CN102853589B - 制冷机及其循环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以氨或氯甲烷等制冷剂为工质的制冷机。这种制冷机除了包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等常规部件外，还包括多通阀、发电机和常规热机等主要部件，制冷机冷凝器的结构和传统制冷机冷凝器的结构不同，并且比传统制冷机多了一台蒸发器。这种制冷机能够通过其热力学过程从冷库中吸收热量并利用外界大气压力做功发电，而且能够利用膨胀功做功发电，并补偿压缩机耗电，因此可以节约电能。

Description

制冷机及其循环
技术领域
本发明提供一种以氨或氯甲烷等制冷剂为工质的制冷机。这种制冷机除了包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等常规部件外，还包括多通阀、发电机和常规热机等主要部件，制冷机冷凝器的结构和传统制冷机冷凝器的结构不同，并且比传统制冷机多了一台蒸发器。这种制冷机能够通过其热力学过程从冷库中吸收热量并利用外界大气压力做功发电，而且能够利用膨胀功做功发电，并补偿压缩机耗电，因此可以节约电能。
背景技术
我们知道，传统制冷机非常耗电，由于传统制冷机只使用膨胀阀，因此不能利用膨胀功做功发电，而且不能利用外界大气压力做功发电，而全球面临着地球变暖、化石燃料日渐枯竭的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种新型制冷机及其循环。这种新型制冷机包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、膨胀机、三通阀或多通阀、发电机、真空泵、两台蒸发器和常规热机等部件，并通过热力学循环实现制冷。
这种新型制冷机的冷凝器安装在一个密闭空间内，密闭空间内充满压力等于或高于一个大气压的气体，如空气或氢气或氦气，密闭空间内压力可以使温度等于环境温度的制冷剂液化，密闭空间能够和外界进行热交换。
这种新型制冷机冷凝器的结构和常规制冷机冷凝器的结构不同，这种新型制冷机的冷凝器是一个气缸组，由气缸1和气缸2等两个或多个气缸组成，目的是利用气体在冷凝器内放热过程后与密闭空间之间存在的压力差做功并使新型制冷机能连续工作，因为气体需要在封闭的气缸内经历近似等容放热过程及近似等压放热压缩过程，这些过程都需要时间来完成，如果冷凝器是单独一个气缸，新型制冷机将不能连续工作。气缸1和气缸2等气缸的入口可以依次连接压缩机的出口。相应地，一个三通阀或多通阀安装在压缩机出口，并连接气缸1和气缸2等气缸的入口，当制冷剂离开压缩机后将会进入气缸1或气缸2等气缸的内部。
冷凝器的各个气缸的结构是相同的。各个气缸的入口和出口有阀门，活塞能够在这些气缸的内部移动，各个气缸的出口阀门都是膨胀阀。
工质采用较易液化和气液体积比较大的制冷剂，如氨等。
它包括两种热力学循环，对于热力学循环1：
制冷剂依次流经压缩机、三通阀或多通阀、冷凝器、第一级蒸发器、膨胀机、第二级蒸发器，最后从第二级蒸发器进入压缩机。
汽态制冷剂在压缩机内被急速绝热压缩，温度升高，压强增大，使汽态制冷剂排出压缩机，压缩机出口的汽态制冷剂压力等于或高于密闭空间内气体压力。
汽态制冷剂排出压缩机后，通过三通阀或多通阀进入冷凝器的气缸1或气缸2等气缸内，例如先进入气缸1内。开始时，活塞在气缸1的底部，出口的阀门关闭，气缸1入口的阀门将会打开并连接压缩机。活塞的移动将会把从压缩机出来的汽态制冷剂吸入气缸1，这个过程类似于奥托循环的吸气过程。当活塞到达气缸1的顶部时，活塞固定在顶部，入口和出口的阀门都将会关闭，此时轮到气缸2的入口阀门打开并连接压缩机的出口。对于冷凝器气缸组的一系列气缸重复与气缸1同样的操作。
让汽态制冷剂在封闭的气缸1内先作等容放热过程，直到制冷剂温度降到等于环境温度，汽态制冷剂向常规热机放热，常规热机吸收这些热量并用来做功发电。
由于汽态制冷剂向常规热机放热，气缸1内压力将会降低并低于密闭空间内压力，此时将松开气缸1顶部的活塞，让密闭空间内压力对活塞压缩做功，使气缸1内压力升高到等于密闭空间内压力，这部分功是可以被新型制冷机利用来发电的；由于密闭空间内压力可以使温度等于环境温度的制冷剂液化，因此气缸1内汽态制冷剂将会液化。
当气缸1内压力等于密闭空间内气体压力时，气缸1的出口阀门将会打开，活塞继续向气缸1的底部移动并把液态制冷剂排出气缸1，当液态制冷剂排出气缸1后，出口阀门关闭，气缸1将会重新连接压缩机并重复等容放热过程和压缩过程。冷凝器的其它气缸将会经历与气缸1同样的等容放热过程和压缩过程。
液态制冷剂经出口阀门排出冷凝器的气缸后将进入第一级蒸发器，第一级蒸发器体积大小可以调节，由于冷凝器气缸的出口阀门是膨胀阀，具有降压降温作用，因此液态制冷剂进入第一级蒸发器温度和压力将会降低；调节膨胀阀及第一级蒸发器的体积，使液态制冷剂能够在第一级蒸发器内全部汽化成汽态制冷剂，并使第一级蒸发器内压力高于第二级蒸发器内压力，目的是为了使汽态制冷剂能够在进入膨胀机绝热膨胀制冷。
液态制冷剂在第一级蒸发器内全部汽化成汽态制冷剂后将进入膨胀机，液态制冷剂经过膨胀机绝热膨胀或多变吸热膨胀后降压降温，并做功发电，再进入第二级蒸发器，第二级蒸发器由于压缩机的抽吸作用因而压强较低。低温汽态制冷剂将从蒸发器及环境中吸热而变为常温汽态制冷剂，此汽态制冷剂最后被吸入压缩机进行下一循环。
在第二级蒸发器和压缩机之间增加一台真空泵，真空泵的作用使第二级蒸发器内压力更低，从而使第二级蒸发器达到更低的温度；低压汽态制冷剂经过真空泵绝热压缩后变为常压汽态制冷剂，常压汽态制冷剂经过压缩机绝热压缩后变为高压高温汽态制冷剂。
对于热力学循环2：
热力学循环2和热力学循环1大致相同，所不同的是制冷剂在冷凝器的气缸内的热力学过程是等压放热压缩过程。
也就是汽态制冷剂排出压缩机后，通过三通阀或多通阀进入冷凝器的气缸1或气缸2等气缸内，例如先进入气缸1内。开始时，活塞在气缸1的底部，出口的阀门关闭，气缸1入口的阀门将会打开并连接压缩机。活塞的移动将会把从压缩机出来的汽态制冷剂吸入气缸1，这个过程类似于奥托循环的吸气过程。当活塞到达气缸1的顶部时，入口和出口的阀门都将会关闭，此时轮到气缸2的入口阀门打开并连接压缩机的出口。对于冷凝器气缸组的一系列气缸重复与气缸1同样的操作。
让汽态制冷剂在封闭的离开压缩机出口的气缸1内作等压放热压缩过程，直到制冷剂温度降到等于环境温度时，由于汽态制冷剂向常规热机放热因而凝结为液体，常规热机吸收这些热量并用来做功发电。
由于汽态制冷剂放热过程温度降低而且逐渐凝结为液体，气缸1内气压将低于密闭空间内压力，因此密闭空间内气体压力将对活塞压缩做功，使气缸1内压力升高到等于密闭空间内压力，这部分功是可以被新型制冷机利用来发电的。
当气缸1内液态制冷剂温度等于环境温度时，气缸1的出口阀门将会打开，活塞继续向气缸1的底部移动并把液态制冷剂排出气缸1。气缸1将会重新连接压缩机并重复等压放热压缩过程。冷凝器的其它气缸会经历与气缸1同样的等容放热过程和压缩过程。
具体实施方式
下面介绍一具体实施例，具体实施方式不局限于此一例。
新型制冷机和传统制冷机非常相似，因此，可以把传统制冷机改装成新型制冷机。
为了把传统制冷机改装成新型制冷机，需要在传统制冷机的压缩机出口和冷凝器进口之间安装一个三通阀或多通阀，并把冷凝器改装成由两个或多个气缸组成的气缸组，这些气缸的入口和出口有阀门，各个气缸的出口阀门都是膨胀阀，活塞能够在这些气缸的内部移动。
为了使密闭空间内气体压力更多地对活塞压缩做功，这部分功是可以被新型制冷机利用的，工质采用较易液化和气液体积比较大的制冷剂，如氨等，并使密闭空间内充满压力高于一个大气压的气体，密闭空间内压力可以使温度等于环境温度的制冷剂液化。例如，以氨为制冷剂，如果环境温度为30度，则密闭空间内压力应该设定为大于或等于1.1672Mpa，因为在此压力下，30度的氨将会液化。
液态制冷剂排出冷凝器后将进入膨胀阀，液态制冷剂经过膨胀阀后降压降温，再进入第一级蒸发器，调节膨胀阀及第一级蒸发器的体积，使液态制冷剂能够在第一级蒸发器内全部汽化成汽态制冷剂，并使第一级蒸发器内压力高于第二级蒸发器内压力，目的是为了使汽态制冷剂能够在进入膨胀机绝热膨胀制冷。例如，以氨为制冷剂，如要使第一级蒸发器内温度为0度，则应使第一级蒸发器内压力小于0.4294Mpa，因为低于此压力，0度的氨将会汽化。
液态制冷剂在第一级蒸发器内全部汽化成汽态制冷剂后将进入膨胀机，液态制冷剂经过膨胀机绝热膨胀或多变吸热膨胀后降压降温，并做功发电，再进入第二级蒸发器，第二级蒸发器由于压缩机的抽吸作用因而压强较低。低温汽态制冷剂将从蒸发器及环境中吸热而变为常温汽态制冷剂，此汽态制冷剂最后被吸入压缩机进行下一循环。
由于蒸发器和冷凝器与环境之间存在温度差，因此可以在蒸发器和冷凝器与环境之间安装常规热机，常规热机利用温度差做功发电。

Claims (4)

1.一种制冷机及其循环，其特征在于：这种制冷机包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、膨胀机、三通阀或多通阀、发电机、真空泵、两台蒸发器和热机；制冷剂依次流经压缩机、三通阀或多通阀、冷凝器、第一级蒸发器、膨胀机、第二级蒸发器，最后从第二级蒸发器进入压缩机；冷凝器安装在一个密闭空间内，密闭空间内充满压力等于或高于一个大气压的气体，密闭空间内压力可以使温度等于环境温度的制冷剂液化，密闭空间能够和外界进行热交换；冷凝器是一个气缸组，由两个或多个气缸组成，利用气体在冷凝器内放热过程后与密闭空间之间存在的压力差做功并使制冷机能连续工作，各个气缸的出口阀门都是膨胀阀；液态制冷剂经过膨胀机绝热膨胀或多变吸热膨胀后降压降温，并做功发电，实现节约电能。
2.根据权利要求1所述的一种制冷机及其循环，其特征在于：所述的制冷机的液态制冷剂经冷凝器气缸的出口阀门排出冷凝器的气缸后将进入第一级蒸发器，第一级蒸发器体积大小可以调节；调节膨胀阀及第一级蒸发器的体积，使液态制冷剂能够在第一级蒸发器内全部汽化成汽态制冷剂，并使第一级蒸发器内压力高于第二级蒸发器内压力。
3.根据权利要求1所述的一种制冷机及其循环，其特征在于：所述的制冷机的液态制冷剂在第一级蒸发器内全部汽化成汽态制冷剂后进入膨胀机，液态制冷剂经过膨胀机绝热膨胀或多变吸热膨胀后降压降温，并做功发电，再进入第二级蒸发器。
4.根据权利要求1所述的一种制冷机及其循环，其特征在于：所述的真空泵设置在第二级蒸发器和压缩机之间，真空泵的作用使第二级蒸发器内压力更低，从而使第二级蒸发器达到更低的温度；低压汽态制冷剂经过真空泵绝热压缩后变为常压汽态制冷剂，常压汽态制冷剂经过压缩机绝热压缩后变为高压高温汽态制冷剂。
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