CN1201120C - 蒸汽压缩式空调或冷冻机用蓄压及废热利用机构 - Google Patents

Abstract

蒸汽压缩式空调或冷冻机用蓄压机构包括：一蓄压器，其一端连接至一压缩机高压侧的冷煤管，另一端连接至一散热排管体输入端的冷媒管；一流量控制单元，装设于蓄压器的出口处，或散热排管体的散热管中；一种废热再利用机构包括：一浸液式热交换装置，介于压缩机及散热排管体之间，并以冷媒管相连；一储存传热介质容器装置；及一废热回收管，介于低压侧及压缩机之间，与容器装置可热传地并合在一起。

Description

蒸汽压缩式空调或冷冻机用蓄压及废热利用机构

本发明涉及一种蒸汽压缩式空调或冷冻机高压侧装设的蓄压及废热再利用机构，用以使高压侧冷媒处于比常用技术更高压高温的状态，从而提高散热效率，增加吸热能力，进而提高能源利用效率(EER)。

参阅图1，该图表示一种传统蒸汽压缩式空调、冷冻机的基本构造。一液气分离装置1以一冷媒管3与一压缩机2相连接，饱和态冷媒蒸汽被吸入压缩机2进行压缩。经压缩机2压缩后的冷媒蒸汽会达到过热状态，并经由一冷媒管4进入一散热排管体5，俗称热排或冷凝器。一散热排管体5内有多片散热鳍片与一散热管6盘绕。固定在一框架9上的一散热风扇8(一或多组)转动一扇叶7，将空气排入散热排管体5内，对散热管6内的高温超热态冷媒蒸汽进行散热。在散热排管体5内的高温超热态冷媒蒸汽与外界较冷空气进行热交换而降温后，会由超热态蒸汽转变成饱和态。此时，冷媒处在液气相共存的状态。由于饱和态温度，即该管压下冷媒的沸点，仍高于外界空气，故冷媒的焓值仍可受到空气散热而降低，冷媒蒸汽因而凝结成液态，液气比亦随之增高。在到达散热排管体5的冷媒出口时，冷媒液气比将达到整个散热过程中的最高值。散热完毕后，饱和态液态冷媒经一冷媒管11，送入一节流阀10中。由于冷媒在节流阀会进行等焓膨胀过程，压力因而降低，冷媒温度亦随之下降。此时，饱和态冷媒在低压、饱和态温度下降的情况下，送入吸热排管体13中(俗称冷排或蒸发器)，并在几近等压过程中，以液气相变化的潜热需求，吸取空调冷冻室内较高温的空气热量，而达成对空调冷冻室降温的目的。此后，液气比低的饱和态冷媒，经由冷媒管14收集，送回液气分离装置1，完成整个空调、冷冻机的冷媒密闭系循环。

在图2的现有技术中，显示了一种二段式散热的蒸汽压缩式空调、冷冻机的基本构造。一液气分离装置15以一冷媒管17与一压缩机16相连接，饱和态冷媒蒸汽被吸入压缩机16进行压缩。经过压缩机16压缩后的冷媒蒸汽会到达超热态，并经由一冷媒管18进入一散热排管体19。散热排管体19内有多片散热鳍片与一散热管20盘绕，以固定在一框架23上的一散热风扇22(一或多组)，转动一扇叶21，将空气排入散热排管体19内，对散热管20内的高温超热态冷媒蒸汽与外界较冷空气进行热交换而降温后，会由超热态蒸汽转变成饱和态。此时，冷媒处在液气相共存的状态，由于饱和态温度，即该管压下冷媒的沸点，仍高于外界空气，故冷媒的焓值仍可受到空气散热而降低，冷媒蒸汽因而凝结成液态，液气比亦随之增高。在到达散热排管体19的冷媒出口时，冷媒液气比将达到第一段散热过程中的最高值。散热完毕后，饱和态冷媒再经由一冷媒管24进入一冷凝排管体25。一冷凝排管体25内有多片散热鳍片与一冷凝管26盘绕，以固定在一框架29上的一高速电动机28(一或多组)，转动一散热风轮27，透过将空气排入冷凝排管体25内的方式，对上述冷凝管26内的较高温饱和态冷媒进行散热。在冷凝排管体25的内饱和态冷媒与外界较冷空气再进行热交换而降温后，液气比将提高到更高的比率。其后，冷媒经一冷媒管30，送入一节流阀31中。由于冷媒在节流阀会进行等焓膨胀过程，压力因而降低，冷媒温度亦随之下降。此时，冷媒在低压、低温的情况下，送入蒸发器32中，并在几近等压过程中，以液气相变化的潜热需求，吸取空调冷冻室内较高温的空气热量，而达到对空调冷冻室降温的目的。此后，液气比低的饱和态冷媒经由冷媒管33收集，送回液、气分离装置15，完成其二段式散热的空调、冷冻机的冷媒密闭系循环。

在图1的传统蒸汽压缩式空调、冷冻机的基本构造中，由于冷媒经过一压缩机2后，经由一冷媒管4直接被导入一散热排管体5内的散热管6中，并以一散热风扇8转动一扇叶7，通过将空气排入散热排管体5内的方式，直接对离开压缩机2的高温超热态冷媒蒸汽进行散热，使高温高压的超热态冷媒成为较低温低压的液气相共存的饱和态冷媒。由于温差变小，温度梯度亦随之变小，散热效率开始变差，导致饱和态冷媒在离开散热排管体5时，液气比无法提升到更高的程度。此即为传统蒸汽压缩式空调、冷冻机EER值始终无法大幅提升的重要原因。

在图2的现有技术显示了一种二段式散热的蒸汽压缩式空调、冷冻机的基本构造。其机构与传统技术差异之处在于其利用二段式散热方式，亦即利用一散热排管体19及一冷凝排管体25组成二段式散热机构，对高温高压的超热态冷媒进行散热，以固定在一框架23上的一散热风扇22，转动一扇叶21，透过将空气以较低风速排入散热排管体19内的方式，对散热管20内的高温超热态冷媒蒸汽进行散热。为了达到更佳的散热效果，并确保饱和态冷媒的液气比可大幅提升，所以再利用第二段的冷凝排管体25，以固定在一框架29上的一高速电动机28，转动一散热风轮27，透过将空气以较高风速，排入冷凝排管体25内的方式，对上述冷凝管26内的较高温饱和态冷媒进行散热。其后冷媒经过冷媒管30、节流阀31、蒸发器32及冷媒管33回到液、气分离装置15。如此，在高散热效率的情形下，有更多的焓被移出。虽然散热效率及EER值可以提升，但在散热机构上必须再加装一组冷凝排管体、高速电动机与散热风轮，必须额外付出更多成本。

因此必须寻找另一种方式，可在不耗费额外电能且避免过度增加成本的情形下，仍能提高散热效率并提升EER值。

本发明的目的在于提供一种用于蒸汽压缩式空调、冷冻机冷媒系高压侧的蓄压及废热再利用机构，使得冷媒在受到压缩机压缩而形成超热态冷媒蒸汽，在进入蓄压机构后，可以维持整个循环高压侧的压力，进而使超热态冷媒蒸汽维持在较常用系统更高的压力下，以较高风量与较大温差进行散热，转变为较高压的饱和态冷媒，以提升散热效率，甚至在冷媒经由散热排管体移去大量的焓后，还可以达到次冷态。

为了实现上述目的，根据本发明，一蒸汽压缩式空调、冷冻机需在其高压侧装设一种具有蓄压功能的蓄压器，其一端以冷媒管与一压缩机的冷媒输出端相连；另一端以管径较上述冷媒管小的冷媒管与一散热机构的冷媒输入端相连。当冷媒由一压缩机压缩后，转变为超热态的高温高压蒸汽，经由连接于压缩机及蓄压器的冷媒管，输入蓄压器内。由于散热少，故温度下降不大，压降亦不明显。冷媒经过蓄压器后，进入一散热排管体的一散热管内，于散热管中，装设有一流量控制器，以调节冷媒流量方式，使散热管内的压力，不致因散热而下降太多。利用固定在一框架上的一高速风轮，将空气以较高风速，排入散热排管体内的方式，对散热管内的冷媒进行散热。由于冷媒受到蓄压器内所积蓄压力的影响，在散热排管内的压降不致太大，冷媒得以维持在较高的温度与压力下进行散热，由于空气温度与冷媒温差较常用技术大，且风轮可以提供较常用技术所用的叶片式风机更大的风量与风速，所以在相同的外气温度下，冷媒可以被移去更大量的焓。

另外，进入散热排管体前的冷媒与离开吸热排管体后的冷媒，可以在浸液式热交换器中进行热交换，前者可进一步散热，后者则可再利用废热，使回收的冷媒在到达压缩机的冷媒输入端前，大部分(或全部)气化。

因此，基于上述的说明可知，本发明的确可提升散热效率，增加冷房能力与提高EER值。

综上所述，利用本发明的蓄压及废热再利用机构可产生如下功效：

1.压缩机103所产生的高压，经由本发明的蓄压器105以及流量控制单元，将高压蓄积，使得超热态的冷媒蒸汽能在高压下，于散热排管体处进行散热。由于压力蓄积，故使得装设蓄压器的空调冷冻机的超热态冷媒将会比未装设者保持在更接近压缩机出口处的高温高压状态，因此散热排管体中的冷媒管与外界空气的温差变大，使得在相同的风速与外界温度下，可以散去更多的热量。

2.超热态冷媒蒸汽，经散热排管体或一浸液式热交换器散热后，可以在较常用技术更高温高压的状态下进入饱和态。故不仅蒸汽压力可以保持，且液态冷媒压力亦较常用的空调冷冻机者高，饱和态冷媒亦在低压降的情况下，可以使冷媒的液气比逐步提高，甚至在有限压降下，可使通过散热冷媒排管后的冷媒进入次冷态。

3.来自低压侧115的冷媒，进入浸液式热交换装置的废热回收管中，可以在此处进一步吸热，以确保进入液气分离装置的液态冷媒残留量，可以较常用的空调冷冻机来得少，甚至可全部汽化，压缩机对冷媒的作功亦可发挥至极佳的状态。同时，由冷排而来的冷凝水或其它冷却液体，进入热交换装置内，亦可将经过蓄压器后的超热态冷媒予以降温。这样，在上述交换器进一步冷却下，可以迅速达成降温的目的，使冷媒在有限的压降下，由超热态散去极大的热量后，再进入饱和态。

4.散热排管体的冷媒输出端应位于靠近风轮侧，如此可使输出的冷媒温度最接近空气的温度，散热效果最佳；而所通入空气逐步吸热的结果，温度渐升，造成流场向上偏移，由于上方冷媒温度高于下方，使得通入后的空气仍可吸收上方散热管中冷媒的热量，以达到充分散热的目的。

这样整个空调冷冻机的冷媒密闭系中，高压侧的压力得以保持，低压侧亦因而较常用技术的压力更高，整体的冷冻效率因而提升，不仅冷房效果佳，且EER值亦可明显提高，达到节约能源的目的。

下面结合附图对本发明的实施例进行说明：

图1表示常用的一种蒸汽压缩式空调、冷冻机的一般结构示意图；

图2表示现有技术的一种二段式散热的蒸汽压缩式空调、冷冻机的一般结构示意图；

图3为本发明的蓄压机构单独使用于蒸汽压缩式空调、冷冻机的一种实施例示意图；

图4为本发明的蓄压及废热再利用机构的蒸汽压缩式空凋、冷冻机实施例示意图。

首先，请参阅图3，参考标号101代表一液气分离装置，其以一冷媒回收管102与一压缩机103入口端相连，及另外一冷媒管116与一蒸汽压缩式空凋、冷冻机的低压侧115相连。此低压侧115至少包括如图1所示的节流阀10，冷媒管12与吸热排管体(蒸发器)13。本发明不涉及此部分的更改，为方便说明起见，以低压侧115统称之。经过蒸汽压缩式空凋、冷冻机低压侧115的低温低压的饱和态冷媒，经过冷媒管116进入液气分离装置101，使得进入压缩机103的冷媒完全为气态，避免不可压缩性的液态冷媒进入压缩机103中，造成压缩机103负荷过重而损坏。本发明的技术特征在于设有一蓄压器105，其输入端以一冷媒管104与压缩机103相连，其输出端以一冷媒管106与一散热排管体107相连。散热排管体107由一框架109、一散热管108及若干散热鳍片所组成。在散热排管体107侧边有一高速电动机110，可带动一散热风轮111，对散热排管体107进行散热，其后亦以一冷媒管112一端与散热排管体107相连，另一端与蒸汽压缩式空凋、冷冻机的低压侧115相连。在蓄压器105与冷媒管106的接口位置，或散热排管体107的散热管108中，可装设一例如压力式流量控制阀的流量控制单元(未示出)，以调节管路内压力使保持在高压且稳定的状态。蓄压器105的冷媒输入与输出端可使用管径大小不同的冷媒管，在输出端冷媒管106的管径小于输入端冷媒管104的管径的情况下，可确保高压侧在散热的同时仍维持较常用技术更高的压力与温度。

其次，请参阅图4，其中与图3相同功能的组件以同一参考标号表示，参考标号101代表一液气分离装置，以一冷媒管102与一压缩机103相连，另以一冷媒管116与一蒸汽压缩式空凋、冷冻机的低压侧115相连。经过蒸汽压缩式空调、冷冻机低压侧115的低温低压的饱和态冷媒，经过冷媒管116进入液气分离装置101前，先导入一浸液式热交换装置117，利用来自于蓄压器105的超热态冷媒蒸汽的部分废热，使得进入液气分离装置101与压缩机103的冷媒完全为气态，避免不可压缩性的液态冷媒进入压缩机103中，造成压缩机103负荷过重而损坏。冷媒管116有部分位于浸液式热交换装置117内，这部分称之为废热回收管120，如同图3的情况一样，以一冷媒管104与压缩机103相连的前述本发明蓄压器105，以一冷媒管118与一浸液式热交换装置117中的散热管119相连，后者与废热回收管120在热交换装置内经由传热介质(未示出)进行热交换。此传热介质可采用空调或冷冻室内蒸发器的冷凝水、雨水或自来水或其它冷却液体等。浸液式热交换装置117中的散热管119，以一冷媒管106与一散热排管体107相连。散热排管体107由一框架109、一散热管108及若干散热片所组成。在散热排管体107侧有一高速电动机110，它带动一散热风轮111，对散热排管体107进行散热。后者的冷媒输出端以一冷媒管112与蒸汽压缩式空调、冷冻机的低压侧115相连。冷媒管118或冷媒管106上，或散热排管体107的散热管108中，可择一处装设一例如压力式流量控制阀(未示出)的流量控制单元，以使管路内压力保持在高压且稳定的状态。

前述仅为本发明的代表性说明的较佳实施例，并不限制本发明实施范围，即那些不偏离本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，应仍属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种蒸汽压缩式空调或冷冻机，其包括：

一压缩机；一散热排管体；一节流阀；及一吸热排管体，其特征在于，

还包括：一废热再利用机构，所述废热再利用机构包括一浸液式热交换装置，上述浸液式热交换装置位于所述压缩机的高压侧，介于所述压缩机及所述散热排管体之间，通过冷媒管相连，高温的超热态冷媒蒸汽通过上述热交换装置中的散热管传递；上述浸液式热交换装置包括，

一容器装置，用以储存热交换用的传热介质；

及一废热回收管，介于低压侧及所述压缩机之间，与所述容器装置可传热地并合在一起，利用回收冷媒的低温饱和态冷媒，将传热介质降温，对散热管内高温超热态冷媒蒸汽予以快速降温。

2.如权利要求1所述的蒸汽压缩式空调或冷冻机，其特征在于上述浸液式热交换装置的传热介质为水。

3.如权利要求2所述的蒸汽压缩式空调或冷冻机，其特征在于上述水为空调或冷冻机的冷凝水。

4.如权利要求1所述的蒸汽压缩式空调或冷冻机，其特征在于上述浸液式热交换装置的传热介质为水性冷却剂。

5.如权利要求1所述的蒸汽压缩式空调或冷冻机，其特征在于还包括：

一位于所述压缩机的高压侧的蓄压器介于所述压缩机及所述散热排管体之间，以冷媒管相连；

一流量控制单元，装设于所述散热排管体的散热管中或散所述热排管体之间，以维持高压侧冷媒于高压力下。

6.如权利要求5所述的蒸汽压缩式空调或冷冻机，其特征在于上述浸液式热交换装置的传热介质为水。

7.如权利要求6所述的蒸汽压缩式空调或冷冻机，其特征在于上述水为空调或冷冻机的冷凝水。

8.如权利要求5所述的蒸汽压缩式空调或冷冻机，其特征在于上述浸液式热交换装置的传热介质为水性冷却剂。

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