CN110822761B - 一种基于四通换向阀的制冷制热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于四通换向阀的制冷制热系统，通过管路顺次相连通的压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器；所述制冷制热系统中包括四通换向阀，所述四通换向阀包括阀体，所述阀体上设置有第一出口、第二出口、第三出口、第四出口，特征在于：所述阀体内部设置有气体通道，所述第一出口、所述第二出口、所述第三出口和所述第四出口通过阀体内的气体通道相连通，所述阀体内设置有第一阀芯组件和第二阀芯组件，所述第一阀芯组件和所述第二阀芯组件能够在阀体内部移动实现气体出口的连通和关闭。其有益效果是：本发明提供的高压四通换向阀的结构简单、操作方便，能够适应二氧化碳制冷系统的高压力，在二氧化碳制冷系统中实现制冷和制热的换向，使用安全。

Description

一种基于四通换向阀的制冷制热系统
技术领域
本发明涉及制冷机械领域，特别涉及一种基于四通换向阀的制冷制热系统。
背景技术
人们在准备建设新的冷链项目时，最需要解决就是选择制冷剂的问题。不要小看制冷剂的选择，制冷剂的选择已经不是简单的技术问题，而是上升到前所未有的高度，成为所有业主不得不关切的问题。项目能否顺利进行，制冷剂的选用关系到环保部门，安监部门的审批；政策是一道门槛，跨过门槛，关上门，用户盘算的是自己的家务事，制冷剂的选择关系到用户建设制冷系统的初投资，制冷系统的运行费用和维护费用。
从安全、环保、经济投入等多方面综合考虑，二氧化碳制冷剂都是理想的选择，但是二氧化碳的压力高，对承压材料具有特殊要求。制冷原理其实就是温度与压力的博弈，压力要控制好，压力过大的时候，我们要将它降低，压力过小，产生负压时，我们需要提高压力。因为二氧化碳压力高，通常二氧化碳制冷剂不会单独使用，高到一定程度，就超过临界点，没有了冷凝过程，而那个临界点的温度是31.06℃，压力是7.4MPa，就是74公斤。传统的氨或氟制冷系统，系统压力只有不到20公斤。因此，传统的制冷系统组件应用到二氧化碳系统时，需要进行改进以适应二氧化碳系统的高压力和高流动性。特别是用于切换制冷和制热的四通换向阀更是重要。
现有的四通换向阀基本都是如CN205841856U号专利所示的结构，该类四通换向阀具有一阀座(2)，阀座(2)内部具有一腔室，在腔室中滑动设置有一阀芯(3)，阀芯(3)在腔室内具有两个停留位置，即制冷位置和制热位置，所述阀座(2)上连接有四个连接管，四个连接管分别与阀座(2)内部的腔室连通，所述先导阀(9)作用在所述阀芯(3)上，以驱使阀芯(3)在制冷位置和制热位置之间切换，在制冷位置上四个连接管中两两连通，在制热位置上四个连接管中两两交换连通；所述四个连接管在阀座(2)上所设的位置相隔，使得这四个连接管在空间中形成非接触布置，该隔热型阀座在四个连接管相互之间形成隔热桥，该隔热桥切断所述四个连接管彼此之间的热传递路径；该阀芯(3)将阀座 (2)内的腔室隔离成两条相互隔热的内部交换通道。但是该种四通换向阀用于二氧化碳制冷系统，由于其承受的压力有限，不安全。
因此，设计一种能够在制冷系统中实现制冷和制热的换向、结构简单、操作方便、适应压差大的制冷系统的基于四通换向阀的制冷制热系统，是本发明的创研动机。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够在制冷系统中实现制冷和制热的换向、结构简单、操作方便、适应压差大的制冷系统的基于四通换向阀的制冷制热系统。
本发明提供的一种基于四通换向阀的制冷制热系统，其技术方案为：
一种基于四通换向阀的制冷制热系统，通过管路顺次相连通的压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器；所述制冷制热系统中包括四通换向阀，所述四通换向阀包括阀体，所述阀体上设置有第一出口、第二出口、第三出口、第四出口，特征在于：所述阀体内部设置有气体通道，所述第一出口、所述第二出口、所述第三出口和所述第四出口通过阀体内的气体通道相连通，所述阀体内设置有第一阀芯组件和第二阀芯组件，所述第一阀芯组件和所述第二阀芯组件能够在阀体内部移动实现气体出口连通关系的转换。
优选地，阀芯组件包括弹簧、阀芯、螺杆、阀管和轴套，所述螺杆的两端分别与两个阀芯连接，所述弹簧的一端与其中一个阀芯连接，另一端与弹簧固定底座连接，所述阀管套在所述螺杆上，阀管面向出口的一侧为开口结构，开口结构使得气体能够进入四通换向阀内部。
优选地，所述阀体包括动力气源接入口，所述动力气源接入口与高压动力气源或压缩机连接，通过气体压力和弹簧相互配合推动阀芯组件移动，实现气体出口连通关系的转换。
优选地，所述阀芯上设置有轴套，所述轴套与所述阀管相配合，轴套与阀管组合后能够阻止气体通过。
优选地，阀体由相互配合的上封板和下封板构成，所述阀体上设置有阀盖，所述阀体为方形结构。
优选地，所述制冷制热系统包括第一四通换向阀、第二四通换向阀和第三四通换向阀，所述第一四通换向阀的四个出口分别通过气体管道连接到冷凝器入口、压缩机入口、压缩机出口和蒸发器出口；所述第二四通换向阀的其中两个出口分别通过气体管道连接到冷凝器出口、气液分离器入口，另外两个出口分别与所述第三四通换向阀的两个出口连接；所述第三四通换向阀的两个出口分别与储液器出口、蒸发器入口连接，另外两个出口分别与所述第二四通换向阀的两个出口连接。
优选地，在制冷模式下，第一四通换向阀将压缩机出口和冷凝器入口导通，将蒸发器出口与压缩机入口导通；第二四通换向阀将冷凝器出口与气液分离器入口导通，另外两个出口与第三四通换向阀导通；第三四通换向阀将储液器出口与蒸发器入口导通，另外两个出口与第二四通换向阀导通；
在制热模式下，第一四通换向阀将压缩机出口和蒸发器导通，将冷凝器入口与压缩机入口导通；第二四通换向阀将冷凝器出口与第三四通换向阀导通，将第三四通换向阀与气液分离器入口导通；第三四通换向阀将储液器出口与第二四通换向阀导通，将蒸发器与第二四通换向阀导通。
优选地，冷凝器是闪蒸式冷凝器，所述闪蒸式冷凝器包括壳体、负压风机、换热装置和液体雾化装置，所述负压风机设置在所述壳体上，所述负压风机使壳体内部形成负压环境，所述液体雾化装置和所述换热装置设置在所述壳体内，所述液体雾化装置将雾化后的液体喷射到壳体内部，雾化液体在负压环境下蒸发为蒸汽，将换热装置内的二氧化碳介质完全冷凝液化。
优选地，所述制冷制热系统包括压差经济器，所述压差经济器包括抽吸组件、两个以上的气液分离器，两个以上的气液分离器串接在一起，所述气液分离器与所述抽吸组件相连通，所述气液分离器中存在的气体或者液体闪蒸出来的气体能够通过抽吸组件抽走，降低所述气液分离器中液体的温度。
优选地，所述制冷制热系统是以二氧化碳为介质的二氧化碳制冷制热系统。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提供的高压四通换向阀的结构简单、操作方便、方便换向、使用安全。通过气体压力的变化和弹簧相互配合推动阀芯组件移动，实现气体出口连通关系的转换，而气体压力可以根据使用环境来增加，能够适应二氧化碳制冷系统的高压力，在二氧化碳制冷系统中实现制冷和制热的换向，本发明的高压动力气源可以选择二氧化碳制冷系统中的压缩机，能够确保四通换向阀的压力与制冷系统的压力相适配，用一个压缩机就能够实现两个功能。当然本发明的高压四通换向阀也可用于其他领域。
附图说明
图1为本发明的基于四通换向阀的制冷制热系统在制冷模式下的结构示意图。
图2为本发明的基于四通换向阀的制冷制热系统在制热模式下的结构示意图。
图3为本发明的高压四通换向阀立体结构示意图。
图4为高压四通换向阀内部结构示意图。
图5为制热模式下四通换向阀截面示意图。
图6为制冷模式下四通换向阀截面示意图。
图7为闪蒸式冷凝器方案一结构示意图。
图8为闪蒸式冷凝器方案二结构示意图。
图9为闪蒸式冷凝器方案三结构示意图。
图中：10、压缩机；11、冷凝器；12、储液器；13、蒸发器；14、气液分离器；15、抽吸组件；16、电磁阀；17、调节膨胀阀；18、单向阀；26、负压风机； 27、壳体；28、换热装置、29、液体雾化装置；30、第一静压腔；31、第二静压腔；32、调压装置；33、补水装置；34、蒸汽循环管路；35、第一四通换向阀； 350、上封板；351、下封板；352、第一出口；353、第二出口；354、第三出口； 355、第四出口；356第一阀芯组件；357、第二阀芯组件；358、弹簧固定底座； 359、弹簧；360、阀芯；361、螺杆；362、阀管；363、轴套；364、阀盖；365、动力气源接入口；36、第二四通换向阀；37、第三四通换向阀。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图1和图2所示，本实施例提供的一种基于四通换向阀的制冷制热系统，包括顺次相连通的压缩机10、冷凝器11、储液器12和蒸发器13，本处的相连通应作广义的解释，可理解为通过管道直接连通或者管道上设置其它部件后再相连通，所述制冷制热系统中包括四通换向阀，参见图3至图6所示，所述四通换向阀包括阀体，阀体上设置有第一出口352、第二出口353、第三出口354、第四出口355，阀体内部设置有气体通道，气体通道将第一出口352、第二出口353、第三出口354、第四出口355相连通，阀体内设置有第一阀芯组件356和第二阀芯组件357，第一阀芯组件356和第二阀芯组件357能够在阀体内部移动实现气体出口连通关系的转换。本发明 通过两个可移动的阀芯组件来实现换向，能够承受更大的气体压力，并且结构简单、操作方便。本发明提供的高压四通换向阀通过气体压力的变化和弹簧相互配合推动阀芯组件移动，实现气体出口连通关系的转换，而气体压力可以根据使用环境来增加，能够适应二氧化碳制冷系统的高压力，在二氧化碳制冷系统中实现制冷和制热的换向，本发明的高压动力气源可以选择二氧化碳制冷系统中的压缩机，能够确保四通换向阀的压力与制冷系统的压力相适配，用一个压缩机就能够实现两个功能。
参见图4所示，阀芯组件包括弹簧359、阀芯360、螺杆361、阀管362和轴套363，螺杆361的两端分别与两个阀芯360连接，弹簧359的一端与其中一个阀芯360连接，另一端与弹簧固定底座358连接，阀管362套在螺杆361上，阀管362面向出口的一侧为开口结构，开口结构使得气体能够进入四通换向阀内部，阀芯360上设置有轴套363，轴套363与阀管362相配合，轴套363与阀管362 组合后能够阻止二氧化碳气体通过，起到密封作用，实现换向。
进一步地，阀体由相互配合的上封板350和下封板351构成，方便组装和维护。阀体上还设置有阀盖364，可以打开阀盖364观察四通阀内部。所述阀体为方形结构。
所述阀体包括动力气源接入口365，所述动力气源接入口365与高压动力气源(未视出)连接，通过气体压力的变化和弹簧相互配合推动阀芯组件移动，实现气体出口连通关系的转换。四通换向阀的换向是通过高压气体动力源的通断来实现的，高压气体动力是从压缩机出口引出的一小分支气体，该小分支气管安装有电磁阀，电磁阀后分成两路接入上封板350处动力气源接入口365。参见图3 所示，第一阀芯组件356划向左侧、第二阀芯组件357划向右侧时为一种连接关系。参见图4所示，小分支气管安装的电磁阀电打开，当引入的起源压力大于弹簧力时，第一阀芯组件356划向右侧、第二阀芯组件357划向左侧时实现另一种连接关系。整个切换过程简单可靠。
本发明的制冷制热系统是以二氧化碳为介质的二氧化碳制冷制热系统。参见图1和图2所示，制冷制热系统包括第一四通换向阀35、第二四通换向阀36、第三四通换向阀37，第一四通换向阀35的四个出口分别通过气体管道连接到冷凝器11入口、压缩机10入口、压缩机10出口、蒸发器13出口；第二四通换向阀36的其中两个出口分别通过气体管道连接到冷凝器11出口、气液分离器14 入口(或者储液器12入口)，另外两个出口分别与第三四通换向阀37的两个出口连接；第三四通换向阀37的两个出口分别与储液器12出口、蒸发器13入口连接，另外两个出口分别与第二四通换向阀36的两个出口连接。
图1为在制冷模式下的二氧化碳走向示意图，在制冷模式下，第一四通换向阀35将压缩机10出口和冷凝器11入口导通，将蒸发器13出口与压缩机10入口导通；第二四通换向阀36将冷凝器11出口与气液分离器14入口(或者储液器 12入口)导通，另外两个出口与第三四通换向阀37导通；第三四通换向阀37将储液器12出口与蒸发器13入口导通，另外两个出口与第二四通换向阀36导通。
参见图2为在制热模式下的二氧化碳走向示意图，在制热模式下，第一四通换向阀35将压缩机10出口和蒸发器13导通，将冷凝器11入口与压缩机10入口导通；第二四通换向阀36将冷凝器11出口与第三四通换向阀37导通，将第三四通换向阀37与气液分离器14入口(或者储液器12入口)导通；第三四通换向阀37将储液器12出口与第二四通换向阀36导通，将蒸发器13与第二四通换向阀36导通。
参见图1和图2所示，所述制冷制热系统包括压差经济器，所述压差经济器包括抽吸组件15、两个以上的气液分离器14，两个以上的气液分离器14串接在一起，所述气液分离器14与所述抽吸组件15相连通，所述气液分离器14中存在的气体或者液体闪蒸出来的气体能够通过抽吸组件15抽走，降低所述气液分离器14中液体的温度。
本实施例中，将抽吸组件15设置在压缩机10和冷凝器11之间，可将储液器 12或者气液分离器14中存储的二氧化碳气体抽出，并输送回冷凝器11中进行再次冷凝，以提高二氧化碳气体的冷凝量；另一个作用是抽吸组件15还能够使部分液体闪发，闪发后的二氧化碳能够带走一部分热量，能够继续降低液态二氧化碳的温度，使液态二氧化碳处于过冷状态。因为具有再次冷却功能，如此结构设置降低了当外界温度过高时，冷凝器11的效率降低后对系统造成的影响，从而提高系统的制冷效率。即当环境温度高于二氧化碳临界温度值时，再通过抽吸组件的二次降温功能就能够得到需要的二氧化碳液体，如果采用本发明的闪蒸式冷凝器，就能够克服外界环境温度对系统的影响。
本实施例中，压缩机10不断将蒸发器13中的二氧化碳气体抽出，使蒸发器 13内的环境维持在低温低压状态，以促进液态二氧化碳的持续气化制冷，同时，压缩机10对抽出的二氧化碳气体进行压缩，使二氧化碳气体的温度和压力大幅度升高，以便于提高与冷凝器11的热交换效率；高温高压的二氧化碳气体进入冷凝器11，并在冷凝器11中冷却降温，一部分气态二氧化碳冷凝为液体，形成低温高压的二氧化碳气液混合物。二氧化碳气液混合物进入储液器12或者气液分离器14中，并在储液器12或者气液分离器14中完成气液分离。
具体地，参见图1和图2所示，抽吸组件15是文丘里管或者多个文丘里管并联的文丘里管组，文丘里管是基于文丘里效应的一种应用形式，文丘里效应是指，受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。通俗地讲，这种效应是指，在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。文丘里管就是通过把气流由粗变细，加快气体流速；高速流动的气体附近产生低压，会使文丘里管的内部形成负压环境，负压环境会对相连通的外部环境产生一定的吸附作用。
此外，还需要特别说明的是，上述文丘里管在工作过程中不需要提供额外的动力，即无需添加如电机一类的动力组件，完全依靠二氧化碳自身物性即可实现循环工作。二氧化碳本身具有临界压力高(处于气态状态时的压力较高)、临界温度低(在较低温度下更易保持在气态状态)的特性，与其它制冷剂相比，二氧化碳制冷剂在文丘里管内的流速更高，产生的低压更低，使文丘里管内的负压环境具有更强的吸附效果，因此，二氧化碳制冷剂的自身物性能够维持和促进抽吸组件 15的快速高效运行。
基于上述抽吸组件15的循环工作，气液分离器14中的二氧化碳气体可连续不断地重复进入冷凝器11中换热冷凝，以提高二氧化碳制冷剂的液化量，使气液分离器14或者储液器12中得到更多的液态二氧化碳，进而提高制冷系统的制冷效率。
同时，由于气液分离器14中的二氧化碳气体被不断抽出，会导致气液分离器14内的压力变小，此时，会有部分液态二氧化碳闪发为气体，以维持气液分离器14内整体环境压力的平衡。这部分液态二氧化碳在闪发为气体的过程中会吸收热量，使气液分离器14中剩余的液态二氧化碳温度降低，即增大了剩余液态二氧化碳的过冷度，进一步提高了制冷系统的制冷效率。
同时，由于气液分离器14或者储液器12内的闪发二氧化碳气体为低温气体 (约13℃)，在文丘里管内与压缩机10压缩后的高温二氧化碳气体(约90℃)混合时，会使高温二氧化碳气体的温度降低，也就是说，在高温二氧化碳气体进入冷凝器 11内冷凝之前，先进行了一次降温，降温后的气体再进入冷凝器11中进行冷却，能够提高冷凝器11的冷凝效率，进一步促进二氧化碳气体冷凝液化。
综上，由文丘里管构成的抽吸组件15使本发明的二氧化碳制冷系统具有以下优点：
1、通过将文丘里效应与二氧化碳的自身物性相结合，在不增加动力组件、不影响压缩机10效率的前提下，使气液分离器14中的气态二氧化碳重复冷凝，提高系统制冷效率；
2、增大储液器12中液态二氧化碳的过冷度，提高系统制冷效率；
3、与现有二氧化碳制冷系统相比，结构更加简单，运行效果稳定，能够实现二氧化碳单级循环制冷。
冷凝管内的冷凝压力小于120Kg/cm2，在气液分离器14与抽吸组件15之间设置有单向阀18和电磁阀16。冷凝器11内的冷凝压力需要保持在一个合适的范围内(通常为低于120Kg/cm2，高于蒸发压力30～40Kg/cm2)，冷凝压力过高，会影响系统的安全运行，冷凝压力过低，会影响系统的正常运行。单向阀18和电磁阀16能够使冷凝压力保持在合适的范围内，保证系统的正常运行。在蒸发器入口端的管道上设置有调节膨胀阀17。
参见图1至图2所示，气液分离器14是浮球阀或者多个浮球阀串联的浮球阀组。浮球阀能够使二氧化碳液体通过，但是二氧化碳气体不能通过，达到气液分离的目的。浮球阀包括设置在底部的两个接口和顶部的一个接口，顶部的一个接口与抽吸组件15连接。如此设置使得气液两相的液体在浮球阀腔体内部分离，气液两相的温度均匀。
实施例2
参见图7至图9所示，本实施例中的冷凝器11是闪蒸式冷凝器，闪蒸式冷凝器包括壳体27、负压风机26、换热装置28和液体雾化装置29，负压风机26设置在壳体27上，负压风机26使壳体27内部形成负压环境，液体雾化装置29和换热装置28设置在壳体27内，液体雾化装置29将雾化后的液体喷射到壳体27 内部，雾化液体在负压环境下蒸发为蒸汽，将换热装置28内的二氧化碳介质冷凝液化。换热装置28优选翅片冷凝管，冷凝管分层交叉并呈一定倾斜角度布置。
进一步地，负压风机26的排风量大于壳体27内雾化液体的蒸发量。一方面可充分排出壳体27内的蒸汽，以提高雾化液体的蒸发效率，另一方面可保持壳体27内的负压环境。壳体27内的静压腔的压力低于环境大气压20Pa以上。
参见图7和图8所示，负压风机26与换热装置28之间形成有第一静压腔30，液体雾化装置29与换热装置28之间形成有第二静压腔31，负压风机26使第二静压腔31内形成负压环境，液体雾化装置29将雾化液体喷射到第二静压腔31 内，以使雾化液体蒸发为蒸汽。
参见图7所示，闪蒸式冷凝器包括调压装置32，调压装置32的进气口设置在壳体27外，出气口设置在壳体27内，可通过调压装置32将调节气流送进壳体27内，以促进壳体27内蒸汽的流动，并在壳体27内形成气溶胶。
参见图8所示，调压装置32也可以为一个或多个风扇，风扇靠近液体雾化装置29设置，风扇转动可促进壳体27内蒸汽及雾化液体的流动。
参见图9所示，负压风机26通过蒸汽循环管路34连接到壳体27。使得部分蒸汽被重复利用，引入的该部分蒸气替代外界少量风作为分散介质使雾化的小水滴(分散相)悬浮形成气溶胶环境，该例证实了不引入外界风闪蒸式冷凝器依然可以运行，即完全杜绝了外界环境温度、湿度对闪蒸式冷凝器的影响。
具体地，液体雾化装置29包括供液体管道，供液体管道设置在壳体27的底部，与壳体27外的液体箱或液体管相连通，持续向壳体27内供液体；供液体管道可为单条直线形管路，也可为两条或多条管路并排设置，或采用单条管路环绕成盘状设置。供液体管道上分散设置有多个高压雾化喷嘴，供液体管道中的液体可通过高压雾化喷嘴喷出，形成雾状的雾化液体，散布在容纳腔室内。当然，也可将高压雾化喷嘴替换为超声波雾化器，以形成雾化液体。优选地，高压雾化喷嘴均朝向换热装置28所在方向设置，以便使雾化水更好的喷射向换热装置28。当然，也可将高压雾化喷嘴替换为超声波雾化器，以形成雾化水。
本发明中的液体优先使用水，经济划算，以下以水为例进行说明。液体雾化装置29包括补水装置33，优选软化水补水装置，能够去除钙、镁等无机盐类物质，水通过软化水补水装置的处理，已经没有外界杂质的进入，最大程度避免了冷凝管结垢，增加了冷凝管的使用寿命。液体雾化装置29将每一滴水雾化成原水滴体积的1/500左右，形成微米级或纳米级的水雾，使其与空气接触面积加大，蒸发速度加快300倍以上；细化的水滴从液态到气态吸收的热量则为水升温1℃吸热的540倍左右，可以达到吸收大幅度热量的作用，大大强化换热效果。
除了调压装置32外，壳体27处于封闭状态，壳体27内的环境能够保持在稳定的低温状态，温度低于二氧化碳的液化临界温度。闪蒸式封闭冷凝器的基本冷却原理为：在封闭环境中，促进水由液态蒸发为气态，释放冷量。其中，促进水蒸发的因素主要有：1)水的表面积越大，越利于水的蒸发；2)所处环境的负压值越大，水分子之间越容易相互脱离，形成蒸汽；3)温度越高，水的蒸发越快。
基于上述冷却原理，闪蒸式封闭冷凝器促进水由液态蒸发为气态的具体方案有：
第一，采用水雾化装置将水雾化为小雾滴，雾滴状的水表面积大大增加，能够加速蒸发，同时，雾滴状的水运动活跃，能够在壳体27内四散飘动，加速换热蒸发。
第二，壳体27与负压风机26相配合，使壳体27内的第二静压腔31和第一静压腔30始终保持负压环境，使第二静压腔31内的压力低于环境大气压20Pa 以上，此时原本已经雾化为小雾滴的水，其表面的水分子更容易脱离雾滴本体，转变为蒸汽。这里的环境大气压是指，闪蒸式封闭冷凝器所处的工作环境的大气压值。
第三，流入冷凝器11内的二氧化碳制冷剂会在壳体27内吸收冷量放出热量，完成换热，此时冷凝器11会产生辐射热，因此当雾滴靠近冷凝器11时会在辐射热的作用下加速蒸发，进一步吸收二氧化碳制冷剂的热量，使其降温。
此外，未完全蒸发为蒸汽的小雾滴在经过冷凝器11时，还可以通过直接与冷凝器11接触的方式进行热交换，达到辅助降温制冷的作用。由于水雾化成雾滴后体积变小，因此更容易四散飘动，这就使雾滴的流动性加快，能够快速与冷凝器11完成热交换；且小体积的雾滴在直接接触换热的过程中又有大部分吸热蒸发为蒸汽，大大提高了制冷效率。
需要特别说明的是，与现有的风冷式换热器原理不同，闪蒸式封闭冷凝器采用的壳体27是封闭式的，壳体27是为了抑制室外风进入壳体27内，防止壳体 27内进入过多的室外风，影响壳体27内雾化水的蒸发。而现有的风冷式换热器恰恰相反，是通过风流经风冷式换热器中的冷凝器11实现换热制冷，因此进入设备壳体27内的风量越大，风冷式换热器的制冷效果越好。
需要补充说明的是，上述的壳体27不等同于完全密封的壳体27，在实际生产中，板材与板材之间或板材与各组成部件之间的接缝处可能存在缝隙，当负压风机26向外排风时，外界环境中的空气可能会通过缝隙进入壳体27内。这种少量的进气不会影响壳体27内整体的负压环境，通过调节负压风机26的转速或调压装置32，能够使壳体27内的负压环境处于一个相对稳定的压力值，因此不会对雾化水的蒸发效果产生影响，即不会影响闪蒸式封闭冷凝器的制冷效果。
闪蒸式封闭冷凝器通过在封闭的负压环境中促进雾化水的蒸发，使壳体27 内的整体温度降低，以达到二氧化碳的液化临界温度以下，促进二氧化碳气体液化，提高系统的制冷效率。
具体的，如图7所示的闪蒸式冷凝器的方案，包括壳体27，壳体27呈矩形，由板件结构围成，内部形成有容纳腔室。容纳腔室的底部设置有水雾化装置，容纳腔室的顶部设置有负压风机26，容纳腔室的中部设置有换热装置28，换热装置28位于水雾化装置和负压风机26之间。优选地，换热装置28为盘管式冷凝管，二氧化碳制冷剂通过该盘管式冷凝管进行降温冷凝。
换热装置28与水雾化装置之间形成有第二静压腔31，换热装置28与负压风机26之间形成有第一静压腔30，负压风机26持续将壳体27内的气体排出壳体 27外，使第二静压腔31和第一静压腔30内形成均匀稳定的负压环境。
水雾化装置将产生的雾化水喷射到第二静压腔31内，雾化水在第二静压腔 31的负压环境中快速蒸发，由水雾相变为蒸汽，吸收热量，使壳体27内的环境温度降低；换热装置28内的二氧化碳制冷剂在通过壳体27内的低温环境时吸收冷量，从而使二氧化碳制冷剂降低温度。
由于第一静压腔30内也为负压环境，因此在第二静压腔31内蒸发后的蒸汽会穿过换热装置28进入第一静压腔30，再通过负压风机26排出壳体27外。由此，第二静压腔31中的雾化水不断蒸发为蒸汽，释放冷量；蒸汽再不断的通过负压风机26排出壳体27外，完成制冷。
进一步，调压装置32可促进壳体27内蒸汽及雾化水的流动。具体的，调压装置32包括一根细长的管件，管件靠近水雾化装置设置；管件的第一端为封闭端，第一端伸入至第二静压腔31内，管件的第二端为开放端，第二端位于壳体27外；管件位于第二静压腔31内的部分，管壁上分散开设有多个出气孔。当闪蒸式封闭冷凝器工作时，少量的室外空气可通过管件的第二端进入管件内，并通过多个出气孔吹向水雾化装置，使第二静压腔31内的雾化水及蒸汽加速流动，促进雾化水蒸发及蒸汽的排出。
管件的第二端开放端处设置有密封盖，当不需要促进第二静压腔31内的雾化水及蒸汽流动时，可通过加盖密封盖阻挡空气进入，关闭调压装置32；也可以通过调节密封盖的密封度，控制空气的进入量，进而调节第二静压腔31内雾化水及蒸汽的流动程度。
需要补充说明的是，基于上述的闪蒸式封闭冷凝器的基本制冷原理，壳体27 需要抑制外界自然风进入壳体27内部，这与调压装置32并不冲突。第一，调压装置32虽然能够使外界自然风进入壳体27内，但是，这种可进入的风量非常小，与上述的通过壳体27板材与板材之间的缝隙进入的自然风相类似，都不会影响设备的正常运行；第二，调压装置32设置的目的是，通过微气流的运动促进雾化水及水蒸发后的蒸汽流动，一方面加快蒸汽由第二静压腔31向第一静压腔30 运动，促进蒸汽排出，一方面促进雾化水蒸发。也就是说，通过调压装置32进入壳体27内的少量自然风本身不能达到冷却冷凝器11的效果，这与现有的风冷式换热器有着本质区别。
闪蒸式冷凝器具有以下技术效果：
1、通过在封闭的负压环境中促进雾化水的蒸发，使封闭环境内的整体温度降低，换热装置28可在低温环境中通过辐射达到制冷的效果，不受外界自然风的温度和湿度的影响，可适应更多不同环境的地区使用；
在负压环境下，雾化水小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，形成气溶胶，由于气溶胶的分散介质是气体，气体的粘度小，分散相与分散介质的密度差很大，质点相碰时极易粘结以及液体质点的挥发，使气溶胶有其独特的规律性。气溶胶质点有相当大的比表面和表面能，可以使液化水快速蒸发，提升制冷效果。在实际应用中，考虑到外界风方便易取，故通过引入少量风作为雾化水小质点悬浮的气体介质，为证实壳体的完全封闭，也可从负压风机出口引入部分蒸汽作为气体介质，如图9所示。
水雾化装置产生的雾化水在容纳腔室的负压环境中快速闪蒸，由水雾相变为蒸汽，吸收热量，使壳体27内的环境温度降低。雾化水闪蒸出的蒸汽可通过负压风机26排出壳体27外，由此，容纳腔室内的雾化水不断蒸发为蒸汽，释放冷量；蒸汽再不断通过负压风机26排出壳体27外，以完成制冷。利用壳体27内的低温环境，可以对物质进行冷却、降温等。
2、由于在制冷过程中不需要与外界环境对流换热，所以本发明的闪蒸式封闭冷凝器装机容量小，设备整体所占用的场地小，既方便安装，又节约空间；
3、本发明的闪蒸式封闭冷凝器完全通过雾化水蒸发实现制冷，水由液态变为气态的过程既能够释放冷量制冷，同时设备排出的蒸汽的温度也不会升高，因此在制冷过程中实际上没有热量排放到大气中，不会产生热岛效应，不仅制冷效率高，且制冷效果稳定可靠。
通过实验和多次工程应用表明，二氧化碳在闪蒸式冷凝器内完全冷凝液化，冷凝压力低于二氧化碳临界压力74Kg/cm2，在多级压差经济器抽吸力的作用下得到更低温度的液态二氧化碳，系统效率大大提高，使单级二氧化碳系统得以在实际应用中安全高效的运行，经济和社会意义重大。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种基于四通换向阀的制冷制热系统，通过管路顺次相连通的压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器；所述制冷制热系统中包括四通换向阀，所述四通换向阀包括阀体，所述阀体上设置有第一出口、第二出口、第三出口、第四出口，特征在于：所述阀体内部设置有气体通道，所述第一出口、所述第二出口、所述第三出口和所述第四出口通过阀体内的气体通道相连通，所述阀体内设置有第一阀芯组件和第二阀芯组件，所述第一阀芯组件和所述第二阀芯组件能够在阀体内部移动实现气体出口连通关系的转换；阀体由相互配合的上封板和下封板构成，所述阀体上设置有阀盖，所述阀体为方形结构；
阀芯组件包括弹簧、阀芯、螺杆、阀管和轴套，所述螺杆的两端分别与两个阀芯连接，所述弹簧的一端与其中一个阀芯连接，另一端与弹簧固定底座连接，所述阀管套在所述螺杆上，阀管面向出口的一侧为开口结构，开口结构使得气体能够进入四通换向阀内部，所述轴套与所述阀管相配合，轴套与阀管组合后能够阻止气体通过。
2.根据权利要求1所述的基于四通换向阀的制冷制热系统，其特征在于：所述阀体包括动力气源接入口，所述动力气源接入口与高压动力气源或压缩机连接，通过气体压力和弹簧相互配合推动阀芯组件移动，实现气体出口连通关系的转换。
3.根据权利要求1所述的基于四通换向阀的制冷制热系统，其特征在于：所述制冷制热系统包括第一四通换向阀、第二四通换向阀和第三四通换向阀，所述第一四通换向阀的四个出口分别通过气体管道连接到冷凝器入口、压缩机入口、压缩机出口和蒸发器出口；所述第二四通换向阀的其中两个出口分别通过气体管道连接到冷凝器出口、气液分离器入口，另外两个出口分别与所述第三四通换向阀的两个出口连接；所述第三四通换向阀的两个出口分别与储液器出口、蒸发器入口连接，另外两个出口分别与所述第二四通换向阀的两个出口连接。
4.根据权利要求3所述的基于四通换向阀的制冷制热系统，其特征在于：在制冷模式下，第一四通换向阀将压缩机出口和冷凝器入口导通，将蒸发器出口与压缩机入口导通；第二四通换向阀将冷凝器出口与气液分离器入口导通，另外两个出口与第三四通换向阀导通；第三四通换向阀将储液器出口与蒸发器入口导通，另外两个出口与第二四通换向阀导通；
在制热模式下，第一四通换向阀将压缩机出口和蒸发器导通，将冷凝器入口与压缩机入口导通；第二四通换向阀将冷凝器出口与第三四通换向阀导通，将第三四通换向阀与气液分离器入口导通；第三四通换向阀将储液器出口与第二四通换向阀导通，将蒸发器与第二四通换向阀导通。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于四通换向阀的制冷制热系统，其特征在于：冷凝器是闪蒸式冷凝器，所述闪蒸式冷凝器包括壳体、负压风机、换热装置和液体雾化装置，所述负压风机设置在所述壳体上，所述负压风机使壳体内部形成负压环境，所述液体雾化装置和所述换热装置设置在所述壳体内，所述液体雾化装置将雾化后的液体喷射到壳体内部，雾化液体在负压环境下蒸发为蒸汽，将换热装置内的二氧化碳介质完全冷凝液化。
6.根据权利要求1所述的基于四通换向阀的制冷制热系统，其特征在于：所述制冷制热系统包括压差经济器，所述压差经济器包括抽吸组件、两个以上的气液分离器，两个以上的气液分离器串接在一起，所述气液分离器与所述抽吸组件相连通，所述气液分离器中存在的气体或者液体闪蒸出来的气体能够通过抽吸组件抽走，降低所述气液分离器中液体的温度。
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