專利名稱：制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于蒸汽冷凝的一個(gè)制冷循環(huán)，更確切地說，是一個(gè)制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)，它可以被安裝在一個(gè)普通的空氣冷卻器、熱泵和制冷器上，用于提高制冷效率或制熱效率，并且減少電能的消耗，確切地說，一個(gè)空氣調(diào)節(jié)器能夠像熱泵那樣執(zhí)行冷卻和制熱功能，所以它可顯示出較高的制熱/制冷效率。
背景技術(shù)：
眾所循環(huán)知，制冷循環(huán)會(huì)改變一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力而且能導(dǎo)致制冷劑的相位變化。憑借蒸發(fā)潛熱或冷凝潛熱，可以保持室內(nèi)的溫度適當(dāng)或達(dá)到一種像制冰一樣的制冷能力。它屬于空氣調(diào)節(jié)器的范疇，根據(jù)用途不同可以作為一個(gè)冷卻器或熱泵以及制冷器和制冰裝置使用。
一個(gè)蒸汽冷凝的制冷循環(huán)(此后稱為“制冷循環(huán)”)是由一個(gè)壓縮機(jī)、一個(gè)冷凝器、一個(gè)膨脹閥和一個(gè)蒸發(fā)器通過管道有序連接起來的一個(gè)封閉回路系統(tǒng)。
一種低壓低溫的制冷劑通過在壓縮機(jī)中的等熵效率(iso-entropy)處理被壓縮成一種過熱的高壓高溫的蒸汽制冷劑。過熱的蒸汽制冷劑進(jìn)入到冷凝器中，以使它在恒定的壓力之下與環(huán)境中的空氣進(jìn)行熱交換來釋放熱量并且冷凝成高壓飽和液體。冷凝的制冷劑通過膨脹閥并通過節(jié)流變成低壓低溫的濕蒸汽。
接著，它通過冷凝器并吸收蒸發(fā)潛熱進(jìn)行蒸發(fā)。飽和的蒸汽重新進(jìn)入壓縮機(jī)并重復(fù)上述循環(huán)。
舉例來說，空氣冷卻器是空氣調(diào)節(jié)器內(nèi)的一個(gè)裝置，此裝置的蒸發(fā)器被放置在室內(nèi)，冷凝器被放置在室外，制冷劑受到從室內(nèi)空氣中吸收而來的蒸發(fā)潛熱作用而蒸發(fā)。
另一方面，熱泵裝置的蒸發(fā)器被放置在室內(nèi)，冷凝器放置在室外，可以依照它的用途通過一個(gè)四通閥來改變制冷劑的流向，從而完成在冷凝器和蒸發(fā)器之間的角色變化。熱泵通過從制冷劑蒸發(fā)所吸收的蒸發(fā)潛熱和制冷劑所釋放的冷凝潛熱來制熱或冷卻室內(nèi)的空氣。
制冷循環(huán)的性能用性能系數(shù)(COP)來表示，此系數(shù)被定義為熱與功的比。熱是指在蒸發(fā)器處吸收的熱量或在冷凝器處冷凝的熱量，當(dāng)?shù)蛪旱蜏氐闹评鋭┩ㄟ^壓縮機(jī)變成高壓高溫時(shí)需要做功。
因此，對(duì)于空氣冷卻器和熱泵來說，必須增加其制冷效果和排熱能力-表示當(dāng)蒸發(fā)1公斤的制冷劑時(shí)所吸收的熱容量——來得到較好的性能。
然而，如果制冷效果高于壓縮功的增量，性能系數(shù)會(huì)變壞或者電能的消耗將增加。性能系數(shù)必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶岣?，需要考慮如制冷劑特性等各種不同的問題。
特別地，在冬天進(jìn)行制熱操作的時(shí)候，由于室外溫度較低，制冷劑不能夠充份地吸收蒸發(fā)潛熱，導(dǎo)致低效蒸發(fā)。低壓制冷劑的干燥飽和度減小，并由于濕壓縮導(dǎo)致低效壓縮的發(fā)生。流入的制冷劑的比熱容增大，導(dǎo)致冷凝熱量的減少。期望得到足夠的制熱性能很難。而且，過量的負(fù)荷施加在壓縮機(jī)上會(huì)引起設(shè)備燒毀。大工作量也會(huì)導(dǎo)致電能消耗的增加。
提高上述空氣調(diào)節(jié)器性能的常規(guī)技術(shù)可以在韓國(guó)的專利號(hào)為2002-0070944和2002-0042775的公開專利中找到。
在專利號(hào)為2002-0070944的公開專利中，絕熱的第一個(gè)和第二個(gè)熱回收裝置被安裝在熱泵系統(tǒng)的四通閥和室外的熱交換器之間，第三個(gè)熱回收裝置被安裝在四通閥和壓縮機(jī)之間。高壓和低壓的制冷劑通過第一、二和第三個(gè)熱回收裝置進(jìn)行相互的熱交換。因此，高壓的液態(tài)制冷劑是過冷的，而低壓的制冷劑可以受到熱補(bǔ)償。
然而，第三個(gè)熱回收裝置被安裝在壓縮機(jī)和熱泵系統(tǒng)的四通閥之間，在制冷時(shí)低壓的制冷劑流入過熱的壓縮機(jī)中，而且由于壓縮機(jī)的過熱那個(gè)系統(tǒng)非常容易被破壞。在制熱過程中，高壓的制冷劑從壓縮機(jī)中排放出來的時(shí)候把相當(dāng)多的熱量傳給第三個(gè)熱回收裝置處的低壓制冷劑，并進(jìn)入室內(nèi)的熱交換器。沒有達(dá)到預(yù)期的足夠的制熱效果。
而且，高壓的液態(tài)制冷劑為了達(dá)到過冷而通過一個(gè)附加的過度冷卻器，這被計(jì)劃用來增加制冷效果。然而，在恒定的壓力下，高壓的液態(tài)制冷劑僅僅是依靠熱傳導(dǎo)作用使過度冷卻的程度被降低，膨脹的制冷劑閃氣體積的減小是非常微小的。
在專利號(hào)為2002-0042775的公開專利中，在熱泵系統(tǒng)的室外熱交換器和室內(nèi)熱交換器之間安裝了一個(gè)專用的熱交換器。此外使用二個(gè)四通閥，高壓液態(tài)制冷劑和低壓汽態(tài)制冷劑通過熱交換器來實(shí)現(xiàn)相互的熱交換。這樣就可以使高壓液態(tài)制冷劑過冷以及低壓汽態(tài)制冷劑過熱，增大性能系數(shù)并減少壓縮功。
然而，在這一技術(shù)中，高壓液態(tài)制冷劑在冷凝壓力作用下在中等溫度下進(jìn)行熱傳導(dǎo)，這使它的過冷度降低。因?yàn)檎舭l(fā)壓力存在許多差異，制冷劑急劇蒸發(fā)后閃氣的容積很大，而得到的蒸發(fā)潛熱吸收容積很低。因此，在冬天的制熱操作中蒸發(fā)仍然是低級(jí)的。
此外，與蒸汽相比其熱傳導(dǎo)量是很低的，因?yàn)橐簯B(tài)制冷劑僅僅依賴熱傳導(dǎo)。更由于熱交換器不是絕熱的，在熱交換過程中液態(tài)制冷劑的大部分熱量都被釋放到了空氣中，從而導(dǎo)致低壓汽態(tài)制冷劑的過熱程度很低。因此，期望獲得壓縮負(fù)載的減小和電能的消耗的減少是很困難的。特別地，在制熱過程中因?yàn)槿狈崛萘坎荒芷谕玫胶艹浞值闹茻徇^程。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明緊記先前技術(shù)中所發(fā)生的上述問題，目標(biāo)是提出一個(gè)制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)，以增加各種空氣調(diào)節(jié)器的性能系數(shù)并減少電能的消耗，像是空氣冷卻器、熱泵以及制冷器。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)，可以用于普通的空氣冷卻器和熱泵等，而且一個(gè)常規(guī)的制冷器可以像熱泵一樣被用來實(shí)現(xiàn)制熱和冷卻，這樣可實(shí)現(xiàn)性能系數(shù)的增大和電能消耗的減少。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)中，低壓低溫的制冷劑蒸汽被壓縮成為高壓高溫后通過與環(huán)境的熱交換進(jìn)行冷凝；冷凝后的液態(tài)制冷劑發(fā)生膨脹然后通過與環(huán)境的熱交換進(jìn)行蒸發(fā)，借此實(shí)現(xiàn)制熱和冷卻。其組成如下一個(gè)用于高壓液態(tài)制冷劑和低壓汽態(tài)制冷劑之間進(jìn)行熱交換的輔助熱交換器單元；一個(gè)放置在輔助熱交換器單元的內(nèi)管的入口處的用于容納液壓支架閥的機(jī)罩，高壓液態(tài)制冷劑在室外熱交換器處冷凝的壓力被液壓支架閥減小，同時(shí)室外熱交換器的冷凝壓力得以保持。
更此外，輔助的熱交換器單元使高壓液態(tài)制冷劑和低壓汽態(tài)制冷劑之間進(jìn)行熱交換，此熱交換器組成如下一個(gè)內(nèi)管，一端與室外熱交換器的一個(gè)出口連接，另一端與膨脹閥的一個(gè)入口連接；一個(gè)外管與內(nèi)管同軸，一端與室內(nèi)熱交換器的一個(gè)出口連接，另一端與壓縮機(jī)的入口連接；外管外包圍有絕熱層；第一個(gè)液壓支架閥被放置在輔助熱交換器單元內(nèi)管的一個(gè)入口處，并減小液態(tài)制冷劑在室外熱交換器處冷凝的壓力，同時(shí)保持室外熱交換器的冷凝壓力；而且一個(gè)機(jī)罩固定輔助的熱交換器和液壓支架閥；制冷循環(huán)的能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)四通閥，用于連接壓縮機(jī)的一個(gè)出口，輔助熱交換器單元的一個(gè)入口，室內(nèi)熱交換器的一端和室外熱交換器的一端，并可依照操作模式來變換制冷劑的流向；第二個(gè)膨脹閥與輔助熱交換器單元的內(nèi)管的一端連接，并使在室內(nèi)熱交換器處被冷凝的制冷劑發(fā)生膨脹；第二個(gè)液壓支架閥與輔助熱交換器單元的內(nèi)管的另一端連接，高壓液態(tài)制冷劑在室外熱交換器處冷凝的壓力被液壓支架閥降低，同時(shí)室外熱交換器的冷凝壓力得以保持。
依照本發(fā)明的首選特征，輔助熱交換器單元進(jìn)一步會(huì)有一個(gè)制熱器，用于制熱低壓低溫的汽態(tài)制冷劑，而且制熱器可以在一個(gè)預(yù)定的溫度之下選擇性地運(yùn)行。低壓低溫的汽態(tài)制冷劑缺乏熱容量，能夠在劇冷階段得到補(bǔ)償。
依照本發(fā)明，液壓支架閥可以保持汽態(tài)制冷劑被壓縮機(jī)壓縮成為高壓高溫時(shí)的冷凝壓力。高壓和中等溫度的液態(tài)制冷劑的壓力被適當(dāng)?shù)販p小。中等壓力和中等溫度的液態(tài)制冷劑和低壓低溫的氣態(tài)制冷劑在熱交換器單元的絕熱復(fù)合管中進(jìn)行熱交換。這樣，液態(tài)制冷劑的溫度可以被明顯地減小，汽態(tài)制冷劑被過熱。
因此，在液態(tài)的制冷劑膨脹之后新鮮氣體的容積會(huì)明顯地減小，而且吸收蒸發(fā)潛熱的容積增大。冷凝壓力被熱交換器單元略微地減小，而且壓縮機(jī)的排放壓力被減小，這樣就減少了壓縮功。
本發(fā)明增強(qiáng)了制冷效果，提高了性能系數(shù)并減少了電能的消耗。這樣就導(dǎo)致了熱泵的制熱/制冷性能的提高。


通過以下的附圖和對(duì)附圖的詳細(xì)描述可以更清楚地理解本發(fā)明的上述特征和其他的目標(biāo)、特征以及優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1是本發(fā)明中制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)示意圖；圖2是本發(fā)明中制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)的輔助熱交換單元的局部視圖；圖3是在圖2中沿著線III-III的橫截面圖；圖4是圖1所描述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)再加上一個(gè)壓力補(bǔ)償器的示意圖；圖5是描述一個(gè)普通冷卻器被應(yīng)用在制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)中的示意圖；圖6是用來描述在本發(fā)明制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)中的制冷循環(huán)的效果p-h圖；圖7是本發(fā)明制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例；圖8是描述一個(gè)普通冷卻器被應(yīng)用在圖7實(shí)施例中的示意圖；圖9是本發(fā)明制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用的另外一個(gè)實(shí)施例，膨脹閥和一個(gè)液壓支架閥；圖10是在圖9中沿著線X-X的橫截面圖；圖11描述了本發(fā)明制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)中的其它實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖采用示范性的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
在圖1，2和3中，制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)1主要包含一個(gè)安裝在制冷循環(huán)的一個(gè)室外熱交換器(冷凝器)和一個(gè)室內(nèi)熱交換器(蒸發(fā)器)之間的輔助的熱交換器單元(10)，通過它中等溫度的冷凝液態(tài)制冷劑能夠與低溫的蒸發(fā)汽態(tài)制冷劑進(jìn)行相互的熱交換。改進(jìn)系統(tǒng)更進(jìn)一步包括一個(gè)安裝在室外熱交換器和輔助熱交換器(10)之間的機(jī)罩(30)。一個(gè)輔助熱交換器(10)和一個(gè)液壓支架閥(20)被封裝在機(jī)罩(30)中。液壓支架閥(20)保持室外熱交換器的冷凝壓力，并將高壓高溫的冷凝液態(tài)制冷劑中變?yōu)橹械葔毫椭械葴囟取?br> 輔助熱交換器單元(10)包含一個(gè)按“之”字形排列的內(nèi)管(11)以達(dá)到預(yù)定的熱交換器長(zhǎng)度，一個(gè)外管(12)和內(nèi)管同軸布置，絕熱層(13)來阻止管子熱量的損失。
內(nèi)管(11)的一端與室外熱交換器的一個(gè)出口連接，另一端與膨脹閥的入口連接。
外管(12)的一端與室內(nèi)熱交換器的一個(gè)出口連接，另一端與壓縮機(jī)C的一個(gè)入口連接。
因?yàn)橥夤芘c內(nèi)管同軸，內(nèi)管的橫截面除了管的厚度以外與室內(nèi)熱交換器的橫截面是相同的。
絕熱層(13)可以簡(jiǎn)單地設(shè)置成一個(gè)包圍二重?zé)峤粨Q器的盒子，但是最好用管狀的絕熱材料包圍外管(12)，如圖所示。
液壓支架閥(20)被安裝在輔助熱交換器單元(10)的內(nèi)管(11)的入口處，這樣可以減小輸送管的橫截面以使高壓和中等溫度的冷凝液態(tài)制冷劑在進(jìn)入液壓支架閥之前的制冷壓力在離開液壓支架閥之后能夠還能保持這種差異。
如果在圖4所示的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)1上增加一個(gè)壓力補(bǔ)償器(40)效果更好，壓力補(bǔ)償器(40)可以不受負(fù)載變化等的影響保持制冷和蒸發(fā)壓力恒定。
壓力補(bǔ)償器(40)包含一個(gè)用于存儲(chǔ)額外的制冷劑的壓力補(bǔ)償箱(41)，當(dāng)超過制冷劑預(yù)定的壓力時(shí)第一個(gè)壓力止回閥(42)用來引導(dǎo)額外的制冷劑進(jìn)入壓力補(bǔ)償箱(41)；當(dāng)?shù)陀谥评鋭╊A(yù)定的壓力時(shí)第二個(gè)壓力止回閥(43)用來排出壓力補(bǔ)償箱(41)種的制冷劑。
壓力補(bǔ)償箱(41)的一個(gè)入口與膨脹閥的一個(gè)入口管44連接，壓力補(bǔ)償箱(41)的一個(gè)出口與膨脹閥的一個(gè)出口管(45)連接。
第一個(gè)壓力止回閥(42)被安裝在壓力補(bǔ)償箱(41)的一個(gè)入口管處，并且只有當(dāng)超過制冷劑的預(yù)定壓力時(shí)才打開。第二個(gè)壓力止回閥(43)被安裝在壓力補(bǔ)償箱(41)的一個(gè)出口管處，并且只有當(dāng)?shù)陀谥评鋭┑念A(yù)定壓力時(shí)才打開。
另一方面，在預(yù)防系統(tǒng)1中，在一個(gè)普通的制冷循環(huán)中連接各構(gòu)件的管子P可能被切斷。輔助熱交換器單元(10)的內(nèi)管(11)和外管(12)被放置在切斷的管子之間，并用焊接的方法連接起來。另外，如圖4所示，在內(nèi)管(11)和外管(12)的各端分別安裝附加的接頭(50)。
制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)的作用如圖5和6所示。
汽態(tài)制冷劑被壓縮機(jī)C壓縮變成高壓高溫。制冷劑流過室外熱交換器HE 1并通過與風(fēng)扇F1產(chǎn)生的氣流進(jìn)行熱交換而排放潛熱。氣體被冷凝成高壓和中等溫度的濕蒸汽。
冷凝的液態(tài)制冷劑通過具有簡(jiǎn)約信道的液壓支架閥(20)，壓力和溫度都被減小(Pc-Pc″)。制冷劑轉(zhuǎn)變成中等壓力和中等溫度。接下來，轉(zhuǎn)換后的液態(tài)制冷劑流過輔助熱交換器單元(1 0)的內(nèi)管，并與流過外管(12)內(nèi)部的汽態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換。這樣，如圖6所示，溫度c’被轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟萩，減少了Δtsc，這樣就可以減少焓。
換句話說，高壓和中等溫度的液態(tài)制冷劑流過液壓支架閥(20)首先減小壓力和溫度。液態(tài)制冷劑與低壓低溫的汽態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換。因?yàn)檩o助熱交換器單元(10)的熱交換器被設(shè)置成套管，可以在沿著內(nèi)管(11)的整個(gè)環(huán)境中發(fā)生熱交換。
此外，外管(12)具有絕熱層(13)以形成一個(gè)固體絕熱層。這樣可使熱損失最小并確保在液態(tài)制冷劑和汽態(tài)制冷劑之間發(fā)生熱交換，這樣液態(tài)制冷劑的溫度即被降低了。
此時(shí)，因?yàn)檩o助熱交換器單元(10)的內(nèi)管(11)的壓力被降低，室外的熱交換器HE1的壓力泄漏到內(nèi)管(11)中。但是由于液壓支架閥(20)的作用，如圖6所示，室外熱交換器HE1的冷凝壓力從Pc’減小到Pc。
因此，壓縮機(jī)C排放出的制冷劑的排放壓力值被減小，并導(dǎo)致壓縮功的減少。但是對(duì)汽態(tài)制冷劑的冷凝沒有嚴(yán)重的影響。如圖6中的p-h圖所示，制冷循環(huán)的特征為相同水平的蒸發(fā)壓力Pe，較小的冷凝壓力Pc和更好的制冷效果，并導(dǎo)致壓縮功的減少。
當(dāng)通過輔助熱交換器單元(10)時(shí)液態(tài)制冷劑具有較低的壓力和溫度。接下來，制冷劑流過膨脹閥EV濃縮，變換成低壓低溫。在通過膨脹閥EV前后的壓力和溫度與過去相比明顯減小。由于對(duì)吸熱過程的貢獻(xiàn)較少，膨脹的制冷劑中包含的閃氣容積大幅度地減小。
大幅膨脹的制冷劑流過室內(nèi)熱交換器HE2并從風(fēng)扇F2產(chǎn)生的氣流中吸收蒸發(fā)潛熱。因此，制冷效果大幅地增加了Δq(也就是從q’增加到了q)。
蒸發(fā)的低壓低溫汽態(tài)制冷劑流過輔助熱交換器單元(10)的外管(12)并與絕熱狀態(tài)下的中等壓力和中等溫度的液態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換。蒸發(fā)的汽態(tài)制冷劑吸收熱量變成過熱的蒸汽再次進(jìn)入到壓縮機(jī)C中。
制冷劑進(jìn)入后被壓縮機(jī)C壓縮并排放到室外的熱交換器HE1中。因?yàn)闅怏w制冷劑是以過熱的狀態(tài)進(jìn)入并且被壓縮，與過去相比溫度增加了Δtsh(也就是a’->a)。然而，由于通過液壓支架閥(20)和輔助熱交換器單元(10)的冷凝壓力值Pc較低，所以排放壓力減小。因此，壓縮機(jī)C作的功減少了Δqw(也就是qw’->qw)，電能的消耗減少。
結(jié)果，本發(fā)明與先前的發(fā)明相比增加了制冷循環(huán)的制冷效果，消耗的壓縮功較小，極大地提高了性能系數(shù)。
此外，既使液態(tài)制冷劑和汽態(tài)制冷劑的壓力因?yàn)榄h(huán)境條件如天氣等的改變而發(fā)生變化，壓力補(bǔ)償器(40)總是可以保持輔助熱交換器單元(10)中的液態(tài)制冷劑和室內(nèi)熱交換器HE2的蒸汽壓力Pe恒定，這樣便可執(zhí)行穩(wěn)定的制冷循環(huán)。
換句話說，當(dāng)系統(tǒng)中的壓力由于外部因素而改變，且冷凝的液態(tài)制冷劑壓力高于設(shè)定值時(shí)，壓力補(bǔ)償器(40)的第一個(gè)壓力止回閥(42)被打開。多余的制冷劑流入到壓力補(bǔ)償箱(41)中來保持液態(tài)制冷劑的壓力；當(dāng)蒸汽壓力低于設(shè)定壓力值時(shí)，第二個(gè)壓力止回閥(43)被打開，壓力補(bǔ)償箱(41)中包含的制冷劑供給到系統(tǒng)中來保持蒸汽壓力。
圖7是本發(fā)明制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)1的另一個(gè)實(shí)施例；此實(shí)施例包含了先前實(shí)施例中提及的一個(gè)四通閥、第二個(gè)液壓支架閥(70)和第二個(gè)膨脹閥(80)。
四通閥(60)改變制冷劑流向室外熱交換器HE1或室內(nèi)熱交換器HE2的方向。第二個(gè)液壓支架閥(70)減小液態(tài)制冷劑在室內(nèi)熱交換器HE2處的冷凝壓力并保持冷凝壓力恒定。第二個(gè)膨脹閥(80)使具有中等壓力和中等溫度且通過輔助熱交換器單元(10)進(jìn)入到室外熱交換器HE1中的液態(tài)制冷劑膨脹，以達(dá)到預(yù)定的蒸汽壓力。這樣，此實(shí)施例可以像熱泵一樣即能用來冷卻又能用來制熱。
四通閥(60)分別與壓縮機(jī)C的一個(gè)出口、輔助熱交換器單元(10)的外管(12)的一個(gè)入口、室外熱交換器HE1的一個(gè)出口和室內(nèi)熱交換器HE2的一個(gè)出口相連接。依照操作模式的不同，壓縮機(jī)C排放出的制冷劑直接流入室外熱交換器HE1或室內(nèi)的熱交換器HE2中。
液壓支架閥(20)和第二個(gè)膨脹閥(80)被布置成一排，膨脹閥EV和第二個(gè)液壓支架閥(70)也被布置成一排。這些閥分別由止回閥構(gòu)成，制冷劑只能朝單一的方向流動(dòng)。
而且，在實(shí)施例中，制冷劑的流動(dòng)能夠根據(jù)操作模式的變化而發(fā)生變化，來完成制熱或者制冷的目的。壓力補(bǔ)償器(40，90)分別安裝在輔助熱交換器(10)的前面和后面，這樣就可以根據(jù)制冷模式或者制熱模式而有選擇的運(yùn)行。
當(dāng)壓力補(bǔ)償器(90)在制熱模式下運(yùn)作時(shí)，最好使制冷劑管道通過壓力補(bǔ)償箱(91)的內(nèi)部。這樣膨脹了的低壓低溫的制冷劑會(huì)從壓力補(bǔ)償箱(91)中的液態(tài)制冷劑中吸熱，以補(bǔ)充冬天熱容量的不足。
輔助熱交換器單元(10)包含有加熱器(14)，可以補(bǔ)充低壓低溫的汽態(tài)制冷劑缺少的熱容量。加熱器(14)可以在劇冷階段——即室外溫度低于蒸發(fā)溫度時(shí)——有選擇性的運(yùn)行。
加熱器(14)安裝于輔助熱交換器單元(10)的外管(12)的出口處，由一個(gè)蒸發(fā)溫度傳感器(未顯示)控制其運(yùn)行。
此外，當(dāng)室外溫度非常低時(shí)，要注意的是，由于制冷劑的蒸發(fā)不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致濕壓縮的發(fā)生。因此，要在外管(12)的出口處布置收集濕制冷劑的收集器(15)。收集器(15)帶有一個(gè)閥(15a)，使制冷劑只有在加熱模式下才通過收集器(15)。
圖8說明了一個(gè)采用了上述實(shí)施例的普通冷卻器，其中它可以充當(dāng)熱泵在制冷模式和制熱模式下運(yùn)行。
制熱模式的運(yùn)行(實(shí)線箭頭)與上述實(shí)施例中所描述的運(yùn)行相同，因而不需要在這里進(jìn)行更多的描述。
在制熱模式(虛線箭頭)中，高壓高溫的氣體制冷劑從壓縮機(jī)(C)中排出，經(jīng)由四通閥(60)進(jìn)入室內(nèi)熱交換器(HE2)中。當(dāng)通過室內(nèi)熱交換器(HE2)時(shí)，氣體制冷劑和室內(nèi)空氣做熱交換而釋放出潛熱變成冷凝態(tài)制冷劑，用這些冷凝熱來實(shí)現(xiàn)制熱的目的。高壓和中等溫度的制冷劑流過第二個(gè)液壓支架閥(70)后壓力降低溫度下降。
接著，具有中間壓力和中等溫度的液態(tài)制冷劑流過輔助熱交換器單元(10)的內(nèi)管(11)。
在絕熱條件下流過外管(12)的液態(tài)制冷劑與低壓低溫的汽態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換。因而，制冷劑的溫度大大降低，變成過冷狀態(tài)。
此外，當(dāng)內(nèi)管(11)的壓力下降時(shí)，室外熱交換器(HE1)中的制冷劑流入內(nèi)管(11)。盡管如此，如圖6所示，通過液壓支架閥(20)室內(nèi)熱交換器(HE1)中的冷凝壓力從Pc’下降到Pc以保持低壓的條件。
在輔助熱交換器單元(10)中的處于過冷狀態(tài)的液態(tài)制冷劑流過第二個(gè)膨脹閥(80)后收縮為低壓低溫的制冷劑。雖然制冷劑的壓力和制冷劑的溫度在通過第二個(gè)膨脹閥(80)前后變化很小，但包含在膨脹制冷劑中閃氣的體積大大減少。
因此，制冷劑很容易在經(jīng)過室外熱交換器(HE1)時(shí)從室外空氣吸收熱量而作為膨脹潛熱。
低壓低溫的汽態(tài)制冷劑流過輔助熱交換器單元(10)的外管(12)，并在流過內(nèi)管(11)時(shí)與具有中間壓力和中等溫度的液態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換，汽態(tài)制冷劑從液態(tài)制冷劑吸熱而變?yōu)檫^熱狀態(tài)。
即使由于室外空氣溫度較低，在室外熱交換器(HE1)上蒸發(fā)進(jìn)行得不充分，來自液態(tài)制冷劑的熱量也會(huì)在一定程度上促進(jìn)其蒸發(fā)。而且，在制冷劑經(jīng)過收集器(15)之后，低壓而過熱的干燥汽態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)(C)。
過熱的汽態(tài)制冷劑再一次于壓縮機(jī)(C)內(nèi)被壓縮，并排放到室內(nèi)熱交換器(HE2)中。在氣體制冷劑于過熱狀態(tài)被壓縮之后，氣體制冷劑的溫度從a上升到a’，增量為Δtsh。與通過第二個(gè)液壓支架閥(70)和輔助熱交換器單元(10)時(shí)相比冷凝壓力Pc較低，導(dǎo)致了排放壓力較低。
因此，壓縮機(jī)(C)的工作量從qw’下降到qw，減少了Δqw，于是減少了電能的消耗，同時(shí)室內(nèi)熱交換器(HE2)的排放熱量也從qc’增加到了qc。
這樣就充分而高效的完成了室內(nèi)制熱。
當(dāng)室外溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)溫度時(shí)，輔助熱交換器(10)上的加熱器(14)會(huì)運(yùn)行向低壓的汽態(tài)制冷劑提供熱量補(bǔ)償，從而受室外溫度的影響完成制熱。
在加熱時(shí)，通過第二個(gè)壓力補(bǔ)償器(90)的液態(tài)制冷劑的壓力和蒸發(fā)壓力總能保持不變，以保證運(yùn)行穩(wěn)定。而且，制冷劑管通過壓力補(bǔ)償箱(91)可以補(bǔ)償冬天室外空氣熱量的不足。
非描述性數(shù)字(92)是第三個(gè)膨脹閥，(93)是一個(gè)單向閥，(94)和(95)是制冷劑管。單向閥(93)使制冷劑只能單向流動(dòng)。第三個(gè)膨脹閥(92)輸送低壓低溫的液態(tài)制冷劑流過管(95)。制冷劑在第二個(gè)壓力補(bǔ)償箱(90)中進(jìn)行熱交換。
圖9和10說明了與上面所描述的第二個(gè)實(shí)施例相比較，膨脹閥(EV)和第二個(gè)液壓支架閥(70)以及第二個(gè)膨脹閥(80)和液壓支架閥(20)其他的實(shí)施例。
各個(gè)膨脹閥和液壓支架閥在一個(gè)機(jī)罩內(nèi)排成一排，使制冷劑雙向流動(dòng)。這樣形成一個(gè)雙向流動(dòng)控制閥(100)根據(jù)流動(dòng)方向來控制流量。
液壓支架閥(120)是氣密的，處于套管(110)內(nèi)部的一端，而膨脹閥(130)也是氣密的，處于套管(110)內(nèi)部的另一端。液壓支架閥(120)和膨脹閥(130)的孔口直徑分別為124和134，雖然大小不同，但所有的結(jié)構(gòu)都是相同的。因此，為了方便說明，指定相應(yīng)的數(shù)字給相應(yīng)的部件。下面解釋膨脹閥(130)。
處于機(jī)罩(110)中的膨脹閥(130)包含有一個(gè)氣缸(131)，氣缸中心有一個(gè)鉆孔(132)，軸向上直徑不同。膨脹閥(130)還包含有一個(gè)閥體(133)，閥體中心有一個(gè)鉆孔(134)，和氣缸(131)的鉆孔(132)的大直徑部分(132a)接觸，并且軸向滑動(dòng)。膨脹閥(130)還包含有一個(gè)環(huán)形制動(dòng)器(136)，與氣缸(131)的一端接觸以防閥體(132)滑出。
閥體(133)呈錐形，與氣缸(131)的鉆孔(132)相匹配，多個(gè)凹槽(135)在閥體(133)的大直徑部分(133a)以規(guī)則的角度排列?？卓?134)的橫截面和每個(gè)凹槽(135)的橫截面的總數(shù)與制冷劑通道的橫截面的數(shù)目相同。指定數(shù)字(137)代表一個(gè)屏幕。
在制熱循環(huán)中，液壓支架閥(120)的閥體(123)向制動(dòng)器(126)移動(dòng)。制動(dòng)器(126)打開處于大直徑部分(133a)位置的凹槽(125)。制冷劑流過鉆孔(124)和閥體(123)的凹槽(125)。膨脹閥(130)的閥體(133)移開制動(dòng)器(136)，閥體(133)的小直徑部分(133b)與氣缸(131)的小直徑部分(132b)相匹配。
同時(shí)，在膨脹閥體(133)的大直徑部分(133a)上的凹槽(135)與氣缸鉆孔(132)的錐形部分(132c)接觸，來阻止制冷劑流過凹槽(135)。因此，制冷劑只通過膨脹閥體(133)的鉆孔(134)，并由此被收縮。
另一方面，在制冷循環(huán)中，以相反的方向進(jìn)行上述操作，即可以降低液態(tài)制冷劑的壓力和溫度。
圖11顯示了本發(fā)明制冷循環(huán)能量效率改進(jìn)系統(tǒng)的其他實(shí)施例。
此技術(shù)是安裝在熱泵上的一種結(jié)構(gòu)。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)輔助熱交換器單元(10)、第一個(gè)液壓支架閥(20)、第二個(gè)膨脹閥(80)、第二個(gè)液壓支架閥(80)和一個(gè)機(jī)罩(30)。輔助熱交換器單元(10)用于高壓液態(tài)制冷劑與低壓汽態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換；第一個(gè)液壓支架閥(20)處于輔助熱交換器單元(10)的內(nèi)管的進(jìn)口，用來降低室外熱交換器(HE1)里的高壓冷凝的液態(tài)制冷劑的壓力，和保持室外熱交換器(HE1)的冷凝壓力；第二個(gè)膨脹閥(80)與輔助熱交換器單元(10)內(nèi)管的一端連接，用來使室內(nèi)熱交換器(HE2)里的冷凝制冷劑膨脹；第二個(gè)液壓支架閥(80)與輔助熱交換器單元(10)內(nèi)管的另一端連接，通過液壓支架閥來降低室外熱交換器(HE1)里冷凝高壓的液態(tài)制冷劑的壓力和保持室外熱交換器的冷凝壓力；機(jī)罩(30)用來固定輔助熱交換器單元(10)和液壓支架閥。
上述實(shí)施例的各個(gè)零件都與第二種實(shí)施例相同。因此，省略了細(xì)節(jié)描述。在這種情況下，當(dāng)然要有壓力補(bǔ)償器(40，90)、加熱器(14)和收集器(15)。此外，雖然沒有在圖中顯示，但是膨脹閥(EV)和第二個(gè)液壓支架閥(70)，第二個(gè)膨脹閥(70)和液壓支架閥(80)形成一個(gè)雙向流動(dòng)控制閥(100)，如圖9所示。這個(gè)雙向閥可以在管上排成一排。
如上所述，依照本發(fā)明制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)，可以增加冷卻器和制冷器的制冷效果并增大性能系數(shù)，較少的壓縮功也減少了電能的消耗。
而且，發(fā)明改進(jìn)了制冷效率或制熱效率，并減少了電能消耗，尤其是空氣調(diào)節(jié)器能夠像熱泵一樣進(jìn)行制冷操作和制熱操作，顯示出較高的制熱/制冷效率。
此外，本發(fā)明增強(qiáng)了制冷效果，增大了性能系數(shù)，并減少了電能消耗。這樣就改進(jìn)了熱泵的制熱性能和制冷性能。
權(quán)利要求
1.制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)在制冷循環(huán)中，低壓低溫的汽態(tài)制冷劑被壓縮成高壓高溫狀態(tài)，然后在一定條件下通過熱交換進(jìn)行冷凝；冷凝的液態(tài)制冷劑膨脹以后在一定條件下通過熱交換進(jìn)行蒸發(fā)，這樣就通過制冷循環(huán)，進(jìn)行了制熱和制冷；系統(tǒng)包括一個(gè)輔助熱交換器單元，用于高壓的液態(tài)制冷劑與低壓的汽態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換；一個(gè)機(jī)罩，用來固定處于輔助熱交換器單元的內(nèi)管出口處的液壓支架閥；通過液壓支架閥降低在室外熱交換器里冷凝的高壓液態(tài)制冷劑的壓力，并保持室外熱交換器的冷凝壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)，其中高壓的液態(tài)制冷劑和低壓的汽態(tài)制冷劑在輔助熱交換器單元進(jìn)行熱交換，輔助熱交換器包括一個(gè)內(nèi)管，一端與室外熱交換器的出口連接，另一端與膨脹閥的入口連接；還包括一個(gè)與內(nèi)管同軸的外管，外管的一端與室內(nèi)熱交換器的出口連接，另一端與壓縮機(jī)的入口連接；還包括一個(gè)包圍著外管的絕熱層、第一個(gè)液壓支架閥、一個(gè)機(jī)罩。第一個(gè)液壓支架閥固定在輔助熱交換器單元的內(nèi)管的入口處，用于降低在室外熱交換器里冷凝的高壓液態(tài)制冷劑的壓力和保持室外熱交換器的冷凝壓力；機(jī)罩用來固定輔助熱交換器單元和液壓支架閥；此外該制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)還包括一個(gè)四通閥，四通閥與壓縮機(jī)的出口、輔助熱交換器單元的入口、室內(nèi)熱交換器的一端及室外熱交換器的一端連接，并根據(jù)操作模式的變化而轉(zhuǎn)變制冷劑的流動(dòng)方向；還包括第二個(gè)膨脹閥與第二個(gè)液壓支架閥，第二個(gè)膨脹閥與輔助熱交換器單元的內(nèi)管的一端連接，用來膨脹在室內(nèi)熱交換器里冷凝的制冷劑；第二個(gè)液壓支架閥與輔助熱交換器單元內(nèi)管的另一端連接，用來通過液壓支架閥降低室外熱交換器里冷凝的高壓液態(tài)制冷劑的壓力，并保持室外熱交換器中的冷凝壓力。
3.如權(quán)利要求2所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)其中包括一個(gè)膨脹閥、第二個(gè)液壓支架閥、第二個(gè)膨脹閥和第一個(gè)液壓支架閥排成一排，還包括一個(gè)只允許單流向的單向閥。
4.如權(quán)利要求2所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)其中膨脹閥和第二個(gè)液壓支架閥，第二個(gè)膨脹閥和液壓支架閥都在一個(gè)機(jī)體內(nèi)彼此相隔一定距離排成一排，閥組可以作為雙向流動(dòng)控制閥，允許雙向流動(dòng)，并根據(jù)流向減少流量。
5.如權(quán)利要求4所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)其中雙向流動(dòng)控制閥包括一個(gè)套管，套管的各端都與制冷劑管相連接；兩個(gè)安裝在機(jī)罩內(nèi)的氣密的氣缸，彼此相隔一定距離，軸線上有二個(gè)直徑鉆孔，在鉆孔之間有一個(gè)錐形區(qū)域；二個(gè)閥體，在兩個(gè)閥體的中心分別有不同直徑的孔口，在每個(gè)大直徑部分的位置有多個(gè)軸向凹槽，每個(gè)閥門都有一個(gè)錐形區(qū)域與氣缸上的錐形區(qū)域相對(duì)應(yīng)，并在每個(gè)氣缸的大直徑鉆孔中按照預(yù)定的沖程軸向滑動(dòng)；因此每個(gè)閥體會(huì)跟隨制冷劑的流動(dòng)同時(shí)地向任一方向運(yùn)動(dòng)，每個(gè)閥體的凹槽都與相應(yīng)氣缸的鉆孔錐形區(qū)域連接，阻止制冷劑流動(dòng)。
6.如權(quán)利要求2或3或4或5中所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)其中輔助熱交換器單元還配備有一個(gè)加熱器，用來加熱低壓低溫的汽態(tài)制冷劑，加熱器可以在預(yù)定溫度下選擇性地運(yùn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)還包含有一個(gè)壓力補(bǔ)償器、第一個(gè)壓力止回閥、第二個(gè)壓力止回閥。壓力補(bǔ)償器中有一個(gè)壓力補(bǔ)償箱，它連接到膨脹閥的入口管并貯存?zhèn)溆弥评鋭?；第一個(gè)壓力止回閥處于壓力補(bǔ)償器的入口管，只有超過制冷劑的預(yù)定壓力時(shí)才被打開；第二個(gè)壓力止回閥處于壓力補(bǔ)償器的出口管，只有在不超過制冷劑的預(yù)定壓力時(shí)才被打開。
8.如權(quán)利要求6所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)還包括一個(gè)壓力補(bǔ)償器、第一個(gè)壓力止回閥、第二個(gè)壓力止回閥。壓力補(bǔ)償器分別固定在輔助熱交換器單元和室內(nèi)熱交換器之間以及輔助熱交換器單元和室外熱交換器之間，它有一個(gè)壓力補(bǔ)償箱連接到膨脹閥的入口管并貯存?zhèn)溆弥评鋭坏谝粋€(gè)壓力止回閥處于壓力補(bǔ)償器的入口管，只有超過制冷劑的預(yù)定壓力時(shí)才被打開；第二個(gè)壓力止回閥處于壓力補(bǔ)償器的出口管，只有不超過制冷劑的預(yù)定壓力時(shí)才被打開。
9.如權(quán)利要求6所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)一個(gè)制冷劑管，它穿過壓力補(bǔ)償器的壓力補(bǔ)償箱，這個(gè)壓力補(bǔ)償器在制熱模式下運(yùn)行。
10.如權(quán)利要求9所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)還包含有一個(gè)收集器，處于熱交換器單元的外部出口管，此熱交換器單元為制冷劑過濾水汽。
11.如權(quán)利要求1或2所述的制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)其中包括一個(gè)接頭，安裝在熱交換器單元內(nèi)管和外管的兩個(gè)端口處。
12.制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)，其中低壓低溫的汽態(tài)制冷劑被壓縮成高壓高溫狀態(tài)，然后在一定條件下通過與環(huán)境熱交換進(jìn)行冷凝；冷凝的液態(tài)制冷劑膨脹，然后在一定條件下通過與環(huán)境熱交換進(jìn)行蒸發(fā)，以此執(zhí)行制熱和制冷操作，系統(tǒng)包含有一個(gè)輔助熱交換器單元、一個(gè)與內(nèi)管同軸的外管、一個(gè)包圍著外管的絕熱層、第一個(gè)液壓支架閥、一個(gè)四通閥、第二個(gè)膨脹閥、第二個(gè)液壓支架閥和一個(gè)機(jī)罩；輔助熱交換器單元使高壓的液態(tài)制冷劑和低壓的汽態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換，輔助熱交換器包含個(gè)內(nèi)管，內(nèi)管的一端與室外熱交換器的出口連接，另一端與膨脹閥的入口連接；外管的一端與室內(nèi)熱交換器的出口連接，另一端與壓縮機(jī)的入口連接；第一個(gè)液壓支架閥固定在輔助熱交換器單元的內(nèi)管的入口處，用于降低在室外熱交換器處冷凝的高壓液態(tài)制冷劑的壓力和保持室外熱交換器的冷凝壓力；四通閥與壓縮機(jī)的出口、輔助熱交換器單元的入口、室內(nèi)熱交換器的一端及室外熱交換器的一端相連接，并根據(jù)操作模式轉(zhuǎn)變制冷劑的流動(dòng)方向；第二個(gè)膨脹閥與輔助熱交換器單元的內(nèi)管的一端連接，用來膨脹在室內(nèi)熱交換器里冷凝的制冷劑；第二個(gè)液壓支架閥與輔助熱交換器單元內(nèi)管的另一端連接，液壓支架閥用來降低在室外熱交換器里冷凝的高壓液態(tài)制冷劑的壓力，并保持室外熱交換器的冷凝壓力；機(jī)罩用來固定輔助熱交換器單元和液壓支架閥。
全文摘要
制冷循環(huán)能量效率的改進(jìn)系統(tǒng)包括一個(gè)用于高壓液態(tài)制冷劑和低壓汽態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換的輔助熱交換器單元；一個(gè)用于固定處于輔助熱交換器單元內(nèi)管入口處的液壓支架閥的機(jī)罩，液壓支架閥用來降低室外熱交換器中冷凝的高壓液態(tài)制冷劑的壓力，并保持室外熱交換器的冷凝壓力。本系統(tǒng)可以和普通的空氣冷卻器和加熱泵等一起使用，從而一個(gè)常規(guī)的制冷器即可以像熱泵一樣用來制熱和制冷，并可以提高性能系數(shù)和減少電能的消耗。
文檔編號(hào)F25B5/04GK1768239SQ200480009099
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者韓明范 申請(qǐng)人:韓明范