換熱器與壓縮機組合的節能應用的制作方法

本發明涉及一種提高壓縮機制冷、制熱效率的方案，尤其涉及換熱器與壓縮機組合成的制冷、制熱裝置。

背景技術：

要想提高制熱、制冷設備的效率，就應想方設法在不增加壓縮機功耗的前提下，將高溫端的冷凝器溫度盡量提高，同時將低溫端的蒸發器溫度盡量降低，以加大溫差而提高電熱轉化效率。

而現在的空調、冷庫、冰箱、冰柜等制熱、制冷設備中，氣態介質經過壓縮機壓縮后，進入冷凝器液化放熱，但溫度較高的介質在冷凝器中并不能徹底散熱冷卻，然后直接通過膨脹閥進入了蒸發器氣化吸熱，將未能完全散發的熱量也帶入了蒸發器，導致蒸發器溫度不能達到足夠低。同時溫度較低的冷介質，在蒸發器中也不能充分吸熱升溫，便直接進入了壓縮機的介質入口，迫使壓縮機工作在較高的溫差狀態，而實際冷凝器和蒸發器之間的溫差并不很大，所以嚴重影響了其電熱轉化效率。

技術實現要素：

目前，雖然制冷、制熱設備的電熱轉化效率已達幾倍，但本人認為其效率還可在現有基礎上提高一倍以上，達到10倍左右的電熱轉化效率。方案就是采用換熱器與壓縮機組合，特別是采用兩級換熱器組成的換熱器組與壓縮機及膨脹閥組成的組合方案。

本發明所采用的技術方案是：

換熱器與壓縮機組合的節能應用，包含壓縮機、冷凝器、換熱器、膨脹閥、蒸發器和各種連接管道。

將經過冷凝器后未能及時散完熱的液態介質，在其進入膨脹閥之前，接入換熱器；同時也將從蒸發器返回壓縮機前的低溫氣態介質也接入換熱器的另一通道，來自冷凝器中的高溫液態介質，與來自蒸發器中的低溫氣態介質，在鄰近通道中逆向流動，發生熱交換，來自冷凝器的液態熱介質的熱，不隨介質流向蒸發器，而被從蒸發器逆向流來的冷介質從換熱器中帶回壓縮機，使壓縮機進出口之間的溫差減小，壓差減小，所以降低壓縮機的功耗。同時，進入膨脹閥氣化的液態介質氣化前就已經處于低溫狀態，所以介質在蒸發器中再氣化吸熱后，蒸發器中溫度就能達到更低，冷凝器和蒸發器之間的溫差增大。所以大大提高了制熱、制冷效率。

進一步，采用兩級換熱器組合，增加一個副膨脹閥，將少量的液態介質通過副膨脹閥后，進入低溫換熱器的冷介質通道，并在低溫換熱器冷介質通道中氣化吸熱，使從冷凝器流來的液態介質，經高溫換熱器降溫后，再流入低溫換熱器，進一步降溫，使流向主膨脹閥和副膨脹閥的液態介質溫度更低，所以液態介質在蒸發器中蒸發吸熱后，蒸發器的溫度就更低。將冷凝器置于外界環境中，便能在蒸發器中獲得很低的低溫內環境，用于制冷作用；或者將蒸發器置于外界環境中，便能在冷凝器獲得很高的高溫內環境，用于制熱作用。

詳細組合方式是：

壓縮機的介質出口與冷凝器的介質入口通過管道密閉連通連接，冷凝器的介質出口與換熱器組中的高溫換熱器的熱介質入口通過管道密閉連通連接，高溫換熱器的熱介質出口與低溫換熱器的熱介質入口通過管道密閉連通連接，低溫換熱器的熱介質出口、主膨脹閥的介質入口和副膨脹閥的介質入口通過下三通道密閉連通連接，副膨脹閥的介質出口與低溫換熱器的冷介質入口通過管道密閉連通連接，主膨脹閥的介質出口與蒸發器的介質入口通過管道密閉連通連接，蒸發器的介質出口、低溫換熱器的冷介質出口和高溫換熱器的冷介質入口通過上三通管道密閉連通連接，高溫換熱器的冷介質出口與壓縮機的介質入口管道密閉連通連接，如此形成一個閉合循環通道。

工作原理是：來自蒸發器的較冷介質，在換熱器中，將冷凝器流出的熱介質的熱吸收并帶回壓縮機的低壓端，這些熱不再進入蒸發器，使蒸發器的溫度保持在較低狀態，同時這些被帶回的熱量并不損失，而是被帶回系統的高溫循環部分，所以此方案能使高溫端保持較高溫度，同時來自冷凝器的溫度較高的液態介質的熱，并不隨介質一起進入蒸發器，使低溫端能保持較低溫度，但壓縮機的負荷并沒有發生明顯變化，所以能使其制熱、制冷效率大幅提高。

采用雙換熱器組合的目的是提升高溫端的溫度的同時，進一步降低低溫端的溫度，而流過副膨脹閥的介質流量很小就能維持進入主副膨脹閥的流體介質保持低溫：經過副膨脹閥后的液態介質，在低溫換熱器冷介質通道中氣化吸熱，使經高溫換熱器初步降溫后流來的液態介質進一步降溫，降溫后的介質再經副膨脹閥再在低溫換熱器冷介質通道中氣化吸收后，能再使低溫換熱器冷介質通道的溫度再更進一步降低，如此下去，低溫換熱器流向主、副膨脹閥的介質的溫度逐步下降達到很低，所以這些溫度很低的液態介質通過主膨脹閥進入蒸發器中后，再氣化吸熱，將導致蒸發器溫度很低，也就是冷凝器與蒸發器之間的溫差達到很大。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例和現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1：制冷制熱設備與換熱器組的節能組合圖。

圖2：將高低溫換熱器合并為一個整體的結構圖。

圖3：將主副膨脹閥合并用一個膨脹閥的結構圖。

1-壓縮機、2-冷凝器、3-高溫換熱器、4-低溫換熱器、5-主膨脹閥、6-蒸發器。

其中壓縮機1包括：101-壓縮機的介質入口、102-壓縮機的介質出口。

其中冷凝器2包括：201-冷凝器的介質入口、202-冷凝器的介質出口。

其中高溫換熱器組3包括：301-高溫換熱器的熱介質入口、302-高溫換熱器的熱介質通道、303-高溫換熱器的熱介質出口、304-高溫換熱器的冷介質入口、305-高溫換熱器的冷介質通道、306-高溫換熱器的冷介質出口。

其中低溫換熱器4包括：401-低溫換熱器的熱介質入口、402-低溫換熱器的熱介質通道、403-低溫換熱器的熱介質出口、404-低溫換熱器的冷介質入口、405-低溫換熱器的冷介質通道、406-低溫換熱器的冷介質出口，407-下三通，408-副膨脹閥，409-上三通。

其中蒸發器6包括：601-蒸發器的介質入口、602-蒸發器的介質出口。

具體實施方式

為實現本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

參照附圖1的實施例的制冷制熱設備與換熱器組的節能組合，經壓縮機1加壓后的氣態介質，由壓縮機的介質出口102、冷凝器2的介質入口201進入冷凝器2內液化放熱，然后由冷凝器的介質出口202、高溫換熱器3的熱介質入口301進入高溫換熱器3的熱介質通道302，與高溫換熱器冷介質通道305中的中溫介質換熱，溫度降低，然后經過高溫換熱器的熱介質出口303、低溫換熱器4的熱介質入口401進入低溫換熱器的熱介質通道402，與低溫換熱器的冷介質通道405中的低溫介質換熱，溫度進一步降低，然后經過低溫換熱器的熱介質出口403后，由下三通407分為兩路，一路經過副膨脹閥408后，由低溫換熱器的冷介質入口404進入低溫換熱器的冷介質通道405，在低溫換熱器冷介質通道405中氣化吸熱，使低溫換熱器熱介質通道402中逆行的液態介質溫度更進一步降低，也就使再經過副膨脹閥408進入低溫換熱器冷介質通道405的介質溫度更低，再氣化吸熱后，低溫換熱器的熱介質通道溫度再進一步下降，如此往復，低溫換熱器冷介質通道中的溫度梯度下降。所以流過副膨脹閥408的介質流量很小，也能維持低溫換熱器4中冷熱介質通道的溫度達到很低。所以增加副膨脹閥后，壓縮機1的功耗增加極小，而使流向主膨脹閥5的液態介質溫度更低；低溫換熱器熱介質通道403流出的介質，經下三通407后的分得的另一路，經過主膨脹閥5后，溫度很低的液態介質通過蒸發器的介質入口601進入蒸發器6中氣化吸熱，使蒸發器6的溫度降低到非常低。在蒸發器6中吸熱后的氣態介質，由蒸發器的介質出口602流出，再經上三通409與來自低溫換熱器4的冷介質出口406合并后，進入高溫換熱器3的冷介質入口304，然后在高溫換熱器的冷介質通道305中，吸收高溫換熱器熱介質通道302的余熱，經余熱預熱后的介質由高溫換熱器的冷介質出口306流向壓縮機1的介質入口101。所以，使用本發明的制冷、制熱設備與換熱器組的節能組合，壓縮機1的功耗增加較少，但能使冷凝器2的溫度更高，同時蒸發器6的溫度更低，或者在相同制冷量的狀況下，使壓縮機的功耗就大幅降低。

參照附圖1，特別地，高溫換熱器組3和低溫換熱器4的部分或全部，或者集成在冷凝器2的內部，或者集成在蒸發器6的內部，從而減少了連接管道，或者獨立于冷凝器2和蒸發器6的外部；參照附圖1、附圖2和附圖3，或者高溫換熱器3和低溫換熱器4合并成一個整體換熱器，并在側壁安裝進出口與冷介質通道互通，直接將蒸發器6的介質出口602接入這個進出口，同時不再使用上三通409，結構不同，功用一樣，都屬于本發明的涵蓋范圍。

參照附圖1、附圖2和附圖3，或者省略副膨脹閥408，將主膨脹閥移5移到低溫換熱器4的熱介質出口與下三通407之間，即主、副膨脹閥合并為一個主膨脹閥5，低溫換熱器的熱介質出口403與主膨脹閥5的介質入口管道密閉連通連接，主膨脹閥5、低溫換熱器的冷介質入口404和蒸發器6的介質入口601通過三通管密閉連通連接。