一种高效节能制冷装置及方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体是一种高效节能制冷装置及方法。

背景技术

常规的相变制冷技术是将制冷介质蒸气放置在温度高于蒸发温度的环境中，也就是常温的环境中，通过制冷压缩机将吸热变成气态的冷媒压缩到冷凝器中散热液化，因此必须将其蒸发压力提高至冷凝温度对应的压力状况，才能实现液化，因此制冷时一面产冷，一面排热，通常是产热量多与制冷量，制冷效率很低。如空调用的冷媒R22（以下举例中的冷媒皆指R22）的常温环境是指零上30℃-50℃范围内冷凝，其制冷压缩机对应的冷凝压力高达1.35-1.94Mpa，例如一台1.5匹的制冷空调机每小时就要消耗1Kwh以上电量，如果每天开机10小时，一天就要消耗近10Kwh的电量，再如一个万吨冷库按常规制冷平均每天就要用电5000Kwh的电量（摘自冷库制冷工艺P24），其消耗的电量相当可观，制冷效率很低。

发明内容

本发明提供一种高效节能制冷装置及方法，通过控制压缩机工作环境温度，降低冷凝压力，只要投入少量的能量就能产生更多的冷量，制冷效率高，可节省巨大的电量。

本发明通过以下技术方案实现：一种高效节能制冷装置，包括依次连接的制冷压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器；所述蒸发器具有2个以上，所述制冷压缩机和储液器放置在一个所述蒸发器中的安装腔体内；所述制冷压缩机的出液口通过电磁阀b连接至储液器的进液口。

其进一步是：所述制冷压缩机、储液器放置在第N蒸发器中的安装腔体内；所述第N蒸发器中的安装腔体内还安装有温度传感器a，第N蒸发器的介质流道中安装有温度传感器b；所述冷凝器进口、出口处对应安装有电磁阀a、电磁阀b。

所述冷凝器放置在第N蒸发器中的安装腔体内；所述冷凝器与所述第N蒸发器之间设置有隔热材料，冷凝器两端通过风管接出所述第N蒸发器；所述风管两端分别对应设置有进排气风门Ⅰ、进排气风门Ⅱ，风管中安装有风机Ⅰ和温度传感器g，温度传感器g用于控制风机Ⅰ和进排气风门Ⅰ、进排气风门Ⅱ。

所述冷凝器放置在第N蒸发器外，冷凝器一侧设有用于对冷凝器散热的风机Ⅰ。

多个所述蒸发器串联，每个蒸发器对扩充上一级蒸发器的冷量；所述储液器的出液口分别通过毛细管或电磁膨胀阀连接各个所述蒸发器；每一个所述毛细管或电磁膨胀阀前均设置有电磁阀，每一个所述蒸发器的介质流道中安装有温度传感器；每一个所述蒸发器介质流道中的温度传感器用于对应控制所述蒸发器前的电磁阀。

所述制冷压缩机的出液口安装有电磁四通阀，电磁四通阀另外的接口分别连接所述冷凝器、储液器、蒸发器、制冷压缩机的进液口。

一种高效节能制冷方法，包括依次连接的制冷压缩机、冷凝器、储液器和蒸发器；所述制冷压缩机、储液器和冷媒气体放置在比原蒸发温度更低的环境中，在冷媒气体自动降温降压后再使用制冷压缩机将冷媒气体压缩成液态冷媒。

其进一步是：所述蒸发器具有2个以上，各个所述蒸发器串联，每个蒸发器对扩充上一级蒸发器的冷量；所述制冷压缩机、冷凝器、储液器放置在温度最低的最后一级的蒸发器中。

所述制冷压缩机使用直流或交流调速电动机。

本发明具体具有以下技术效果：

将制冷介质蒸汽放置在一种温度比原蒸发温度更低的环境中，并让其在绝热膨胀工况下遇冷凝结的方法实现相变的制冷冷循环，由于相变的冷循环中，蒸气蒸发温度始终高于冷凝环境温度，因此其蒸发压力始终高于冷凝压力，蒸气从蒸发方向自动流入冷凝方向，完全可以实现绝热膨胀工况，由于制冷介质对外制冷时，释放出数额巨大的汽化潜热，冷凝时只释放微量的显热，因此制冷效率很高；

如将制冷介质蒸气放置在-40℃到-50℃的低温环境中，冷凝液化对应的压力只有0.1Mpa-0.16Mpa，其制冷压缩机只需要极低的转速和极低的压力就可以将气态冷媒压缩呈液态冷媒，此时制冷压缩机只要极小的电量，在极低的转速下用极小的输出压力长期运转，就可以将冷媒蒸气压缩成液态冷媒，其制冷系数可高达10以上。

附图说明

图1是本发明实施例冰箱、空调和深冷的综合制冷示意图；

图2是将冷凝器放置在蒸发器外的示意图；

图3是将冷凝器放置在蒸发器内的示意图；

图4是本发明实施例冷暖两用空调器制冷的示意图；

图5是冷暖两用空调器制热的示意图；

图中：1、制冷压缩机；2-1、电磁阀a；2-2、电磁阀b；2-3、电磁阀c；2-4、电磁阀d；2-4-1、电磁阀e；2-4-2、电磁阀f；2-5、电磁阀g；2-6、电磁阀h；2-7、电磁阀i；3、冷凝器；4-1、风机Ⅰ；4-2、风机Ⅱ；5、储液器；6-1、进排气风门Ⅰ；6-2、进排气风门Ⅱ；7-1、温度传感器a；7-2、温度传感器b；7-3、温度传感器c；7-4、温度传感器d；7-5、温度传感器e；7-6、温度传感器f；7-7、温度传感器g；8-1、第一蒸发器；8-2、第二蒸发器；8-3、第三蒸发器；8-4、第四蒸发器；8-n、第N蒸发器；9-1、毛细管a；9-2、毛细管b；9-3、毛细管c；9-4、毛细管d；9-5、毛细管e；9-6、毛细管f；9-7、毛细管g；10、电磁四通阀。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，现结合附图对本发明做进一步说明。

实施例一

一种高效节能制冷方法，制冷压缩机1、储液器5和冷媒气体放置在比原蒸发温度更低的环境中，在冷媒气体自动降温降压后再使用制冷压缩机1将冷媒气体压缩成液态冷媒。

例如，如图1所示，制冷系统包括包括依次连接的制冷压缩机1、冷凝器3、储液器5和蒸发器。制冷压缩机1使用可调速的直流或交流调速电动机。蒸发器具有2个以上，各个蒸发器串联，每个蒸发器对扩充上一级蒸发器的冷量。制冷压缩机1、储液器5放置在温度最低的最后一级的蒸发器中。最后一级的蒸发器温度设置为-40℃到-50℃，这时冷凝液化对应的压力只有0.1Mpa-0.16Mpa，其制冷压缩机只需要极低的转速和极低的压力就可以将气态冷媒压缩呈液态冷媒，此时制冷压缩机只要极小的电量，在极低的转速下用极小的输出压力长期运转，就可以将冷媒蒸气压缩成液态冷媒，其制冷系数可高达10以上。

实施例二

实施例二提供一种利用了实施例一中高效节能制冷方法的高效节能制冷装置；

如图1所示，一种高效节能制冷装置，包括依次连接的制冷压缩机1、冷凝器3、储液器5和多个蒸发器；多个蒸发器串联，每个蒸发器对扩充上一级蒸发器的冷量。

制冷压缩机1、储液器5放置在第N蒸发器8-n中的安装腔体内；第N蒸发器8-n中的安装腔体内还安装有温度传感器a7-1，第N蒸发器8-n的介质流道中安装有温度传感器b7-2。冷凝器3进口、出口处对应安装有电磁阀a2-1、电磁阀b2-2。制冷压缩机1的出液口另外再通过电磁阀b2-2连接至储液器5的进液口。

储液器5的出液口分别通过毛细管连接各个蒸发器；每一个毛细管前均设置有电磁阀，每一个蒸发器的介质流道中安装有温度传感器。每一个蒸发器介质流道中的温度传感器用于对应控制蒸发器前的电磁阀，通过温度传感器检测对应蒸发器的温度，通过与设定值对比后，在通过对应电磁阀控制是否增加冷媒。为了控制增加冷媒的精度和速度，上述毛细管可以使用电磁膨胀阀替换。

冷凝器3可以放置在第N蒸发器8-n中，

如图3所示，冷凝器3放置在第N蒸发器8-n中的安装腔体内；冷凝器3与第N蒸发器8-n之间设置有隔热材料，冷凝器3两端通过风管接出第N蒸发器8-n。风管两端分别对应设置有进排气风门Ⅰ6-1、进排气风门Ⅱ6-2，风管中安装有风机Ⅰ4-1和温度传感器g7-7，温度传感器g7-7用于控制风机Ⅰ4-1和进排气风门Ⅰ6-1、进排气风门Ⅱ6-2。

工作原理：

初次制冷时，因整个系统处于常温下，制冷压缩机1必须全负荷运转，将气态冷媒压入冷凝器3降温成液态冷媒时输入储液器5中备用，同时进排气风门Ⅰ6-1、进排气风门Ⅱ6-2在温度出传感器g7-7的控制下打开，将大量热空气通过风机Ⅰ4-1排出；

待各蒸发器的温度，尤其是最后一级蒸发器8-n的温度达到设定的低温时，如-30℃到-40℃时，气态冷媒被制冷压缩机1压缩成液态冷媒而直接经电磁阀b2-2输入储液器5中备用，在经各级毛细管进入各级蒸发器循环；

此时，冷凝器3也无热量排出，进排气风门Ⅰ6-1、进排气风门Ⅱ6-2在温度出传感器g7-7的控制下关闭，制冷压缩机1将以极低的转速和极低的输出压力，只用很少的电量就可以长期运转下去，达到高效节能制冷的目的。

冷凝器3也可以放置在第N蒸发器8-n外，

如图2所示，冷凝器3放置在第N蒸发器8-n外，冷凝器3一侧设有用于对冷凝器3散热的风机Ⅰ4-1。

无论冷凝器3放置在蒸发器内或外，只要增加一个电磁阀b2-2，在放置在制冷压缩机1的蒸发器内的温度降至设定的温度时，打开电磁阀b2-2、关闭电磁阀a2-1、电磁阀b2-2，制冷压缩机1即直接将气态冷媒压缩成液态冷媒被直接经电磁阀b2-2压入储液器5中。

本实施例不仅通用冰箱、空调、冷库，也可用于更深的制冷环境，只需将蒸发器用两个、3个或更多的蒸发器串联起来，下一级扩展上一级提供的冷量，最后实现高效对外供冷，系统中除提供冷量的首级制冷外，其余各级均不需要制冷压缩机；

如图1中，首级蒸发器设定温度为8-15℃，即可作为空调器，二级蒸发器设定温度为5到-2℃，即可作为冷藏室，三级蒸发器设定温度为-20℃，即可作为冷冻室，四级蒸发器设定温度为-30℃，即可作为深冷室，以此类推可达到更深的冷量，而不需要再增加制冷压缩机。制冷压缩机和冷凝器也可以根据节能的需要和制冷成本选择任一蒸发器内冷凝。

如上述实施例：常规的冷凝环境温度在35-50℃时，其相对应的压缩机的排气压力可达1.35-1.94Mpa，如用本发明的高效节能制冷装置及方法将制冷压缩机和冷凝器放置在比原蒸发温度更低的环境中，例如-30℃到-40℃时，其对应的压力为0.1Mpa-0.16Mpa，此时，制冷压缩机在设定的低速下运转，只需要按0.1Mpa-0.16Mpa的输出压力即可将气态冷媒压缩呈液态冷媒，其制冷压缩机将节能13-15倍，每小时的耗电量为十三分之一到十五分之一Kwh，10小时用电量只有十三分之十到十五分之十Kwh的电量，因此即使工作10小时，其制冷压缩机消耗的电能还不到1Kwh的电量。

实施例三

在上述实施例二的基础上，通过本实施例三的改进，使得高效节能制冷装置适用于制热。在制热时，本高效节能制冷装置不能节能，制冷压缩机要全负荷高速运转来制取热量。

结合图4和图5所示，本实施例三与实施例二的区别在于：

制冷压缩机1的出液口安装有电磁四通阀10，电磁四通阀10另外的接口分别连接冷凝器3、蒸发器、制冷压缩机1的进液口。

如图4所示，制冷流程如图1相同，

制冷压缩机1将气态冷媒经电磁四通阀10和电磁阀a2-1压入冷凝器3中，冷凝液化，在经电磁阀c2-3进入储液器5储存；

或经制冷压缩机1直接压缩成液态经电磁阀b2-2直接进入储液器5中待循环，此时电磁阀a2-1和电磁阀c2-3关闭；

其顺序为储液器5中的液态冷媒经毛细管a9-1进入第一级蒸发器8-1、电磁四通阀10、电磁阀d2-4、第二蒸发器8-2……，继续吸热降温成低温低压蒸汽，制冷压缩机1吸入压缩成液态冷媒继续循环下去。

如图5所示，制热时，

电磁四通换向阀10通过制热开关换向，制冷压缩机1将冷媒通过电磁四通换向阀10进入第一蒸发器8-1（此时第一蒸发器8-1的作用相当于冷凝器），风扇4-2启动，将第一蒸发器8-1中的热量吹出，其空调器制热，降温成液态的冷媒，通过电磁阀e2-4-1进入储液器5中；

液态冷媒通过毛细管c9-3进入冷凝器3中（此时冷凝器3的作用相当于蒸发器），吸热蒸发呈气态冷媒经电磁阀a2-1在经电磁四通换向阀10再经电磁阀g2-5直接进入制冷压缩机1压缩循环，此时，电磁阀c2-3,电磁阀2-2b,电磁阀d2-4，关闭，电风扇4-1停止运行。