CN102037292A

CN102037292A - 制冷循环

Info

Publication number: CN102037292A
Application number: CN2009801189126A
Authority: CN
Inventors: 金子智
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2011-04-27
Also published as: US20110067435A1; JP2009281610A; JP5180680B2; EP2309208A4; EP2309208A1; WO2009142101A1; EP2309208B1

Abstract

一种制冷循环，包括：压缩机、冷凝器、减压·膨胀元件、蒸发器及在冷凝器出口侧制冷剂与蒸发器出口侧制冷剂之间进行热交换的内部热交换器，使用R1234yf作为制冷剂，并使内部热交换器的热交换量达到预先通过仿真或试验求出的规定值以上。在将使用制冷剂改变为新制冷剂R1234yf的情况下，能以与使用现有的制冷剂R134a的制冷循环同等以上的较高的制冷能力进行运转。

Description

制冷循环

技术领域

本发明涉及一种制冷循环，特别地，涉及一种在使用新的制冷剂的情况下能以较高的制冷能力运转的制冷循环。

背景技术

例如，作为使用于车用空调装置等的蒸汽压缩式制冷循环(Vapor Compression Refrigeration Cycle)，已知有一种具有如图1所示的基本结构的制冷循环。在图1中，制冷循环1包括：对制冷剂进行压缩的压缩机2；对压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器3；作为使冷凝后的制冷剂减压、膨胀的减压·膨胀元件的膨胀阀4；使减压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器5；以及在冷凝器出口侧制冷剂与蒸发器出口侧制冷剂之间进行热交换的内部热交换器6，使制冷剂一边改变其状态一边在该制冷循环1中沿箭头方向循环。已知若这样将内部热交换器6设于制冷循环1中，则一般能使制冷能力提高。然而，在使用当前的代表性的制冷剂即R134a的情况下，由于内部热交换器6的效果比较低，因此，实际上几乎没有使用，这点是实际情况。

如上所述，作为当前的代表性的制冷剂能举出R134a，但以全球变暖潜势(GWP：global warming potential)等的进一步改善为目的，正在进行新制冷剂的研究、开发(例如，非专利文献1)。作为以上述改善为目的的新制冷剂，最近公开了R1234yf，例如，对于使用于车用空调装置等的制冷循环中的应用，其试验、研究也处于可能的状况。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：制冷2008年3月刊第83卷第965号(冷涷2008年3月号第83巻第965号)

发明的公开

发明所要解决的技术问题

然而，在将新制冷剂R1234yf就这样简单地使用于现行的制冷循环的情况下，与使用现行的制冷剂R134a的制冷循环相比，制冷能力与性能系数(COP)一起降低的可能性较高。另外，在该情况下，为了改善制冷能力，可认为使用上述的内部热交换器6是有效的，但对于其效果的程度还不清楚。

因此，本发明的技术问题着眼于上述新制冷剂的出现，其目的在于提供一种特别在将使用制冷剂改变为特定的新制冷剂R1234yf的情况下，能以与使用现有的制冷剂R134a的制冷循环同等以上的较高的制冷能力运转的制冷循环。

解决技术问题所采用的技术方案

为解决上述技术问题，本发明所涉及制冷循环包括：对制冷剂进行压缩的压缩器；对压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器；使冷凝后的制冷剂减压、膨胀的减压·膨胀元件；使减压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器；以及在冷凝器出口侧制冷剂与蒸发器出口侧制冷剂之间进行热交换的内部热交换器，其特征是，使用R1234yf作为制冷剂，并使上述内部热交换器的热交换量达到事先通过仿真或试验求出的规定值以上。

在图2中表示了，在具有与图1所示的设备相同的基本结构的制冷循环中，在相同的计算条件(冷凝温度、蒸发温度、过热度、过冷度等)下，对未使用内部热交换器的条件下使用现行制冷剂R134a的情况与使用内部热交换器的条件下使用新制冷剂R1234yf的情况下的制冷能力的计算结果进行比较，在使用该新制冷剂R1234yf的情况下，通过使用内部热交换器，如何能实现制冷能力的提高。图2的横轴表示内部热交换器的热交换量(内部热交换器的能力)，纵轴表示作为制冷循环整体的制冷能力。与在未使用内部热交换器的条件下使用现行制冷剂R134a的情况(由于未使用内部热交换器，所以，对于内部热交换器的热交换量表示一定的制冷能力)相比，在使用与R134a特性不同的新制冷剂R1234yf的情况下，通过设置内部热交换器，如图2所示，能使制冷能力变化。即，可知若使内部热交换器的热交换量在某一值以上，即在图2所示的比较特性图中获得0.7kW以上(若进入0.7kW以上的区域)，则在使用该新制冷剂R1234yf的情况中，能可靠地获得因设置内部热交换器而产生的制冷能力提高的效果。然而，可知在内部热交换器的热交换量比某一值小的情况下，即在图2所示的比较特性图中内部热交换器热交换量比0.7kW小的情况下，R1234yf情况下的制冷能力比R134a情况下的制冷能力低，从而与R134a的情况相比，不能获得设置内部热交换器的效果。因此，可知从内部热交换器的热交换量达到某一值(即规定值)以上开始，使用R1234yf的情况下能获得与R134a的情况同等以上的制冷能力，从而能实际提高制冷能力。本发明基于本技术思想而作，其特征是，在使用新制冷剂R1234yf作为制冷剂的情况下，使内部热交换器的热交换量达到事先通过仿真或试验求出的规定值以上。即，使用图2的R134a情况的特性线与R1234yf情况的特性线的交点的右侧区域(以阴影线表示的区域)。换句话说，就是将上述内部热交换器的热交换量的规定值设定为，在相同条件下，使用R1234yf作为制冷剂的情况下作为制冷循环整体的制冷能力达到使用R134a作为制冷剂的情况下作为制冷循环整体的制冷能力以上。

如上所述，为使内部热交换器的热交换量达到规定值以上，具体而言，若事先知道使用于各制冷循环的蒸发器或者冷凝器的性能，则通过任意地调整内部热交换器的大小、热功率等，能如上所述使内部热交换器的热交换量达到规定值以上。在以上述思想为基础制成的制冷循环中，由于事先知道内部热交换器的大致的能力，因此，通过根据内部热交换器的朝压缩机侧的出口侧制冷剂的过热度来适当地控制减压·膨胀元件的开度，如上所述，作为制冷循环整体的制冷能力，能稳定地获得使用R134a情况的制冷能力以上的制冷能力。

上述本发明所涉及的制冷循环基本上能适用于欲使用新制冷剂R1234yf的所有制冷循环，尤其适用于要求长时间稳定地进行效率较高的运转的车用空调装置中使用的制冷循环。

发明效果

根据本发明所涉及的制冷循环，在将使用制冷剂改变为新制冷剂即R1234yf的情况下，能实现与使用现有的制冷剂R134a的情况同等以上的较高的制冷能力，并同时能发挥新制冷剂R1234yf自身具有的优异的全球变暖潜势(GWP)等的改善特性。

附图说明

图1是表示在本发明中作为对象的制冷循环的基本设备配置的概略结构图。

图2是比较制冷剂R1234yf和R134a的特性的内部热交换器热交换量与制冷能力的关系图。

图3是使用制冷剂R1234yf时的冷凝温度与内部热交换器能力比的关系图。

图4是表示制冷剂R1234yf和R134a的某一条件时的制冷循环的运转状态的一例的莫里尔图。

图5是表示制冷剂R1234yf和R134a的其他条件时的制冷循环的运转状态的一例的莫里尔图。

图6是表示制冷剂R1234yf和R134a的另一条件时的制冷循环的运转状态的一例的莫里尔图。

具体实施方式

以下，参照实施方式和附图对本发明进行说明。

作为本发明所涉及的制冷循环的配置设备的基本结构，也可采用与图1所示的设备相同的设备。如上所述，在图1中，制冷循环1包括：对制冷剂进行压缩的压缩机2；对压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器3；作为使冷凝后的制冷剂减压、膨胀的减压·膨胀元件的膨胀阀4；使减压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器5；以及在冷凝器出口侧制冷剂与蒸发器出口侧制冷剂之间进行热交换的内部热交换器6。

另外，如上所述，在本发明中，基本上使用图2所示的R134a情况下的特性线与R1234yf情况下的特性线的交点的右侧区域(以阴影线表示的区域)。即，在该区域中，在使用新制冷剂R1234yf的情况下，通过设置内部热交换器，与现有的制冷剂R134a的情况相比，能提高制冷能力。图3的特性A表示了在上述图2中R134a情况下的特性线与R1234yf情况下的特性线的交点的内部热交换器热交换量条件下，使其他条件例如制冷剂的冷凝温度变化时，内部热交换器对制冷循环整体的制冷能力的提高效果(内部热交换器的能力比)是如何变化的。此外，相对于该特性A，图3的特性B表示了在将内部热交换器的效率假设为100％的情况下，冷凝温度同内部热交换器能力与制冷循环整体的制冷能力的能力比的关系。即，若在该特性曲线A与特性曲线B之间存在内部热交换器的能力，则能获得与使用R134a的情况同等以上的制冷能力提高效果，实际上，由于内部热交换器的效率不满100％，所以，实际的设定或控制区域位于上述特性曲线A与特性曲线B之间。

上述图3所示的计算结果中特性曲线A与特性曲线B的交点位于内部热交换器与制冷能力的能力比为6.6％的地方，因此，若该能力比为7％以上，则从图3所示的关系特性，能可靠地利用内部热交换器来获得制冷能力提高的效果。能力比的上限值并没有特别地限定，但从图3所示的计算结果可确认，能可靠地获得30％左右为止的制冷能力提高的效果。

在表1中表示了上述R134a的情况下与R1234yf的情况下某一条件下的计算结果的一例。计算的前提条件如下所述。

·蒸发温度：0deg

·冷凝温度：50deg

·蒸发器出口过热度：5deg

·冷凝器出口过冷度：5deg

·热交换器、回路压力损失：假设为没有

·压缩机效率：假设为100％

[表1]

在新制冷剂R1234yf的情况下，可知通过提高内部热交换器的热交换量，能如表1的特别以粗线围住的部分所示，使单位体积的新制冷剂R1234yf的制冷能力达到单位体积的现有的制冷剂R134a的制冷能力同等以上。因此，无需压缩机的增速等。另外，由于压缩机吸入制冷剂密度变小，所以，制冷剂循环量减少，从而能降低压力损失。此外，压缩机吸入侧制冷剂过热度变大，使压缩机排出温度变得比R134a情况下的压缩机排出温度高，从而能实现效率的提高。另外，由于压缩机功率(消耗功率)的增加比较小，因此，也能使性能系数(COP)达到R134a情况下的性能系数同等以上。

此外，在图4～图6中，表示了在莫里尔图上比较R134a与R1234yf的结果的例子。图4～图6分别表示了R1234yf的情况下内部热交换器的温度效率不同的情况。各图的条件如下所述。

(1)图4所示的莫里尔图：

·蒸发温度：0deg

·冷凝温度：50deg

·蒸发器出口过热度：5deg

·冷凝器出口过冷度：5deg

·对于R134a无内部热交换器的特性

·对于R1234yf，因有内部热交换器，其温度效率为75.3％

(2)图5所示的莫里尔图：

·蒸发温度：0deg

·冷凝温度：50deg

·蒸发器出口过热度：5deg

·冷凝器出口过冷度：5deg

·对于R134a无内部热交换器的特性

·对于R1234yf，因有内部热交换器，其温度效率为93.0％

(3)图6所示的莫里尔图：

·蒸发温度：0deg

·冷凝温度：50deg

·蒸发器出口过热度：5deg

·冷凝器出口过冷度：5deg

·对于R134a无内部热交换器的特性

·对于R1234yf，因有内部热交换器，其温度效率为99.9％

上述各例表示了计算得出的仿真结果，但也能使用与上述仿真结果不同的、通过实际的试验求出的上述规定值，或参照仿真结果和试验结果两者而确定的上述规定值。

工业上的可利用性

本发明所涉及的制冷循环能适用于计划使用R1234yf的所有的制冷循环，尤其作为使用于车用空调装置的制冷循环是优选的。

符号说明

1 制冷循环

2 压缩机

3 冷凝器

4 作为减压·膨胀元件的膨胀阀

5 蒸发器

6 内部热交换器

Claims

1.一种制冷循环，包括：对制冷剂进行压缩的压缩器；对压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器；使冷凝后的制冷剂减压、膨胀的减压·膨胀元件；使减压、膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器；以及在冷凝器出口侧制冷剂与蒸发器出口侧制冷剂之间进行热交换的内部热交换器，其特征在于，

使用R1234yf作为制冷剂，并使由所述内部热交换器产生的热交换量达到事先通过仿真或试验求出的规定值以上。

2.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，

对由所述内部热交换器产生的热交换量的规定值进行设定，使得在相同条件下，使用R1234yf作为制冷剂的情况下作为制冷循环整体的制冷能力处于使用R134a作为制冷剂的情况下作为制冷循环整体的制冷能力以上。

3.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，

由所述内部热交换器产生的热交换量的规定值被设定为相对于冷循环整体的制冷能力的能力比。

4.如权利要求3所述的制冷循环，其特征在于，

由所述内部热交换器产生的热交换量的规定值与作为所述制冷循环整体的制冷能力的能力比被设定为7％以上。

5.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，

根据朝所述内部热交换器的压缩机侧的出口侧制冷剂的过热度来控制所述减压·膨胀元件的开度。

6.如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，

能使用于车用空调装置中。