CN107166794A - 换热器与压缩机组合的节能应用 - Google Patents

Abstract

换热器与压缩机组合的节能应用，将制热、制冷设备冷凝器中未被充分散发的热量通过换热器组进行热交换，使这些废热不再进入蒸发器，而是直接回收到热端，使冷端温度更低，而热端温度更高，从而提高制冷、制热设备的电热转化效率。或者用于热电转化，装备于舰船艇排气通道的废热集热器外围，从排气中吸收热量进入系统，再通过半导体温差发电片、斯特林发动机等转化为电能或机械能产生助力，增加续航能力，潜艇不再发高烧，不易被敌方探测。或者用于装配热电站，靠太阳能辐射发电，热能利用效率更高。

Description

换热器与压缩机组合的节能应用

技术领域

本发明涉及一种提高压缩机制冷、制热效率的方案，尤其涉及换热器与压缩机组合成的制冷、制热装置。

背景技术

要想提高制热、制冷设备的效率，就应想方设法在不增加压缩机功耗的前提下，将高温端的冷凝器温度尽量提高，同时将低温端的蒸发器温度尽量降低，以加大温差而提高电热转化效率。

而现在的空调、冷库、冰箱、冰柜等制热、制冷设备中，气态介质经过压缩机压缩后，进入冷凝器液化放热，但温度较高的介质在冷凝器中并不能彻底散热冷却，然后直接通过膨胀阀进入了蒸发器气化吸热，将未能完全散发的热量也带入了蒸发器，导致蒸发器温度不能达到足够低。同时温度较低的冷介质，在蒸发器中也不能充分吸热升温，便直接进入了压缩机的介质入口，迫使压缩机工作在较高的温差状态，而实际冷凝器和蒸发器之间的温差并不很大，所以严重影响了其电热转化效率。

发明内容

目前，虽然制冷、制热设备的电热转化效率已达几倍，但本人认为其效率还可在现有基础上提高一倍以上，达到10倍左右的电热转化效率。方案就是采用换热器与压缩机组合，特别是采用两级换热器组成的换热器组与压缩机及膨胀阀组成的组合方案。

本发明所采用的技术方案是：

换热器与压缩机组合的节能应用，包含压缩机、冷凝器、换热器、膨胀阀、蒸发器和各种连接管道。

将经过冷凝器后未能及时散完热的液态介质，在其进入膨胀阀之前，接入换热器；同时也将从蒸发器返回压缩机前的低温气态介质也接入换热器的另一通道，来自冷凝器中的高温液态介质，与来自蒸发器中的低温气态介质，在邻近通道中逆向流动，发生热交换，来自冷凝器的液态热介质的热，不随介质流向蒸发器，而被从蒸发器逆向流来的冷介质从换热器中带回压缩机，使压缩机进出口之间的温差减小，压差减小，所以降低压缩机的功耗。同时，进入膨胀阀气化的液态介质气化前就已经处于低温状态，所以介质在蒸发器中再气化吸热后，蒸发器中温度就能达到更低，冷凝器和蒸发器之间的温差增大。所以大大提高了制热、制冷效率。

进一步，采用两级换热器组合，增加一个副膨胀阀，将少量的液态介质通过副膨胀阀后，进入低温换热器的冷介质通道，并在低温换热器冷介质通道中气化吸热，使从冷凝器流来的液态介质，经高温换热器降温后，再流入低温换热器，进一步降温，使流向主膨胀阀和副膨胀阀的液态介质温度更低，所以液态介质在蒸发器中蒸发吸热后，蒸发器的温度就更低。将冷凝器置于外界环境中，便能在蒸发器中获得很低的低温内环境，用于制冷作用；或者将蒸发器置于外界环境中，便能在冷凝器获得很高的高温内环境，用于制热作用。

详细组合方式是：

压缩机的介质出口与冷凝器的介质入口通过管道密闭连通连接，冷凝器的介质出口与换热器组中的高温换热器的热介质入口通过管道密闭连通连接，高温换热器的热介质出口与低温换热器的热介质入口通过管道密闭连通连接，低温换热器的热介质出口、主膨胀阀的介质入口和副膨胀阀的介质入口通过下三通道密闭连通连接，副膨胀阀的介质出口与低温换热器的冷介质入口通过管道密闭连通连接，主膨胀阀的介质出口与蒸发器的介质入口通过管道密闭连通连接，蒸发器的介质出口、低温换热器的冷介质出口和高温换热器的冷介质入口通过上三通管道密闭连通连接，高温换热器的冷介质出口与压缩机的介质入口管道密闭连通连接，如此形成一个闭合循环通道。

工作原理是：来自蒸发器的较冷介质，在换热器中，将冷凝器流出的热介质的热吸收并带回压缩机的低压端，这些热不再进入蒸发器，使蒸发器的温度保持在较低状态，同时这些被带回的热量并不损失，而是被带回系统的高温循环部分，所以此方案能使高温端保持较高温度，同时来自冷凝器的温度较高的液态介质的热，并不随介质一起进入蒸发器，使低温端能保持较低温度，但压缩机的负荷并没有发生明显变化，所以能使其制热、制冷效率大幅提高。

采用双换热器组合的目的是提升高温端的温度的同时，进一步降低低温端的温度，而流过副膨胀阀的介质流量很小就能维持进入主副膨胀阀的流体介质保持低温：经过副膨胀阀后的液态介质，在低温换热器冷介质通道中气化吸热，使经高温换热器初步降温后流来的液态介质进一步降温，降温后的介质再经副膨胀阀再在低温换热器冷介质通道中气化吸收后，能再使低温换热器冷介质通道的温度再更进一步降低，如此下去，低温换热器流向主、副膨胀阀的介质的温度逐步下降达到很低，所以这些温度很低的液态介质通过主膨胀阀进入蒸发器中后，再气化吸热，将导致蒸发器温度很低，也就是冷凝器与蒸发器之间的温差达到很大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：制冷制热设备与换热器组的节能组合图。

图2：将高低温换热器合并为一个整体的结构图。

图3：将主副膨胀阀合并用一个膨胀阀的结构图。

1-压缩机、2-冷凝器、3-高温换热器、4-低温换热器、5-主膨胀阀、6-蒸发器。

其中压缩机1包括：101-压缩机的介质入口、102-压缩机的介质出口。

其中冷凝器2包括：201-冷凝器的介质入口、202-冷凝器的介质出口。

其中高温换热器组3包括：301-高温换热器的热介质入口、302-高温换热器的热介质通道、303-高温换热器的热介质出口、304-高温换热器的冷介质入口、305-高温换热器的冷介质通道、306-高温换热器的冷介质出口。

其中低温换热器4包括：401-低温换热器的热介质入口、402-低温换热器的热介质通道、403-低温换热器的热介质出口、404-低温换热器的冷介质入口、405-低温换热器的冷介质通道、406-低温换热器的冷介质出口，407-下三通，408-副膨胀阀，409-上三通。

其中蒸发器6包括：601-蒸发器的介质入口、602-蒸发器的介质出口。

具体实施方式

为实现本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照附图1的实施例的制冷制热设备与换热器组的节能组合，经压缩机1加压后的气态介质，由压缩机的介质出口102、冷凝器2的介质入口201进入冷凝器2内液化放热，然后由冷凝器的介质出口202、高温换热器3的热介质入口301进入高温换热器3的热介质通道302，与高温换热器冷介质通道305中的中温介质换热，温度降低，然后经过高温换热器的热介质出口303、低温换热器4的热介质入口401进入低温换热器的热介质通道402，与低温换热器的冷介质通道405中的低温介质换热，温度进一步降低，然后经过低温换热器的热介质出口403后，由下三通407分为两路，一路经过副膨胀阀408后，由低温换热器的冷介质入口404进入低温换热器的冷介质通道405，在低温换热器冷介质通道405中气化吸热，使低温换热器热介质通道402中逆行的液态介质温度更进一步降低，也就使再经过副膨胀阀408进入低温换热器冷介质通道405的介质温度更低，再气化吸热后，低温换热器的热介质通道温度再进一步下降，如此往复，低温换热器冷介质通道中的温度梯度下降。所以流过副膨胀阀408的介质流量很小，也能维持低温换热器4中冷热介质通道的温度达到很低。所以增加副膨胀阀后，压缩机1的功耗增加极小，而使流向主膨胀阀5的液态介质温度更低；低温换热器热介质通道403流出的介质，经下三通407后的分得的另一路，经过主膨胀阀5后，温度很低的液态介质通过蒸发器的介质入口601进入蒸发器6中气化吸热，使蒸发器6的温度降低到非常低。在蒸发器6中吸热后的气态介质，由蒸发器的介质出口602流出，再经上三通409与来自低温换热器4的冷介质出口406合并后，进入高温换热器3的冷介质入口304，然后在高温换热器的冷介质通道305中，吸收高温换热器热介质通道302的余热，经余热预热后的介质由高温换热器的冷介质出口306流向压缩机1的介质入口101。所以，使用本发明的制冷、制热设备与换热器组的节能组合，压缩机1的功耗增加较少，但能使冷凝器2的温度更高，同时蒸发器6的温度更低，或者在相同制冷量的状况下，使压缩机的功耗就大幅降低。

参照附图1，特别地，高温换热器组3和低温换热器4的部分或全部，或者集成在冷凝器2的内部，或者集成在蒸发器6的内部，从而减少了连接管道，或者独立于冷凝器2和蒸发器6的外部；参照附图1、附图2和附图3，或者高温换热器3和低温换热器4合并成一个整体换热器，并在侧壁安装进出口与冷介质通道互通，直接将蒸发器6的介质出口602接入这个进出口，同时不再使用上三通409，结构不同，功用一样，都属于本发明的涵盖范围。

参照附图1、附图2和附图3，或者省略副膨胀阀408，将主膨胀阀移5移到低温换热器4的热介质出口与下三通407之间，即主、副膨胀阀合并为一个主膨胀阀5，低温换热器的热介质出口403与主膨胀阀5的介质入口管道密闭连通连接，主膨胀阀5、低温换热器的冷介质入口404和蒸发器6的介质入口601通过三通管密闭连通连接。

Claims (1)

1.换热器与压缩机组合的节能应用，由换热器、压缩机、膨胀阀、冷凝器、蒸发器及相应的连接管道密闭连通组成，其特征在于：压缩机(1)的介质出口(102)与冷凝器(2)的介质入口(201)通过管道密闭连通连接，冷凝器的介质出口(202)与换热器组中的高温换热器(3)的热介质入口(301)通过管道密闭连通连接，高温换热器的热介质出口(303)与低温换热器(4)的热介质入口(401)通过管道密闭连通连接，低温换热器的热介质出口(403)、主膨胀阀(5)的介质入口和副膨胀阀(408)的介质入口通过下三通(407)密闭连通连接，副膨胀阀(408)的介质出口与低温换热器(4)的冷介质入口(404)通过管道密闭连通连接，主膨胀阀(5)的介质出口与蒸发器(6)的介质入口(601)通过管道密闭连通连接，蒸发器(6)的介质出口(602)、低温换热器(4)的冷介质出口(406)和高温换热器(3)的冷介质入口(304)通过上三通(409)管道密闭连通连接，高温换热器(3)的冷介质出口(306)与压缩机(1)的介质入口(101)管道密闭连通连接，如此形成一个闭合通道；

所述的高温换热器组(3)和低温换热器(4)的部分或全部，或者集成在冷凝器(2)的内部，或者集成在蒸发器(6)的内部，从而减少了连接管道，或者独立于冷凝器(2)和蒸发器(6)的外部，或者高温换热器(3)和低温换热器(4)合并成一个整体换热器，并在侧壁安装进出口与冷介质通道互通，直接将蒸发器(6)的介质出口(602)接入这个进出口，同时不再使用上三通(409)，都属于本发明的涵盖范围；

或者省略副膨胀阀(408)，将主膨胀阀移(5)移到低温换热器(4)的热介质出口与下三通(407)之间，即主、副膨胀阀合并为一个主膨胀阀(5)，低温换热器的热介质出口(403)与主膨胀阀(5)的介质入口管道密闭连通连接，主膨胀阀(5)、低温换热器的冷介质入口(404)和蒸发器(6)的介质入口通过三通管密闭连通连接。