CN1231408A

CN1231408A - 致冷单元

Info

Publication number: CN1231408A
Application number: CN99102494A
Authority: CN
Inventors: 加濑泽实; 广桥纯一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 1999-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JPH11248264A; US6167722B1; KR100285665B1; KR20000034805A; CN1154813C

Abstract

采用HFC种类的致冷剂的致冷单元提高了冷却能力,从而可以提高该单元的性能和性能系数,并可以实现它的稳定运行,该致冷单元有一个致冷循环,在此循环中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机(1),一个冷凝器,一个膨胀阀和一个蒸发器,它包括:HFC种类的致冷剂,以及位于冷凝器与蒸发器之间的一个过冷器,其特征在于,在过冷器中使HFC种类的致冷剂转变成液体致冷剂,并随后把它分成主液体流和通过一个过冷膨胀阀使主流过冷的一个支流,把此支流通进所述压缩机的中间阶段部分中。

Description

致冷单元

本发明涉及一种致冷单元，具体地说，涉及不会造成耗尽臭氧层的危险的致冷单元，它至少适用于使它再循环，在稳定的运行方面它是优选的，并且，它可以提高效率和实现小型化。

在传统上，已经知道一种致冷单元，如在日本公开的专利No.H2-287059中所公布的那样，在该单元中，致冷剂在由冷凝器到蒸发器的路径中被分成一个主液体流和用来通过过冷膨胀阀的媒介使主液体流过冷的一个支流，从而提高能源的节省和氟利昂气体的节省。

在上面提到的技术中，在传统的致冷单元中已经使用的冷却剂R22在防止全球变暖和防止臭氧层缺损或使该致冷单元再循环方面不是优选的。因此，希望采用不包含任何氯组份的致冷剂，以便解决上面提到的问题，并且，为了节能的目的，必须提高它的效率。

特别是，采用上面提到的不包含任何氯组份的致冷剂的致冷单元产生了一些问题，即：装在室外的空气冷却的冷凝器单元必须与一个接收装置结合起来使用，使得与采用致冷剂R22的致冷单元相比有较大的尺寸，并且在安装空间和致冷单元的再循环和类似方面是不利的。

还有，做为无氯致冷剂的HFC种类的三种组份混合的致冷剂(HFC125的组成比为40％到48％,HFC143的组成比为47％到57％，或者，HFC134a的组成比为2％到8％)的冷凝液体很难过冷，即，由它的物理性质看来，为了得到与致冷剂R22相同程度的过冷所需要的热交换体积为后者的两倍。还有，空气冷却的冷凝器单元的热交换效率较低，因此，为了得到较高程度的过冷，该单元必须有较大的尺寸。

本发明是为了解决对于上面提到的传统的技术来说是固有的上述问题，并且，因此，本发明的一个目的是提供一种致冷单元，它决不会引起臭氧层的缺损，适宜于为了环保的目的再循环，它可以提高效率，并且是小尺寸的。

为此目的，按照本发明的第一方面，提供了有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器，它包括：通过所述致冷循环循环的HFC种类的致冷剂；以及位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；其特征在于，把转变成液体的HFC种类的致冷剂分成主液体流和通过一个过冷膨胀阀使主液体流过冷的一个支流，然后，把此支流通进所述压缩机的中间阶段部分中。

用这种使用了HFC种类的致冷剂的装置，可以防止全球变暖和臭氧层的缺损，并且，适宜于用来再循环。还有，过冷膨胀阀把HFC种类的致冷剂由液相转变成潮湿的气相，从而在过冷器中使主液体流过冷，同时把因此而蒸发的HFC种类的致冷剂通进压缩机的中间阶段部分，因此，可以得到稳定的液体致冷剂，使得对于主液体流得到程度很高的过冷，从而可以提高致冷能力。

还有，在上述的装置的一种特别的形式中，按照本发明，在过冷器的出口侧使由冷凝器到蒸发器的路径分支。

还有，使被分支用来进行过冷的致冷剂足够地过冷，因此，使液体致冷剂的过冷变得稳定。

还有，按照本发明的第二方面，提供了有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器，它包括：通过所述致冷循环循环的HFC种类的致冷剂；位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；以及位于所述过冷器与所述冷凝器之间的一个接收装置；其特征在于，把来自冷凝器的已经转变成液体的HFC种类的致冷剂在所述接收装置中分成主液体流和通过一个过冷膨胀阀使主液体流过冷的一个支流，然后，把此支流通进所述压缩机的中间阶段部分中。

靠这样的装置，可以通过接收装置取出在支流中进行过冷的致冷剂，此部分致冷剂已经在过冷器中进行过蒸发，因此，进行过冷的致冷剂不包含闪蒸气体，使得对于液体致冷剂可以得到高度稳定的过冷，从而通过蒸发的潜热可以提高过冷的程度。因此，即使使用把这样的空气冷却的冷凝器用做冷凝器并且添加了接收装置的装置，仍然可以使冷凝器单元的整体变得紧凑，同时没有任何使臭氧层缺损的危险，从而它适宜于再循环。

还有，按照本发明的第三方面，提供了有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器，它包括：通过所述致冷循环循环的HFC种类的致冷剂；以及位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；其特征在于，在所述冷凝器的下部从由所述冷凝器流到所述蒸发器的主液体流的HFC种类的致冷剂中分支出一部分作为一个支流，为的是通过过冷膨胀阀冷却主液体流，并把此支流通进所述压缩机的中间阶段部分中。

用这样的装置，分支出的用来进行过冷的支流是由冷凝器的下部取出的，因此，HFC种类的致冷剂不包含闪蒸气体，使得可以得到对致冷剂稳定的过冷。因此，即使使用水冷的冷凝器，可以使该致冷单元变得紧凑，并且，因为没有任何使臭氧层缺损的危险，所以该致冷单元适宜于再循环。

还有，按照本发明的第四方面，提供了有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：通过所述致冷循环循环的HFC种类的致冷剂；位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；用来把来自所述冷凝器的所述HFC种类的致冷剂分支的过冷管线；设在所述过冷管线中的一个过冷膨胀阀；以及一个有一个节能器口的螺旋压缩机，过冷管线连接到此口上，此压缩机用做上面提到的压缩机。还有，按照本发明的第五方面，提供了有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：通过所述致冷循环循环的HFC种类的致冷剂；位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；位于所述过冷器与所述冷凝器之间的一个接收装置；用来把来自所述冷凝器的所述HFC种类的致冷剂分支的过冷管线；设在所述过冷管线中的一个过冷膨胀阀；以及一个有一个节能器口的螺旋压缩机，过冷管线连接到此口上，此压缩机用做上面提到的压缩机。

还有，按照本发明的第六方面，提供了有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个水冷的冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；用来把来自所述冷凝器下部的所述HFC种类的致冷剂分支的过冷管线；设在所述过冷管线中的一个过冷膨胀阀；以及一个有一个节能器口的螺旋压缩机，过冷管线连接到此口上，此压缩机用做上面提到的压缩机。

还有，按照本发明的第七方面，提供了有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个有一个节能器口的螺旋压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：通过所述致冷循环循环的HFC种类的致冷剂；位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；位于所述过冷器与所述冷凝器之间的一个接收装置；用来把在所述接收装置的所述HFC种类的致冷剂分支，并用来把此支流通到所述螺旋压缩机的所述节能器口上的一个装置；并且，用空气冷却的冷凝器单元的宽度为3000毫米，深度为800毫米，高度为1200毫米，额定输出功率为30kW。

用这种装置，在此装置中被过冷的致冷剂是由接收装置取出的，即使是HFC种类的致冷剂，也可以容易地没有任何程度的干燥，因此，即使HFC种类的致冷剂可能改变它的相，或变成两相的状态，仍可以使HFC种类的致冷剂稳定地和足够地过冷。还有，因为在冷凝器单元中没设接收装置，所以，该冷凝器单元可以变得紧凑。特别地，它的宽度为3000毫米，深度为800毫米，高度为1200毫米，并因此，它适宜于用来进行再循环。

下面将参考着附图对本发明的优选实施例作详细的解释，在附图中有：

图1为一个***图，示出了在本发明的一个实施例的致冷单元中的致冷循环；

图2为一个***图，示出了在本发明的另一个实施例的致冷单元中的致冷循环；

图3为一个***图，示出了在本发明的又一个实施例的用空气冷却的致冷单元中的致冷循环；

图4为一个***图，示出了在本发明的再一个实施例的用水冷却的致冷单元中的致冷循环。

应该注意到，在图中示出的箭头表示致冷剂的流动方向。

参见图1，此图示出了一个致冷单元Ⅰ和低压侧装置，通过管线连接部分11和12把它们连接在一起，从而构成一个致冷循环。

在一个用空气冷却的致冷单元中采用HFC种类的致冷剂比如由HFC125(组成比为40％到48％),HFC143a(组成比为47％到57％)，以及HFC134a(组成比为2％到8％)构成的三种组份混合的致冷剂的情况下，在冷凝器中出现液体冷却剂的过冷不足，造成下列问题的出现：比如由闪蒸气体造成的致冷单元的能力不足和压缩机的过热。还有，HFC种类的致冷剂有较低的潜热，在蒸发器那一侧此潜热为致冷剂R22的潜热的70％，过冷的程度越高，冷却能力越强。因此，在采用HFC致冷剂的情况下，使冷凝液体足够地过冷是重要的，为的是提高冷却能力和可靠性。

参见图1，此图示出了有一个节能器口9的一台螺旋压缩机1，设在该压缩机1下游的一个冷凝器2，以及设在该冷凝器2下游的一个过冷器3。冷凝器2使由螺旋压缩机1排出的气体致冷剂冷却并凝结，从而转变成液体的致冷剂。在冷凝器2到低压侧装置Ⅱ的路上，在过冷器3中使致冷剂过冷，从而把它转变成有足够高程度过冷的液体致冷剂。随后，借助于膨胀阀6在由一个电磁阀5，一个膨胀阀6和一个蒸发器4构成的低压侧装置Ⅱ中把此液体致冷剂转变成低压的潮湿气体的状态，并随后在蒸发器4中蒸发。最后，把它吸进螺旋压缩机1中。

通过一根过冷管线10以它为中介把由冷凝器2到过冷器3的管线连接到压缩机1的节能器口9上，过冷管线10与在该管线中的一个过冷膨胀阀8相结合。取出由冷凝器2流到过冷器3的致冷剂一部分，进入过冷管线10中，并在过冷膨胀阀中把这部分致冷剂转变成潮湿的气体状态。随后，在过冷器3中把它蒸发，使流进低压侧装置Ⅱ的致冷剂过冷，然后把它吸进螺旋压缩机1的节能器口9。

当把HFC种类的致冷剂通进低压侧装置时，即使使用的是难以过冷的HFC致冷剂，因为可以限制闪蒸气体的产生，用这一设置可以使致冷单元稳定地运行。

还有，因为可以在较大的程度上使液体致冷剂过冷，所以可以提高冷却效率，从而提高该致冷单元的性能系数，从而可以减少能量消耗。特别地，在额定输出功率为30kW的致冷单元中，致冷能力可以由5400kcal/h提高到62000kcal/h，即，性能系数由2.2提高到2.4。

还有，因为正位移压缩机比如螺旋压缩机1可以在它的中间压缩阶段与致冷剂吸入口比如节能器口9结合起来使用，所以，与往复型压缩机相比，即使把致冷剂注入进节能器口9，来自低压侧装置Ⅱ的固有的吸入体积也不会改变，从而可以防止致冷能力下降。

参见图2，该图示出了本发明的第二实施例，此装置与在图1中示出的装置类似，区别只在于过冷管线10是由过冷器3到管线连接部分11伸展的致冷剂管线分支出，该管线随后接到螺旋压缩机1的节能器口9上。这就是说，由过冷器3的已经过冷的液体致冷剂出口侧取出使致冷剂过冷的致冷剂，被过冷的致冷剂已经在过冷器3中蒸发，并流进低压侧装置Ⅱ中。

应该注意到，可以防止不凝结的气体混进过冷的液体致冷剂中，即使使用HFC种类的致冷剂也是一样，这是因为已经过冷的有足够高程度过冷的液体致冷剂的一部分被用做过冷致冷剂，结果，虽然在其中使用了HFC种类的致冷剂，该致冷单元可以稳定地运行，从而可以提高致冷能力。

参见图3，该图示出了本发明的第三实施例，此装置与在图1中示出的装置类似，区别只在于采用了一个用空气冷却的分开型的致冷单元，并且，该单元由压缩机单元Ⅰa和用空气冷却的冷凝器单元Ⅰb构成，此二单元通过类似于图1中所示的管线连接部分11,12与低压侧装置相连接，此二单元还通过管线连接部分16,17彼此连接在一起，从而构成一个致冷循环。

由冷却风扇13产生的热交换空气在用空气冷却的冷凝器14中把形式为由螺旋压缩机1排出的气体的HFC种类的致冷剂冷却，使得它凝结成液体的致冷剂，这些液体随后被收集在接收装置15中，并在过冷器3中过冷。过冷管线10连接在接受装置15与螺旋压缩机1的节能器口9之间。这就是说，由接受装置15取出的致冷剂使流进低压侧装置Ⅱ的致冷剂过冷。

因为进行过冷的致冷剂是由接受装置15中取出的，所以即使致冷剂为HFC种类的致冷剂，进行过冷的致冷剂没有任程度的干燥，因此，可以防止进行过冷的膨胀阀8由于混进不凝结的气体而造成的致冷能力的下降。因此，即使采用可能会转变成两相状态的HFC种类的致冷剂，也可以稳定地实现过冷。还有，因为在空气冷却的冷凝器单元Ⅰb中设置接受装置15不是必要的，所以可以使空气冷却的冷凝器单元为小尺寸的和紧凑的。特别地，额定输出功率为30kW的空气冷却的冷凝器单元的尺寸为宽3000毫米，深800毫米，高1200毫米，与之比较的是，在传统的致冷单元中已经使用的空气冷却的冷凝器单元为宽3000毫米，深1100毫米，高1200毫米。

参见图4，该图示出了第四实施例中的一种水冷的致冷单元，在一个水冷的冷凝器18中冷却由螺旋压缩机1排出的HFC种类的致冷剂，使它转变成液体致冷剂，并立即被收集在水冷的冷凝器18的下部，并随后被过冷器3过冷。过冷管线10连接在水冷的冷凝器18的下部与螺旋压缩机的节能器口9之间。这就是说，使流进低压侧装置Ⅱ的致冷剂过冷的致冷剂是取自水冷的冷凝器18的下部。

在水冷的冷凝器18的下部收集的HFC种类的致冷剂用做进行过冷的致冷剂，它没有任程度的干燥，即使它可能被转变成两相的状态，也不会有任何不凝结的气体混进，因此，即使采用HFC种类的致冷剂，也可以稳定地并足够地使液体致冷剂实现过冷。

在致冷单元中安装了往复型压缩机的情况下，由于它的结构的原因，不能把它构成在它的中间的压缩阶段部分中带有一个致冷剂吸入口，像在螺旋压缩机中的节能器口那样的入口，因此，在过冷器中已经蒸发的致冷剂必须返回，进入压缩机的吸入口。因此，减少了由冷凝器抽吸的体积，造成致冷能力的降低。然而，在使用正向位移型压缩机比如螺旋压缩机或漩涡压缩机的情况下，即使在压缩阶段中注入致冷剂，压缩机在抽吸侧固有的抽吸体积是不变的，因此，可以防止致冷能力的下降。

如上所述，在一个致冷单元中，有节能器口的螺旋压缩机与一个压力降低机构和一个过冷器相结合，通过该压力降低机构把液体的致冷剂转变成潮湿的气体状态，在过冷器中使致冷剂过冷，同时使在其中蒸发的致冷剂通过节能器口返回，其中即使使用难以实现过冷的HFC种类的致冷剂，仍能限制通进低压侧装置的液体致冷剂与闪蒸气体混合，从而可以使该致冷单元稳定地运行。

还有，即使使用HFC种类的致冷剂，通进低压侧装置的液体致冷剂可以是高度过冷的，从而可以提高冷却能力，使得可以提高该致冷单元的性能，并提高该致冷单元的性能系数，从而降低能耗。

还有，用来进行过冷的在过冷器中蒸发的致冷剂是取自过冷器的出口侧，从而防止了不凝结的气体混进进行过冷的致冷剂中，从而使该致冷单元可以稳定地运行，并提高致冷能力。

还有，在空气冷却的致冷单元中，使致冷剂(这部分致冷剂在过冷器中已经蒸发并将流进低压侧装置)过冷的致冷剂取自收集装置，因此，可以使用没有任何程度干燥的致冷剂用做进行过冷的致冷剂，从而使该致冷单元可以稳定地运行，并提高致冷能力。

还有，在空气冷却的分开型致冷器单元中，不需要在空气冷却的冷凝器单元中设置接受装置，因此，空气冷却的冷凝器单元可以变得更紧凑。结果，可以大大减小它的安装空间，在它的屋顶上装有空气冷却的冷凝器的建筑物的强度可以较低，从而可以降低建设该建筑物的成本。

按照本发明，把用做致冷剂通过致冷循环并通过冷凝器已经被转变回液体致冷剂的HFC种类的致冷剂分成一个主液体流和通过过冷膨胀阀用来使主液体流过冷的一个支流，随后把此支流通进压缩机的中间阶段部分，因此，没有任何闪蒸气体混进支流中进行过冷的致冷剂，从而可以防止全球变暖和臭氧层的缺损，并且，可以用来再循环。还有，因为把主液流过冷，所以可以增强致冷循环。

还有，按照本发明，把用做在致冷循环中循环的致冷剂并通过冷凝器已经被转变回液体致冷剂的HFC种类的致冷剂分成一个主液体流和通过过冷膨胀阀用来使主液体流过冷的一个支流，随后把此支流通进压缩机的中间阶段部分，因此，没有任何闪蒸气体混进支流中进行过冷的致冷剂，从而可以稳定地使液体致冷剂过冷。因此，该致冷单元可以变得紧凑，并可以用来再循环。

还有，按照本发明，把用做通过采用水冷的冷凝器的致冷循环的致冷剂的HFC种类的致冷剂在蒸发器的下部分成一个主液体流和一个支流，把此支流在它使主液体流过冷之后通进压缩机的中间阶段部分。因此，在用来进行过冷的HFC种类的致冷剂中不包含任何闪蒸气体，因此，可以稳定地使液体致冷剂过冷。因此，该致冷单元可以变得紧凑，尽管使用了水冷的冷凝器。

用这样的装置，没有任何使臭氧层缺损的危险，从而对环保有利，这就是说，适宜于再循环，并且，可以提供小尺寸的致冷装置，并提高效率。

Claims

1．具有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器，它包括：

在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；以及

位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；

其中，在所述蒸发器中使所述HFC种类的致冷剂转变成液体致冷剂，并随后把它分成主流和通过一个过冷膨胀阀使主流过冷的一个支流，把此支流通进所述压缩机的中间阶段部分中。

2．按照权利要求1中所述的致冷单元，其特征在于，在所述过冷器的出口侧使所述致冷剂分支。

3．具有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器，它包括：

在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；以及

位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；

位于所述过冷器与所述冷凝器之间的一个接收装置；

其中，在所述冷凝器中使所述HFC种类的致冷剂转变成液体致冷剂，并随后在所述接收装置中把它分成主流和通过一个过冷膨胀阀使主流过冷的一个支流，把此支流通进所述压缩机的中间阶段部分中。

4．具有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器，它包括：

在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；以及

位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；

其中，在所述冷凝器的下部从由所述冷凝器流到所述蒸发器的所述HFC种类的致冷剂的主液体流中取出已经在所述蒸发器中转变成液体致冷剂的所述HFC种类的致冷剂的一部分，用来使主流过冷，并把此支流通进所述压缩机的中间阶段部分中。

5．具有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个有一个节能器口的螺旋压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：

在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；

位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；

用来把来自所述冷凝器的所述HFC种类的致冷剂分支的过冷管线；

设在所述过冷管线中的一个过冷膨胀阀；

其中，所述过冷管线连接到所述压缩机的所述节能器口上。

6．具有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个有一个节能器口的螺旋压缩机，一个冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：

在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；

位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；

位于所述过冷器与所述冷凝器之间的一个接收装置；

用来把来自所述冷凝器的所述HFC种类的致冷剂分支的过冷管线；以及

设在所述过冷管线中的一个过冷膨胀阀；

其中，所述过冷管线连接到所述压缩机的所述节能器口上。

7．具有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个有一个节能器口的螺旋压缩机，一个水冷的冷凝器，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：

在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；

位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；

位于所述过冷器与所述冷凝器之间的一个接收装置；

用来把来自所述冷凝器下部的所述HFC种类的致冷剂分支的过冷管线；

设在所述过冷管线中的一个过冷膨胀阀；并且，

其中，所述过冷管线连接到所述螺旋压缩机的所述节能器口上。

8．具有一个致冷循环的致冷单元，在此单元中以所述的顺序串联地连接着一个有一个节能器口的螺旋压缩机，一个用空气冷却的冷凝器单元，一个膨胀阀和一个蒸发器；它包括：

在所述致冷循环中循环的HFC种类的致冷剂；

位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的一个过冷器；

位于所述过冷器与所述冷凝器之间的一个接收装置；

用来把来自所述冷凝器单元下部的所述HFC种类的致冷剂分支，并用来把此支流通到所述螺旋压缩机的所述节能器口上的一个装置；并且，

其中，所述用空气冷却的冷凝器单元的宽度为3000毫米，深度为800毫米，高度为1200毫米，额定输出功率为30kW。