熱泵冰箱的制作方法
【專利說明】
一、技術領域
:
[0001]本發明涉及一種具有冰箱、冰箱廢熱熱水、熱栗熱水、I機3功能的新產品技術。
二、【背景技術】
:
[0002]幾十年來，人們一直想利用冰箱的，具有耗電量4倍的廢熱。用“冰箱熱水、冰柜熱水、空調熱水”檢索出的專利有226個。但是，至今沒有產品出現，失敗的主要原因是:熱水用不完時，水冷凝器溫度超高后，冰箱制冷困難，冰箱不可靠了。次要原因:在熱水不足時，沒有想到補充，或沒有技術能力，采用最節能的熱栗方式去補充，因此，熱水也是不可靠的、成本高的。
三、
【發明內容】
:
[0003]1、發明目的:
[0004]熱栗冰箱發明必需成為:能夠利用冰箱廢熱熱水、冰箱和熱水都可靠的、制冷和制熱系數都高的、性價比高的新產品。
[0005]2、解決方案及效果:
[0006]①熱栗冰箱必須具有，3種自動轉換的運行方式，才能保證冰箱制冷可靠，熱水可靠:溫度控制器安裝在水箱1/4高度，a)熱栗熱水方式:水溫低于44°C，熱水稍微不足時啟動運行，b)廢熱熱水方式:水溫在44°C -55°C之間運行，c)水溫超高方式:水溫大于55°C后運行。
[0007]效果是:解決了以前冰箱熱水，從理論上分析，冰箱和熱水都不可靠問題。
[0008]②亞熱帶型熱栗冰箱:冷凝器分成水冷凝器和空氣熱交換器兩段，利用2個冰箱電磁閥，控制空氣熱交換器中的氟:逆流(水溫超高方式)，正向流(熱栗熱水方式)，無流(廢熱熱水方式)，實現了上述3種運行方式。(請看2個冰箱電磁閥電氣控制圖和工質循環圖)
[0009]效果是:實現熱栗冰箱必須具有的，3種自動轉換運行方式。同時，空氣熱交換器，一物二用(熱栗蒸發器、空氣冷凝器)，降低了產品成本、重量、體積。
[0010]③溫帶型熱栗冰箱:冷凝器分成水冷凝器和空氣熱交換器兩段，利用I個冰箱電磁閥，控制空氣熱交換器中的氟:正向流(熱栗熱水方式)無流(廢熱熱水方式)，水溫超高方式，這種情況很難發生，或很輕微，采用放水電磁閥緩慢放熱水(放掉的水可以回收利用)，實現水溫停止上升，由于，是緩慢放水，水溫緩慢降低到55°C就停止放水，進入水箱的冷水不會引起熱栗熱水。(請看I個冰箱電磁閥電氣控制圖和工質循環圖)
[0011]效果是:比亞熱帶型增加了 2個優點:a)少用I個冰箱電磁閥，成本減少、可靠性提高。b)熱栗蒸發器，又做壓縮機回氣升溫器，能夠提高冰箱制熱系數。
[0012]④找到了 3種運行方式，都能達到設計的“冷凝溫度中心”方法:廢熱熱水與水溫超高方式(都是冰箱狀態):“冷凝溫度中心”44°C，蒸發_24°C，熱栗熱水方式(熱栗狀態):“冷凝溫度中心” 32°C，蒸發-16°C，
[0013]注1:設計“冷凝溫度中心”好處:、流量隨著冷凝溫度變化波動小，流量提高，避免“大馬拉小車”，減少了壓縮機運行時間，壽命延長、還提高了制冷和制熱系數，所以，3種運行方式都必須都達到。
[0014]注2:冷凝溫度和蒸發溫度在“冷凝溫度中心”時:冷凝器中剛好沒有存留液體(低于“冷凝溫度中心”，冷凝器才會出現存留液體)，毛細管中剛好沒有氣泡(高于“冷凝溫度中心”，毛細管中才會出現氣泡來提高壓降)，流量達到最大。根據冷凝溫度上升吸氣壓變化判斷:毛細管短了:上限壓力提前。毛細管長了:達不到上限，但是壓力仍然要繼續增加一點。氟加少了:達不到上限，壓力越來越低。氟加多了:超過上限。
[0015]具體做法如下:
[0016]A)冰箱是將冷凝器溫度變化范圍55°C -20°C，分成2段，“冷凝溫度中心” 40°C左右，蒸發_24°C，而熱栗冰箱是:將冷凝器溫度變化范圍分成3段，各段壓力變化范圍自然更小，流量變化更小，
[0017]B) 3種運行方式優先次序如下:水溫超高、熱栗熱水、廢熱熱水，這樣可以保證各個溫度段只有一種運行方式，
[0018]C)冰箱狀態“冷凝溫度中心”44°C，也是冰箱狀態起點溫度，所以冰箱狀態只有I段，原因是:目前采用冰箱壓縮機，如果“冷凝溫度中心”提高到48°C，怕壓縮機過負荷，
[0019]D)熱栗狀態“冷凝溫度中心”32°C，有2段，
[0020]E)找到了 2種運行狀態，都達到設計的“冷凝溫度中心”的方法:調節高低壓管路體積，等于計算出來的比值，
[0021]已知:1一一冰箱狀態:冷凝44°C，蒸發_24°C，冷凝器和蒸發器的絕對壓力和絕對溫度，
[0022]2一一熱栗狀態:冷凝32°C，蒸發-16°C，冷凝器和蒸發器的絕對壓力和絕對溫度，
[0023]求:V低/V高，
[0024]解:用冰箱狀態和熱栗狀態氣體克分子數相等建立方程式:
[0025](Pi凝 V高)/%凝+(P1* V低)/1\蒸=(P2凝 V高)/Ta疑+(P2蒸 V低)/T2蒸
[0026]帶入已知數值就可以得出V低/Vs
[0027]例如:采用工質:R404A
[0028](19.99VS ) /317+ (2.59V低)/249 = (14.92V高)/305+ (3.50V低)/257
[0029]Vs = V低 /4.4
[0030]例如:采用工質:Rl34a
[0031](11.29VS )/317+(1.1Vift )/249 = (8.14V高)/305+(1.56V低)/257
[0032]V高=V低/5.24
[0033]例如:采用工質:R22
[0034](16.9V高)/317+ (2.09V低)/249 = (12.5V高)/305+ (2.84V低)/257
[0035]V高=V低 /4.56
[0036]熱栗冰箱的空氣熱交換器:要求與冰箱蒸發器體積差不多，按照20米長，0.5管徑考慮，體積0.393升。
[0037]亞熱帶型水冷凝器參數:
[0038]體積:采用直徑6，長2.5米銅管，彎曲成外徑40，長400的螺旋式，有安裝法蘭盤的水冷凝器，體積等于0.071升，
[0039]冷凝功率:實踐經驗在2000瓦左右。而200瓦壓縮機的熱栗冷凝功率只有1000瓦左右。(熱栗狀態，蒸發溫度_16°C低于冰箱狀態蒸發溫度_24°C，所以，流量比冰箱狀態大1.4倍左右，制熱系數5左右)，
[0040]2種運行狀態Vs:都是水冷凝器，加上一個冰箱蒸發器或空氣熱交換器，體積相等，
[0041]亞熱帶V高=0.393+0.071 = 0.464 升
[0042]2種運行狀態Vis:都是由壓縮機內部孔隙，大約2升左右，加上一個蒸發器體積，也是相等的，等于2.393升。因此，帶入上面數值計算。
[0043]采用R404a V低=0.464X4.4 = 2.042 升。還差 2.042-2.393 =-0.3514 升，可以增加冷凝器管徑到8解決。
[0044]采用R134a V低=0.464X5.24 = 2.431 升。還多 2.431-2.393 = 0.038 升，差很小，合格。
[0045]采用R22 V低=0.464X4.56 = 2.116 升。還差 2.116-2.393 = -0.277 升。可以增加冷凝器管徑到8解決。
[0046]溫帶型水冷凝器:是棒式，才能滿足體積要求，具體計算方法相同，不再詳細計算。
[0047]效果是:廢熱熱水和水溫超高運行方式(冰箱狀態):達到了“冷凝溫度中心” 440C，最高蒸發溫度_24°C。
[0048]熱栗熱水運行方式(熱栗狀態):達到了“冷凝溫度中心”32°C，最高蒸發溫度-16。。。
[0049]⑤2個冰箱電磁閥工質循環圖補充說明:
[0050]a)沒有電磁閥接通，靠毛細管接通高壓的高壓并聯支路:
[0051]第I點:要計算到高壓管路體積中。
[0052]第2點:熱栗熱水運行方式要避免:氟通過毛細管流到-18°C的冰箱蒸發器儲藏，減少熱栗蒸發器流量。因此，設計熱栗蒸發器最高溫度為_16°C，基本上無儲藏。另一方面可以保證在室溫等于-5°C時，熱栗能夠提供足夠的熱水。
[0053]b)水溫超高運行方式:
[0054]第I點:水溫超高電磁閥通電后，水冷凝器與空氣冷凝器接通，相當于一個冷凝器，氟只會在溫度低的空氣冷凝器中全部冷凝，水冷凝器溫度會停止升高，冰箱制冷也不會困難。
[0055]第2點:熱栗毛細管串聯在冰箱毛細管上，毛細管加長一點點(熱栗毛細管很短)，在冷凝溫度超過44°C后，只減少了毛細管中的氣泡及壓降，不影響流量。水溫超高，一般出現在氣溫高，冷凝溫度高于44°C時，因此，冰箱流量不會減少。萬一出現在冷凝溫度低于44°C時，水溫最低時，流量減少才接近10%，也影響不大。
[0056]⑥壓縮機設計:
[0057]a)壓縮機功率:200瓦以上，保證4小時能夠將一箱冷水加熱到44°C。功率增加后，
[0058]第I點:冷藏室蒸發面積應該調節一下，保證:冷藏室5°C，冷凍室-18°C，蒸發室尾氣管不產生露或霜。
[0059]第2點:毛細管要按照管道壓降公式縮短或變粗:
[0060]管道壓降=系數X (長度X流量2X粘度)/直徑5
[0061]第3點:壓縮機壽命不會因為增加熱栗功能而縮短，因為，冰箱運行時間變短。
[0062]b):壓縮機室保溫:壓縮機保溫是提高制熱系數的必要措施