专利名称：用致冷剂加热及冷却的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及用一致冷剂来加热和冷却的方法及其装置。
已知用一致冷剂来加热和冷却的方法与装置。用于调节空气的一种常规方法及其装置是热泵(heat pump)。这种方法是通过循环致冷剂将热量从压缩机经冷凝器、膨胀阀及蒸发器传递回压缩机。在这种方法中，由于致冷剂在冷凝器中产生或发散热量或是产生加热效应，并在蒸发器中吸收热量或产生冷却效应，当要加热房间时，使用在冷凝器中产生的热量，而要冷却房间时，就使用蒸发器中产生的冷却效应。为了完成这一目的，需要根据房间是要被加热还是冷却来转换致冷剂的流动，已经设置了四通阀来改变致冷剂的流动。在常规的空气调节中，通过热泵的方式，当要冷却房间时在冷凝器中产生的热量就被废弃在户外空气中，而当要加热房间时在蒸发器中产生的冷却效应也被废弃在户外的空气中。因而不是热量就是冷效应总是被废弃在空气中了。
除了这种空气调节装置，在这类装置中还有一种致冷器用于利用致冷剂来加热或冷却。这种致冷器是基于与上述所讨论的当房间要被冷却时热泵中所用的相同原理来工作的。更特别的是，这个原理是这样的，致冷剂由压缩机来压缩，从冷凝器通过膨胀阀引导到蒸发器，然后回到压缩器并被循环，当致冷剂循环时，盐(brine)和其它抗凝液由蒸发器中产生的冷效应来冷却，由此获得了低温。在该致冷器中，在蒸发器中产生的热量由已废弃的水等来吸收。
如上面所讨论的，在冷却房间的场合产生的热，及在加热房间场合产生的冷在常规的空气调节中都被废弃了。在致冷器的场合，仅使用冷，而热被废弃。不是热就是冷被废弃的原因正如上面所述，是基于这些事实即被废弃的热或冷没有达到可以有效使用的温度而且被废弃的热或冷没有达到足以值得有效利用的量。然而，要注意到从能的有效利用的观点而考虑不论是废弃热还是冷都是不经济的。
因而，本发明的目的是有效利用在使用致冷剂的常规加热和冷却方法中所产生的不仅是热还有冷。为了达到这个目标，热和冷应分别传送到各个流体中且由该热量加热的流体的温度应升高而由该冷效应冷却的另一个流体的温度应降低，因而在加热的流体与冷却的流体温度间产生一显著的差异。
前面提到的和本发明其它的目的完成是通过除常规通道外还提供至少一个辅助通道使得致冷剂在常规通道中流动，但是在下述的场合中流经辅助通道而且致冷剂的温度自身也得到调节。当以上述讨论的方式来操作时，在被加热的流体与被冷却的液体温度间有一显著差异，可有效利用不仅这个热量还有冷效应。本发明是基于上述的发现被提供的。
根据本发明的一个实施例，提供了一种装置，它使用致冷剂来加热及冷却，在这个实施例里该装置用一压缩机来压缩致冷剂且致冷剂通过冷凝器、膨胀阀及蒸发器以这一次序从压缩机循环或循环到压缩机。通过在冷凝器中产生的热来加热一流体而通过蒸发器中产生的冷来冷却另一流体。
本发明的这个装置包括一个辅助热通道，它将压缩器与膨胀阀连在一起且通过第一热交换器，并与通过冷凝器的常规通道并行且可互相变换地相连。本发明的这个装置也包括一辅助冷通道，它将膨胀阀与压缩机相连且通过一第二热交换器，并与通过蒸发器的常规通道平行且可互相变换地相连。
根据本发明的另一方面，提供一种用致冷剂来加热和冷却的方法，在这个方法中，致冷剂由一压缩机压缩且通过冷凝器、膨胀阀及蒸发器以这一顺序从压缩机进行循环或循环回压缩机中，在这个方法中，由产生在冷凝器中的热来加热第一流体，用产生在蒸发器中的冷来冷却第二流体。在本发明的这个方法中，当缺少热且第一流体的温度降低时，进入蒸发器的致冷剂的流动通道就作出一种变化以便使致冷剂进入第二热交换器，在这个交换器中致冷剂被加热，被加热的致冷剂进入压缩器并循环。同样，当缺少冷且第二流体温度升高时，进入冷凝器的致冷剂的流动通道做出一种变化以使致冷剂进入第一热交换器，在交换器中致冷剂被冷却且被冷却的致冷剂进入蒸发器并循环。
本发明的这些或其它特点，通过参看附图阅读下面的描述即可明白。
图1是一个方框图，示出了根据本发明的加热和冷却装置的原理。
图2是用于本发明的冷凝器剖面图。
图3是用于本发明的蒸发器的剖面图。
图4是用于本发明的膨胀阀的剖面图。
图5是第一和/或第二热交换器的透视图(A);及其局部放大图(B)。
图6示出了根据本发明的另一加热和冷却装置的原理。
图7和图8是用于本发明的例子中的装置的方框图。
图1中，参考数码1代表压缩器，2代表高温阀，3代表一冷凝器，5代表-膨胀阀，6代表一低温阀，7代表蒸发器，9代表一阀门，10代表一辅助热通道，11代表第一热交换器，12代表一阀门，13代表辅助冷通道，14代表第二热交换器。
如图1示出的装置的一个部分是已知的，即已知一装置，在其中致冷剂由压缩器1来压缩，然后被传到冷凝器3，通过膨胀阀5及蒸发器7，而后返回压缩器1。
根据本发明的这个装置包括二套辅助的通道这二套通道是附加连到已知装置上的以便使致冷剂在需要时通过这个辅助通道。在刚刚提到的二套辅助通道中，一个是辅助热通道，而另一个是辅助冷通道。辅助热通道是通道10，它是要将致冷剂引入第一热交换器11中，然后引入膨胀阀而不使致冷剂进入冷凝器3。为了使辅助热通道10可以取代常规通道，在压缩器1和冷凝器3间提供一高温阀2，且阀2使得致冷剂交替流向冷凝器3和辅助热通道10之一成为可能。此外，在辅助热通道10的外输出端提供阀9。
一个辅助冷通道13将致冷剂引入第二热交换器14，然后引向压缩器1而不使致冷剂进入蒸发器7。为了使得可以用辅助冷通道13取代常规通道，在膨胀阀5与蒸发器间提供一低温阀6，且阀6使得致冷剂被交替传入蒸发器7与辅助冷通道13之一成为可能。此外，在辅助冷通道13的外输出端提供阀12。
第一热交换器是用周围温度下的空气或水来冷却致冷剂的。而第二热交换器是用周围温度下的空气或水来加热致冷剂的。由于致冷剂在第一热交换器中具有大大高于周围的温度而在第二热交换器具有大大低于周围的温度，所以致冷剂在一端可以通过周围温度下的空气或水来冷却而在另一端通过同样的周围温度下的空气或水来加热。这些交换器是基于这样的事实被加上的即热交换器中的加热与冷却可以有效地获取低温和高温。
根据本发明的这个装置带有二个辅助通道10，13。在本发明的这个装置中，致冷剂的正常循环是这样的即它从压缩器1被引导，通过冷凝器3，膨胀阀5及蒸发器7以这样的顺序返回压缩器1。然而，当第二流体缺冷时，致冷剂是这样循环的即从压缩器1中被引导，从高温阀2进入辅助热通道10，通过第一热交换器11，膨胀阀5及蒸发器7，然后返回压缩器1。此外，当第一流体缺热时，致冷剂是这样循环的即它从压缩器1被引导，通过冷凝器3和膨胀阀5，然后从低温阀6进入辅助冷通道13，经过第二热交换器14，返回压缩器1。
然而在本发明中，致冷剂从压缩器1流经辅助热通道10的流动是不可能的，同样流经辅助冷通道13也是可不能的。
根据本发明的用致冷剂加热和冷却的方法是一种用在图1中示出的装置来加热和冷却流体的方法。因而，本发明的方法通过参照附图1更具体地说明如下。
在一开始，致冷剂通过压缩器1被压缩，被引入冷凝器3，然后通过膨胀阀5，被传入蒸发器7，在这之后，返回压缩器1，就这样循环。在循环当中，致冷剂在冷凝器3中产生了热，这个热用于加热第一流体，同时，致冷剂在蒸发器中产生了冷，该冷用于冷却第二流体，因而不仅热而且冷都被利用了。
在第一流体对热的需求与第二流体时冷的需求几乎是相同和平衡的情况下，致冷剂以正常方式循环。实际的热需求与冷的需求并不总是平衡的。更特别的是，有时热需求增加，而冷需求下降或有时，冷需求增加，但热需求降低。
当大量需要热，但小量需求冷时，就需要大量的热在冷凝器3中附加产生。为此原因，需要流进冷凝器3的致冷剂具有一较高温度。因而对致冷剂剂的流动作变化以便将致冷剂引入辅助冷通道13而不将致冷剂引入蒸发器7。致冷剂通过以辅助冷通道13的方式提供的第二热交换器14，在交换器中，致冷剂被加热。为此原因，低温阀6向蒸发器7关闭，但对辅助冷通道13是开放的且阀12也开放。
该致冷剂，当使其进入辅助冷通道13时，通常具有低于周围的温度。因而，在第二热交换器14中的致冷剂可由周围的空气和水来加热。在根据本发明的这个装置中，致冷剂可以在第二热交换器14中仅通过与周围的空气和水交换热来升高致冷剂自己的温度。且可增加冷凝器3中的热量。结果，冷凝器3中的热短缺可以避免。因而第一流体可以被保持在一高温上。
反之，当大量需要冷而只需少量热时，在蒸发器7中应附加产生大量热。为此原因，需要在蒸发器7里流动的致冷剂具有一低温度。为了满足这个需求，对致冷剂的流动做一变化以便将致冷剂引入辅助热通道10而不引导致冷剂进入冷凝器3，且致冷剂在第一热交换器11里被冷却，该交换器11安在辅助热通道的管径上。为了保持通道10的开放，高温阀2对冷凝器3关闭，但对辅助热通道10开放，阀9是开放的。
当使其进入辅助热通道10时，致冷剂通常具有高于周围环境温度的温度。因而，第一热交换器11中的致冷剂可通过与周围空气或水交换热来被冷却。在根据本发明的这个装置中，致冷剂的温度在第一热交换器中仅通过周围空气或水的热传导就可降低，且蒸发器7里的冷可以被增加。结果，可避免蒸发器7中的冷缺乏。因而，第二液体可被保持在一低温上。
在根据本发明的方法中，只有当流出冷凝器3的第一流体在足够温度上，而流出蒸发器的第二流体缺冷，即具有高于所希望的低温的温度是，致冷剂才被传送进第一热交换器11。同样，只有在第二流体在足够温度，但第一流体缺乏热，即具有低于所希望高温的温度时，致冷剂才被传送入第二热交换器14。反之，致冷剂将象常规方式那样从压缩机1通过冷凝器3、膨胀阀5，及蒸发器7，返回压缩机1。
且在本发明中的冷凝器3与用在常规热泵中的冷凝器相同。图2示出了一具典型的冷凝器。这个冷凝器如图2所示，被设计这样的结构，根据此结构多个金属管相互平行且相互连通地放进一装有外套的液缸。第一流体在金属管道以箭头所指方向来传送，致冷剂在金属管道的外边被传送，因而进行了第一液体与致冷剂间的热交换。为了有效地进行热交换，在金属管的外表面提供一些叶片(fin)来增加热传导区域。
用在本发明里的蒸发器7与用在常规热泵中的蒸发器相同。图3示出了一典型蒸发器。这个蒸发器如图3所示，被设计成这样的结构，根据此结构，一些金属管道相互平行且连通地放置地在装有外套的液缸里。致冷剂在金属管道中以箭头所示方向被传递，第二流体在金属管的外边被传递以便在第二流体与致冷剂间进行热交换。为了有效地在致冷剂和第二流体间进行热交换。在金属管道上面是多个挡板，它们以垂直于金属管道主轴的方向延伸，且部分阻塞装有外套的液缸的内部以便第二流体可以在液缸内围绕着金属管以折线方向流动来前进。
本发明的膨胀阀5可以是已用于热泵中的常规膨胀阀。图4示出了一个用在本发明中膨胀阀的典型例子。在图4中示出的膨胀阀的设计是为了能够通过被密封承纳在一隔膜之上的致冷剂的压力及在隔膜下的弹簧装置的压力，来调节开启膨胀阀所必需的压力，并由此使得可以自动地和适当地将致冷剂送入蒸发器7。
在本发明中，已用在热泵中的常规压缩机可以用作压缩器1。可以使用涡轮压缩器(turbo-compressor)，螺旋(screw)压缩器，往复(reciprocating)压缩器、旋转(rotary)压缩器或涡旋(soroll)压缩器，在这里螺旋压缩机较好而多级螺旋压缩器(multiple stage screw compvessor)最好。
在本发明中，单向阀分散地提供在用于致冷剂的通道上，以便防止致冷剂以相反方式在通道中流动且单向阀与常规单向阀没有什么不同。
在本发明中，也使用高温阀2，低温阀6，和阀9，12，但这些阀在这里被提到是由于方便的缘故而且它们与用来开启或关闭用于致冷剂的通道的常规阀没有什么不同。
本发明包括第一热交换器11与第二热交换器14。第一热交换器11是为了用周围空气或水来冷却致冷剂的，而第二热交换器14是为了用周围空气或水来加热致冷剂的。这二个热交换器单独用于在致冷剂与空气或水之间进行热交换，而且可以具有同样结构。此外，这二个热交换器并不同时用在本发明里，当提供一个阀且操作该阀使致冷剂流入该热交换器时，一个热交换器可以用作第一热交换器，也可以用作第二热交换器，结果该热交换器可作为第一热交换器和第二热交换器之一。
图5示出了可用作第一热交换器11和第二热交换器14的热交换器的一个例子。该热交换器如图5所示，具有一些长方形叶片(fin)22，这些叶片相互平行地固定到一个曲折的金属管21上，且由于每一个叶片从管上大大地伸出，乍一看(at first glanse)该热交换器呈现为一个包括互相平行放置的叶片22的长方形平行管道状。在热交换器中，致冷剂以箭头23所示方向流进管21的内部。另一方面，空气被以箭头24所示方向所引导并进入叶片22的间隔，在这里进行了热交换，致冷剂被空气所加热或冷却。
第一热交换器11和第二热交换器14与冷凝器3和蒸发器7的相同之处在于它们都是热交换器。第一热交换器11和第二热交换器14不同于冷凝器3和蒸发器7的地方在于前者具有比后者大出20%的热传导区域。该热传导区域增加到大于50%较好，最好是增加到大于100%。
在本发明中，致冷剂通常如上述的循环从压缩器1经冷凝器3，膨胀阀5及蒸发器7，返回压缩器1。在这个循环中，致冷剂在冷凝器3中产生热，这个热用于加热第一流体，致冷剂在蒸发器7中产生冷，这个冷用于冷却第二流体。
在实际操作中，测量第一流体的温度，操作的进行使得被测量温度落在所希望的高温范围。同样，测量第二流体的温度，且操作的进行使得被测的这个温度落在所希望的低温范围，由此控制压缩机1。
当不仅第一流体而且第二流体的温度在各个所希望温度之外时，如图1所示的装置就通过开启高温阀2及低温阀6开始运行，结果致冷剂如上述不仅可通过冷凝器3而且可通过蒸发器7。换句话，该装置在运行开始时以常规方式运行。
当第一流体的温度降至所希望的高温范围之外的温度时，即使第二流体的温度在所希望的低温范围内，致冷剂并不进入蒸发器7，而是取而代之进入第二热交换器14。在这一阶段通过将低温阀6开通到辅助冷通道13，关阀通向蒸发器7的通道，且开通阀12来改变致冷剂通道。阀6，12的开启与关阀或控制典型地是由一计算机来控制。
当致冷剂没有进入蒸发器7而是进入第二热交换器14时，由于致冷剂没有被蒸发且没有丢失热量，所以致冷剂不仅带有比以前高的温度被推进到压缩器1中而且也被第二热交换器里的周围空气或水所加热结果带着较高的温度前进。因此，致冷剂当进入冷凝器3时是在一高温上，而且由冷凝器3中热交换而传递到第一流体中的热量被增加，随之第一流体的温度被增加。
反之，当第一流体的温度在所希望的温度范围内，取而代之第二流体由于缺冷升到在所希望的低温范围之外的一个温度时，致冷剂不进入冷凝器3，而是进入第一热交换器11。在这一阶段，通过将高温阀2开通到辅助热通道10，关闭通向冷凝器3的通道并开启阀9来改变致冷剂的通道。这些阀的开启和关闭或控制典型地由一计算机控制。
当致冷剂不进入冷凝器3而是取而代之进入第一热交换器11中时，致冷剂在冷凝器3中不损失冷凝热，但却被第一热交换器中的周围空气或水所冷却，结果致冷剂带着低于以前的温度进入蒸发器。因而，致冷剂当进入蒸发器7时具有较低温度，且由蒸发器7中热交换而传递到第二流体上的冷的量被增加，因而随之降低了第二流体的温度。
在本发明的实施中，测量流出冷凝器3的第一流体的温度t及流出蒸发器7的第二流体温度T，并将这些值t、T输入计算机。根据这些输入数据，压缩器1、高温阀2、低温阀6、膨胀阀5及阀9、12被适当操作，结果装置自动工作。
根据本发明的装置和方法，用具有与常规装置相比较小体积的装置及方法，可加热第一流体，也可冷却第二流体;可增加第一流体与第二流体之间的温差，因而不仅可有效地利用热而且可有效地利用冷。
例如，在常规装置和方法中，第一流体在大约45℃而第二流体在大约7℃。然而，根据本发明，第一流体可升至58℃而第二流体可降至-20℃。装置的体积在具有同样热能的条件下降低至小于常规装置的三分之一。
此外，根据本发明的方法，第一流体与第二流体间的温差可以通过使用具有不同沸点的致冷剂的混合体来增加。在这种场合，将致冷剂容器(reservoir)设在致冷剂的通道上。混合率由循环致冷剂来控制，提供多个膨胀阀，每一阀适合于每一种致冷剂且根据循环致冷剂来选择和使用膨胀阀。
图6示出了一个例子的示意图，在图中使用致冷剂的混合体。如图6中示出的装置与如图1中示出的装置不同，不同在于平行提供三个膨胀阀51、52、53取代单个膨胀阀5，且在每个膨胀阀的入口端也提供阀15。此外，用于致冷剂的二个容器16、17平行提供于蒸发器7及压缩器1之间，且用于热水和冷水之一的通道18连到每全个容器上且于控制每一个容器16或17内部的温度。当使用一电子膨胀阀时，不需要提供三个膨胀阀，而只用一个电子膨胀阀就足够了。
如图6示出的装置与图1示出的装置不同之处在于提供热箱以使在其中可以储存大量的第一流体。因而可连续供应更大量的热。还有，提供一冷箱以便在其中可以储存大量的第二流体，因而连续供应大量的冷。
在图6所示出装置中，安置一个致冷剂容器16，用于调节致冷剂温度，用于从致冷剂的非共沸点混合体中蒸发具有低沸点的致冷剂以此来分离混合体，也用于通过阀19将该低沸点致冷剂流向致冷剂容器127，以及用于在容器16中保存具有高沸点的致冷剂。致冷剂容器17不能分离致冷剂的非共沸点混合体，但却能调节致冷剂的温度，也能作为用于具有低沸点的致冷剂的空器。因而，具有高沸点的致冷剂和具有低沸点的致冷剂总是分别被储存在致冷剂的容器16和17中，且被储存在容器里的每一个致冷剂的量是总的循环致冷剂的三分之一。
在图6中示出的装置里，当第二流体的温度要被进一步降低时，三种致冷剂的非共沸点混合体中选择具有较低沸点的致冷剂且使该致冷剂从压缩器1流向第一热交换器11，然后通过蒸发器，因而循环该致冷剂。
为此目的，将温度阀6开向辅助冷通道13，且将致冷剂通过第二热交换器14，进入致冷剂容器16，在该容器中致冷剂由在水通道18中流动的水来加热，且具有低沸点的致冷剂被蒸发，因而被蒸发的致冷剂通过阀19进入致冷剂容器17，由此具有高沸点的致冷剂被保留且被储存在致冷剂容器16中。当低温阀6被开向蒸发器7时，进入致冷剂容器17的低沸点致冷剂流进压缩器1且高温阀2开向辅助热通道10。因而，从压缩机1流出的致冷剂进入高温阀2、辅助热通道10及第一热交换器11，在热交换器中致冷剂被冷却，由此被冷却的致冷剂通过阀9，膨胀阀51-53，接着进入蒸发器7，在蒸发器7中致冷剂进一步降低第二流体的温度，在这之后致冷剂返回压缩机，因而被循环。
在图6中的装置中，当第一流体的温度要被进一步升高时，在三种致冷剂的混合体中选择具有高沸点的致冷剂且使其从压缩器1流向冷凝器3，然后进入第二热交换器14，接着返回压缩机1，因而被循环。
为此目的，低温阀6向蒸发器7关闭却向辅助冷通道13开启以便使致冷剂流向第二热交换器14，然后进入致冷剂容器16，在该致冷剂容器中致冷剂的非共沸点混合体被流出水通道18的水所加热，且具有低沸点的致冷剂被蒸发，因而被蒸发的致冷剂通过阀19，进入且保留在冷剂容器17中，而具有高沸点的致冷剂通过中阀12被返回压缩器1，因此被循环。
因此，从压缩机1中流出的高沸点致冷剂进入冷凝器3，将第一流体加热到一更高温度，然后通过膨胀阀51-53、低温阀6、辅助冷通道13，然后是第二热交换器14，在这里被加热，然后通过致冷剂容器16、阀12，返回压缩器1，因而被循环。在这种场合，在膨胀阀51、52、53中选择一适用于使具有高沸点的致冷剂通过的特殊膨胀阀且使具有高沸点的致冷剂通过该特殊膨胀阀。
当图6中的装置以如上讨论的方式运行时，在第一流体各第二流体间的温差可大大增加。例如，当使用一单个致冷剂时，第一流体可升至58℃，第二流体可降至-20℃而温差可增加到78℃，同时，当使用由三种致冷剂组成的混体时〔如由“(氟利昂R11)FREONR11”40%(沸点23.82℃，分子式CCl3F)、“FREON R12 40%(沸点-29.79℃，分子式CCl2F2)。“FREON13B1”20%(沸点-57.75℃，分子式CBrF3)〕，装置以上述方式运行，第一流体可升至150℃，第二流体可降低-50℃，且温差可增加到200℃。
当使用致冷剂的混合体时，在阀12与在本发明提供的辅助冷通道上的第二热交换器之间需要安置用于致冷剂的容器16。而且在蒸发器7与常规通道上的压缩器1之间提供用于致冷剂的容器17。在容器16，17间提供用于致冷剂的通道，且在该用于致冷剂有通道上提供阀19。
当装置以常规方式运行时，在这里致冷剂不仅通过冷凝器3也通过蒸发器7，既不使用容器15也不使用容器17，取而代之仅在致冷剂通过第一热交换器或第二热交换器时使用所有二个容器。
下面的例子用于说明本发明且用于理解本发明装置及方法的优点。
例1在这个例子中，提供基于如图1所示的原理和在实际当中如图7民示的原理的装置。使用由“FREON R22”(氟利昂R22)(即CHClF2)组成的致冷剂。
使用一3千瓦/小时的螺旋压缩器(screw compressor)作为压缩器1。装置最初以常规方式来运行，将致冷剂从压缩器1经高温阀2、冷凝器3、低温阀6、膨胀阀5和蒸发器7循环回到压缩器1。在这一阶段，致冷剂最小具有4.5千克/厘米2(-3℃)压力及最大25千克/厘米2(62℃)的压力，且从冷凝器3流出的第一流体具有最大58℃的温度而第二流体具有最小7℃的温度。
在这种场合，调整装置当第一流体已达到大于58℃的温度时，使得停止压缩器1的旋转，并在第一流体已达到低于55℃时，使压缩器1开始工作。而且，调整装置当第二流体已达到大于6℃的温度时，使压缩器1开始工作，但在第二流体已达到小于3℃的温度时，停止压缩器1的工作。
当致冷剂已通过第二热交换器14，取代使致冷剂进入蒸发器7并在第二热交换器中被在周围温度20℃的水所加热时，致冷剂可以具有5kg/cm2的最小压力及26kg/cm2的最大压力，且第一流体可被升至63℃。而当使致冷剂通过第一热交换器11而不是使致冷剂进入冷凝器，且由水来冷却时，致冷剂可具有3.6kg/cm2的最小压力和17kg/cm2的最大压力，且第二流体可降至-10℃。
因而，当调整装置使得第一流体的温度在55℃-58℃温度范围，第二流体的温度也在3-6℃的范围时，仅通过自动操作高温阀2、低温阀6、阀12、19及压缩器1，装置即可运行，可连续获得恰在各自温度范围的热水和冷水。
使用用于冷凝器3的19.05ψ×1.2tmm管道，它具有阻抗压力45kg/cm2G(公斤/厘米2克)及使用0.95m2的热传导区域，也使用具有阻止抗压力42kg/cm2G用于蒸发器7的9.53ψ×0.41tmm的管道及2.35m2的热传导区域。使用用于第一热交换器且具有45kg/cm2G阻抗压力的19.05ψ×1.2tmm管道及1.14m2的热传导区域，也使用具有45kg/cm2G的阻抗压力用于第二热交换器的9.53ψ×0.41tmm的管道及2.8m2的热传导区域。
例2在这个例子中，根据图6所示原则提供装置而实际以图8所示方式来准备，在这里使用三种致冷剂的混合体。在这个例子中，单个热交换器在某一时间用作第一热交换器，在另一时间用作第二热交换器，这种变化由高温阀2和低温阀6来完成。使用下列三种致冷剂用作该致冷剂
致冷剂商业名称 分子式 沸点 混合率(%重量)FREON R11 CCl3F 23.82 40FREON R12 CCl2F2-29.79 40FREON 13B1 CBrF3-57.75 20使用-3kw/hr的螺旋压缩器用作压缩器1。最初，三种致冷剂从压缩器经高温2、冷凝器3、低温阀6、膨胀阀5及蒸发器7循回压缩器1，以使用常规方式的装置来运行。在这种场合，致冷剂具有4.5kg/cm2(-5℃)的最小压力及25kg/cm2(85℃)的最大压力，在这里从冷凝器3流出的第一流体具有85℃的最大温度，从蒸发器7流出的第二流体具有-5℃的最小温度。
调整装置在第一流体升至85℃以上时使得停止压缩器1，而在第一流体降至82℃以下时使压缩器1运行。也可调整装置，以便在第二流体降至-5℃以下时可停止压缩器1，而在第二流体升至-2℃以上时可使压缩器运行。
当致冷剂流动在第二热交换器14而不是蒸发器7中，在第二热交换器14中通过在周围温度器的空气来加热致冷剂，且“FREON R11”在致冷剂的混合体中主要被循环时，致冷剂具有5kg/cm2的最小压力及23kg/cm2最大压力，且第一流体升至150℃的最大温度及70℃的最小温度。
在这个时候，为了主要循环作为致冷剂的“FREON R11”，从第二热交换器14中流出的致冷剂被引进容器16，在这里维持2℃的温度。然后，混合体中的“FREON R12”及“FREON 13B1”，当打开阀19时流进容器17，而致冷剂“FREON R11”主要被循环。
当致冷剂流进第一热交换器11，而不是进入冷凝器3，在第一热交换器11中由在周围温度上的空气来冷却致冷剂混合体中主要循环“FREON R12”及“FREON 13B1”时，致冷剂具有0.4kg/cm2的最小压力及9kg/cm2最大压力，且第二流体降至35℃的最大温度及-50℃的最小温度。
在这个时候，为了主要循环“FREON R12”及“FREON 13B1”，从第一热交换器11流出的致冷剂被引入容器17，在这里温度为2℃且在这里“FREON R12”及“FREON 13B1”被液化并保留在容器17里，唯一没液化的“FREON R11”通过开启阀19被传递到容器16中，由此，进一步冷却在容器16中的“FREON R11”，使之液化，保留在容器17中的“FREON R12”及“FREON 13B1”因而被循环。
当调整装置使得第一流体可在142℃到150℃的温度范围，第二流体可在-42℃到-50℃温度范围，在各自范围内的冷和热只通过自动控制高温阀2、低温阀6、阀9、12及19，和压缩器1就可以连续获得。
使用19.05ψ×1.2tmm的管子来提供具有45kg/cm2的阻抗压力及0.95m2的热传导区域的冷凝器3。同样也使用9.53ψ×0.41tmm的管子来提供具有45kg/cm2的阻抗压力和2.35m2的热传导区域的蒸发器7。此外，9.53ψ×0.41tmm的管子被且于提供具有45kg/cm2G阻抗压力及5.5m2热传导区域的及第二热交换器。
这个装置具有少于113OH(高)×890W(宽)×600L(长)mm的尺寸，装置的整个重量约为95kg(公斤)。装置耗费约3kw/hr(千瓦/小时)的电能，每小时产生16500Kcal(千卡)的热量及10850Kcal/hr(千卡/小时)的冷却效应。因而，可以利用5500Kcal的热量及3620Kcal/1kw/hr的冷效应。
相反，含有380升热水的常规电热水蒸发器(boiler)消耗4kw/hr的电能，占有2000H×900W×900Lmm的体积，常规蒸发器需要根据本发明的装置体积的2.7倍，常规蒸发器只可提供每1kw/hr864Kcal的热量。因而，根据本发明的装置，当与常规蒸发器比较时，尽管本发明装置占有小的体积，却可提供6.4倍的热和4.1倍的冷，因此，总的可利用的能量总计为约多于10倍;产生了显著的优点和益处。
虽然本发明参照其最佳实施例已被特殊的示出及描述，但对那些熟知本领域的人们来说它将理解为在不偏离本发明的精神及范围的条件下可在其中做形式及细节上的改动。
权利要求
1.用致冷剂加热和冷却的装置，其组成为用于压缩致冷剂并产生热的压缩机装置，在这里由压缩机装置产生的热用于加热一流体；用于将致冷剂从压缩器装置通过冷凝器、膨胀阀、及蒸发器以此顺序循环回压缩器装置的循环装置，在这里由蒸发器产生的冷效应或冷用于冷却另一流体；用于连结压缩器装置与膨胀阀的辅助热通道装置，在这里辅助热通道通过第一热交换器并与另一通过冷凝器装置的通道平行可互相交换地相联；及用于连结膨胀阀及压缩器装置的辅助冷通道装置，在这里辅助冷通道通过第二热交换器并与通过蒸发器的另一通道平行且可互相变换地相连。
2.用致冷剂加热和冷却的方法，其组成步骤是用压缩机压缩致冷剂;将致冷剂从压缩机通过冷凝器、膨胀阀及蒸发器回到压缩器;用冷凝器中产生的热加热第一流体;用蒸发器中产生的冷却效应或冷来冷却第二流体;当热不足，第一流体温下降时，将致冷剂的流动通道从进入蒸发器改变成进入第二热交换器，在交换器中加热致冷剂，且被加热的致冷剂进入压缩机并被循环;及当冷不足，第二流体温度上升时，将致冷剂的流动通道从进入冷凝器改变成进入第一热交换器，在交在中致冷剂被冷却，且被冷却的致冷剂进入蒸发器并被循环。
3.用致冷剂加热和冷却的方法，其组成步骤是用压缩机压缩致冷剂;将致冷剂从压缩器通过冷凝器、膨胀阀和蒸发器回到压缩器以这样的顺序循环;用在冷凝器中产生的热来加热第一流体;用在蒸发器7中产生的冷却效应或冷来冷却第二流体;当第一流体的温度下降到所希望的温度以下而第二流体的温度在所期望的范围内时，将致冷剂流动通道以进入蒸发器改为进入第二热交换器，在交换器中致冷剂被加热，且被加热的致冷剂进入压缩机并被循环;当第二流体的温度升高到所希望温度之上但第一流体的温度在所期望的范围，将致冷剂的流动通道从进入冷凝器改变至进入第一热交换器，在交换器中冷却致冷剂，且被冷却的致冷剂进入蒸发器并被循环。
4.用致冷剂加热和冷却的方法，其组成步骤是用压缩机压缩致冷剂;将致冷剂从压缩机通过冷凝器、膨胀阀及蒸发器返回压缩机，以此顺序循环;用在冷凝器中产生的热加热第一流体;用在蒸发器中产生的冷却效应或冷来冷却第二流体，在这里致冷剂是由具有不同沸点的致冷剂的混合体组成的，在这里用致冷剂通道的方式提供用于致冷剂的容器;当第一流体的温度下降到所希望温度之下但第二流体温度在所期望温度范围时，将致冷剂流动通道从进入蒸发器改为进入第二热交换器，在这里致冷剂被加热，具有相对高沸点的被加热致冷剂通过将容器保持在一高温上而被循环;当第二流体的温度升至一所期望的温度之上，而第一流体基所期望温度范围时，将致冷剂流动通道从进入冷凝器改为进入第一热交换器，在这里致冷剂被冷却，具有相对低沸点的被冷却致冷剂通过将容器保持在一低温上而被循环。
5.用致冷剂来加热和冷却的方法，其组成步骤是用压缩机压缩致冷剂;将致冷剂从压缩机通过冷凝器、膨胀阀和蒸发器返回压缩机，以此顺序循环;用在冷凝器产生的热来加热第一流体;用在蒸发器中产生的冷却效应或冷来冷却第二流体，在这里致冷剂由具有不同沸点的致冷剂的混合体组成;提供多个具有适用于各个致冷剂的结构的膨胀阀;通过致冷剂通道的方式，平行共同可变地提供用于致冷剂的容器;当第一流体的温度下降至所希望温度之下而第二流体的温度在所希望温度范围之内时，将致冷剂的流动通道从进入蒸发器改为进入第二热交换器，在这里致冷剂被加热，且被加热的致冷剂通过将容器维持在一高温上而通过适于具有高沸点的致冷剂的膨胀阀，以便循环具有高沸点的致冷剂;而且当第二流体的温度升至所希望温度之上，但第一流体温度在所希望温度范围之内时，将致冷剂的流动方向从进入冷凝器改为进入第一热交换器，在这里致冷剂被冷却，且通过将容器维持在一低温上使被冷剂通过适于具有2低沸点的致冷剂的膨胀阀，以便循环具有低沸点的致冷剂。
全文摘要
用致冷剂来加热及冷却的装置和方法，致冷剂被压缩机来压缩，并从压缩机通过冷凝器，膨胀阀和蒸发器返回压缩机，以此顺序被循环。用冷凝器中产生的热来加热第一流体且在蒸发器中产生的冷却效应或冷来冷却第二流体。当热不足且第一流体温度下降时，致冷剂的流动通道从进入蒸发器被改为进入第二热交换器，在此致冷剂被加热，且被加热的致冷剂进入压缩器并被循环。
文档编号F25B41/04GK1059399SQ9110861
公开日1992年3月11日 申请日期1991年8月29日 优先权日1990年8月30日
发明者松浦高明 申请人:尤尼奥工业株式会社