專利名稱：一種復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置(高壓側(cè))的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代制冷技術(shù)作為一門科學(xué)，是十九世紀(jì)中期和后期發(fā)展起來的，在此之前，追溯到人類的祖先，人們很早就懂得冷的利用和簡單的人工制冷了:用地窖作冷貯室，用泉水冷卻貯藏室已有5000年之久的歷史。二十世紀(jì)后，制冷技術(shù)有了更大的發(fā)展:1910年家用冰箱問世，1917年在美國開始作為商品投放市場。1930年，氟利昂制冷工質(zhì)的出現(xiàn)和氟利昂制冷機(jī)的使用給制冷技術(shù)帶來新的變革。二十世紀(jì)七十年代，人們對混合工質(zhì)進(jìn)行了大量的研究，并開始使用共沸混合工質(zhì)，為蒸汽壓縮式制冷機(jī)的發(fā)展開辟了新的道路。制冷技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)從保存食品和調(diào)節(jié)一定空間的溫度，擴(kuò)展、滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，并與人們的日常生活有了更加緊密的聯(lián)系。1、商業(yè)制冷技術(shù)在商業(yè)上的應(yīng)用主要是對易腐食品(如魚、肉、蛋、果類、蔬菜等)進(jìn)行冷加工、冷藏及冷藏運(yùn)輸，以減少生產(chǎn)和分配中的食品耗損，保證各個(gè)季節(jié)市場的合理銷售?，F(xiàn)代化的食品工業(yè)，從食品生產(chǎn)、貯運(yùn)到銷售已經(jīng)形成一條完整的冷鏈。所采用的制冷裝置有冷庫、冷藏汽車、冷藏船以及冷藏列車等。另外還有供食品零售商店、食堂、餐廳等用的商品冷藏柜、各類冷飲設(shè)備和各種帶有制冷設(shè)備的商品陳列柜。

2、降溫和空氣調(diào)節(jié)為生活用的舒適性空調(diào)，例如賓館、劇場、地下地鐵、大型公共建筑、汽車、飛機(jī)座艙、辦公室。居民住宅等的空調(diào)設(shè)備，為人們提供了適宜的生活和工作環(huán)境，不僅有益于身心健康，而且可以提高生產(chǎn)和工作效率。3、工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械制造中，對鋼進(jìn)行低溫處理(_70°C _90°C)，可以改變其金相組織，使奧氏體變成馬氏體，提高鋼的硬度和強(qiáng)度；在機(jī)器的裝配過程中，利用低溫能方便實(shí)現(xiàn)過盈配合?；瘜W(xué)工業(yè)中，借助于制冷，可以使氣體液化，混合氣分離，帶走化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)熱。鹽類結(jié)晶、潤滑油脫脂需要制冷；石油裂解、合成橡膠、合成樹脂、燃料、化肥的生產(chǎn)需要制冷，天然氣液化、貯運(yùn)也需要制冷。在鋼鐵工業(yè)中，高爐鼓風(fēng)需要用制冷的方法先將其除濕，然后再送入高爐，以降低焦化比，保證鐵水質(zhì)量，一般大型高爐需幾千千瓦冷量。4、農(nóng)牧業(yè)利用制冷對農(nóng)作物種子進(jìn)行低溫處理，創(chuàng)造人工氣候室育秧，保存良種精液以便進(jìn)行人工配種等等。5、建筑工程利用制冷可實(shí)現(xiàn)凍土法開采土方。在挖掘礦井、隧道、建筑江河堤壩時(shí)，或在泥沼、砂水處掘進(jìn)時(shí)，可采用凍土法使工作面不坍塌，保證施工安全。拌合混凝土?xí)r，用冰代替水，借冰的熔化熱補(bǔ)償水泥的固化反應(yīng)熱，可以制出大型的獨(dú)柱混凝土構(gòu)件，可有效地避免大型構(gòu)件因得不到充分散熱而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂縫等缺陷。6、國防工業(yè)高寒條件下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、坦克、大炮等常規(guī)武器的性能需作環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)；航空儀表、火箭、導(dǎo)彈中的控制儀表，也需要地面模擬高空低溫條件進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，所有這些都需要制冷為其提供實(shí)驗(yàn)的環(huán)境條件。原子能反應(yīng)堆的控制也需要制冷。7、醫(yī)療衛(wèi)生冷凍手術(shù)，如心臟、外科、腫瘤、白內(nèi)障、扁桃體的切除，皮膚和眼球的移植手術(shù)及低溫麻醉等，均需要制冷技術(shù)。除了低溫保存疫苗、藥品外，醫(yī)藥中還用凍結(jié)真空干燥法保存血液及皮膚。此外，在微電子技術(shù)、能源、新型原材料、宇宙開發(fā)、生物技術(shù)這些尖端科學(xué)領(lǐng)域中，制冷技術(shù)也有重要的應(yīng)用。各種制冷方法，概括起來，可分為兩大類:輸入功實(shí)現(xiàn)制冷和輸入熱量實(shí)現(xiàn)制冷。蒸汽壓縮式制冷、熱電制冷屬于輸入功制冷，吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷屬于輸入熱量實(shí)現(xiàn)制冷。傳統(tǒng)制冷技術(shù)的研究內(nèi)容可概括為以下三個(gè)方面:I)研究獲得低溫的方法和有關(guān)的機(jī)理以及相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計(jì)算。

2)研究制冷劑的性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意的工質(zhì)。機(jī)械制冷要通過制冷劑熱力狀態(tài)的變化才能實(shí)現(xiàn)，所以，制冷劑的熱物理性質(zhì)是進(jìn)行循環(huán)分析和計(jì)算的基礎(chǔ)。此夕卜，為了使制冷劑能實(shí)際應(yīng)用，還必須掌握它們的一般物理化學(xué)性質(zhì)。3)研究實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所必須的各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備，它們的工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算以及各種制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套計(jì)算。此外，還有熱絕緣問題、制冷設(shè)備的自動(dòng)化問題，等等。上述前兩個(gè)方面構(gòu)成制冷的理論基礎(chǔ)，即傳統(tǒng)的制冷原理的研究內(nèi)容，第三方面涉及到具體的機(jī)器、設(shè)備和裝置。傳統(tǒng)制冷理論的主要基礎(chǔ)是熱力學(xué)，即采用同溫差的卡諾逆循環(huán)分析制冷循環(huán)過程，制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是制冷系數(shù)，就是得到的收益和耗費(fèi)的代價(jià)之比值，并且以大氣環(huán)境溫度Ttl與溫度為Tc低溫?zé)嵩?如冷庫)之間的一切制冷循環(huán)，以逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最聞:Sc 二 (COP)ri c = I 二( I )
wO iO - Tc上式中的ε。為制冷系數(shù)，q2為循環(huán)的制冷量，W(|為循環(huán)所消耗的凈功。實(shí)際上，卡諾在“關(guān)于熱動(dòng)力的見解”的論文中，得出的結(jié)論為:“在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩粗g工作的所有熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的效率為最高。”即被后人稱之為卡諾定理，按理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行整理得出的卡諾循環(huán)的熱效率為:Vc =l~~f ⑵公式(2)中的高溫?zé)嵩吹臏囟萒1與低溫?zé)嵩吹臏囟葹門2均高于大氣環(huán)境溫度Ttl,并可以得出以下幾點(diǎn)重要結(jié)論:I)卡諾循環(huán)的熱效率只決定于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟?，也就是工質(zhì)吸熱和放熱時(shí)的溫度，提高T1和降低T2，可以提高熱效率。2)卡諾循環(huán)的熱效率只能小于1，絕不能等于1，因?yàn)門1 =C 或T2=O都不可能實(shí)現(xiàn)。這就是說，在循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中即使在理想情況下，也不可能將熱能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱效率當(dāng)然更不可能大于I。3)當(dāng)T1 = T2時(shí)，循環(huán)熱效率等于0，它表明，在溫度平衡的體系中，熱能不可能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，熱能產(chǎn)生動(dòng)力一定要有溫度差作為熱力學(xué)條件，從而驗(yàn)證了借助單一熱源連續(xù)做功的機(jī)器是制造不出的，或第二類永動(dòng)機(jī)是不存在的。4)卡諾循環(huán)及其熱效率公式在熱力學(xué)的發(fā)展上具有重大意義。首先，它奠定了熱力學(xué)第二定律的理論基礎(chǔ)；其次，卡諾循環(huán)的研究為提高各種熱動(dòng)力機(jī)熱效率指出了方向，近可能提高工質(zhì)的吸熱溫度和盡可能降低工質(zhì)的放熱溫度，使放熱在接近可自然得到的最低溫度即大氣溫度時(shí)進(jìn)行?？ㄖZ循環(huán)中所提出的利用絕熱壓縮以提高氣體吸熱溫度的方法，至今在以氣體為工質(zhì)的熱動(dòng)力機(jī)中仍普遍采用。5)卡諾循環(huán)的極限點(diǎn)是大氣環(huán)境溫度，對低于環(huán)境溫度的制冷過程循環(huán)，卡諾循環(huán)并沒有給出明確的答案。由于制冷系數(shù)的不完善性，國內(nèi)外眾多的學(xué)者對其進(jìn)行研究，并提出了完善建議。馬一太等在《制冷與熱泵產(chǎn)品的能效標(biāo)準(zhǔn)研究和循環(huán)熱力學(xué)完善度的分析》中結(jié)合Curzon和Ahlborn把有溫差傳熱這個(gè)不可逆過程引入熱力循環(huán)的分析，以及由此創(chuàng)建的有限時(shí)間熱力學(xué)的啟發(fā)，結(jié)合CA循環(huán)效率，提出了 CA正循環(huán)的熱力學(xué)完善度，使制冷和熱泵產(chǎn)品的能效研究有了一定程度的 進(jìn)展。但是運(yùn)用熱力學(xué)的基本理論并不能對制冷循環(huán)做出簡潔、明了、直觀的解釋。愛因斯坦曾對經(jīng)典熱力學(xué)做過評價(jià):“一種理論，其前提越簡單，所涉及的事物越多，其適應(yīng)范圍愈廣泛，它給人們的印象就越深刻?！睂χ评漕I(lǐng)域的理論解釋，也應(yīng)繼承和發(fā)揚(yáng)這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因此如何對制冷循環(huán)進(jìn)行研究，真正找到制冷循環(huán)的理論基礎(chǔ)，并在此理論基礎(chǔ)上提出新的制冷循環(huán)裝置應(yīng)用于實(shí)際中，并有效減低能源的消耗，成為制冷技術(shù)領(lǐng)域研究的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決卡諾定理應(yīng)用于制冷裝置及制冷循環(huán)理論分析的不完善性，提出對應(yīng)于熱力學(xué)理論的新的制冷理論即冷力學(xué)理論，對于低于大氣環(huán)境溫度的環(huán)境稱之為冷源，相對于高于環(huán)境溫度的熱源；相應(yīng)于熱能、熱量，提出對應(yīng)的冷能、冷量概念。所述的制冷裝置，是指消耗機(jī)械功來實(shí)現(xiàn)冷能從大氣環(huán)境向低溫冷源或者從低溫冷源向更低溫冷源的轉(zhuǎn)移。在實(shí)現(xiàn)冷能轉(zhuǎn)換時(shí)，均需要某些物質(zhì)作為制冷裝置的工作物質(zhì)，稱為制冷工質(zhì)。所述的制冷工質(zhì)，是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下沸點(diǎn)小于-10°C的單一組分的低沸點(diǎn)工質(zhì)，或以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下沸點(diǎn)小于-10°c的低沸點(diǎn)工質(zhì)為制冷劑為主的混合制冷工質(zhì)。制冷過程中冷能的傳遞遵循能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。為描述制冷過程中冷量傳遞的方向、條件和限度，提出冷力學(xué)第二定律:冷力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)跟熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是一樣的，同樣遵循“能質(zhì)衰貶原理”，即不同形式的冷能，在轉(zhuǎn)換成功量的能力上是有“質(zhì)”的差別的；即使是同一種形式的冷能，其存在狀態(tài)不同時(shí)，它的轉(zhuǎn)換能力也不同的。一切冷能傳遞的實(shí)際過程，總是朝著能質(zhì)下降的方向進(jìn)行，一切冷能總會(huì)自發(fā)向大氣環(huán)境方向轉(zhuǎn)換。冷能能質(zhì)的提高過程不可能自動(dòng)、單獨(dú)地進(jìn)行，一個(gè)能質(zhì)的提高的過程必然伴隨著另一個(gè)能質(zhì)的下降的過程同時(shí)發(fā)生，這個(gè)能質(zhì)下降的過程就是實(shí)現(xiàn)能質(zhì)升高過程的必要的補(bǔ)償條件，即以能質(zhì)下降為代價(jià)、作為補(bǔ)償來推動(dòng)能質(zhì)升高過程的實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際過程中，作為代價(jià)的能質(zhì)下降過程，必須足以補(bǔ)償能質(zhì)升高的過程，以滿足總的能質(zhì)必定下降的普遍規(guī)律。因此，在一定的能質(zhì)下降的補(bǔ)償條件下，能質(zhì)升高的過程必然有一個(gè)最高的理論限度。只有在完全可逆的理想條件下，才能達(dá)到這個(gè)理論限度，這時(shí)，能質(zhì)升高值正好等于能質(zhì)下降的補(bǔ)償值，使總的能質(zhì)保持不變?？梢姡赡孢^程是純理想化的能質(zhì)守恒過程；在不可逆過程中總的能質(zhì)必然下降；在任何情況下都不可能實(shí)現(xiàn)使孤立系統(tǒng)總的能質(zhì)升高的過程。這就是能質(zhì)衰貶原理的物理內(nèi)涵，是冷力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，也是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，它揭示了一切宏觀過程必須遵循的、有關(guān)過程進(jìn)行方向、條件及限度的客觀規(guī)律。描述冷力學(xué)第二定律的基本公式為:
權(quán)利要求
1.一種復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于所述的冷力循環(huán)，是指從制冷劑貯罐(O出來的液體制冷劑(2)，經(jīng)液體循環(huán)泵(3)增壓后，經(jīng)回冷器(4)、用冷單元(8)、膨脹機(jī)(6)拖動(dòng)制動(dòng)設(shè)備(7)，從膨脹機(jī)(6)出來的乏汽再經(jīng)回冷器(4)、第二回冷器(4-1)、節(jié)流閥(9)，返回制冷劑貯罐(I);從制冷劑貯罐(I)出來的液體制冷劑(2)，經(jīng)第二液體循環(huán)泵(3-1)增壓后，經(jīng)第二回冷器(4-1)，返回制冷劑貯罐(1)，從而形成制冷工質(zhì)的復(fù)疊式冷力循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于所述液體制冷劑(2)即制冷工質(zhì)，是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下沸點(diǎn)小于-10°c的單一組分的低沸點(diǎn)制冷工質(zhì),或以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下沸點(diǎn)小于-10°c的低沸點(diǎn)制冷工質(zhì)為主的混合制冷工質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于它還設(shè)有第二節(jié)流閥(9-1):從制冷劑貯罐(I)出來的液體制冷劑(2)，經(jīng)液體循環(huán)泵(3)增壓后，經(jīng)回冷器(4)、用冷單元(8)、膨脹機(jī)(6)拖動(dòng)制動(dòng)設(shè)備(7)，從膨脹機(jī)(6)出來的乏汽再經(jīng)回冷器(4)、第二回冷器(4-1)、節(jié)流閥(9)，返回制冷劑貯罐(I);從制冷劑貯罐(I)出來的液體制冷劑(2)，經(jīng)第二液體循環(huán)泵(3-1)增壓后，經(jīng)第二回冷器(4-1)、第二節(jié)流閥(9-1)，返回制冷劑貯罐(I )，從而形成制冷工質(zhì)的復(fù)疊式冷力循環(huán)回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于所述用冷單元(8)包括但不限于冰箱、空調(diào)、冷庫等用冷設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于所述膨脹機(jī)(6)的制動(dòng)設(shè)備(7 )采用風(fēng)機(jī)、液壓泵、發(fā)電機(jī)或壓氣機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于所述回冷器(4)、第二回冷器(4-1)即傳統(tǒng)制冷循環(huán)中所謂的回?zé)崞?、熱交換器，采用管殼式換冷器、板翅式換冷器、微通道換冷器或其他型式的換冷器，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)制冷循環(huán)中的管殼式換熱器、板翅式換熱器、微通道換熱器等的結(jié)構(gòu)相同或相似。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于所述制冷劑貯罐(I)采用絕熱保冷措施，如采用絕熱真空容器、珠光砂等隔熱保冷材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7之一所述的復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，其特征在于該裝置同樣適用于開式制冷系統(tǒng)即經(jīng)膨脹機(jī)(6)降壓、降溫的制冷劑外供用于其他用冷單元，向制冷劑貯罐(I)補(bǔ)充相同質(zhì)量的液態(tài)制冷劑(2 )，從而形成制冷劑的平衡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)疊式冷力循環(huán)制冷裝置，采用低溫液態(tài)制冷劑經(jīng)雙級液態(tài)循環(huán)泵增壓的方法補(bǔ)充冷量，經(jīng)回冷器升高溫度后，進(jìn)入用冷單元提供冷量成為氣態(tài)制冷劑，再經(jīng)膨脹機(jī)膨脹做功降低壓力、溫度后，經(jīng)回冷器、或和節(jié)流閥返回制冷劑貯罐，本發(fā)明無需傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷裝置中的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，維修及運(yùn)行成本下降較多，相同制冷量的機(jī)組，節(jié)能率較傳統(tǒng)提高30%以上，較傳統(tǒng)的制冷循環(huán)技術(shù)，可以更方便地采用強(qiáng)化傳冷元件，制冷設(shè)備及其制冷效率更加緊湊。
文檔編號F25B7/00GK103256744SQ20131013712
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者王海波, 柳來扣, 梁斌, 丁琳 申請人:南京瑞柯徠姆環(huán)?？萍加邢薰?br>