专利名称：一种实现空调、热泵高效能比的方法
技术领域：
空调和热泵
背景技术：
近几年针对提高冰箱、空调、热泵的效能比，各方做出了不少努力，比如提高压缩机的机械性能，通过变频减少压缩机频繁启动引起的电损耗，提高换热器(包括蒸发器和冷凝器)与周围环境的换热效率等都对提高空调、热泵的效能比起到了很大作用。在提高换热器换热效率方面，根据换热公式Q = kFAt，现阶段增加冰箱、空调、热泵效能比采取的常用方法是增加换热器(蒸发器和冷凝器)的换热面积(F)，增加换热器的传热系数k， 及有限度的增加冷热流体的温度差At。
发明内容
效能比反应的是压缩机做功与实际产生冷量和热量之间的关系。制冷系数=Tl/ (T2-T1)和供热系数=T2/(T2-T1)反应的就是做功和产生热量的关系。压缩机的电损耗直接影响到做功的效率，因此改善压缩机的电损耗是提高效能比的关键内容。比如把压缩机的做功的机械效率从50 %提高到95 %，效能比可以提高90 %，但实际上目前压缩机所做电功效率已经极大提高，电功效率已经提高到70% -95%，在电力所做功上提高“效能比”在目前来讲已经不是主要矛盾。根据压缩机做机械功与压缩机两端作用力“差”的关系，两端的压力与介质的“温度”有关，即与(Τ2-Τ1)有关，因为根据夏天室内室外温差不到10°和冬季室内外温差一般不超过20°的特点，又根据制冷系数=Τ1/(Τ2-Τ1)和供热系数公式 =Τ2/(Τ2-Τ1)，由于物体之间存在温差才可以传热，冷凝器内温度Τ2和蒸发器内温度Tl的温度差在夏天应该大于10°，理想状态约20°，在冬季应该大于20°，理想状态30°，Τ2接近300，所以，在夏天空调的终极效能比应该能达到15，冬季空调终极效能比理应达到10， 然而目前离这个数字差的很远，除了上边所述的压缩机电能转化成机械能有一个转化率之外，更重要的是换热器换热不充分，节能效应没有充分体现。发明内容为在现有增加换热器换热面积的前提技术下通过增加蒸发器管道的长度来增加蒸发器换热器的面积F，并相应增加冷凝器换热器的面积F，增加换热器传热系数 K，减小换热器内外冷热流体的温度差At，根据换热量，换热器内外流体的温度差At减少几倍，换热器的面积就相应增加几倍，并通过减频或减压或减流来减小压缩机的功率，根据节能等级，用控制器控制使换热器内外的冷热流体温差小于15°或小于10°或小于5°或小于2°，使换热器内的冷热流体接近外界环境温度，即在换热器内外冷热流体进行完全充分热交换的情况下启动压缩机做功，使系统循环。此方法可以显著减少压缩机做功，提高空调、热泵效能比至6以上，效能比最高潜力可达50以上。
附图1附图2是空调、热泵系统结构示意图，其中1、压缩机；2、压缩机气体出口 ；3、冷凝换热管；4、冷凝室；5、节流阀；6、容器；7、蒸发室；8、蒸发换热管；9、压缩机气体进口，10，单向阀。
具体实施例方式附图1为其中一个实施例。在图1中，蒸发室(7)中蒸发介质储存在容器(6)中，在外界一定压力和温度下吸收蒸发室(7)内外的热量蒸发并充满蒸发换热管(8)，蒸发换热管(8)内气体继续吸收蒸发室内外流体的热量，温度达到或接近蒸发室内外流体的温度时，即蒸发器内外冷热流体的温度差At小于设定的15°或小于设定的10°或小于设定的5°或小于设定的2°时， 开启压缩机(1)，压缩机(1)做功，高压气体冲破单向阀(10)进入冷凝室G)，冷凝室内压缩气体温度升高，升高至冷凝室内外流体的温度差高于设定的2°或设定的5°，或设定的10°或设定的15°，停止压缩机(1)的工作。就是换热器中无论蒸发器还是冷凝器， 内外流体温度差At小于设定的摄氏15°或10°或5°或2°，压缩机处于工作状态，反之，换热器内外流体温度差At高于设定的2°或5°或10°或15°，停止压缩机(1)的工作。至于是2°还是5°还是10°还是15°还是其他温度，都是根据节能等级和实际综合利益考虑进行的设定，温差越小，节能等级越高，温差越大，节能等级越小，同时也要根据空调和热泵的必要工作范围来考虑，比如在北极的冬天室内外温差接近50°，如果设定换热器设定温差At小于2°，就没有太多实际意义，因为50°和2°相比，差额巨大，就是设定换热器内外流体温差At小于20°，对效能比的影响与理想状态(T2-T1) = 50°的理想状态相比，实际的(T2-T1) =50° +20X2 = 90与50°相比也不超过1倍。但当夏天我国南北方室内外温差只有10°左右时，规定换热器内外流体的温差At小于5°，实际的 (T2-T1) = (10° +5X2) =20°，与理想状态(T2-T1) = 10°相比，对效能比的影响就能达到一倍，温差At达到20°时，加上蒸发器和冷凝器两端温差和环境温差，实际的(T2-T1) =(20X2+10) = 50，与理想状态(T2-T1) = 10°效能比相比，可相差5倍，所谓效能比的理想状态是指换热器内外流体的温度差At = 0，这个理想状态只能无限接近而永远无法达到，理想状态是设计效能比的主要对比参数。需要明确指出的是T2为冷凝器内气液混合物的温度，Tl是蒸发器内将要进入压缩机的气体的温度。根据压缩机做功的量与压缩机两边的压力差有关，根据理想气体状态方程P1V1/T1 = P2V2/T2，气体的压强总是与温度T成正比，所以，压缩机的做功量与压缩机气体进口(9)处的温度Tl和压缩机气体出口(2)处的温度T2有关，因此安装压缩机的温度控制探头时，应该把感应探头放在压缩机气体进口和压缩机气体出口(2)附近。 为使蒸发器内蒸发液体与外界充分换热，除了在现有增加换热器换热面积的前提技术下需要通过增加蒸发器管道的长度来增加蒸发器换热器的面积F，并相应增加冷凝器换热器的面积F，增加换热器传热系数K。为了使进入压缩机的气体在工作时接近环境温度，需要相应减小换热器内外冷热流体的温度差At，因为温差At越大，在压缩机工作时气体温度T2和Tl与环境的温差越大，就会造成压缩机反复停机。所以，本方法与传统的增加温度差At的方法相反，需要减少温度差At，但减小的温差又影响到换热量和换热时间，因此又需要增加换热面积来弥补，根据换热量，换热器内外流体的温度差At减少几倍，换热器的面积就相应增加几倍，同时，也可以通过增加换热时间来弥补，这需要减小压缩机的功率，一是效能比增加，压缩机做功减小需要减小压缩机功率，二是压缩机频繁启停造成电损耗，利用小功率长时间可使换热器内外进行充分的热交换，使T2-T1接近理想状态。因此需要通过减频、减压、减流的方法减小压缩机的功率。也可以使用功率可变的压缩机，使节能和实用更加接近完美。根据节能等级，用控制器控制使换热器内外的冷热流体温差小于15°或小于 10°或小于5°或小于2°，使换热器内的冷热流体接近外界环境温度，使T2-T1接近理想状态。即在换热器内外冷热流体进行完全充分热交换的情况下启动压缩机做功，使系统循环。换热器内外流体温差用控制器来设定，使同一空调和热泵可以工作在不同的节能等级。需要明确一下At，所述At = tl-Tl或At = T2_t2，其中，蒸发器的换热器外液体或气体的温度为tl，蒸发器换热器内气液混合物的温度为Tl，冷凝器换热器内气液混合物的温度为T2，冷凝器换热器外液体或气体的温度为t2。当tl的温度高于设定的温度上限或t2的温度低于设定的下限且tl-Tl或者 T2-t2的值小于15°或小于10°或小于5°或小于2°时，通过控制器接通压缩机的电源开始工作，否则停止压缩机的工作。为了使换热充分并缩小换热器内外冷热流体温度差At，可以使用高沸点蒸发剂。 比如热泵使用-20°的蒸发介质，就不如使用+20°的蒸发介质更利于控制蒸发室内Tl的温度接近理想状态，高沸点介质是指常压下沸点大于0°的蒸发剂。单向阀(10)的安装是为了避免或减少冷凝器内的气体在压缩机停止工作时回流。单向阀也叫止回阀，方向是从压缩机出来的气体进入冷凝器，反向截止。可使用电磁阀代替单向阀，电磁阀与压缩机电联动，同开启同关闭。由控制器控制。附图2为另一个具体的实施例。和图1相比，把冷凝器换热器(3)和⑷安装到高于压缩机出口的位置，目的是为了增强换热效果。
权利要求
1.一种实现空调、热泵高效能比的方法，方法是在现有增加换热器换热面积的前提技术下通过增加蒸发器管道的长度来增加蒸发器换热器的面积F，并相应增加冷凝器换热器的面积F，增加换热器传热系数K，减小换热器内外冷热流体的温度差△ t，根据换热量， 换热器内外流体的温度差Δ t减少几倍，换热器的面积就相应增加几倍，并通过减频或减压或减流来减小压缩机的功率，根据节能等级，用控制器控制使换热器内外的冷热流体温差小于15°或小于10°或小于5°或小于2°，所述At = tl-Tl或At = T2-t2，其中，蒸发器的换热器外液体或气体的温度为tl，蒸发器换热器内气液混合物的温度为Tl，冷凝器换热器内气液混合物的温度为T2，冷凝器换热器外液体或气体的温度为t2。
2.根据权利要求1所述的一种实现空调、热泵高效能比的方法，其特征是蒸发剂使用高沸点蒸发剂，高沸点介质是指常压下沸点大于0°的蒸发剂。
3.根据权利要求1所述的一种实现空调、热泵高效能比的方法，其特征是冷凝器换热器(3)和(4)位于高于压缩机出口的位置。
4.根据权利要求1所述的一种实现空调、热泵高效能比的方法，其特征是单向阀(10) 位于冷凝器管( 和压缩机(1)之间。
全文摘要
一种实现空调、热泵高效能比的方法，属于节能领域。效能比反应的是压缩机做功与实际产生冷量和热量之间的关系。理论效能比在夏天应该能达到15，冬季理应达到10，然而目前达不到。本发明内容为在现有增加换热器换热面积的前提技术下通过增加蒸发器管道的长度来增加蒸发器换热器的面积F，并相应增加冷凝器换热器的面积F，增加换热器传热系数K，减小换热器内外冷热流体的温度差Δt，根据换热量，换热器内外流体的温度差Δt减少几倍，换热器的面积就相应增加几倍，并通过减频或减压或减流来减小压缩机的功率，根据节能等级，用控制器控制使换热器内外的冷热流体温差小于15°或小于10°或小于5°或小于2°，使换热器内的冷热流体接近外界环境温度。此方法可以显著减少压缩机做功，提高空调、热泵效能比至6以上，效能比最高潜力可达50以上。
文档编号F24F11/00GK102374611SQ20111028893
公开日2012年3月14日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者冯益安 申请人:冯益安