低能耗普通製冷循環裝置的製作方法

2023-05-14 07:39:21 2

專利名稱：低能耗普通製冷循環裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低能耗普通製冷循環裝置，主要適用於冰箱、冷櫃、空調器等製冷設備，是為了降低壓縮機能耗，對現有普通製冷循環裝置所進行的一種改進。
現有技術中，普通製冷循環裝置一般都包括壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器。製冷工質由壓縮機壓縮成高壓過熱蒸汽。經冷凝器冷凝成高壓飽和液體，再經毛細管節流成低壓低溫飽和液體及飽和蒸汽，由蒸發器進行熱交換後回入壓縮機，構成一製冷工作循環，壓縮機的能耗與蒸發負載及蒸發溫度和速度直接有關，因此通常是根據負載情況及與之相適應的毛細管長度和通流面積來選配壓縮機的功率。為了降低壓縮機的能耗，現有技術中對傳統的製冷循環有不少改進。如中國專利公開的《電冰箱節能裝置》(申請號88202941.X，公告870111)，其構成為「由吸熱管1、循環水管2和水箱3三部分組成，吸熱管為異形金屬管，安裝在緊接冰箱壓縮機輸出端的一段冷凝管路上。」該實用新型的設計思想主要是提高冷凝器的散熱效果，以期降低能耗，而事實上按冰箱生產的國家標準(GB8059.1－87～GB8059.3－87)，其冷凝器是按冷凝溫度50℃設計的，也就是按冷凝器熱交換條件高於室溫情況考慮的。如果在散熱條件較差的情況下強化其冷凝器的散熱效果，可以使單位製冷量q。有所提高，根據Q0＝G·q。，在系統和重量流量G不變的情況下，總的製冷Q。可能會有所提高。但是在散熱條件正常的情況下，再強化冷卻則可能使高壓部分產生冷點位移，在冷凝器後半部分產生蒸發，降低系統的製冷效果。而且僅用該裝置來強化散熱效果，其壓縮機的能耗難以有較大幅度的降低；同時冷卻用的循環水形成也較煩復。中國專利還公開了一種《冷櫃節能製冷循環裝置》，其構成為「在所說的製冷循環裝置中的冷凝器出口和毛細管進口之間設有一個電磁閥」，為了進一步改善此製冷循環裝置的操作性能，「在靠近壓縮機入口處設有一汽液分離兼貯存罐。」其不足之處在於，由於參考移用了大型製冷系統，用電磁閥將高、低管道完全隔斷，使壓縮機的高、低壓平衡失調。當壓縮機再次起動時，由於壓縮機的閥片直接與系統高壓連通，壓縮機的起動負荷和起動電流勢必會增加；尤其是對頻繁啟動的冰箱、冷櫃、空調器等家用製冷設備，則可能因為電磁閥失靈或循環裝置製冷工質充注欠當等原因，使壓縮機不能起動或起動電流超荷而燒壞壓縮機，再者即使有節能效果，其節能幅度也是十分有限的。
本實用新型的目的在於克服現有技術中所存在的上述不足，而提供一種適用於冰箱、冷櫃、空調器等普通製冷設備的循環裝置，以實現以較小功率壓縮機帶較大負載及降低循環裝置中壓縮機能耗的目的。
本實用新型的另一目的就是當該低能耗普通製冷循環裝置用於熱泵式空調器時，可以滿足室外溫度5℃甚至零下溫度的熱泵制熱要求。
本實用新型的目的是通過下列技術方案加以實現的。
本實用新型包括通過管道順序連接的壓縮機、冷凝器、流量控制閥(可以是節流閥、調速閥、或毛細管當中的任意一種，生產中用得較多的是毛細管)、蒸發器，在壓縮機排氣出口與冷凝器進口之間設置有單向閥，在冷凝器出口與流量控制閥的進口之間設有調壓單向閥。製冷工質經壓縮機壓縮，在兩單向閥之間的冷凝器內儲存壓縮工質，並冷凝成高壓飽和液體，當冷凝器內壓提高以至於頂開調壓單向閥，製冷工質經流量控制閥，進入蒸發器蒸發後回入壓縮機，完成一製冷工作循環。
本實用新型的設計思想就是要在製冷循環的高壓部分有部分混合相高壓工質儲備，在壓縮機排量大於流量控制閥調定流量的前提下，降低壓縮機起動功率的儲備和能量消耗，因此本實用新型的循環裝置可以對冷凝器作如下優化，在單向閥與冷凝器進口之間串聯接入用以保持高壓部分壓力穩定的儲氣筒；或者將冷凝器與該儲氣筒兩者合為一體，構成組合式冷凝器，該組合冷凝器為一密閉筒狀容器，進、出管路上連接單向閥和調壓單向閥，在其筒體的外壁上可固結波紋形換熱翅片，以擴大交換面積。
當該循環裝置用於熱泵式空調器時，為了改善熱泵式空調器在室外溫度低於5℃條件下的制熱性能，可以根據工況將數個筒狀的冷凝器串聯連接，並且在各個冷凝器中設置小功率的電熱管；相應的還必須設置兩套流量控制閥，以滿足製冷工質雙向循環進行製冷或制熱的要求。
本實用新型與現有技術相比具有下述優點1、可以較大幅度降低製冷循環裝置中壓縮機的能耗。從常規普通製冷循環裝置可知，總的製冷量由單位製冷量和重量流量的乘積所決定，而毛細管的流量是取決於壓縮機的功率即由壓縮機的排量和壓力所決定的。本實用新型中，由於在壓縮機排氣口和流量控制閥之間的冷凝器兩端各設置有單向閥，壓縮機排出的高壓過熱蒸汽，首先衝開單向閥進入冷凝器，又由於在冷凝器的出口設置有調壓單向閥，因此只有當冷凝器內壓力大於調壓單向閥的調定壓力，製冷循環才能貫通進入製冷工況，此循環裝置的冷凝器具有冷凝和高壓工質貯存雙重功能，內壓可高達7－21kgf／cm2。當壓縮機再次啟動時，壓縮機排出的高壓過熱蒸汽與冷凝器中貯存的高壓工質混合，冷凝器內貯存的高壓工質可以起到高壓部分壓力和流量的穩定作用，根據壓縮機的排氣量與其回氣量相平衡的特點，藉助於冷凝器中高壓工質的貯備，壓縮機的起動功率儲備可以減少。在壓縮機排量滿足流量控制閥根據製冷負載所調定的製冷工質流量要求的條件下，可以選用較小功率的壓縮機帶動較大的製冷負載。而常規的製冷循環要想形成符合工況要求的高壓只有加大壓縮機排量，這就勢必要增大壓縮機的能耗。如果在單向閥與冷凝器進口間設置儲氣筒，或者將冷凝器與儲氣筒組合構成密閉筒狀的外部帶有換熱翅片的組合式冷凝器，並且採用小功率雙泵或多泵壓縮機並聯組合供氣，對大功率的製冷設備則節能效果更為明顯。以按國家標準生產空調器為例KC－30空調器，壓縮機功率為1100W，而採用本實用新型的循環裝置，在滿足國家標準同樣製冷量的條件下，壓縮機功率只有500W，其節能效果由此可見一斑。
2、如果採用組合式的冷凝器，不僅可以降低原有循環裝置的製造成本，而且還適用於水冷，以增加單位製冷量，另一方面由於冷凝器浸沒在水中，利用水的阻尼作用，還可以吸收部分製冷循環裝置的噪音，尤其適合於分體式的單冷空調器。
3、由於可以在單個組合式冷凝器的水冷槽設置電熱元件，或者在數個串聯的筒狀冷凝器內設置電熱管，當該循環裝置用於熱泵式空調器時，可以改善現有熱泵式空調器在室外溫度低於5℃時的制熱效果，拓寬熱泵式空調器的使用範圍。


如下圖1是本實用新型基本循環裝置的示意圖。
圖2是本實用新型包含儲氣筒的循環裝置示意圖。
圖3是本實用新型採用組合式冷凝器的循環裝置示意圖。
圖4是本實用新型採用雙壓縮機並聯組合供氣及組合式冷凝器的單冷空調器循環裝置示意圖。
圖5是本實用新型用於熱泵式空調器的循環裝置示意圖，圖中細實線方向表示製冷循環，虛線方向表示制熱循環。
本實用新型將結合附圖及實施例作進一步詳述。
實施例一如圖1所示的基本循環裝置，適用於普通製冷的冰箱、冷櫃、單冷空調器等家用製冷設備。包括由管道7順序連接的壓縮機1、單向閥2、冷凝器3、調壓式單向閥4、可調節流閥5、蒸發器6、組成。壓縮機1首次啟動後先連續運轉，將高壓過熱蒸汽壓入冷凝器3內貯存，當冷凝器3內壓逐漸升高，直至頂開調壓單向閥4，製冷循環至此才形成，進入常規的製冷工況。當壓縮機1受溫控開關作用停機後，單向閥2內的鋼珠封閉製冷工質的逆向循環，隨即冷凝器3因得不到高壓過熱蒸汽的補充，其內壓下降，最終調壓單向閥4受彈力作用也自行關閉，因此在兩個單向閥2和4之間的冷凝器3內貯存有混合相的高壓工質。當壓縮機1再次啟動時，新壓縮產生的高壓過熱蒸汽與原貯存在冷凝器3內的混合相壓縮工質混合；由於製冷循環中壓縮機的排氣與回氣應當平衡，並且壓縮機排量應大於節流閥的調定流量，因此本實施例壓縮機的選配無需太多功率儲備，並且由於壓縮機1出口與單向閥2一段管道預留的容積，可以減少壓縮機1的起動負載和起動電荷。在壓縮機1首次開機後，藉助冷凝器3兩端的單向閥2和4，冷凝器3內已貯存有高壓混合相工質的情況下，壓縮機再次開機只要一頂開調壓單向閥4，即刻可在節流閥5進口處形成製冷工況所需的高壓和相應的流量；而在常規系統則是通過大功率壓縮機的大排量來實現的，而且循環裝置的高壓一般也依設計而定，不能調整。本實施例中如要調整循環裝置的高壓，則由調壓單向閥4來完成，通過改變鋼珠後彈簧的彈力，可以改變節流閥5進口處的高壓部分壓力，滿足製冷工況的需要。以BCD－200冰箱為例壓縮機功率為75W；調壓單向閥4的工作壓力7.0kgf／cm2，節流閥流量2kg／cm2s，總製冷量100Kcal／h。而按GB8059.2－87規定其冰箱壓縮機的功率為125W，降低壓縮機功率50W。
實施例二如圖2所示的包含有儲氣筒的循環裝置。包括由管道7順序連接的壓縮機1，單向閥2、儲氣筒8、冷凝器3、調壓單向閥4、調速閥13、蒸發器6組成。與實施例一相比只是在單向閥2與冷凝器3進口之間還串連接入儲氣筒8，以擴大兩單向閥2和4之間的高壓製冷工質的貯存和排放的吞吐量及高壓部分的壓力穩定能力。如果將冷凝器3與儲氣筒8兩者合為一體，則構成了組合式冷凝器9，參見圖3所示的採用組合式冷凝器的單冷空調器循環裝置。該組合式冷凝器9為一密閉筒狀容器，進出管道上連接單向閥2和調壓單向閥4，其筒體的外壁固結具有一定剛性的波紋形換熱翅片10(也可以採用一般平翅片間隔彈性體墊片組成)。由壓縮機1產生的高壓過熱蒸汽經單向閥2進入該組合式冷凝器9，冷凝成高壓飽和液體，隨著其內壓逐漸升高以至可以頂開調壓單向閥4的鋼珠，即形成製冷循環。為了改善冷凝效果，提高單位製冷量，將該組合式冷凝器9置於水箱11中，使得高壓過熱蒸汽通過筒體及翅片10與冷卻水充分熱交換，冷凝成飽和液體，滿足製冷工況的需要；並且既可以利用水的阻尼作用，吸收循環裝置的部分噪音，又可以利用壓縮機工作時的振動攪拌冷卻水改善水冷效果。圖3所示的循環裝置特別適用於分體式單冷空調器，因為冷凝效果的改善，不僅可以使冷凝器的結構簡化和緊湊，降低製造成本；而且還可以省去室外機組中的排風扇，降低能耗和風機噪音。以本實用新型的KC－30為例，製冷量為3488W(3000Kcal／h)，壓縮機功率500W(已包括風機)，室內噪音低於40dB，調壓單向閥4調定壓力15kgf／cm2，參考國家標準規定，在同樣製冷性能的條件下，現有的單冷空調器其壓縮機功率1100W(不包括風機)，噪音40～60dB。圖3中12為風機，14為毛細管節流器。
實施例三
如圖4所示的採用雙壓縮機並聯組合供氣及組合式冷凝器的單冷空調器循環裝置，主要適用於較大製冷量的分體式空調器等。採用較小功率的雙壓縮機甚至二個以上的多壓縮機並聯組合供氣，在滿足毛細管流量和節流前高壓的前提下，相對於採用大功率單個壓縮機供氣則顯得更為經濟和合理。以常規KC－45F空調器為例，其製冷量為5230W(4500Kcal／h)壓縮機功率2280W，如按本實施例採用雙壓縮機(或多壓縮機)並聯組合，在滿足同樣製冷量的條件下，雙壓縮機為0.375千瓦×2，空調器總體能耗約0.87千瓦，約相當於常規KC－45F空調器的40％的能耗。壓縮機功率越大，節能效果越是明顯。圖4中12為風機，14為毛細管節流器。
實施例四按照本實用新型的設計思想，對本實用新型基本循環裝置稍作改進，即可適用熱泵式空調器，如圖5所示。室外換熱器19由三個筒狀的冷凝器15串聯而成，在各個冷凝器15內密閉設置小功率電熱管16，當室外溫度低於5℃時，可以用電熱管16加熱各冷凝器15內的製冷工質，促進位冷工質的熱交換，在室外換熱器19內充分蒸發，避免液擊。圖5中17為四通閥，18為室內換熱器。以KC－30R熱泵式空調器為例，制熱量3480W(3000Kcal／h)。壓縮機功率750W。電熱管10W×3，調壓單向閥調定壓力15kgf／cm2。
另外，為了便於壓縮機排氣與吸氣的平衡調節，可以對循環裝置低壓部分管路連接工藝作些調節，如在接頭處設置縮頸或者在低壓部分設置節流閥加以平衡。
權利要求1.一種低能耗普通製冷循環裝置，包括通過管路順序密閉聯接的壓縮機、冷凝器、流量控制閥、蒸發器，製冷工質經壓縮機壓縮、冷凝器冷凝、流量控制閥節流、蒸發器蒸發後回入壓縮機，完成一製冷工作循環，其特徵在於在壓縮機(1)排氣出口與冷凝器(3)進口之間設有單向閥(2)，在冷凝器(3)出口與流量控制閥進口之間設有調壓單向閥(4)。
2.如權利要求1所述的循環裝置，其特徵在於流量控制閥可以是節流閥(5)或調速閥(13)或毛細管節流器(14)當中的任意一種。
3.如權利要求1所述的循環裝置，其特徵在於冷凝器(3)與儲氣筒(8)兩者合為一體，構成組合式冷凝器(9)，該組合式冷凝器(9)為一密閉筒狀容器，進、出管路上連接單向閥(2)和調壓單向閥(4)，其筒體的外壁固結有波紋形換熱翅片(10)。
4.如權利要求1所述的循環裝置，其特徵在於在單向閥(2)和調壓單向閥(4)之間的室外換熱器(19)由2－4個筒狀冷凝器(15)串聯構成。各個冷凝器(15)內密閉設置有電熱管(16)。
專利摘要本實用新型涉及一種低能耗普通製冷循環裝置，主要適用於冰箱、冷櫃、空調器等製冷設備。為了解決現有裝置中壓縮機能耗大的問題，在壓縮機1和流量控制閥之間的冷凝器3進、出兩端分別設置單向閥2和調壓單向閥4，以使循環裝置的高壓部分蓄積混合相高壓工質，當壓縮機再次啟動排出的高壓過熱蒸汽與蓄積的高壓工質混合，即刻可形成滿足工況要求的高壓，在壓縮機排量大於流量控制閥的調定流量的前提下，可降低壓縮機起動功率的儲備和能量的消耗。
文檔編號F25B41/04GK2119616SQ92203500
公開日1992年10月21日 申請日期1992年3月2日 優先權日1992年3月2日
發明者陳林建, 陳長泉 申請人:陳林建