專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)空調(diào)、熱泵高效能比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
空調(diào)和熱泵
背景技術(shù)：
近幾年針對(duì)提高冰箱、空調(diào)、熱泵的效能比，各方做出了不少努力，比如提高壓縮機(jī)的機(jī)械性能，通過變頻減少壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)引起的電損耗，提高換熱器(包括蒸發(fā)器和冷凝器)與周圍環(huán)境的換熱效率等都對(duì)提高空調(diào)、熱泵的效能比起到了很大作用。在提高換熱器換熱效率方面，根據(jù)換熱公式Q = kFAt，現(xiàn)階段增加冰箱、空調(diào)、熱泵效能比采取的常用方法是增加換熱器(蒸發(fā)器和冷凝器)的換熱面積(F)，增加換熱器的傳熱系數(shù)k， 及有限度的增加冷熱流體的溫度差A(yù)t。

發(fā)明內(nèi)容
效能比反應(yīng)的是壓縮機(jī)做功與實(shí)際產(chǎn)生冷量和熱量之間的關(guān)系。制冷系數(shù)=Tl/ (T2-T1)和供熱系數(shù)=T2/(T2-T1)反應(yīng)的就是做功和產(chǎn)生熱量的關(guān)系。壓縮機(jī)的電損耗直接影響到做功的效率，因此改善壓縮機(jī)的電損耗是提高效能比的關(guān)鍵內(nèi)容。比如把壓縮機(jī)的做功的機(jī)械效率從50 %提高到95 %，效能比可以提高90 %，但實(shí)際上目前壓縮機(jī)所做電功效率已經(jīng)極大提高，電功效率已經(jīng)提高到70% -95%，在電力所做功上提高“效能比”在目前來講已經(jīng)不是主要矛盾。根據(jù)壓縮機(jī)做機(jī)械功與壓縮機(jī)兩端作用力“差”的關(guān)系，兩端的壓力與介質(zhì)的“溫度”有關(guān)，即與(Τ2-Τ1)有關(guān)，因?yàn)楦鶕?jù)夏天室內(nèi)室外溫差不到10°和冬季室內(nèi)外溫差一般不超過20°的特點(diǎn)，又根據(jù)制冷系數(shù)=Τ1/(Τ2-Τ1)和供熱系數(shù)公式 =Τ2/(Τ2-Τ1)，由于物體之間存在溫差才可以傳熱，冷凝器內(nèi)溫度Τ2和蒸發(fā)器內(nèi)溫度Tl的溫度差在夏天應(yīng)該大于10°，理想狀態(tài)約20°，在冬季應(yīng)該大于20°，理想狀態(tài)30°，Τ2接近300，所以，在夏天空調(diào)的終極效能比應(yīng)該能達(dá)到15，冬季空調(diào)終極效能比理應(yīng)達(dá)到10， 然而目前離這個(gè)數(shù)字差的很遠(yuǎn)，除了上邊所述的壓縮機(jī)電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能有一個(gè)轉(zhuǎn)化率之外，更重要的是換熱器換熱不充分，節(jié)能效應(yīng)沒有充分體現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容為在現(xiàn)有增加換熱器換熱面積的前提技術(shù)下通過增加蒸發(fā)器管道的長度來增加蒸發(fā)器換熱器的面積F，并相應(yīng)增加冷凝器換熱器的面積F，增加換熱器傳熱系數(shù) K，減小換熱器內(nèi)外冷熱流體的溫度差A(yù)t，根據(jù)換熱量，換熱器內(nèi)外流體的溫度差A(yù)t減少幾倍，換熱器的面積就相應(yīng)增加幾倍，并通過減頻或減壓或減流來減小壓縮機(jī)的功率，根據(jù)節(jié)能等級(jí)，用控制器控制使換熱器內(nèi)外的冷熱流體溫差小于15°或小于10°或小于5°或小于2°，使換熱器內(nèi)的冷熱流體接近外界環(huán)境溫度，即在換熱器內(nèi)外冷熱流體進(jìn)行完全充分熱交換的情況下啟動(dòng)壓縮機(jī)做功，使系統(tǒng)循環(huán)。此方法可以顯著減少壓縮機(jī)做功，提高空調(diào)、熱泵效能比至6以上，效能比最高潛力可達(dá)50以上。


附圖1附圖2是空調(diào)、熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中1、壓縮機(jī)；2、壓縮機(jī)氣體出口 ；3、冷凝換熱管；4、冷凝室；5、節(jié)流閥；6、容器；7、蒸發(fā)室；8、蒸發(fā)換熱管；9、壓縮機(jī)氣體進(jìn)口，10，單向閥。
具體實(shí)施例方式附圖1為其中一個(gè)實(shí)施例。在圖1中，蒸發(fā)室(7)中蒸發(fā)介質(zhì)儲(chǔ)存在容器(6)中，在外界一定壓力和溫度下吸收蒸發(fā)室(7)內(nèi)外的熱量蒸發(fā)并充滿蒸發(fā)換熱管(8)，蒸發(fā)換熱管(8)內(nèi)氣體繼續(xù)吸收蒸發(fā)室內(nèi)外流體的熱量，溫度達(dá)到或接近蒸發(fā)室內(nèi)外流體的溫度時(shí)，即蒸發(fā)器內(nèi)外冷熱流體的溫度差A(yù)t小于設(shè)定的15°或小于設(shè)定的10°或小于設(shè)定的5°或小于設(shè)定的2°時(shí)， 開啟壓縮機(jī)(1)，壓縮機(jī)(1)做功，高壓氣體沖破單向閥(10)進(jìn)入冷凝室G)，冷凝室內(nèi)壓縮氣體溫度升高，升高至冷凝室內(nèi)外流體的溫度差高于設(shè)定的2°或設(shè)定的5°，或設(shè)定的10°或設(shè)定的15°，停止壓縮機(jī)(1)的工作。就是換熱器中無論蒸發(fā)器還是冷凝器， 內(nèi)外流體溫度差A(yù)t小于設(shè)定的攝氏15°或10°或5°或2°，壓縮機(jī)處于工作狀態(tài)，反之，換熱器內(nèi)外流體溫度差A(yù)t高于設(shè)定的2°或5°或10°或15°，停止壓縮機(jī)(1)的工作。至于是2°還是5°還是10°還是15°還是其他溫度，都是根據(jù)節(jié)能等級(jí)和實(shí)際綜合利益考慮進(jìn)行的設(shè)定，溫差越小，節(jié)能等級(jí)越高，溫差越大，節(jié)能等級(jí)越小，同時(shí)也要根據(jù)空調(diào)和熱泵的必要工作范圍來考慮，比如在北極的冬天室內(nèi)外溫差接近50°，如果設(shè)定換熱器設(shè)定溫差A(yù)t小于2°，就沒有太多實(shí)際意義，因?yàn)?0°和2°相比，差額巨大，就是設(shè)定換熱器內(nèi)外流體溫差A(yù)t小于20°，對(duì)效能比的影響與理想狀態(tài)(T2-T1) = 50°的理想狀態(tài)相比，實(shí)際的(T2-T1) =50° +20X2 = 90與50°相比也不超過1倍。但當(dāng)夏天我國南北方室內(nèi)外溫差只有10°左右時(shí)，規(guī)定換熱器內(nèi)外流體的溫差A(yù)t小于5°，實(shí)際的 (T2-T1) = (10° +5X2) =20°，與理想狀態(tài)(T2-T1) = 10°相比，對(duì)效能比的影響就能達(dá)到一倍，溫差A(yù)t達(dá)到20°時(shí)，加上蒸發(fā)器和冷凝器兩端溫差和環(huán)境溫差，實(shí)際的(T2-T1) =(20X2+10) = 50，與理想狀態(tài)(T2-T1) = 10°效能比相比，可相差5倍，所謂效能比的理想狀態(tài)是指換熱器內(nèi)外流體的溫度差A(yù)t = 0，這個(gè)理想狀態(tài)只能無限接近而永遠(yuǎn)無法達(dá)到，理想狀態(tài)是設(shè)計(jì)效能比的主要對(duì)比參數(shù)。需要明確指出的是T2為冷凝器內(nèi)氣液混合物的溫度，Tl是蒸發(fā)器內(nèi)將要進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體的溫度。根據(jù)壓縮機(jī)做功的量與壓縮機(jī)兩邊的壓力差有關(guān)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程P1V1/T1 = P2V2/T2，氣體的壓強(qiáng)總是與溫度T成正比，所以，壓縮機(jī)的做功量與壓縮機(jī)氣體進(jìn)口(9)處的溫度Tl和壓縮機(jī)氣體出口(2)處的溫度T2有關(guān)，因此安裝壓縮機(jī)的溫度控制探頭時(shí)，應(yīng)該把感應(yīng)探頭放在壓縮機(jī)氣體進(jìn)口和壓縮機(jī)氣體出口(2)附近。 為使蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)液體與外界充分換熱，除了在現(xiàn)有增加換熱器換熱面積的前提技術(shù)下需要通過增加蒸發(fā)器管道的長度來增加蒸發(fā)器換熱器的面積F，并相應(yīng)增加冷凝器換熱器的面積F，增加換熱器傳熱系數(shù)K。為了使進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體在工作時(shí)接近環(huán)境溫度，需要相應(yīng)減小換熱器內(nèi)外冷熱流體的溫度差A(yù)t，因?yàn)闇夭預(yù)t越大，在壓縮機(jī)工作時(shí)氣體溫度T2和Tl與環(huán)境的溫差越大，就會(huì)造成壓縮機(jī)反復(fù)停機(jī)。所以，本方法與傳統(tǒng)的增加溫度差A(yù)t的方法相反，需要減少溫度差A(yù)t，但減小的溫差又影響到換熱量和換熱時(shí)間，因此又需要增加換熱面積來彌補(bǔ)，根據(jù)換熱量，換熱器內(nèi)外流體的溫度差A(yù)t減少幾倍，換熱器的面積就相應(yīng)增加幾倍，同時(shí)，也可以通過增加換熱時(shí)間來彌補(bǔ)，這需要減小壓縮機(jī)的功率，一是效能比增加，壓縮機(jī)做功減小需要減小壓縮機(jī)功率，二是壓縮機(jī)頻繁啟停造成電損耗，利用小功率長時(shí)間可使換熱器內(nèi)外進(jìn)行充分的熱交換，使T2-T1接近理想狀態(tài)。因此需要通過減頻、減壓、減流的方法減小壓縮機(jī)的功率。也可以使用功率可變的壓縮機(jī)，使節(jié)能和實(shí)用更加接近完美。根據(jù)節(jié)能等級(jí)，用控制器控制使換熱器內(nèi)外的冷熱流體溫差小于15°或小于 10°或小于5°或小于2°，使換熱器內(nèi)的冷熱流體接近外界環(huán)境溫度，使T2-T1接近理想狀態(tài)。即在換熱器內(nèi)外冷熱流體進(jìn)行完全充分熱交換的情況下啟動(dòng)壓縮機(jī)做功，使系統(tǒng)循環(huán)。換熱器內(nèi)外流體溫差用控制器來設(shè)定，使同一空調(diào)和熱泵可以工作在不同的節(jié)能等級(jí)。需要明確一下At，所述At = tl-Tl或At = T2_t2，其中，蒸發(fā)器的換熱器外液體或氣體的溫度為tl，蒸發(fā)器換熱器內(nèi)氣液混合物的溫度為Tl，冷凝器換熱器內(nèi)氣液混合物的溫度為T2，冷凝器換熱器外液體或氣體的溫度為t2。當(dāng)tl的溫度高于設(shè)定的溫度上限或t2的溫度低于設(shè)定的下限且tl-Tl或者 T2-t2的值小于15°或小于10°或小于5°或小于2°時(shí)，通過控制器接通壓縮機(jī)的電源開始工作，否則停止壓縮機(jī)的工作。為了使換熱充分并縮小換熱器內(nèi)外冷熱流體溫度差A(yù)t，可以使用高沸點(diǎn)蒸發(fā)劑。 比如熱泵使用-20°的蒸發(fā)介質(zhì)，就不如使用+20°的蒸發(fā)介質(zhì)更利于控制蒸發(fā)室內(nèi)Tl的溫度接近理想狀態(tài)，高沸點(diǎn)介質(zhì)是指常壓下沸點(diǎn)大于0°的蒸發(fā)劑。單向閥(10)的安裝是為了避免或減少冷凝器內(nèi)的氣體在壓縮機(jī)停止工作時(shí)回流。單向閥也叫止回閥，方向是從壓縮機(jī)出來的氣體進(jìn)入冷凝器，反向截止。可使用電磁閥代替單向閥，電磁閥與壓縮機(jī)電聯(lián)動(dòng)，同開啟同關(guān)閉。由控制器控制。附圖2為另一個(gè)具體的實(shí)施例。和圖1相比，把冷凝器換熱器(3)和⑷安裝到高于壓縮機(jī)出口的位置，目的是為了增強(qiáng)換熱效果。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)空調(diào)、熱泵高效能比的方法，方法是在現(xiàn)有增加換熱器換熱面積的前提技術(shù)下通過增加蒸發(fā)器管道的長度來增加蒸發(fā)器換熱器的面積F，并相應(yīng)增加冷凝器換熱器的面積F，增加換熱器傳熱系數(shù)K，減小換熱器內(nèi)外冷熱流體的溫度差△ t，根據(jù)換熱量， 換熱器內(nèi)外流體的溫度差Δ t減少幾倍，換熱器的面積就相應(yīng)增加幾倍，并通過減頻或減壓或減流來減小壓縮機(jī)的功率，根據(jù)節(jié)能等級(jí)，用控制器控制使換熱器內(nèi)外的冷熱流體溫差小于15°或小于10°或小于5°或小于2°，所述At = tl-Tl或At = T2-t2，其中，蒸發(fā)器的換熱器外液體或氣體的溫度為tl，蒸發(fā)器換熱器內(nèi)氣液混合物的溫度為Tl，冷凝器換熱器內(nèi)氣液混合物的溫度為T2，冷凝器換熱器外液體或氣體的溫度為t2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)空調(diào)、熱泵高效能比的方法，其特征是蒸發(fā)劑使用高沸點(diǎn)蒸發(fā)劑，高沸點(diǎn)介質(zhì)是指常壓下沸點(diǎn)大于0°的蒸發(fā)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)空調(diào)、熱泵高效能比的方法，其特征是冷凝器換熱器(3)和(4)位于高于壓縮機(jī)出口的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)空調(diào)、熱泵高效能比的方法，其特征是單向閥(10) 位于冷凝器管( 和壓縮機(jī)(1)之間。
全文摘要
一種實(shí)現(xiàn)空調(diào)、熱泵高效能比的方法，屬于節(jié)能領(lǐng)域。效能比反應(yīng)的是壓縮機(jī)做功與實(shí)際產(chǎn)生冷量和熱量之間的關(guān)系。理論效能比在夏天應(yīng)該能達(dá)到15，冬季理應(yīng)達(dá)到10，然而目前達(dá)不到。本發(fā)明內(nèi)容為在現(xiàn)有增加換熱器換熱面積的前提技術(shù)下通過增加蒸發(fā)器管道的長度來增加蒸發(fā)器換熱器的面積F，并相應(yīng)增加冷凝器換熱器的面積F，增加換熱器傳熱系數(shù)K，減小換熱器內(nèi)外冷熱流體的溫度差Δt，根據(jù)換熱量，換熱器內(nèi)外流體的溫度差Δt減少幾倍，換熱器的面積就相應(yīng)增加幾倍，并通過減頻或減壓或減流來減小壓縮機(jī)的功率，根據(jù)節(jié)能等級(jí)，用控制器控制使換熱器內(nèi)外的冷熱流體溫差小于15°或小于10°或小于5°或小于2°，使換熱器內(nèi)的冷熱流體接近外界環(huán)境溫度。此方法可以顯著減少壓縮機(jī)做功，提高空調(diào)、熱泵效能比至6以上，效能比最高潛力可達(dá)50以上。
文檔編號(hào)F24F11/00GK102374611SQ20111028893
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者馮益安 申請(qǐng)人:馮益安