專利名稱：一種蓄冷/熱空調用的壓縮制冷/熱裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種蓄冷/熱空調用的制冷/熱裝置。
為平衡電網峰谷負荷，各國都在大力推廣蓄冷空調技術。查閱85年至今的中國專利、中國制冷空調工業協會提供的資料以及96年6月上海國際制冷空調展覽會上收集到的資料，目前家用或中央空調用的制冷/熱裝置尚未見采用專與蓄冷/熱槽連接使用的逆流式過冷器。現有這些不帶過冷器的壓縮制冷/熱裝置，在用于蓄冷供冷時，不能利用高于空調機回水溫度以上的蓄冷量；在用于儲熱采暖時，不能利用低于暖風機回水溫度的儲熱量。據《江蘇暖通空調制冷》95年第2期(冰蓄冷專輯)和日本《冷凍》雜志第63卷(蓄冷特集)報道，現有作為空調用的蓄冷材僅限于冰和熔點約6-8℃的數種相變材料。用冰蓄冷時，因冰層熱阻大，要使水結冰，蓄冰槽的單位容積內須有較大的傳熱面積，因此蓄冰槽的造價相當貴。另外，如美國哈佛大學研制的熔點為8.3℃、熔解熱為22.8千卡/公斤和熔點為5℃、熔解熱為30千卡/公斤的復合鹽水合物，簡稱PCM材，價格相當貴。再者，在空調機給水溫度以下進行蓄冷，如利用冰蓄冷，會使壓縮制冷裝置在蓄冷期效率降低；在暖風機給水溫度以上進行儲熱，會使壓縮制熱裝置在儲熱期效率降低。總之，使用目前的壓縮制冷或制熱裝置于蓄冷供冷或儲熱采暖時，單位蓄冷量或儲熱量的成本，包括蓄冷材費、裝置費、運行費都較貴，導致蓄冷/儲熱空調技術尚難以推廣。
本實用新型的目的是克服現有蓄冷空調供冷用的壓縮制冷裝置和儲熱空調采暖用的壓縮制熱裝置的不足，提供一種在用于蓄冷空調供冷時能提高蓄冷溫度上限，當用于儲熱空調采暖時，能降低儲熱溫度下限的壓縮制冷/熱裝置，該裝置可以是單制冷用型，或單制熱用型，或制冷與制熱互換使用的兩用型。
本實用新型蓄冷/熱空調用的壓縮制冷/熱裝置，含有壓縮機、空氣-制冷劑熱交換器(冷凝器/蒸發器)、高壓儲液器(也稱高壓氣液分離器)、節流器、液-制冷劑熱交換器(蒸發器/冷凝器)和制冷劑的制冷/熱回路，當兼作制冷/熱互換使用的兩用裝置時，在壓縮機的兩個接口處設有一個用于控制改變制冷劑流向的四通電磁閥，該四通閥中的兩個通道與以空氣-制冷劑熱交換器為冷凝器、以液-制冷劑熱交換器為蒸發器的制冷回路連通，另外兩個通道與以液-制冷劑熱交換器為冷凝器、以空氣-制冷劑熱交換器為蒸發器的制熱回路連通，并在從制冷/熱回路的冷凝器出口至高壓儲液器入口和從節流器的出口至制冷/熱回路的蒸發器入口的管道上分別設置一個(共4個)用于控制制冷劑單向流過節流器進入蒸發器的單通閥，改制冷/熱單用回路為制冷/熱兩用回路，該回路全部裝在一個主機箱內，其特征在于，在上述回路中的節流器之前、高壓貯液器之后，增添有液-液熱交換器的逆流式過冷器，所述逆流式過冷器的換熱面積不小于同裝置上使用的同型式蒸發器的五分之一，較佳范圍在0.8-1.5倍之間。
在單獨作制熱用時，所述制熱回路中過冷器的制冷劑進、出口通道上增添進口控制閥和出口控制閥，在過冷器進口控制閥的入口至其出口控制閥的出口之間增添過冷器的旁通管和旁通閥，在過冷器的出口控制閥之前至壓縮機吸氣口之間增添制冷劑蒸氣回氣管和控制閥，并增添從節流器出口至空氣-制冷劑熱交換器之間的連接管及其制熱回路中蒸發器用控制閥、從節流器出口至過冷器入口的過冷支路及支路上的單向閥，從液-制冷劑熱交換器遠離壓縮機端至高壓貯液器入口間增添連接管路。
在作制冷/熱互換使用的兩用裝置時，所述過冷器的制冷劑進、出口通道上增添進口控制閥和出口控制閥，在過冷器進口控制閥的入口至其出口控制閥的出口之間增添過冷器的旁通管和旁通閥，在過冷器的出口控制閥之前至壓縮機吸氣口之間增添制冷劑蒸氣回氣管和控制閥，并增添從節流器出口至過冷器入口的過冷支路及支路上的單向閥；所述節流器出口至液-制冷劑熱交換器之間管路上的單向閥和從節流器出口至空氣-制冷劑熱交換器之間的連接管的單向閥改為控制閥。
根據以上設計，當制冷回路工作時，制冷劑由壓縮機排出，至空氣-制冷劑熱交換器的冷凝器，在其中將熱量交換給空氣后，致冷劑冷凝成高壓液體，經高壓貯液器進行氣液分離后，液體制冷劑進入過冷器，當過冷器的載冷劑(水)側有冷水流過時，由于進入過冷器的制冷劑溫度仍高于環境溫度，所以它可以吸收進入過冷器的高于空調機回水溫度的冷水的冷量，并在壓力基本不降低的情況下被降溫，即被過冷；過冷的制冷劑經節流器降壓后，在液-制冷劑熱交換器的蒸發器內蒸發，并將冷量交換給流過蒸發器水側的空調機回水，此時流過蒸發器的制冷劑將比在不過冷的制冷循環中產生更多的冷量，所增份額等于制冷劑在過冷器中吸收的冷量。由于過冷器具有不小于同裝置上用的同型式蒸發器的五分之一的換熱面積，在調整過冷器水側的水流量情況下，可以使制冷劑過冷度大于10℃；當過冷器面積增大或過冷器的水流量增大時，過冷度增大。增加過冷度可增加制冷量。對于以氟里昂22制冷劑而言，當過冷度大于10℃時，其單位公斤流量的制冷量將增加約10％。極限過冷度小于冷凝溫度與蒸發溫度之差。若過冷器的冷卻水是來自蓄冷槽的冷水，那么高于空調機回水溫度以上的蓄冷量，例如12℃到30℃的水的顯熱，也能被利用于向空調機供冷。與不裝過冷器的壓縮制冷裝置相比，本實用新型拓寬了用在蓄冷空調時對蓄冷溫度的上限必須低于空調機回水溫度的限制，從而為采用水或其他熔點在10-27℃的、潛熱值大、廉價、性能穩定的蓄冷材開辟了新路，并大大降低了單位千焦爾蓄冷量成本，使蓄冷空調技術更易推廣。
在制熱回路工作時，所述過冷器根據工況需要可分別當過冷器、蒸發器或冷凝器用。過冷器作過冷器用時，執行過冷制熱循環，此時，制冷劑由壓縮機排出后至液-制冷劑熱交換器的冷凝器，在其中把熱量交換給流過其水側的暖風機回水，而后進高壓貯液器，在其中經氣液分離后液體制冷劑進入過冷器，在其中把低于暖風機回水溫度的熱量交換給流過過冷器水側的溫度更低的冷水，制冷劑被過冷后進入節流器，在其中經節流降壓后進入空氣-制冷劑熱交換器的蒸發器，在其中吸收空氣中的熱量后蒸發，其蒸氣再回到壓縮機；流過過冷器水側的冷水若是經儲熱槽的循環水，則儲熱槽內水溫將逐漸升高，其中所裝的儲熱材將把低于暖風機回水溫度的制冷劑在過冷時放出的熱量儲存起來；當要把這部分低于暖風機給水溫度的儲熱量用于向暖風機供暖時，所述過冷器改作蒸發器用，原制熱回路中的蒸發器停止使用。這種以儲熱槽為熱源的制熱循環具有把低于暖風機給水溫度的儲熱量向暖風機供暖的功能，此時，制熱回路的過冷器進、出口控制閥和過冷器出口至蒸發器入口的控制閥關閉，其余控制閥開通，制冷劑由壓縮機排出后至冷凝器，在其中把熱量交換給流過其水側的暖風機回水，而后進高壓貯液器，在其中經氣液分離后，液體制冷劑經過冷器的旁通閥至節流器，經節流降壓后進過冷器替代的蒸發器，在其中吸收了流過其水側的溫水的熱量后蒸發，制冷劑蒸氣經原過冷器出口至壓縮機入口的蒸氣管回到壓縮機。由于儲熱槽的溫水溫度高于環境空氣的溫度，所以執行此循環時，冷凝器可以比以空氣為熱源的制熱循環放出更多的熱量給暖風機的回水；當希望把高于暖風機回水溫度的熱量儲存于儲熱槽時，所述過冷器可以改作冷凝器用，此時制熱回路的循環如同過冷器仍作過冷器時的循環，僅僅是過冷器的暖風機回水停止循環，制冷劑不在原冷凝器內放熱。
與用于蓄冷/熱空調的現有壓縮制冷/熱裝置相比，本實用新型的壓縮制冷/熱裝置當與蓄冷/熱空調系統按本實用新型所提供的使用方法配套使用時，能提高蓄冷空調的蓄冷溫度上限和降低儲熱采暖中儲熱溫度下限，使現有蓄冷空調技術所不能利用的高于空調回水溫度的蓄冷量也能用于空調供冷，把低于暖風機回水溫度的儲熱量也能用于暖風機供暖，使現有蓄冷/儲熱裝置的單位容積蓄冷/儲熱量獲得提高，使水或熔點在10-27℃范圍的相變材料作為空調用的蓄冷/儲熱材料成為可能，從而為在中央空調系統推廣采用蓄冷/儲熱技術開辟了新的途徑。
以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步具體描述實施例1是本實用新型的一種單制冷用裝置。


圖1中點劃線方框內為本實用新型單制冷裝置的流程原理示意圖，點劃線方框外為配合本裝置使用的外接設備。
圖1中，制冷劑制冷循環的流程為自壓縮機1，經空氣-制冷劑熱交換器2的冷凝器、高壓貯液器(氣液分離器)6、過冷器3、干燥器7、視鏡8、節流器4、液-制冷劑熱交換器5的蒸發器、低壓氣液分離器9后回到壓縮機1，制冷劑流程中的設備都裝在一個機座上。所用過冷器為液-液熱交換器的板式熱交換器，其換熱面積與同裝置使用的板式蒸發器的換熱面積相等。使用時，本實用新型制冷裝置的蒸發器5的水側進、出口E1和E2分別與用戶的空調機13(為以下表述方便，供熱用時稱暖風機)的給水回水管接口A1和A2相連，E1與A1的連接管上裝有回水控制閥V8，在E2與A2的連接管路上裝有供冷循環泵12和給水控制閥V9，構成供冷循環；過冷器的進、出水口S1和S2與蓄冷槽10的下端冷水出口S4和上端熱水入口S3相連，連接管路上裝有過冷循環泵11、控制閥V7，構成過冷循環。制冷循環、過冷循環、供冷循環都工作時，制冷劑在冷凝器2中向空氣排放過熱蒸氣顯熱和凝結熱，在過冷器3中從蓄冷槽10送來的循環水中吸收冷量而放出其液體顯熱，在蒸發器5中向空調機回水吸收蒸發熱而制冷，空調機回水在蒸發器5中獲得比不過冷的制冷循環更多的冷量，其多余額等于在過冷器中交換的熱量。本實施例中蓄冷槽內裝有用長方型塑料容器密閉封裝的以十水硫酸鈉為主的熔點為13℃的復合鹽相變蓄冷材。當進入過冷器的冷卻水溫為6℃、出過冷器時的水溫為18℃時，制冷劑溫度從28℃降至10℃，制冷量增加約18％。
實施例2為本實用新型的一種單制熱用裝置。
圖2中點劃線方框內為本實用新型單制熱用裝置的流程原理示意圖，其中輔助部件如干燥器、視鏡、低壓氣液分離器等略去未畫出，點劃線方框外為配合本裝置使用的外接設備。所述過冷器3根據工況需要可分別當過冷器、蒸發器或冷凝器用，因此制冷劑也有三種流程(1)、當過冷器仍當過冷器用時，執行過冷制熱循環，此時圖2中過冷器3的旁通閥V5和過冷器3出口L11至壓縮機1吸氣口L12的管路上控制閥V6關閉，制冷劑的流程為自壓縮機1出口L8排出后，經液一制冷劑熱交換器5的冷凝器、再從其遠離壓縮機端L6，進高壓貯液器6、過冷器進口控制閥V3、過冷器3，過冷器出口控制閥V4、節流器4、節流器出口至空氣-制冷劑熱交換器2遠離壓縮機端L2的連接管路上的控制閥V2、進空氣-制冷劑熱交換器2的蒸發器，最后從其靠壓縮機端L1回到壓縮機1。使用時，液-制冷劑的熱交換器5的冷凝器進、出水口E1和E2，外接空調機13的回、給水管、管路上裝有供冷熱循環泵12，構成供熱循環回路 ，過冷器3的進、出水口S1和S2分別與儲熱槽10的下端出水口S4和上端入水口S3相接，管路上裝有過冷循環泵11構成過冷循環。當同時執行過冷制熱循環、供熱循環和過冷循環時，制冷劑在空氣-制冷劑熱交換器2的蒸發器中從空氣吸熱，在液-制冷劑熱交換器5的冷凝器中，向暖風機13的循環水放出高于暖風機回水溫度的制冷劑的凝結熱和過熱蒸氣熱，在過冷器3中向來自儲熱槽10的循環水放出低于暖風機回水溫度的液體制冷劑的顯熱，循環于儲熱槽與過冷器之間循環水將把這低溫熱帶給儲熱槽的儲熱材，實現低溫儲熱。本實施例中蓄冷槽內單獨裝水作為蓄冷儲熱劑。
(2)、當過冷器作蒸發器用時，執行儲熱源制熱循環，此時圖2中的控制閥V2、V3和V4關閉，控制閥V5和V6開通，制冷劑的流程為自壓縮機1、經冷凝器5、高壓貯液器6、從管叉口L13進旁通管L13-L4和旁通閥V5、再經節流器4、從節流器出口L5、經支路口L9過單通閥D3、經管交口L10進過冷器3、而后再由過冷器出口L11經控制閥V6至壓縮機入口L12，回到壓縮機1。執行此循環時儲熱槽作熱源，其低于暖風機給水溫度的熱量在過冷器3作的蒸發器中經熱交換，由制冷劑在冷凝器5中傳給暖風機的循環水，此循環的供熱量大于以空氣為熱源的制熱循環的供熱量。
(3)、當過冷器3當作冷凝器用時，執行高溫儲熱制熱循環，此時制冷劑的流程與過冷制熱循環相同，僅僅對液-制冷劑熱交換器5水側的水停止循環。此循環能把高于暖風機給水溫度的熱量存進儲熱槽。
實施例3為本實用新型的一種制冷/熱兩用裝置。
圖3中的點劃線方框內為該兩用裝置流程示意圖，圖中同樣省去了輔助部件，如干燥器、視鏡，低壓氣液分離器等，點劃線方框外為配合本裝置使用的外接設備。圖3與圖2的不同之處在于，壓縮機1的進口和出口裝有能改變制冷劑流向的四通閥，四通閥的T1、T4通道為制冷回路通道，T2、T3通道為制熱回路通道，從液-制冷劑熱交換器5的遠離壓縮機1端L6至高壓貯液器6的管路上增添有單向閥D2，在空氣-制冷劑熱交換器2遠離壓縮機端L2(控制閥V2遠離節流器4端)至高壓貯液器6之間增添連接管路(L2-L3)和單通閥D1，在節流器4出口L5至水-制冷劑熱交換器5之間增添連接管路(L5-L6)和控制閥V1，此裝置可執行實施例1(
圖1)和實施例2(圖2)所述的制冷循環和制熱循環。
權利要求1.一種蓄冷/熱空調用的壓縮制冷/熱裝置，含有壓縮機、空氣-制冷劑熱交換器(冷凝器/蒸發器)、高壓儲液器(也稱高壓氣液分離器)、節流器、液-制冷劑熱交換器(蒸發器/冷凝器)和制冷劑的制冷/熱回路，當兼作制冷/熱互換使用的兩用裝置時，在壓縮機的兩個接口處設有一個用于控制改變制冷劑流向的四通電磁閥，四通閥中兩個通道與以空氣-制冷劑熱交換器為冷凝器、以液-制冷劑熱交換器為蒸發器的制冷回路連通，另外兩個通道與以液-制冷劑熱交換器為冷凝器、以空氣-制冷劑熱交換器為蒸發器的制熱回路連通，并在從制冷/熱回路的冷凝器出口至高壓儲液器入口和從節流器的出口至制冷/熱回路的蒸發器入口的管道上分別設置一個(共4個)用于控制制冷劑單向流過節流器進入蒸發器的單通閥，改制冷/熱單用回路為制冷/熱兩用回路，該回路全部裝在一個主機箱內，其特征在于，在上述回路中的節流器之前、高壓貯液器之后，增添有液-液熱交換器的逆流式過冷器，所述逆流式過冷器的換熱面積不小于同裝置所用的同型式蒸發器的五分之一。
2.如權利要求1所述蓄冷/熱空調用的壓縮制冷/熱裝置，特征在于所述過冷器的換熱面積為同裝置所用同型式蒸發器的換熱面積的0.8至1.5倍。
3.如權利要求1所述蓄冷/熱空調用的壓縮制冷/熱裝置，特征在于在單獨作制熱用時，所述制熱回路中過冷器的制冷劑進、出口通道上增添進口控制閥和出口控制閥，在過冷器進口控制閥的入口至其出口控制閥的出口之間增添過冷器的旁通管和旁通閥，在過冷器的出口控制閥之前至壓縮機吸氣口之間增添制冷劑蒸氣回氣管和控制閥，并增添從節流器出口至空氣-制冷劑熱交換器之間的連接管及其制熱回路中蒸發器控制閥，從節流器出口至過冷器入口的過冷支路及支路上的單向閥，從液-制冷劑熱交換器遠離壓縮機端至高壓貯液器入口間增添連接管路。
4.如權利要求1所述的蓄冷/熱空調用的壓縮制冷/熱裝置，特征在于在作制冷/熱互換使用的兩用裝置時，所述過冷器的制冷劑進、出口通道上增添進口控制閥和出口控制閥，在過冷器進口控制閥的入口至其出口控制閥的出口之間增添過冷器的旁通管和旁通閥，在過冷器的出口控制閥之前至壓縮機的吸氣口之間增添制冷劑蒸氣回氣管和控制閥，并增添從節流器出口至過冷器入口的過冷支路及支路上的單向閥；所述節流器出口至液-制冷劑熱交換器之間管路上的單向閥和從節流器出口至空氣-制冷劑熱交換器之間的連接管的單向閥改為控制閥。
專利摘要本實用新型蓄冷/熱空調用壓縮制冷/熱裝置,特征是在現有制冷/熱回路中的節流器之前增添液－液熱交換器的逆流式過冷器,將該過冷器與蓄冷/熱槽連接使用時,能使現有技術所不能利用的高于空調器回水溫度的蓄冷量也能用于供冷,使低于暖風機回水溫度的儲熱量也能用于供暖,提高了單位容積蓄冷/熱量,使水或熔點在10—27℃范圍的相變材料作為空調用的蓄冷/儲熱材成為可能,為中央空調系統推廣蓄冷/儲熱技術開辟了新路。
文檔編號F24F12/00GK2294414SQ9624518
公開日1998年10月14日 申請日期1996年11月10日 優先權日1996年11月10日
發明者陳則韶 申請人:中國科學技術大學, 陳則韶