Устройство и способ для использования с циклом кондиционирования воздуха (варианты)

Устройство и способ для использования с циклом кондиционирования воздуха (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству, способу и программному обеспечению для использования с циклом кондиционирования воздуха и, в частности, но не исключительно, к усовершенствованным способам охлаждения или кондиционирования воздуха и устройству и турбинам и/или генераторам для использования согласно способу.

Описание предшествующего уровня техники

Существующие циклы охлаждения выбрасывают тепло в атмосферу. В некоторых случаях часть энергии, которая в другом случае могла бы выбрасываться, может быть рекуперирована из цикла, что таким образом повышает общую эффективность.

На фиг.1 показан схематический вид контура теплового насоса предшествующего уровня техники. Горячий жидкий хладагент под высоким давлением поступает в дросселирующее устройство, часто называемое дроссельным клапаном, который снижает его давление и температуру при постоянной энтальпии. Поглощающий тепло пар проходит через теплообменник или "испаритель", поглощая тепло из воздуха, имеющего температуру окружающей среды, продуваемого вентилятором через поверхности теплообменника, охлаждая воздух и таким образом обеспечивая охлаждающий эффект и вызывая его расширение. Захват тепла вызывает мгновенное испарение жидкости и расширение.

Несущее тепло парообразное рабочее тело затем проходит в аккумулятор, который имеет внутреннюю конструкцию, предназначенную для обеспечения испарения любой оставшейся жидкости перед подачей в компрессор.

Богатое энергией теплое парообразное рабочее тело поступает в компрессор, который в результате совершения работы сжимает пар, таким образом повышая его температуру и давление. Существенная часть работы, потребляемой компрессором, превращается в тепло сжатия, таким образом вызывающее перегрев парообразного рабочего тела.

Перегретое парообразное рабочее тело, таким образом, имеет температуру, превышающую температуру окружающей среды, и поступает в конденсатор, который имеет конструкцию, подобную конструкции испарителя. Затем происходит теплообмен между перегретым парообразным рабочим телом и окружающей средой, которая имеет меньшую температуру. Теплообмен продолжается, пока из рабочего тела не будет извлечено достаточное количество тепла для изменения его состояния и превращения из горячего пара в горячую жидкость.

Горячее жидкое рабочее тело проходит в резервуар, обычно называемый "сборником", который имеет достаточно большой объем для поддержания условий термодинамического цикла и чтобы выдерживать высокое давление в выходной линии компрессора. Горячее жидкое рабочее тело под высоким давлением затем проходит в дроссельный клапан для завершения термодинамического цикла.

Системы кондиционирования воздуха потребляют огромные количества электроэнергии во многих основных городах мира и рассматриваются как неотъемлемый компонент многих больших зданий для поддержания необходимого уровня контроля среды внутри здания. Одновременно, поскольку количество систем кондиционирования воздуха продолжает расти, возрастает понимание того, что ресурс электроэнергии ограничен, и в некоторых местах потребность в ней превышает поставки или это прогнозируется в ближайшем будущем.

Стало важным выявление потенциальных областей для экономии потребления электроэнергии. Если можно достичь какой-либо экономии в системах кондиционирования воздуха, то существует потенциальная возможность огромной суммарной экономии при потреблении электроэнергии.

Экономия электроэнергии может также приводить к экономии в области наращивания ресурсов инфраструктуры распределения энергии. Такие наращивания ресурсов становятся необходимыми для работы с возрастающими пиковыми нагрузками, вносимыми быстрорастущим рынком систем кондиционирования воздуха.

Цели изобретения

Задачей предпочтительного варианта осуществления изобретения является обеспечение устройства для теплового насоса и/или теплового насоса, который повысит эффективность использования доступной энергии таким существующим устройством.

Альтернативной задачей предпочтительного варианта осуществления изобретения является обеспечение способа управления тепловым насосом, который повысит эффективность такого существующего устройства.

Альтернативной задачей предпочтительного варианта осуществления изобретения является обеспечение способа управления турбиной и генератором, который повысит эффективность такого существующего устройства.

Другой альтернативной задачей предпочтительного варианта осуществления изобретения является обеспечение турбины и/или способа подачи текучей среды в турбину, которая обеспечивает повышение эффективности использования доступной энергии такой текучей среды в настоящее время.

Другой альтернативной задачей является, по меньшей мере, предоставление общественности полезного выбора.

Другие задачи настоящего изобретения могут стать понятными при ознакомлении с нижеследующим описанием, которое дано только для примера.

Краткое описание изобретения

Согласно первому варианту изобретения обеспечен термодинамический цикл, включающий компрессор, первую турбину, расположенную после компрессора, теплообменник, расположенный после первой турбины и работающий для извлечения тепла из цикла в другой термодинамический цикл, испаритель, расположенный после теплообменника, и вторую турбину, расположенную после испарителя и перед компрессором.

Согласно второму варианту настоящего изобретения обеспечен термодинамический цикл, включающий компрессор, конденсатор, расположенный после компрессора, первую турбину, расположенную после конденсатора, испаритель, расположенный после первой турбины, и вторую турбину, расположенную после испарителя и перед компрессором.

Предпочтительно термодинамический цикл также включает теплообменник, расположенный между первой турбиной и испарителем, причем теплообменник работает для извлечения тепла в другой термодинамический цикл.

Предпочтительно, по меньшей мере, или первая турбина, или вторая турбина включает:

камеру ротора;

ротор, вращающийся вокруг центральной оси внутри камеры ротора;

по меньшей мере, одно сопло, включающее выход сопла для подачи текучей среды из средства для подачи текучей среды в термодинамическом цикле в ротор для приведения в действие ротора и генерирования мощности;

по меньшей мере, одно выпускное отверстие для выпуска при использовании текучей среды из турбины;

в которой поток текучей среды из, по меньшей мере, выхода одного сопла периодически прерывается, по меньшей мере, одним средством прерывания потока, таким образом повышающим давление текучей среды внутри, по меньшей мере, одного сопла.

Предпочтительно, по меньшей мере, или первая турбина, или вторая турбина включает, по меньшей мере, одно средство для хранения текучей среды, расположенное между средством для подачи текучей среды и, по меньшей мере, одним соплом.

Предпочтительно средство для хранения текучей среды имеет емкость, которая, по меньшей мере, равна рабочему объему компрессора.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно средство прерывания потока, по существу, останавливает поток текучей среды из, по меньшей мере, одного выхода сопла, пока давление внутри, по меньшей мере, одного сопла не повысится до предварительно заданного минимального давления, которое меньше давления в средстве подачи текучей среды или равно ему.

Предпочтительно при использовании поток текучей среды из, по меньшей мере, одного сопла прерывается, по меньшей мере, одним прерывающим средством в течение периода времени, достаточного для приведения текучей среды непосредственно перед, по меньшей мере, одним внешним соплом, по существу, в состояние покоя.

Предпочтительно ротор имеет множество каналов, которые имеют конфигурацию, расположение и размеры, обеспечивающие вращающий момент вокруг центральной оси, когда хладагент из, по меньшей мере, одного сопла входит в каналы.

Предпочтительно ротор имеет множество лопаток, которые имеют конфигурацию, расположение и размеры, обеспечивающие вращающий момент вокруг центральной оси, когда хладагент из, по меньшей мере, одного сопла входит в контакт с лопатками.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно средство прерывания потока включает, по меньшей мере, одну лопатку, которая может быть соединена с внешней периферией ротора и может перемещаться с ней и приспособлена для прерывания потока текучей среды наружу из, по меньшей мере, одного выхода сопла, когда, по меньшей мере, одна лопатка, по существу, примыкает к, по меньшей мере, одному выходу сопла.

Предпочтительно средство прерывания потока включает множество лопаток, по существу, равномерно разнесенных по окружности внешней периферии ротора.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно сопло при использовании обеспечивает подачу текучей среды в ротор со звуковой или сверхзвуковой скоростью.

Предпочтительно, по меньшей мере, одно выпускное отверстие включает диффузорную и расширительную секции для уменьшения скорости текучей среды и поддержания давления потока текущей среды после ее замедления до дозвуковой скорости.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна из первой и второй турбин включает ротор, включающий две или более разнесенных друг от друга обмоток ротора, и статор, включающий множество обмоток статора вокруг ротора, причем, по меньшей мере, две из обмоток статора соединены с регулируемым источником тока, при этом каждый регулируемый источник тока может работать для возбуждения обмоток статора, с которыми он соединен.

Предпочтительно каждый регулируемый источник тока может работать для возбуждения обмоток статора, с которыми он соединен, после того, как ротор достигает предварительно заданной скорости.

Предпочтительно предварительно заданной скоростью является предельная скорость для текущих рабочих условий турбины.

Предпочтительно, каждый источник тока обеспечивает увеличение и уменьшение силы тока в их соответствующих обмотках статора в зависимости от измеренного значения выходной мощности от обмоток статора.

Согласно другому объекту настоящего изобретения обеспечен способ управления термодинамическим циклом, описанным выше, включающий многократное измерение выходной мощности от обмоток статора и увеличение силы тока в обмотках, если текущее измеренное значение выходной мощности больше предшествующего измеренного значения выходной мощности, и уменьшение силы тока в обмотках, если измеренное значение выходной мощности меньше предшествующего измеренного значения выходной мощности.

Согласно другому варианту настоящего изобретения обеспечен способ генерирования мощности в термодинамическом цикле, включающем компрессор, первую турбину, расположенную после компрессора, теплообменник, расположенный после первой турбины и обеспечивающий извлечение тепла из цикла в другой термодинамический цикл, испаритель, расположенный после теплообменника, и вторую турбину, расположенную после испарителя и перед компрессором, в котором первая и вторая турбины включают ротор и, по меньшей мере, одно сопло для подачи текучей среды в ротор для приведения в действие ротора и генерирования мощности;

способ включает обеспечение, по меньшей мере, одного средства прерывания потока для периодического прерывания потока текучей среды из, по меньшей мере, одного сопла и повышения давления текущей среды внутри, по меньшей мере, одного сопла до предварительно заданного минимального давления, которое меньше давления в средстве подачи текучей среды или равно ему, до возобновления потока текущей среды из, по меньшей мере, одного сопла.

Согласно другому варианту настоящего изобретения обеспечен способ генерирования мощности в термодинамическом цикле, включающем компрессор, конденсатор, расположенный после компрессора, первую турбину, расположенную после конденсатора, испаритель, расположенный после первой турбины, и вторую турбину, расположенную после испарителя и перед компрессором, в котором первая и вторая турбины включают ротор и, по меньшей мере, одно сопло для подачи текучей среды в ротор для приведения в действие ротора и генерирования мощности; при этом способ включает обеспечение, по меньшей мере, одного средства прерывания потока для периодического прерывания потока текучей среды из, по меньшей мере, одного сопла и повышения давления текущей среды внутри, по меньшей мере, одного сопла до предварительно заданного минимального давления, которое меньше давления в средстве подачи текучей среды или равно ему, до возобновления потока текущей среды из, по меньшей мере, одного сопла.

Предпочтительно предварительно заданное минимальное давление достаточно для достижения текучей средой локальной звуковой скорости в критическом сечении сопла.

Предпочтительно способ включает ускорение текучей среды, выходящей из, по меньшей мере, одного сопла, до сверхзвуковых скоростей.

Система управления для термодинамического цикла, описанного выше, причем система управления включает:

чувствительное средство для измерения выходной мощности термодинамического цикла;

средство управления для компрессора, причем средство управления сообщается с чувствительным средством для приема, в качестве входных данных, измеренных значений выходной мощности термодинамического цикла и измеренных значений работы, потребляемой компрессором;

при этом средство управления обеспечивает вычисление измерения эффективности на основе входных данных и изменение скорости компрессора для максимизации измерения эффективности или для поддержания измерения эффективности на заданном уровне.

Предпочтительно система управления также включает второе средство управления для второй турбины и чувствительное средство для измерения температуры контролируемой области, в которой второе средство управления принимает, в качестве дополнительных входных данных, измеренные значения температуры контролируемой области и обеспечивает открывание или закрывание прохода для потока текучей среды через вторую турбину, реагируя на обнаруженные изменения температуры в контролируемой области относительно заданного значения.

Предпочтительно второе средство управления дополнительно принимает, в качестве входных данных, измеренные значения, отображающие количество хладагента в цикле, который испарился после фазы испарения в цикле, и обеспечивает открывание или закрывание прохода для потока текучей среды через вторую турбину для поддержания количества испаренного хладагента после фазы испарения.

Предпочтительно работа второго средства управления для поддержания количества испаренного хладагента после фазы испарения осуществляется после заданной задержки после открывания или закрывания средством управления прохода для текущей среды через вторую турбину, как реакции на обнаруженные изменения температуры.

Предпочтительно система управления включает третье средство управления для конденсатора в термодинамическом цикле, причем система управления обеспечивает изменение работы конденсатора для поддержания требуемого уровня охлаждения хладагента конденсатором.

Предпочтительно первое средство управления, второе средство управления и третье средство управления являются одним микроконтроллером, или микропроцессором, или множеством микроконтроллеров или микропроцессоров, причем, по меньшей мере, избранные микроконтроллеры или микропроцессоры сообщаются друг с другом для обеспечения хронирования функций системы управления.

Система управления для термодинамического цикла, описанного выше, причем система управления включает:

чувствительное средство для измерения выходной мощности термодинамического цикла;

средство управления для компрессора, сообщающееся с чувствительным средством для приема, в качестве входных данных, измеренных значений выходной мощности термодинамического цикла и измеренных значений работы, потребляемой компрессором;

при этом средство управления обеспечивает вычисление измерения эффективности на основе входных данных и изменение скорости компрессора для максимизации измерения эффективности или для поддержания измерения эффективности на заданном уровне, причем система управления обеспечивает регулирование постоянного тока, проходящего в обмотках статора турбины.

Предпочтительно система управления обеспечивает регулирование постоянного тока, проходящего в обмотках статора, для динамического поддержания баланса турбины под нагрузкой.

Другие варианты настоящего изобретения, которое следует рассматривать со всеми его элементами новизны, будут понятны при ознакомлении с нижеследующим описанием, данным только для примера со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - термодинамический цикл предшествующего уровня техники.

Фиг.2 - первый термодинамический цикл, соответствующий варианту настоящего изобретения.

Фиг.3 - второй термодинамический цикл, соответствующий варианту настоящего изобретения.

Фиг.4 - сечение первой турбины, соответствующей варианту настоящего изобретения.

Фиг.5 - сечение второй турбины, соответствующей варианту настоящего изобретения.

Фиг.6 - увеличенный вид канала турбины, показанной на фиг.5.

Фиг.7 - третий термодинамический цикл, показывающий систему управления, соответствующую варианту настоящего изобретения.

Фиг.8-10, 12 - блок-схемы последовательности операций способа управления термодинамическим циклом, соответствующим вариантам настоящего изобретения.

Фиг.11 - схема генератора, соответствующего варианту настоящего изобретения.

Фиг.13 - блок-схема подпрограммы инициализации для системы управления.

Фиг.14 - блок-схема подпрограммы планирования для системы управления.

Краткое описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Настоящее изобретение описано здесь в отношении его применения в холодильном цикле. Специалистам в данной области техники будет понятно, что описанный контур перекачки тепла может использоваться в различных вариантах, например, для кондиционирования воздуха, охлаждения или отопления. Специалистам в данной области техники также будет понятно, что термин "хладагент" использован для описания любого рабочего тела, пригодного для использования в таком контуре или цикле.

Простой холодильный цикл известного уровня техники, показанный на фиг.1, может включать, по порядку, компрессор, конденсатор, сборник, дроссельный клапан, испаритель и аккумулятор. В некоторых вариантах известного уровня техники два из элементов, показанных на фиг.1, могут быть скомбинированы в единое устройство, например, некоторые компрессоры могут также включать аккумулятор, но работа каждого элемента обычно происходит в контуре.

Термин "турбина" использован здесь для описания устройства, которое преобразует энергию потока текучей среды в кинетическую и/или электрическую энергию. Специалистам в данной области техники будет понятно, что, когда энергия требуется в электрической форме, турбина может включать необходимый генератор электроэнергии или генератор переменного тока.

Как показано на фиг.2, теплонасосное устройство, соответствующее настоящему изобретению, включает первый холодильный контур 10, который включает по порядку первый компрессор 1, конденсатор 8, аккумулятор 2, дроссельный клапан, испаритель 5 и турбину 21. Турбина 21 преобразует энергию хладагента в кинетическую и/или электрическую энергию, таким образом снижая температуру и давление первого хладагента. Если необходимо получить для турбины хладагент необходимой плотности и давления, на одной или обеих из передней и задней сторон турбины 21 может быть размещен расширитель (не показан).

В некоторых вариантах осуществления изобретения турбина 21 может быть устроена так, чтобы исключать охлаждение хладагента до точки, в которой внутри турбины 21 образуются капли жидкого хладагента, поскольку они могут повреждать рабочие поверхности внутри турбины 21. В альтернативных вариантах турбина 21 может быть адаптирована, например, посредством использования в надлежащей степени твердых материалов для выполнения лопаток ротора, для обеспечения конденсации хладагента без повреждения турбины 21.

Специалистам в данной области техники будет понятно, какие качества хладагента, проходящего через первый испаритель 5, будут вредно влиять на тепловой поток в первый испаритель 5. Хладагент, выходящий из первого испарителя 5, проходит через первый аккумулятор 6 перед возвращением в компрессор 1. Специалистам в данной области техники будет понятно, что аккумулятор 2 и аккумулятор 6 представляют собой резервуары для хладагента для контура. Аккумулятор 6 показан пунктиром для того, чтобы показать, что он, возможно, формирует часть компрессора 1.

На фиг.3 показан альтернативный вариант выполнения теплового насоса, соответствующего настоящему изобретению, который включает первый холодильный контур 300 и второй холодильный контур 400. В предпочтительном варианте осуществления изобретения второй холодильный контур 400 может включать испаритель 405, аккумулятор, компрессор, конденсатор, сборник и дроссельный клапан ТХ (не показан), расположенные в таком же порядке и выполняющие, по существу, такие же функции, как в холодильном контуре известного уровня техники. Второй хладагент может иметь точку кипения, составляющую менее 10°С, более предпочтительно около 0°С. Пригодный второй хладагент может быть хладагентом марок R22, R134A или R123, хотя специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть использованы другие хладагенты с пригодными низкими точками кипения.

Второй холодильный контур 400 может управляться системой управления, описанной ниже со ссылками на фиг.7. Если требуется, оба холодильных контура могут управляться единым контроллером.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения температура хладагента, поступающего в конденсатор холодильного контура 400, может составлять свыше 30°С и предпочтительно около 60°С. Температура хладагента, поступающего в испаритель холодильного контура 400, может быть, по меньшей мере, на 10°С ниже, чем температура хладагента, поступающего в конденсатор 304.

В некоторых вариантах осуществления изобретения между компрессором и конденсатором может быть расположен один или более термоэлектрических генераторов для генерирования электроэнергии. Термоэлектрические генераторы могут быть особенно полезны, если используемым хладагентом является хладагент марки R123, поскольку температура конденсации может достигать 180°С и температура испарения между 35°С и 10°С, обеспечивая большую разность температур.

Контур 300 включает по порядку по часовой стрелке компрессор 301, конденсатор 307, первый расширитель 302а, первую турбину 302, второй расширитель 302b, теплообменник 304, испаритель 305 и вторую турбину 306.

На обеих, входной и выходной, сторонах турбины 302 в контур могут быть включены расширители для уменьшения плотности рабочего тела, поступающего в турбину 302, и для поддержания низкого давления на выходе турбины 302 после возвращения рабочего тела к дозвуковой скорости. В предпочтительном варианте осуществления изобретения расширитель может обеспечивать отсутствие повышения давления текучей среды после ее замедления до дозвуковой скорости. Без использования расширителя давление могло бы возрастать и ухудшать производительность турбины.

Расширители (не показаны) можно также включать в контур на одном или обоих из входа и выхода второй турбины 306. Расширители будут включать диффузор, если хладагент циркулирует со сверхзвуковыми скоростями вне турбины 306. Расширители на входах турбин 302, 306 необходимы для уменьшения плотности рабочего тела перед входом в критическое сечение сопла турбины. Меньшая плотность будет обеспечивать больший размер критического сечения в точке звуковой скорости рабочего тела и, следовательно, поддерживать критический минимальный удельный массовый расход для исключения какого-либо уменьшения эффективности кондиционирования воздуха. В идеальном случае, удельный массовый расход должен быть таким же, какого можно было бы ожидать без включения каждой турбины в термодинамический цикл. Объемное расширение перед соплом, таким образом, снижает плотность рабочего тела и позволяет использовать критическое сечение большего диаметра без ухудшения перехода рабочего тела от дозвуковой к сверхзвуковой скорости в критическом сечении или его удельного массового расхода.

В двух других альтернативных циклах или холодильный цикл 400, или конденсатор 304 может быть исключен.

На фиг.4 показана турбина 21, пригодная для использования с теплонасосным устройством, описанным в отношении фиг.1, 2, 3. Турбина 21 может также использоваться в холодильном контуре известного уровня техники, таком как контур, показанный на фиг.1, или в другом холодильном контуре, предпочтительно, или непосредственно перед компрессором, или непосредственно после него, с использованием, если необходимо, расширителей, расположенных вблизи турбины 21. Турбина 21 включает, по меньшей мере, одно внешнее сопло 22, установленное в корпусе (не показан) турбины 21, которое имеет сходящееся/расходящееся сечение, приспособленное для ускорения хладагента, проходящего через него, до звуковой или сверхзвуковой скоростей.

Турбина 21 описана ниже в связи с ее использованием как части теплонасосного контура, такого как описанный выше, в котором рабочим телом является хладагент. Турбина 21 может выполнять функцию дроссельного клапана ТХ в дополнение к генерированию электроэнергии, позволяя исключить из контура дроссельный клапан ТХ. Специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны другие варианты применения турбины 21 и что рабочим телом в этих вариантах может быть какая-либо другая пригодная газообразная текучая среда.

Поток от каждого внешнего сопла 22 периодически прерывается прерывающим средством. Ниже описаны два предпочтительных прерывающих средства. Специалисты в данной области техники смогут обнаружить альтернативные средства для прерывания потока из внешнего сопла 22.

Первое прерывающее средство может включать одну или более лопаток 7, расположенных вблизи внешней периферии ротора 23 турбины и приспособленных для, по существу, предотвращения выхода хладагента из внешнего сопла 22, когда лопатка 7 находится вблизи выхода 12 внешнего сопла. Специалистам в данной области техники будет понятно, что зазор между выходом внешнего сопла 22 и лопатками 7 увеличен на фиг.4 и что реальный зазор будет достаточно небольшим для прерывания или существенного сдерживания потока из сопла 22, когда лопатки 7 примыкают к выходу 12 сопла.

Второе прерывающее средство 11 может включать электронный клапан, расположенный вблизи выпускного отверстия 12 внешнего сопла. Второе прерывающее средство 11 может иметь очень быструю реакцию и может работать, например, подобно электронной дизельной форсунке в общей топливной магистрали.

Резервуар 13 для хранения хладагента может быть расположен вблизи внешнего входа 14 сопла. Если компрессор, подающий хладагент во внешнее сопло 22, является объемным компрессором, то резервуар 13 для хранения хладагента может иметь внутренний объем, по меньшей мере, равный одному рабочему объему первого компрессора. Резервуар 13 для хранения хладагента может иметь любую емкость, превышающую рабочий объем компрессора. Резервуар 13 для хранения хладагента предпочтительно может быть изолированным сферическим контейнером, расположенным как можно ближе к внешнему входу 14 сопла.

Лопатки 7 и второе прерывающее средство 11 могут останавливать поток хладагента достаточно быстро для создания роста адиабатического давления во внешнем сопле 22 без соответствующего увеличения энтальпии. Поток хладагента может прерываться на период времени, который достаточно продолжителен для того, чтобы давление внутри внешнего сопла 22 и более предпочтительно внутри резервуара 13 для хранения хладагента достигало предварительно заданного минимального давления, которое меньше давления, подаваемого первым компрессором. Это давление может быть задано для обеспечения того, что, когда и лопатки 7, и второе прерывающее средство 11 находятся в открытом положении, хладагент выходит из внешнего сопла 22 со звуковой или сверхзвуковой скоростями.

Период времени, в течение которого каждая лопатка 7 останавливает поток из внешнего сопла 22, зависит от длины окружности ротора 23 турбины, частоты вращения ротора 23 и длины лопатки 7 в направлении вдоль окружности. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот период времени может быть достаточно продолжительным, чтобы второе прерывающее средство 11 не требовалось.

В других вариантах осуществления изобретения второе прерывающее средство может обеспечивать закрывание достаточно быстро, чтобы лопатки 7 не были нужны, но во многих случаях лопатки 7 могут представлять собой относительно простое прерывающее средство, которое способно закрывать выпускное отверстие 12 внешнего сопла с высокой скоростью.

Резервуар 13 для хранения хладагента, лопатки 7 и второе прерывающее средство 11 могут обеспечивать увеличение количества энергии, извлекаемой из хладагента, и все же могут допускать прохождение достаточного количества хладагента для обеспечения адекватного общего эффекта поглощения тепла из холодильного контура. Это может облегчать или содействовать исключению из холодильного контура сборника и дроссельного клапана ТХ.

Следует отметить, что, когда прерывающее средство закрывается, массовый расход рабочего тела, в данном случае хладагента, между внешним соплом 22 и источником высокого давления, питающим внешнее сопло 22, который в большинстве случаев может быть первым компрессором, может снижаться до нуля и давление в резервуаре 13 для хранения хладагента и на входе 14 внешнего сопла может возрастать до максимального давления выпускной линии первого компрессора. Это отклонение давления вверх является функцией снижения удельного массового расхода текучей среды. Когда удельный массовый расход равен нулю, перепад давлений на уровне внешнего сопла 22 может быть, по существу, равным нулю, таким образом, давление на входе 14 внешнего сопла имеет максимальное значение, и изменение кинетической энергии в хладагенте равно нулю, и изменение энтальпии равно нулю. Таким образом, когда хладагент останавливается, давление возрастает на входе 14 внешнего сопла до максимального значения, создаваемого компрессором, и изменение энтальпии равно нулю. Также предполагается, что, если период времени, когда поток хладагента остановлен, короткий по сравнению с периодом времени, в течение которого хладагент имеет возможность течь, нарушение общего массового расхода в холодильном контуре, элементом которого является турбина 21, будет минимальным.

Следует также отметить, что преимущество остановки массового расхода через внешнее сопло 22 состоит в том, что, если период времени прерывания потока достаточно короткий и возрастание давления хладагента происходит, по существу, адиабатически, изменения энтальпии неподвижного хладагента во внешнем сопле 22 не будет. Кроме того, если возрастание внутренней энергии в течение периода времени, когда хладагент неподвижен и хладагент сжат, компенсируется расширением хладагента и уменьшением его работы в течение времени, когда массовый расход существует, что может быть достигнуто надлежащим подбором соотношения времени, в течение которого хладагент течет, и времени, когда течение хладагента прервано, процесс извлечения теплосодержания может стать, по существу, непрерывным. Это может приводить к увеличенному извлечению теплосодержания из рабочего тела в системах известного уровня техники.

Специалистам в данной области техники также будет понятно, что синхронизация второго прерывающего средства 11 может управляться средством обработки данных (не показано). Средство обработки данных может принимать информацию об угловом положении ротора 23 турбины от любых пригодных средств, но предпочтительно от датчика Холла или подобного средства, установленного на корпусе турбины (не показан), который может считывать пригодный технологический знак на роторе 23. Средство обработки может также изменять частоту вращения ротора 23 турбины посредством изменения частоты открывания второго прерывающего средства 11.

Хотя ротор 23 турбины показан как имеющий лопатки с конфигурацией активного типа, следует понимать, что прерывающие средства, такие как описанные выше, также особенно пригодны для использования с другими конструкциями турбин радиального типа, например, такими, как используемые в автомобильных турбонагнетателях, подобных показанному на фиг.11.

На фиг.5 показан альтернативный вариант выполнения ротора 23А турбины, имеющий множество, по существу, спиральных каналов 602, ведущих к центральному выпускному отверстию 603. Центральное выпускное отверстие 603 может быть расположено в центре ротора 23А и может проходить, по существу, в направлении, соответствующем центральной оси ротора 23А. Площадь сечения каждого канала 602 может непрерывно уменьшаться от входа 604 к выходу 605.

Предпочтительно отношение площади входа 604 к площади выхода 605 может составлять, по существу, 6:1 для обеспечения работы с гиперзвуковой скоростью с минимальным ограничением потока рабочего тела.

Как показано на фиг.6, центральная линия 606 каждого канала 602 может пересекать радиус 607 ротора 23А, по меньшей мере, в двух точках 608, 609 между входом 604 и выходом 605.

Поток текучей среды, показанный стрелками F, может входить в канал 602 через вход 604. Поскольку направление текучей среды F изменяется внутри канала 602, изменение количества движения текучей среды F может создавать вращающую силу, воздействующую на ротор 23А. Предпочтительно вращающая сила может передаваться либо пригодному генератору электроэнергии, либо любому другому пригодному механизму, который может приводиться в действие вращающимся валом. Предпочтительно текучая среда F изменяет направление движения на угол, максимально приближенный к 180°, в направлении в пределах канала 602 для максимизации изменения количества движения и, таким образом, энергии, сообщаемой ротору 23А.

Ротор 23А может использоваться с электронным вторым прерывающим средством, которое описано выше, хотя специалистам в данной области техники будет понятно, что в некоторых вариантах осуществления изобретения участок разнесения 610 между входами 604 каналов может действовать как прерывающее средство.

На фиг.7 показан цикл кондиционирования/охлаждения воздуха, в целом обозначенный стрелкой 100, соответствующий другому варианту настоящего изобретения.

Как и цикл 300, показанный на фиг.3, цикл 100 может отличаться от циклов кондиционирования воздуха или охлаждения известного уровня техники тем, что дроссельный клапан ТХ и сборник, обычные для циклов известного уровня техники, могут быть исключены. Дроссельный клапан ТХ заменен турбиной 114, которая в этом варианте осуществления изобретения расположена между конденсатором 105 и испарителем 122. Перед конденсатором 105 может быть расположен термоэлектрический генератор 103.

Вторая турбина 130 расположена между выходом испарителя 122 и аккумулятором 128. Расширители 130а и 130b, если их используют, расположены с двух сторон турбины 130. Это сделано для обеспечения достаточно низкой плотности рабочего тела, входящего в турбину, что позволяет использовать сопло достаточно большого диаметра в турбине 130 без ухудшения работы турбины 130 при сверхзвуковой скорости, удельного массового расхода системы или ее эффективности охлаждения.

Вторичный теплонасосный цикл, обозначенный стрелкой 200, содержит теплообменник 201, который следует за расширителем 114с и обеспечивает извлечение тепла из первичного цикла 100 для обеспечения того, что температура и давление рабочего тела, входящего в испаритель 122, будут доста