CN112611122B - 一种蒸汽回热联合循环制冷机及采用该制冷机的冰箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽回热联合循环制冷机及采用该制冷机的冰箱，包括蒸汽循环制冷机(4)和回热式制冷机(2)，所述的蒸汽循环制冷机(4)的冷凝器分为两个部分，分别连接在回热式制冷机(2)的散热器(211)外侧，利用蒸汽循环制冷机(4)的第一冷凝器的冷凝液冷却回热式制冷机(2)的散热器(211)，蒸发的冷凝液重新被第二冷凝器冷凝。与现有技术相比，本发明具有结构简单、散热容易等优点。

Description

一种蒸汽回热联合循环制冷机及采用该制冷机的冰箱

技术领域

本发明涉及一种制冷机，尤其是涉及一种蒸汽循环制冷机与回热循环结合的联合制冷机和采用该联合制冷机的冰箱。

背景技术

蒸汽循环制冷机广泛应用于冰箱，冷柜等，但制冷温度不能很低，普通的家用冰箱一般很难低于-24℃。回热制冷机如斯特林或脉管制冷机则可温度很低，-200℃是很平常的。但其困难点是近室温区的效率较低，而且，其散热器是高度紧凑的，散热不易。

因此采用蒸汽循环与回热循环结合的联合循环则可结合二者的优点。从而在宽广的范围内获得制冷温度，使冰箱的制冷温度可从冷藏，冷冻到深度冷冻。但回热式制冷机的散热不易的问题亦然存在。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种散热容易的蒸汽回热联合循环制冷机及采用该制冷机的冰箱。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种蒸汽回热联合循环制冷机，包括蒸汽循环制冷机和回热式制冷机，所述的蒸汽循环制冷机的冷凝器分为两个部分，并分别与回热式制冷机的散热器相连接，利用蒸汽循环制冷机的第一冷凝器的冷凝液冷却回热式制冷机的散热器，蒸发的冷凝液重新被第二冷凝器冷凝。

回热式制冷机包括斯特林制冷机或脉管制冷机，蒸汽循环制冷机包括顺次连接的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器。本发明将两者联合使用，将蒸汽循环制冷机的冷凝器分为两个部分，分别连接在回热式制冷机的散热器外侧的外散热通道上，通过蒸发蒸汽循环制冷机的冷凝液为回热式制冷机散热，同时在冷量换热器外侧设冷量换热器外换热通道，为外部提供冷量。

进一步地，所述的蒸汽循环制冷机的冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器，所述的第一冷凝器和第二冷凝器分别连接在散热器外侧的散热通道上。

进一步地，所述的蒸汽循环制冷机包括循环连接的压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、第一节流阀和蒸发器，其中第一冷凝器将压缩机输出的高压蒸汽冷凝，并用冷凝液冷却回热式制冷机，然后通过第二冷凝器冷凝成液体，进入第一节流阀。

经第一冷凝器冷凝后的流体为液体或液体与蒸汽的混合物，经第二冷凝器冷凝后的流体全部为液体。

进一步地，所述的第一冷凝器和第二冷凝器为同一冷凝器，经冷凝器冷凝后的流体进入散热通道，冷却散热器后返回冷凝器，冷凝后再进入第一节流阀。

进一步地，所述的第一冷凝器后设有直接连接至第一节流阀的旁路管道，该旁路管道上设有调节阀。

进一步地，所述的散热器外侧还设有辅助散热通道，辅助散热通道一端连接第二冷凝器，另一端连接第三冷凝器，第三冷凝器连接第一节流阀；

进一步地，所述的辅助散热通道与第二冷凝器之间上还可以设置直接连接至第一节流阀的第二旁路管道。

进一步地，所述的第一节流阀和蒸发器旁并联有第二节流阀和第二蒸发器。

进一步地，所述的回热式制冷机的冷量换热器外侧设有换热通道。

一种冰箱，该冰箱包括冷藏室，冷冻室与低温室，所述的冷藏室和冷冻室由蒸汽循环制冷机冷却，所述的低温室由回热式制冷机冷却。

本发明的理论依据：将蒸汽循环制冷机的冷凝器分为二部分，用第一部分冷凝器的冷凝液冷却回热式制冷机的散热器，从而将高度紧促的回热式制冷机的散热器的热带走，蒸发的冷凝液重新在冷凝器的另一部分冷凝，并不影响蒸汽循环制冷机的循环。由于蒸汽循环制冷机的工质流动是由压缩机驱动的，因此散热能力很大，从而轻而易举地解决了回热式制冷机散热难的问题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.将蒸汽循环制冷机和回热式制冷机进行联合使用，将蒸汽循环制冷机的冷凝器分设为二个部分，第一部分将压缩机来的高压蒸汽冷凝，用冷凝液冷却回热制冷机，蒸发的冷凝液之后进入第二部分冷凝成液体，从而不影响蒸汽循环制冷机的循环过程，同时又给回热制冷机散热。

2.采用蒸汽循环与回热循环结合的联合循环并且用蒸汽循环的散热器辅助散热则可结合二者的优点，从而在宽广的范围内获得制冷温度，使如冰箱类的制冷温度可从冷藏，冷冻到深度冷冻。

3.简化了常规回热式制冷机的结构，省去了如脉管制冷机等回热式制冷机的冷却器，利用蒸汽循环制冷机散热，一方面提高了散热效果，另一方面减少了专用冷却器的设计，简化了结构，降低了成本。

附图说明

图1为实施例1中蒸汽回热联合循环制冷机的结构示意图；

图2为回热式制冷机结构示意图；

图3为利用联合循环制冷机的冰箱；

图4为实施例2中蒸汽回热联合循环制冷机的结构示意图；

图5为实施例3中蒸汽回热联合循环制冷机的结构示意图；

图6为实施例4中蒸汽回热联合循环制冷机的结构示意图；

图7为实施例5中蒸汽回热联合循环制冷机的结构示意图。

图中标记：

1、密闭振子，111、平衡块，112、弹簧，113、支撑架，121、盒体，122、开口，123、盖子，124、安装部；

2、回热式制冷机，211、散热器，211a、散热通道，211b、辅助散热通道，212、回热器，213、冷量换热器，213a、换热通道，214、脉管，214a、脉管冷端均流器，214b、脉管热端均流器，221、驱动部，222、活塞，223、压缩腔，231、推移活塞，232、推移活塞气缸，233、推移活塞前腔；

3、冰箱，31、冷藏室，32、冷冻室，33、低温室；

4、蒸汽循环制冷机，411、压缩机，412、高压管路，413、低压管路，414、旁路管道，415、调节阀，416、第二旁路管道，417、调节阀，421、第一冷凝器，422、第二冷凝器，423、第三冷凝器，431、第一节流阀，432、第二节流阀，441、第一蒸发器，442、第二蒸发器，451、控制阀，452、控制阀，453、控制阀，454、控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种蒸汽回热联合循环制冷机，包括蒸汽循环制冷机4和回热式制冷机2。

其中，所述的蒸汽循环制冷机4包括压缩机411、高压管路412和其上连接的第一冷凝器421，第二冷凝器422，低压管路413和其上连接的第一节流阀431和第一蒸发器441。

本实施例中采用的回热式制冷机2为脉管式制冷机，其结构如图2所示，包括平衡块组件1和制冷机2，其中，平衡块组件1，包括盒体121以及位于盒体内的平衡块111，平衡块111通过弹簧112连接在支撑架113上，支撑架113固定在盒体121内部，平衡块111与弹簧112和支撑架113构成一个振动***，装置在盒体121内，盒体121上设有开口122和安装部124，开口122处设有盖子123，通过开口122将盒体121内气体抽出，控制盒体内气压在0.8个大气压左右，然后通过盖子123封闭开口122，盒体内气压保持在设定值。平衡块组件1通过安装部124与制冷机2的压缩机固定在一起。

制冷机2包括冷头、压缩机和推移活塞组件，其中冷头由散热器211，回热器212，冷量换热器213，脉管214组成，脉管214两端有脉管冷端均流器214a和脉管热端均流器214b；压缩机由驱动部221与活塞222组成，活塞前的压缩腔223由于活塞222的往复运动而输出功用于制冷，推移活塞组件包括推移活塞231和推移活塞气缸232，驱动部221连接推移活塞231，推移活塞231与推移活塞气缸232形成推移活塞前腔233，与脉管214相通以控制其内的气流。驱动部221一般有直线电机和与活塞222相连的弹簧，压缩机被称为直线压缩机，推移活塞231的弹簧也在驱动部里。

回热式制冷机2的散热器211外侧设有散热通道211a，冷量换热器213外侧设有换热通道213a。

上述蒸汽循环制冷机4的第一冷凝器421和第二冷凝器422与散热器211相连接，分别连接在散热器211外侧的散热通道211a上。

工作时，压缩机411把低压的气体压缩至高压，在第一冷凝器421冷凝成液体，流过外散热通道211a时被加热蒸发，之后在第二冷凝器422中再冷凝成液体，经第一节流阀431节流后成为低压低温的液体，在第一蒸发器441吸热蒸发输出冷量后回到压缩机411。

回热制冷机2的热通过外散热通道211a散给高压冷凝液，高压冷凝液蒸发成蒸汽，之后在第二冷凝器422内重新冷凝将热量散入大气。其冷量由冷量换热器外的换热通道213a输出。

在上述过程中，高压管路412的流体通过第一冷凝器421后可以不全是液体，流过外散热通道211a后也可不全是蒸汽，但流过第二冷凝器422时应该全是液体，否则是换热面积不足，需要加大换热面积。

一般冷凝器与蒸发器是管翅式换热器，即工质在管内流动，空气在翅片流过。空气流动一般由风扇驱动。

蒸汽循环制冷机4的第一冷凝器421和第二冷凝器422与散热器211相连的方式除了上述方法外，还可以有其他方法，只要把热带走就行。

本发明的理论依据：将蒸汽循环制冷机的冷凝器分为二部分，用第一部分冷凝器的冷凝液冷却回热式制冷机的散热器，从而将高度紧促的回热式制冷机的散热器的热带走，蒸发的冷凝液重新在冷凝器的另一部分冷凝，并不影响蒸汽循环制冷机的循环。由于蒸汽循环制冷机的工质流动是由压缩机驱动的，因此散热能力很大，从而轻而易举地解决了回热式制冷机散热难的问题。如图3所示，将上述蒸汽回热联合循环制冷机用于冰箱3中，其中冰箱3有冷藏室31，冷冻室32与低温室33，低温室33由回热式制冷机2冷却，即回热式制冷机2的冷量换热器213置于低温室33内，并通过换热通道213a将冷量输入低温室33，冷藏室31与冷冻室32由蒸汽循环制冷机4冷却。

本实施例的回热式制冷机是脉管制冷机，回热式制冷机可以是其他形式的，如斯特林制冷等，驱动部可以不用平衡块，也可以是对置式压缩机，等。

实施例2

如图4所示，二个冷凝器可合并为一个，但流道分离，即第一冷凝器421和第二冷凝器422为同一个冷凝器，经冷凝器冷凝后的流体进入散热通道211a，冷却散热器211后返回冷凝器，冷凝后再进入第一节流阀431。

这个实施例也可看作是冷凝器的高压流体管路从冷凝器伸出后绕到外散热通道211a之后返回到冷凝器。其余同实施例1。

实施例3

如图5所示，外散热通道211a的热负荷很小，可让部分冷凝液流过外散热通道211a，其他部分通过旁路管道414绕过外散热通道211a，旁路管道414上有调节阀415调节流量，这样做的好处是可减小流动阻力。其余同实施例1。

实施例4

如图6所示，回热制冷机的热量太大，把全部的冷凝液蒸发掉还不能完全散热，则将回热制冷机的散热通道211a旁增加一个辅助散热通道211b，即散热器211外侧还有一辅助散热通道211b，辅助散热通道211b一端连接第二冷凝器422，另一端连接第三冷凝器423，第三冷凝器423连接第一节流阀431；让再冷凝后的高压液体制冷工质返回到回热制冷机的辅助散热通道211b，然后经第三冷凝器423冷凝成液体，之后用于节流制冷。其余同实施例1。

这里辅助散热通道211b与散热通道211a并列为回热制冷机的外散热通道，互不相通。

如果回热式制冷机的发热量太大，则可设置多个助散热通道与多个冷凝器。

实施例5

如图7所示，第二换热通道211b的热负荷不大，在辅助散热通道211b与第二冷凝器422之间上还可以设置直接连接至第一节流阀431的第二旁路管道416，让一部分冷凝液通过第二旁路管道416，从而使一部分冷凝液流过辅助散热通道211b，这样压降损失小些。第二旁路管道416上可以有调节阀417调节流量。

为了产生不同的制冷温度，可设第二蒸发器442，相应地，设第二节流阀432。当让蒸发器441工作时，打开控制阀451与控制阀452，关闭控制阀453与控制阀454。当让第二蒸发器442工作时，关闭控制阀451与控制阀452，打开控制阀453与控制阀454。这样，二个蒸发器可工作在不同的蒸发压力下，产生不同的制冷温度。

Claims (12)

1.一种蒸汽回热联合循环制冷机，包括蒸汽循环制冷机（4）和回热式制冷机（2），其特征在于，所述的蒸汽循环制冷机（4）的冷凝器分为两个部分，分别与回热式制冷机（2）的散热器（211）相连接，利用蒸汽循环制冷机（4）的冷凝器冷却回热式制冷机（2）的散热器（211）。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的蒸汽循环制冷机（4）的冷凝器包括第一冷凝器（421）和第二冷凝器（422），所述的第一冷凝器（421）和第二冷凝器（422）分别连接在散热器（211）外侧的散热通道（211a）上。

3.根据权利要求2所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的蒸汽循环制冷机（4）包括循环连接的压缩机（411）、第一冷凝器（421）、第二冷凝器（422）、第一节流阀（431）和蒸发器（441），其中第一冷凝器（421）将压缩机（411）输出的高压蒸汽冷凝，并用冷凝液冷却回热式制冷机（2），然后通过第二冷凝器（422）冷凝成液体，进入第一节流阀（431）。

4.根据权利要求3所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，经第一冷凝器（421）冷凝后的流体为液体或液体与蒸汽的混合物，经第二冷凝器（422）冷凝后的流体为液体。

5.根据权利要求3所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的第一冷凝器（421）和第二冷凝器（422）为同一冷凝器，经冷凝器冷凝后的流体进入散热通道（211a），冷却散热器（211）后返回冷凝器，冷凝后再进入第一节流阀（431）。

6.根据权利要求2所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的第一冷凝器（421）后设有直接连接至第一节流阀（431）的旁路管道（414）。

7.根据权利要求6所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，在旁路管道（414）上还设有调节阀（415）。

8.根据权利要求2所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的散热器（211）外侧还设有辅助散热通道（211b），辅助散热通道（211b）一端连接第二冷凝器（422），另一端连接第三冷凝器（423），第三冷凝器（423）连接第一节流阀（431）。

9.根据权利要求8所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的辅助散热通道（211b）与第二冷凝器（422）之间上设置直接连接至第一节流阀（431）的第二旁路管道（416）。

10.根据权利要求3所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的第一节流阀（431）和蒸发器（441）旁并联有第二节流阀（432）和第二蒸发器（442）。

11.根据权利要求3所述的一种蒸汽回热联合循环制冷机，其特征在于，所述的回热式制冷机（2）的冷量换热器（213）外侧设有换热通道（213a）。

12.一种冰箱，其特征在于，该冰箱包括冷藏室（31），冷冻室（32）与低温室（33），所述的冷藏室（31）和冷冻室（32）由蒸汽循环制冷机（4）冷却，所述的低温室（33）由权利要求1所述蒸汽回热联合循环制冷机冷却。

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