CN1284641A

CN1284641A - 高能效比节能空调器

Info

Publication number: CN1284641A
Application number: CN 99113973
Authority: CN
Inventors: 陈小弟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2001-02-21

Abstract

本发明所述的空调器综合一系列的技术手段,有效地提高了空调器的能效比。这一系列技术手段包括:对冷凝器和蒸发器结构进行合理的设计,提高冷凝器和蒸发器的传热效果;利用空调器产生的冷凝水作为冷却水对冷凝器外部进行冷却,进一步提高冷凝器的散热效果;利用制冷剂的压力推动波纹管活塞泵,再利用活塞泵的往复运动向冷凝器喷射冷却水。本发明兼顾了这些技术实施的可行性、灵活性、制造成本、经济效益,使其具有较大的推广潜力。

Description

高能效比节能空调器

本发明通过对空调器冷凝器和蒸发器结构进行合理的设计，提高冷凝器和蒸发器的换热效率，并且发明了一种冷却水喷雾装置向冷凝器外部冷却片喷射雾状冷却水，造成大量迅速的散热，更进一步提高了冷凝器的换热效率，据此发明出具有较高能效比的节能空调器。

现有空调器多采用截面为圆形的铜管作为冷凝器和蒸发器的换热管，这种换热管因其单位体积的制冷剂占有的换热面积(比表面积)最小而显得不合理，其计算公式如下：

一根直径9.52mm的普通换热管的比表面积为0.42mm^-1，而且从管子中心到管壁之间的热传导的距离太大，为4.76mm，整个管子的换热效果不很理想。

现有水冷式空调器采用水冷却冷凝器，因水本身有限的热传导性能和热容，使得现有的水冷式空调必须使用大量的冷却水方能获得比风冷式空调较高的能效比。但因安全性能和安装施工不便，限制了水冷式空调的民用化。

本发明针对以上所述冷凝器和蒸发器存在的换热效率低下的问题，发明了一种换热管的比表面积较大，管子中心到管壁之间热传导距离较短的冷凝器和蒸发器，提高了冷凝器和蒸发器的换热效果。本发明针对水的热传导性能差和热容较低的缺点，发明了一种冷却水喷雾装置，利用比表面积极大的雾滴冷却冷凝器的散热片，利用水的汽化热远远大于水的热容的特点，通过雾滴的急剧蒸发，迅速而大量地吸收制冷剂的热量。

以上两种手段的结合，达到本发明的最终目的：最大限度地提高冷凝器的换热效果，提高空调器的能效比。

图1所示是本发明的制冷循环原理示意图。

M是压缩机，E₁为高效冷凝器，c为毛细管，E₂为高效散热器，空调器的制冷原理与现有的空调器相同。

本发明的第一项特点在于设计了一种换热效果高于现有技术的高效冷凝器和蒸发器。图2所示为该冷凝器和蒸发器外观的正视图，图3为冷凝器和蒸发器侧面剖视图，1为散热片，2为换热管，图4为换热管截面示意图，换热管截面呈椭圆，中间用金属散热片3分割为多根细小的流道4。如上文所述，以一般空调器使用的9.52mm直径的换热管为例，其单位体积的制冷剂占有的换热面积(比表面积)为0.42mm^-1，从管子中心到管壁之间的热传导距离为4.76mm。以相同直径的铜管加工成如图4所示的椭圆管，其比表面积远远大于圆管的比表面积。为便于计算和说明情况，试举一种特例，将直径9.52mm圆周长为29.89mm的圆管加工成一截面为矩形的管子，其高度为3mm，宽度为11.95mm，矩形管的比表面积达到0.83mm^-1，如果再将管子分割为6条细小的流道，其总的比表面积将达到1.25mm^-1，而每根流道中心至管壁的热传导的距离仅为1.5mm。由此可见这种设计可以极大地改善冷凝器和蒸发器的传热效果。

上述椭圆管比表面积增加的实质在于将周长一定的圆管的管壁截面作适当的变形，使管壁包围的截面面积缩小，比表面积自然增加。同样也可以将管壁截面变形为规则或不规则的几何形状，如图5和图6所示为两种不规则管壁截面的实例，这两种截面的管子与相同周长的圆管相比，其截面积比圆管显著缩小，管子中间同样用金属散热片3分割为多根细小的流道4，使管子的比表面积较圆管明显增加，而每根流道中心至管壁的热传导的距离也明显小于圆管的半径。这些截面形状多变的设计都可以极大地改善冷凝器和蒸发器的传热效果。

为了有效地保护此项发明，而这种多变的设计方案难以尽述，此项发明的申请人发现无论这种管子截面的形状如何变化，都具有相同的特征，即：管子横向最宽的距离W(图4、图5、图6)和纵向最高的距离h(图4、图5、图6)之比值大于2，管子中间被散热片3分割为多根制冷剂流道4。具备以上这些特征的管子都可以改善冷凝器和蒸发器的传热效果。

本发明的第二项特点在于发明了一种冷却水喷雾装置，利用比表面积极大的雾滴喷射到冷凝器的散热片表面，利用水的汽化热远远大于水的热容的特点，通过雾滴的急剧蒸发，迅速而大量地吸收热量，使制冷剂温度迅速下降，制冷剂迅速得到冷凝，制冷剂管道内压力下降，压缩机的功耗显著下降，能效比提高。

由于上述特点使本发明所述的空调器冷却水的用量比普通水冷式空调显著减少，对于家用空调器可以利用空调器产生的冷凝水作为水源完全能满足需要，在湿球温度高的场合冷凝水量可以达到每小时2升以上尚有多余，在湿球温度低的场合冷凝水量达到每小时1.6升，完全能满足需求。

本发明的喷雾装置的水源也可以使用外部水源作为冷却水，将该发明用于传统的水冷式空调可以大大节省冷却水量，甚至可以取消冷却水循环系统，节省设备投资和水的消耗，具有相当的经济效益和环保意义。

本发明专门设计的一种喷雾装置，主要由导压管、波纹管活塞泵、蓄水器和喷头组成，其工作原理为利用空调器制冷剂管线内制冷剂的压差作为动力推动波纹管带动活塞往复运动，将冷却水经蓄水器由喷头喷出水雾。

图1所示的P₁、P₂和P₃为从制冷剂管线上三处引出的不同压力的取压口，空调器运转期间P₁压力约为15kg/cm²，P₂压力约为10kg／cm²，P₃压力约为5kg／cm²。取其中两处利用其压差推动如图7所示的波纹管活塞泵。图7当中HP连接高压端取压口，LP连接低压端取压口，当阀门SV₂关闭，阀门SV₁打开时，制冷剂压力推动波纹管B膨胀将活塞P向右推，弹簧S收缩，汽缸内的冷却水从冷却水出口Wo压山，经出口单向阀、蓄水器由喷头喷出水雾。之后，阀门SV₁关闭，阀门SV₂打开，弹簧S的压力大于LP的压力，将活塞P和波纹管B复位，同时冷却水经入口单向阀由冷却水入口Wi吸入汽缸。如此循环往复，连续或间歇地向冷凝器冷却片喷雾，同时冷却风扇将冷凝器散发的热量和雾滴蒸发产生的水汽迅速带走。

本发明的喷雾装置也可以采用其它电动泵提供压力将冷却水通过喷头喷出水雾。

综上所述，实现本发明所述之高能效比节能空调器具有多种灵活的方式，使用本发明的空调器厂商可以根据各自的需要，综合考虑各自的技术能力、生产成本、用户需求、产品的目标市场、产品所希望达到的能效比、性能价格比等多种因素，对实现本发明的多种技术措施任意取舍和组合，满足自己的需要。

例如生产家用空调器的厂商从生产成本考虑，可以同时选用高效冷凝器和蒸发器应用于自己的产品，也可以单独选用高效冷凝器生产成本较低的空调器满足低消费顾客的需求，可以选择利用冷凝水作为冷却水的喷雾装置，进一步提高能效比，同时又避免了因接装专用冷却水管道造成的不便和安全问题带来的麻烦，设计出自己需要的产品。

对于生产工业空调器的厂商，可以选用高效冷凝器和蒸发器，同时选用喷雾装置，而喷雾装置可以使用专用冷却水管道供水，利用水管本身的压力喷雾，在压力不够的场合，可以加装增压泵。

Claims

1、一种由制冷剂压缩机M、制冷剂管道、高效冷凝器E₁、毛细管c、高效蒸发器E₂、冷却水喷雾装置、电气控制系统组成的高能效比节能空调器，其特征在于：通过对高效冷凝器E₁和高效蒸发器E₂的换热管进行特殊的结构设计，增加单位体积制冷剂的换热面积(比表面积)、缩短换热管中间至管壁之间传热的距离，改善冷凝器和蒸发器的换热效果，并利用冷却水喷雾装置产生的水雾喷洒冷凝器E₁的外部散热片1，依靠水雾的迅速蒸发带走大量热量，使制冷剂迅速冷凝，降低管道内压力，使压缩机低负荷运转，从而提高空调器的能效比。

2、按权利要求1所述之空调器的高效冷凝器(图2)，其特征为：冷凝器的散热管2由多根截面呈椭圆形的管子(图4)连接而成，管子的外围与冷却片1紧贴，其进一步特征为：椭圆管横向最宽的距离W和纵向最高的距离h之比值大于2，其更进一步特征为：椭圆管中间被散热片3分割为多根制冷剂流道4。

3、按权力要求1所述之空调器的高效冷凝器(图2)，其特征为：冷凝器的换热管2也可以由多根截面呈规则几何形状(如矩形、平行四边形)的管子或不规则几何形状的管子(图5和图6)连接而成，管子的外围与冷却片1紧贴，其进一步特征为：管子横向最宽的距离W和纵向最高的距离h之比值大于2，其更进一步特征为：管子中间被散热片3分割为多根制冷剂流道4。

4、按权力要求1所述之空调器的高效蒸发器的特征与权力要求书2和3所述的高效冷凝器的特征相同。

5、按权利要求1所述之冷却水喷雾装置喷出的冷却水，其特征为：冷却水被分散为雾状。

6、按权力要求1所述之冷却水喷雾装置所使用的水源，其特征为：只利用空调器产生的冷凝水作为冷却水水源，而不利用任何其他外来水源，就能满足用水需要。

7、按权利要求1所述之冷却水喷雾装置所使用的水源，其特征为：在铺设专用冷却水管道时施工方便，空调器安全有保障的场合，可以利用除空调器冷凝水以外的外来水源。

8、按权力要求1所述之冷却水喷雾装置的动力来源，其特征为：利用空调器制冷剂管道内的压力差(图1中P1与P2压差、P2与P3压差、P1与P3压差)作为动力推动波纹管活塞泵(图7)喷雾。

9、按权力要求1所述之冷却水喷雾装置的动力来源，其特征为：在能耗较低和制造成本合算的情况下，也可以使用一台电动泵作为喷雾的动力。

10、按权力要求1和8所述之喷雾装置的波纹管活塞泵，其特征为：活塞泵主要由缸体D、波纹管B、活塞P、弹簧S、冷却水进口Wi、冷却水出口Wo、高压端阀门SV₁和导管、低压端阀门SV₂和导管构成，关闭阀门SV₂打开阀门SV₁，高压端HP的制冷剂推动波纹管B，波纹管膨胀推动活塞P将活塞缸内冷却水从冷却水出口Wo压出，通过喷头喷出雾状，之后关闭阀门SV₁打开阀门SV₂，弹簧S的压力大于低压端LP的压力，将波纹管和活塞复位，同时从冷却水入口Wi将冷却水吸入活塞缸。