CN114017954B - 一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器及方法，属于换热装置技术领域。包括：冷凝腔，所述冷凝腔的上端连接制冷剂进口管，下端连接制冷剂出口管；在所述冷凝腔的腔体内设有放电机构，在所述冷凝腔的腔体外设有高压机构，所述高压机构和所述放电机构通过接线端口电连接，放电机构放电产生电子、离子，对输入到腔体内的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；在所述冷凝腔的腔体内底部设有底部收集槽，用于对凝结形成的液相制冷剂进行收集；所述冷凝腔和接线端口通过绝缘机构接地。本发明中的冷凝器及方法，能够提升冷凝器的冷凝效率，并降低其噪声污染，更节能，能够降低使用成本，并且结构简单。

Description

一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器及方法
技术领域
本发明属于换热装置技术领域，更具体地，涉及一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器及方法。
背景技术
冷凝器作为一种换热设备，在民用建筑、工业建筑，以及食品、制药、化工等领域中应用非常广泛。现有的冷凝器主要分为空冷式、水冷式和蒸发式冷凝器。空冷式冷凝器是依靠自然对流空气或强制对流空气冷却制冷剂使制冷剂液化，由于空气的对流传热系数很低，所以空冷式冷凝器冷凝效率不高；对于使用风机的强制对流空气冷却的冷凝器还存在噪声大的问题。水冷式冷凝器对工作的环境温度要求高，且由于冷却水中含有钙、镁离子和酸式碳酸盐，长时间使用会在管道内结垢并诱生出铁锈，导致冷凝效率下降，且水冷式冷凝器由于需要设置专门的冷却水循环系统成本高，水泵的使用导致噪声大。蒸发式冷凝器造价高，且清洗维修比较麻烦，由于使用了水泵同样存在噪声污染的问题。
因此，如何提高冷凝器的冷凝效率，降低冷凝器的噪声一直都是换热领域研究的重点。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器及方法，其目的在于提升冷凝器的冷凝效率，并降低其噪声污染。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器，包括：
冷凝腔，所述冷凝腔的上端连接制冷剂进口管，下端连接制冷剂出口管；在所述冷凝腔的腔体内设有放电机构，在所述冷凝腔的腔体外设有高压机构，所述高压机构和所述放电机构通过接线端口电连接，放电机构放电产生电子、离子，对输入到腔体内的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；在所述冷凝腔的腔体内底部设有底部收集槽，用于对凝结形成的液相制冷剂进行收集；所述冷凝腔和接线端口通过绝缘机构接地。
进一步地，所述放电机构，包括：
基底平板，针电极阵列，以及与基底平板相连的接线端口，所述针电极阵列分布在所述基底平板上，通过所述接线端口与高压机构相连，用于产生放电电荷，对输入的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结。
进一步地，所述针电极阵列对称分布在基底平板两侧。
进一步地，所述针电极阵列的材料为不锈钢或铜；所述针电极阵列的长度为0.1～1cm，针尖的曲率半径为0.1～5mm。
进一步地，还包括：收集板，位于相邻的放电机构之间，并与冷凝腔的底部相连。
进一步地，所述高压机构，包括：220V交流电源，以及通过电缆与220V交流电源相连的直流高压电源。
进一步地，所述绝缘机构，包括：
绝缘结构，用于包裹接线端口，使放电机构与冷凝腔绝缘；
接地端，引出一接地端口，用于将冷凝腔接地。
进一步地，所述绝缘机构，还包括：整体外绝缘结构，包覆在冷凝腔的外侧，用于使冷凝器外表面进一步绝缘。
进一步地，所述收集板、冷凝腔以及底部收集槽的材料为不锈钢或铜，且表面经过疏水处理。
按照本发明的另一个方面，提供了一种利用放电加速制冷剂液化的方法，包括如下步骤：
S1：输入气相制冷剂，并通过放电产生电子、离子，对输入的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；
S2：对凝结形成的液相制冷剂进行收集；
S3：输出收集的液相制冷剂。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明中的冷凝器及方法，通过放电产生大量电子和离子，制冷剂分子与电子和离子结合后加速制冷剂凝结，能够提高冷凝率；在放电电场的作用下，由于冷凝腔与绝缘机构相连，其电势为0，使得荷电后的液相制冷剂能够向冷凝腔和底部收集槽移动，促使液相制冷剂的聚合并收集。与传统冷凝器需要空气或水等媒介对制冷剂进行冷却相比，本发明中的冷凝器提升了冷凝效率。另外，由于没有转动部件，且不需要额外的风冷装置或者水冷循环系统，因此，整个装置无噪音。
(2)作为优选，在基底平板两侧都对称分布有针电极，增加针电极的数量，提升针电极的放电强度，从而提升冷凝效率。
(3)作为优选，在相邻的放电机构之间设置了收集板，收集被荷电后的液相制冷剂，提升了被荷电后液相制冷剂的收集效率，从而提升冷凝器的冷凝率。
(4)作为优选，绝缘机构中设置的整体外绝缘结构，使冷凝器外表面进一步绝缘，提升了保护安全性。
(5)作为优选，收集板、冷凝腔，以及底部收集槽的表面经过疏水处理，能够提升液相制冷剂的收集效率，从而提升冷凝器的冷凝率。
总而言之，本发明中的冷凝器，能够提升冷凝器的冷凝效率，并降低其噪声污染，更节能，能够降低使用成本，并且结构简单。
附图说明
图1为本发明实施例中利用放电加速制冷剂液化的冷凝器的结构示意图。
图2是本发明实施例中放电机构的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1-制冷剂进口管，2-基底平板，3-针电极阵列，4-收集板，5-底部收集槽，6-冷凝腔，7-绝缘结构，8-整体外绝缘结构，9-制冷剂出口管，10-接地端，11-电缆，12-负极性直流高压电源，13-220V交流电源，14-接线端口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位关系为基于附图所示的方位关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明实施例提供的利用放电加速制冷剂液化的冷凝器，主要包括：冷凝腔6，冷凝腔6的上端连接制冷剂进口管1，下端连接制冷剂出口管9；在冷凝腔6的腔体内设有放电机构，通过放电产生电子、离子，对输入到腔体内的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；在冷凝腔6的腔体外设有高压机构，高压机构和放电机构通过接线端口14电连接；在冷凝腔6的腔体内底部设有底部收集槽5，用于对凝结形成的液相制冷剂进行收集；冷凝腔6和接线端口14通过绝缘机构接地。
制冷剂进口管1，与冷凝腔6的上端相连，用于输入气相制冷剂。
放电机构，主要包括：基底平板2，针电极阵列3，以及与基底平板2相连的接线端口14。基底平板2，垂直于冷凝腔6，用于分布针电极阵列3。针电极阵列3，分布在基底平板2上，通过接线端口14与高压机构相连，用于放电产生电子、离子，对制冷剂进行荷电，加速制冷剂的凝结和收集。接线端口14，由绝缘结构7包裹，使其与冷凝腔6绝缘。在本实施例中，针电极阵列3对称分布在基底平板两侧，增加针电极的数量，提升针电极的放电强度，从而提升冷凝效率。在其它实施例中，放电机构也可以采用电极平板上连接多刀片电极进行放电。
为提升液相制冷剂的收集效率，本实施例中的冷凝器还包括收集板4，位于相邻的放电机构之间，并与冷凝腔6的底部相连，用于收集被荷电后液相制冷剂，提升被荷电后液相制冷剂的收集效率，从而提升冷凝器的冷凝率。
冷凝腔6，通过绝缘机构中的接地端10接地，使收集板、冷凝腔的电势为0，使得荷电后的液相制冷剂向收集板和冷凝腔移动并附着在其表面。底部收集槽5，设置在冷凝腔6的腔体内底端，与收集板4的底端相连，为带有多孔结构的平板，并距离冷凝腔的底部有一定距离，用于接收收集板4和冷凝腔6上的液相制冷剂。冷凝腔既作为放电机构的放电腔室，又因其与接地端相连，电势为0，可以使荷电后的液相制冷剂向冷凝腔以及与冷凝腔相连的收集板、底部收集槽移动，收集液相制冷剂。
收集板4与冷凝腔6的上端留有一定空隙，基底平板2与冷凝腔6的底部留有一定空隙，能够使制冷剂扩散该收集板的另一侧，以及扩散到其它平板组件和收集板之间，便于使制冷剂充分荷电和收集。
绝缘机构，主要包括：绝缘结构7、整体外绝缘结构8和接地端10；绝缘结构7，用于包裹接线端口14，使放电机构与冷凝腔6绝缘；绝缘结构7具有一定承重能力，能够将放电机构垂直固定在冷凝器内部。接地端10，引出一接地端口，用于将冷凝腔6接地。整体外绝缘结构8，包覆在冷凝腔6的外侧，并与冷凝腔6保持一定空气间隙，用于使整个冷凝器外表面进一步绝缘。
高压机构，用于给放电机构提供直流高电压。主要包括：电缆11、直流高压电源和220V交流电源13。220V交流电源13，用于输出工频电压。直流高压电源，电缆11与220V交流电源13相连，用于将220V交流电源13输出的工频电压转化为1～10kV可调的直流电压，通过放电机构的接线端口14给针电极阵列3提供放电高电压。本实施例中，直流高压电源为负极性直流高压电源12，输出负极性直流电压，放电的起始电压更低，相比于正极性直流电压，在同样的电压等级下的放电强度更高。
制冷剂出口管9，位于冷凝腔的下端，与底部收集槽5相连接，用于将液相制冷剂从冷凝器中输送出去。
工作时，气相制冷剂通过制冷剂进口管进入冷凝器的内部；针阵列的平板组件通过电缆与负极性直流高压电源接入高压电，实现电晕放电或辉光放电，放电产生的电荷(电子、离子)对制冷剂进行荷电；放电加速制冷剂的液化凝结；凝结后的制冷剂小液滴通过与放电产生的电子、离子碰撞带电，在针电极阵列放电产生的电场作用下，带电的液相制冷剂向向冷凝腔、收集板及底部收集槽移动并被收集，收集后的液相制冷剂通过制冷剂出口管排出。在这个过程中，通过绝缘机构保证该冷凝器的安全性。排出的液相制冷剂可以输入到后续节流阀、蒸发器中进行制冷等工作循环
本实施例中，放电机构有三组，用于发生放电。在其它实施例中，放电机构也可以是一组或者多组，相邻放电机构之间通过收集板隔开，多组放电机构能够提升放电强度，增加液相制冷剂的荷电效率，从而提升冷凝效率。
针电极阵列的材料优选采用不锈钢或铜，针电极优选为锥形，长度优选0.1～1cm，针尖的曲率半径优选为0.1～5mm；根据针电极的长度以及针尖的曲率半径，设计两个针电极的合适间距，可以增强针电极阵列的放电强度。
收集板、冷凝腔，以及底部收集槽的材料优选采用不锈钢或铜，表面经过疏水处理，便于在收集板和外框架上凝结聚集的制冷剂滑落至底部收集槽，并在底部收集槽聚集后通过制冷剂出口管排出，可以提升液相制冷剂的收集效率，从而提升冷凝器的冷凝率。
收集板与针电极阵列的尖端距离优选为0.5～2cm，可以提升液相制冷剂的收集效率，从而提升冷凝器的冷凝率。
制冷剂进口管和制冷剂出口管优选为金属管，本实施例优选为铜管。
制冷剂优选为含有卤族元素的饱和碳氢化合物的衍生物，如氟利昂。这些含有卤族元素的气体由于具有很强电负性，且分子量大，容易吸附电子和离子。电晕放电或辉光放电会产生大量电子和离子，制冷剂分子与电子和离子结合后能够提高冷凝率。同时，在针电极阵列放电产生的电场作用下，荷电的制冷剂小液滴向收集板运动，促使液相制冷剂在收集板上聚合并收集。由于电晕放电的高效性和经济性，整个冷凝过程不会产生机械噪声，即在加速制冷剂的冷凝液化的同时，减少了冷凝器的噪声污染。
本发明提供了一种利用放电加速制冷剂液化的方法，包括如下步骤：
S1：输入气相制冷剂，并通过放电产生电子、离子，对输入的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；
S2：对凝结形成的液相制冷剂进行收集；
S3：输出收集的液相制冷剂。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器，其特征在于，包括：
冷凝腔(6)，所述冷凝腔(6)的上端连接制冷剂进口管(1)，下端连接制冷剂出口管(9)；在所述冷凝腔(6)的腔体内设有放电机构，在所述冷凝腔(6)的腔体外设有高压机构，所述高压机构和所述放电机构通过接线端口(14)电连接，放电机构放电产生电子、离子，对输入到腔体内的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；在所述冷凝腔(6)的腔体内底部设有底部收集槽(5)，用于对凝结形成的液相制冷剂进行收集；所述冷凝腔(6)和接线端口(14)通过绝缘机构接地；
所述放电机构，包括：
基底平板(2)，针电极阵列(3)，以及与基底平板(2)相连的接线端口(14)，所述针电极阵列(3)分布在所述基底平板(2)上，通过所述接线端口(14)与高压机构相连，用于产生放电电荷，对输入的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；
所述冷凝腔(6)和底部收集槽(5)的材料采用不锈钢或铜。
2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述针电极阵列(3)对称分布在基底平板(2)两侧。
3.根据权利要求2所述的冷凝器，其特征在于，所述针电极阵列(3)的材料为不锈钢或铜；所述针电极阵列(3)的长度为0.1～1cm，针尖的曲率半径为0.1～5mm。
4.根据权利要求3所述的冷凝器，其特征在于，还包括：收集板(4)，位于相邻的放电机构之间，并与冷凝腔(6)的底部相连。
5.根据权利要求4所述的冷凝器，其特征在于，所述高压机构，包括：220V交流电源(13)，以及通过电缆(11)与220V交流电源(13)相连的直流高压电源。
6.根据权利要求5所述的冷凝器，其特征在于，所述绝缘机构，包括：
绝缘结构(7)，用于包裹接线端口(14)，使放电机构与冷凝腔(6)绝缘；
接地端(10)，引出一接地端口，用于将冷凝腔(6)接地。
7.根据权利要求6所述的冷凝器，其特征在于，所述绝缘机构，还包括：整体外绝缘结构(8)，包覆在冷凝腔(6)的外侧，用于使冷凝器外表面进一步绝缘。
8.根据权利要求4-7任意一项所述的冷凝器，其特征在于，所述收集板(4)、冷凝腔(6)以及底部收集槽(5)的材料为不锈钢或铜，且表面经过疏水处理。
9.根据权利要求1所述的一种利用放电加速制冷剂液化的冷凝器的冷凝方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：输入气相制冷剂，并通过放电产生电子、离子，对输入的气相制冷剂进行荷电，使气相制冷剂加速凝结；
S2：对凝结形成的液相制冷剂进行收集；
S3：输出收集的液相制冷剂。
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