CN103339451A - 用热源作动力的无压缩机的制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种制冷系统，包括：热源（1），提供热能；动力发生器（2），通过热源（1）将制冷工质（3）加热，使之温度和压力升高并发生气化；冷凝器（5），由于动力发生器（2）内产生的压力差作用，液态制冷工质（3）从动力发生器（2）流入冷凝器（5），液态制冷工质（3）温度降低；节流阀（7），使得液态制冷工质（3）减压并吸收热量而喷出到蒸发器（8）；蒸发器（8），制冷工质在蒸发器（8）内与制冷输出（10）进行热交换；和液态工质回流装置（15），以便积累在蒸发器（8）底部的液态工质（3）在重力作用下自由地流回动力发生器（2）内；其中蒸发器（8）、液态工质回流装置（15）和动力发生器（2）三者由高到低上下布置。

Description

用热源作动力的无压缩机的制冷系统 技术领域

本申请涉及一种制冷系统 , 特别的， 涉及一种用热源作动力的无压缩 机的制冷系统。 背景技术

常规的压缩式制冷器由四部分组成： 压缩机、 冷凝器、 蒸发器和膨胀 阀。其工作过程为：压缩机抽取蒸发器里气化后的较低压力的热交换工质（例 如氟利昂）气体， 并压缩使得工质气体变成高压气体， 送入冷凝器内， 该高 压气体在冷凝器内被冷却凝结成高压的液态， 经膨胀阀节流后， 成为低压的 液态工质送入蒸发器， 常温低压的液态工质在蒸发器里从制冷输出吸热， 如 此就完成一个制冷循环。

压缩制冷技术存在一些问题， 例如造价高、 不便安装、 消耗电能并且 噪音大。

为解决压缩制冷所存在的问题， 如中国发明专利申请 CN1710346公开 了一种太阳能空调器。 如图 4所示， 该太阳能空调器包括在一侧设有用于将 光能转换为热能的光管接收器 8的储能器 2, 储能器 2内腔的管状交换器 3 中容纳有低沸点的工质。 制冷过程中， 该工质在交换器 3内受热气化， 形成 高温高压气体，此气体从交换器输出到室外冷凝器 10, 降温降压后经过减压 节流阀 12。 此时， 该工质呈低温液态状态并进入室内蒸发器 11吸收热量， 从而降低室内温度。 然后， 该工质通过助力器 7, 经过增减压阀 6, 由电磁 四通阀进入储能器中的交换器 3 , 完成循环。

上述文献中的空调器在热交换工质的循环中虽然没有使用压缩机， 但 仍然使用了助力器 7推动蒸发器内的工质回流到交换器以实现工质循环， 这 样的结构仍然类似压缩机， 没有根本上解决工质在热交换后从蒸发器回流到 交换器的动力问题。 发明内容

为了解决上述问题, 本发明意在提供一种不采用压缩机仅利用热源来 实现制冷的制冷系统。 本发明提供一种制冷系统， 包括： 热源， 提供热能； 动力发生器， 通 过布置于动力发生器内的热源将制冷工质加热，使之温度和压力升高并发生 气化； 冷凝器， 由于动力发生器内的高温产生的压力差作用， 液态制冷工质 从动力发生器流入冷凝器， 在冷凝器中， 液态制冷工质温度降低； 节流阀， 节流阀控制使得经过冷凝器的液态制冷工质在所述压力差作用下从节流阀 喷出， 液态制冷工质经过节流阀的射流作用减压并吸收热量； 蒸发器， 从节 流阀喷出的低温低压制冷工质被喷入蒸发器， 在所述蒸发器内， 制冷工质与 制冷输出进行热交换， 并以液态制冷工质形式积累在蒸发器底部； 和液态工 质回流装置， 积累在蒸发器底部的液态工质通过液态工质回流装置在重力作 用下自由地流回动力发生器内， 其中， 所述液态工质回流装置包括上阀门、 储液罐和下阀门， 储液罐上端经过上阀门与蒸发器相连， 储液罐下端经过下 阀门与动力发生器相连， 并且上阀门、 下阀门分别先后开启， 不同时开启， 其中蒸发器、 液态工质回流装置和动力发生器三者由高到低上下布置。

在本发明中， 可利用常见的各种形式热源来加热工质， 使得工质从动 力源流向蒸发器， 并利用重力作为工质从蒸发器回流到动力源的动力来源。 在重力作用下， 上下阀门错时开启， 通过储液罐分两次平衡动力发生器与蒸 发器之间的压力差，从而将完成热交换的液态工质从蒸发器送回到动力发生 器， 并再次进入循环。 如此， 合理地解决了因动力发生器与蒸发器之间的压 力差而无法回流工质的问题。 附图说明

图 1是本发明的制冷系统的第一实施方式的示图。

图 2是液态工质回流装置的工作状态的示图， 其中上阀门打开。

图 3是本发明的制冷系统的第二实施方式的示图。

图 4是现有技术的制冷系统的示图。 具体实施方式

如图 1所示， 本发明的制冷系统包括： 提供热能的热源 1、 容纳液态工 质 3和气态工质 4的动力发生器 2、 冷凝器 5、 节流阀 7、 蒸发器 8、 制冷输 出 10和液态工质回流装置 15。 动力发生器 2通过布置于动力发生器 2内的 热源 1将包括液态工质 3和气态工质 4的制冷工质加热，使之温度和压力升 高并发生气化。 由于动力发生器 2内的高温产生的压力差作用， 液态制冷工 质 3从动力发生器 2流入冷凝器 5 ,在冷凝器 5中，液态制冷工质温度降低。 节流阀 7控制使得经过冷凝器的液态制冷工质在所述压力差作用下从节流阀 7喷出， 液态制冷工质经过节流阀 7的射流作用减压并吸收热量。 从节流阀 7喷出的低温低压制冷工质被喷入蒸发器 8, 在所述蒸发器 8内， 制冷工质 与制冷输出 10进行热交换， 并以液态制冷工质形式积累在蒸发器 8底部。 积累在蒸发器 8底部的液态工质通过液态工质回流装置 15在重力作用下自 由地流回动力发生器内。

所述液态工质回流装置 15包括上阀门 12、 储液罐 13和下阀门 14, 储 液罐 13上端经过上阀门 12与蒸发器 8相连， 储液罐 13下端经过下阀门 14 与动力发生器 2相连， 并且上阀门 12、 下阀门 14分别先后开启， 不同时开 启。其中蒸发器 8、液态工质回流装置 15和动力发生器 2三者由高到低上下 布置。

整个系统的具体工作过程如下： 液态工质 3在动力发生器 2中被加热， 温度和压力升高，并发生气化。在整个系统中， 蒸发器端处于低温低压状态， 动力发生器端处于高温高压状态。 例如， 蒸发器端温度为 20°C , 动力发生器 端温度为 60°C。 则根据下表， 以 F-12为例， 20°C的压力为 0.4689MPa, 60 °C 的压力为 1.427MPa , 也就是说， 蒸发器端和动力发生器端的压力差为 0.958MPa。

在蒸发器端和动力发生器端的压力差作用下， 位于动力发生器下方的 未气化的液态工质，通过动力发生器中位于气液分界面下方的管道出口流出 动力发生器 2, 达到冷凝器 5。 在冷凝器 5处， 液态工质温度下降， 但仍是 高压液态工质。 该高压液态工质从节流阀喷射到蒸发器 8中。 此时液态工质 压力降低， 气化并吸收蒸发器内的制冷输出的热量， 实现热交换。 表 1冷却用工质的温度压力对照表 为了防止动力发生器和蒸发器之间的压力差减小并使工质能够回流到 动力发生器中继续循环使用，在动力发生器和蒸发器之间设置液态工质回流 装置 15。

液态工质回流装置 15 包括例如电子开关形式的上阀门 12、 储液罐 13 和例如电子开关形式的下阀门 14。储液罐 13上端经过上阀门 12与高度蒸发 器 8相连， 下端经过下阀门 14与动力发生器 2相连。

特别的是， 蒸发器 8、 液态工质回流装置 15和动力发生器 2三者由高 到低上下布置。

该蒸发器中的气态工质经过与制冷输出 10的热交换后， 变为低温低压 的液态工质。液态工质累积在蒸发器底部。与蒸发器 8底部相连的上阀门 12 定期开启。 打开并经过预定时间后， 储液罐 13与蒸发器 8压力平衡， 储液 罐 13底部的液态工质因重力作用自由地流入储液罐 13中， 如图 2所示。 此 后， 上阀门 12关闭。 然后， 下阀门 14打开， 经过预定时间后， 储液罐 13 与动力发生器 2压力平衡， 储液罐 13中的液态工质同样因重力作用自由地 流回动力发生器 2。 此后， 下阀门 14关闭。 通过上下阀门的交替开启， 就实 现了动力发生器和蒸发器的压力隔离。通过液态工质回流装置 15 , 既保持动 力发生器和蒸发器之间的压力差可以继续推动系统运行， 又实现了液态工质 的回流。 通过上述过程完成制冷循环。

这样， 本发明中仅通过重力作用就实现了工质从蒸发器到动力源的回 流， 并且通过上下阀门保持动力发生器和蒸发器之间具有预定的压力差， 使 得整个系统持续运行。

所述阀门的定期开闭时间间隔可以通过控制器控制。

在本发明中， 优选地， 还可以采用水冷或风冷方式。 如图 3 所示， 在 本发明中， 采用双冷凝串联方式， 先经过蓄热水箱 20, 然后再经过风冷冷凝 器， 二次冷却。

制冷工质可以是氨、 F12、 F22、 F502、 液氮、 134A等等。

如上所述， 本发明利用常见的各种形式热源作为工质从动力源流向蒸 发器的动力来源， 并利用重力作为工质从蒸发器回流到动力源的动力来源。 从根本上取消了常规制冷系统中的采用压缩机所涉及的电能-机械能转换的 复杂过程， 结构筒单， 成本降低， 适用于各种场合。

因此， 本发明的制冷系统节省能源， 可利用各种常见热源， 例如热水 器、 各种锅炉余热等等， 不需要如压缩制冷中所需的大量电能。 另外， 本发 明的制冷系统没有压缩机产生的噪声， 成本低， 适用范围广。 实施者可以根 据各地不同情况采用不同热源来源， 例如太阳能热源、 电加热器热源、 或锅 炉等余热热源等等都可以用做热源。

Claims (7)

1. 权利要求书

   1. 一种制冷系统， 包括：

   热源， 提供热能；

   动力发生器， 通过布置于动力发生器内的热源将制冷工质加热， 使之 温度和压力升高并发生气化；

   冷凝器， 由于动力发生器内的高温产生的压力差作用， 液态制冷工质 从动力发生器流入冷凝器， 在冷凝器中， 液态制冷工质温度降低；

   节流阀， 节流阀控制使得经过冷凝器的液态制冷工质在所述压力差作 用下从节流阀喷出， 液态制冷工质经过节流阀的射流作用减压并吸收热量； 蒸发器， 从节流阀喷出的低温低压制冷工质被喷入蒸发器， 在所述蒸 发器内， 制冷工质与制冷输出进行热交换， 并以液态制冷工质形式积累在蒸 发器底部； 和

   液态工质回流装置， 积累在蒸发器底部的液态工质通过液态工质回流 装置在重力作用下自由地流回动力发生器内，

   其中蒸发器、 液态工质回流装置和动力发生器三者由高到低依次上下 布置。
2. 2. 如权利要求 1所述的制冷系统， 其中， 所述液态工质回流装置包括 上阀门、 储液罐和下阀门， 储液罐上端经过上阀门与蒸发器相连， 储液罐下 端经过下阀门与动力发生器相连， 并且上阀门、 下阀门分别先后开启， 不同 时开启。
3. 3. 如权利要求 1所述的制冷系统， 其中， 液态工质通过动力发生器中 位于气液分界面下方的管道出口流出动力发生器。
4. 4. 如权利要求 1所述的制冷系统， 其中， 冷凝器采用水冷或风冷方式 或两者的串联。
5. 5. 如权利要求 1所述的制冷系统， 其中， 制冷工质是任何气液相变制 冷剂。
6. 6. 如权利要求 5所述的制冷系统， 其中， 制冷工质是氨、 F12、 F22、 F502、 液氮、 134A。
7. 7. 如权利要求 1所述的制冷系统， 其中， 液态工质回流装置定时开启。