CN101799231A - 包括引起紊流的装置的储存设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包括引起紊流的装置的储存设备。一种在冷却回路中循环流动的适当制冷剂流体的储存设备(1),该设备包括至少一个输入管道(18)、输出管道(19)和制冷剂的储存区域(10),其中设置一装置(16)来在储存区域(10)中引起紊流。可应用到用于机动车的空调系统的A/C回路或环路中。
Description
技术领域
本发明涉及空调回路领域,该空调回路与机动车的供暖、通风和/或空调系统协作。本发明涉及用在这种回路中的储存设备,该储存设备已知为缸体或蓄积器。本发明还涉及包括这种储存设备的空调回路。
背景技术
机动车通常配备有供暖、通风和/或空调系统,以便调节车辆内部所容纳的空气的气动热参数。这种系统与空调回路协作,以便在空气流从回路输送到车辆内部之前将空气流冷却。所述回路包括多个元件或部件,在所述多个元件或部件内以下组分连续地循环流动:诸如亚临界流体这样的组分,特别是与公知的润滑剂混合的HFO1234YF,该润滑剂例如标记为ISO100PAG或ISO200PAG。指数100或200表示等级且由此表示润滑剂的粘度,PAG代表聚(亚烷基)二醇(PolyAlkylene Glycol)。例如,ISO 100对应根据国际标准ISO测量的、在40℃接近100mm2/s或cSt的运动粘度。该组分和润滑剂混合物形成冷却剂,其在空调回路中循环流动。部件包括至少一个压缩机、冷凝器、膨胀构件、蒸发器和蓄积器或缸体。润滑剂目的是主要润滑压缩机的内部部件。
冷却剂从压缩机循环流动到冷凝器,然后在回路配备有缸体(代替蓄积器)时流过缸体,然后朝向膨胀构件,然后流过蒸发器,然后在回路配备有蓄积器(代替缸体)时流过蓄积器,且然后返回到压缩机。
压缩机目的是接收气态冷却剂并将其压缩以便使其达到高温和高压。冷凝器能以相对恒定的压力、通过将热传递到环境而将被压缩的冷却剂冷却。膨胀构件能通过使冷却剂达到液态而降低离开冷凝器的冷却剂的压力。蒸发器适于以相对恒定的压力通过在流过蒸发器的所述空气流中吸热而将来自膨胀构件的冷却剂从气态转换成液态。蒸发的冷却剂随后被压缩机吸入。
蓄积器或缸体根据空调回路的使用状态执行储存冷却剂循环负载(circulating load)的功能。蓄积器还执行使离开蒸发器的冷却剂的气相和液相分离的功能。
通常,蓄积器包括一腔室,该腔室具有部分地用作冷却剂蓄积区域的内部空间。由此,液态的冷却剂通过重力蓄积在储存或蓄积区域中。
为了避免压缩机的劣化,必要的是冷却剂中的油含量应至少胜任压缩机的要求,这种要求通常已知为回油率(oil return rate)。对于定排量的压缩机或变排量的压缩机,回油率大致约为5%的量级。
但是,组分HFO1234YF和油100PAG或200PAG的混合性可根据冷却剂的温度变化。在冷却剂达到高温,特别是在冷凝器的出口处达到40℃时会引起情况,这会显著地降低润滑剂-组分混合性的水平直到其低于压缩机的回油率。换句话说,存在的危险是,压缩机将接收到比正常运行所需的油更少的油,这至少会降低其寿命,且最差的是将导致其立即故障。用于解决该问题的一种手段是使用诸如被称为R134a的氟化物这样的另一组分。但是,R134a具有非常不利的温室效应,但HFO1234YF并不是这样。
发明内容
本发明的目的由此是通过简单的装置来解决上述混合性(miscibility)的问题,其中,在空调回路的芯部处的安装不会干扰所述回路的热性能。
本发明因此涉及一种设备,用于储存能够在空调回路中循环流动的冷却剂,其中,所述设备包括至少一个入口管道或开口、一个出口管道或开口和用于所述冷却剂的储存区域。该设备的创新之处在于其包括用于在储存区域中引起紊流的装置。这些装置用于引起紊流,该紊流机械地迫使组分和润滑剂的混合,以便防止化合物和润滑剂分层。这些装置因此是混合器,该混合器由空调回路中的冷却剂的循环流动提供动力。
根据本发明的第一方面,用于引起紊流的装置采取总管的形式,其将来自进入腔室的冷却剂朝向储存区域引导。该总管是导管的形式,其将冷却剂集中成射流。
根据本发明的第二方面,总管直接连接到入口管道且具有半圆柱形的形状,其中,所述总管的自由端与储存区域相对。通过半圆柱形形状形成的弧形使得射流朝向储存区域,以便迫使冷却剂的射流撞击储存区域中储存的流体的上层。
根据本发明的另一方面,总管与入口管道区分开,且所述总管被板支撑,该板将储存设备的内部空间以密封的方式分成进入腔室和所述储存区域。对于“区分开”,这里的意思是总管和入口管道不是直接彼此连接的。
根据本发明的另一方面,总管和入口管道同轴,且入口管道穿过通过板与所述储存区域分开的排放腔室。
根据本发明的另一方面,总管穿过所述板并到达储存区域。
总管的直径在4和8毫米之间。
出口管道与排放腔室连通且与沉降腔室连通。由此,气态冷却剂被捕获在排放腔室中且小量的冷却剂(所述组分和润滑剂)被捕获在沉降腔室中。
有利地,该设备包括冷却剂可透过的元件,该元件在所述设备的内部空间中放置在所述储存区域和沉降腔室之间的边界处。
可透过元件是格栅或过滤器。
本发明还涉及空调回路或环路,包括上述任一方面的储存设备,且具有所述组分和润滑剂的混合物的冷却剂在回路中循环流动,其中所述组分是已知标记为HFO1234YF的亚临界流体且润滑剂是已知标记为100PAG或200PAG的油。诸如POE(多元醇酯:Polyol-ester)或矿物油这样的其他润滑剂的使用可以包含在本发明中,更具体地,如果被空调回路使用的压缩机是电压缩机的话(POE润滑剂)。
根据本发明的非常首要的优点在于,组分和润滑剂之间混合性的水平可维持在给定压缩机的回油率之上。
另一优点在于,可以使用具有很小碳足迹(carbon footprint)的组分用作空调回路中的冷却剂,特别是用于机动车。
另一不可忽视的优点在于,所述组分与润滑剂的混合物具有被证实的性能且其成本很低。
附图说明
参照附图,本发明的其他方面、细节和优点可通过以示例性目的提供的以下说明更加清晰,其中:
图1是HFO1234YF化合物和润滑剂之间与温度有关的混合性的图表,
图2是显示了空调回路第一替换例的视图,
图3是根据第二替换例的空调回路的示意图,
图4是本发明第一替换例的示意图,
图5是类似图4的视图,但显示了所述现象,
图6是本发明第二替换例的示意图,
图7是本发明第三替换例的示意图。
这些附图对于本发明的技术理解来说很有用,但是在情况允许时当然能更好地介绍本发明。
具体实施方式
图1显示了技术问题。其显示了二维图表,其中,x轴代表冷却剂中润滑剂的百分比,该百分比从左侧处的0%到右侧处的50%。该图表的y轴表示在根据本发明的储存设备的入口处测量的回路中冷却剂的温度。标题为“化合物+润滑剂”的黑色曲线表示化合物和润滑剂混合物的行为,该“化合物+润滑剂”例如是与已知标记为100PAG的油或润滑剂混合的已知为首字母缩写HFO1234YF的组分。应注意,在30℃,油在冷却剂中的百分比是10%,这大于定排量压缩机所普遍公知的例如5%的回油率。因此,应理解,冷却剂传递足够的油,以便防止压缩机劣化。但是,对于在高的外界温度(大于35℃)或在堵车时(低速)运行的空调回路,这种情况下回到冷凝器中的热空气会导致冷凝器周围温度上升,冷却剂中润滑剂的量降低到回油率以下,这导致压缩机中部件的劣化和由此导致其故障。
图2显示了空调回路的第一替换例,所述空调回路并入有根据本发明的储存设备1。回路包括压缩机2,其可以具有定排量、内部控制或外部控制。将气态冷却剂压缩并将其温度提升的压缩机通过导管连接到冷凝器3,该冷凝器具有通过与在机动车外的空气流进行交换而将流过它的气体冷却的功能。该冷凝器3具有出口,该出口通过导管连接到储存设备1的入口。在图2中,该储存设备还称为缸体,特别是当缸体配备有脱水模块时能进行脱水。
储存设备1通过出口连接到膨胀构件4,有利地是标定的孔口(calibratedopening),其功能是降低冷却剂的压力(膨胀)且由此降低其温度。膨胀构件4连接到蒸发器5,此处冷却剂将与被送到机动车内部的空气进行交换且将其冷却。空调回路通过冷却剂经由导管的返回而闭合,该导管连接在蒸发器5和压缩机2的入口之间。
图3显示了空调回路的第二替换例,除了以下方面,该第二替换例类似于图2所示的第一替换例。储存设备1在该情况下是蓄积器,其被置于蒸发器5出口和压缩机2的入口的上游。膨胀构件4是恒温膨胀阀,其控制取决于蒸发器5的出口处冷却剂的温度。
图4显示了根据第一替换例的储存设备1。该储存设备1通过周边壁6相对于外界被界定,该周边壁是具有圆形横截面管道的形式,该管道在其端部由上壁7和下壁8关闭。周边壁6、上壁7和下壁8限定了内部空间,该空间被分为进入腔室9、储存区域10和沉降腔室(settling chamber)11。
进入腔室9被布置在内部空间的上部,并在冷却剂从冷凝器而来时、即在储存设备1用作缸体时接收液态冷却剂。板12将内部空间的上部部分划分,以便将进入腔室9与储存区域10分隔开。该板12在周边壁6的内表面上以密封的方式安装在内部空间中,即进入腔室9和在其外部设置的储存区域10之间没有连通,以便形成或引起紊流。
板12具有用于在储存区域10中引起紊流的装置16,该装置通过穿过板12形成的开口或孔产生,且该开口或孔形成用于允许来自进入腔室9的冷却剂循环流动到储存区域10的总管13。术语总管包括沿板12的厚度形成的孔且还包括一种小管14,该小管的自由部分被放置在孔的延伸部中以便引导冷却剂流;这些设置组合在“用于引起紊流的装置16”的含义内。换句话说,总管13通过孔、小管14或用于在进入腔室9和储存区域10之间连通的任何装置16形成,总管的开放部分小于周边壁6的垂直于板12上的部分的十分之一且该总管能在储存腔室中引起紊流,以便将润滑剂和所述组分混合。
在图4所示的情况下,小管14是中空的圆形总管,带有4到8毫米之间的内直径,该取值范围在润滑剂和所述组分在储存区域中的混合中产生良好性能。所述小管14有利地被焊接到板12上,以便使得中空部分与所述板12中形成的孔对应。
沉降腔室11设置在储存设备1的底部部分中且位于储存区域10以下。该沉降腔室11由此通过下壁8、周边壁6的一部分和冷却剂可透过的元件15来界定。元件15用于允许冷却剂经过,以便使其离开根据本发明的设备,同时防止在储存区域10中且通过根据本发明的装置16引起的紊流传播到沉降腔室11中。在图4和5的情况下,元件15是格栅的形式,且被固定到周边壁16。在图6和7的情况下,元件15采取过滤器的形式。
根据第一替换例的储存设备包括过滤器17,该过滤器17位于进入腔室9中且在板12上方。该过滤器17让液态的冷却剂通过。
根据本发明的设备还包括用于将来自设备外界的冷却剂引导到进入腔室中的装置。这些装置包括入口管道18,该入口管道18充分靠近元件15地穿过周边壁16,且通过形成直角弯曲而延续。该入口管道18穿过板12和过滤器17,以便在过滤器17上方进入到进入腔室9。这种设置使得冷却剂在由于引起紊流的装置16被喷射到储存区域10中之前而从顶部到底部穿过过滤器17。
储存设备1还包括用于排放冷却剂的装置。这些装置例如是出口管道19的形式,所述出口管道穿过垂直在沉降腔室上的周边壁16,以便使得沉降腔室与空调回路的其余部分连通。
图5显示了根据本发明的储存设备1的运行。冷却剂通过入口管道18到达且被以液态灌注到进入腔室9中。包括所述组分和润滑剂的该冷却剂穿过过滤器17并在板12上蓄积。冷却剂随后穿过装置16,以便喷射或投射到储存区域10中。该储存区域10被液态冷却剂填充,由标记为20的线表示。
在没有用于引起紊流的装置16的情况下,润滑剂和所述组分将被分开、形成不同的两层,其中润滑剂位于所述组分上方。装置16且特别是小管14形成限制,将增加冷却剂速度和压力以便形成射流,由标记为21的箭头表示。由于储存区域10中的循环流动(箭头22)和混合物芯部处的气泡23的形成,会引起润滑剂和所述组分之间的混合。所储存的冷却剂随后被连续扰动,由此防止所述组分和润滑剂分离。
可透过的元件15阻挡这种搅动,以便防止气泡23进入沉降腔室11并由此确保只有液态冷却剂传向出口管道19,随后进入膨胀构件。
图6显示了根据本发明的储存设备1的第二替换例。其还可以是缸体的形式,但是具有简化的结构。实际上,在储存区域10和沉降腔室11之间没有板12或格栅。可让冷却剂透过的元件15在这种情况下采取过滤器17的形式。本发明由此利用了过滤器17在储存设备的内部空间中定位在沉降腔室11和储存区域10的边界处的优点,以便在其上赋予额外的功能,即防止紊流和/或气泡进入沉降腔室11中的功能。
入口管道18终止于用于引起紊流的装置16。实际上,总管13具有半圆或弧形形状,且其被直接连接到入口管道18的端部24。通过总管13形成的弧形使得冷却剂流朝向储存区域10,以便执行根据本发明的混合或扰动的功能。因此,应理解总管13的自由端25与储存区域相对,以便迫使冷却剂撞击所储存的冷却剂的表面,且由此防止所述组分与润滑剂分离。
随后在返回到沉降腔室11之前冷却剂穿过过滤器17,以便经由出口管道19离开设备。
图7显示了本发明的第三替换例,适于与图3的空调回路一起使用。
储存设备1在该情况下是放在蒸发器的出口和压缩机入口之间的空调回路上的蓄积器。该设备的内部空间从图的顶部开始在排放腔室26、储存区域10和沉降腔室11之间分配。
排放腔室26通过平台27与储存区域10分开,入口管道18穿过该平台。该入口管路18穿过上壁7,然后穿过排放腔室26,以便随后通过焊接或钎焊固定到平台27。在平台27的周边边缘和周边壁6的内表面之间设置空间,以便允许冷却剂在排放腔室26中以气态上升,同时防止液态冷却剂出现在储存区域10中。
入口管道18终止于总管13,且这两个元件有利地是同轴线的。总管13产生冷却剂射流(两相或气态的),由此在以液态储存的冷却剂中引起紊流。这通过将所述组分与润滑剂的混合来实现。该混合物最终到达沉降腔室11中,在该处由于可透过元件(在该情况下是过滤器17)的存在,冷却剂的状态被稳定化。
出口管道19具有大致“U”形的形状且起源于排放腔室26,在该处其自由端捕获气态冷却剂。出口管道19穿过平台27、储存区域10和过滤器17,以便没入沉降腔室11。孔28形成在出口管道19中,以便捕获冷却剂的被控制的部分——在该阶段下是所述组分和润滑剂的混合物,因为用于引起紊流的装置16已经将所述组分和润滑剂混合。出口管道19具有180°的弯曲,以便再次穿过过滤器17、储存区域10、平台27、排放腔室26并最终穿过上壁7并被连接到空调回路。
图7显示了气泡23和循环流动22存在于储存区域10中而在沉降腔室11中不存在同样的气泡和循环流动的现象。
本发明还涉及空调回路,冷却剂在该回路中循环流动,冷却剂例如包括与已知为100PAG或200PAG的润滑剂或油混合的化合物HFO1234YF。所述空调回路在环路中包括如上所述的储存设备。
Claims (13)
1.一种设备(1),用于储存能在空调回路中循环流动的冷却剂,其中,所述设备包括至少一个入口管道(18)、一个出口管道(19)和用于冷却剂的储存区域(10),其特征在于,该设备包括用于在储存区域(10)中引起紊流的装置(16)。
2.如权利要求1所述的设备,其中,用于引起紊流的装置(16)采取总管(13、14)的形式,将来自进入腔室(9)的冷却剂引导到储存区域(10)。
3.如权利要求2所述的设备,其中,总管(13、14)直接连接到入口管道(18)且具有半圆柱形的形状,其中,所述总管的自由端(25)与储存区域(10)相对。
4.如权利要求2所述的设备,其中,总管(13、14)与入口管道区分开,且所述总管被板(12)支撑,该板以密封方式将储存设备的内部空间分为所述进入腔室(9)和所述储存区域(10)。
5.如权利要求2所述的设备,其中,总管(13、14)和入口管道(18)同轴线,且入口管道(18)穿过排放腔室(26),该排放腔室通过平台(27)与所述储存区域(10)分开。
6.如权利要求5所述的设备,其中,总管(13、14)穿过所述平台(27)并到达储存区域(10)。
7.如前述权利要求中任一项所述的设备,其中,设置元件(15),该元件可让冷却剂透过并在所述设备的内部空间中放置在所述储存区域(10)和沉降腔室(11)之间的边界处。
8.如权利要求7所述的设备,其中,出口管道(19)与沉降腔室(11)连通。
9.如权利要求7或8所述的设备,其中,可让冷却剂透过的元件(15)是格栅形式的。
10.如权利要求7或8所述的设备,其中,可透过的元件是过滤器(17)。
11.如权利要求2到6中任一项所述的设备,其中,总管(13、14)的直径在4和8毫米之间。
12.一种空调回路,包括如权利要求1到11中任一项所述的储存设备和冷却剂,该冷却剂包括某种组分和润滑剂的混合物。
13.如权利要求12所述的空调回路,其中,润滑剂是油100PAG或200PAG且所述组分是化学组分HFO1234YF。
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