制冷设备制造技术

一种制冷设备，包括：压缩机、气体冷却器、回收制冷剂的膨胀能的膨胀器、和蒸发器；压缩机、气体冷却器、膨胀器和蒸发器全部串联连接以便限定制冷循环，其中制冷剂与氮等非冷凝气体混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制冷设备，尤其但不排外地涉及一种具有用于回收制 冷剂的膨胀能的膨胀器的制冷设备。
技术介绍
近年，己提出功率回收制冷循环以进一步提高制冷循环的效率。根据日本专利公开公报No.2000—329416，压縮机的输出被使用膨胀器的制冷 剂的回收膨胀功所降低。例如，日本专利公开公报No.2004—257303公开 了 一种功率回收制冷循环中使用的膨胀器。图4显示日本专利公开公报No.2000—329416所公开的一种传统的制 冷设备，其包括压縮机1、气体冷却器(散热器)2、膨胀器(或膨胀单元) 3和蒸发器5，所有这些元件串联连接以便限定制冷循环。膨胀器3连接 到发电机4。压縮机l被驱动装置(未图示)驱动，例如电动机或发动机 制冷剂被压縮机1从常温和低压状态压縮到高温和高压状态，随后被气体 冷却器2冷却到常温和高压状态。之后，制冷剂在膨胀器3中膨胀成低温 和低压状态，然后在制冷剂再次返回到压縮机1之前制冷剂被蒸发器4加 热到常温。膨胀器3回收制冷剂的膨胀功以便驱动发电机4，因此产生电 力。图5显示传统的制冷设备的莫利尔图(mollier diagram)。在膨胀器3 中，制冷剂在10ms到20ms的短时间期间内膨胀，因此，该过程被视作 绝热膨胀，其中制冷剂的焓沿等熵线(c—d)减小。因此，与膨胀阀仅用 于产生等焓线变化而无任何膨胀功的情况相比，通过膨胀功Aiexp，蒸发 器5中的特定焓差(enthalpy difference)增加，使得能够增加制冷能力。 同样，膨胀器3能够允许发电机4根据制冷剂的膨胀功Aiexp产生电力， 通过把产生的电力供应到压縮机l，驱动压縮机1所需的电力能够被减少。如上所述，蒸发器5的制冷能力的增加和驱动压縮机1所需电力的减少能 够提高制冷设备的COP (性能系数，Coefficient of Performance )。根据图5可清楚地知道，在制冷设备用的膨胀器3中，制冷剂在入口 (c)处于单相状态，在出口 (d)处于两相(气一液)状态，因此，在膨 胀过程中发生相变。图6是显示日本专利公开公报No.2004—257303中所公开的传统的制 冷设备中使用的膨胀器中的工作室的体积和压力。在第一个半膨胀过程 中，关于体积变化的压力下降较大，因为与不可压縮流体相似的临界相或 液相制冷剂(单相制冷剂)膨胀，在第二个半膨胀过程中，关于体积变化 的压力下降较小，因为制冷剂经历从液相到气相的相变并且在减小压力和 温度的同时极大地膨胀。所公知的是，当图4的制冷设备的蒸发器5中安装的制冷剂管内发生 泡核沸腾(nucleate boiling)时，在制冷剂管的传热表面上发生相变，并 且相变受到传热表面的形状或传热表面上的热通量的影响。然而，因为在 绝热膨胀期间，膨胀器3中的制冷剂的相变沿图5中的等熵线发生，没有 来自传热表面的热通量，并且因为工作室的壁表面光滑地形成以便减少流 动损失和机械损失，因此从制冷剂的内部以及壁表面发生相变。为了在流 体中产生气泡核(bubble nucleuses),需要过热液体，通过具有大于饱和 温度(saturationtemperature)的温度来存储能量。然而，在产生过热液体 的过程期间发生相变延迟。相变延迟减少了制冷剂的膨胀率，导致膨胀器 3回收的制冷剂的膨胀功的减少。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，提出了本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供一种能够防止相变延迟的高率制冷设备。 为了实现上述和其它目的，本专利技术的制冷设备包括压縮机、气体冷 却器、回收制冷剂的膨胀能的膨胀器、和蒸发器；压縮机、气体冷却器、 膨胀器和蒸发器全部串联连接以便限定制冷循环，其中非冷凝气体被混合 在制冷剂中。通过该构成，混合在制冷剂中的非冷凝气体用作产生气泡核，该气泡核在膨胀器中的制冷剂内造成相变，使得能够防止相变延迟和提供高效的 制冷设备。优选地，非冷凝气体具有小于一4(TC的沸点。即使本专利技术的制冷设备 用于热水供应或在冷区域进行加热，该非冷凝气体能够被使用并具有充足 的裕量，因此增加了防止相变延迟的效果。有利地，氮被用作非冷凝气体。氮相对低廉并能够容易获得。更有利地，非冷凝气体具有小于或等于1.0wtn/。的浓度。制冷设备可包括安装在膨胀器的入口的流体搅拌器。流体搅拌器用于 将制冷剂中混合的非冷凝气体的气泡转变成小气泡以便增加用于相变的 气泡核的数量，因此增加了防止相变延迟的效果。优选的是，二氧化碳被用作制冷剂。二氧化碳的使用能够增加制冷设 备中的高压和低压之间的压差，并且非冷凝气体的使用能够防止仅采用二 氧化碳作为制冷剂的传统的制冷设备中出现的相变延迟。附图说明根据结合附图的优选实施例的以下说明，本专利技术的上述和其它目的和 特征将变得明显，在整个说明书中，相同部件用相同标记表示。 图l是表示连接到膨胀器的负载和膨胀器的旋转速度之间的关系的曲线图；图2是表示膨胀器的入口的二氧化碳的温度和膨胀器的效率之间的关 系的曲线图；图3是膨胀器的入口的二氧化碳的温度和制冷循环的COP之间的关系 的曲线图；图4是本专利技术的制冷设备和传统的制冷设备的示意图； 图5是传统的制冷设备的莫利尔图；和图6是表示传统的制冷设备中使用的膨胀器的工作室的体积和压力之 间的关系的曲线图。具体实施方式首先请注意，尽管图4作为传统的例子己经被说明，但是其还可应用于本专利技术。即，本专利技术的制冷设备包括压縮机l、气体冷却器或散热器2、 膨胀器或膨胀单元3和蒸发器5，所有这些元件串联连接以便限定制冷循 环。本专利技术的制冷设备还包括连接到膨胀器3的发动机4。本专利技术的制冷 设备与传统的制冷设备的不同点在于前者采用非冷凝气体已经被混合的 制冷剂。无论制冷剂处于何种状态(压力和温度)，非冷凝气体始终处于气态。 非冷凝气体被定义为在制冷设备的工作期间具有小于制冷剂的最低温度 的冷凝温度的物质。因为非冷凝气体总是处于气态，因此即使制冷剂处于 液态，膨胀器3中的非冷凝气体变成气泡核，该气泡核造成制冷剂内的相 变，使得能够防止发生前述的相变延迟。非冷凝气体的所需的其它因素为-与制冷剂具有很低的反应和在制冷剂中具有很低的溶解度；并且对制冷剂 无影响。关于混合在制冷剂中的非冷凝气体的体积，如果体积太大，制冷 剂的性能被恶化，随之制冷循环的性能也降低，如果体积太小，制冷剂中 出现的气泡核的数量减少，使得防止相变延迟的影响降低。因此，要适当 地确定非冷凝气体的体积。进行了实例，其中二氧化碳被用作循环通过制冷循环的的制冷剂，作 为非冷凝气体应用的1.0wty。的氮混合在制冷剂中。氮在大气压下具有一195. 8'C的沸点，在3. 4MPa下具有一147. (TC的临 界点。因此，氮在大于一40'C的温度下总是处于气态，在大于一4(TC的温 度下二氧化碳被保持在通常的制冷循环中。氮与二氧化碳的反应性和溶解 性都很低。使用图4的制冷循环进行试验。首先制冷循环被抽空，填充100g氮， 然后填充10kg的作为制冷剂的二氧化碳。具有ll. 8cc的吸入量的摆动膨胀 器(swing expander)被用作膨胀器3。图1一3是表示试验结果的曲线图。在这些图中，"NC-1"表示1.0wt呢 的氮混合在二氧化碳中的情况，"没有NC-1"表示使用纯二氧化碳作为制 冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷设备，包括：压缩机、气体冷却器、回收制冷剂的膨胀能的膨胀器、和蒸发器；压缩机、气体冷却器、膨胀器和蒸发器全部串联连接以便限定制冷循环，其中非冷凝气体被混合在制冷剂中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：马一太，李敏霞，苏维诚，长谷川宽，松井大，
申请(专利权)人：天津大学，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]