用致冷劑加熱及冷卻的裝置和方法
2023-05-01 23:25:06
專利名稱：用致冷劑加熱及冷卻的裝置和方法
技術領域：
本發明一般涉及用一致冷劑來加熱和冷卻的方法及其裝置。
已知用一致冷劑來加熱和冷卻的方法與裝置。用於調節空氣的一種常規方法及其裝置是熱泵(heat pump)。這種方法是通過循環致冷劑將熱量從壓縮機經冷凝器、膨脹閥及蒸發器傳遞迴壓縮機。在這種方法中，由於致冷劑在冷凝器中產生或發散熱量或是產生加熱效應，並在蒸發器中吸收熱量或產生冷卻效應，當要加熱房間時，使用在冷凝器中產生的熱量，而要冷卻房間時，就使用蒸發器中產生的冷卻效應。為了完成這一目的，需要根據房間是要被加熱還是冷卻來轉換致冷劑的流動，已經設置了四通閥來改變致冷劑的流動。在常規的空氣調節中，通過熱泵的方式，當要冷卻房間時在冷凝器中產生的熱量就被廢棄在戶外空氣中，而當要加熱房間時在蒸發器中產生的冷卻效應也被廢棄在戶外的空氣中。因而不是熱量就是冷效應總是被廢棄在空氣中了。
除了這種空氣調節裝置，在這類裝置中還有一種致冷器用於利用致冷劑來加熱或冷卻。這種致冷器是基於與上述所討論的當房間要被冷卻時熱泵中所用的相同原理來工作的。更特別的是，這個原理是這樣的，致冷劑由壓縮機來壓縮，從冷凝器通過膨脹閥引導到蒸發器，然後回到壓縮器並被循環，當致冷劑循環時，鹽(brine)和其它抗凝液由蒸發器中產生的冷效應來冷卻，由此獲得了低溫。在該致冷器中，在蒸發器中產生的熱量由已廢棄的水等來吸收。
如上面所討論的，在冷卻房間的場合產生的熱，及在加熱房間場合產生的冷在常規的空氣調節中都被廢棄了。在致冷器的場合，僅使用冷，而熱被廢棄。不是熱就是冷被廢棄的原因正如上面所述，是基於這些事實即被廢棄的熱或冷沒有達到可以有效使用的溫度而且被廢棄的熱或冷沒有達到足以值得有效利用的量。然而，要注意到從能的有效利用的觀點而考慮不論是廢棄熱還是冷都是不經濟的。
因而，本發明的目的是有效利用在使用致冷劑的常規加熱和冷卻方法中所產生的不僅是熱還有冷。為了達到這個目標，熱和冷應分別傳送到各個流體中且由該熱量加熱的流體的溫度應升高而由該冷效應冷卻的另一個流體的溫度應降低，因而在加熱的流體與冷卻的流體溫度間產生一顯著的差異。
前面提到的和本發明其它的目的完成是通過除常規通道外還提供至少一個輔助通道使得致冷劑在常規通道中流動，但是在下述的場合中流經輔助通道而且致冷劑的溫度自身也得到調節。當以上述討論的方式來操作時，在被加熱的流體與被冷卻的液體溫度間有一顯著差異，可有效利用不僅這個熱量還有冷效應。本發明是基於上述的發現被提供的。
根據本發明的一個實施例，提供了一種裝置，它使用致冷劑來加熱及冷卻，在這個實施例裡該裝置用一壓縮機來壓縮致冷劑且致冷劑通過冷凝器、膨脹閥及蒸發器以這一次序從壓縮機循環或循環到壓縮機。通過在冷凝器中產生的熱來加熱一流體而通過蒸發器中產生的冷來冷卻另一流體。
本發明的這個裝置包括一個輔助熱通道，它將壓縮器與膨脹閥連在一起且通過第一熱交換器，並與通過冷凝器的常規通道並行且可互相變換地相連。本發明的這個裝置也包括一輔助冷通道，它將膨脹閥與壓縮機相連且通過一第二熱交換器，並與通過蒸發器的常規通道平行且可互相變換地相連。
根據本發明的另一方面，提供一種用致冷劑來加熱和冷卻的方法，在這個方法中，致冷劑由一壓縮機壓縮且通過冷凝器、膨脹閥及蒸發器以這一順序從壓縮機進行循環或循環回壓縮機中，在這個方法中，由產生在冷凝器中的熱來加熱第一流體，用產生在蒸發器中的冷來冷卻第二流體。在本發明的這個方法中，當缺少熱且第一流體的溫度降低時，進入蒸發器的致冷劑的流動通道就作出一種變化以便使致冷劑進入第二熱交換器，在這個交換器中致冷劑被加熱，被加熱的致冷劑進入壓縮器並循環。同樣，當缺少冷且第二流體溫度升高時，進入冷凝器的致冷劑的流動通道做出一種變化以使致冷劑進入第一熱交換器，在交換器中致冷劑被冷卻且被冷卻的致冷劑進入蒸發器並循環。
本發明的這些或其它特點，通過參看附圖閱讀下面的描述即可明白。
圖1是一個方框圖，示出了根據本發明的加熱和冷卻裝置的原理。
圖2是用於本發明的冷凝器剖面圖。
圖3是用於本發明的蒸發器的剖面圖。
圖4是用於本發明的膨脹閥的剖面圖。
圖5是第一和/或第二熱交換器的透視圖(A);及其局部放大圖(B)。
圖6示出了根據本發明的另一加熱和冷卻裝置的原理。
圖7和圖8是用於本發明的例子中的裝置的方框圖。
圖1中，參考數碼1代表壓縮器，2代表高溫閥，3代表一冷凝器，5代表-膨脹閥，6代表一低溫閥，7代表蒸發器，9代表一閥門，10代表一輔助熱通道，11代表第一熱交換器，12代表一閥門，13代表輔助冷通道，14代表第二熱交換器。
如圖1示出的裝置的一個部分是已知的，即已知一裝置，在其中致冷劑由壓縮器1來壓縮，然後被傳到冷凝器3，通過膨脹閥5及蒸發器7，而後返回壓縮器1。
根據本發明的這個裝置包括二套輔助的通道這二套通道是附加連到已知裝置上的以便使致冷劑在需要時通過這個輔助通道。在剛剛提到的二套輔助通道中，一個是輔助熱通道，而另一個是輔助冷通道。輔助熱通道是通道10，它是要將致冷劑引入第一熱交換器11中，然後引入膨脹閥而不使致冷劑進入冷凝器3。為了使輔助熱通道10可以取代常規通道，在壓縮器1和冷凝器3間提供一高溫閥2，且閥2使得致冷劑交替流向冷凝器3和輔助熱通道10之一成為可能。此外，在輔助熱通道10的外輸出端提供閥9。
一個輔助冷通道13將致冷劑引入第二熱交換器14，然後引向壓縮器1而不使致冷劑進入蒸發器7。為了使得可以用輔助冷通道13取代常規通道，在膨脹閥5與蒸發器間提供一低溫閥6，且閥6使得致冷劑被交替傳入蒸發器7與輔助冷通道13之一成為可能。此外，在輔助冷通道13的外輸出端提供閥12。
第一熱交換器是用周圍溫度下的空氣或水來冷卻致冷劑的。而第二熱交換器是用周圍溫度下的空氣或水來加熱致冷劑的。由於致冷劑在第一熱交換器中具有大大高於周圍的溫度而在第二熱交換器具有大大低於周圍的溫度，所以致冷劑在一端可以通過周圍溫度下的空氣或水來冷卻而在另一端通過同樣的周圍溫度下的空氣或水來加熱。這些交換器是基於這樣的事實被加上的即熱交換器中的加熱與冷卻可以有效地獲取低溫和高溫。
根據本發明的這個裝置帶有二個輔助通道10，13。在本發明的這個裝置中，致冷劑的正常循環是這樣的即它從壓縮器1被引導，通過冷凝器3，膨脹閥5及蒸發器7以這樣的順序返回壓縮器1。然而，當第二流體缺冷時，致冷劑是這樣循環的即從壓縮器1中被引導，從高溫閥2進入輔助熱通道10，通過第一熱交換器11，膨脹閥5及蒸發器7，然後返回壓縮器1。此外，當第一流體缺熱時，致冷劑是這樣循環的即它從壓縮器1被引導，通過冷凝器3和膨脹閥5，然後從低溫閥6進入輔助冷通道13，經過第二熱交換器14，返回壓縮器1。
然而在本發明中，致冷劑從壓縮器1流經輔助熱通道10的流動是不可能的，同樣流經輔助冷通道13也是可不能的。
根據本發明的用致冷劑加熱和冷卻的方法是一種用在圖1中示出的裝置來加熱和冷卻流體的方法。因而，本發明的方法通過參照附圖1更具體地說明如下。
在一開始，致冷劑通過壓縮器1被壓縮，被引入冷凝器3，然後通過膨脹閥5，被傳入蒸發器7，在這之後，返回壓縮器1，就這樣循環。在循環當中，致冷劑在冷凝器3中產生了熱，這個熱用於加熱第一流體，同時，致冷劑在蒸發器中產生了冷，該冷用於冷卻第二流體，因而不僅熱而且冷都被利用了。
在第一流體對熱的需求與第二流體時冷的需求幾乎是相同和平衡的情況下，致冷劑以正常方式循環。實際的熱需求與冷的需求並不總是平衡的。更特別的是，有時熱需求增加，而冷需求下降或有時，冷需求增加，但熱需求降低。
當大量需要熱，但小量需求冷時，就需要大量的熱在冷凝器3中附加產生。為此原因，需要流進冷凝器3的致冷劑具有一較高溫度。因而對致冷劑劑的流動作變化以便將致冷劑引入輔助冷通道13而不將致冷劑引入蒸發器7。致冷劑通過以輔助冷通道13的方式提供的第二熱交換器14，在交換器中，致冷劑被加熱。為此原因，低溫閥6向蒸發器7關閉，但對輔助冷通道13是開放的且閥12也開放。
該致冷劑，當使其進入輔助冷通道13時，通常具有低於周圍的溫度。因而，在第二熱交換器14中的致冷劑可由周圍的空氣和水來加熱。在根據本發明的這個裝置中，致冷劑可以在第二熱交換器14中僅通過與周圍的空氣和水交換熱來升高致冷劑自己的溫度。且可增加冷凝器3中的熱量。結果，冷凝器3中的熱短缺可以避免。因而第一流體可以被保持在一高溫上。
反之，當大量需要冷而只需少量熱時，在蒸發器7中應附加產生大量熱。為此原因，需要在蒸發器7裡流動的致冷劑具有一低溫度。為了滿足這個需求，對致冷劑的流動做一變化以便將致冷劑引入輔助熱通道10而不引導致冷劑進入冷凝器3，且致冷劑在第一熱交換器11裡被冷卻，該交換器11安在輔助熱通道的管徑上。為了保持通道10的開放，高溫閥2對冷凝器3關閉，但對輔助熱通道10開放，閥9是開放的。
當使其進入輔助熱通道10時，致冷劑通常具有高於周圍環境溫度的溫度。因而，第一熱交換器11中的致冷劑可通過與周圍空氣或水交換熱來被冷卻。在根據本發明的這個裝置中，致冷劑的溫度在第一熱交換器中僅通過周圍空氣或水的熱傳導就可降低，且蒸發器7裡的冷可以被增加。結果，可避免蒸發器7中的冷缺乏。因而，第二液體可被保持在一低溫上。
在根據本發明的方法中，只有當流出冷凝器3的第一流體在足夠溫度上，而流出蒸發器的第二流體缺冷，即具有高於所希望的低溫的溫度是，致冷劑才被傳送進第一熱交換器11。同樣，只有在第二流體在足夠溫度，但第一流體缺乏熱，即具有低於所希望高溫的溫度時，致冷劑才被傳送入第二熱交換器14。反之，致冷劑將象常規方式那樣從壓縮機1通過冷凝器3、膨脹閥5，及蒸發器7，返回壓縮機1。
且在本發明中的冷凝器3與用在常規熱泵中的冷凝器相同。圖2示出了一具典型的冷凝器。這個冷凝器如圖2所示，被設計這樣的結構，根據此結構多個金屬管相互平行且相互連通地放進一裝有外套的液缸。第一流體在金屬管道以箭頭所指方向來傳送，致冷劑在金屬管道的外邊被傳送，因而進行了第一液體與致冷劑間的熱交換。為了有效地進行熱交換，在金屬管的外表面提供一些葉片(fin)來增加熱傳導區域。
用在本發明裡的蒸發器7與用在常規熱泵中的蒸發器相同。圖3示出了一典型蒸發器。這個蒸發器如圖3所示，被設計成這樣的結構，根據此結構，一些金屬管道相互平行且連通地放置地在裝有外套的液缸裡。致冷劑在金屬管道中以箭頭所示方向被傳遞，第二流體在金屬管的外邊被傳遞以便在第二流體與致冷劑間進行熱交換。為了有效地在致冷劑和第二流體間進行熱交換。在金屬管道上面是多個擋板，它們以垂直於金屬管道主軸的方向延伸，且部分阻塞裝有外套的液缸的內部以便第二流體可以在液缸內圍繞著金屬管以折線方向流動來前進。
本發明的膨脹閥5可以是已用於熱泵中的常規膨脹閥。圖4示出了一個用在本發明中膨脹閥的典型例子。在圖4中示出的膨脹閥的設計是為了能夠通過被密封承納在一隔膜之上的致冷劑的壓力及在隔膜下的彈簧裝置的壓力，來調節開啟膨脹閥所必需的壓力，並由此使得可以自動地和適當地將致冷劑送入蒸發器7。
在本發明中，已用在熱泵中的常規壓縮機可以用作壓縮器1。可以使用渦輪壓縮器(turbo-compressor)，螺旋(screw)壓縮器，往復(reciprocating)壓縮器、旋轉(rotary)壓縮器或渦旋(soroll)壓縮器，在這裡螺旋壓縮機較好而多級螺旋壓縮器(multiple stage screw compvessor)最好。
在本發明中，單向閥分散地提供在用於致冷劑的通道上，以便防止致冷劑以相反方式在通道中流動且單向閥與常規單向閥沒有什麼不同。
在本發明中，也使用高溫閥2，低溫閥6，和閥9，12，但這些閥在這裡被提到是由於方便的緣故而且它們與用來開啟或關閉用於致冷劑的通道的常規閥沒有什麼不同。
本發明包括第一熱交換器11與第二熱交換器14。第一熱交換器11是為了用周圍空氣或水來冷卻致冷劑的，而第二熱交換器14是為了用周圍空氣或水來加熱致冷劑的。這二個熱交換器單獨用於在致冷劑與空氣或水之間進行熱交換，而且可以具有同樣結構。此外，這二個熱交換器並不同時用在本發明裡，當提供一個閥且操作該閥使致冷劑流入該熱交換器時，一個熱交換器可以用作第一熱交換器，也可以用作第二熱交換器，結果該熱交換器可作為第一熱交換器和第二熱交換器之一。
圖5示出了可用作第一熱交換器11和第二熱交換器14的熱交換器的一個例子。該熱交換器如圖5所示，具有一些長方形葉片(fin)22，這些葉片相互平行地固定到一個曲折的金屬管21上，且由於每一個葉片從管上大大地伸出，乍一看(at first glanse)該熱交換器呈現為一個包括互相平行放置的葉片22的長方形平行管道狀。在熱交換器中，致冷劑以箭頭23所示方向流進管21的內部。另一方面，空氣被以箭頭24所示方向所引導並進入葉片22的間隔，在這裡進行了熱交換，致冷劑被空氣所加熱或冷卻。
第一熱交換器11和第二熱交換器14與冷凝器3和蒸發器7的相同之處在於它們都是熱交換器。第一熱交換器11和第二熱交換器14不同於冷凝器3和蒸發器7的地方在於前者具有比後者大出20%的熱傳導區域。該熱傳導區域增加到大於50%較好，最好是增加到大於100%。
在本發明中，致冷劑通常如上述的循環從壓縮器1經冷凝器3，膨脹閥5及蒸發器7，返回壓縮器1。在這個循環中，致冷劑在冷凝器3中產生熱，這個熱用於加熱第一流體，致冷劑在蒸發器7中產生冷，這個冷用於冷卻第二流體。
在實際操作中，測量第一流體的溫度，操作的進行使得被測量溫度落在所希望的高溫範圍。同樣，測量第二流體的溫度，且操作的進行使得被測的這個溫度落在所希望的低溫範圍，由此控制壓縮機1。
當不僅第一流體而且第二流體的溫度在各個所希望溫度之外時，如圖1所示的裝置就通過開啟高溫閥2及低溫閥6開始運行，結果致冷劑如上述不僅可通過冷凝器3而且可通過蒸發器7。換句話，該裝置在運行開始時以常規方式運行。
當第一流體的溫度降至所希望的高溫範圍之外的溫度時，即使第二流體的溫度在所希望的低溫範圍內，致冷劑並不進入蒸發器7，而是取而代之進入第二熱交換器14。在這一階段通過將低溫閥6開通到輔助冷通道13，關閥通向蒸發器7的通道，且開通閥12來改變致冷劑通道。閥6，12的開啟與關閥或控制典型地是由一計算機來控制。
當致冷劑沒有進入蒸發器7而是進入第二熱交換器14時，由於致冷劑沒有被蒸發且沒有丟失熱量，所以致冷劑不僅帶有比以前高的溫度被推進到壓縮器1中而且也被第二熱交換器裡的周圍空氣或水所加熱結果帶著較高的溫度前進。因此，致冷劑當進入冷凝器3時是在一高溫上，而且由冷凝器3中熱交換而傳遞到第一流體中的熱量被增加，隨之第一流體的溫度被增加。
反之，當第一流體的溫度在所希望的溫度範圍內，取而代之第二流體由於缺冷升到在所希望的低溫範圍之外的一個溫度時，致冷劑不進入冷凝器3，而是進入第一熱交換器11。在這一階段，通過將高溫閥2開通到輔助熱通道10，關閉通向冷凝器3的通道並開啟閥9來改變致冷劑的通道。這些閥的開啟和關閉或控制典型地由一計算機控制。
當致冷劑不進入冷凝器3而是取而代之進入第一熱交換器11中時，致冷劑在冷凝器3中不損失冷凝熱，但卻被第一熱交換器中的周圍空氣或水所冷卻，結果致冷劑帶著低於以前的溫度進入蒸發器。因而，致冷劑當進入蒸發器7時具有較低溫度，且由蒸發器7中熱交換而傳遞到第二流體上的冷的量被增加，因而隨之降低了第二流體的溫度。
在本發明的實施中，測量流出冷凝器3的第一流體的溫度t及流出蒸發器7的第二流體溫度T，並將這些值t、T輸入計算機。根據這些輸入數據，壓縮器1、高溫閥2、低溫閥6、膨脹閥5及閥9、12被適當操作，結果裝置自動工作。
根據本發明的裝置和方法，用具有與常規裝置相比較小體積的裝置及方法，可加熱第一流體，也可冷卻第二流體;可增加第一流體與第二流體之間的溫差，因而不僅可有效地利用熱而且可有效地利用冷。
例如，在常規裝置和方法中，第一流體在大約45℃而第二流體在大約7℃。然而，根據本發明，第一流體可升至58℃而第二流體可降至-20℃。裝置的體積在具有同樣熱能的條件下降低至小於常規裝置的三分之一。
此外，根據本發明的方法，第一流體與第二流體間的溫差可以通過使用具有不同沸點的致冷劑的混合體來增加。在這種場合，將致冷劑容器(reservoir)設在致冷劑的通道上。混合率由循環致冷劑來控制，提供多個膨脹閥，每一閥適合於每一種致冷劑且根據循環致冷劑來選擇和使用膨脹閥。
圖6示出了一個例子的示意圖，在圖中使用致冷劑的混合體。如圖6中示出的裝置與如圖1中示出的裝置不同，不同在於平行提供三個膨脹閥51、52、53取代單個膨脹閥5，且在每個膨脹閥的入口端也提供閥15。此外，用於致冷劑的二個容器16、17平行提供於蒸發器7及壓縮器1之間，且用於熱水和冷水之一的通道18連到每全個容器上且於控制每一個容器16或17內部的溫度。當使用一電子膨脹閥時，不需要提供三個膨脹閥，而只用一個電子膨脹閥就足夠了。
如圖6示出的裝置與圖1示出的裝置不同之處在於提供熱箱以使在其中可以儲存大量的第一流體。因而可連續供應更大量的熱。還有，提供一冷箱以便在其中可以儲存大量的第二流體，因而連續供應大量的冷。
在圖6所示出裝置中，安置一個致冷劑容器16，用於調節致冷劑溫度，用於從致冷劑的非共沸點混合體中蒸發具有低沸點的致冷劑以此來分離混合體，也用於通過閥19將該低沸點致冷劑流向致冷劑容器127，以及用於在容器16中保存具有高沸點的致冷劑。致冷劑容器17不能分離致冷劑的非共沸點混合體，但卻能調節致冷劑的溫度，也能作為用於具有低沸點的致冷劑的空器。因而，具有高沸點的致冷劑和具有低沸點的致冷劑總是分別被儲存在致冷劑的容器16和17中，且被儲存在容器裡的每一個致冷劑的量是總的循環致冷劑的三分之一。
在圖6中示出的裝置裡，當第二流體的溫度要被進一步降低時，三種致冷劑的非共沸點混合體中選擇具有較低沸點的致冷劑且使該致冷劑從壓縮器1流向第一熱交換器11，然後通過蒸發器，因而循環該致冷劑。
為此目的，將溫度閥6開向輔助冷通道13，且將致冷劑通過第二熱交換器14，進入致冷劑容器16，在該容器中致冷劑由在水通道18中流動的水來加熱，且具有低沸點的致冷劑被蒸發，因而被蒸發的致冷劑通過閥19進入致冷劑容器17，由此具有高沸點的致冷劑被保留且被儲存在致冷劑容器16中。當低溫閥6被開向蒸發器7時，進入致冷劑容器17的低沸點致冷劑流進壓縮器1且高溫閥2開向輔助熱通道10。因而，從壓縮機1流出的致冷劑進入高溫閥2、輔助熱通道10及第一熱交換器11，在熱交換器中致冷劑被冷卻，由此被冷卻的致冷劑通過閥9，膨脹閥51-53，接著進入蒸發器7，在蒸發器7中致冷劑進一步降低第二流體的溫度，在這之後致冷劑返回壓縮機，因而被循環。
在圖6中的裝置中，當第一流體的溫度要被進一步升高時，在三種致冷劑的混合體中選擇具有高沸點的致冷劑且使其從壓縮器1流向冷凝器3，然後進入第二熱交換器14，接著返回壓縮機1，因而被循環。
為此目的，低溫閥6向蒸發器7關閉卻向輔助冷通道13開啟以便使致冷劑流向第二熱交換器14，然後進入致冷劑容器16，在該致冷劑容器中致冷劑的非共沸點混合體被流出水通道18的水所加熱，且具有低沸點的致冷劑被蒸發，因而被蒸發的致冷劑通過閥19，進入且保留在冷劑容器17中，而具有高沸點的致冷劑通過中閥12被返回壓縮器1，因此被循環。
因此，從壓縮機1中流出的高沸點致冷劑進入冷凝器3，將第一流體加熱到一更高溫度，然後通過膨脹閥51-53、低溫閥6、輔助冷通道13，然後是第二熱交換器14，在這裡被加熱，然後通過致冷劑容器16、閥12，返回壓縮器1，因而被循環。在這種場合，在膨脹閥51、52、53中選擇一適用於使具有高沸點的致冷劑通過的特殊膨脹閥且使具有高沸點的致冷劑通過該特殊膨脹閥。
當圖6中的裝置以如上討論的方式運行時，在第一流體各第二流體間的溫差可大大增加。例如，當使用一單個致冷劑時，第一流體可升至58℃，第二流體可降至-20℃而溫差可增加到78℃，同時，當使用由三種致冷劑組成的混體時〔如由「(氟利昂R11)FREONR11」40%(沸點23.82℃，分子式CCl3F)、「FREON R12 40%(沸點-29.79℃，分子式CCl2F2)。「FREON13B1」20%(沸點-57.75℃，分子式CBrF3)〕，裝置以上述方式運行，第一流體可升至150℃，第二流體可降低-50℃，且溫差可增加到200℃。
當使用致冷劑的混合體時，在閥12與在本發明提供的輔助冷通道上的第二熱交換器之間需要安置用於致冷劑的容器16。而且在蒸發器7與常規通道上的壓縮器1之間提供用於致冷劑的容器17。在容器16，17間提供用於致冷劑的通道，且在該用於致冷劑有通道上提供閥19。
當裝置以常規方式運行時，在這裡致冷劑不僅通過冷凝器3也通過蒸發器7，既不使用容器15也不使用容器17，取而代之僅在致冷劑通過第一熱交換器或第二熱交換器時使用所有二個容器。
下面的例子用於說明本發明且用於理解本發明裝置及方法的優點。
例1在這個例子中，提供基於如圖1所示的原理和在實際當中如圖7民示的原理的裝置。使用由「FREON R22」(氟利昂R22)(即CHClF2)組成的致冷劑。
使用一3千瓦/小時的螺旋壓縮器(screw compressor)作為壓縮器1。裝置最初以常規方式來運行，將致冷劑從壓縮器1經高溫閥2、冷凝器3、低溫閥6、膨脹閥5和蒸發器7循環回到壓縮器1。在這一階段，致冷劑最小具有4.5千克/釐米2(-3℃)壓力及最大25千克/釐米2(62℃)的壓力，且從冷凝器3流出的第一流體具有最大58℃的溫度而第二流體具有最小7℃的溫度。
在這種場合，調整裝置當第一流體已達到大於58℃的溫度時，使得停止壓縮器1的旋轉，並在第一流體已達到低於55℃時，使壓縮器1開始工作。而且，調整裝置當第二流體已達到大於6℃的溫度時，使壓縮器1開始工作，但在第二流體已達到小於3℃的溫度時，停止壓縮器1的工作。
當致冷劑已通過第二熱交換器14，取代使致冷劑進入蒸發器7並在第二熱交換器中被在周圍溫度20℃的水所加熱時，致冷劑可以具有5kg/cm2的最小壓力及26kg/cm2的最大壓力，且第一流體可被升至63℃。而當使致冷劑通過第一熱交換器11而不是使致冷劑進入冷凝器，且由水來冷卻時，致冷劑可具有3.6kg/cm2的最小壓力和17kg/cm2的最大壓力，且第二流體可降至-10℃。
因而，當調整裝置使得第一流體的溫度在55℃-58℃溫度範圍，第二流體的溫度也在3-6℃的範圍時，僅通過自動操作高溫閥2、低溫閥6、閥12、19及壓縮器1，裝置即可運行，可連續獲得恰在各自溫度範圍的熱水和冷水。
使用用於冷凝器3的19.05ψ×1.2tmm管道，它具有阻抗壓力45kg/cm2G(公斤/釐米2克)及使用0.95m2的熱傳導區域，也使用具有阻止抗壓力42kg/cm2G用於蒸發器7的9.53ψ×0.41tmm的管道及2.35m2的熱傳導區域。使用用於第一熱交換器且具有45kg/cm2G阻抗壓力的19.05ψ×1.2tmm管道及1.14m2的熱傳導區域，也使用具有45kg/cm2G的阻抗壓力用於第二熱交換器的9.53ψ×0.41tmm的管道及2.8m2的熱傳導區域。
例2在這個例子中，根據圖6所示原則提供裝置而實際以圖8所示方式來準備，在這裡使用三種致冷劑的混合體。在這個例子中，單個熱交換器在某一時間用作第一熱交換器，在另一時間用作第二熱交換器，這種變化由高溫閥2和低溫閥6來完成。使用下列三種致冷劑用作該致冷劑
致冷劑商業名稱 分子式 沸點 混合率(%重量)FREON R11 CCl3F 23.82 40FREON R12 CCl2F2-29.79 40FREON 13B1 CBrF3-57.75 20使用-3kw/hr的螺旋壓縮器用作壓縮器1。最初，三種致冷劑從壓縮器經高溫2、冷凝器3、低溫閥6、膨脹閥5及蒸發器7循回壓縮器1，以使用常規方式的裝置來運行。在這種場合，致冷劑具有4.5kg/cm2(-5℃)的最小壓力及25kg/cm2(85℃)的最大壓力，在這裡從冷凝器3流出的第一流體具有85℃的最大溫度，從蒸發器7流出的第二流體具有-5℃的最小溫度。
調整裝置在第一流體升至85℃以上時使得停止壓縮器1，而在第一流體降至82℃以下時使壓縮器1運行。也可調整裝置，以便在第二流體降至-5℃以下時可停止壓縮器1，而在第二流體升至-2℃以上時可使壓縮器運行。
當致冷劑流動在第二熱交換器14而不是蒸發器7中，在第二熱交換器14中通過在周圍溫度器的空氣來加熱致冷劑，且「FREON R11」在致冷劑的混合體中主要被循環時，致冷劑具有5kg/cm2的最小壓力及23kg/cm2最大壓力，且第一流體升至150℃的最大溫度及70℃的最小溫度。
在這個時候，為了主要循環作為致冷劑的「FREON R11」，從第二熱交換器14中流出的致冷劑被引進容器16，在這裡維持2℃的溫度。然後，混合體中的「FREON R12」及「FREON 13B1」，當打開閥19時流進容器17，而致冷劑「FREON R11」主要被循環。
當致冷劑流進第一熱交換器11，而不是進入冷凝器3，在第一熱交換器11中由在周圍溫度上的空氣來冷卻致冷劑混合體中主要循環「FREON R12」及「FREON 13B1」時，致冷劑具有0.4kg/cm2的最小壓力及9kg/cm2最大壓力，且第二流體降至35℃的最大溫度及-50℃的最小溫度。
在這個時候，為了主要循環「FREON R12」及「FREON 13B1」，從第一熱交換器11流出的致冷劑被引入容器17，在這裡溫度為2℃且在這裡「FREON R12」及「FREON 13B1」被液化並保留在容器17裡，唯一沒液化的「FREON R11」通過開啟閥19被傳遞到容器16中，由此，進一步冷卻在容器16中的「FREON R11」，使之液化，保留在容器17中的「FREON R12」及「FREON 13B1」因而被循環。
當調整裝置使得第一流體可在142℃到150℃的溫度範圍，第二流體可在-42℃到-50℃溫度範圍，在各自範圍內的冷和熱只通過自動控制高溫閥2、低溫閥6、閥9、12及19，和壓縮器1就可以連續獲得。
使用19.05ψ×1.2tmm的管子來提供具有45kg/cm2的阻抗壓力及0.95m2的熱傳導區域的冷凝器3。同樣也使用9.53ψ×0.41tmm的管子來提供具有45kg/cm2的阻抗壓力和2.35m2的熱傳導區域的蒸發器7。此外，9.53ψ×0.41tmm的管子被且於提供具有45kg/cm2G阻抗壓力及5.5m2熱傳導區域的及第二熱交換器。
這個裝置具有少於113OH(高)×890W(寬)×600L(長)mm的尺寸，裝置的整個重量約為95kg(公斤)。裝置耗費約3kw/hr(千瓦/小時)的電能，每小時產生16500Kcal(千卡)的熱量及10850Kcal/hr(千卡/小時)的冷卻效應。因而，可以利用5500Kcal的熱量及3620Kcal/1kw/hr的冷效應。
相反，含有380升熱水的常規電熱水蒸發器(boiler)消耗4kw/hr的電能，佔有2000H×900W×900Lmm的體積，常規蒸發器需要根據本發明的裝置體積的2.7倍，常規蒸發器只可提供每1kw/hr864Kcal的熱量。因而，根據本發明的裝置，當與常規蒸發器比較時，儘管本發明裝置佔有小的體積，卻可提供6.4倍的熱和4.1倍的冷，因此，總的可利用的能量總計為約多於10倍;產生了顯著的優點和益處。
雖然本發明參照其最佳實施例已被特殊的示出及描述，但對那些熟知本領域的人們來說它將理解為在不偏離本發明的精神及範圍的條件下可在其中做形式及細節上的改動。
權利要求
1.用致冷劑加熱和冷卻的裝置，其組成為用於壓縮致冷劑並產生熱的壓縮機裝置，在這裡由壓縮機裝置產生的熱用於加熱一流體；用於將致冷劑從壓縮器裝置通過冷凝器、膨脹閥、及蒸發器以此順序循環回壓縮器裝置的循環裝置，在這裡由蒸發器產生的冷效應或冷用於冷卻另一流體；用於連結壓縮器裝置與膨脹閥的輔助熱通道裝置，在這裡輔助熱通道通過第一熱交換器並與另一通過冷凝器裝置的通道平行可互相交換地相聯；及用於連結膨脹閥及壓縮器裝置的輔助冷通道裝置，在這裡輔助冷通道通過第二熱交換器並與通過蒸發器的另一通道平行且可互相變換地相連。
2.用致冷劑加熱和冷卻的方法，其組成步驟是用壓縮機壓縮致冷劑;將致冷劑從壓縮機通過冷凝器、膨脹閥及蒸發器回到壓縮器;用冷凝器中產生的熱加熱第一流體;用蒸發器中產生的冷卻效應或冷來冷卻第二流體;當熱不足，第一流體溫下降時，將致冷劑的流動通道從進入蒸發器改變成進入第二熱交換器，在交換器中加熱致冷劑，且被加熱的致冷劑進入壓縮機並被循環;及當冷不足，第二流體溫度上升時，將致冷劑的流動通道從進入冷凝器改變成進入第一熱交換器，在交在中致冷劑被冷卻，且被冷卻的致冷劑進入蒸發器並被循環。
3.用致冷劑加熱和冷卻的方法，其組成步驟是用壓縮機壓縮致冷劑;將致冷劑從壓縮器通過冷凝器、膨脹閥和蒸發器回到壓縮器以這樣的順序循環;用在冷凝器中產生的熱來加熱第一流體;用在蒸發器7中產生的冷卻效應或冷來冷卻第二流體;當第一流體的溫度下降到所希望的溫度以下而第二流體的溫度在所期望的範圍內時，將致冷劑流動通道以進入蒸發器改為進入第二熱交換器，在交換器中致冷劑被加熱，且被加熱的致冷劑進入壓縮機並被循環;當第二流體的溫度升高到所希望溫度之上但第一流體的溫度在所期望的範圍，將致冷劑的流動通道從進入冷凝器改變至進入第一熱交換器，在交換器中冷卻致冷劑，且被冷卻的致冷劑進入蒸發器並被循環。
4.用致冷劑加熱和冷卻的方法，其組成步驟是用壓縮機壓縮致冷劑;將致冷劑從壓縮機通過冷凝器、膨脹閥及蒸發器返回壓縮機，以此順序循環;用在冷凝器中產生的熱加熱第一流體;用在蒸發器中產生的冷卻效應或冷來冷卻第二流體，在這裡致冷劑是由具有不同沸點的致冷劑的混合體組成的，在這裡用致冷劑通道的方式提供用於致冷劑的容器;當第一流體的溫度下降到所希望溫度之下但第二流體溫度在所期望溫度範圍時，將致冷劑流動通道從進入蒸發器改為進入第二熱交換器，在這裡致冷劑被加熱，具有相對高沸點的被加熱致冷劑通過將容器保持在一高溫上而被循環;當第二流體的溫度升至一所期望的溫度之上，而第一流體基所期望溫度範圍時，將致冷劑流動通道從進入冷凝器改為進入第一熱交換器，在這裡致冷劑被冷卻，具有相對低沸點的被冷卻致冷劑通過將容器保持在一低溫上而被循環。
5.用致冷劑來加熱和冷卻的方法，其組成步驟是用壓縮機壓縮致冷劑;將致冷劑從壓縮機通過冷凝器、膨脹閥和蒸發器返回壓縮機，以此順序循環;用在冷凝器產生的熱來加熱第一流體;用在蒸發器中產生的冷卻效應或冷來冷卻第二流體，在這裡致冷劑由具有不同沸點的致冷劑的混合體組成;提供多個具有適用於各個致冷劑的結構的膨脹閥;通過致冷劑通道的方式，平行共同可變地提供用於致冷劑的容器;當第一流體的溫度下降至所希望溫度之下而第二流體的溫度在所希望溫度範圍之內時，將致冷劑的流動通道從進入蒸發器改為進入第二熱交換器，在這裡致冷劑被加熱，且被加熱的致冷劑通過將容器維持在一高溫上而通過適於具有高沸點的致冷劑的膨脹閥，以便循環具有高沸點的致冷劑;而且當第二流體的溫度升至所希望溫度之上，但第一流體溫度在所希望溫度範圍之內時，將致冷劑的流動方向從進入冷凝器改為進入第一熱交換器，在這裡致冷劑被冷卻，且通過將容器維持在一低溫上使被冷劑通過適於具有2低沸點的致冷劑的膨脹閥，以便循環具有低沸點的致冷劑。
全文摘要
用致冷劑來加熱及冷卻的裝置和方法，致冷劑被壓縮機來壓縮，並從壓縮機通過冷凝器，膨脹閥和蒸發器返回壓縮機，以此順序被循環。用冷凝器中產生的熱來加熱第一流體且在蒸發器中產生的冷卻效應或冷來冷卻第二流體。當熱不足且第一流體溫度下降時，致冷劑的流動通道從進入蒸發器被改為進入第二熱交換器，在此致冷劑被加熱，且被加熱的致冷劑進入壓縮器並被循環。
文檔編號F25B41/04GK1059399SQ9110861
公開日1992年3月11日 申請日期1991年8月29日 優先權日1990年8月30日
發明者松浦高明 申請人:尤尼奧工業株式會社