[發明專利]一種非穩態自調間歇流動熱力系統

無效

• 申請號: 94103308.2
• 申請日: 1994-03-25
• 公開（公告）號: CN1096364A
• 公開（公告）日: 1994-12-14
• 發明（設計）人: S·J·平卡斯
• 申請（專利權）人: 卡爾麥克制造公司
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 崔幼平

世界上使用最普遍的制冷循環是由一壓縮制冷蒸氣的壓縮機、一使蒸氣放出其熱量而變成液體的冷凝器、一降低制冷劑壓力的膨脹裝置和一提供致冷后將液體變成蒸氣的蒸發器組成。對于壓縮機、冷凝器和蒸發器人們做了大量的研究和開發工作來提高它們的性能，而對膨脹裝置的研究，因仍不能回收膨脹過程中損失的能量而在商業上還沒有獲得成功。

現有的制冷、熱泵和空調系統是利用對應于節流裝置的調節系統，該節流裝置通過提供顯著的流動阻力而對流體進行節流。最普通的調節系統是當制冷劑流過時產生穩態節流。由節流裝置的壓力-流動特性來控制熱力學過程。

本發明涉及非穩態自調間歇流動制冷、熱泵和空調系統。制冷劑以斷續或閃噴的方式流過系統，以這樣的方式回收膨脹能，來改進傳熱、機械壓縮作功和流體流動作功。

非穩態調節系統采用一個噴射裝置，該噴射裝置為流體提供基本上無阻力的高速間歇式噴射。該噴射裝置包括一個閥和一個噴嘴。該閥根據系統的內壓而工作，以雙態方式完全打開和完全關閉而無中間位置，并為流體提供基本上無阻力的加速閃噴來通過噴射裝置。該噴嘴以最小的阻力狀態來提高流體的流速。

通過作為機械反饋回路一部分的非穩態調節系統對熱力學過程進行自調節，機械反饋回路在環境狀態發生變化時能實時地為系統提供連續的自優化。

通過噴嘴裝置傳送流體的熱力學模型如下：

（1）一個等熵噴射膨脹過程，該過程會使流體的流速明顯提高，

（2）流體的焓下降，并被轉化成動能，

（3）壓力和溫度下降，

（4）熵保持恒定，表示可回收的功無損失。

流體通過一穩態系統的-節流閥的傳輸過程的模型如下：

（1）一個焦耳-湯姆遜等焓節流膨脹過程，在該過程中，流體速度的增加可以忽略，

（2）流體的焓保持恒定，與壓力下降有關的勢能在摩擦和有流動阻力的節流過程中被轉化成熱，

（3）壓力和溫度下降，

（4）熵增加，表示可回收的功變成熱能而損失。

由于用等熵噴射流動過程代替了等焓的會產生熵的節流過程，非穩態熱力學循環比穩態熱力學循環更有效。

非穩態調節系統可代替所有目前的作為調節裝置的穩態流量，壓力和溫度的節流閥，也可用于不太普遍的熱力系統。例如，在吸收式制冷系統中所用的穩態節流膨脹閥和流量調節裝置可用間歇噴射裝置代替。間歇式調整流動將改進熱交換器內的傳熱，并提高冷卻能力，和減少泵所需的功率。

本發明涉及新的制冷、熱泵和空調系統，在這些系統中的熱力學流體的系統內部以間歇的方式傳送。流動的速率和調節是由一個熱力學系統進行自調節，這個系統可以以一個心臟及血液循環系統中的壓力調節作為模型。一個心臟為保持血壓和血液流量跳動得更快些或更慢些。作為非穩態調節系統一部分的噴射裝置當熱力系統與環境進行熱交換時將更快或更慢地打開和關閉。該熱力系統作為一機械反饋回路運行，當它尋求產生最少熵的平衡狀態時，將會連續實時地進行自優化。

非穩態間歇流動調節系統包括一調節機械驅動的噴射裝置的打開和關閉的壓力開關。一噴射裝置的閥門件完全打開，就可提供基本上無阻力的流動和附帶產生的壓力降最小，而完全關閉時，就可防止流體流動和能使壓縮機或泵在噴射裝置的兩個口之間產生一個壓差。當流體流過噴嘴部件，其壓力、溫度和焓下降，而其熵基本上保持不變，噴嘴元件以對流體盡可能小的阻力將流體加速到可達到的最大的速度。一個噴嘴可以包括直段、漸縮段和漸放段。噴嘴可在它們的出口處產生亞音速、音速或超音速的流速。噴射裝置的閥和噴嘴部件可串聯地連接在一起，或加工成一個整體。

一個接入熱力系統的取壓分接管將壓力信號傳遞給壓力開關，由壓力開關根據設定的壓力值來調節閥的打開和關閉。該閥和噴嘴使流體間歇地噴入到一根出口管，由作為整個系統的全部機械反饋回路一部分的取壓分接管來感應該管內的壓力。

為了理解本發明，現參照有關附圖并配合實施例詳細描述本發明的結構、特點及方法，其中：

圖1表示一個間歇流體制冷或空調系統的示意圖;

圖2和圖3表示一間歇流熱泵系統的示意圖;

圖4表示了一間歇流吸收式制冷系統的示意圖;

圖5表示了一對間歇流調節裝置變型的間歇流制冷或空調系統的示意圖;

圖6表示了一簡化的非穩態間歇流熱力循環與穩態熱力循環比較的熱力學溫-熵圖;

圖7表示了一閥位于噴嘴前的噴射裝置的示意圖;

圖8表示了一噴嘴位于閥前的噴射裝置的示意圖;以及