[发明专利]制冷设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷设备，尤其但不排外地涉及一种具有用于回收制冷剂的膨胀能的膨胀器的制冷设备。

背景技术

近年，已提出功率回收制冷循环以进一步提高制冷循环的效率。根据日本专利公开公报No.2000-329416，压缩机的输出被使用膨胀器的制冷剂的回收膨胀功所降低。例如，日本专利公开公报No.2004-257303公开了一种功率回收制冷循环中使用的膨胀器。

图4显示日本专利公开公报No.2000-329416所公开的一种传统的制冷设备，其包括压缩机1、气体冷却器(散热器)2、膨胀器(或膨胀单元)3和蒸发器5，所有这些元件串联连接以便限定制冷循环。膨胀器3连接到发电机4。压缩机1被驱动装置(未图示)驱动，例如电动机或发动机制冷剂被压缩机1从常温和低压状态压缩到高温和高压状态，随后被气体冷却器2冷却到常温和高压状态。之后，制冷剂在膨胀器3中膨胀成低温和低压状态，然后在制冷剂再次返回到压缩机1之前制冷剂被蒸发器4加热到常温。膨胀器3回收制冷剂的膨胀功以便驱动发电机4，因此产生电力。

图5显示传统的制冷设备的莫利尔图(mollier diagram)。在膨胀器3中，制冷剂在10ms到20ms的短时间期间内膨胀，因此，该过程被视作绝热膨胀，其中制冷剂的焓沿等熵线(c→d)减小。因此，与膨胀阀仅用于产生等焓线变化而无任何膨胀功的情况相比，通过膨胀功Δiexp，蒸发器5中的特定焓差(enthalpy difference)增加，使得能够增加制冷能力。同样，膨胀器3能够允许发电机4根据制冷剂的膨胀功Δiexp产生电力，通过把产生的电力供应到压缩机1，驱动压缩机1所需的电力能够被减少。如上所述，蒸发器5的制冷能力的增加和驱动压缩机1所需电力的减少能够提高制冷设备的COP(性能系数，Coefficient of Performance)。

根据图5可清楚地知道，在制冷设备用的膨胀器3中，制冷剂在入口(c)处于单相状态，在出口(d)处于两相(气-液)状态，因此，在膨胀过程中发生相变。

图6是显示日本专利公开公报No.2004-257303中所公开的传统的制冷设备中使用的膨胀器中的工作室的体积和压力。在第一个半膨胀过程中，关于体积变化的压力下降较大，因为与不可压缩流体相似的临界相或液相制冷剂(单相制冷剂)膨胀，在第二个半膨胀过程中，关于体积变化的压力下降较小，因为制冷剂经历从液相到气相的相变并且在减小压力和温度的同时极大地膨胀。

所公知的是，当图4的制冷设备的蒸发器5中安装的制冷剂管内发生泡核沸腾(nucleate boiling)时，在制冷剂管的传热表面上发生相变，并且相变受到传热表面的形状或传热表面上的热通量的影响。然而，因为在绝热膨胀期间，膨胀器3中的制冷剂的相变沿图5中的等熵线发生，没有来自传热表面的热通量，并且因为工作室的壁表面光滑地形成以便减少流动损失和机械损失，因此从制冷剂的内部以及壁表面发生相变。为了在流体中产生气泡核(bubble nucleuses)，需要过热液体，通过具有大于饱和温度(saturation temperature)的温度来存储能量。然而，在产生过热液体的过程期间发生相变延迟。相变延迟减少了制冷剂的膨胀率，导致膨胀器3回收的制冷剂的膨胀功的减少。

发明内容

为了克服上述缺陷，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种能够防止相变延迟的高率制冷设备。

为了实现上述和其它目的，本发明的制冷设备包括：压缩机、气体冷却器、回收制冷剂的膨胀能的膨胀器、和蒸发器；压缩机、气体冷却器、膨胀器和蒸发器全部串联连接以便限定制冷循环，其中非冷凝气体被混合在制冷剂中。

通过该构成，混合在制冷剂中的非冷凝气体用作产生气泡核，该气泡核在膨胀器中的制冷剂内造成相变，使得能够防止相变延迟和提供高效的制冷设备。

优选地，非冷凝气体具有小于-40℃的沸点。即使本发明的制冷设备用于热水供应或在冷区域进行加热，该非冷凝气体能够被使用并具有充足的裕量，因此增加了防止相变延迟的效果。

有利地，氮被用作非冷凝气体。氮相对低廉并能够容易获得。

更有利地，非冷凝气体具有小于或等于1.0wt％的浓度。

制冷设备可包括安装在膨胀器的入口的流体搅拌器。流体搅拌器用于将制冷剂中混合的非冷凝气体的气泡转变成小气泡以便增加用于相变的气泡核的数量，因此增加了防止相变延迟的效果。