CN101014817A - 用于冷却空气的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于冷却空气的风力涡轮设备(40),包括与设置为压缩制冷剂的制冷压缩机轴向连接的风力涡轮机(10)、用于离心地向外引导压缩的制冷剂的装置(18)、用于使压缩的制冷剂失压而冷却该风力涡轮机(10)的叶片(16)的装置(23)、以及用于使用过的制冷剂向心地返回至该压缩机(13)的装置。

Description

用于冷却空气的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于冷却空气的设备和方法。
发明内容
按照本发明的第一方案,提供一种用于冷却空气的风力涡轮设备,其特征在于,该风力涡轮设备包括与设置为压缩制冷剂的制冷压缩机轴向连接的风力涡轮机、用于离心地向外引导压缩的制冷剂的装置、用于使压缩的制冷剂失压而冷却风力涡轮机的叶片的装置、以及用于使用过的制冷剂向心地返回至压缩机的装置。
按照本发明的另一个方案,提供一种冷凝周围空气中的水的方法,该方法包括以下步骤:通过周围风力驱动安装在一导管中的、本发明的风力涡轮设备,从而使该风力涡轮机的叶片冷却,由此冷却穿过该导管和该风力涡轮机的周围气流,并使得周围气流中的水蒸气冷凝以形成液态水;以及收集该液态水。
按照本发明的又一个方案,提供一种风力涡轮机,包括:至少一个叶片,所述叶片安装在压缩机壳体上,该压缩机壳体安装在一轴上以相对于该轴轴向转动;用于离心地向外引导压缩的制冷剂的装置;以及用于使制冷剂经由该叶片或各所述叶片向心地返回的装置,从而制冷剂失压、从液态相变为气态,由此冷却该叶片或各所述叶片。
附图说明
下面将结合附图,通过实例说明本发明,在附图中:
图1为本发明风力涡轮机的俯视示意图,其示出了单个涡轮叶片;
图2为与图1类似的另一个俯视示意图,其示出了多个涡轮叶片;
图3为根据本发明传送空气的设备的第一实施例的侧视示意图;
图4为与图3类似的图,其示出了本发明设备的第二实施例;
图5为本发明设备的第三实施例的侧视图;
图6为用于图5所示设备第三实施例中的本发明风力涡轮机的另一实施例的俯视图;
图7为本发明设备的第四实施例的侧视图;
图8为用于图7所示设备第四实施例中的本发明风力涡轮机的又一实施例的俯视图;
图9为用于本发明的空气冷却设备中的压缩机的侧视示意图;
图10为用于本发明的空气冷却设备中的压缩机的另一实施例的侧视示意图;
图11中的a、b、c和d为图10压缩机的各视图;
图12为用于本发明的空气冷却设备中的压缩机的又一实施例的侧视示意图;
图13为与图3类似的图,其示出了本发明设备的第五实施例;
图14a、图14b和图14c示意性示出了可使用在本发明中的涡卷制冷压缩机的各种位置;
图15a为可使用在本发明中的另一种形式的涡卷压缩机的俯视图;以及
图15b为图15a的涡卷压缩机的侧视图。
具体实施方式
附图中的图1示出了一风力涡轮设备10,其包括中心轴12,并具有压缩机13,该压缩机13包括壳体14。压缩机壳体14设置为相对于轴12轴向转动。此外,在压缩机壳体14上安装多个涡轮叶片16(仅示出其中一个涡轮叶片16)。如图所示,一管子18从壳体14向外延伸到周边冷却盘管20。一波纹管22从冷却盘管20延伸回壳体14。在管22靠近冷却盘管20的部位上有一缩颈部(constriction)23。
使用中,涡轮叶片16通过周围气流的动能围绕轴12轴向转动。叶片16的转动导致压缩机壳体14转动,且压缩机壳体14中的制冷剂被压缩而从气态相变为液态。压缩的液态制冷剂通过压缩机的驱动并借助离心力,沿管子18向外流动到用作一歧管的冷却盘管20。
如图所示,制冷剂必须流过几乎一整圈才到达管22。这使得压缩的制冷剂在其滞留于冷却盘管20期间被冷却。
制冷剂通过引入管22的缩颈部23离开冷却盘管20。此时制冷剂迅速失压,从而蒸发返回为气相,并使得叶片16冷却。然后,用过的制冷剂在压缩机13的一低压管线上向心地流回壳体14。
叶片16的冷却导致周围气流冷却,其实用效果将在下文说明。
在图2中,示出了与图1所示类似的设备30。在图2中可看到多个涡轮叶片16、多个管子18、一冷却盘管20和多个管22。在该实施例中,压缩的制冷剂沿管子18流到冷却盘管20。压缩的制冷剂从冷却盘管20经由多个短管28进入一内部歧管26。如上所述压缩的制冷剂从内部歧管26经由缩颈部23进入管22。因此,压缩的制冷剂不直接进入管22,其通过在冷却盘管20、短管28和内部歧管26中滞留而被冷却。
图3示出了包括风力涡轮机10的设备40。还示出了邻近各叶片16的外端的各内部歧管26。压缩的液态制冷剂起初经由短管28从冷却盘管20进入各内部歧管26。然后制冷剂如上所述经过缩颈部23进入管22。
此外,图3示出了集风导管42和出口冷凝室44。导管42包括外侧的宽部46和内侧相对较窄的窄部48。宽部46与窄部48的组合提高了导管42中的风速。
沿箭头50的方向吹送的周围气流流过风力涡轮机10,使得风力涡轮机10转动,从而冷却叶片16。这导致空气温度下降到冷凝点或露点以下,并且周围空气中的水蒸气凝结形成液态水。这一点通过挡板52来增强,该挡板52阻挡气流并引导液态水在其上聚集。液态水从挡板52流到斜板部54上,液态水从该斜板部54流入收集槽56中。除去了水分的冷却空气通过上出口58排出。从图3可以看出,盘管20位于导管42的外部,这样从压缩的制冷剂中失去的热量会散布到周围空气中而不是导管42内。
图4示出了与图3所示类似的设备60,只是在图4中,进口62位于最下部且设置有风门片64。在这种情况下,风门片64如图所示仅在设备60的迎风侧打开。气流通过涡轮机10向上流过,然后经冷凝室66从顶部排气口68排出。且液态水再次聚集在挡板52上,其就沿斜板54流动而收集在槽56中。
图5示出了与图4所示类似的设备70,只是在图5中,排气口68设有一附加的风力涡轮机72以减小排气口68中的压力,并加强废气的去除。从风力涡轮机得到的能量可用于任何实用的目的。
图6示出了包括导风件62的风力涡轮机10,其中风门片64位于相邻的导风件62之间。当风门片64正对周围气流方向时,其设置为如图所示打开且呈宽的长方形。
图7示出了本发明的设备的可替换形式。
在该图中示出了设备80,其包括位于中间位置上的通风筒82以及一向下指向的偏置设备84。该设备84设置为围绕大致竖直的轴线枢转,从而在使用中朝向最有效引导周围气流穿过风力涡轮机10的位置上。然后,冷却的空气可以进入风力涡轮机10下方的冷凝室86中,并且在挡板88上沉积水分。随后,沉积的水分可以流入收集槽90中。之后,除去水分的冷却空气可以向上流到上排气口92。
图8示出了与图7所示类似的风力涡轮机10。如图所示,设备84正对引入的周围气流。气流被引入风力涡轮机10中。
图9示出了本发明一种优选形式的压缩机90。该压缩机90具有中央转动筒形轮毂或壳体92,该轮毂或壳体92上安装有上述的风力涡轮机10的叶片16和运送制冷剂的管子。压缩机90包括安装在驱动轴96上的压缩机叶片94。叶片94设置为由装配在轮毂92内壁上的传动机构98以高速驱动。如上所述向心地流回压缩机90的、用过的制冷剂再次被压缩,并如上所述离心地向外送出。
图10示出了安装在一筒形轮毂或壳体102内的另一种形式的压缩机100。在该实施例中,制冷剂由相对压缩机100的主轴108偏心安装在轴106上的滚轮104转移。
如图11中的a、b、c和d所示,压缩机100的运行情况如下。压缩机100包括中心轴101,该中心轴101上安装有一偏心轮102。围绕该偏心轮102安装有一可转动壳体103。一管子104从壳体103伸出,一管子105伸入壳体103中。一弹簧偏置的叶片106穿过壳体103的壁延伸并接触偏心轮102的外表面。壳体103的转动造成壳体中的制冷剂被压缩并经由管子104流出。类似地,用过的制冷剂经由管子105返回至壳体103。被弹簧偏压而与偏心轮102的外表面结合的叶片106促进了这一过程。
图12示出了安装在筒形轮毂122内的另一种可替换形式的压缩机120。在该实施例中,制冷剂装在一弹性室124中。该室124交替地收缩和膨胀。这由固定安装在一中心轴128上的偏心盘126实现。每一个盘126均具有形成在其内侧上的一环形槽道130。每一个槽道130中均安装有一可滑动轴承132。各杆134从各轴承132延伸到室124的各自的端板136。每一个杆134均受一圆形引导件138的约束。
使用中,轮毂122围绕轴128轴向转动,且室124与轮毂122一起转动。该转动使得轴承132在槽道130中滑动,并且杆134在引导件138中相应地往复运动。这样室124膨胀和收缩,以交替地进行压缩,使压缩的制冷剂经由单向阀146流出,且使得用过的制冷剂经单向阀142进入。
图13示出了与图4和图5所示类似的风力涡轮机130。在该实施例中,进风筒(wind funnel)132设置为在水面134的上方引导周围气流。水可为微咸水或淡水。然后,气流向上穿过一直立管136(或斜坡上的斜导管)进入风力涡轮机10,然后到达具有挡板52和斜面54的冷凝室138,其中水从斜面54流入收集槽56中。废气经由出口58排出。进入设备130的空气的绝对湿度提高,从而空气的密度下降。因此,随着湿空气上升到风力涡轮机10,由风力造成的空气流动因对流而提高。
使用在本发明设备中的制冷压缩机也可设定为涡卷压缩机。
本发明的该实施例在附图中的图14a、图14b和图14c中示出。
图14a-图14c示出了具有壳体151的涡卷压缩机150,该壳体151中安装有一圆板152。此外,安装在风力涡轮机的轴向轴(未示出)上的内齿圈154围绕壳体151的内周延伸。涡轮叶片16安装在壳体151上,并使得风力造成壳体151在一固定轴(未示出)上轴向转动。
如上所述,使用中,壳体151通过风力涡轮机的叶片的转动而转动。
如上所示,涡卷压缩机150安装在位于固定的轴向轴(未示出)上的轴承上。一涡轮156连接至壳体151,而另一涡轮158由安装在壳体151上、位于等边三角形顶点处的三个行星齿轮160驱动。齿轮160由齿圈154驱动。涡轮158可以描述为一摆动涡轮(wobbling scroll)。
齿轮160通过各枢转连接件162非对称地与板152连接。使用中,壳体151通过风力涡轮机轴向转动。这使得行星齿轮由于与固定齿圈154的啮合而转动。这造成齿圈154转动,从而造成行星齿轮160转动。行星齿轮160的转动造成板152以摆动动作运动,从而使涡轮158相应地运动。
如图14a-图14c所示,这造成两个涡轮156和158之间的间隙以渐进的方式交替地打开和闭合。这一动作导致两个涡轮之间含有的制冷剂蒸汽被压缩,从而蒸汽承受增加的压力并转变成液态形式。
如上所述,压缩的液态制冷剂由此通过离心力经由一管子(未示出)从压缩机壳体151向外推出。此外,如上所述,用过的制冷剂经由管子(未示出)返回至壳体151的内部,在此制冷剂进入涡轮156和158之间的间隙中。
与图14a-图14c的涡卷压缩机对照,图15a和图15b示出了使用在本发明中的另一种结构的涡卷压缩机180。使用相同的附图标记表示类似的部件。应该指出,在图15a中仅示出了涡轮158。
在该实施例中具有一中心轴182,该中心轴182上安装有一壳体184。该壳体安装在轴182上的一轴承上。轴182可连续,也可不连续。围绕轴182固定地安装一中心齿轮186。该齿轮186与三个行星齿轮188连接。
此外,从图15b可以看出,一个涡轮156通过诸如端板之类的任何合适的设备(未示出)固定至壳体184。另一个涡轮158安装在一端板190上并经由偏心销192与行星齿轮188连接。
轴182和齿轮186固定在适当位置。壳体184如上所述设置为围绕轴182转动。行星齿轮188与齿轮186啮合,从而随着壳体184的转动而转动。行星齿轮188的这种转动使得涡轮158通过销192在板190上运动,从而涡轮158如上所述进行摆动动作。
本领域的普通技术人员可清楚地作出的修正和改动被认为包含在本发明的范围内。

Claims (20)

1、一种用于冷却空气的风力涡轮设备,其特征在于,该风力涡轮设备包括:与设置为压缩制冷剂的制冷压缩机轴向连接的风力涡轮机、用于离心地向外引导压缩的制冷剂的装置、用于使压缩的制冷剂失压而冷却该风力涡轮机的叶片的装置、以及用于使用过的制冷剂向心地返回至该压缩机的装置。
2、根据权利要求1所述的风力涡轮设备,其特征在于,该风力涡轮设备包括一中心轴,并且该制冷压缩机具有围绕该中心轴安装的壳体,该压缩机壳体设置为能相对于该中心轴轴向转动。
3、根据权利要求2所述的风力涡轮设备,其特征在于,该壳体上安装有多个涡轮叶片,且所述多个涡轮叶片远离该壳体延伸。
4、根据权利要求3所述的风力涡轮设备,其特征在于,从该壳体向外伸出一管装置,且该管装置与一周边盘管互相连接。
5、根据权利要求4所述的风力涡轮设备,其特征在于,该盘管设置于该风力涡轮设备的外部,从而向周围空气辐射热量。
6、根据权利要求4或5所述的风力涡轮设备,其特征在于,从该盘管经由一个或多个所述涡轮叶片各延伸出一回流管,该回流管或各所述回流管在邻近该盘管处设有一缩颈部,使得制冷剂失压,并冷却所述涡轮叶片,然后用过的制冷剂在该压缩机的低压侧向心地返回至该壳体。
7、根据上述任一项权利要求所述的风力涡轮设备,其特征在于,该风力涡轮设备设置一供周围气流流入的集风装置,该集风装置包括该风力涡轮机,周围气流使该风力涡轮机转动,从而使制冷剂被该制冷压缩机压缩,并在离心力的作用下向外流动,且向心地返回至该制冷压缩机,由此冷却所述叶片,以使周围气流中的水蒸气冷凝形成液态水。
8、根据权利要求7所述的风力涡轮设备,其特征在于,该集风装置包括位于该风力涡轮机上游的进口通风筒、位于该风力涡轮机下游的出口冷凝室、和比该进口通风筒窄的中间部,该中间部包含该风力涡轮机。
9、根据权利要求8所述的风力涡轮设备,其特征在于,该冷凝室包括促进周围空气中的水分冷凝的挡板。
10、根据权利要求8或9所述的风力涡轮设备,其特征在于,该出口冷凝室设有用于收集从周围气流冷凝的液态水的装置。
11、根据权利要求8-10中任一项所述的风力涡轮设备,其特征在于,该集风装置设有风门片,所述风门片在正对迎风方向时设置为打开。
12、根据权利要求8-11中任一项所述的风力涡轮设备,其特征在于,该出口冷凝室具有一排气口,该排气口设有一额外的风力涡轮机,以减小该排气口中的压力,并加强废气的去除。
13、根据权利要求8-12中任一项所述的风力涡轮设备,其特征在于,该风力涡轮机具有相邻的多对导风件,各导风件之间具有各自的风门片,所述风门片设置为在正对周围气流的方向时打开。
14、根据权利要求8-13中任一项所述的风力涡轮设备,其特征在于,该风力涡轮设备设有一偏置装置,该偏置装置设置为围绕近似竖直的轴线枢转,从而在使用时位于最有效引导周围气流经过该风力涡轮机的位置上。
15、根据权利要求1所述的风力涡轮设备,其特征在于,该制冷压缩机具有中央可转动壳体,该壳体内设有叶片,该制冷压缩机还包括安装在一驱动轴上的压缩机叶片,所述压缩机叶片设置为由装配在该壳体的内壁上的传动机构驱动。
16、根据权利要求1所述的风力涡轮设备,其特征在于,该制冷压缩机的壳体包括含有偏心安装的滚轮的壳体。
17、根据权利要求1所述的风力涡轮设备,其特征在于,该制冷压缩机包括含有弹性室的壳体,该弹性室包含制冷剂,且该弹性室设置为交替地收缩和膨胀。
18、根据权利要求1所述的风力涡轮设备,其特征在于,该制冷压缩机包括含有涡卷压缩机的壳体。
19、一种从周围空气冷凝水的方法,该方法包括以下步骤:通过周围风力驱动安装在一导管中的、根据权利要求1的风力涡轮设备,从而使该风力涡轮机的叶片冷却,由此冷却穿过该导管和该风力涡轮机的周围气流,并使得周围气流中的水蒸气冷凝以形成液态水;以及收集该液态水。
20、一种风力涡轮机,包括:至少一个叶片,所述叶片安装在制冷压缩机壳体上,该制冷压缩机壳体安装在一轴上以相对于该轴轴向转动;用于离心地向外引导压缩的制冷剂的装置;以及用于将制冷剂经由该叶片或各所述叶片向心地返回的装置,从而制冷剂失压、从液态相变为气态,由此冷却该叶片或各所述叶片。
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