如箭頭534所示。熱量Qc528可通過圖1中所示的熱 交換器136而消散到環境中。
圖6顯示了一種操作模式600的流程圖，其說明了可根據本發 明一個示例實現多效冷卻系統的方式。以下對操作才莫式600的詳細 描述是參考圖1中所示的框圖100而作出的，因而將參考那里所列 舉的元件。以下對操作才莫式600的詳細描述是可實現多效冷卻系統104 的一種方式。在這方面，應該懂得，以下對操作^t式600的詳細描 述只是操作這種多效冷卻系統104的多種不同方式的其中一種方式。
在操作模式600中，利用來自發動機102的熱量來操作多效冷 卻系統104。排氣系統108在步驟602中加熱主解吸器112。冷卻系 統110在步驟604中加熱副解吸器114。參見圖1，其更詳細地描迷 了可將發動機102的熱量傳輸到多效冷卻系統104的方式。另外， 排氣系統108和冷卻系統110提供基本所有的功率來操作多效冷卻 系統104。
圖7顯示了一種操作^t式700的流程圖，其說明了可根據本發 明一個示例實現多效冷卻系統的方式。以下對操作模式700的詳細 描述是分別參考圖和2中所示的框圖00和示意圖200而作出的， 因而將參考那里所列舉的元件。以下對操作模式700的詳細描述是
可實現多效冷卻系統的方式。在這方面，應該懂得，以下對操作模 式700的詳細描迷只是可操作這種多效冷卻系統的多種不同方式的 其中一種方式。
在操作模式700中，發動機102的排氣系統108在步驟702中 加熱多效吸收系統200的主發生器208。熱量QP230為多效吸收系統 200提供主要能源，用于對冷卻區域106進行冷卻。發動機102的冷
卻系統110在步驟704中加熱多效吸收系統200的副發生器206。熱 量Qcs244為多效吸收系統200才是供輔助能量。另外，在步驟706中 可收集主冷凝器210所消散的熱量。之后在步驟708中可將收集的 熱量傳輸給副發生器206，以便為多效吸收系統200提供附加能源。 熱量可以各種方式進行收集和傳輸，包括但并不局限于利用熱導管 和/或熱虹吸管(未示出)將熱量從主冷凝器210收集和傳輸給副發生器 206。例如，熱導管或熱虹吸管的蒸發器可包繞在主冷凝器210周圍， 而熱導管或熱虹吸管的冷凝器可包繞在副發生器206周圍。
在任何方面，在多效吸收系統200的操作期間，副冷凝器212 和吸收器204分別產生熱量Qsc248和熱量QA220，其可以各種方式 消散在環境中。例如，在步驟710中，熱交換器136可利用相對于 具有發動機102的車輛100移動的空氣，而將熱量Qsc248和/或熱量 Q口20散布到環境中。如果車輛是船舶、汽車、火車、飛機或任何其 它機動車輛，那么可執行步驟710。在另一示例中，在步驟712中， 熱交換器136可利用與具有發動機102的車輛100相接觸的水，而 將熱量Qsc248和/或熱量QA220散布到環境中。如果車輛是船舶、潛 水艇、水陸兩用車輛或任何在水生環境中移動的其它車輛，那么可 執行步驟712。在另一示例中，在步驟中714中，可利用熱電裝置， 按照上面針對熱交換器136所迷的方式，將熱量Qsc248和熱量QA220 轉換成電能。
圖8顯示了一種操作模式800的流程圖，其說明了可根據本發 明一個示例實現多效冷卻系統的方式。以下對操作才莫式800的詳細 描述是分別參考圖1和3中所示的框圖100和示意圖300而作出的， 因而將參考那里所列舉的元件。以下對操作模式800的詳細描述是 可實現多效冷卻系統104的一種方式。在這方面，應該懂得，以下 對操作模式800的詳細描述只是可操作這種多效冷卻系統的多種不 同方式的其中一種方式。
在操作模式800中，發動機102的排氣系統108在步驟802中
加熱多效吸收系統300的主發生器310。熱量QP322為多效吸收系統 300提供主要能源，用于對冷卻區域106進行冷卻。發動機102的冷 卻系統110在步驟704中加熱多效吸收系統300的副發生器308。熱 量Qcs340為多效吸收系統300 !^供輔助能量。另外，在步驟806中 可收集主吸收器306所消散的熱量。之后在步驟808中可將收集的 熱量傳輸給副發生器308，以便為多效吸收系統300提供附加能源。 熱量可以各種方式進行收集和傳輸，包括但并不局限于利用熱導管 和/或熱虹吸管(未示出)將熱量從主吸收器306收集和傳輸給副發生器 308。例如，熱導管或熱虹吸管的蒸發器可包繞在主吸收器,306周圍， 而熱導管或熱虹吸管的冷凝器可包繞在副發生器308周圍。
在任何方面，在多效吸收系統300的操作期間，冷凝器312和 副吸收器318分別產生熱量Qc348和熱量QSA318，其可以各種方式 消散在環境中。例如，在步驟810中，熱交換器136可利用相對于 具有發動機102的車輛100移動的空氣，而將熱量Qc348和/或熱量 QSA318散布到環境中。如果車輛是船舶、汽車、火車、飛機或任何 其它機動車輛，那么可執行步驟810。在另一示例中，在步驟812中， 熱交換器136可利用與具有發動機102的車輛100相接觸的水，而 將熱量Qc348和/或熱量QSA318散布到環境中。如果車輛是船舶、潛 水艇、水陸兩用車輛或任何在水生環境中移動的其它車輛，那么可 執行步驟812。在另一示例中，在步驟814中，可利用熱電裝置將熱 量Qc348和熱量QSA318轉換成電能。
圖9顯示了一種操作模式900的流程圖，其說明了可根據本發 明一個示例實現多效冷卻系統的方式。以下對操作^f莫式900的詳細 描述是分別參考圖1和4A-4B中所示的框圖100和示意圖400而作 出的，因而將參考那里所列舉的元件。以下對操作模式900的詳細 描述是可實現多效冷卻系統104的一種方式。在這方面，應該懂得， 以下對操作模式900的詳細描述只是可操作這種多效冷卻系統的多 種不同方式的其中一種方式。
在操作沖莫式900中，發動機102的排氣系統108在步驟902中 加熱多效吸附系統400的第二主吸附器室406。熱量QP426為多效吸 附系統400提供主要能源，用于對冷卻區域106進行冷卻。發動機102 的冷卻系統10在步驟904中力口熱多效吸附系統400的第二副吸附 器室410。熱量Qcs434為多效55Jt系統400提供輔助能量。另外， 在步驟906中可收集主冷凝器412所消散的熱量。之后在步驟908 中可將收集的熱量傳輸給第二副吸附器室410，以便為多效吸附系統 400提供附加能源。熱量可以各種方式進行收集和傳輸，包括但并不 局限于利用熱導管和/或熱虹吸管將熱量從主冷凝器412收集和傳輸 給副吸附器室410。例如，熱導管或熱虹吸管的蒸發器可包繞在主冷 凝器412周圍，而熱導管或熱虹p及管的冷凝器可包繞在副吸附器室410 周圍。
在任何方面，在多效吸附系統400的操作期間，副冷凝器438、 第一副吸附器室408和第一主吸附器室404分別產生熱量Qsc438、 熱量QSA420和熱量QPA424,其可以各種方式消散在環境中。例如， 在步驟910中，熱交換器136可利用相對于具有發動機102的車輛100 移動的空氣，而將熱量Qsc438、熱量QSA420和/或熱量QPA424散布 到環境中。如果車輛是船舶、汽車、火車、飛機或任何其它機動車 輛，那么可執行步驟910。在另一示例中，在步驟912中，熱交換器 136可利用與具有發動機102的車輛100相接觸的水，而將熱量 Qsc438、熱量QSA420和/或熱量QPA424散布到環境中。如果車輛是 船舶、潛水艇、水陸兩用車輛或任何在水生環境中移動的其它車輛， 那么可執行步驟912。在另一示例中，在步驟914中可利用熱電裝置 將熱量QSA420和熱量QPA424轉換成電能。
圖10顯示了一種操作模式1000的流程圖，其說明了可根據本 發明一個示例實現多效冷卻系統的方式。以下對操作模式1000的詳 細描述是分別參考圖1和5A-5B中所示的框圖100和示意圖500而 作出的，因而將參考那里所列舉的元件。以下對操作模式1000的詳
細描述是可實現多效冷卻系統104的一種方式。在這方面，應該懂
得，以下對操作模式1000的詳細描述只是可操作這種多效冷卻系統
的多種不同方式的其中一種方式。
在操作模式1000中，發動機102的排氣系統108在步驟1002 中加熱多效吸附系統500的第二主吸附器室506。熱量Qp524為多效 吸附系統500提供主要能源，用于對冷卻區域106進行冷卻。發動 機102的冷卻系統110在步驟1004中加熱多效吸附系統500的第二 副吸附器室510。熱量Qcs530為多效吸附系統'500提供輔助能量。 另外，在步驟1006中可收集第一主吸附器室504所消散的熱量。之 后在步驟1008中可將收集的熱量傳輸給第二副吸附器室510,以便 為多效吸附系統500提供附加能源。可以各種方式來收集和傳輸熱 量，包括但并不局限于利用熱導管和/或熱虹吸管將熱量從第一主吸 附器室504收集和傳輸給第二副吸附器室510。例如，熱導管或熱虹 吸管的蒸發器可包繞在主吸附器室504周圍，而熱導管或熱虹吸管 的冷凝器可包繞在副吸附器室510周圍。
在任何方面，在多效吸附系統500的操作期間，冷凝器528和 第一副吸附器室508分別產生熱量Qc528和熱量Qsa518，其可以各 種方式消散在環境中。例如，在步驟1010中，熱交換器136可利用 相對于具有發動機102的車輛100移動的空氣，而將熱量Qc528和/ 或熱量QSA518散布到環境中。如果車輛是船舶、汽車、火車、飛機 或任何其它機動車輛，那么可執行步驟1010。在另一示例中，在步 驟1012中，熱交換器136可利用與具有發動機102的車輛100相接 觸的水，而將熱量Qc528熱量QSA518散布到環境中。如果車輛是船 舶、潛水艇、水陸兩用車輛或任何在水生環境中移動的其它車輛， 那么可執行步驟1012。在另一示例中，在步驟1014中，可利用熱電 裝置將熱量Qc528和熱量QSA518轉換成電能。
在操作一莫式600,700,800,900和1000下所示的步驟可手動或自動 地執行。例如，在手動操作下，多效冷卻系統104的用戶可打開或
關閉閥門，其將廢氣和/或冷卻流體傳送給解吸器，因而為解吸器提 供操作能量。在自動化的實施例中，閥門可受到控制系統的控制。 另外，控制系統可包含任何所需的計算機可訪問的介質中的應用程
序、程序、子程序。此外，操作一莫式600,700,800,900和1000可通過 計算機程序來實現，其可以各種活動和不活動的形式存在。例如其 可以軟件程序的形式存在，包括源代碼、目標代碼、可執行代碼或 其它格式的程序指令。上面任何程序都可在計算機可讀介質上體現， 其包括壓縮或非壓縮形式的存儲設備和信號。
合適的計算機可讀存儲設備的示例包括傳統的計算機系統 RAM(隨機存取存儲器)、ROM(只讀存儲器)、EPROM(可擦除的可編 程序只讀存儲器)、EEPROM(電可擦除的可編程序只讀存儲器)，和 磁盤或光盤或磁帶。利用載波調制或不利用載波調制的計算機可讀 信號的示例是由包含或運行計算機程序的計算機系統可訪問的信 號，包括通過國際計算機互聯網或其它網絡而下載的信號。前面的 具體例子包括發行在CD ROM上的或通過國際計算機互聯網下載的 程序。在某種意義上，國際計算機互聯網本身作為一個抽象體是一 種計算機可讀的介質。大體說來，計算機網絡也是如此。因此應該
懂得，能夠執行上述功能的任何電子裝置都可執行下面所列舉的那 些功能。
如上所述，基于供給副解吸器114的熱量，可減少供給主解吸 器112的熱量。這樣，例如，如果將更大體積或更高溫度的熱量供 給副解吸器114,那么可相對減少由排氣系統108供給的熱量，降低 發動機102的排氣系統108中的壓力，并從而提高發動機102的效 率。另外，由于使用來自發動才幾102的冷卻系統110的熱量，因此 多效冷卻系統104的效率就由于性能系數的提高而得以提高。
例如，通過上述設置可獲得性能系數的提高。通過以下方程式， 可給出多效冷卻系統的性能系數
<formula>formula see original document page 23</formula>
通常，Qcs在多效循環中為零，因為副解吸器中的熱量要求由從 另一構件獲得的熱量Qx來實現。這導致比單效冷卻循環更高的性能 系數。
通過上面所述的設置，來自冷卻系統110的附加Qes可減少循環 所消耗的Qp,而不會改變所傳送的冷卻(即QE)。在一個方面，因為 Qp的任何減少將提高COP,如上面方程式所示，所以，利用來自發 動機的冷卻系統110的附加Qcs來提高COP。這種變化可將COP提 高差不多100%。因此，根據本發明的實施例，可以提高多效冷卻系 統的COP。
另外，通過上面所示的設置，可提高第二定律效率。第二定律 效率勿")被定義為實際功(W)對可用功(W皿J的比值。可用功-波定義為 添加到系統上的熱量與卡諾效率的乘積。在本發明的實施例中，可
<formula>formula see original document page 24</formula>
另外，無效功(W,。J是消散在環境中的熱量乘以卡諾效率。
其中，T。是環境溫度。
對熱量(Qcs)的任何利用以便用于對冷卻區域106進行冷卻，可 顯著地減少并大體上提高多效冷卻系統的第二定律效率。
如某些示例所述，通過發動機操作所產生的熱量可被提供給吸 收或吸附類型的多效冷卻系統，以冷卻傳送給冷卻區i或的冷卻流體。 在一個方面，從發動機的冷卻系統收集到的熱量Qcs可減少發動機冷 卻其本身所使用的能量。這種能量的減少可提高發動機的效率。雙
倍的效率提高可通過這里所述的多效冷卻系統的示例來實現。
本文所述和所示的是多效冷卻系統的示例以及一些變化。這里 所使用的用語、詳細描述和附圖僅僅作為舉例進行闡述，而并不意 味著限制性意義。本領域中的那些技術人員應該懂得，在這些示例 的精髓和范圍內可以有許多變化，本發明的精神和范圍旨在由以下 權利要求和其等效物來限定，其中，除非另有指示，否則所有的用 語都表示其最廣泛的合理含義。
權利要求
1.一種利用具有排氣系統(108)和冷卻系統(110)的發動機(102)所產生的熱量來對包括主解吸器(112)和副解吸器(114)的多效冷卻系統進行操作的方法，所述方法包括利用來自所述排氣系統(108)的熱量來加熱(602)所述主解吸器(112)；和利用來自所述冷卻系統(110)的熱量來加熱(604)所述副解吸器(114)。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，加熱(602)所述主 解吸器(l 12)的步驟包括加熱(702)主發生器(230,310),其中加熱(604) 所述副解吸器(114)的步驟包括加熱副發生器(206,340),其中，所述 主解吸器(112)包括所述主發生器(230，310),并且所述副解吸器(114) 包括所述副發生器(206,340)。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述多效冷卻系 統還包括主冷凝器(210)，所述方法還包括收集(706)由所述主冷凝器(210)消散的熱量；和 將所收集的熱量從所述主冷凝器(210)傳輸(708)給所述副發生器 (206)。
4. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述多效冷卻系 統還包括主吸收器(306)，所述方法還包括收集(806)由所述主吸收器(306)消散的熱量；和 將所收集的熱量從所述主吸收器(306)傳輸(808)給所述副發生器 (308)。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，加熱(602)所述主 解吸器(1U)的步驟包括力。熱(902,1002)主吸附器室 (404,406,504,506),其中，加熱(604)所述副解吸器(114)的步驟包括加 熱(904,1004)副吸附器室(408,410,508,510)，其中，所述主解吸器(112) 包括所述主吸附器室(404,406,504,506)，并且所述副解吸器(114)包括 所述副吸附器室(408,410,508,510)。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷卻系統(IIO) 包括用于收集所述發動機(l02)所消散的熱量的冷卻流體，其中加熱 (604)所述副解吸器(114)的步驟包括，利用由所述冷卻流體從所述發 動機(102)收集的熱量來加熱所迷副解吸器(114)。
7. —種用于車輛的多效冷卻系統，所述車輛包括具有排氣系統 和冷卻系統的發動機，所述冷卻系統包括主解吸器(112); 副解吸器(11勺；用于將熱量從所述排氣系統(108)供給所述主解吸器(112)的主熱 交4灸器(120);和用于將熱量從所述冷卻系統(lIO)供給所述副解吸器(114)的副熱 交4奐器(128)。
8. 根據權利要求7所述的多效冷卻系統，其特征在于，所述主 解吸器(112)包括主發生器(208)，并且所述副解吸器(114)包括副發生 器(206)。
9. 根據權利要求8所述的多效冷卻系統，其特征在于，還包括 主冷凝器(210),并且所述副熱交換器(128)還將熱量從所述主冷凝器 (210)供給至所述副發生器(206)。
10. 根據權利要求9所述的多效冷卻系統，其特征在于，還包括吸收器(204); 副冷凝器(212);和第三熱交換器(136),其用于消散從所述吸收器(204)或副冷凝器 (212)中所產生的熱量。
全文摘要
一種操作多效冷卻系統的方法，使用了由具有排氣系統(108)和冷卻系統(110)的發動機(102)所產生的熱量。多效冷卻系統包括主解吸器(112)和副解吸器(114)。主解吸器(112)利用來自排氣系統(108)的熱量而被加熱。副解吸器(114)利用來自冷卻系統(110)的熱量而被加熱。
文檔編號F25B27/02GK101103234SQ200580046911
公開日2008年1月9日 申請日期2005年10月31日 優先權日2004年11月22日
發明者C·D·佩特爾, C·E·巴什, R·夏馬 申請人:惠普開發有限公司