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CN111536720A - 一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法及装置 - Google Patents

一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法及装置 Download PDF

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CN111536720A
CN111536720A CN202010458340.4A CN202010458340A CN111536720A CN 111536720 A CN111536720 A CN 111536720A CN 202010458340 A CN202010458340 A CN 202010458340A CN 111536720 A CN111536720 A CN 111536720A
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陈永春
胡光华
李浩权
龙成树
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汤石生
卢素珊
刘军
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Abstract

本发明公开一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法及装置，该融霜方法包括以下步骤：通过分流管道将冷凝器冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置中；液体制冷剂在一次蒸发装置中蒸发吸热，并转化为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂；通过融霜管道将汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至待融霜的蒸发器处，将混合体制冷剂或气体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜。本发明将液体制冷剂在一次蒸发装置中蒸发吸热后形成的汽液混合体制冷剂或气体制冷剂作为融霜介质，对蒸发器上的结霜进行融化，实现两次制冷量的输出，有效提高制冷系统的制冷量。

Description

一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法及装置
技术领域
本发明涉及制冷系统的融霜技术，具体涉及一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法及装置。
背景技术
在制冷系统的运行过程中，当蒸发温度低于0℃时，蒸发器上会出现结霜现象，这样会导致换热和制冷效率下降，因而需要进行融霜处理。
现有的融霜方式主要包括制冷剂融霜和非制冷剂融霜。其中，制冷剂融霜主要包括过热气体融霜、液体融霜和气液混合融霜。现有过热气体融霜的融霜时间短，气体流量少，但过热气体由压缩机排气降压降温而来，这种先压缩再降压处理获取融霜制冷剂的方法，增加了能耗。而液态制冷剂或汽液混合融霜进行融霜，虽然不会存在与过热气体融霜相同的问题，但融霜比焓少，所需流量大，融霜的效率比较低，单次融霜所需时间长，融霜的时间间隔短。液体融霜的融霜介质，主要是气体经过冷凝器冷凝后形成的高压液态制冷剂；汽液混合融霜的制冷剂由液体制冷剂直接节流而来，且不经过加热处理，与液体融霜的高压液态制冷剂等焓，仅是为了降低融霜的温度和压力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，该融霜方法采用液体制冷剂在一次蒸发装置中蒸发吸热后形成的汽液混合体制冷剂或气体制冷剂作为融霜介质，对蒸发器上的结霜进行融化，实现两次制冷量的输出，有效提高制冷系统的制冷量。
本发明的另一个目的在于提供一种采用制冷剂二次冷凝的融霜装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，包括以下步骤：
通过分流管道将冷凝器冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置；液体制冷剂在一次蒸发装置中蒸发吸热，并转化为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂；通过融霜管道将汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至待融霜的蒸发器处，所述汽液混合体制冷剂或气体制冷剂作为融霜介质，放热融化蒸发器上的结霜。
上述采用制冷剂二次冷凝的融霜方法的工作原理是：
工作时，压缩机通过压缩做功将低温低压的气体制冷剂压缩为高温高压的气体制冷剂，高温高压的气体制冷剂经过冷凝器的冷凝后，转化为液体制冷剂或气体制冷剂，进而通过制冷主管道将液体制冷剂输送至制冷蒸发器中。在此过程中，通过分流管道将冷凝器冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置中，在一次蒸发装置中，液体制冷剂进行蒸发吸热后，转化为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂。进一步，在经过冷凝器的冷凝后(相当于充当融霜介质的制冷剂进行一次冷凝)，该部分制冷剂进入一次蒸发装置进行蒸发吸热，对制冷主管道进行过冷或对特定环境进行冷却，实现充当融霜介质的制冷剂的第一次蒸发吸热，产生首次制冷效果。
通过融霜管道将汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至待融霜的蒸发器处，将混合体制冷剂或气体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜。在融霜的过程中，相当于用于充当融霜介质的制冷剂进行二次冷凝(相当于第二次提高吸热的能力)，输送至制冷的蒸发器中，进行二次蒸发，产生第二次制冷效果，实现两次制冷量的输出。
本发明的一个优选方案，其中，在一次蒸发装置中，液体制冷剂进行蒸发吸热，对位于制冷主管道中的液体制冷剂进行过冷，或对设定的制冷环境进行冷却。具体地，当使制冷主管道中的液体制冷剂过冷时，亦即使得准备输送至制冷蒸发器中的液体制冷剂的比焓更低(温度更低)，以提高吸热(制冷)能力。当充当融霜介质的制冷剂首次蒸发吸热用于对设定的制冷环境进行冷却时，可提高能源利用效率。
本发明的一个优选方案，其中，在融霜前，作为融霜介质的制冷剂的蒸发次数为若干次，亦即不限于一次，可以为多次，具体次数可根据实际应用灵活选用。
本发明的一个优选方案，其中，在融霜工作中，至少有一个蒸发器正在进行制冷。
本发明的一个优选方案，其中，结束融霜工作后，制冷剂往下输送至正在进行制冷工作的蒸发器中进行蒸发。在往后的蒸发过程中，利用汽液混合体本身具有的特性：吸热能力等于放热能力，即使在融霜的过程中将热量泄露给外界，但经过后续的蒸发吸热，也能将热量等量地吸收回来，不会降低制冷系统的制冷效率。
本发明的一个优选方案，其中，所述汽液混合体制冷剂的焓值大于经过压缩机压缩并排出的气体完全冷凝时的焓值，小于或等于作为融霜介质的制冷剂在制冷蒸发后的焓值。
本发明的一个优选方案，其中，所述制冷剂的蒸发温度高于待融霜的蒸发器的结霜的融化温度，低于制冷系统的冷凝温度。
优选地，当结霜的成分为冰时，所述融化温度为0℃。
一种采用制冷剂二次冷凝的融霜装置，集成在制冷系统中，包括用于供冷凝器冷凝后的液体制冷剂进行蒸发吸热的一次蒸发装置、用于将制冷主管道中的液体制冷剂输送至一次蒸发装置中的分流管道以及用于将蒸发吸热形成的汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至待融霜的蒸发器处的融霜管道，所述分流管道的首端旁接在用于输送液体制冷剂的制冷主管道上，末端连接在一次蒸发装置的进口处；
所述融霜管道的首端连接在一次蒸发装置的出口处，末端连接在待融霜的蒸发器的进口处。
本发明的一个优选方案，其中，所述待融霜的蒸发器的出口与二次蒸发管道的首端连接，该二次蒸发管道的末端连接在正在制冷的蒸发器的进口处。
本发明的一个优选方案，其中，所述一次蒸发装置包括一次膨胀阀和一次蒸发换热器，所述一次膨胀阀设置在分流管道上。
优选地，所述一次蒸发换热器设置在用于输送液体制冷剂的制冷主管道的外侧，用于对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，提高该制冷剂的制冷能力。
本发明的一个优选方案，其中，所述融霜管道上设有用于调节管道中的融霜介质的压力的压力控制器。
本发明的一个优选方案，其中，所述融霜管道上设有用于检测管道中的融霜介质的温度的温度传感器。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、在经过冷凝器的冷凝后，充当融霜介质的制冷剂完成首次冷凝，获得制冷的能力。将部分液体制冷剂分流进一次蒸发装置中，液体制冷剂进行首次蒸发吸热，完成首次制冷。在融霜的过程中，相当于充当融霜介质的制冷剂进行二次冷凝(相当于第二次提高吸热的能力)，输送至制冷的蒸发器中，进行二次蒸发，产生第二次制冷效果，实现两次制冷量的输出，有效提高制冷系统的制冷量。
2、与传统的过热气体融霜方式相比(取气管口布置在油分离器与冷凝器之间的制冷主管道上)，本发明的制冷剂取液管口可布置在冷凝器与蒸发器之间的高压液体管道上，更接近被冷却的环境，有效缩短了管道长度和减少了管道用量。
附图说明
图1为其中一种具体实施方式的压焓图，图中数字代表制冷剂所处的位置，1代表压缩机进口，2代表冷凝器进口，3代表膨胀阀进口，4代表制冷的蒸发器的进口，5代表一次蒸发换热器进口，6代表待融霜的蒸发器的进口，7代表待融霜的蒸发器的出口；其中，作为融霜介质的制冷剂的循环路径为：1-2-3-5-6-7-4。
图2为另一种具体实施方式的压焓图。
当忽略管道压力损失时，点5、6、和7的压力应当相同，但是为了表示清楚整个融霜制冷剂的流程，图1和图2中将5、6、和7的压力进行细微的差别化处理。
图3为本发明中的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法应用于制冷系统中的具体实施方式的结构简图，其中，虚线表示融霜管道。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
参见图3，本实施例中的采用制冷剂二次冷凝的融霜装置，集成在制冷系统中，包括用于供冷凝器1冷凝后的液体制冷剂进行蒸发吸热的一次蒸发装置、用于将制冷主管道3中的液体制冷剂输送至一次蒸发装置中的分流管道2以及用于将蒸发吸热形成的汽液混合体制冷剂输送至待融霜的蒸发器5(a)处的融霜管道3，所述分流管道2的首端旁接在用于输送液体制冷剂的制冷主管道3上，末端连接在一次蒸发装置的进口处，所述融霜管道3的首端连接在一次蒸发装置的出口处，末端连接在待融霜的蒸发器5(a)的进口处。
参见图3，所述待融霜的蒸发器5(a)的出口与二次蒸发管道的首端连接，该二次蒸发管道的末端连接在正在制冷的蒸发器5(b)的进口处。参见图3，所述一次蒸发装置包括一次膨胀阀6和一次蒸发换热器7，所述一次膨胀阀6设置在分流管道2上。进一步，所述一次蒸发换热器7设置在用于输送液体制冷剂的制冷主管道3的外侧，用于对制冷主管道3中的制冷剂进行过冷，提高该制冷剂的制冷能力。
具体地，所述融霜管道3上设有用于调节管道中的融霜介质的压力的压力控制器和用于检测管道中的融霜介质的温度的温度传感器。
参见图1和图3，本实施例中的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，包括以下步骤：
通过制冷系统的冷凝器1将高温高压的气体制冷剂冷凝成液体制冷剂，如过程2-3；通过分流管道2将冷凝器1冷凝后形成的部分液体制冷剂(大部分用于正常的制冷工作，少部分用于蒸发器的融霜)分流至一次蒸发装置中，在一次蒸发装置中，液体制冷剂节流蒸发，使位于制冷主管道3中的液体制冷剂过冷；在过冷后，液体制冷剂吸热转化为汽液混合体制冷剂，如过程3-6；通过融霜管道4将汽液混合体制冷剂输送至待融霜的蒸发器5(a)处，将混合体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜，如过程6-7。进一步，本实施例中作为融霜介质的制冷剂的循环路径为：1-2-3-5-6-7-4；当然，点7和点4可重合，亦即融霜后的制冷剂不经过节流直接用于其他制冷场合。
在融霜前，作为融霜介质的制冷剂的蒸发次数为若干次，亦即不限于一次，可以为多次，具体次数可根据实际应用灵活选用。
在融霜工作中，至少有一个蒸发器正在进行制冷，本实施例中设有两个轮流切换工作的蒸发器，当然，所述蒸发器也可以为三个、四个甚至更多。结束融霜工作后，制冷剂往下输送至正在进行制冷的蒸发器5(b)中进行蒸发，如过程4-1。
具体地，本实施例中，所述制冷剂的蒸发温度高于待融霜的蒸发器5(a)的结霜的融化温度，低于制冷系统的冷凝温度。其中，当结霜的成分为冰时，所述融化温度为0℃。
参见图1和图3，本实施例中的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法的工作原理是：
工作时，压缩机8通过压缩做功将低温低压的气体制冷剂压缩为高温高压的气体制冷剂，高温高压的气体制冷剂经过冷凝器1的冷凝后，转化为液体制冷剂，进而通过制冷主管道3将液体制冷剂输送至制冷蒸发器中。在此过程中，通过分流管道2将冷凝器1冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置中，一次蒸发装置利用部分液体制冷剂对制冷主管道3中的液体制冷剂进行过冷，使得准备输送至制冷蒸发器中的液体制冷剂的比焓更低(温度更低)，以提高自身的吸热(制冷)能力。
在过冷的过程中，液体制冷剂进行蒸发吸热转化为汽液混合体制冷剂，继而通过融霜管道4将汽液混合体制冷剂输送至待融霜的蒸发器5(a)处，将混合体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜。
具体地，参见压焓图1，横坐标表示焓值的大小，纵坐标表示压力的大小，曲线表示饱和曲线，在曲线的包围内的区域的介质为汽液混合态，左侧的为液态，右侧的为气态。其中，1-2过程为压缩机8对气体进行压缩的过程，使得低温低压的气体变为高温高压的气体，2-3过程为等压冷却的过程，3-4过程为等焓降压的过程，4-1过程为等压吸热的过程，亦即代表制冷介质的吸热能力。
2-3*的制冷剂含有压缩功和冷凝热，在传统制冷系统的冷凝器内放热完成，如果将位于2-3*状态下的融霜介质用于融霜，相当于待融霜的蒸发器是传统制冷系统的冷凝器，把压缩功或冷凝热传递给空气，降低制冷系统的制冷效率。相反地，虽然位于3*-3状态下的液体不含压缩功和冷凝热，且焓值较小，易于控制，其放热的能力等于吸热能力，但是所需流量大，融霜的效率比较低，融霜的时间间隔短。
进一步，在经过冷凝器1的冷凝后(相当于充当融霜介质的制冷剂进行一次冷凝)，该部分制冷剂进入一次蒸发装置进行蒸发吸热，对制冷主管道3中进行过冷，实现充当融霜介质的制冷剂的第一次蒸发吸热，产生首次制冷效果。在融霜的过程中，相当于用于充当融霜介质的制冷剂进行二次冷凝(相当于第二次提高吸热的能力)，输送至制冷的蒸发器5(b)中，进行二次蒸发，产生第二次制冷效果，实现两次制冷量的输出。
实施例2
参见图2，与实施例1不同的是，在本实施例中，在过冷后，液体制冷剂吸热转化为气体制冷剂，如过程3-6；通过融霜管道4将汽液混合体制冷剂输送至待融霜的蒸发器5(a)处，将气体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜，如过程6-7。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例中充当融霜介质的制冷剂首次蒸发吸热用于对设定的制冷环境进行冷却时，可提高能源利用效率。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过分流管道将冷凝器冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置；液体制冷剂在一次蒸发装置中蒸发吸热，并转化为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂；通过融霜管道将汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至待融霜的蒸发器处，所述汽液混合体制冷剂或气体制冷剂作为融霜介质，放热融化蒸发器上的结霜。
2.根据权利要求1所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，其特征在于，在一次蒸发装置中，液体制冷剂进行蒸发吸热，对位于制冷主管道中的液体制冷剂进行过冷，或对设定的制冷环境进行冷却。
3.根据权利要求1或2所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，其特征在于，在融霜前，作为融霜介质的制冷剂的蒸发次数至少为一次。
4.根据权利要求1或2所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，其特征在于，在融霜工作中，至少有一个蒸发器正在进行制冷。
5.根据权利要求4所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，其特征在于，结束融霜工作后，制冷剂往下输送至正在进行制冷工作的蒸发器中进行蒸发，或输送至储液容器进行储存。
6.根据权利要求1或5所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法，其特征在于，所述制冷剂的蒸发温度高于待融霜的蒸发器的结霜的融化温度，低于制冷系统的冷凝温度。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜方法的装置，集成在制冷系统中，其特征在于，包括用于供冷凝器冷凝后的液体制冷剂进行蒸发吸热的一次蒸发装置、用于将制冷主管道中的液体制冷剂输送至一次蒸发装置中的分流管道以及用于将蒸发吸热形成的汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至待融霜的蒸发器处的融霜管道，所述分流管道的首端旁接在用于输送液体制冷剂的制冷主管道上，末端连接在一次蒸发装置的进口处；
所述融霜管道的首端连接在一次蒸发装置的出口处，末端连接在待融霜的蒸发器的进口处。
8.根据权利要求7所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜装置，其特征在于，所述待融霜的蒸发器的出口与二次蒸发管道的首端连接，该二次蒸发管道的末端连接在正在制冷的蒸发器的进口处。
9.根据权利要求7所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜装置，其特征在于，所述一次蒸发装置包括一次膨胀阀和一次蒸发换热器，所述一次膨胀阀设置在分流管道上；
所述一次蒸发换热器设置在用于输送液体制冷剂的制冷主管道的外侧，用于对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，提高该制冷剂的制冷能力。
10.根据权利要求7所述的采用制冷剂二次冷凝的融霜装置，其特征在于，所述融霜管道上设有用于调节管道中的融霜介质的压力的压力控制器和用于检测管道中的融霜介质的温度的温度传感器。
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