CN1228591C - 用于冷却空气的制冷剂循环*** - Google Patents

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Abstract

在用于冷却空气的热交换器中，管件具有流线形横截面以便空气沿着所述管件的外表面无阻滞地流动。因此，包含在空气中的湿气粘附在管件外表面上的可能性很小。因此，可抑制霜的形成。

Description

用于冷却空气的制冷剂循环***
技术领域
本发明涉及用于冷却空气的制冷剂循环***。具体而言，本发明涉及用于冷藏器和冷冻器的蒸发器。
背景技术
根据JP-A-2002-115934所公开的用于冷藏器的蒸发器，具有大体椭圆形的横截面的管件排列为所述截面的纵轴线平行于空气流动方向。在管件之间不设置外部散热片，管件的外表面一般暴露在空气中。采用这种结构，可以抑制在管件的空气下游部分密集地产生霜并在管件之间形成霜，所述霜将导致空气通道的阻塞。因此，空气流动阻力减小了，蒸发器的冷却能力改善了。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于冷却空气的制冷剂循环***，所述制冷剂循环***能够改善热交换的效率。
本发明的另一个目的是提供一种用于冷却空气的制冷剂循环***，所述制冷剂循环***能够抑制在其上形成霜。
根据本发明的一个方面，用于冷却空气的制冷剂循环***包括一种用于冷却空气的制冷剂循环***，包括：压缩机，其压缩制冷剂；
冷凝器，其冷却从压缩机排放的高温高压制冷剂；减压装置，其降低从冷凝器排放的制冷剂的压力；蒸发器，其蒸发被减压的制冷剂；旁路通道，其绕过减压装置将来自压缩机的高温制冷剂引入蒸发器；除霜阀，其允许高温制冷剂流过旁路通道；和控制单元，其控制除霜阀以便高温制冷剂通过旁路通道流入蒸发器，其中蒸发器包括管件，制冷剂通过该管件流动，所述管件设置为它们的外表面一般暴露在空气中，所述管件具有流线形的横截面以便空气沿着所述管件的外表面流动，和每个管件形成有多个制冷剂通道，其中，相对于空气流动方向的最下游通道的流通截面大于最上游通道的流通截面。
由于空气平滑地在管件周围流动而不阻滞，导致产生霜的湿气粘附在管件外表面上的可能性很小。因此，抑制了霜粒在管件上粘附和在管件上生成霜。因此，减小了空气流动阻力并改善了热交换效率。
根据本发明的另一方面，制冷剂循环***包括：压缩机，其压缩制冷剂；冷凝器，其冷却从压缩机排放的高温高压制冷剂；减压装置，其降低从冷凝器排放的制冷剂的压力；蒸发器，其蒸发被减压的制冷剂；旁路通道，其绕过减压装置将来自压缩机的高温制冷剂引入蒸发器；除霜阀，其允许高温制冷剂流过旁路通道；和控制单元，其控制除霜阀以便高温制冷剂通过旁路通道流入蒸发器，其中蒸发器包括扁平管件，制冷剂通过所述扁平管件流动，所述扁平管件具有一般暴露于空气中的外表面，所述扁平管件排列为管的横截面的纵向中心线平行于空气流动方向并沿垂直于空气流动方向的方向形成褶皱，和每个扁平管件形成有多个制冷剂通道，其中，相对于空气流动方向的最下游通道的流通截面大于最上游通道的流通截面。
所述制冷剂循环***不设外部散热片。因此，如果潮湿空气在管件周围流动，湿气在所述管件的空气下游位置密集地冷凝并生成霜。由于霜在平行于空气流动方向的方向上生长，不会阻滞空气流动。因此，减小了经过管件周围流动的空气的阻力，从而改善了制冷剂循环***的效率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加清楚，其中相同的部件被标以相同的数字，并且，其中：
图1是根据本发明第一实施例的冷藏车的示意透视图；
图2是根据本发明第一实施例的冷藏车的蒸汽压缩制冷剂循环***的示意图；
图3是根据本发明第一实施例的冷藏车的的后端部的透视图；
图4是根据本发明第一实施例的蒸汽压缩制冷剂循环***的蒸发器的透视图；
图5是蒸发器的芯部的局部透视图，用于解释根据本发明第一实施例的空气和制冷剂的流动；
图6A是根据本发明第一实施例的蒸发器的管件的剖面图；
图6B是根据本发明第一实施例的管件的解释图；
图6C是图6B所示的管件的空气下游部分的局部放大图，用于解释在根据本发明第一实施例的管件的空气下游部分周围的空气流；
图7是蒸发器的剖面图，用于显示根据本发明第一实施例的管件结构；
图8是时间图，示出了根据本发明第一实施例的发动机、门和除霜阀的操作时间排列；
图9A和9B是根据本发明第二实施例的蒸发器管件的剖面图；
图10是根据本发明第三实施例的蒸发器管件的剖面图；
图11是根据本发明第四实施例的蒸发器管件的剖面图；
图12是根据本发明第五实施例的湿度图；
图13是根据本发明第六实施例的蒸发器管件的局部透视图；
图14是根据本发明第六实施例的管件的局部剖面图；
图15A是根据本发明第七实施例的蒸发器管件的局部剖面图；
图15B是根据本发明第七实施例的管件的解释图；
图15C是图15B所示的管件的空气下游部分的局部放大图，用于解释在根据本发明第七实施例的管件的空气下游部分周围的空气流。
具体实施方式
下文将参考附图描述本发明的实施例。
作为例子，第一实施例的用于冷却空气的热交换器用于冷藏车1的蒸发器13，所述冷藏车运输货物储如冷冻食品并保持货物处于低温状态，如图1所示。
冷藏车1具有用于储藏货物的冷冻箱2。冷冻箱2的后端具有开口18、门3和4。货物通过开口18装载和输出。
用于冷却冷冻箱2中的空气的蒸汽压缩制冷剂循环***5安装在冷藏车1的前部。如图2所示，***5包括压缩机6、冷凝器9、电扇10、接收器11、减压装置12和蒸发器13。
压缩机6通过电磁离合器7由发动机8驱动。冷凝器9冷却从压缩机1排放的高温、高压制冷剂。电扇10将冷却空气吹向冷凝器9。接收器11将从冷凝器9排放的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂并将液体制冷剂排放到减压装置12中。过剩的制冷剂作为液体制冷剂储存在接收器11中。
减压装置12降低液体制冷剂的压力。在蒸发器13中，来自减压装置12的制冷剂吸收将要吹入冷冻箱2的空气中的热量而蒸发。后面将详细说明蒸发器13。
另外，在蒸发器13的制冷剂出口和压缩机6的制冷剂入口之间设置收集器(accumulator)14。收集器14将自蒸发器13排放的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂。气体制冷剂被抽进压缩机6中，液体制冷剂被储存在收集器14中。
设置旁路15以将高温制冷剂(热气)从压缩机6导入蒸发器13同时旁路减压装置12。旁路15设有除霜阀16。除霜阀16是一电磁阀。除霜阀16允许热气流过旁路15。
送风机单元19设置在冷冻箱2外部开口18的底部。当门3和4打开时，送风机19形成气帘用于将冷冻箱2的内部和外部隔开。送风机单元19包括横流扇20、21，每个横流扇水平地置于开口18的底部。在横流扇20，21中，空气在垂直于多刃圆筒扇20a、21a(见JISB0132 No.1017)的轴线的截面内流动。
接着将参照附图4至6C详细描述蒸发器13。如图4所示，蒸发器13包括：多个管件131，制冷剂通过所述管件流动；贮槽133，其连接到管件的纵向端部以与管件131连通。管件131构成芯部，用于在制冷剂和空气之间进行热交换。
注意到在管件131之间没有设置外部散热片，该散热片通常连接到管件的外表面上，从而管件131的外表面一般暴露在空气中。如图6A所示，管件131具有流线型的横截面以防止管件131周围的空气在管件的空气下游部分(后侧)从管件131分散(见例子Fluids Engineering，Universityof Tokyo Press)。流线形相对于横截面的纵向中心线CL对称。管件131的空气上游部分(前侧)逐渐弯曲。下文中，术语“下游”和“上游”是相对于流经蒸发器13的空气的方向A1而言。
在本实施例中，采用泪珠状(翼状)作为流线形状。在垂直于中心线CL方向的管件131的尺寸(厚度)在相对于空气流动方向A1的管件的大体中部位置处增加到最大值，并向着空气下游位置减小。
每个管件131形成有多个制冷剂管道132。管道132互相平行并从管件的上游部分到下游位置成直线。在本实施例中，例如，管件131由铝经挤压和拉拔而成形。因此，制冷剂管道132在模制管件131的同时成形。
如图5所示，管件131在垂直于空气流动方向A1的方向上排成排。并且，如图7所示，管件131以交错结构排列。位于上游排的管件131的第一阵列节距Tp1大于位于下游排的管件131的第二阵列节距Tp2。这里，节距Tp1和Tp2是沿垂直于空气流动方向A1的方向上的管件131的中心线CL之间的距离。
同一排中的管件131与同一储槽133连通。从宽面透视图来看，如箭头R1所示，制冷剂在蒸发器13中从空气上游侧流向空气下游侧。
接着将描述电子控制单元。控制单元22包括计算机，如微机。控制单元22被编程以便基于来自下列传感器和开关的信号来控制蒸汽压缩制冷剂循环的操作。
温度传感器24检测冷冻箱2内部的温度。内部温度通过温度控制器25手动设置。例如，内部温度设定为-10摄氏度到摄氏度的范围内。
制冷剂开关26通过手动操作。制冷剂开关26产生蒸汽压缩制冷剂循环***5的开关信号。发动机操作开关27根据发动机8的开关状态产生信号。门开关28设置在开口18外周。门开关28根据门3和4的打开和关闭门而打开和关闭。
此外，控制单元22控制电磁离合器7、电扇10和17、除霜阀16、送风机单元19等等。
接着将参照附图8描述冷藏车1的制冷操作。在冷藏车行走时，压缩机6通过电磁离合器7由来自发动机8的动力驱动。电扇10、17操作。同时，蒸汽压缩制冷剂循环***5打开。与此同时，由蒸发器13冷却的空气被电扇17吹进冷冻箱2中，从而冷却冷冻箱2中的货物。这时，除箱阀16关闭从而制冷剂不会通过旁路15流动。
当发动机8停止以便装载和输出货物时，冷却单元130(图1)的电扇17关闭。接着，当门3和4打开时，门开关28打开从而横流扇21和22开始操作。在开口18的底部到顶部之间形成气帘以限制外部空气流入。
这时，除霜阀16打开。在压缩机6的出口和蒸发器13的上游部分之间的压力差的作用下，热气通过旁路15流进蒸发器13。因此，蒸发器13中的霜熔化成水并排到外部。当门3和4关闭时，门开关28关闭从而除霜阀16关闭。
接着将描述本实施例的优点。
由于管件131具有流线形横截面，空气沿着管件131的外表面平滑地流动而不会停滞，如图6C所示。这样就抑制了湿气(所述湿气会导致形成霜)冷凝或粘在管件131的外表面上。这样，抑制了在管件131上形成霜并抑制了进一步在管件上粘附霜粒。在本实施例的蒸发器13中，与现有的蒸发器相比，结霜量减小为大约五分之一。
并且，如图6C所示，霜的形成被限制在管件131的下游部分。由于湿气不粘在管件131的侧表面上，在管件131之间的空气通道被霜堵塞的可能性较小。因此，空气流动阻力不会被霜增加。因此，蒸发器13的冷却能力提高了。
由于管件131被交错排列，下游排的管件131不在由空气上游的管件排131产生的热分界层中。因此，蒸发器13的热交换效率提高了。
在第二实施例中，如图9A所示，最下游的制冷剂通道132的制冷剂流通截面大于最上游的制冷剂通道132的制冷剂流通截面。
由于管件131具有流线形横截面，减少了湿气在管件131上的粘附。然而，难以完全防止霜的形成。尽管量很少，但还有霜在管件131的下游部分形成。
由于最下游制冷剂通道132具有大于最上游的制冷剂通道132的流动面积，热气的流量在管件131的下游部分增加。因此，即使在管件131的下游部分结霜，在除霜模式期间也易于除霜。如图9B所示，制冷剂通道132可以具有大体为矩形的横截面。
在第三实施例中，如图10所示，制冷剂流通截面随着管件131的外部尺寸(厚度W)而改变。同样在该实施例中，蒸发器13具有类似于第一实施例的优点。
在第四实施例中，如图11所示，管件131具有流线形的截面形状，所述截面相对于中心线CL不对称。同样，在该实施例中，蒸发器13具有类似于第一实施例的优点。
在第五实施例中，管件131涂以除霜剂，用于抑制湿气和雾气颗粒粘附在管件131的外表面上。例如，除霜剂包括具有超斥水性的涂层和具有抗水性的材料，如特氟纶。
参照图12，例如，冷冻箱2的温度为-20摄氏度(T1)。当门3和4打开时，外部空气(例如35摄氏度，60％相对湿度)进入冷冻箱2。空气迅速冷却到凝固点以下，并且内部空气过饱合。例如，在低于凝固点的温度T2下，少量的蒸汽(M1)可以湿气(水蒸汽)的形式排放到内部空气中。
因此，包含在外部空气中的湿气(M2)为过饱合蒸汽并升华为升华的颗粒而不液化。升化的颗粒粘附到管件131的外表面上并变成霜。在本实施例中，管件131被涂以除霜剂。因此，升华的颗粒(霜粒)粘附在管件131上的可能性很小。相应地，抑制了在管件131上形成霜。
在第六实施例中，如图13所示，蒸发器13包括扁平管件231和储槽233。储槽233连接在管件231的端部。类似于第一实施例，管件231由多个制冷剂通道形成，并通过挤压和拉拔制成。
管件231设置为截面的中心线CL平行于空气流动方向A1。并且，如图13和14所示，管件231在垂直于空气流动方向A1的方向形成褶皱。
管件231的平直部分231b通过弯曲部分231a连接。如图14所示，管件231排列为平直部分231b互相交错。作为例子，下游管件231的平直部分231b的陈列节距Tp4小于上游管件231的平直部分231b的阵列节距Tp3。或者，节距Tp3和Tp4可以相等。
同样，在该实施例中，管件231具有类似于第一实施例的流线形的横截面。因此，管件231具有类似于第一至第四实施例的那些优点。
在第七实施例中，管件231具有大体为椭圆形的截面形状。如图15A和15B所示，管件231的平直部分231b包括大体平的面，这些面平行于空气流动方向A1。平直部分231b的上游侧和下游侧逐渐弯曲，所述平直部分231b连接平面。
如图15C所示，空气阻塞区形成于管件231的空气下游部分。如箭头A2所示，管件231周围的空气流从管件231分散并在管件231的下游部分旋转。
如果潮湿空气经过管件231周围，湿气粘附在管件231的下游部分并在管件上变成霜。由于管件231没有设置外部散热片，霜只在平行于空气流动方向的管件231的下游部分形成。在平直部分231b上产生霜并阻塞其间的空气流动通道的可能性很小。因此，空气流动阻力减小了，从而提高了蒸发器的冷却能力。
作为变形，制冷剂流动通道可具有除圆形和方形以外的任何形状。管件131和平直部分231b的阵列间距Tp1、Tp2、Tp3、Tp4可被改变。并且，不限制管件131的排数。
本发明可用于制冷机以用于其它目的。例如，本发明可被用于冷藏。并且，本发明可被用于对具有显热的空气进行冷却的热交换器。并且，除了用于冷却空气的热交换器外，具有流线形的管件形状可被用于其它的在流体和空气之间进行热交换的热交换器。
本发明并不局限于所公开的实施例，在不偏离本发明的实质的情况下，还可以以其它方式实施。

Claims (12)

1.一种用于冷却空气的制冷剂循环***，包括：
压缩机，其压缩制冷剂；
冷凝器，其冷却从压缩机排放的高温高压制冷剂；
减压装置，其降低从冷凝器排放的制冷剂的压力；
蒸发器，其蒸发被减压的制冷剂；
旁路通道，其绕过减压装置将来自压缩机的高温制冷剂引入蒸发器；
除霜阀，其允许高温制冷剂流过旁路通道；和
控制单元，其控制除霜阀以便高温制冷剂通过旁路通道流入蒸发器，其中
蒸发器包括管件，制冷剂通过该管件流动，
所述管件设置为它们的外表面暴露在空气中，
所述管件具有流线形的横截面以便空气沿着所述管件的外表面流动，和
每个管件形成有多个制冷剂通道，其中，相对于空气流动方向的最下游通道的流通截面大于最上游通道的流通截面。
2.根据权利要求1所述的制冷剂循环***，其特征在于：所述管件以交错结构成排设置。
3.根据权利要求1或2所述的制冷剂循环***，其特征在于：流线形横截面相对于其纵向中心线对称。
4.根据权利要求1或2所述的制冷剂循环***，其特征在于：所述管件沿垂直于空气流动方向的方向形成褶皱。
5.一种用于冷却空气的制冷剂循环***，包括：
压缩机，其压缩制冷剂；
冷凝器，其冷却从压缩机排放的高温高压制冷剂；
减压装置，其降低从冷凝器排放的制冷剂的压力；
蒸发器，其蒸发被减压的制冷剂；
旁路通道，其绕过减压装置将来自压缩机的高温制冷剂引入蒸发器；
除霜阀，其允许高温制冷剂流过旁路通道；和
控制单元，其控制除霜阀以便高温制冷剂通过旁路通道流入蒸发器，其中
蒸发器包括扁平管件，制冷剂通过所述扁平管件流动，
所述扁平管件具有暴露于空气中的外表面，
所述扁平管件排列为管的横截面的纵向中心线平行于空气流动方向并沿垂直于空气流动方向的方向形成褶皱，和
每个扁平管件形成有多个制冷剂通道，其中，相对于空气流动方向的最下游通道的流通截面大于最上游通道的流通截面。
6.根据权利要求5所述的制冷剂循环***，其特征在于：所述管件具有大体为椭圆形的横截面。
7.根据权利要求5所述的制冷剂循环***，其特征在于：所述管件具有流线形的横截面以便空气沿着外表面流动。
8.根据权利要求7所述的制冷剂循环***，其特征在于：流线形横截面相对于横截面的纵向中心线对称。
9.根据权利要求5或7所述的制冷剂循环***，其特征在于：在垂直于空气流动方向的方向上所述管件的横截面尺寸大体在空气中游位置处最大并向着所述管件的空气下游位置减小。
10.根据权利要求5至7任意一项所述的制冷剂循环***，其特征在于：还包括连接到管件端部的储槽。
11.根据权利要求1或5所述的制冷剂循环***，其特征在于：所述管件被涂以抑制霜粒粘附的除霜剂。
12.根据权利要求1或5所述的制冷剂循环***，其特征在于：所述管件被涂以抗水剂。
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