专利名称：一种蓄冷/热空调用的压缩制冷/热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种蓄冷/热空调用的制冷/热装置。
为平衡电网峰谷负荷，各国都在大力推广蓄冷空调技术。查阅85年至今的中国专利、中国制冷空调工业协会提供的资料以及96年6月上海国际制冷空调展览会上收集到的资料，目前家用或中央空调用的制冷/热装置尚未见采用专与蓄冷/热槽连接使用的逆流式过冷器。现有这些不带过冷器的压缩制冷/热装置，在用于蓄冷供冷时，不能利用高于空调机回水温度以上的蓄冷量；在用于储热采暖时，不能利用低于暖风机回水温度的储热量。据《江苏暖通空调制冷》95年第2期(冰蓄冷专辑)和日本《冷冻》杂志第63卷(蓄冷特集)报道，现有作为空调用的蓄冷材仅限于冰和熔点约6-8℃的数种相变材料。用冰蓄冷时，因冰层热阻大，要使水结冰，蓄冰槽的单位容积内须有较大的传热面积，因此蓄冰槽的造价相当贵。另外，如美国哈佛大学研制的熔点为8.3℃、熔解热为22.8千卡/公斤和熔点为5℃、熔解热为30千卡/公斤的复合盐水合物，简称PCM材，价格相当贵。再者，在空调机给水温度以下进行蓄冷，如利用冰蓄冷，会使压缩制冷装置在蓄冷期效率降低；在暖风机给水温度以上进行储热，会使压缩制热装置在储热期效率降低。总之，使用目前的压缩制冷或制热装置于蓄冷供冷或储热采暖时，单位蓄冷量或储热量的成本，包括蓄冷材费、装置费、运行费都较贵，导致蓄冷/储热空调技术尚难以推广。
本实用新型的目的是克服现有蓄冷空调供冷用的压缩制冷装置和储热空调采暖用的压缩制热装置的不足，提供一种在用于蓄冷空调供冷时能提高蓄冷温度上限，当用于储热空调采暖时，能降低储热温度下限的压缩制冷/热装置，该装置可以是单制冷用型，或单制热用型，或制冷与制热互换使用的两用型。
本实用新型蓄冷/热空调用的压缩制冷/热装置，含有压缩机、空气-制冷剂热交换器(冷凝器/蒸发器)、高压储液器(也称高压气液分离器)、节流器、液-制冷剂热交换器(蒸发器/冷凝器)和制冷剂的制冷/热回路，当兼作制冷/热互换使用的两用装置时，在压缩机的两个接口处设有一个用于控制改变制冷剂流向的四通电磁阀，该四通阀中的两个通道与以空气-制冷剂热交换器为冷凝器、以液-制冷剂热交换器为蒸发器的制冷回路连通，另外两个通道与以液-制冷剂热交换器为冷凝器、以空气-制冷剂热交换器为蒸发器的制热回路连通，并在从制冷/热回路的冷凝器出口至高压储液器入口和从节流器的出口至制冷/热回路的蒸发器入口的管道上分别设置一个(共4个)用于控制制冷剂单向流过节流器进入蒸发器的单通阀，改制冷/热单用回路为制冷/热两用回路，该回路全部装在一个主机箱内，其特征在于，在上述回路中的节流器之前、高压贮液器之后，增添有液-液热交换器的逆流式过冷器，所述逆流式过冷器的换热面积不小于同装置上使用的同型式蒸发器的五分之一，较佳范围在0.8-1.5倍之间。
在单独作制热用时，所述制热回路中过冷器的制冷剂进、出口通道上增添进口控制阀和出口控制阀，在过冷器进口控制阀的入口至其出口控制阀的出口之间增添过冷器的旁通管和旁通阀，在过冷器的出口控制阀之前至压缩机吸气口之间增添制冷剂蒸气回气管和控制阀，并增添从节流器出口至空气-制冷剂热交换器之间的连接管及其制热回路中蒸发器用控制阀、从节流器出口至过冷器入口的过冷支路及支路上的单向阀，从液-制冷剂热交换器远离压缩机端至高压贮液器入口间增添连接管路。
在作制冷/热互换使用的两用装置时，所述过冷器的制冷剂进、出口通道上增添进口控制阀和出口控制阀，在过冷器进口控制阀的入口至其出口控制阀的出口之间增添过冷器的旁通管和旁通阀，在过冷器的出口控制阀之前至压缩机吸气口之间增添制冷剂蒸气回气管和控制阀，并增添从节流器出口至过冷器入口的过冷支路及支路上的单向阀；所述节流器出口至液-制冷剂热交换器之间管路上的单向阀和从节流器出口至空气-制冷剂热交换器之间的连接管的单向阀改为控制阀。
根据以上设计，当制冷回路工作时，制冷剂由压缩机排出，至空气-制冷剂热交换器的冷凝器，在其中将热量交换给空气后，致冷剂冷凝成高压液体，经高压贮液器进行气液分离后，液体制冷剂进入过冷器，当过冷器的载冷剂(水)侧有冷水流过时，由于进入过冷器的制冷剂温度仍高于环境温度，所以它可以吸收进入过冷器的高于空调机回水温度的冷水的冷量，并在压力基本不降低的情况下被降温，即被过冷；过冷的制冷剂经节流器降压后，在液-制冷剂热交换器的蒸发器内蒸发，并将冷量交换给流过蒸发器水侧的空调机回水，此时流过蒸发器的制冷剂将比在不过冷的制冷循环中产生更多的冷量，所增份额等于制冷剂在过冷器中吸收的冷量。由于过冷器具有不小于同装置上用的同型式蒸发器的五分之一的换热面积，在调整过冷器水侧的水流量情况下，可以使制冷剂过冷度大于10℃；当过冷器面积增大或过冷器的水流量增大时，过冷度增大。增加过冷度可增加制冷量。对于以氟里昂22制冷剂而言，当过冷度大于10℃时，其单位公斤流量的制冷量将增加约10％。极限过冷度小于冷凝温度与蒸发温度之差。若过冷器的冷却水是来自蓄冷槽的冷水，那么高于空调机回水温度以上的蓄冷量，例如12℃到30℃的水的显热，也能被利用于向空调机供冷。与不装过冷器的压缩制冷装置相比，本实用新型拓宽了用在蓄冷空调时对蓄冷温度的上限必须低于空调机回水温度的限制，从而为采用水或其他熔点在10-27℃的、潜热值大、廉价、性能稳定的蓄冷材开辟了新路，并大大降低了单位千焦尔蓄冷量成本，使蓄冷空调技术更易推广。
在制热回路工作时，所述过冷器根据工况需要可分别当过冷器、蒸发器或冷凝器用。过冷器作过冷器用时，执行过冷制热循环，此时，制冷剂由压缩机排出后至液-制冷剂热交换器的冷凝器，在其中把热量交换给流过其水侧的暖风机回水，而后进高压贮液器，在其中经气液分离后液体制冷剂进入过冷器，在其中把低于暖风机回水温度的热量交换给流过过冷器水侧的温度更低的冷水，制冷剂被过冷后进入节流器，在其中经节流降压后进入空气-制冷剂热交换器的蒸发器，在其中吸收空气中的热量后蒸发，其蒸气再回到压缩机；流过过冷器水侧的冷水若是经储热槽的循环水，则储热槽内水温将逐渐升高，其中所装的储热材将把低于暖风机回水温度的制冷剂在过冷时放出的热量储存起来；当要把这部分低于暖风机给水温度的储热量用于向暖风机供暖时，所述过冷器改作蒸发器用，原制热回路中的蒸发器停止使用。这种以储热槽为热源的制热循环具有把低于暖风机给水温度的储热量向暖风机供暖的功能，此时，制热回路的过冷器进、出口控制阀和过冷器出口至蒸发器入口的控制阀关闭，其余控制阀开通，制冷剂由压缩机排出后至冷凝器，在其中把热量交换给流过其水侧的暖风机回水，而后进高压贮液器，在其中经气液分离后，液体制冷剂经过冷器的旁通阀至节流器，经节流降压后进过冷器替代的蒸发器，在其中吸收了流过其水侧的温水的热量后蒸发，制冷剂蒸气经原过冷器出口至压缩机入口的蒸气管回到压缩机。由于储热槽的温水温度高于环境空气的温度，所以执行此循环时，冷凝器可以比以空气为热源的制热循环放出更多的热量给暖风机的回水；当希望把高于暖风机回水温度的热量储存于储热槽时，所述过冷器可以改作冷凝器用，此时制热回路的循环如同过冷器仍作过冷器时的循环，仅仅是过冷器的暖风机回水停止循环，制冷剂不在原冷凝器内放热。
与用于蓄冷/热空调的现有压缩制冷/热装置相比，本实用新型的压缩制冷/热装置当与蓄冷/热空调系统按本实用新型所提供的使用方法配套使用时，能提高蓄冷空调的蓄冷温度上限和降低储热采暖中储热温度下限，使现有蓄冷空调技术所不能利用的高于空调回水温度的蓄冷量也能用于空调供冷，把低于暖风机回水温度的储热量也能用于暖风机供暖，使现有蓄冷/储热装置的单位容积蓄冷/储热量获得提高，使水或熔点在10-27℃范围的相变材料作为空调用的蓄冷/储热材料成为可能，从而为在中央空调系统推广采用蓄冷/储热技术开辟了新的途径。
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步具体描述实施例1是本实用新型的一种单制冷用装置。
图1中点划线方框内为本实用新型单制冷装置的流程原理示意图，点划线方框外为配合本装置使用的外接设备。
图1中，制冷剂制冷循环的流程为自压缩机1，经空气-制冷剂热交换器2的冷凝器、高压贮液器(气液分离器)6、过冷器3、干燥器7、视镜8、节流器4、液-制冷剂热交换器5的蒸发器、低压气液分离器9后回到压缩机1，制冷剂流程中的设备都装在一个机座上。所用过冷器为液-液热交换器的板式热交换器，其换热面积与同装置使用的板式蒸发器的换热面积相等。使用时，本实用新型制冷装置的蒸发器5的水侧进、出口E1和E2分别与用户的空调机13(为以下表述方便，供热用时称暖风机)的给水回水管接口A1和A2相连，E1与A1的连接管上装有回水控制阀V8，在E2与A2的连接管路上装有供冷循环泵12和给水控制阀V9，构成供冷循环；过冷器的进、出水口S1和S2与蓄冷槽10的下端冷水出口S4和上端热水入口S3相连，连接管路上装有过冷循环泵11、控制阀V7，构成过冷循环。制冷循环、过冷循环、供冷循环都工作时，制冷剂在冷凝器2中向空气排放过热蒸气显热和凝结热，在过冷器3中从蓄冷槽10送来的循环水中吸收冷量而放出其液体显热，在蒸发器5中向空调机回水吸收蒸发热而制冷，空调机回水在蒸发器5中获得比不过冷的制冷循环更多的冷量，其多余额等于在过冷器中交换的热量。本实施例中蓄冷槽内装有用长方型塑料容器密闭封装的以十水硫酸钠为主的熔点为13℃的复合盐相变蓄冷材。当进入过冷器的冷却水温为6℃、出过冷器时的水温为18℃时，制冷剂温度从28℃降至10℃，制冷量增加约18％。
实施例2为本实用新型的一种单制热用装置。
图2中点划线方框内为本实用新型单制热用装置的流程原理示意图，其中辅助部件如干燥器、视镜、低压气液分离器等略去未画出，点划线方框外为配合本装置使用的外接设备。所述过冷器3根据工况需要可分别当过冷器、蒸发器或冷凝器用，因此制冷剂也有三种流程(1)、当过冷器仍当过冷器用时，执行过冷制热循环，此时图2中过冷器3的旁通阀V5和过冷器3出口L11至压缩机1吸气口L12的管路上控制阀V6关闭，制冷剂的流程为自压缩机1出口L8排出后，经液一制冷剂热交换器5的冷凝器、再从其远离压缩机端L6，进高压贮液器6、过冷器进口控制阀V3、过冷器3，过冷器出口控制阀V4、节流器4、节流器出口至空气-制冷剂热交换器2远离压缩机端L2的连接管路上的控制阀V2、进空气-制冷剂热交换器2的蒸发器，最后从其靠压缩机端L1回到压缩机1。使用时，液-制冷剂的热交换器5的冷凝器进、出水口E1和E2，外接空调机13的回、给水管、管路上装有供冷热循环泵12，构成供热循环回路 ，过冷器3的进、出水口S1和S2分别与储热槽10的下端出水口S4和上端入水口S3相接，管路上装有过冷循环泵11构成过冷循环。当同时执行过冷制热循环、供热循环和过冷循环时，制冷剂在空气-制冷剂热交换器2的蒸发器中从空气吸热，在液-制冷剂热交换器5的冷凝器中，向暖风机13的循环水放出高于暖风机回水温度的制冷剂的凝结热和过热蒸气热，在过冷器3中向来自储热槽10的循环水放出低于暖风机回水温度的液体制冷剂的显热，循环于储热槽与过冷器之间循环水将把这低温热带给储热槽的储热材，实现低温储热。本实施例中蓄冷槽内单独装水作为蓄冷储热剂。
(2)、当过冷器作蒸发器用时，执行储热源制热循环，此时图2中的控制阀V2、V3和V4关闭，控制阀V5和V6开通，制冷剂的流程为自压缩机1、经冷凝器5、高压贮液器6、从管叉口L13进旁通管L13-L4和旁通阀V5、再经节流器4、从节流器出口L5、经支路口L9过单通阀D3、经管交口L10进过冷器3、而后再由过冷器出口L11经控制阀V6至压缩机入口L12，回到压缩机1。执行此循环时储热槽作热源，其低于暖风机给水温度的热量在过冷器3作的蒸发器中经热交换，由制冷剂在冷凝器5中传给暖风机的循环水，此循环的供热量大于以空气为热源的制热循环的供热量。
(3)、当过冷器3当作冷凝器用时，执行高温储热制热循环，此时制冷剂的流程与过冷制热循环相同，仅仅对液-制冷剂热交换器5水侧的水停止循环。此循环能把高于暖风机给水温度的热量存进储热槽。
实施例3为本实用新型的一种制冷/热两用装置。
图3中的点划线方框内为该两用装置流程示意图，图中同样省去了辅助部件，如干燥器、视镜，低压气液分离器等，点划线方框外为配合本装置使用的外接设备。图3与图2的不同之处在于，压缩机1的进口和出口装有能改变制冷剂流向的四通阀，四通阀的T1、T4通道为制冷回路通道，T2、T3通道为制热回路通道，从液-制冷剂热交换器5的远离压缩机1端L6至高压贮液器6的管路上增添有单向阀D2，在空气-制冷剂热交换器2远离压缩机端L2(控制阀V2远离节流器4端)至高压贮液器6之间增添连接管路(L2-L3)和单通阀D1，在节流器4出口L5至水-制冷剂热交换器5之间增添连接管路(L5-L6)和控制阀V1，此装置可执行实施例1(
图1)和实施例2(图2)所述的制冷循环和制热循环。
权利要求1.一种蓄冷/热空调用的压缩制冷/热装置，含有压缩机、空气-制冷剂热交换器(冷凝器/蒸发器)、高压储液器(也称高压气液分离器)、节流器、液-制冷剂热交换器(蒸发器/冷凝器)和制冷剂的制冷/热回路，当兼作制冷/热互换使用的两用装置时，在压缩机的两个接口处设有一个用于控制改变制冷剂流向的四通电磁阀，四通阀中两个通道与以空气-制冷剂热交换器为冷凝器、以液-制冷剂热交换器为蒸发器的制冷回路连通，另外两个通道与以液-制冷剂热交换器为冷凝器、以空气-制冷剂热交换器为蒸发器的制热回路连通，并在从制冷/热回路的冷凝器出口至高压储液器入口和从节流器的出口至制冷/热回路的蒸发器入口的管道上分别设置一个(共4个)用于控制制冷剂单向流过节流器进入蒸发器的单通阀，改制冷/热单用回路为制冷/热两用回路，该回路全部装在一个主机箱内，其特征在于，在上述回路中的节流器之前、高压贮液器之后，增添有液-液热交换器的逆流式过冷器，所述逆流式过冷器的换热面积不小于同装置所用的同型式蒸发器的五分之一。
2.如权利要求1所述蓄冷/热空调用的压缩制冷/热装置，特征在于所述过冷器的换热面积为同装置所用同型式蒸发器的换热面积的0.8至1.5倍。
3.如权利要求1所述蓄冷/热空调用的压缩制冷/热装置，特征在于在单独作制热用时，所述制热回路中过冷器的制冷剂进、出口通道上增添进口控制阀和出口控制阀，在过冷器进口控制阀的入口至其出口控制阀的出口之间增添过冷器的旁通管和旁通阀，在过冷器的出口控制阀之前至压缩机吸气口之间增添制冷剂蒸气回气管和控制阀，并增添从节流器出口至空气-制冷剂热交换器之间的连接管及其制热回路中蒸发器控制阀，从节流器出口至过冷器入口的过冷支路及支路上的单向阀，从液-制冷剂热交换器远离压缩机端至高压贮液器入口间增添连接管路。
4.如权利要求1所述的蓄冷/热空调用的压缩制冷/热装置，特征在于在作制冷/热互换使用的两用装置时，所述过冷器的制冷剂进、出口通道上增添进口控制阀和出口控制阀，在过冷器进口控制阀的入口至其出口控制阀的出口之间增添过冷器的旁通管和旁通阀，在过冷器的出口控制阀之前至压缩机的吸气口之间增添制冷剂蒸气回气管和控制阀，并增添从节流器出口至过冷器入口的过冷支路及支路上的单向阀；所述节流器出口至液-制冷剂热交换器之间管路上的单向阀和从节流器出口至空气-制冷剂热交换器之间的连接管的单向阀改为控制阀。
专利摘要本实用新型蓄冷/热空调用压缩制冷/热装置,特征是在现有制冷/热回路中的节流器之前增添液－液热交换器的逆流式过冷器,将该过冷器与蓄冷/热槽连接使用时,能使现有技术所不能利用的高于空调器回水温度的蓄冷量也能用于供冷,使低于暖风机回水温度的储热量也能用于供暖,提高了单位容积蓄冷/热量,使水或熔点在10—27℃范围的相变材料作为空调用的蓄冷/储热材成为可能,为中央空调系统推广蓄冷/储热技术开辟了新路。
文档编号F24F12/00GK2294414SQ9624518
公开日1998年10月14日 申请日期1996年11月10日 优先权日1996年11月10日
发明者陈则韶 申请人:中国科学技术大学, 陈则韶