專利名稱：用于增強制冷劑性能的磁性裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸氣壓縮系統(tǒng)，尤其涉及一種帶有磁性部件的蒸氣壓縮設(shè)備，并且還涉及一種用于增強熱泵和制冷裝置的性能和蒸氣壓縮系統(tǒng)的效率的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，蒸氣壓縮系統(tǒng)在大量的應(yīng)用場合中用于冷卻環(huán)境。蒸氣壓縮用于空調(diào)裝置、制冷裝置、冷凍裝置、氣流冷凍裝置和其它冷卻系統(tǒng)。通過使得制冷劑或制冷介質(zhì)在較低壓力下蒸發(fā)成較低溫度的制冷劑并從環(huán)境中吸收熱量從而實現(xiàn)冷卻。
在常規(guī)的蒸氣壓縮系統(tǒng)中，具有低沸點的制冷劑或制冷劑混合物用作工作流體。該制冷劑被泵送到壓縮機，該壓縮機使得制冷劑的壓力和溫度升高。熱的制冷劑排放到第一熱交換器或冷凝器中，以便使熱量從制冷劑中排出。當熱量在較高壓力下在冷凝器中排出時，制冷劑轉(zhuǎn)變成液相。該制冷劑隨后輸送到膨脹閥，該膨脹閥快速地降低制冷劑的壓力。制冷劑壓力的快速降低使得制冷劑閃發(fā)成具有較低溫度的液體和蒸氣混合物。該制冷劑被排放到第二熱交換器或蒸發(fā)器，其中制冷劑吸收熱量。所加入的熱量使得殘留的液相制冷劑轉(zhuǎn)變成蒸氣相。該制冷劑循環(huán)回到壓縮機，由此重復上述過程。
現(xiàn)有的蒸氣壓縮系統(tǒng)具有的主要問題在于工作的成本過大。蒸氣壓縮消耗了大量的能量。在蒸氣壓縮系統(tǒng)中能量效率通常受制冷劑的不完全或低效的蒸發(fā)和冷凝的限制。當蒸發(fā)不完全時，一部分的制冷劑以液相形式進入壓縮機殼體中。該壓縮機必須消耗額外的能量以便使得進入壓縮機殼體中的制冷劑汽化。這降低了系統(tǒng)部件的性能系數(shù)(COP)和該系統(tǒng)的總效率。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種蒸氣壓縮設(shè)備，其使得工作流體有效地蒸發(fā)以便冷卻環(huán)境。該工作流體輸送經(jīng)過流體管路并流經(jīng)壓縮機、冷凝器、膨脹閥、和蒸發(fā)器。一個或多個磁體連接到該流體管路上，以便產(chǎn)生經(jīng)過該工作流體的磁場。該磁場干擾工作流體中的分子間力并使液相形式的分子分散。膨脹的分子更容易地轉(zhuǎn)變成蒸氣相，從而提供更有效的蒸發(fā)。該設(shè)備旨在與各種工作流體一起使用，并且在各種范圍的沸騰溫度和冷凝溫度下運行以便覆蓋多種應(yīng)用場合，其中包括但不限于制冷、空調(diào)、熱泵、和氣流冷凍。
在不需要高技術(shù)的人員的情況下可構(gòu)造和操作本發(fā)明。在操作中，本發(fā)明提高了蒸發(fā)器的冷卻能力和COP。本發(fā)明還降低了進入壓縮機殼體的液體流體的量，從而減小了壓縮機的功耗并降低了對壓縮機部件的磨損。此外，本發(fā)明提高了系統(tǒng)性能，以便降低系統(tǒng)循環(huán)和限制冷凝器、蒸發(fā)器和其它部件的磨損。該系統(tǒng)和循環(huán)的性能增強降低了系統(tǒng)中的總功耗、節(jié)省了能量、并降低了排放到環(huán)境中的溫室氣體。
在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種用于操作蒸氣壓縮系統(tǒng)的方法。如上所述，磁場施加到蒸氣壓縮系統(tǒng)中的工作流體上，以便干擾工作流體中的分子間力。在該流體輸送經(jīng)過膨脹閥之前，磁場施加到該流體上，以便增強該流體的蒸發(fā)。


參照對優(yōu)選實施例的下列描述并結(jié)合附圖，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的局部立體圖，其中示出了一種連接到流體管路上的磁體的可能布置；和圖3是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的局部立體圖，其中示出了一種連接到流體管路上的磁體的替代布置。
具體實施例方式
現(xiàn)參照圖1-3來進行描述，并且圖1具體地示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸氣壓縮系統(tǒng)的示意圖，其中蒸氣壓縮系統(tǒng)總體上由附圖標記20來表示。該系統(tǒng)20在操作上使得流經(jīng)該系統(tǒng)的工作流體冷凝和蒸發(fā)。借助該工作流體產(chǎn)生磁場，以便增強該系統(tǒng)20的性能系數(shù)和能量效率。
蒸氣壓縮系統(tǒng)20包括壓縮機22、冷凝器24、膨脹閥26、和蒸發(fā)器28。依據(jù)工作狀態(tài)，該系統(tǒng)20還可與用于蒸氣壓縮的其它部件結(jié)合，其中包括但不限于預冷凝器、后冷凝器、預蒸發(fā)器、后蒸發(fā)器、換向閥、吸入收集器、和其它部件。系統(tǒng)20可使用任何形式的熱交換器作為冷凝器24和蒸發(fā)器28，其中包括但不限于制冷劑/空氣、制冷劑/水、或制冷劑/防凍劑的熱交換器。
磁性裝置30連接到該系統(tǒng)上，以便產(chǎn)生經(jīng)工作流體的磁場。該磁場施加到液相的工作流體上，以便干擾在工作流體中的分子間力并增強工作流體的分子的膨脹。這降低了在壓縮機殼體中氣化的殘留液體的量，從而降低了壓縮機的功耗并提高了該系統(tǒng)的總效率。工作流體在系統(tǒng)20中的流動方向由圖1中的箭頭來表示。
該系統(tǒng)20旨在增強蒸氣壓縮系統(tǒng)中的多種工作流體的性能，其中工作流體包括但不限于純制冷劑和多成分的HFC混合物。這種形式的工作流體尤其取決于對于冷凝器和蒸發(fā)器的所需應(yīng)用場合和運行溫度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明在20-90攝氏度的冷凝器溫度范圍內(nèi)和-85到25攝氏度的蒸發(fā)器溫度范圍內(nèi)可以增強工作流體的性能。該系統(tǒng)20可使用純制冷劑和制冷劑混合物，其中包括但不限于R-12、R-22、R-502、R-11、R-114、R-134a、R-507(R-125/R-143a50/50％)、R-404A(R-125/R-143a/R-134a44/52/4％)、R-410A(R-32/R-12550/50％)、R-407C(R-32/R-125/R-134a23/25/52％)。此外，氨、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、或二氧化碳在本發(fā)明中可作為工作流體。上述的制冷劑只代表可用的制冷劑的一部分，并不是限制性的或排除其它未提到的制冷劑。在以下的描述中，該系統(tǒng)20參照使用一種制冷劑來進行描述，應(yīng)當理解這包括各種純制冷劑、多成分的HFC混合物、和其它適于不同應(yīng)用場合的工作流體。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用多成分的HFC混合物可最佳地實現(xiàn)制冷介質(zhì)的磁性增加，這是本發(fā)明所優(yōu)選的。三元制冷劑混合物是最優(yōu)選的。然而，也可使用二元混合物和純制冷劑例如R-134a。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當磁性增強應(yīng)用于使用R-404A和R-410A制冷劑混合物的系統(tǒng)時，對系統(tǒng)性能有明顯的改善。特別是，當使用R-404A進行磁性增強，可觀察到蒸發(fā)器能力的明顯改善。當使用R-410A進行磁性增強，可觀察到冷凝器能力的明顯改善。
現(xiàn)參照圖1-2來詳細地描述該系統(tǒng)20。系統(tǒng)20是制冷劑在其中循環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)。流體管路40在該閉環(huán)中連接壓縮機22、冷凝器24、膨脹閥26、和蒸發(fā)器28。磁性裝置30包括一個或多個靠近該流體管路40保持的磁體32。該磁體32可以是永久磁體或電磁體?？墒褂酶鞣N磁體布置方式以便產(chǎn)生經(jīng)流體管路40的磁場。例如，磁體32可以由一種類型的磁體或兩種類型的磁體制成。此外，磁體32可以相對于流體管路40具有單極或兩極布置。
通過使用任何類型的連接器或?qū)Ч芙Y(jié)構(gòu)，可使得磁體32保持成與流體管路40接觸。例如，磁體可以借助在流體管路周圍連接的夾固定到流體管路40上?；蛘?，磁體32可以由一短部段的導管包圍，該導管構(gòu)形成通過使用聯(lián)接件、接頭、或其它技術(shù)與流體管路40串聯(lián)連接。盡管將磁性裝置30連接到流體管路40上以便使其與流體管路直接接觸是優(yōu)選的，但是磁性裝置與流體管路之間可以存在間隙。磁性裝置30只是必須足夠靠近流體管路40，以便使得由磁體產(chǎn)生的磁場作用于該工作流體。
在圖2中，三個所示的磁體32連接到流體管路40上。每一磁體32使用一個夾34連接到流體管路40上。每一夾34包括一對圍繞流體管路和磁體連接在一起的板。所述板使得磁體保持與流體管路的外部直接接觸。更具體地說，夾34包括具有大致彎曲形狀的第一板36，以便圍繞磁體32和流體管路40的一側(cè)裝配，如圖2所示。該夾34還包括在流體管路40的相對側(cè)上設(shè)置的大致平的第二板38。第一板36具有一對向外延伸的凸緣37，其構(gòu)形成與在第二板38上的一對端部39配合使用。在第一板36和在第二板38的一對端部39上的凸緣37具有當所述板圍繞流體管路40設(shè)置時彼此對準的孔。所述板36、38借助當孔對準時插入該孔的螺紋件從而以緊配合保持在一起。以這種方式，所述板36、38構(gòu)形成便于使得磁體32保持固定地抵靠流體管路40的外部。如上所述，磁體可以按多種方式相對于流體管路40進行布置。參照圖2的以上描述僅僅示出了可用于本發(fā)明的許多布置方式中的一種。例如，與圖2所示的第一板36相似的兩個彎曲板可圍繞流體管路40夾緊在一起，以便將磁體設(shè)置在流體管路的兩個側(cè)上。
通過施加經(jīng)過液相制冷劑的磁場，增強了制冷劑的蒸發(fā)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，磁場能量改變制冷劑分子的極性并干擾在制冷劑分子之間的分子間范德瓦爾斯力。當液化的制冷劑轉(zhuǎn)變成蒸氣時，必須克服由偶極相互作用產(chǎn)生的分子間吸引力和范德瓦爾斯力。該磁場影響相鄰分子之間的分子間吸引力，以便使得分子膨脹。更具體地說，一般認為，磁場減弱了制冷劑的分子之間的分子間吸引力，由此使得分子更容易地進行膨脹。這導致使得分子分離的所需能量降低，從而增強了該流體的蒸發(fā)。
磁場優(yōu)選地在制冷劑流經(jīng)膨脹閥26之前施加到制冷劑上。在圖1中，所示的磁體32連接到在冷凝器出口到膨脹閥26的入口之間的流體管路40上。該磁體定位在流體管路40上，以便在該流體流經(jīng)膨脹閥26之前使得磁場施加經(jīng)過整個液體管路。在冷凝器之后制冷劑具有完全液態(tài)形式的精確位置取決于制冷劑、流體管路的尺寸、和工作狀態(tài)而變化。優(yōu)選的是，磁體32設(shè)置在離開冷凝器出口在20D-120D之間的距離處，其中D表示流體管路的外徑。工作流體在離開冷凝器出口的該距離處通常完全地冷凝成液相。在冷凝器出口和膨脹閥入口之間的流體管路40優(yōu)選為沒有聚集氣體或干擾制冷劑冷凝的接頭或過渡部分。在冷凝器出口和膨脹閥入口之間的流體管路可以是垂直的，以便確保經(jīng)過磁場的流體管路輸送完全的液體流動，其中沒有任何聚集的氣體。
如上所述，磁體32可以是一種類型或兩個類型的磁體。如圖2所示，所示的一種類型的磁體32保持抵靠流體管路40，以便每一磁體的極性定向成垂直于流體管路中的流動方向；然而磁體的極性可以改變并仍然可以實現(xiàn)可接受的效果。磁體的所需的數(shù)量和布置方式可以依據(jù)工作狀態(tài)而變化，工作狀態(tài)包括但不限于用于連接磁體的流體管路的長度。在本發(fā)明中可使用多種布置方式。例如，本發(fā)明可使用一個較長的低強度的磁體，或一系列的較小的磁體，其中每一磁體具有較高的強度。每一磁體應(yīng)具有不低于300高斯的磁場強度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當高斯水平增加時，該系統(tǒng)20的熱學能力和COP的增強效果也增加。因此，每一磁體優(yōu)選為具有不低于2000高斯的磁場強度，更優(yōu)選為不低于4000高斯的磁場強度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，三個4000高斯的磁體增強了使用對于制冷劑具有3/8”直徑的導管的冷卻系統(tǒng)中的制冷劑蒸發(fā)。然而，蒸發(fā)的增強也可使用其它的磁體強度和導管直徑來實現(xiàn)。磁體32可以由任何適當材料或材料的組合來制成，這些材料包括但不限于嵌入到聚合物中的鐵素體。
如上所述，磁體32可以單獨地夾緊到流體管路40上?；蛘?，磁體32可以相互連接并作為一個組件安裝到流體管路40上。參照圖3，磁體32A、32B、32C在螺桿50上相互連接并保持與流體管路40接觸。螺桿50使得在流體管路40上的磁體32之間的間隙可以精確調(diào)節(jié)，以便改變磁場強度的特征。磁體32A在固定位置由夾34錨定在流體管路40上。螺桿50連接到夾34上，以便使其相對于磁體32A固定。螺桿50可以焊接到夾34上，或插入到具有螺紋的套筒中，該螺紋與螺桿上的螺紋相配合。一旦磁體32A夾緊到流體管路40上，螺桿50構(gòu)形成使得附加的磁體保持與流體管路接觸。
在圖3中，磁體32B、32C在磁體32A的每一側(cè)布置在螺桿50上。磁體32B、32C均由套筒52連接在螺桿50上。每一套筒52具有適于接納螺桿并適于使得磁體沿螺桿的長度滑動的孔54。一對鎖定螺母56在套筒的每一側(cè)上在磁體32B、32C上旋入到螺桿上。當鎖定螺母56旋入到螺桿上時，通過旋轉(zhuǎn)鎖定螺母可使得鎖定螺母56在螺桿可以軸向移動。鎖定螺母與套筒接合，以便限制磁體32B、32C相對于流體管路40的移動。更具體地說，鎖定螺母56構(gòu)形成抵靠套筒52緊固，以便將磁體32B、32C相對于流體管路40和磁體32A保持在固定位置。當鎖定螺母旋轉(zhuǎn)脫離接合并離開套筒以便提供磁體在螺桿上移動的間隙時，磁體32B、32C可在螺桿50上移動。因此，鎖定螺母構(gòu)形成將磁體32B、32C保持在螺桿50上位于固定位置，并且在操作增加或減小磁體之間的間距。
這些實例和實施例應(yīng)該被認為是示例性的而不是限制性的，并且本發(fā)明并不局限于此處給出的細節(jié)，而是還可以在所附權(quán)利要求書的范圍及等效范圍內(nèi)進行改進。
權(quán)利要求
1.一種與工作流體一起使用的蒸氣壓縮設(shè)備，其包括A.在操作上增加該工作流體的壓力和溫度的壓縮機；B.在操作上從該工作流體吸收熱量的冷凝器；C.在操作上降低該工作流體的壓力的膨脹閥；D.在操作上使得熱量傳遞給該工作流體的蒸發(fā)器；和E.磁性元件，其在操作上經(jīng)該工作流體產(chǎn)生磁場。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該冷凝器包括熱交換介質(zhì)，該熱交換介質(zhì)包括空氣、水、和防凍劑中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該蒸發(fā)器包括熱交換介質(zhì)，該熱交換介質(zhì)包括空氣、水、和防凍劑中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該工作流體包括制冷劑。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，該制冷劑包括多成分的HFC混合物。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，該HFC混合物包括R-12、R-22、R-502、R-11、R-114、R-134a、R-507(R-125/R-143a50/50％)、R-404A(R-125/R-143a/R-134a44/52/4％)、R-410A(R-32/R-12550/50％)、R-407C(R-32/R-125/R-134a23/25/52％)中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該工作流體包括氨、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、和二氧化碳中的一種。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括換向閥，其中對于供熱和冷卻的應(yīng)用場合，制冷劑流動方向反向。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該磁場具有足夠的強度，以便干擾該工作流體中的分子間力。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其包括在冷凝器和膨脹閥之間的流體管路，其中該磁性元件設(shè)置成靠近該流體管路，以便在冷凝器和膨脹閥之前的之間經(jīng)過該流體管路施加磁場。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，該流體管路包括構(gòu)形成將工作流體從冷凝器輸送到膨脹閥的大致垂直的導管。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其包括流體管路，該工作流體在操作上經(jīng)過該流體管路，其中該磁性元件連接到該流體管路上。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，該磁性元件包括多個連接到該流體管路上的磁體。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，該磁性元件連接到該流體管路上，以便允許該磁性元件相對于該流體管路可滑動地移動。
15.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該磁性元件具有至少300高斯的強度。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該磁性元件具有至少2000高斯的強度。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該磁性元件具有至少4000高斯的強度。
18.一種在蒸氣壓縮系統(tǒng)中增強工作流體的性能的方法，該方法包括以下步驟A.壓縮該工作流體，以便提高該工作流體的壓力和溫度；B.將該工作流體排到冷凝器，以便從該工作流體釋放熱量并將該流體轉(zhuǎn)變成液相；C.將該工作流體從該冷凝器排到膨脹裝置，以便將該工作流體轉(zhuǎn)變成蒸氣相；D.將磁場施加到該工作流體上；和E.將該工作流體從該膨脹裝置排出并使得熱量傳遞給該工作流體。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，施加磁場的步驟包括在壓縮該工作流體的步驟和將該工作流體排到膨脹裝置的步驟之間在該流體進入該膨脹裝置之前將磁場施加到該工作流體。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該工作流體流經(jīng)一導管，并且施加磁場的步驟包括經(jīng)該導管施加磁場。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，施加磁場的步驟包括在冷凝器上的出口和膨脹裝置上的入口之間將磁體連接到管道上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，施加磁場的步驟包括將在離開冷凝器出口20D-120D之間的距離處將該磁體連接到該管道上，其中D表示該管道的外徑。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該工作流體在該冷凝器處具有在20-90攝氏度之間的溫度。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該工作流體在該蒸發(fā)器處具有-85到25攝氏度之間的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種蒸氣壓縮設(shè)備(20)和一種用于操作蒸氣壓縮系統(tǒng)的方法。工作流體輸送經(jīng)過具有流體管路(40)的蒸氣壓縮系統(tǒng)(20)。磁場發(fā)生器(30)連接到該流體管路(40)上，以便使得磁場經(jīng)過該工作流體。磁場在操作上干擾分子間力并減弱分子間吸引力，以便增強工作流體膨脹成蒸氣相，以便增加該系統(tǒng)部件的能力、性能和效率，并且降低系統(tǒng)循環(huán)、機械磨損和能耗。
文檔編號F25B21/00GK1656347SQ03812425
公開日2005年8月17日 申請日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月27日
發(fā)明者S·薩米, P·A·庫利斯, R·J·基塔, G·J·施沃 申請人:馬格尼蒂澤爾工業(yè)技術(shù)有限公司