專利名稱：利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器。
眾所周知，采用膨脹機取代節(jié)流元件在理論上講是無可非議的。但在實際過程中由于小型膨脹機的等熵效率較低(一般在0.7左右)。此外在液相區(qū)因其比容變化小，可以回收的膨脹功甚小，因此盡管兩相透平膨脹機已經(jīng)取得成功，并獲得推廣應用，但是如果按照空調(diào)器的使用條件分析，采用透平膨脹機的組合，由于處理氣量小，噪音大，難以為中小型空調(diào)器所接收。
在工程熱力學中雖早就對利用膨脹機與壓縮機組成的空氣制冷循環(huán)(即逆向Brayton循環(huán))作了專門的介紹。但由于氣體工質(zhì)熱容小、設備龐大、投資昂貴、制冷效率低、噪音大，因此這一制冷循環(huán)除了作為飛機座艙空調(diào)系統(tǒng)使用外，目前中小型制冷空調(diào)系統(tǒng)仍大多采用R22為主要制冷工質(zhì)蒸汽壓縮式節(jié)流循環(huán)。但是根據(jù)聯(lián)合國制定的《關于消耗臭氧層物質(zhì)(ODS)的蒙特利爾議定書》規(guī)定對34種HCFC3物質(zhì)，包括R22、R123、R142等對工業(yè)國2020年全部停用，對發(fā)展中國家2030年停用，因此國際制冷界的研究焦點之一是R22的替代。盡管目前出現(xiàn)了幾種有希望的替代物，但尚均處理理論和實驗測試階段。從理論上講，碳氫化合物是氟里昂工質(zhì)的一種理想替代物，它們對環(huán)境的破壞性指標ODP(臭氧層消耗指標)和GWP(溫室效應指數(shù))為零或極低，但是碳氫化合物易燃易爆的特性則是影響其在普通建筑環(huán)境用空調(diào)器中應用的主要障礙，特別是在中型空調(diào)器充注制冷劑較多量情況下，很難得到安全部門的許可。因此本實用新型就是基于此出發(fā)點，利用自然界中天然存在且ODP和GWP基本為零的碳氫化合物(如丙烷、丁烷等)和阻燃氣體(如氮氣、二氧化碳等)配組成具有安全、不燃、無毒、無公害的綠色天然制冷工質(zhì)，并通過渦旋式膨脹機與壓縮機來實現(xiàn)具有高制冷系數(shù)的流程。
本實用新型的目的是提供一種設備緊湊、成本低、效率高的利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器。
為了達到上述目的，本實用新型采取下列措施利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器是渦旋式壓縮機出口進熱交換器與渦旋式膨脹機入口相接，渦旋式膨脹機出口經(jīng)熱交換器與渦旋式壓縮機入口相接，電機與渦旋式壓縮機和渦旋式膨脹機同軸相接，空調(diào)器采用的工質(zhì)為多元非共沸物。
本實用新型的優(yōu)點是1)利用自然界中天然存在氮氣、二氧化碳等作為阻燃氣體與烷烴類碳氫化合物組配而成，因此，具有安全、價格低廉且對環(huán)境的破壞性指標ODP和GWP為零或極低；2)換熱器和膨脹機的工作工況為多元非共沸物兩相工況，因而單位質(zhì)量制冷(熱)量大，有利于設備緊湊、成本降低；3)渦旋式機械由于結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)、噪音低、效率高、轉(zhuǎn)速低(750～13000rpm)等優(yōu)點，完全適用于中小型空調(diào)器；4)膨脹功直接為壓縮機所利用，所以，能效比高。根據(jù)分析計算表明在膨脹機的等熵效率為70％，壓縮機的等熵效率為90％，壓縮機的吸氣溫度為10℃，膨脹機的進氣溫度為30℃時，其COP可達到4．3(一般制冷空調(diào)器的COP約為3左右)。本實用新型也可象蒸汽壓縮式空調(diào)器一樣制成熱泵型空調(diào)器，在冬天提供熱量。
以下結(jié)合附圖
對本實用新型作進一步說明。
附圖是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器是渦旋式壓縮機1出口進熱交換器2與渦旋式膨脹機3入口相接，渦旋式膨脹機3出口經(jīng)熱交換器4與渦旋式壓縮機1入口相接，電機5與渦旋式壓縮機1和渦旋式膨脹機3同軸相接，空調(diào)器采用的工質(zhì)為多元非共沸物。
本實用新型實質(zhì)上是一種兩相多元非共沸物膨脹制冷裝置，利用低沸點的阻燃氣體與高沸點的C3H8、C4H10和C5H12等碳氫化合物構(gòu)成多元非共沸物，換熱器和膨脹機均處于兩相工況。當阻燃氣體含量過高時，雖然安全性更好，但單位質(zhì)量制冷(熱)量過小，因而在相同制冷(熱)量下，使設備龐大、投資增加，制冷效率低下，因此阻燃氣體(N2,CO2)一般控制在30～60％為宜。
本實用新型的原理是工質(zhì)氣體1a進入渦旋式壓縮機1壓縮后，進入換熱器2冷卻，其中部分低沸點工質(zhì)冷凝，以兩相多元非共沸物形式由3a進入渦旋式膨脹機3，完成準等熵膨脹后，低溫兩相流體的冷量在換熱器4中釋放，汽化、復溫后重新進入壓縮機1。換熱器2釋放的熱量和換熱器4釋放的冷量由泵或風機輸出，用于空氣調(diào)節(jié)。壓縮機1和膨脹機3背向設置，與電動機5置于同一軸線上，膨脹機輸出的膨脹功直接為壓縮機1所利用，不足部分的功率由電動機5補充。
權(quán)利要求1．一種利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器，其特征在于壓縮機[1]出口進熱交換器[2]與渦旋式膨脹機[3]入口相接，渦旋式膨脹機[3]出口經(jīng)熱交換器[4]與壓縮機[1]入口相接，電機[5]與壓縮機[1]和渦旋式膨脹機[3]同軸相接，空調(diào)器采用的工質(zhì)為多元非共沸物。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器，其特征在于所說的多元非共沸物為氮氣、二氧化碳阻燃氣體與高沸點的C3H8、C4H10和C5H12碳氫化合物；氮氣、二氧化碳阻燃氣體一般控制在30～60％。
專利摘要本實用新型公開了一種利用渦旋機械的綠色天然工質(zhì)制冷空調(diào)器。它是壓縮機出口進熱交換器與渦旋式膨脹機入口相接,渦旋式膨脹機出口經(jīng)熱交換器與壓縮機入口相接,電機與壓縮機和渦旋式膨脹機同軸相接,空調(diào)器采用的工質(zhì)為多元非共沸物。本實用新型具有安全、價格低廉且對環(huán)境的破壞性指標ODP和GWP為零或極低；設備緊湊、成本降低；渦旋式機械由于結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)、噪音低、效率高、轉(zhuǎn)速低適用于中小型空調(diào)器；能效比高。其COP可達到4.3。
文檔編號C09K5/02GK2453345SQ0026422
公開日2001年10月10日 申請日期2000年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月5日
發(fā)明者沈永年 申請人:浙江大學