CN2510796Y - 惯性储能气压返还式制冷压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷和空调设备领域,在汽缸底部与活塞下止点之间的位置装有由20～1000根金属细管构成的高温高压热量交换器,高温高压热量交换器的出口端与高温热量交换器的入口、高温热量交换器与高温介质泵之间以及高温介质泵与高温高压热量交换器的进口端均分别由管道连通构成介质循环流动回路,在活塞上止点下方的汽缸缸体壁上分别开有进、排气孔,排气孔口端与低温热量交换器的入口、低温热量交换器的出口与低温介质泵之间以及低温介质泵与汽缸的进气孔口端均分别由管道连通构成介质循环流动回路,它在能量的回收结构和制冷剂的选择上作了新的设计,能解决环境污染和高耗能问题。

Description

惯性储能气压返还式制冷压缩机

本实用新型涉及制冷和空调设备领域。

背景技术：

已有的制冷和空调设备，一般是以氟利昂作制冷剂，用汽缸与活塞将制冷剂压缩，靠电动机或其他动力如内燃机作为推动该制冷和空调设备工作的原动力。其工作过程如图1：原动力带动传动轮2旋转，连杆3的一端由连杆销1连接于传动轮上，另一端由活塞销4连接于活塞6上，因此动力使飞轮的旋转运动变为活塞的往复直线运动。活塞下行时，将汽缸5中的制冷剂如“氟利昂”介质压缩并经逆止气阀10储存于冷却器7的管道中，制冷剂由接近常温和低压的气态压缩为高温和高压的气态，流经冷却器后，变为常温但仍是高压的液态。高压液态制冷剂流经毛细管8后，由于毛细管的长度较长而内径很小，对流过它的介质有极大阻力，高压液态制冷剂即变为低压液态进入管蒸发器9，并在蒸发器管道低压空间内急剧蒸发，膨胀成为低温低压的气态制冷剂。蒸发器安置于制冷设备内部，其金属的传热性将待冷却物品和食品所含热能传给制冷剂。经过热量交换后，蒸发器外部的物品得到了冷却；而蒸发器内的低温制冷剂由于吸收了热量而成为接近常温的低压气态，然后经逆止气阀11被活塞上行时的吸力导入压缩机汽缸内，经重新压缩后继续下一循环。

上述制冷和空调设备能耗高，用于压缩气体的机械能未得到回收，另外污染环境，氟利昂中的某些元素如氯会对地球臭氧层产生破坏作用。

本实用新型提出一种惯性储能气压返还式制冷压缩机，它在能量的回收结构和制冷剂的选择上作了新的设计，能解决上述制冷和空调设备对环境的污染和高耗能问题。

本实用新型的目的通过以下结构特征达到：

A、在汽缸底部与活塞下止点之间的位置装有由20～1000根金属细管构成的高温高压热量交换器，高温高压热量交换器的出口端与高温热量交换器的入口、高温热量交换器与高温介质泵之间以及高温介质泵与高温高压热量交换器的进口端均分别由管道连通构成介质循环流动回路。

B、在活塞上止点下方的汽缸缸体壁上分别开有进、排气孔，排气孔口端与低温热量交换器的入口、低温热量交换器的出口与低温介质泵之间以及低温介质泵与汽缸的进气孔口端均分别由管道连通构成介质循环流动回路。

上述低温介质泵由低温介质泵平动轴上联接的低温介质泵活塞和安装在低温热量交换器与低温介质泵之间以及低温介质泵与汽缸之间的连通管道中的低温介质泵单向阀门组成。

高温介质泵由高温介质泵平动轴上联接的高温介质泵活塞和安装在高温热量交换器与高温介质泵间以及高温介质泵与高温高压热量交换器间的连通管道的高温介质泵阀门组成。

上述的低温热量交换器和高温热量交换器的密封壳体内布置有20～2000根与介质流动方向垂直的金属细管。

上述的高温高压热量交换器、低温热量交换器和高温热量交换器中均布的金属细管采用良导热金属或合金，如铁，铝，铜，不锈钢制成，在金属管外壁之间有0.5～30毫米的间隔，每一管壁厚度是0.1～3毫米，管内径是0.5～20毫米。

上述的高温高压热量交换器、高温热量交换器及高温介质泵组成的介质循环流动回路中的介质可以是自然空气或人工提取的气体如氮气以及液体如水，油等；汽缸、低温热量交换器及低温介质泵组成的介质循环流动回路中的介质可以是自然空气或人工提取的气体如氮气等。

下面结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。

图1是现有制冷和空调设备的结构原理示意图。

图2是本实用新型提出的惯性储能气压返还式制冷压缩机结构示意图。

实施例如图2，飞轮28由普通金属如铁，铜，等等比重大的普通金属或者石料，水泥等等比重大的非金属制成，作用是储存动能。2是传动轮，作用是传递动能。活塞6由铁，铝等普通金属极其合金或者非金属的陶瓷及塑料等制成。3是连杆，5是汽缸。飞轮与传动轮固定为一体，以飞轮轴为圆心转动。连杆3通过连杆销8和活塞销4将飞轮与活塞实现动力传递。原动力如马达或内燃机带动飞轮旋转，传动轮也一起旋转。由于连杆的一端用连杆销1与传动轮连结，另一端用活塞销与活塞连结，所以，飞轮把旋转运动变为活塞的往复直线运动。

当活塞在上止点时，原动力中一部分动能推动飞轮旋转如图中箭头所示，反方向旋转也一样工作，并以动能形式储存于飞轮中，另一部分动能则推动活塞向下运动并压缩汽缸中的气体以压力的形式储存于被压缩的气体中。活塞在向下运动过程中，由于汽缸内壁与活塞环的密封作用，随着行程的增加，汽缸内气体被大幅度压缩，压缩为原体积的1/5～1/15，因而气体压力将迅速升高，而温度也随之迅速上升。

当活塞行至接近下止点时，大部分机械动能，包括上一循环储存在飞轮中的动能转化为汽缸中气体的压力能。这时汽缸中的气体被活塞推至高温高压热交换器12的金属管外表面之间的空隙中。高温高压热交换器是由一些内径很小且管壁很薄的金属细管组成，作用是将高温高压气体中的热量由管的外表面传递到内表面。

由于金属管很薄且金属极易导热，高温高压气体中的热量被大量传导入金属管内介质中。同时外力驱动高温介质泵18的平动轴16，使介质泵活塞15左右往复运动，在逆止阀门组17的配合下，高温介质由高温高压热交换器12的出口端21经管道进入高温热量交换器20中金属细管19的外表面空隙中。

由于热量被细管内孔中的介质带走，高温热量交换器20中的相对低温介质经由连通管道、高温介质泵内的活塞15和高温高压热交换器12的进口端14补充进金属细管内，完成介质的内循环流动。

上述高温高压气体中的热能在短时间内被交换器12的细管内介质带走后，气体温度显著降低，但仍保持其高压状态。

当飞轮继续旋转使活塞6上行，压缩气体的反作用力通过活塞推动飞轮加速旋转，把气体中储存的压力能返还于飞轮中，同时原动力还将继续输出一部分动能给飞轮，以抵消由于活塞与汽缸壁间的摩擦和各转动部分的摩擦所产生的机械阻尼。

活塞上行至接近上止点时，气体压力能全部释放，由于在压缩时已失去大部分热能，所以气体的体积由于膨胀而恢复后，其温度将比压缩前显著降低。这时，外力通过低温介质泵22的平动轴24，驱动介质泵活塞25左右往复运动，在逆止阀门组23的配合下，低温介质由排气孔7经管道、低温介质泵内的介质泵活塞进入低温热量交换器27的细金属管26外表面空隙中。同时由于细管内有高温介质流过，如被制冷的空气或其它液体，因而其热量被传导入低温介质中而温度升高，低温热量交换器中的相对高温介质经由管道、介质泵活塞和汽缸进气孔13最终补充进汽缸完成介质的内循环流动。

飞轮继续旋转，汽缸内的活塞变为向下的运动，将较高温度的气体再次进行压缩，重复上述工作。介质泵阀门组17和23图中各画有四个，其作用是通过有规律的开闭作用，控制介质以单方向流过。

经过上述工作过程，高温热量交换器20中的金属管19外表面空隙间温度越来越高，可达700摄氏度以上；而低温热量交换器27中的金属管26外表面空隙间温度越来越低，可达负100摄氏以下。将它们分别引出，用水或气体作为载体，由上述两个热量交换器细管内孔中导出，其高温可用于加热；而低温可用于冷藏或降温。而用它们之间的温差还可以作为温差发电的能源。

高温高压热量交换器12、高温热量交换器20和低温热量交换器27中的金属细管由厚度为0.1毫米～3毫米的铁、铜、铝、不锈钢等具有一定机械强度和导热性能好的金属或者合金制成。高温介质泵18和低温介质泵22用往复式活塞泵或者旋转式叶轮泵工作。工作在汽缸5、低温热量交换器27内细管外表面空隙、低温介质泵22之间，以及高温高压热量交换器12细管外表面空隙中的介质可以是自然空气、氮气等无公害的其他气体。工作在高温高压热量交换器12细管内、高温热量交换器20中细管外表面空隙中、以及高温介质泵18中的介质可以是自然空气，氮气或者水，油等液体。工作在高温热量交换器20和低温热量交换器27中细管内的介质可以是自然空气，水或者其它液体如水、油等。

发明积极效果：

一、节能。由于压缩机的不断运转，使制冷剂在高低压的变化过程中，整个系统只有一小部分能量消耗在活塞与缸体间的摩擦以及转动部分的摩擦上。所以它具有显著的节能性，它甚至可以在极大的范围内制造人工气候，比如在一地区或一城市，装置一个巨大的空调“围墙”，“围墙”内将成为一个舒适的大环境。同时，这个“大空调”工作时产生的“冷量”可以制造人工冰山或冰川实现固体水的储存；而所产生的“热量”可以制造人工温泉或蒸发处理污水，其直接经济效益将大大高于能量的消耗。

二、保护环境。由于使用自然空气或者其它无公害气体作制冷剂，而且它是无限循环使用，工作中不产生任何废物，是一种环保型产品。

三、回收能源。利用本新型压缩机的特殊工作机理，即把具有一定温度的物质，如太阳能加热的空气和海水，温泉或地热的热水等等中所含的内能“热量”高效率地分离，产生两种温差的气体。当其高温达到100摄氏度以上，就可以将水变为蒸汽，利用蒸汽机原理推动发电机发电。如果源源不断地送入一定温度的“原料”，就可以通过发电机输出电力。

Claims (6)

1、一种惯性储能气压返还式制冷压缩机，包括储存动能的飞轮(28)，与飞轮同轴相连并一起旋转的传动轮(2)，传动轮上通过连杆销(1)连有一连杆(3)，连杆另一端通过活塞销(4)与位于汽缸(5)中的活塞(6)相连，其特征在于：

A、在汽缸底部与活塞下止点之间的位置装有由20～1000根金属细管构成的高温高压热量交换器(12)，高温高压热量交换器的出口端(21)与高温热量交换器(20)的入口、高温热量交换器与高温介质泵(18)之间以及高温介质泵与高温高压热量交换器(12)的进口端(14)之间均分别由管道连通构成介质循环流动回路。

B、在活塞上止点下方的汽缸缸体壁上分别开有进、排气孔(7、13)，排气孔(7)端口与低温热量交换器(27)的入口、低温热量交换器的出口与低温介质泵(22)之间以及低温介质泵与汽缸(5)的进气孔(13)端口均分别由管道连通构成介质循环流动回路。

2、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：低温介质泵(22)由低温介质泵平动轴(24)上联接的低温介质泵活塞(25)和安装在低温热量交换器(27)与低温介质泵之间以及低温介质泵与汽缸(5)之间的连通管道中的低温介质泵单向阀门(23)组成。

3、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：高温介质泵(18)由高温介质泵平动轴(16)上联接的高温介质泵活塞(15)和安装在高温热量交换器(20)与高温介质泵之间以及高温介质泵与高温高压热量交换器(12)之间的连通管道中的高温介质泵阀门(17)组成。

4、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：低温热量交换器(27)和高温热量交换器(20)的密封壳体内各布置有20～2000根垂直于介质流动方向的金属细管(26，19)。

5、根据权利要求1和4所述的压缩机，其特征在于：高温高压热量交换器(12)、低温热量交换器(27)和高温热量交换器(20)中均布的金属细管为良导热金属或合金，如铁，铝，铜，不锈钢，在细管外壁之间有0.5～30毫米的间隔，每一细管壁的厚度是0.1～3毫米，细管内径是0.5～20毫米。

6、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于：高温高压热量交换器(12)、高温热量交换器(20)及高温介质泵(18)组成的介质循环流动回路中的介质可以是自然空气或人工提取的气体如氮气以及液体如水，油；汽缸(5)、低温热量交换器(27)及低温介质泵(22)组成的介质循环流动回路中的介质可以是自然空气或人工提取的气体如氮气。

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