专利名称:一种传热回路的制作方法
本发明涉及一种传热迴路，尤其涉及一种迴路，其冷媒工作流体环绕一封闭迴路流动，以便在迴路中的两站间进行热量传输。
常用的传热迴路常常通过一压缩机压缩工作流体，以便使之沿传热迴路循环。工作流体按照迴路不同部分的有效温度及压力，而作汽相液相的改变，使工作流体的潜热被吸收或是放出。
上述的马达驱动的压缩机占其成本中很大一部分资金，例如，上述迴路用来为一辆汽车提供一空调单元时，则压缩机的成本约为空调单元总成本的三分之一。
以马达驱动的压缩机对上述迴路的操作效率亦具有显著的影响，这是由于压缩机需持续的电力消耗，以一汽车为例，为运转一空调单元，所需消耗的电力量显著地增加了汽车的燃料消耗率。
W.Martynowski提出一种型式的传热迴路，其中利用废热作为一能源，协助使上述传热迴路运转，可降低其运转成本(参见KHOLODIL-NAYA TECNIKA(Russian)Vol.30，No.1 January-March 1953 edition，page 60)。其工作流体采用氟里昂(FREON)(一种商业上可用的冷媒)，上述冷媒氟里昂籍著由别处获取的废热而被加热沸腾，之后汽化的冷媒在受压情况下被驱动而环绕一主迴路循环，该主迴路包括一喷射器及一冷凝器，而冷凝器由冷却水冷却。汽化的FREON蒸汽在冷凝器中被冷凝成液态，其中一部分液化的冷媒FREON籍一泵而送回至上述沸腾炉中，剩余的冷媒FREON喂入一分迴路中，而分迴路延伸到喷射器的一吸入口，该分迴路包含一膨胀阀及一蒸发器，使得上述液化的工作流体经由膨胀阀进行绝热膨胀，以便在上述蒸发器重新连接于主迴路中的喷射器前，吸收蒸发器重新连接于主迥路中的喷射器前，吸收蒸发器附近的热量。
上述由Martynowsky所提出的方案在理论上甚为引人兴趣，但在商用上却存在问题。例如，一个机械式的传输泵需要将液化的工作流体送回到沸腾炉内，因此泵动力须足够强大以便克服沸腾炉中产生的反向压力，而该反向压力是由于炉中工作介质的汽化所产生的，操作这一泵所需的能量就如同其运转成本一般是相当可观的。最后，上述冷媒氟里昂具有一种倾向，即在常用的压缩机中会产生涡流效应，因而造成泵效率的损失。
本发明的一个目的即提供一种传热迴路，该迴路的运转不需要压缩机推动。
本发明提供一种传热迴路，其中有一主迴路，主迴路中包含一喷射器装置，在第一储存装置内被加热的汽化工作流体可通过喷射器装置而加以排出，以便在喷射器装置的一个吸入口处产生一低压工作流体，另有一装置用来收集并冷却流经喷射器装置的工作流体;还有一分迴路，其一端连接至喷射器装置的吸入口处，并包含一热交换器及一膨胀阀，而该膨胀阀的配置可使来自主迴路中的液化工作流体以绝热方式膨胀进入热交换器内使其冷却;本发明的迴路特征在于它还提供一第二储存装置，收集大部分来自喷射器装置中的液相状态的工作流体，一些阀装置如此操作以使装满工作流体的第二储存装置取代前述的空虚了的第一储存装置，另外，还有加热装置，可分别与储存装置相连用，所述加热装置可分别地与储存装置之一操作，以便对工作流体进行加热。汽化，而前述储存装置是用以将工作流体供应至喷射器装置之内的一个。
上述工作流体可以液化型式或是汽化型式提供到喷射装置处，而其型式则视喷射装置的结构及迴路不同部分中的工作流体的温度及压力而定。
本发明的迴路为完全热操作式，并且仅仅使用废热对储存装置中的工作流体进行加热沸腾，因此极易达到运转成本降低的效果。不需压缩机的设计也可以降低资金成本，减少作机械运动的另件磨损。
本发明可使用于静态设备上，例商用或家用空调设备、冷藏或冷冻设备等。也可使用于动态设备上，例如一汽车内，利用引擎废热来运转。
本发明的较好方式为迴路中包含互换开关，可使上述两个相互远离配置的热交换器的功能互相转换。因此，每一热交换器均可以选择方式提供作为一热源或冷源使用。当其中之一作为冷却器使用时，则另一个便作为加热器使用。通过互换上述两热交换器的功能，配合外界气候情况，使得上述迴路可作为一空调单元使用。
为使本发明的特点更易清楚明了，下面结合实施例并参照附图，而详细说明如下，其中图1示出本发明第一种型式的传热迴路，其中采用一气体操作式喷射器;
图2示出本发明第二种型式的传热迴路，其中在横越一分迴路处产生一加强的压力降;
图3示出本发明第三种型式的传热迴路，其中采用一液体操作式喷射器;
图4示出图3中实施例的一改进式迴路;
图5示出本发明中第四种型式的传热迴路，其正处于一空间冷却模式下;
图6示出图5中的传热迴路，其正处于一空间加热横式下;
图7示出一分迴路型式，它可应用于上述传热迴路中，以改善其传热效率;
图8示出另一型式的传热迴路，其正处于空间加热模式下;
图9示出图8传热迴路的一部分，其正处于上述传热迴路在空间冷却模式下运转时所假设的状态中。
如图1所示的传热迴路包括两个储存罐(1)及(2)，用作诸如商用氟里昂(FREON)，澳大利亚的商用‘R-11’、‘R-12’‘R-500’，‘R-501’，‘R-502’等液化工作流体的储存罐。籍著适当地配合使用的压力、温度等参数，该传热迴路可与大多数冷媒配合使用，冷媒环绕一封闭迴路流动时，将经历相变。图1的储存罐(1)装有3/4容积的液化工作流体，储存罐(2)仅装有1/4容积的液化工作流体。
储存罐(1)、(2)分别含有形式为蛇形管的加热器(3)、(4)，该加热器(3)、(4)分别与阀(5)、(6)相连，以控制例如水或机抽气体等加热媒质分别通过蛇管。
储存罐(1)、(2)均具有顶部出口，以阀(7)(8)控制，将储存罐(1)、(2)的上部经一个可选择的过热器(9)而连接到一个喷射器(12)的蒸汽驱入口(10)处。喷射器(12)具有一蒸汽出口(11)，经过冷凝器(13)而连到止回阀(14)、(15)处，以便将液化的工作流体送回到储存罐(1)、(2)中处于低压状态的一个罐中，前述迴路部分在下文中将称作“主迴路”。
上述迴路设有一分迥路(16)，它的入口(17)连到主迴路，以便可由储存罐(1)、(2)中接收部分液化的工作流体。如使用前述可选择式过热器(9)时，则其入口端(17)设置在过热器(9)的上流位置处。
分迥路(16)包含一冷凝器(18)，用来液化上述的汽化工作流体;另外还包含一膨胀阀门(19)，上述液化后的工作流体经阀(19)绝热膨胀进入一个蒸发器(20)使之冷却。分迴路的出口端连到喷射器(12)的吸入口(21)处。
当使用上述迴路时，工作流体按箭头指示方向流动。图1中，假设热量施加于储存罐(1)上。汽化的工作流体在压力状态下从罐(1)中经阀(7)、过热器(9)而送入喷射器(12)的驱入口处，以在入口(21)处产生抽吸作用。高温汽化工作流体由喷射器出口(11)处流至冷凝(13)中，而使汽化的工作流体加以液化。之后，液化工作流体经止回阀(15)而流入冷却储存罐(2)内。因此，当上述工作流体从储存罐(1)中被驱使流动时，该工作流体可汇集于储存罐(2)中。
一部分汽化的工作流体可籍著膨胀阀(19)而流经分迴路(16)，并能吸取蒸发器(20)中的热量，而所述蒸发器可形成一冷藏或冷冻设备。
值得指出的是，上述迴路并不需要机械式压缩机或泵使之运行。因此，使用压缩机或泵产生的缺点即可避免。上述迥路也可以完全依靠一个内燃机所产生的热量而运转，而该热量如不加以应用则将浪费掉。与常用的吸收式电冰箱不同，上述迥路的操作对振动及倾斜的影响不很敏感，以及，流经主迴路的工作流体的流速度变化对分迴路蒸发器的温度控制没什么明显影响。
当罐(1)快空了时，罐(2)则几乎充满液体冷冻剂。于是蛇形加热管(3)关闭，另一加热管(4)开启，使两储存罐中压力、温度情况反转。因此，储存罐(2)如前述操作，以便将工作流体传送到喷射器(12)中，而另外来自主迴路的液化工作流体则被收集到储存罐(1)内，只要上述迴路处于操作过程中，则储存罐功能之周期式转换持续发生，而这一周期式转换对于在蒸发器中所产生的冷却效果并不会造成任何可觉察到的不规则变动。
图2所示迴路中，其主迴路与图1中主迴路相同，图2中以相同参考号码标明相应部分，因此，相同部分不再加以说明。
图1及图2间的差异在于分迴路(16)，图2中，分迴路(16)如图连接，以接收两储存罐中被加热的一个罐内的液化工作流体，其操作籍著于止回阀(22)、(23)完成。储存罐依靠位于其上部容积内的蛇形加热管(3)、(4)的激发而被分别加热，使得进入前述分迴路(16)中的液化工作流体不会被过渡加热，并且处在高于加热的储存罐内压力的状态下。
液化工作流体从开启的止回阀(22)或(23处流到一个冷却器(24)处，而冷却器(24)可将液化工作流体送至膨胀阀(19)处，并将其排入蒸发器(20)内，正如和图1中情形一样。
图2迴路比图1迴路优越处在于，图2的分迴路两端间压力差较大，因此致冷效果可被提高，另外，过热器(9)的使用也是可选择式的。
图3的迴路系以图2迴路为基础，其相关部分以相同的参考标号指明明，因此，不再重复描述。
图2、3中迴路的差别在于，图3中的喷射器(12′)接收来自加热的储存器(1)(2)中的液化工作流体，而不是汽化工作流体，在某些特定情况下，液体操作式喷射器较气体操作式喷射器具有较好的运转效果。
图3中，用在喷射器(12′)的液化工作流体在受压状态下，籍著连接于止回阀(22)及(23)出口处的传输线(25)而传送到喷射器(12′)的驱入口(10)处。
图4示出图3迴路的一种改进迴路，其与图3中相应部分标以相同参考号码，因此不再重复描述。图4中，喷射器(12′)经一传输线(26)而于其入口(10)处接收液化工作流体，而传输线(26)在另一端连接到冷却器(24)及膨胀阀(19)的连接管道上。因此，进入喷射器(12′)的液化工作流体的温度可比图3迴路所提供之温度低。
图5所示迴路系以图2迴路为基础，而其相应部分均以相同参考号标出，因此可避免不必要的描述。图2和图5的差别在于，图5中的迴路设有转换阀，以便使前述的分迴路可以分别地在空间加热或空间冷却的模式下进行循环操作。因此前述迴路可适用于一静态设备使用的冷气机内，例如建筑物的冷气机等;或者可适用于供一移动设备使用的冷气机内，例如汽车中的冷气机等。
图5所示迥路处于空间冷却模式下，其中，冷却的液化工作流体由冷却器(24)中，经转换阀(30)而到达膨胀阀(19)处，膨胀阀(19)再将液化工作流体注入蒸发器(20)内以产生所需的冷却效果。蒸发器(20)籍著第二转换阀(31)经由止回阀(32)而连接到喷射器(12)的吸收口(21)处。
喷射器籍著汽化工作流体的驱动而在其入口(21)处产生抽吸作用，汽化工作流体由喷射器(12)的出口(11)处放出，并经转换阀(31)而导入冷凝器(13中，由冷凝器(13)流出的液化工作流体经过一个止回阀(33)流至传输管(34)上，而传输管(34)可将液化工作流体经过止回阀(14)、(15)中的一个而排入两储存罐(1)(2)中作为收集器使用的一个储存罐内。
图5中的迴路籍著将转换阀(30)、(31)移动到如图6所示位置处的方式，而改变成为在空间加热的模式下循环操作。来自冷却器(24)中的液化工作流体籍著转换阀(30)而到达膨胀阀(35)处，而膨胀阀(35)可将液化的工作流体以绝热的方式排入冷凝器(13)中，冷凝器(13)基本上为一个热交换器，它可以吸收来自周围环境中的热量，为工作流体提供蒸发用的潜热(Latent heat)。来自冷凝器(13)的汽化工作流体经过转换阀(31)及止回阀(32)而流至喷射器的吸入口处，该汽化工作流体在喷射器与来自主迴路的工作流体相互混合，且两股混合的工作流体同时由喷射器(12)的出口(11)处排出。来自喷射器(12)中的高温汽化工作流体籍著转换阀(31)而导入进行热交换作用的蒸发器(20)内，该工作流体在热交换的蒸发器(20)中进行冷凝，以利用其冷凝潜热来对周围环境进行加热作用。然后，工作流体经一止回阀(36)而流至前述传输管线(34)上，并经传输管(34)将工作流体送回到储存罐(1)、(2)中。
图7示出一种改善图5中分迴路效率的循环方式。液化工作流体籍著冷却器(24)而导致分迴路中，并流经一个热交换器(40)，然后再经过一膨胀阀(19)而排入蒸发器(20)内。冷却的汽化工作流体离开蒸发器(20)并流回热交换器(40)内，然后再流经喷射器(21)。在热交换器(40)内的冷却汽化工作流体系用来冷却供应到膨胀阀(19)处的液化工作液体，以便改善由蒸发器(20)所产生的冷却效应。
在图8的迴路中，用同心配置的管状组件取代了前述图中作为存放工作流体加热之用的储存罐(1)、(2)，而所述管状组件配置于加热线圈(50)、(51)中，且每一加热线圈的长度均加以延伸，每一管状组件设有两组同轴配置的流动路径，且它们具有良好的传热关系。由内侧管状组件(53)、(54)提供的内侧路径作为液化工作流体的储存室，而由外侧管状组件(55)、(56)提供的外侧路径则有流体在其间循环流动。如相应的管状组件将加热的工作流体提供给一喷射器(57)时，则流经外侧路径的流体为高温流体;但如相应的内侧管状组件当作收集器用于收集主迴路中的液化工作流体时，则流经外侧路径的流体为低温流体。
如同前述实施例一样，当加热的储存室大致为空虚状态而冷却的储存室大致为充满状态时，则前述两储存室便会交换。
内侧管状组件(53)及(54)上端分别经由止回阀(58)及(59)而连至喷射器入口处。汽化工作流体由喷射器中喂入一转换阀(61)处，并且配合其操作定位，而供应至两个热交换器(62)及(63)中的一个之内，转换阀(61)的两操作定位分别显示于图8及图9中，在图8中，汽化作用流体由转换阀(61)中流至热交换器(62)处，而热交换器(62)用来提供热量，以便对由一风扇(64)所供应的空气流进行加热。
前述工作流体在热交换器(62)中冷凝，并经由一止回阀(65)流入冷却槽(66)中，该冷却槽中的工作流体通过部分地由膨胀阀(67)排出的方式而保持于一低压状态，而膨胀阀(67)可将工作流体以绝热方式排入第二热交换器(63)内。该热交换器(63)作为一蒸发器使用，且经由转换阀(61)及止回阀(70)而连接至喷射器(57)的吸入口(72)处。
来自前述冷却槽(66)中的液化及冷却工作流体朝下经由一传输线(73)而流至一对止回阀(74)、(75)处，止回阀(74)、(75)分别连接至管状组件(53)、(54)的下端。
上述的迴路，无论处于充满状态的储存室及处于空虚状态的储存室间是否有周期式替换，它都如此操作而持续地将热量传送给风扇所吹动的空气，管状组件操作程序的改变籍著将高温及低温的供应液体转换至前述管状组件(55)及(56)处而得以完成。
如果上述迴路在冷却模式中操作运转时，则转换阀(61)移动至图9所示的定位处，由喷射器(57)而来的汽化工作流体流至热交换器(63)处，并在该处冷却、液化，然后再经由一止回阀(80)流至冷却槽(66)内，大部分工作流体经由传输线(73)回到储存用的管形组件(53)及(54)中作为收集器使用的管形组件内，剩余的液化工作流体由前述冷却槽(66)的下端流出，并经过传输线(81)及膨胀阀(82)，以绝热方式排入热交换器(62)内。上述以风扇(64)驱动的空气籍著通过热交换器(62)而被冷却。汽化工作流体经过转换阀(61)，如图9所示方式定位，而流到喷射器(57)的吸入口(72)处。
值得提出注意的是，前述所有迴路中，已避免了使用设于工作流体流动路径中的压缩机或机械泵，而代之以使用两储存室，而上述两储存室可以周期地相互变换其功能。这一点至关重要，因为，某些工作流体，例如氟里昂(FREON)等，对压力的变化非常敏感，以至使得环绕于压缩机或泵叶轮附近所产生的压力变动会造成工作流体局部汽化现象，并因此而形成半真空状态，进而会造成泵压力及效率损失。本发明的迴路亦可适用于无法获得电力然而却具有大量无法使用的热量的场合，该热量可为太阳热能或废热等，当然，如果可以电能方式提供热量时，则前述迥路亦可使用于常用的家用冰箱中，另外，前述迴路在操作时，具有最小的噪音干扰。
虽然上述储存室籍管形加热线圈进行加热，但我们也可以籍著将前述储存罐(1)、(2)以交替方式直接地与一热源接触，而将热量施加于储存罐的外侧壁面上。
权利要求
1.一种传热迴路，具有一主动迴路，在主迴路中包括一喷射装置；而在第一储存装置内进行加热程序的汽化工作流体，可通过该喷射装置而加以排出，以便在喷射装置的一个吸入口处产生一低压工作流体；一装置用于收集并冷却上述流经喷射器的工作流体；还有一分迴路，其一端连接到喷射装置吸入口，且分迴路包含一蒸发热交换器及一膨胀阀，而该阀配置成可使来自前述主迴路中的液化工作流体以绝热方式而膨胀进入热交换器内并使其冷却；该传热迴路的特征在于它还设有一第二储存装置，收集来自喷射装置中的液相状态的工作流体的大部分；一些阀门如此操作可以使得上述装满工作流体的第二储存装置取代空虚的第一储存装置；另有加热装置分别地用来加热上述两储存装置中用以供应工作流体至喷射装置内的储存装置。
2.如权利要求
1所述的传热迴路，其特征在于，喷射装置(12)如此连接以便接收来自储存装置(1)、(2)及(50)、(51)上端部分的汽化工作流体。
3.如权利要求
2所述的传热迴路，其特征在于，所述主迴路中的喷射装置(12)的上游设有一个过热器(9)。
4.如权利要求
2所述的传热迴路，其特征在于，所述储存装置包含一个其长度延伸的双壁面管状构件(50)、(51)，可提供同心分隔的流动路径，内侧管形构件(53)、(54)的连接可使工作流体流经其间，而外侧管形构件(55)、(56)的连接可以使热或冷介质以选择方式流经其间，以作为加热装置使用。
5.如权利要求
1所述的传热迴路，其特征在于，所述喷射装置连接成可接收来自储存装置下端部分的液化工作流体。
6.如权利要求
5所述的传热迴路，其特征在于，上述液化工作流体沿着一流动路径(25)或(26)而流至喷射装置处，而该流动路径(25)或(26)并联于上述分迴路。
7.如权利要求
5或6所述的传热迴路，其特征在于，来自储存装置(1)或(2)中的液化工作流体经由一冷却器(24)而流至分迴路。
8.如权利要求
7所述的传热迴路，其特征在于，其分迴路包含一热交换器(40)，提供两条相对流动路径，该两相对流动路径成热交换关系，其中第一流动路径串连连接于冷却器(24)及膨胀阀(19)之间，第二流动路径串连连接于蒸发热交换器(20)及喷射装置的吸入口(21)之间。
9.如权利要求
1至4中任一项所述的传热迴路，形成一空调单元的一部分，其特征在于，其中设有转换阀装置(30)、(31)及(61)，这些阀可控制流经分迥路中的工作流体，使其配合转换阀装置的操作定位而以选择方式提供加热的空气和冷却的空气。
10.如权利要求
9所述的传热迴路，其特征在于，其中设有一冷却槽(66)，液化且冷却的工作流体可由该冷却槽中供应至上述的储存装置(53)、(54)中。
11.一种传热迴路的操作方法，其特征在于，使用两储存装置(1)、(2)或(53)、(54)，以便自一主流动迴路中收集工作流体，并传送工作流体至主流动迴路中去;该主流动迴路包含喷射装置(12)或(57);上述储存装置之一将工作流体供应至喷射装置中，而另一储存装置由主流动迴路中接收工作流体;另外还有一些阀装置，当供应工作流体至喷射器的储存装置处于实际空虚状态时，这些阀装置用来交换上述两储存装置的功能。
专利摘要
本发明涉及一种冷冻或空调回路。该回路具有一喷射器，冷媒可经由喷射器而从一加热供应储存罐中被驱动进入一未加热的收集储存罐内。上述喷射器从一分回路中吸取冷媒，而所述分回路包括一膨胀阀及一个蒸发热交换器，起冷却作用。当冷媒供应储存罐处于空虚状态时，转换阀可互换上述两储存罐的功能，以使所述回路的操作不被中断。
文档编号F25B1/06GK85106723SQ85106723
公开日1987年3月25日 申请日期1985年9月6日
发明者约翰·费朗西斯·尤尔克 申请人:约翰·费朗西斯·尤尔克导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan