CN107477912A - 加热式制冷循环*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制冷技术领域，公开了一种加热式制冷循环***，其包括蒸发器、加热器、冷凝器和节流装置，蒸发器的出口与加热器的入口连接，加热器的出口与冷凝器的入口连接，冷凝器的出口与节流装置的入口连接，节流装置的出口与蒸发器的入口连接。本发明的加热式制冷循环***以加热器替换蒸气压缩式制冷循环***中的压缩机，用直接加热提供热能动力的方式代替机械压缩提供机械能动力的方式对***做功增加***的内能，完成热量在蒸发器和冷凝器之间的传递和交换，解决蒸气压缩式制冷循环***的高能耗问题。

Description

加热式制冷循环***
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及一种加热式制冷循环***。
背景技术
卡诺循环是在两个温度不相同的定温热源之间进行的理想热力循环，理想制冷循环是逆卡诺循环。理想制冷循环包括四个步骤，绝热压缩：低温气态制冷剂绝热压缩温度升高；等温放热：高温气态制冷剂等温向高温热源放出热量，冷凝成液态制冷剂；绝热膨胀：高温液态制冷剂绝热膨胀温度降低；等温吸热：低温液态制冷剂等温吸收低温热源的热量，蒸发成气态制冷剂；这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的理想制冷循环是逆卡诺循环。
逆卡诺循环的关键是两个等温过程，而纯工质或共沸混合工质制冷剂的定压蒸发和冷凝是等温过程。因此，利用此类制冷剂工质在其湿蒸气区内进行的制冷循环有可能实现逆卡诺循环。蒸气压缩式制冷的理论循环是由两个等压过程，一个绝热压缩过程和一个绝热节流过程组成。从蒸发器出来的低温低压制冷剂蒸气被压缩机吸入并被压缩成高压气体，且由于压缩过程中压缩机消耗的机械能转换为热能，制冷剂蒸气温度升高，压缩机对***做功，***内能增加，制冷剂蒸气呈过热状态；从压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气，进入冷凝器放出热量，把热量传递给周围的介质(空气或水)，从而使制冷剂蒸气冷凝成液态制冷剂；从冷凝器出来的制冷剂液体经节流装置节流降压至蒸发压力，节流后的制冷剂温度也降至蒸发温度；经节流装置节流后的制冷剂进入蒸发器，吸收周围介质(空气或水)的热量，沸腾汽化，变为干饱和制冷剂蒸气，继而流入压缩机，进入下一次循环。由此不断循环，从而完成热量在蒸发器和冷凝器之间的传递和交换，最终实现制冷的目的。
实际蒸气压缩式制冷循环***中的压缩过程是为***循环提供动力，对***做功，增加***的内能。其采用机械设备(压缩机)来给***增加内能的方式主要存在两方面损失：一方面为自身因素造成的损失：1，干饱和制冷剂蒸气在压缩机中，气体内部和气体与气缸壁之间的摩擦，以及气体与外部的热交换；2，制冷剂流经压缩机进、排气阀的损失；另一方面是能量转换造成的损失:压缩机先将电能转换成机械能，再将机械能转换成热能，两次转换存在较大损失。另外，实际的电机功率因数小于100％存在供电端损失。所以，为给制冷循环***做功增加***的内能而采用机械压缩方式，会使压缩机做大量的无用功，造成制冷循环***能耗过高。
发明内容
本发明要解决蒸气压缩式制冷循环***中的压缩过程对***做功增加***内能而采用机械压缩方式产生的高能耗问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种加热式制冷循环***，其包括蒸发器、冷凝器、节流装置和用于使制冷剂升温加压的加热器、所述蒸发器的出口与所述加热器的入口连接，所述加热器的出口与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述节流装置的入口连接，所述节流装置的出口与所述蒸发器的入口连接。
作为优选方案，所述加热式制冷循环***还包括风机，所述风机设于所述蒸发器的出口和所述加热器的入口之间，或所述风机设于所述加热器的出口和所述冷凝器的入口之间。
作为优选方案，所述加热式制冷循环***还包括动力泵，所述动力泵设于所述冷凝器的出口和所述节流装置的入口之间，或所述动力泵设于所述节流装置的出口和所述蒸发器的入口之间。
作为优选方案，所述加热式制冷循环***还包括高压储液器，所述高压储液器的位置高于所述节流装置的位置，且设于所述冷凝器的出口和所述节流装置的入口之间。
作为优选方案，所述加热式制冷循环***还包括低压储液器，所述低压储液器的位置高于所述蒸发器的位置，且设于所述节流装置的出口和所述蒸发器的入口之间。
本发明的加热式制冷循环***是低能耗的制冷循环***，可取代蒸气压缩式制冷循环***。加热器替换压缩机，用直接加热提供热能动力的方式代替机械压缩提供机械能动力的方式对***做功增加***的内能，完成热量在蒸发器和冷凝器之间的传递和交换。压缩过程效率的提高和损耗的减少，使加热式制冷循环***能够实现低能耗。同时，因加热器无运动部件故没有机械磨损，且运行过程中无振动、无噪声等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的加热式制冷循环***的工作流程图；
图2为本发明实施例提供的应用于热泵工况的加热式制冷循环***的工作流程图；
图3为本发明实施例提供的应用于增加外部动力工况的加热式制冷循环***的工作流程图；
图中：1、蒸发器；2、加热器；3、冷凝器；4、节流装置；5、风机；6、动力泵；7、高压储液器；8、低压储液器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照图1所示，本实施例中提供一种加热式制冷循环***，其包括蒸发器1、冷凝器3、节流装置4和用于使制冷剂升温加压的加热器2、所述蒸发器1的出口与所述加热器2的入口连接，所述加热器2的出口与所述冷凝器3的入口连接，所述冷凝器3的出口与所述节流装置4的入口连接，所述节流装置4的出口与所述蒸发器1的入口连接。
本发明的加热式制冷循环***的工作过程：从蒸发器1出来的低温低压制冷剂蒸气被加热器2加热成高温气体，***内能增加，且由于***内容积不变，部分动能转换成势能制冷剂蒸气压强增大，制冷剂蒸气呈过热状态；从加热器2流出的高温高压制冷剂蒸气，进入冷凝器3放出热量，把热量传递给周围的介质(空气或水)，从而使制冷剂蒸气冷凝成液态制冷剂；从冷凝器3出来的制冷剂液体经节流装置4节流降压至蒸发压力，节流后的制冷剂温度也降至蒸发温度；经节流装置4节流后的制冷剂进入蒸发器1，吸收周围介质(空气或水)的热量，沸腾汽化，变为干饱和制冷剂蒸气，继而流入加热器2，进入下一次循环。由此不断循环，从而完成热量在蒸发器1和冷凝器3之间的传递和交换，最终实现制冷的目的。
具体地，上述的加热式制冷循环***，其关键部件加热器2为外置式加热器，所述外置式加热器设置在蒸发器1与冷凝器3之间的连接管段处，所述外置式加热器的入口与蒸发器1的出口连接，所述外置式加热器的出口与冷凝器3的入口连接，连接方式均采用焊接或法兰连接或密封性螺纹连接等方式连接。
作为替代方案，本实施例中，上述的加热器2也可以为内置式加热器。
具体地，所述的蒸发器1为翅片式换热器或壳管式换热器或板式换热器等。
具体地，所述的冷凝器3为翅片式换热器或壳管式换热器或蒸发式冷凝器等。
具体地，所述的节流装置4为膨胀阀或毛细管或节流孔等。
进一步地，将上述加热式制冷循环***应用于热泵产品的制热工况时，如图2所示，制热工况制冷剂流向与制冷工况的流向相反。制热工况时冷凝器3(此时用作蒸发器)的出口连接加热器2的入口；加热器2的出口连接蒸发器1(此时用作冷凝器)的入口；蒸发器1(此时用作冷凝器)的出口连接节流装置4的入口；节流装置4的出口连接冷凝器3(此时用作蒸发器)的入口，完成制热循环回路。
进一步地，将所述加热式制冷循环***应用于制热工况时，不限于上述的热泵制热工况，还可用于热水器或其它产品的制热工况。
进一步地，当所述加热式制冷循环***应用于蒸发器1与冷凝器3相距较远时，在所述加热式制冷循环***中增加外部动力的工况，如增加风机5和/或增加动力泵6和/或增加高压储液器7和/或增加低压储液器8等，且所述高压储液器7的位置高于节流装置4的位置，所述低压储液器8的位置高于蒸发器1的位置，以保障制冷剂的循环量。
具体地，所述加热式制冷循环***包括风机5，风机5设于蒸发器1的出口和加热器2的入口之间，风机5的入口与蒸发器1的出口连接，风机5的出口与加热器2的入口连接；或风机5设于加热器2的出口和冷凝器3的入口之间，风机5的入口与加热器2的出口连接，风机5的出口与冷凝器3的入口连接。
具体地，所述加热式制冷循环***包括动力泵6，动力泵6设于冷凝器3的出口和节流装置4的入口之间，动力泵6的入口与冷凝器3的出口连接，动力泵6的出口与节流装置4的入口连接；或动力泵6设于节流装置4的出口和蒸发器1的入口之间，动力泵6的入口与节流装置4的出口连接，动力泵6的出口与蒸发器1的入口连接。
具体地，所述加热式制冷循环***还包括高压储液器7，高压储液器7的位置高于所述节流装置4的位置，高压储液器7的液位高于节流装置4的液位，且设于冷凝器3的出口和节流装置4的入口之间，高压储液器7的入口与冷凝器3的出口连接，高压储液器7的出口与节流装置4的入口连接。
具体地，所述加热式制冷循环***还包括低压储液器8，低压储液器8的位置高于蒸发器1的位置，低压储液器8的液位高于蒸发器1的液位，且设于节流装置4的出口和蒸发器1的入口之间，低压储液器8的入口与节流装置4的出口连接，低压储液器8的出口与蒸发器1的入口连接。
如图3所示，优选地，本实施例中的加热式制冷循环***包括设于蒸发器1和加热器2之间的风机5、设于冷凝器3和节流装置4之间的高压储液器7和动力泵6、设于节流装置4和蒸发器1之间的低压储液器8。风机5的入口与蒸发器1的出口连接，风机5的出口与加热器2的入口连接，高压储液器7的入口与冷凝器3的出口连接，高压储液器7的出口与动力泵6的入口连接，动力泵6的出口与节流装置4的入口连接，低压储液器8的入口与节流装置4的出口连接，低压储液器8的出口与蒸发器1的入口连接。借助高压储液器7与节流装置4之间的制冷剂液柱高度产生的重力和动力泵6的动力克服从冷凝器3到节流装置4之间管段制冷剂液体的流动阻力；借助低压储液器8与蒸发器1之间的制冷剂液柱高度产生的重力克服从低压储液器8到蒸发器1之间管段制冷剂液体的流动阻力以及制冷剂在蒸发器1内的流动阻力；借助风机5的动力克服从蒸发器1到加热器2之间管段及从加热器2到冷凝器3之间管段，以及在冷凝器3内制冷剂气体的部分流动阻力。
综上，本发明优选实施例的加热式制冷循环***，其加热式制冷循环***用直接加热提供热能动力的方式代替机械压缩提供机械能动力的方式对***做功增加***的内能。压缩过程效率提高、损耗减少，使加热式制冷循环***能够实现低能耗。
实际上，蒸气压缩式制冷循环***中的压缩过程是为了提高制冷剂蒸气的温度和压强，对***做功增加***的内能以克服制冷剂流动阻力和实现与周围介质(空气或水)的热量交换。理想气体状态方程PV＝nRT显示温度与压强成正比关系，提高制冷剂蒸气的温度其压强也会相应增加。因此，可以直接采用提高蒸发器出口制冷剂蒸气的温度来对***做功增加***的内能，完成热量在蒸发器和冷凝器之间的传递和交换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种加热式制冷循环***，其特征在于，包括蒸发器(1)、冷凝器(3)、节流装置(4)和用于使制冷剂升温加压的加热器(2)，所述蒸发器(1)的出口与所述加热器(2)的入口连接，所述加热器(2)的出口与所述冷凝器(3)的入口连接，所述冷凝器(3)的出口与所述节流装置(4)的入口连接，所述节流装置(4)的出口与所述蒸发器(1)的入口连接。
2.如权利要求1所述的加热式制冷循环***，其特征在于，还包括风机(5)，所述风机(5)设于所述蒸发器(1)的出口和所述加热器(2)的入口之间，或设于所述加热器(2)的出口和所述冷凝器(3)的入口之间。
3.如权利要求1所述的加热式制冷循环***，其特征在于，还包括动力泵(6)，所述动力泵(6)设于所述冷凝器(3)的出口和所述节流装置(4)的入口之间，或设于所述节流装置(4)的出口和所述蒸发器(1)的入口之间。
4.如权利要求1所述的加热式制冷循环***，其特征在于，还包括高压储液器(7)，所述高压储液器(7)的位置高于所述节流装置(4)的位置，且设于所述冷凝器(3)的出口和所述节流装置(4)的入口之间。
5.如权利要求1所述的加热式制冷循环***，其特征在于，还包括低压储液器(8)，所述低压储液器(8)的位置高于所述蒸发器(1)的位置，且设于所述节流装置(4)的出口和所述蒸发器(1)的入口之间。
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