CN101012978A - 液态相变制冷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为液态相变制冷装置，与制冷设备有关，解决已有制冷设备制冷效率低，耗能高，噪声大的问题。第一容器(1)的上部有第一蒸发器(2)与下部制冷剂层中的第二蒸发器(3)连接，第二蒸发器(3)通过下回气管(4)与第一压缩机(5)进气口连接，第一压缩机(5)的出气口经上气管(6)与冷凝器(7)连接，冷凝器(7)通过第一毛细管(8)与第二容器(9)内的第三蒸发器(10)连接，第三蒸发器(10)通过管道与第一蒸发器(2)连接，第二容器(9)通过管道(11)与第二压缩机(12)的入口连接，第二压缩机的出口与第一容器(1)的蒸气层下部连接，第一容器(1)的液态制冷剂层通过上输液管(13)和第二毛细管(14)与第四蒸发器(15)连接，第四蒸发器(15)通过上回气管(16)与第二容器(9)连接。
Description
技术领域：
本发明与制冷装置有关，尤其与制冷剂液态相变制冷装置有关。
背景技术：
已有的液态相变制冷装置如专利号为200420060527.5，名称为液态二氧化碳无热制冷装置的中国实用新型专利所公开的，绝热膨胀压力容器位于电冰箱的冷冻室内，冷凝器位于压力容器内，与冰箱外的介质泵和蒸发器连接，介质泵通过吸液管与压力容器内的液态二氧化碳层相通，蒸发器经电热制冷器与压力容器的蒸汽层连通。电冰箱另需全封闭蒸气压缩机，冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器、吸气管、排气管、充气管构成全封闭蒸气压缩式制冷装置提供冷量。装置还需介质泵和电热制冷器，耗费能量高，制冷效率低，噪声大。
发明内容：
本发明的目的是提供一种制冷效率高，噪声小的液态相变制冷装置。
本发明是这样实现的：
本发明液态相变制冷装置，第一容器1的上部蒸汽层有第一蒸发器2与下部制冷剂层中的第二蒸发器3连接，第二蒸发器3通过下回气管4与第一压缩机5进气口连接，第一压缩机5的出气口经上气管6与冷凝器(7)连接，冷凝器7通过第一毛细管8与第二容器9内的第三蒸发器10连接，第三蒸发器10通过管道与第一蒸发器2连接，第二容器9通过管道11与第二压缩机12的入口连接，第二压缩机12的出口通过管道与第一容器1的蒸气层下部连接，第一容器1的液态制冷剂层通过上输液管13和第二毛细管14与第四蒸发器15连接，第四蒸发器15通过上回气管16与第二容器9连接。
冷凝器7的横截面为U形，位于横截面为内外双U形的换热器17的U形夹层之中，换热器17的入口18和出口19分别为不同的U形三通中的一通，入口和出口的三通的其余两通相互经U形管连通，上回气管16与入口18连通，出口19与第二容器9连通。
第二容器9位于第一容器1的上面与其固连，两容器四周有保温层，第一容器1的第一蒸发器2和第二蒸发器3之间有相通的隔板20。
上输液管13上有节流阀21。
第一压缩机5为微型压缩机，第二压缩机12为螺旋叶片式压缩机。
本发明利用相变以冷制冷循环，是指利用了复迭微形蒸气制冷压缩机5的制冷循环所提供的更低温度的冷量，来降温螺旋叶片式压缩机12制冷循环相变制冷后所产生的蒸气，使制冷工质蒸气在绝热膨胀工况下由气相恢复成液相，实现相变以冷制冷循环。
实行这种相变以冷制冷循环其好处在于可以成倍地提高制冷效率。其原因在于，在相变以冷制冷循环过程中，液态制冷工质汽化时通过吸收汽化潜热所产生的制冷量，可以数十倍多于冷凝液化上述制冷工质蒸气时所消耗的冷量。
相变以冷制冷循环为什么会有高效率，其根本原因是相变以冷制冷循环的工艺方法与现有蒸气压缩式制冷循环的工艺正好相反，在现有蒸气压缩式制冷循环中，其蒸发温度与蒸发压力必低于其冷凝温度与冷凝压力。在相应以冷制冷循环中，其蒸发温度与蒸发压力必高于其冷凝温度与冷凝压力。这样一种工艺方法，就决定了相变以冷制循环中的制冷工质蒸气从蒸发器进入冷凝空间的过程是一个绝热膨胀的过程。由于制冷工质蒸气在绝热膨胀工况下冷凝液化时，只释放微不足道的显热并不释放凝结热，微形蒸气压缩机制冷循环时所产生的那点热量完全可以被容器外制冷蒸发器回路中的三层对流换热器的外两层冷管中的冷量所吸收消耗掉。因为容器外制冷蒸发器回来的气体冷量巨大，其余相变以冷制冷循环均只产生冷、不产生热；因此整个制冷系统不向外界环境排放热量，其原因如下：
1，螺旋叶片式压缩机电动机在容器壳体外面它的热量排放到环境当中去了。
2，螺旋叶片式压缩机摩擦面积小产生的热量也小。
3，螺旋叶片式压缩机没有吸气加热现象，热损失减少了。
4，螺旋叶片式压缩机机械平衡性能好，无噪音、转矩均匀。
5，相变以冷制冷循环中没有对外热交换。
6，有两次过冷过程。
本发明复迭设置相变以冷制冷循环。利用微形压缩机压缩式制冷循环提供较低的原始冷量，为相变以冷制冷循环人为制造低温、低压的绝热膨胀空间提供条件，利用相变以冷制循环消耗潜热的特点，为微形压缩机，压缩式冷循环提供理想的排热环境。
制冷工质蒸气在其无法从自身之外吸收热量的情况下，从较高压力，较高温度空间，进入较低压力，较温度的空间的过程，物理学上把这种过程称为绝热膨胀。
为什么制冷工质蒸气在绝热膨胀工艺下能自动液化，问题还得从分子物理学的一般知识说起。
分子物理学认为，热量是物质内部分子与分子之间的相互作用。
在绝热膨胀工况下，已完成制冷任务(通过吸收汽化潜热)的制冷工质蒸气，其分子间的距离进一步迅速扩膨，因此蒸气本身需要进一步从外界大量吸收热量来支持这种自身分子间距离扩膨。由于与外界绝热的原因、制冷工质蒸气只能从自身吸热，因此造成自身温度自动下降。在绝热膨胀过程中，当制冷工质蒸气自身温度下降到低于对应于冷凝空间压力的冷凝温度时，制冷工质蒸气即刻自动液化，当制冷工质蒸气自身温度自动下降到低于对应于冷凝空间压力的冰点凝固温度时，制冷工质蒸气即刻自动固化，当制冷工质蒸气自身温度下降过程中，在冷凝空间中遇到温度低于蒸气的饱和温度的载冷体时，将与其进行显热交换实现冷凝液化。
上述揭示了至关重要的技术原理：制冷工质蒸气在绝热膨胀工况下冷凝液化的过程是一个消耗热量的过程，全部消耗制冷工质最初汽化时从外界吸收的汽化潜热，绝不释放与其汽化潜热数量相等的凝结热。因此本发明的制冷效率高，能耗低。
附图说明：
图1为本发明的结构图。
图2为换热装置结构图。
图3为图2的俯视图。
具体实施方式：
本发明的容器9、1相连、容器9与三层换热器和螺旋叶片式压缩机12连接，三层换热器由冷凝器7和换热器17组成。容器1由隔板20分隔为相通的上、下两层，分别有蒸发器2、3。上层气相与压缩机12的出口连接，下层液相通过上气管13、节流阀21、毛细管14与蒸发器15连接，蒸发器2、3连接，蒸发器3经微形压缩机5与三层换热器中的冷凝器7连接。蒸发器2与蒸发器10连接，蒸发器10经毛细管8与冷凝器7连接。蒸发器15经上回气管16与三层换热器的换热器17连接，换热器17与容器9连接，容器9与螺旋叶片式压缩机12的入口连接。
本发明由微形压缩机5制冷循环与螺旋叶片式压缩机12制冷循环复迭组成的二次相变制冷循环构成，使微形压缩机5的一次制冷循环提供的原始冷量，来为螺旋叶片式压缩机12的二次制冷循环相变以冷制冷循环提供最佳的液化条件，它均利用一次制冷循环所供给的更低温度的冷量，来降温冷凝二次制冷工质相变制冷后所产生的蒸气，使工质由气相恢复成液相，实现相变以冷制冷循环，在每次相变以冷制冷循环中蒸气首先被冷凝成过冷液态工质，过冷液态工质在绝热膨胀容器中层层下流，与从下部不断进入并层层上溯的蒸气进行对流换热，源源不断地成为接近于饱和温度的液态工质。
在完成一次微形压缩机压缩制冷循环后，在启动螺旋叶片式压缩机，通过螺旋叶片式压缩机的吸气口把对外制冷蒸发器15中的制冷工质蒸气吸出来，通过上回气管16送到三层对流换热器中把冷凝器7中的热量带出来。因为对外制冷蒸发器15中被吸出来的制冷工质蒸发温度低，所以它的冷量还很低，形成了一次过冷后在进入绝热膨胀容器1上部的封闭的容器9内进行第二次过冷后通过输气管11进入螺旋叶片压缩机12后加压。加压后的制冷工质蒸气通过输气管进入保温的压力容器即绝热膨胀容器1内，使绝热膨胀容器1的制冷量作为冷凝液化进入容器的制冷工质蒸气的冷量，冷凝成过冷液态工质，并使过冷液态工质经层层下流与从容器的蒸气层下部源源不断进入的蒸气进行对流换热，最后成为接近于饱和温度的液态工质。
绝热膨胀容器1内分上下两层，经中间隔板20相通，容器1内有制冷蒸发器2、3，可提供冷凝制冷工质蒸气所需的冷量，在绝热膨胀容器1下层，充注有制冷工质。
在绝热膨胀容器1的下部安装有液体输液管13，保温的输液管13中段有一节流阀21控制液体的流量，在节流阀21的另一端接有毛细管14，过冷液态工质通过输液管、节流阀、毛细管，节流、膨胀，节流后液态制冷工质进一步冷却，然后再次经蒸发器15吸热蒸发制冷，压缩机12将蒸气抽离，降低蒸气压力，使蒸发温度达到设定温度。形成相变以冷制冷循环，对外供冷。本装置产生的热量甚微，不向外界环境排放热量、制冷效率高。
Claims (5)
1、液态相变制冷装置，其特征在于第一容器(1)的上部蒸汽层有第一蒸发器(2)与下部制冷剂层中的第二蒸发器(3)连接，第二蒸发器(3)通过下回气管(4)与第一压缩机(5)进气口连接，第一压缩机(5)的出气口经上气管(6)与冷凝器(7)连接，冷凝器(7)通过第一毛细管(8)与第二容器(9)内的第三蒸发器(10)连接，第三蒸发器(10)通过管道与第一蒸发器(2)连接，第二容器(9)通过管道(11)与第二压缩机(12)的入口连接，第二压缩机(12)的出口通过管道与第一容器(1)的蒸气层下部连接，第一容器(1)的液态制冷剂层通过上输液管(13)和第二毛细管(14)与第四蒸发器(15)连接，第四蒸发器(15)通过上回气管(16)与第二容器(9)连接。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于冷凝器(7)的横截面为U形，位于横截面为内外双U形的换热器(17)的U形夹层之中，换热器(17)的入口(18)和出口(19)分别为不同的U形三通中的一通，入口和出口的三通的其余两通相互经U形管连通，上回气管(16)与入口(18)连通，出口(19)与第二容器(9)连通。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于第二容器(9)位于第一容器(1)的上面与其固连，两容器四周有保温层，第一容器(1)的第一蒸发器(2)和第二蒸发器(3)之间有相通的隔板(20)。
4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于上输液管(13)上有节流阀(21)。
5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于第一压缩机(5)为微型压缩机，第二压缩机(12)为螺旋叶片式压缩机。
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| CN 200710048454 CN101012978A (zh) | 2007-02-09 | 2007-02-09 | 液态相变制冷装置 |
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| CN109028571A (zh) * | 2018-09-19 | 2018-12-18 | 东莞市正旭新能源设备科技有限公司 | 复叠式空气源热泵 |
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