一种非稳态自调间歇流动热力系统技术方案

一种热力系统，该热力系统包括一台压缩机或泵，至少一个热交换器，一个使热交换的流体再循环流过系统的导管，至少一个包括一阀和一喷嘴的喷射装置，该阀只有完全打开和完全关闭两个位置而无中间位置，且当其打开时对流体的阻力极小，喷嘴的结构可以在流动阻力极小的情况下将流体加速到可获得的最大速度，和感应所述导管内流体的压力并响应导管内压力的变化来完全打开或完全关闭阀、使该阀间歇地操作并允许间歇地基本上无阻力地加速流体喷射过喷射装置的装置。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
世界上使用最普遍的制冷循环是由一压缩制冷蒸气的压缩机、一使蒸气放出其热量而变成液体的冷凝器、一降低制冷剂压力的膨胀装置和一提供致冷后将液体变成蒸气的蒸发器组成。对于压缩机、冷凝器和蒸发器人们做了大量的研究和开发工作来提高它们的性能，而对膨胀装置的研究，因仍不能回收膨胀过程中损失的能量而在商业上还没有获得成功。现有的制冷、热泵和空调系统是利用对应于节流装置的调节系统，该节流装置通过提供显著的流动阻力而对流体进行节流。最普通的调节系统是当制冷剂流过时产生稳态节流。由节流装置的压力-流动特性来控制热力学过程。本专利技术涉及非稳态自调间歇流动制冷、热泵和空调系统。制冷剂以断续或闪喷的方式流过系统，以这样的方式回收膨胀能，来改进传热、机械压缩作功和流体流动作功。非稳态调节系统采用一个喷射装置，该喷射装置为流体提供基本上无阻力的高速间歇式喷射。该喷射装置包括一个阀和一个喷嘴。该阀根据系统的内压而工作，以双态方式完全打开和完全关闭而无中间位置，并为流体提供基本上无阻力的加速闪喷来通过喷射装置。该喷嘴以最小的阻力状态来提高流体的流速。通过作为机械反馈回路一部分的非稳态调节系统对热力学过程进行自调节，机械反馈回路在环境状态发生变化时能实时地为系统提供连续的自优化。通过喷嘴装置传送流体的热力学模型如下(1)一个等熵喷射膨胀过程，该过程会使流体的流速明显提高，(2)流体的焓下降，并被转化成动能，(3)压力和温度下降，(4)熵保持恒定，表示可回收的功无损失。流体通过一稳态系统的-节流阀的传输过程的模型如下(1)一个焦耳-汤姆逊等焓节流膨胀过程，在该过程中，流体速度的增加可以忽略，(2)流体的焓保持恒定，与压力下降有关的势能在摩擦和有流动阻力的节流过程中被转化成热，(3)压力和温度下降，(4)熵增加，表示可回收的功变成热能而损失。由于用等熵喷射流动过程代替了等焓的会产生熵的节流过程，非稳态热力学循环比稳态热力学循环更有效。非稳态调节系统可代替所有目前的作为调节装置的稳态流量，压力和温度的节流阀，也可用于不太普遍的热力系统。例如，在吸收式制冷系统中所用的稳态节流膨胀阀和流量调节装置可用间歇喷射装置代替。间歇式调整流动将改进热交换器内的传热，并提高冷却能力，和减少泵所需的功率。本专利技术涉及新的制冷、热泵和空调系统，在这些系统中的热力学流体的系统内部以间歇的方式传送。流动的速率和调节是由一个热力学系统进行自调节，这个系统可以以一个心脏及血液循环系统中的压力调节作为模型。一个心脏为保持血压和血液流量跳动得更快些或更慢些。作为非稳态调节系统一部分的喷射装置当热力系统与环境进行热交换时将更快或更慢地打开和关闭。该热力系统作为一机械反馈回路运行，当它寻求产生最少熵的平衡状态时，将会连续实时地进行自优化。非稳态间歇流动调节系统包括一调节机械驱动的喷射装置的打开和关闭的压力开关。一喷射装置的阀门件完全打开，就可提供基本上无阻力的流动和附带产生的压力降最小，而完全关闭时，就可防止流体流动和能使压缩机或泵在喷射装置的两个口之间产生一个压差。当流体流过喷嘴部件，其压力、温度和焓下降，而其熵基本上保持不变，喷嘴元件以对流体尽可能小的阻力将流体加速到可达到的最大的速度。一个喷嘴可以包括直段、渐缩段和渐放段。喷嘴可在它们的出口处产生亚音速、音速或超音速的流速。喷射装置的阀和喷嘴部件可串联地连接在一起，或加工成一个整体。一个接入热力系统的取压分接管将压力信号传递给压力开关，由压力开关根据设定的压力值来调节阀的打开和关闭。该阀和喷嘴使流体间歇地喷入到一根出口管，由作为整个系统的全部机械反馈回路一部分的取压分接管来感应该管内的压力。为了理解本专利技术，现参照有关附图并配合实施例详细描述本专利技术的结构、特点及方法，其中附图说明图1表示一个间歇流体制冷或空调系统的示意图;图2和图3表示一间歇流热泵系统的示意图;图4表示了一间歇流吸收式制冷系统的示意图;图5表示了一对间歇流调节装置变型的间歇流制冷或空调系统的示意图;图6表示了一简化的非稳态间歇流热力循环与稳态热力循环比较的热力学温-熵图;图7表示了一阀位于喷嘴前的喷射装置的示意图;图8表示了一喷嘴位于阀前的喷射装置的示意图;以及图9表示了一阀与喷嘴组成一体的喷射装置的示意图。在图1所示空调系统的制冷过程中，喷射装置10由一个螺线管驱动。由螺线管线圈11驱动喷射装置10，当给螺线管线圈11供应能量时其就完全地打开阀门，而当切断能量供应时其就完全关闭阀门。压力开关14控制螺线管线圈11的工作。电导线12在压力开关14的电接点和螺线管线圈11之间传送电能。电导线13通过开关14的电接点和电导线12向螺线管线圈11提供电能。当压力开关14的电接点在电导线13，12和线圈11之间构成一个电通路时，从电导线13供给的电能完全打开喷射装置10。当开关14的电接点断开，则使电导线13，12和线圈11之间的电通路被切断，螺线管线圈11就失去能量，喷射装置10就返回到其常闭位置。导管15把喷射装置10下游的压力信号传递给压力开关14。来自导管17内的压力信号通过一个取压分接管16被传送给导管15。当压缩机23使系统的吸入侧的压力下降时，并当压力下降到低于开关的设定值时，压力开关14就打开喷射装置10，允许流体从上游导管31中通过喷射装置10流入到下游导管17内。当高速喷射的流体进入下游导管17内时，它就在系统的吸入侧内造成压力升高。当导管17内的压力高于压力开关的设定值时，压力开关14的接点就断开，螺线管线圈11的能量消失而关闭喷射装置10，并使流体停止流过喷射装置10。由于关闭了喷射装置10压缩机23使得吸入侧压力下降至低于压力开关的设定值，从而导致重新打开喷射装置10。当喷射装置10在完全打开和完全关闭的两个状态之间变换时，流体交替地流入和不流入热力系统内。高速喷射的流体通过导管17流入蒸发热交换器18中，并通过导管19流出到逆流热交换器32内。流体通过导管20流出逆流热交换器32而流入到过滤-干燥器21内，并通过导管22流到压缩机23内。逆流热交换器32的作用在于通过使从热交换器25中流出的而进入喷射装置10的制冷剂与从热交换器18中流出的温度较低的制冷剂进行热交换来进一步降低前者的温度。并不是所有场合都使用逆流热交换器32。压缩机23把机械能传递给流体，来提高流体的压力和温度并将其通过导管24排入到热交换器25中。流体流出热交换器25通过导管26流入到储液罐27内，并流出储液罐27通过导管28流到逆流热交换器32内。通过导管28进入逆流热交换器32内与来自热交换器18要流入到压缩机23的流体呈逆流换热关系的流体通过导管29流出并返回到喷射装置10而完成一个热力循环。在喷射装置10的上游可以设置窥视玻璃30和联接管31以便能指示出系统内制冷剂的量。并不是所有场合都需要窥视玻璃30和储液罐27。图2中表示了热泵系统的制冷模式，喷射装置由螺线管驱动。系统部件10、11、12、13、14、15、16、17、18、23和31与图1中所指出和描述的相同的系统部件10、11、12、13、14、15、16、17、18、23和31以相同的方式联通和运行。高速喷射的流体通过导管17流入到蒸发热交换器18内并通过导管19流出到四通路逆流阀34。流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热力系统，其包括有一台压缩机或泵；至少一个热交换器，一个使热交换的流体循环流过系统的导管；至少一个包括一阀和一喷嘴的喷射装置，该阀只有完全打开和完全关闭两个位置而无中间位置，且当其打开时对流体的阻力极小，喷嘴的结构可以在流动阻力极小的情况下将流体加速到可获得的最大速度；以使该阀间歇操作并使流体间歇地基本上无阻力地加速喷射过喷射装置的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SJ平卡斯，
申请(专利权)人：斯蒂芬杰伊平卡斯，
类型：发明
国别省市：US[美国]