專利名稱：一種垂直方向遠距離冷熱能量輸運系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于能源工程技術領域，涉及
遠距離冷熱能量輸運的高效節能系統裝置。
種熱管循環與熱泵循環組合用于垂直方向
背景技術：
隨著礦井開采深度的增加，巖石溫度逐漸升高，開采與掘進工作面環境的熱害問題日益嚴重，不少工作面的氣溫超過28°C ，個別高達34°C ，而且濕度高達90%以上。目前世界上最深的礦井是南非西部深水平金礦，井深達3618米，印度科拉金礦深達3231米，加拿大克列伊頓9號礦井深達2130米，日本的別子銅礦深達2060米，僅南非超過千米的礦井就有60多條。我國也出現了石距子、臺吉、冠山、長廣7號等近千米的深井。因為井溫和地壓隨著礦井深度的增加而增大，所以，深井開采中的熱害問題己引起了國內外研究人員的廣泛關注。礦工在高溫環境下作業，勞動生產率下降，身體健康受到損害，礦山安全條例規定井下作業地點的空氣溫度不得超過26°C。為此，必須解決深井開采中的熱害問題。
目前采用的礦井降溫方法主要有普通降溫方法和人工制冷降溫法兩種。普通降溫方法的特點是控制高溫巖層散熱；控制熱水散熱；控制機電設備散熱；增加通風量；降低礦井進風溫度和利用天然冷水降溫。普通降溫方法僅能在礦井開采深度較淺、井中巖層散熱較少的場合應用，當礦井開采到一定深度后，該方法無能為力。人工制冷降溫法是在采用普通通風方法消除局部熱源，井下熱害尚不能消除時，必須采取人工制冷來改善井下氣象條件的手段。是利用機械制冷設備以付出一定的代價為條件來達到所要求的氣象條件。為保證機械制冷設備的安全、穩定、長期運行，同時也為了檢修方便，制冷設備通常安裝在地面上，這就要求采用某種方法將制冷設備產生的冷量及時、高效地輸運到礦井的工作面。目前采用的方法主要有兩種一種是制冰塊法，將制冷設備制取的冰塊用電梯輸運到礦井的工作面，利用冰塊的融化過程釋放出的冷量來實現降溫；另一種是利用某種液體工質(如水或某種水溶液)做媒介，通過液體工質溫度變化的顯熱來傳輸冷量。制冰塊法存在浪費水資源、需要較多的人力資源，還需電梯資源和電梯用電等問題，另外，操作過程也比較復雜。液體工質溫度變化的顯熱傳輸能量法，存在壓力高(IOOO米的井下就有IOO個大氣壓)的安全隱患，另外傳輸用的溶液泵也消耗大量的能源。 此外，人類在地熱能的開發利用過程中，需要將地底下垂直方向遠距離的冷熱能量輸運到地面上，目前采用的抽水方式對地下結構破壞較大，故該過程也需要高效節能的不破壞地下結構的冷熱能量輸運系統。再一方面，地球上空每升高100米溫度平均降低0. 6度，離地面3000米的高空，溫度比地面溫度低約18度，離地面5000米的高空，溫度比地面溫度低約30度，這一溫度水平對人類日常生活和生產用的空調與冷藏已足夠低，顯然，這是巨大的天然冷源。隨著建筑物高度的提高和人類對高空各類自然現象和氣象運動變化等規律認識水平的逐步提高，未來，人類將有可能從高空中獲取冷量，并由此實現對整個大氣環境的有機調節與合理控制。為此，需要將天空垂直方向遠距離的冷能輸運到地面上。迄今為止，人類還沒有一種實現該功能的成熟而高效的系統。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求提出一種能夠將熱管循環與熱泵循環合二為一，應用于垂直方向遠距離冷熱能量輸運的高效節能系統裝置，實現垂直方向遠距離冷熱能量的輸運。 為了實現上述目的，本發明的主體結構包括冷凝器、儲液器、調節閥、液體工質母
管、n個(l《n《50)重力勢能回收壓氣機、降壓型氣液分離器、膨脹閥、分液器、均液管、蒸
發器、蒸發器氣體收集母管、氣體工質輸運母管、氣體壓縮機、冷凝器分氣母管和均氣管；處
于系統最上部的冷凝器中的氣態工質將熱能傳遞給與其相連的制冷設備或冷凝器所處位
置的環境空氣后，發生相變，轉化為液態工質，流入儲液器；儲液器中的液態工質經調節閥
調節流量后沿垂直管路朝蒸發器方向流動，液態工質下降一定距離后，進入一個重力勢能
回收壓氣機，在重力勢能回收壓氣機內，液態工質將重力勢能產生的壓力能轉化為旋轉的
機械能，該旋轉的機械能作為動力源，又使氣體工質母管中的氣體增壓后向上流動；從重力
勢能回收壓氣機流出的液態工質繼續沿垂直管路朝蒸發器方向流動，再下降一定距離后，
進入第二個重力勢能回收壓氣機，將重力勢能產生的壓力能轉化為旋轉的機械能后，再次
朝蒸發器方向流動，直到進入最后一個重力勢能回收壓氣機，從最后一個重力勢能回收壓
氣機流出的液態工質進入降壓型氣液分離器，在該分離器內，實現氣液分離，并形成穩定的
液態工質工作面，以實現對蒸發器的穩定供液；從降壓氣液分離器出來的液態工質進入膨
脹閥調節流量，再經分液器、均液管，均勻地流入蒸發器，液態工質在蒸發器內吸收所處位
置的熱能后，發生相變，轉化為氣態工質，經各分支管進入蒸發器氣體收集母管，氣體工質
從蒸發器氣體收集母管流入氣體工質輸運母管，朝冷凝器方向向上流動，先流過最下面的
重力勢能回收壓氣機，氣體工質被提升壓力后繼續在氣體工質輸運母管內向上流動，依次
通過其它的重力勢能回收壓氣機，最后進入氣體壓縮機，進一步提高氣體壓力后進入冷凝
器分氣母管，由均氣管將冷凝器分氣母管中的氣體均勻分配到冷凝器中，在冷凝器中將系
統內的熱能排放給與其相連的制冷設備或冷凝器所處位置的環境空氣后，工質發生相變，轉化為液態工質，流入儲液器；如此循環往復，不斷地將系統最下部的蒸發器處的熱能提升到冷凝器所處的系統最上部，實現了垂直方向遠距離冷熱能量輸運。 本發明所構成的裝置系統既能實現熱管循環，又能實現熱泵循環，取決于是否安裝氣體壓縮機或采用何種形式的氣體壓縮機；若冷凝器工作環境溫度顯著地低于蒸發器工作環境溫度，可以取消系統內的氣體壓縮機，此時，系統內循環部分不消耗任何外在動力，完全是靠熱管內部動力驅動，為典型的熱管系統，其工況特征是冷凝器內部的工作壓力低于蒸發器內部的工作壓力；若冷凝器工作環境溫度略低于蒸發器工作環境溫度，可以采用特殊設計制造的大流量、低壓差氣體壓縮機，此時，本發明實現的也是熱管循環，其冷凝器內部的工作壓力等于或小于蒸發器內部的工作壓力；若冷凝器工作環境溫度等于或高于蒸發器工作環境溫度，應采用中壓或高壓氣體壓縮機，本發明實現的是熱泵循環，此時，冷凝器內部的工作壓力高于蒸發器內部的工作壓力。 本發明中的重力勢能回收壓氣機回收利用垂直方向遠距離輸運冷熱能量時液相工質的重力勢能，降低液體管道內的工作壓力，解決壓力高(1000米的井下就有100個大氣壓)的安全隱患問題；重力勢能回收壓氣機是n個(1《n《50)，具體數量根據垂直方向
4的高度、管路的承壓能力及重力勢能回收壓氣機的性能等因素確定。 本發明中的降壓型氣液分離器將重力勢能回收壓氣機出口的流體進行氣液分離 并降壓和穩壓，使進入蒸發器的溶液壓力穩定。 本發明的冷凝器工作環境溫度低于蒸發器工作環境溫度，控制部分無須采用調節 閥調節和控制時系統中無需安裝儲液器、調節閥和氣體壓縮機。 本發明最低部的蒸發器采用已有的雙循環可控熱管系統中的雙循環系統，以提高 蒸發器的換熱效率。 本發明中氣體壓縮機的安裝位置在氣體工質輸運母管上的任何一個位置。
本發明中蒸發器、冷凝器的數量是一個或多個，若蒸發器有多個，而冷凝器為一 個，構成多供一系統；若蒸發器為一個，而冷凝器為多個，構成一供多系統；若蒸發器有多 個，冷凝器也有多個，則構成多供多系統。 本發明能量輸運大小的調節與控制，除了蒸發器前的膨脹閥和蒸發器后的膨脹閥 感溫包構成的蒸發器供液量自動調節外，有自動或手動調節與控制方式通過改變系統中 的調節閥控制回液量實現自動或手動調節，或通過改變系統中的氣體壓縮機的抽氣量實現 自動或手動調節，或通過改變與蒸發器或冷凝器相連的換熱部件中動力源(如泵或風機) 的輸出大小來實現自動或手動調節與控制。 本發明與現有技術相比，一是實現了人工主動輸運能量的過程，能夠將垂直方向 各高度的更低溫度的冷能，高效地輸運到工作面高度，使工作面環境的溫濕度滿足工作要 求；二是運行是靠循環系統內工質的流動與相變實現能量交換，不浪費水資源、無人力資 源、電梯資源進行搬運冰塊等問題，操作方便、高效節能；三是具有能流密度高，輸運管道直 徑小；蒸發器、冷凝器的換熱面積比顯熱傳輸方法中的換熱器面積小而高效、安全穩定；四 是能實現熱管循環和熱泵循環的有機結合；五是調節與控制方式靈活多樣；六是廣泛應用 于各類垂直方向遠距離的冷熱能量輸運過程。


圖1為本發明的基本工作流程與結構原理示意圖。 圖2為本發明的另一種工作流程與結構原理示意圖。 圖3為本發明的無壓氣機熱管工作流程與結構原理示意圖。 圖4為本發明的簡化型熱管工作流程與結構原理示意圖。 圖5為本發明的多供一系統工作流程與結構原理示意圖。 圖6為本發明的一供多系統工作流程與結構原理示意圖。 圖7為本發明的多供多系統工作流程與結構原理示意圖。
具體實施例方式
下面通過實施例并結合附圖對本發明作進一步說明。 本實施例的主體部件包括冷凝器1，均氣管2，冷凝器分氣母管3，氣體壓縮機4，氣 體工質輸運母管5，重力勢能回收壓氣機6，膨脹閥感溫包連接管7，膨脹閥感溫包8，蒸發器 出氣支管9，蒸發器出氣母管10，蒸發器11，蒸發器與所處環境換熱連接件(管)12，蒸發器 與所處環境換熱用設備13，均液管14，分液器15，膨脹閥16，降壓型氣液分離器17，液體工質母管18，調節閥19，儲液器20，冷凝器與所處環境換熱連接件(管)21，冷凝器與所處環 境換熱用設備22，液體工質回液管23，儲液器24，溶液泵25，液體工質供液管26，多蒸發器 系統的氣體工質輸運母管27，多蒸發器系統的膨脹閥感溫包28，多蒸發器系統的膨脹閥感 溫包連接管29，多蒸發器系統的膨脹閥30，多蒸發器系統的分液器31，多蒸發器系統的蒸 發器與所處環境換熱連接件(管)32，多蒸發器系統的蒸發器與所處環境換熱用的設備33， 多蒸發器系統的均液管34，多蒸發器系統的蒸發器出氣支管35，多蒸發器系統的蒸發器出 氣母管36，多蒸發器系統的蒸發器37，多冷凝器系統的液體工質母管38，多冷凝器系統的 調節閥39，多冷凝器系統的冷凝器40，多冷凝器系統的均氣管41，多冷凝器系統的冷凝器 分氣母管42，多冷凝器系統的冷凝器與所處環境換熱連接件(管)43和多冷凝器系統的冷 凝器與所處環境換熱用的設備44。 本實施例由蒸發器換熱子系統、冷凝器換熱子系統、熱泵(或熱管)工質內循環子 系統等構成；蒸發器換熱子系統包括蒸發器11、37，蒸發器與所處環境換熱連接件(管)12、 32，蒸發器與所處環境換熱用設備13、33 ;其功效是為蒸發器內液態工質的蒸發提供熱量， 即將蒸發器所提供的冷量高效地傳遞給蒸發器所處位置的冷用戶或蒸發器周圍的環境空 氣中；冷凝器換熱子系統包括冷凝器1、40，冷凝器與所處環境換熱連接件(管)21、43，冷凝 器與所處環境換熱用設備22、44 ;其功效是為冷凝器內氣態工質的冷凝提供冷量，即將冷 凝器所提供的熱量高效地傳遞給冷凝器所處位置的熱用戶或冷凝器周圍的環境空氣中；熱 泵(或熱管)工質內循環子系統的部件包括冷凝器1、儲液器20、調節閥19、液體工質母管 18、n個(1《n《50)重力勢能回收壓氣機6、降壓型氣液分離器17、膨脹閥16、分液器15、 均液管14、蒸發器11、蒸發器氣體收集母管9、氣體工質輸運母管10、氣體壓縮機4、冷凝器 分氣母管3和均氣管2 ;處于系統最上部的冷凝器1中的氣態工質將熱能傳遞給與其相連 的制冷設備或冷凝器與所處位置環境換墊用設備或空氣22后發生相變，轉化為液態工質， 經液體工質回液管23流入儲液器20 ;儲液器20中的液態工質經調節閥19后沿垂直管路 18朝蒸發器方向流動，液態工質下降一定距離后，進入一個重力勢能回收壓氣機6，在重力 勢能回收壓氣機內，液態工質將重力勢能產生的壓力能轉化為旋轉的機械能，該旋轉的機 械能作為動力源，驅動氣體工質母管5中的氣體向上流動；從重力勢能回收壓氣機6流出的 液態工質繼續沿垂直管路朝蒸發器11方向流動，再下降一定距離后，進入第二個重力勢能 回收壓氣機6，將重力勢能產生的壓力能轉化為旋轉的機械能后，再次朝蒸發器11方向流 動，如此，直到進入最后一個重力勢能回收壓氣機6，從最后一個重力勢能回收壓氣機6流 出的液態工質進入降壓氣液分離器17，在該分離器內，實現氣液分離，并形成穩定的液態工 質工作面，以實現對蒸發器11的穩定供液；從降壓氣液分離器17出來的液態工質經膨脹閥 16調節流量，再經分液器15、均液管14后均勻流入蒸發器ll，液態工質在蒸發器11內吸 收所處位置的熱能后，發生相變，轉化為氣態工質，經各分支管9進入蒸發器氣體收集母管 IO，氣體工質從蒸發器氣體收集母管10流入氣體工質輸運母管5，朝冷凝器1方向向上流 動，先流過最下面的重力勢能回收壓氣機6，氣體工質被提升壓力后繼續在氣體工質輸運母 管內向上流動，依次通過每一個重力勢能回收壓氣機6，最后進入氣體壓縮機4，進一步提 高氣體壓力后進入冷凝器分氣母管3，由均氣管2將冷凝器分氣母管3中的氣體均勻地分配 到冷凝器1中，在冷凝器1中將系統中的熱能排放給與其相連的制冷設備或冷凝器所處位 置的環境空氣22，發生相變，轉化為液態工質，經液體工質回液管23，再次流入儲液器20 ;如此循環往復；其功效是連續不斷地將蒸發器所處的系統最下部的熱能，提升到冷凝器所 處的系統最上部，實現垂直方向遠距離冷熱能量輸運。 實施例1 :本實施例的冷凝器1和蒸發器11各為1個，為一供一系統；蒸發器11、 蒸發器與所處環境換熱連接件(管)12、蒸發器與所處環境換熱用的設備13構成蒸發器換 熱子系統，為蒸發器內液態工質的蒸發源源不斷地提供熱量，同時完成對蒸發器所處位置 的供冷任務；冷凝器1、儲液器20、調節閥19、液體工質母管18、 n個(1《n《50)重力勢 能回收壓氣機6、降壓型氣液分離器17、膨脹閥16、分液器15、均液管14、蒸發器11、蒸發器 氣體收集母管9、氣體工質輸運母管10、氣體壓縮機4、冷凝器分氣母管3和均氣管2構成熱 泵(或熱管)工質內循環子系統，將從最下部的蒸發器換熱子系統獲得的熱能連續不斷地 輸送到最上部的冷凝器換熱子系統中；冷凝器1、冷凝器與所處環境換熱連接件(管)21、冷 凝器與所處環境換熱用的設備22構成冷凝器換熱子系統，為冷凝器內氣態工質的蒸發源 源不斷地提供冷量，同時完成對冷凝器所處位置的供熱任務。 本實施例先將各部件按附圖1所示安裝，將熱泵(或熱管)工質內循環子系統抽 真空并充入適量的循環工質后，再將調節閥調整為合適開度，啟動蒸發器換熱子系統和冷 凝器換熱子系統，再啟動氣體壓縮機4后便啟動運行；一定時間后，蒸發器換熱子系統、熱 泵(或熱管)工質內循環子系統、冷凝器換熱子系統都會進入穩定的工作狀態，連續不斷地 將蒸發器所處的系統最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統最上部，實現了垂直方向遠 距離冷熱能量輸運過程。 實施例2 :本實施例的蒸發器換熱子系統、冷凝器換熱子系統與實施例1相同，熱 泵(或熱管)工質內循環子系統的構成與工作過程也與實施例1基本相同，只是在蒸發器 側加裝了由儲液器24、溶液泵25、液體工質供液管26構成的液態工質小循環系統，該小循 環系統能夠改善蒸發器內的相變換熱過程，提高換熱效率。 本實施例先將各部件按附圖2所示安裝，將熱泵(或熱管)工質內循環子系統抽 真空并充入適量的循環工質后，再將調節閥調整為合適開度，啟動蒸發器換熱子系統和冷 凝器換熱子系統，再啟動氣體壓縮機4，隨后，待蒸發器內有足夠的液體工質后啟動溶液泵 25便啟動運行；一定時間后，蒸發器換熱子系統、熱泵(或熱管)工質內循環子系統、冷凝 器換熱子系統及液態工質小循環系統都會進入穩定的工作狀態，連續不斷地將蒸發器所處 的系統最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統最上部，實現了垂直方向遠距離冷熱能量 輸運過程。 實施例3 :本實施例的蒸發器換熱子系統、冷凝器換熱子系統與實施例1相同，熱 管工質內循環子系統的基本構成與實施例1類同，只是無氣體壓縮機，故只能實現熱管循 環過程。 本實施例先將各部件按附圖3所示安裝，將熱管工質內循環子系統抽真空并充入 適量的循環工質后，再將調節閥調整為合適開度，啟動蒸發器換熱子系統和冷凝器換熱子 系統，便啟動運行；一定時間后，蒸發器換熱子系統、熱管工質內循環子系統、冷凝器換熱子 系統都會進入穩定的工作狀態，連續不斷地將蒸發器所處的系統最下部的熱能，提升到冷 凝器所處的系統最上部，實現了垂直方向遠距離冷熱能量輸運過程。 實施例4 :本實施例的蒸發器換熱子系統、冷凝器換熱子系統與實施例1相同，熱 管工質內循環子系統的基本構成與實施例1類同，只是系統中沒有氣體壓縮機、儲液器和調節閥，故只能實現熱管循環過程，為簡化型熱管工作流程。 本實施例先將各部件按附圖3所示安裝，將熱管工質內循環子系統抽真空并充入 適量的循環工質后，啟動蒸發器換熱子系統和冷凝器換熱子系統，便啟動運行；一定時間 后，蒸發器換熱子系統、熱管工質內循環子系統、冷凝器換熱子系統都會進入穩定的工作狀 態，連續不斷地將蒸發器所處的系統最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統最上部，實現 了垂直方向遠距離冷熱能量輸運過程。 實施例5 :本實施例的熱泵(或熱管)工質內循環子系統、冷凝器換熱子系統與實 施例1相同，只是蒸發器換熱子系統是由多個蒸發器構成，各蒸發器間相互并聯，各蒸發器 的蒸發器與所處環境換熱連接件(管)、蒸發器與所處環境換熱用的設備相互獨立蒸發器 與所處環境換熱連接件(管)12、蒸發器與所處環境換熱用的設備13與某個蒸發器11構成 一個蒸發器換熱子系統；而蒸發器與所處環境換熱連接件(管)32、蒸發器與所處環境換熱 用的設備33與另一個蒸發器37構成另一個蒸發器換熱子系統，本實施例是多個蒸發器供 熱， 一個冷凝器散熱，為多供一系統。 本實施例先將各部件按附圖5所示安裝，將熱泵(或熱管)工質內循環子系統抽 真空并充入適量的循環工質后，再將調節閥調整為合適開度，啟動各個蒸發器換熱子系統 和冷凝器換熱子系統，再啟動氣體壓縮機4，系統便啟動運行；一定時間后，各個蒸發器換 熱子系統、熱泵(或熱管)工質內循環子系統、冷凝器換熱子系統都會進入穩定的工作狀 態，連續不斷地將蒸發器所處的系統最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統最上部，實現 了垂直方向遠距離冷熱能量輸運過程。 實施例6 :本實施例的熱泵(或熱管)工質內循環子系統、蒸發器換熱子系統與實 施例1相同，只是冷凝器換熱子系統是由多個冷凝器構成，各冷凝器間相互并聯，各冷凝器 的冷凝器與所處環境換熱連接件(管)、冷凝器與所處環境換熱用的設備相互獨立冷凝器 與所處環境換熱連接件(管)21、冷凝器與所處環境換熱用的設備22與冷凝器1構成一個 冷凝器換熱子系統；而冷凝器與所處環境換熱連接件(管)43、冷凝器與所處環境換熱用的 設備44與冷凝器40構成另一個冷凝器換熱子系統；本實施例是一個蒸發器供熱，多個冷凝 器散熱，為一供多系統。 本實施例先將各部件按附圖6所示安裝，將熱泵(或熱管)工質內循環子系統抽 真空并充入適量的循環工質后，再將調節閥調整為合適開度，啟動蒸發器換熱子系統和各 個冷凝器換熱子系統，再啟動氣體壓縮機4，系統便啟動運行；一定時間后，蒸發器換熱子 系統、熱泵(或熱管)工質內循環子系統、各個冷凝器換熱子系統都會進入穩定的工作狀 態，連續不斷地將蒸發器所處的系統最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統最上部，實現 了垂直方向遠距離冷熱能量輸運過程。 實施例7 :本實施例的熱泵(或熱管)工質內循環子系統與實施例1相同，只是 蒸發器換熱子系統是由多個蒸發器構成，冷凝器換熱子系統也是由多個蒸發器構成，各蒸 發器間相互并聯，各蒸發器的蒸發器與所處環境換熱連接件(管)、蒸發器與所處環境換 熱用的設備相互獨立蒸發器與所處環境換熱連接件(管)12、蒸發器與所處環境換熱用 的設備13與某個蒸發器11構成一個蒸發器換熱子系統；而蒸發器與所處環境換熱連接件 (管)32、蒸發器與所處環境換熱用的設備33與另一個蒸發器37構成另一個蒸發器換熱子 系統；各冷凝器間也相互并聯，各冷凝器的冷凝器與所處環境換熱連接件(管)、冷凝器與所處環境換熱用的設備相互獨立冷凝器與所處環境換熱連接件(管)21、冷凝器與所處環 境換熱用的設備22與冷凝器1構成一個冷凝器換熱子系統；而冷凝器與所處環境換熱連接 件(管)43、冷凝器與所處環境換熱用的設備44與冷凝器40構成另一個冷凝器換熱子系 統；本實施例是多個蒸發器供熱，同時有多個冷凝器散熱，為多供多系統。
本實施例先將各部件按附圖5所示安裝，將熱泵(或熱管)工質內循環子系統抽 真空并充入適量的循環工質后，再將調節閥調整為合適開度，啟動各個蒸發器換熱子系統 和各個冷凝器換熱子系統，再啟動氣體壓縮機4，系統便啟動運行；一定時間后，各個蒸發 器換熱子系統、熱泵(或熱管)工質內循環子系統、各個冷凝器換熱子系統都會進入穩定的 工作狀態，連續不斷地將蒸發器所處的系統最下部的熱能，提升到冷凝器所處的系統最上 部，實現了垂直方向遠距離冷熱能量輸運過程。
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權利要求
一種垂直方向遠距離冷熱能量輸運系統，主體結構包括冷凝器、儲液器、調節閥、液體工質母管、1～50個重力勢能回收壓氣機、降壓型氣液分離器、膨脹閥、分液器、均液管、蒸發器、蒸發器氣體收集母管、氣體工質輸運母管、氣體壓縮機、冷凝器分氣母管和均氣管；其特征在于處于系統最上部的冷凝器中的氣態工質將熱能傳遞給與其相連的制冷設備或冷凝器所處位置的環境空氣后，發生相變，轉化為液態工質，流入儲液器；儲液器中的液態工質經調節閥調節流量后沿垂直管路朝蒸發器方向流動，液態工質下降進入一個重力勢能回收壓氣機，在重力勢能回收壓氣機內，液態工質將重力勢能產生的壓力能轉化為旋轉的機械能，旋轉的機械能作為動力源，使氣體工質母管中的氣體增壓后向上流動；從重力勢能回收壓氣機流出的液態工質繼續沿垂直管路朝蒸發器方向流動，再下降進入第二個重力勢能回收壓氣機，將重力勢能產生的壓力能轉化為旋轉的機械能，再次朝蒸發器方向流動，直到進入最后一個重力勢能回收壓氣機，從最后一個重力勢能回收壓氣機流出的液態工質進入降壓型氣液分離器，在降壓型氣液分離器內，實現氣液分離，并形成穩定的液態工質工作面，實現對蒸發器的穩定供液；從降壓型氣液分離器出來的液態工質進入膨脹閥調節流量，再經分液器、均液管，均勻地流入蒸發器，液態工質在蒸發器內吸收所處位置的熱能發生相變，轉化為氣態工質，經各分支管進入蒸發器氣體收集母管，氣體工質從蒸發器氣體收集母管流入氣體工質輸運母管，朝冷凝器方向向上流動，先流過最下面的重力勢能回收壓氣機，氣體工質被提升壓力后繼續在氣體工質輸運母管內向上流動，依次通過其它的重力勢能回收壓氣機進入氣體壓縮機，提高氣體壓力后進入冷凝器分氣母管，由均氣管將冷凝器分氣母管中的氣體均勻分配到冷凝器中，在冷凝器中將系統內的熱能排放給與其相連的制冷設備或冷凝器所處位置的環境空氣后，工質發生相變，轉化為液態工質，流入儲液器；如此循環往復，不斷地將系統最下部的蒸發器處的熱能提升到冷凝器所處的系統最上部，實現垂直方向遠距離冷熱能量輸運。
2. 根據權利要求1所述的垂直方向遠距離冷熱能量輸運系統，其特征在于重力勢能回收壓氣機回收利用垂直方向遠距離輸運冷熱能量時液相工質的重力勢能降低液體管道內的工作壓力；重力勢能回收壓氣機的具體數量根據垂直方向的高度、管路的承壓能力及重力勢能回收壓氣機的性能因素確定；降壓型氣液分離器將重力勢能回收壓氣機出口的流體進行氣液分離并降壓和穩壓，使進入蒸發器的溶液壓力穩定；冷凝器工作環境溫度低于蒸發器工作環境溫度，控制部分無須采用調節閥調節和控制時系統中無需安裝儲液器、調節閥和氣體壓縮機；最低部的蒸發器采用雙循環可控熱管系統中的雙循環系統，以提高蒸發器的換熱效率；氣體壓縮機的安裝位置在氣體工質輸運母管上的任何一個位置；蒸發器、冷凝器的數量是一個或多個，蒸發器多個，冷凝器一個，構成多供一系統；蒸發器一個，冷凝器多個，構成一供多系統；蒸發器多個，冷凝器多個，構成多供多系統。
全文摘要
本發明屬于能源工程技術領域，涉及一種熱管循環與熱泵循環組合用于垂直方向遠距離冷熱能量輸運系統裝置，處于系統最上部的冷凝器中的氣態工質將熱能傳遞給與其相連的制冷設備或冷凝器所處位置的環境空氣后，發生相變，轉化為液態工質，流入儲液器；儲液器中的液態工質經調節閥調節流量后沿垂直管路朝蒸發器方向流動，液態工質下降進入一個重力勢能回收壓氣機，液態工質將重力勢能產生的壓力能轉化為旋轉的機械能，作為動力源，又使氣體工質母管中的氣體增壓后向上流動；順序循環完成垂直遠距離冷熱能量的輸運，具有能量輸運距離大，熱效率高，傳輸過程安全穩定，設備裝置原理可靠，結構新穎，操作方便等優點，適用于垂直方向的冷熱量輸運。
文檔編號F25B27/00GK101749887SQ20091023111
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月2日 優先權日2009年12月2日
發明者劉勛, 劉瑞景, 孫暉, 王兆俊, 田小亮 申請人:青島大學