用于空气调节和制冷的热驱动蒸气压缩系统技术方案

本发明专利技术的实施例通过提供一种蒸气压缩系统来减少空调和冰箱运行所需的能量的量，该蒸气压缩系统利用低成本或无成本能源(即热量)并使用所利用的热量来为一种称为“爆裂式压缩机”的新型压缩机和一种称为“蒸气泵”的新型泵提供动力。热驱动爆裂式压缩机对制冷剂加压，同时还向蒸气泵提供“推拉”蒸气制冷剂。由爆裂式压缩机提供的气态形式的高压制冷剂致动的蒸气泵被配置为将气态、汽态和液态制冷剂的组合泵出接收罐，并将低压制冷剂混合物喷射到爆裂式压缩机中，在爆裂式压缩机中，该混合物被加热以将制冷剂的状态改变成加热的加压气体。然后，加热的加压气体以爆裂形式被释放到蒸气压缩循环的其他部件中。因此，本发明专利技术的实施例使用热量来供冷。由于这种布置，相比于用于空气调节和制冷的传统蒸气压缩系统，构造和布置为根据本发明专利技术的实施例运行的蒸气压缩系统能够更有效地提供空气调节和/或制冷并且费用要少得多。少得多。少得多。

Thermally driven vapor compression system for air conditioning and refrigeration

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于空气调节和制冷的热驱动蒸气压缩系统


[0001]本专利技术总体上涉及空气调节和制冷领域，更具体地涉及用于在封闭空间中提供空气调节和制冷的蒸气压缩系统。

技术介绍

[0002]用于住宅、商业建筑、汽车和其他封闭空间的空气调节系统通过使液体制冷剂循环通过蒸气压缩系统来去除空气中的热量。蒸气压缩系统包括输送管道和热交换装置(例如冷凝器和蒸发器)的封闭回路。输送管道将蒸气形式的制冷剂输送到位于待冷却的封闭空间中的蒸发器。蒸发器中的蒸气处于允许其在低温下沸腾至气态的工作压力下。当来自待冷却空间的空气通过蒸发器时，蒸发器中的制冷剂因通过蒸发器的空气的热量而沸腾，从而从该空间吸收热量并将该热量传递给制冷剂。携带热量的制冷剂被吸入压缩机，在压缩机中被置于更大的压力下并经历相变，变成加热的气体，然后通过输送管道泵送到位于不同场所(通常是室外)的冷凝器，其中之前吸收的热量随后被释放到外部大气中，气体在高压下冷凝成蒸气。在室外释放热量之后，蒸气状制冷剂随后被迫使通过节流阀，其中，节流阀的工作压力降低至蒸气状制冷剂在较低温度下沸腾的水平，蒸气状制冷剂之后再循环回到位于待冷却空间中的蒸发器，重复整个过程，直到封闭空间内的空气温度降至期望的更舒适的水平。
[0003]蒸气压缩系统还广泛用于家用和商用冰箱、用于冷藏或冷冻食品和肉类的大型仓库、冷藏卡车和铁路车辆、以及许多其他商业和工业服务。经常使用大型蒸气压缩制冷系统的众多工业工厂包括炼油厂、石油化工和化学加工厂以及天然气加工厂。
[0004]制冷剂在整个蒸气压缩系统中循环所经过的路径被称为蒸气压缩循环，该蒸气压缩循环至少包含四个部件，即压缩机、冷凝器、热膨胀阀(也称为节流阀或计量装置)和蒸发器。通过压缩机的操作，制冷剂被加压并穿过蒸气压缩循环。空气通过压缩回路外部的风扇穿过冷凝器和蒸发器，但距冷凝器和蒸发器足够近，以将空气吹入并穿过冷凝器和蒸发器的盘管，使得空气中的热量可被蒸发器吸收并且被冷凝器释放。风扇通常由电动机操作。
[0005]蒸气压缩系统消耗能量以执行三个功能。需要和消耗能量的第一个功能是为马达提供动力，这些马达使风扇叶片转动，使得空气穿过冷凝器和蒸发器的盘管。需要和消耗能量的第二个功能是为压缩机的马达提供动力，压缩机对制冷剂加压(以使制冷剂经历适当蒸发所需的相变)。第三个功能(也由压缩机执行)是迫使加压的制冷剂穿过蒸气压缩回路中的其余部件(输送管道、热交换器、节流阀和阀)。执行第二个功能和第三个功能的压缩机通常由电动机或由汽车发动机驱动的旋压带(spinning belt)提供动力。
[0006]在传统的蒸气压缩系统中，使压缩机运行的马达需要并消耗大量的电能或燃料，远远超过使风扇转动的马达需要和消耗的电能或燃料的量。压缩机马达也经常会磨损以及发生故障，因此经常需要维修或更换，这也会非常昂贵。因此，为压缩机提供电能或燃料以及在压缩机最终发生故障时维修或更换压缩机通常是使用和维护用于产生空气调节和制冷的传统的蒸气压缩系统的最昂贵和最令人沮丧的方面。
[0007]此外，用于使传统压缩机运行的电动马达和内燃机也会产生大量额外的热量，这会抵消和破坏蒸气压缩系统旨在提供的一些冷却效果。例如，据观察，在汽车中使空气调节运行会将汽车的燃油效率(定义为汽车每单位燃油可行驶多远)降低多达百分之六(6％)，因为燃料燃烧能量的很大一部分从提供运动的任务中转出，反而用于压缩制冷剂并驱动制冷剂通过汽车的蒸气压缩循环。
[0008]因此，迄今为止，使用传统的蒸气压缩系统的益处在某种程度上受到使压缩机的马达运行所需的能量成本以及压缩机马达运行时引入的额外不必要的热量的限制(或抵消)，而空气调节或制冷系统必须更加努力地克服这些问题。因此，空气调节和制冷行业非常需要一种蒸气压缩系统，该系统可减少或消除与压缩制冷剂和迫使制冷剂在蒸气压缩循环中循环相关联的大量费用和额外热量。

技术实现思路

[0009]热量是地球上最丰富的能源。世界上主要的热源当然是太阳。除了提供自(或源自)太阳的热量以外，大量的热量是作为明火和大量的机器、马达、发动机、人造光、化学过程以及通常在我们周围工作的其他装置和过程的不可避免的废物而产生的。换言之，与空气调节或制冷不同，收集热量通常非常容易且非常廉价。
[0010]本专利技术的实施例通过提供一种蒸气压缩系统来减少空调和冰箱运行所需的能量的量，该蒸气压缩系统利用低成本或无成本能源即热源，并使用所利用的热量来为一种称为“爆裂式压缩机”的新型压缩机和一种称为“蒸气泵”的新型泵提供动力。热驱动爆裂式压缩机对制冷剂加压，同时还向蒸气泵提供加压的气态制冷剂，用于驱动蒸气泵的“推拉”操作。由爆裂式压缩机提供的气态制冷剂致动的蒸气泵被配置为抽取已经通过蒸发器的制冷剂并迫使其进入爆裂式压缩机中。
[0011]从蒸发器排出的制冷剂是低压蒸气和气体的组合。这种混合物在从蒸发器排出后积聚在系统中的接收罐中。接收罐还包含剩余液位的液态制冷剂。现处于气态、汽态和液态的这种制冷剂的低压混合物通过其泵送作用从接收罐被抽取到蒸气泵中，然后被迫进入加热的爆裂式压缩机中，在爆裂式压缩机中，它经历快速的相变，变成加热的气体并且压力急剧增加。加热的气体随后从爆裂式压缩机以爆裂形式被释放，并且该气体进入系统的初级冷凝器并开始移动通过蒸气压缩系统的其他部件的蒸气压缩循环。换言之，本专利技术的实施例使用热量来提供冷能。由于这种布置，相比于用于空气调节和制冷的传统蒸气压缩系统，构造和布置为根据本专利技术的实施例运行的蒸气压缩系统能够更有效地提供空气调节和/或制冷并且费用要少得多。
[0012]总体上，本专利技术的实施例提供了一种用于冷却封闭空间中的空气的系统，包括：制冷剂；蒸发器，其位于封闭空间内并且可操作以使制冷剂从封闭空间中的空气吸收热量。位于封闭空间外部的冷凝器被配置为允许制冷剂将吸收的热量排放到第二空间中。闭环循环系统流体地连接到蒸发器和冷凝器，并允许制冷剂反复地循环通过蒸发器和冷凝器。流体地连接到闭环循环系统的蒸气泵被配置为重复地将制冷剂从蒸气压缩系统的低压侧的接收罐泵送到爆裂式压缩机中。最后，流体地连接到闭环循环系统和蒸气泵的热驱动爆裂式压缩机通过对制冷剂加压并将加压的制冷剂的一部分喷射到蒸气泵中以作用于其驱动活塞，从而为蒸气泵的运行提供动力，驱动活塞连接到蒸气泵的喷射活塞。将加压的制冷剂喷
射到蒸气泵中使得蒸气泵将低压制冷剂从接收罐抽取到蒸气泵中，然后迫使该制冷剂进入爆裂式压缩机中，在爆裂式压缩机中，它被再次加压并以爆裂形式被释放到冷凝器，在冷凝器中，它再次被冷凝和蒸发以产生更冷的空气。
附图说明
[0013]包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图说明了本专利技术的优选实施例，并且与说明书一起用于解释本专利技术的原理。在附图中，相似的附图标记表示相同或功能相似的元件。此外，附图标记的最左侧数字标识第一次出现该附图标记的附图。
[0014]图1示出了说明构造和配置为根据本专利技术的示例性实施例运行的蒸气压缩循环的物理部件的高级框图。
[0015]图2和图3示出了蒸气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于冷却封闭空间中的空气的系统，包括：(a)制冷剂；(b)位于所述封闭空间内的蒸发器，在所述蒸发器内，允许所述制冷剂因所述空气的热量而沸腾，从而从所述封闭空间中的空气吸收热量；(c)接收来自所述蒸发器的制冷剂的接收罐；(d)位于所述封闭空间外部的初级冷凝器，所述初级冷凝器使所述制冷剂冷凝并允许所述制冷剂将吸收的热量释放到第二空间中；(e)流体地连接到所述蒸发器、所述接收罐和所述冷凝器的闭环循环系统，所述闭环循环系统允许所述制冷剂反复地循环通过所述蒸发器、所述接收罐和所述冷凝器；(f)热驱动爆裂式压缩机；以及(g)蒸气泵；(h)其中(i)所述蒸气泵被配置为从所述接收罐重复地抽取制冷剂并将所述制冷剂喷射到所述热驱动爆裂式压缩机中，以及(ii)所述热驱动爆裂式压缩机(A)通过对所述制冷剂加压并将加压的制冷剂的一部分喷射到蒸气泵中而为所述蒸气泵的运行提供动力，以及(B)周期性地将加压的制冷剂以爆裂形式释放到所述初级冷凝器中，所述爆裂具有驱动加压的制冷剂经由所述闭环循环系统通过所述冷凝器和所述蒸发器的效果。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述蒸气泵包括：(a)装有一些制冷剂的喷射缸；以及(b)可移动地设置在所述喷射缸内的喷射活塞；(c)其中，所述喷射活塞被配置为响应于所述蒸气泵接收由所述爆裂式压缩机喷射到所述蒸气泵中的加压的制冷剂的一部分，将所述一些制冷剂喷射到所述爆裂式压缩机中。3.根据权利要求2所述的系统，其中：(a)所述热驱动爆裂式压缩机包括主腔、推动腔和拉动腔；(b)所述推动腔和所述拉动腔被配置为交替地将部分制冷剂送入所述蒸气泵中；(c)所述主腔被配置为(i)周期性地将加压的制冷剂以爆裂形式释放到所述冷凝器中，以及(ii)周期性地将所述部分制冷剂以爆裂形式释放到所述推动腔和所述拉动腔中，以在所述推动腔和拉动腔将制冷剂喷射到所述蒸气泵中之后补充所述推动腔和所述拉动腔；以及(d)所述蒸气泵还包括(iii)包括推动端口和拉动端口的驱动缸，所述推动端口被配置为允许通过所述推动腔送到蒸气泵的加压的气体制冷剂的一部分进入所述驱动缸中，并且所述拉动端口被配置为允许通过所述拉动腔排出的加压的气体制冷剂的一部分进入所述驱动缸中，和(iv)驱动活塞，所述驱动活塞可移动地设置在所述驱动缸内，并且被配置为响应于所述交替允许加压的气体制冷剂通过所述推动端口和所述拉动端口进入所述驱动缸中，沿着所述驱动缸内的第一规定行进路径来回行进；(e)其中，所述驱动活塞固定地连接到所述喷射活塞，使得所述驱动活塞沿着所述第一规定行进路径的任何行进将引起所述喷射活塞沿着第二规定行进路径的同时且等量的行
进。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：极北地区有限公司，
类型：发明
国别省市：