[发明专利]实现劳伦兹循环的制冷系统

说明书

本发明涉及一种实现劳伦兹循环的制冷系统，更具体的说，是一种实现劳伦兹循环的双蒸发器冰箱制冷系统。

目前家用电冰箱普遍采用蒸汽压缩制冷方式，制冷的基本原理采用逆卡诺循环，采用外界作功的方式从低温热源（冰箱内储藏的物品）吸热（即制冷），向高温热源（环境）放热。其理论循环的过程如图1所示，即它由两个等温过程和两个绝热过程构成。

在家用电冰箱中的制冷系统主要由四大基本工作部件构成，即压缩机、冷凝器、节流装置（毛细管）、蒸发器。许多家用电冰箱采用双蒸发器结构，换热器采用自然对流蒸发器和冷凝器。图3给出了典型的双蒸发器电冰箱制冷回路。这种制冷系统的两个蒸发器工作在不同的换热温度下。它采用纯工质或共沸混合物作制冷剂，高温蒸发器的换热温差较大，产生较大的不可逆失。另外，由于现有的这种冰箱制冷系统采用的制冷剂为CFC-12纯工质或共沸点混合物R502（用于较低温度），所以对大气臭氧层有严重的破坏作用。

因此，本发明的目的是提供一种采用对大气臭氧层破坏性很小的非共沸点混合物作制冷剂的、可以减少换热温差、提高能量的使用效率的冰箱制冷系统。

本发明的制冷系统由压缩机、冷凝器、毛细管、低温换热器、高温换热器、低温蒸发器和高温蒸发器组成。压缩机出口通过管路与冷凝器的入口相接，冷凝器出口管路上接有毛细管，毛细管的另一端与低温蒸发器的入口相接，低温蒸发器出口通过管路与高温蒸发器相接;低温蒸发器与高温蒸发器之间的连接管路穿过低温换热器，高温蒸发器的出口通过管路与压缩机入口相接，高温蒸发器与压缩机之间的该管路穿过高温换热器。毛细管先穿过高温换热器，与高温蒸发器与压缩机之间的管路穿过高温换热器的部分之间进行间接热交换。然后毛细管从高温换热器出来又经过低温换热器，与低温蒸发器和高温蒸发器之间的管路经过低温换热器的部分之间进行间接热交换。该系统采用的制冷剂为非共沸点混合物制冷剂。

现在参照附图对本发明的实施例进行详细描述，其中：

图1为逆卡诺循环温熵图;

图2为劳伦兹循环的温熵图;

图3为现有技术的双蒸发器冰箱制冷系统的方框图;

图4为本发明的冰箱制冷系统的方框图;

图5为图3的现有技术冰箱制冷系统与图4的本发明冰箱制冷系统的实际温熵比较图。其中细实线为图3系统的过程曲线，粗实线为图4的系统（即本发明的系统）的过程曲线。

请参见图1，图1表示纯工质在恒温热源T和冷源T₀之间进行逆卡诺循环的温熵图。1-2是可逆绝热压缩过程，在过程中工质温度由T。升高到T;2-3是可逆等温压缩过程，工质在T温度下向同温度的热源放出热量;3-4是可逆绝热膨胀过程，在膨胀中工质温度由T降到T_O;4-1是可逆等温膨胀过程，工质在T_O温度下向同温度的冷源吸入热量，最后回复到原来的状态。

图2表示劳伦兹循环的温熵图。实际制冷循环中，被冷却物体（冷源）的温度常常是变化的，环境介质（热源）吸热时的温度也不是恒定值。当冷源和热源温度是变数的条件下，工质实现卡诺循环所消耗的功并非最小。高温热源之间的可逆循环;可依据冷源和热源的性质而以不同的方式来实现。只要满足工质与变温冷源、热源之间热交换时的温差各处均为无限小以及工质与对其作用的物体之间保持机械平衡条件，则工质进行的循环即是耗功最小的可逆循环。本发明的制冷系统就是在劳伦兹循环原理（即由两个变温过程和两个绝热过程组成的制冷循环）的基础上提出来的。温熵图上的理论过程如图2所示。1-2为绝热压缩过程，2-3为冷凝过程，3-4为等熵节流，4-1为蒸发过程。与卡诺循环的主要区别在于冷凝过程2-3、蒸发过程4-1均为变温过程。利用这一循环原理，通过对制冷系统的特殊设计及采用非共沸点混合物制冷剂可以有效地减少换热温差，提高能量的使用效率。