CN102105761A - 利用使用HFO 1234yf材料制冷剂的管片式蒸发器的车用空调系统 - Google Patents

利用使用HFO 1234yf材料制冷剂的管片式蒸发器的车用空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可获得最优性能的具有管片式蒸发器的空调系统。HFO1234yf制冷剂具有与含有R-134或CO2等的常规制冷剂完全不同的物理性质，具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统具有与所使用的制冷剂物理性质相应的最优设计。

Description

利用使用HFO 1234yf材料制冷剂的管片式蒸发器的车用空调系统
技术领域
本发明涉及一种使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器；更特别地，涉及一种具有管片式蒸发器的空调系统，所述空调系统在使用物理性质与常规制冷剂完全不同的HFO 1234yf制冷剂时可获得最佳性能。
背景技术
近来，随着环境问题的凸显，对环境有害的材料的使用受到了禁止或限制。特别是，对于在空调和冷却系统中必须使用的制冷剂，例如，由于含有氯的CFC类制冷剂破坏地球臭氧层，因此对其使用的限制越来越多。
典型的冷却系统包括从周围区域吸热的蒸发器、压缩制冷剂的压缩机、将热辐射到周围区域的冷凝器和使制冷剂膨胀的膨胀阀。在冷却系统中，从蒸发器引入到压缩机中的气态制冷剂被压缩机压缩至高温和高压。在经压缩的气态制冷剂通过通过冷凝器而液化的同时，液化热被辐射至周围区域。通过通过膨胀阀，经液化的制冷剂变为具有低温和低压的湿蒸气。然后，湿蒸气被再次引入蒸发器中并通过从周围区域吸收蒸发热而蒸发，由此冷却周围空气。这些过程形成了冷却循环。图1B示意性地显示了常规空调系统的p-h(压力-热量)图。
在冷却系统中，制冷剂起到实际上传递热量的作用。因此，制冷剂应该具有优异的传热性。在常规的CFC类制冷剂等情况下，其具有优异的传热性，但是因为其对环境具有有害作用，所以其使用受到限制。因此，人们对于可替代传统制冷剂的新型制冷剂，进行了大量的研究和开发。为代替常规制冷剂，新型制冷剂应该具有环境友好特性和传热性、化学稳定性、不可燃性和与润滑剂的相容性等，这些性质应该与常规制冷剂同样优异或者更为优异。
在韩国公开第2007-0004654号公报(标题为“Compositions containing fluorine substituted olefins”)中，公开了一种可替代常规制冷剂的新型优异的制冷剂。下文中，将现有技术中所述制冷剂中的一种包含HFO-1234yf的制冷剂，称为“1234yf制冷剂”。此处所用的术语“HFO-1234yf”指所有四氟丙烯。四氟丙烯包括HFO 1234yf和顺式-和反式-1，1，1，3-四氟丙烯(HFO-1234ze)。HFO-1234化合物为已知材料并列于化学文摘(Chemical Abstracts)数据库中。在美国专利第2,889,379号；4,798,818号和4,465,786号中，公开了通过对各种饱和的与不饱和的含卤素的C3化合物的催化气相氟化来生产如CF3CH＝CH2等氟丙烯。此外，在欧洲专利第974,571号中，公开了通过在高温下将1，1，1，3-五氟丙烯(HFC-245fa)在气相中与铬类催化剂接触，或者在液相中与KOH、NaOH、Ca(OH)2或Mg(OH)2的醇溶液接触，来制备1，1，1，3-四氟丙烯。
图1A示意性地显示了作为代表性的常规制冷剂的R-134a制冷剂和1234yf制冷剂的p-h图。如该图中所示，R-134a制冷剂和1234yf制冷剂的p-h图彼此不同。更详细地说，1234yf制冷剂在空调系统中的工作压力/工作温度和物理性质与常规R-134a制冷剂相似。但是，1234yf制冷剂的蒸发潜热比R-134a制冷剂的蒸发潜热低30％，因此，为使1234yf制冷剂具有与R-134a制冷剂相同的热辐射性能，123yf制冷剂需要具有高得多的流速。
在使用R-134a制冷剂等的常规蒸发器中，为优化如热交换率和压降等蒸发器性能，已经进行了各种研究。但是，由于1234yf制冷剂的物理性质与常规制冷剂的物理性质差别很大，因此需要对使用1234yf制冷剂的蒸发器进行完全不同于常规蒸发器的新设计考虑，以提供与常规蒸发器相同的性能。实际上，当在与使用R-134a制冷剂的蒸发器同样的蒸发器中使用1234yf制冷剂时，要获得相同的热辐射性能则必须提高流速。在此情况下，由于流速的提高，整个空调系统和蒸发器中会过度地出现制冷剂的压降，因此空调系统的性能将明显劣化。
换言之，尽管与R-134a制冷剂相比，1234yf制冷剂是环境友好的材料，但是存在使用1234yf制冷剂的空调系统的性能比使用R-134a制冷剂的空调系统的性能低的问题。为解决此问题，需要进行大量研究和开发。此外，为克服性能的差异，可以有选择地优化空调系统中的各种参数。考虑到成本随系统的改变而增加的问题时，优选在不进行大的设计改变下改善性能。本发明意在优化蒸发器的各构造元件的尺寸范围，由此在不进行大的设计改变下改善性能。
发明内容
本发明的实施方式涉及提供具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述HFO 1234yf制冷剂具有与包含R-134或CO2等的常规制冷剂完全不同的物理性质，所述空调系统具有与所使用的制冷剂的物理性质相应的最优设计。
为实现本发明的目的，本发明提供了具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述系统包含压缩机；冷凝器；和膨胀阀，其中，所述管片式蒸发器100包括多个管20，管20沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片30，片30插在管20之间以增加与在管20之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱10，集箱10连接于管20的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个挡板40，挡板40设置在集箱10上，并且热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，管的高度Ht为2.489mm～4.082mm，且热交换介质流被分为四个流段。更优选的是，管的高度Ht为2.875mm～3.711mm。
此外，本发明提供了具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述系统包含压缩机；冷凝器；和膨胀阀，其中，管片式蒸发器100包括多个管20，管20沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片30，片30插在管20之间以增加与在管20之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱10，集箱10连接于管20的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个挡板40，挡板40设置在集箱10上，并且热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，管的液压直径Dt为0.780mm～1.839mm，且热交换介质流被分为四个流段。更优选的是，管的液压直径Dt为0.946mm～1.775mm。
此外，本发明提供了具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述系统包含压缩机；冷凝器；和膨胀阀，其中，管片式蒸发器100包含多个管20，管20沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片30，片30插在管20之间以增加与在管20之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱10，集箱10连接于管20的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或挡板40，挡板40设置在集箱10上，并且热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，指示每1分米片的嵴或槽的数目的FPDM(Fins Per DeciMeter)的值为63.439～88.897，且热交换介质流被分为四个流段。更优选的是，FPDM的值为65.190～88.897。
优选的是，蒸发器100设置有第一至第四管组①-4至④-4，其以下述状态形成：设置在第一排和第二排的上箱和下箱上的挡板插入在其中，热交换介质依次通过第一至第四管组①-4至④-4。
此外，本发明提供了具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述系统包含压缩机；冷凝器；和膨胀阀，其中，管片式蒸发器100包含多个管20，管20沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片30，片30插在管20之间以增加与在管20之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱10，集箱10连接于管20的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个挡板40，挡板40设置在集箱10上，并且热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，管的高度Ht为1.921mm～3.371mm，且热交换介质流被分为六个流段。更优选的是，管的高度Ht为2.280mm～3.216mm。
此外，本发明提供了具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述系统包含压缩机；冷凝器；和膨胀阀，其中，管片式蒸发器100包含多个管20，管20沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片30，片30插在管20之间以增加与在管20之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱10，集箱10连接于管20的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个挡板40，挡板40设置在集箱10上，并且热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，管的液压直径Dt为1.857mm～3.228mm，且热交换介质流被分为六个流段。更优选的是，管的液压直径Dt为2.146mm～3.008mm。
此外，本发明提供了具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述系统包含压缩机；冷凝器；和膨胀阀，其中，管片式蒸发器100包含多个管20，管20沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片30，片30插在管20之间以增加与在管20之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱10，集箱10连接于管20的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个挡板40，挡板40设置在集箱10上，并且热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，指示每1分米片的嵴或槽的数目的FPDM(Fins Per DeciMeter)的值为48.718～79.211，且热交换介质流被分为六个流段。更优选的是，FPDM的值为55.294～79.211。
优选的是，蒸发器100设置有第一至第六管组①-6至⑥-6，其以下述状态形成：设置在第一排和第二排的上箱和下箱上的挡板插入在其中，热交换介质依次通过第一至第六管组①-6至⑥-6。
发明效果
在根据本发明的具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统中，可以解决因所述制冷剂具有与含有R-134a或CO2等常规制冷剂完全不同的物理性质而带来的在具有常规设计的蒸发器中的问题，由此优化蒸发器的性能，即热发射与压降。换言之，根据本发明，尽管使用HFO 1234yf制冷剂，也可以获得与常规蒸发器相同的性能。
此外，根据本发明，由于可以保持与使用常规R-134a制冷剂的常规蒸发器相同的性能，因此，尽管使用环境友好的制冷剂，也可以保证蒸发器性能和获得优异的环境友好特性。此外，与使用R-134a制冷剂的系统相比，为克服使用HFO 1234yf制冷剂的系统的性能劣化问题，可能需要改变系统的整体设计，这将导致成本增加。但是，根据本发明，则可以提供使用1234yf制冷剂的系统，所述系统通过仅改变蒸发器的设计尺寸的范围而具有与使用R-134a制冷剂的常规系统相同的性能，由此解决了成本增加的问题。
附图说明
图1是R-134a制冷剂和HFO 1234yf制冷剂各自的p-h图。
图2是管片式蒸发器的立体图。
图3是显示管片式蒸发器中制冷剂的流动的示意图。
图4是管片式蒸发器的各部件的放大图。
图5是在四流段蒸发器中管的高度Ht与热辐射性能和制冷剂的压降之间的关系图。
图6是管的液压直径Dt与热辐射性能和制冷剂的压降之间的关系图。
图7是在四流段蒸发器中FPDM与热辐射性能和空气的压降的关系图。
图8是在六流段蒸发器中管的高度Ht与热辐射性能和制冷剂的压降之间的关系图。
图9是在六流段蒸发器中管的液压直径Dt与热辐射性能和制冷剂的压降之间的关系图。
图10是在六流段蒸发器中FPDM与热辐射性能和空气的压降的关系图。
图11是空调系统的性能(排出的空气的温度)与根据核心种类的单部件的热辐射性能的关系图。
图12是空调系统的性能(排出的空气的温度)与根据核心种类的单部件的制冷剂的压降的关系图。
[主要元件的详细描述]
100：蒸发器    10：集箱
20：管         30：片
具体实施方式
通过以下参照附图对实施方式的描述，本发明的优点、特征和方面将变得显而易见，下面将对其进行说明。
图2是通用管片式蒸发器的立体图。通用管片式蒸发器包括多个管20，管20沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片30，片30插在管20之间以增加与在管20之间流动的空气的热交换表面积；和一对集箱10，集箱10连接于管20的两端，以使热交换介质穿过其流动。
通常，在管片式蒸发器中，制冷剂流被分为四个流段或六个流段。图3A是显示在管片式蒸发器中被分为四个流段的制冷剂流的示意图，图3B是显示在管片式蒸发器中被分为六个流段的制冷剂流的示意图。如图2所示，管片式蒸发器通常由两排构成。在图3中，为清楚地显示制冷剂流，将两排蒸发器彼此分离，并且将箱和管部分示意性地绘出。如图3A所示，在四流段的情形中，每排的两个制冷剂流以彼此不同的方向形成，由此总共形成四个制冷剂流。如图3B所示，在六流段的情形中，每排的三个制冷剂流以彼此不同的方向形成，由此总共形成六个制冷剂流。为改变制冷剂流，如图3中示意性地显示，将挡板40设置在箱的适当位置处。即，在四流段蒸发器中，以下述状态形成第一至第四管组①-4至④-4：将设置在第一排和第二排的上箱和下箱上的挡板插入在其中，并且热交换介质依次通过第一至第四管组①-4至④-4。在六流段蒸发器中，以下述状态形成第一至第六管组①-6至⑥-6：将设置在第一排和第二排的上箱和下箱上的挡板插入在其中，并且热交换介质依次通过第一至第六管组①-6至⑥-6。
下面将更加全面地描述图3A所示的四流段蒸发器中的制冷剂流的实施方式。如图3A所示，制冷剂被引入第一排，然后通过第二排排出。第一排的上箱由附图标记11a表示，第一排的下箱由附图标记11b表示，第二排的上箱由附图标记12a表示，第二排的下箱由12b表示，第一排的管由21表示，第二排的管由22表示。如该图所示，在各箱中设置一个挡板40。在四流段蒸发器中，制冷剂被引入第一排的上箱11a中，并依次通过设置在第一排的上箱11a中的挡板40的前面部分、作为第一排的管21的一部分的第一管组①-4、第一排的下箱11b、作为第一排的管21的一部分的第二管组②-4和设置在第一排的上箱11a中的挡板40的后面部分，由此通过第一排的箱和管。然后，制冷剂流到第二排，并依次通过设置在第二排的上箱12a中的挡板40的后面部分、作为第二排的管22的一部分的第三管组③-4、第二排的下箱12b、作为第二排的管21的一部分的第四管组④-4和设置在第二排的上箱12a中的挡板40的前面部分，由此通过第二排的箱和管。然后制冷剂由第二排的上箱12a排出。
下面将更加全面地描述图3B所示的六流段蒸发器中的制冷剂流的实施方式。如图3B所示，制冷剂被引入第一排，然后通过第二排排出。第一排的上箱由附图标记11a表示，第一排的下箱由附图标记11b表示，第二排的上箱由附图标记12a表示，第二排的下箱由12b表示，第一排的管由21表示，第二排的管由22表示。如该图所示，在各箱中设置一个挡板40。在六流段蒸发器中，制冷剂被引入第一排的上箱11a中，并依次通过设置在第一排的上箱11a中的挡板40的前面部分、作为第一排的管21的一部分的第一管组①-6、设置在第一排的下箱11b中的挡板40的前面部分、作为第一排的管21的一部分的第二管组②-6、设置在第一排的上箱11a中的挡板40的后面部分、作为第一排的管21的一部分的第三管组③-6和设置在第一排的下箱11b中的挡板40的后面部分，由此通过第一排的箱和管。然后，制冷剂流至第二排，并依次通过设置在第二排的下箱12b中的挡板40的后面部分、作为第二排的管22的一部分的第四管组④-6、设置在第二排的上箱12a中的挡板40的后面部分、作为第二排的管22的一部分的第五管组⑤-6、设置在第二排的下箱12b中的挡板40的前面部分、作为第二排的管22的一部分的第六管组⑥-6和设置在第二排的上箱12a中的挡板40的前面部分，由此通过第二排的箱和管。然后制冷剂由第二排的上箱12a排出。
当然，无论四流段蒸发器还是六流段蒸发器都不是始终只能具有如上所述的流路。例如，制冷剂可以通过下箱引入和排出，此外制冷剂流也可以根据图3的实施例进行部分修改，只要对流路进行构造从而使制冷剂流分为四个或六个流段即可。
在四流段和六流段情况下，即使使用具有相同制冷剂和相同尺寸的蒸发器，其热交换特性也会变得彼此不同。因此，为优化如热辐射性能和压降等特性，必须知道制冷剂流被分为了几个流段。本发明旨在优化如图3A和3B所示的管片式蒸发器的热交换性能。
图4是管片式蒸发器的各部件的放大图，其中，图4A显示的是具有管20和片30的蒸发器核心的一部分，图4B是管20的截面图，图4C是沿线A-A’(即，沿集箱10的宽度方向中心线剖开)所获得的截面图。如图4C所示，在集箱10的宽度方向中心线处，提供有沿长度方向延伸的间隔壁，以间隔出集箱10的内部。间隔壁可以根据流路的设计而形成有通孔。
如图4A和4B所示，管的高度为Ht，并且管20的截面中所形成的且热交换介质所通过的各部分的表面积之和(即，管20中的流路的表面积)为St。此外，管20的截面中所形成的且热交换介质所通过的各部分(即，流路的表面积的部分)的周长之和(即，湿润长度)为Lt。图4C所示的通孔的表面积为S。此处，管20的液压直径Dt为4St/Lt。使用常规R-134a制冷剂的蒸发器中所使用的管分为挤压型、折叠型和焊接型等。如挤压型、折叠型、焊接型等这些不同类型的管也可以应用于使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器中。
有各种测试，例如单部件测试和空调系统测试。单部件测试是通过在蒸发器的入口和出口压力固定的状态下通过使制冷剂循环来测试其性能，空调系统测试是在改变压缩机RPM和进气条件的同时使用安装于实际车辆上的空调系统测试其性能。此处，即使获得了单一部件的良好测试结果，空调系统的测试结果也未必总是良好。其原因在于，测试结果可能会受到如驱动条件等其它条件的影响。
图11是空调系统的性能(排出的空气的温度)与根据用于HFO 1234yf的核心种类的单部件的热辐射性能的关系图，图12是空调系统的性能(排出的空气的温度)与根据用于HFO 1234yf的核心种类的单部件的制冷剂的压降的关系图。图11和12中的图显示了单部件的测试结果。下面将全面描述测试结果。
图11显示的是在改变热辐射时对用于HFO 1234yf的各种核心进行单部件测试的结果。图11的x轴是各种核心的热辐射性能，y轴是作为空调系统性能指标的排出的空气的温度。排出的空气的温度越低越好。图11的结果图显示了车辆速度下排出的空气的温度。如该图中所示，单部件的热辐射性能在99％以上处显示优化状态，而该性能在99％以下处劣化。
图12显示的是在改变制冷剂压降时对用于HFO 1234yf的各种核心进行单部件测试的结果。图12的x轴为各种核心的制冷剂的压降，y轴为排出的空气的温度。如图12的图中所示，在除停机状态之外的所有状态下，单部件的制冷剂的压降都在90％以上处急剧劣化。
在本发明中，假定将利用R-134a用核心的热辐射性能和制冷剂压降相对于显示了极佳的空调系统性能的利用HFO 1234yf用核心的热辐射性能和制冷剂压降设定为100％，由此可以计算其性能水平的范围，并且可以确定管的高度、液压直径和FPDM(Fins Per DeciMeter)的范围，使其对应于所述热辐射性能和制冷剂压降的百分比值。
下面将描述四流段蒸发器的最优设计范围，附图5～7的描述中的“蒸发器”指的是四流段蒸发器。
在本发明中，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的各个设计参数的尺寸值得到优化，所述蒸发器与使用R-134a制冷剂的蒸发器相比，具有所需百分比(98％～99％以上)的热辐射性能、所需百分比(90％～95％以下)的制冷剂压降和相同水平(100％)的空气压降。使用管的高度Ht为1.4mm～3.6mm、液压直径Dt为0.97mm～1.89mm、FPDM(每1分米(即10cm(1/10m))片的嵴或槽的数目)为60～84且通孔表面积为110mm2～450mm2的部件的组合来进行性能测试，由此获得图5～7的结果图。然后，根据结果图获得各个设计参数的尺寸值，以优化使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的性能。在图5～7的结果图中，热辐射性能Q、制冷剂压降dP制冷剂和空气压降dP空气由100×(测得值-测得值的最小值)/测得值的标准化最大值表示。
图5是使用HFO 1234yf制冷剂的四流段蒸发器中管的高度Ht与热辐射性能Q和制冷剂压降dP制冷剂的关系图。如图5所示，热辐射性能Q和制冷剂压降dP制冷剂随管的高度Ht的改变而显著改变，但是空气压降dP空气几乎不变，因此空气压降dP空气未在图中示出。
图5A显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为99％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下的范围。如该图所示，管的高度Ht的最大值因热辐射性能Q的限制性条件而被确定为3.711mm，管的高度Ht的最小值因制冷剂压降dP制冷剂的限制性条件而被确定为2.875mm。
图5B显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为98％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下的范围。如该图所示，管的高度Ht的最大值因热辐射性能Q的限制性条件而被确定为4.082mm，管的高度Ht的最小值因制冷剂压降dP制冷剂的限制性条件而被确定为2.489mm。
优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的管的高度Ht为2.489mm～4.082mm(热辐射性能Q为98％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下)，更优选为2.875mm～3.711mm(热辐射性能Q为99％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下)。
图6是液压直径Dt与热辐射性能Q和制冷剂压降dP制冷剂的关系图。如图6所示，热辐射性能Q和制冷剂压降dP制冷剂随液压直径Dt的改变而显著改变，但是空气压降dP空气几乎不变，因此空气压降dP空气未在图中示出。
图6A显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为99％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下的范围。如该图所示，液压直径Dt的最大值因热辐射性能Q的限制性条件确定为1.775mm，液压直径Dt的最小值因制冷剂压降dP制冷剂的限制性条件确定为0.946mm。
图6B显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为98％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下的范围。如该图所示，液压直径Dt的最大值因热辐射性能Q的限制性条件确定为1.839mm，液压直径Dt的最小值因制冷剂压降dP制冷剂的限制性条件确定为0.780mm。
优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的液压直径Dt的值为0.780mm～1.839mm(热辐射性能Q为98％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下)，更优选为0.946mm～1.775mm(热辐射性能Q为99％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下)。
图7是使用HFO 1234yf制冷剂的四流段蒸发器中FPDM与热辐射性能Q和空气压降dP空气的关系图。如图7所示，热辐射性能Q和空气压降dP空气随FPDM的改变而显著改变，但是制冷剂压降dP制冷剂几乎不变，因此制冷剂压降dP制冷剂未在图中示出。
图7A显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为99％以上并且空气压降dP空气为相同水平(即，100％)以下的范围。如该图所示，FPDM的最大值因空气压降dP空气的限制性条件确定为88.897，FPDM的最小值因热辐射性能Q的限制性条件确定为65.190。
图7B显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为98％以上并且空气压降dP空气为相同水平(即，100％)以下的范围。如该图所示，FPDM的最大值因空气压降dP空气的限制性条件确定为88.897，FPDM的最小值因热辐射性能Q的限制性条件确定为63.439。
优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的FPDM的值为63.439～88.897(热辐射性能Q为98％以上，且空气压降dP空气为100％以下)，更优选为65.190～88.897(热辐射性能Q为99％以上，且空气压降dP空气为100％以下)。
简而言之，优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的四流段蒸发器的各设计参数的尺寸范围被确定为如下表1中所示：
表1
Figure GDA0000051194690000111
下面将描述六流段蒸发器的最优设计范围，附图8～10的描述中的“蒸发器”指的是六流段蒸发器。
在本发明中，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的各个设计参数的尺寸值得到优化，所述蒸发器与使用R-134a制冷剂的蒸发器相比，具有所需百分比(98％～99％以上)的热辐射性能、所需百分比(90％～95％以下)的制冷剂压降和相同水平(100％)的空气压降。使用管的高度Ht为1.4mm～3.6mm、液压直径Dt为0.97mm～1.89mm、FPDM(每1分米(即10cm(1/10m))片的嵴或槽的数目)为60～84且通孔表面积为110mm2～450mm2的部件的组合来进行性能测试，由此获得图8～10的结果图。然后，根据结果图获得各个设计参数的尺寸值，以优化使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的性能。在图8～10的结果图中，热辐射性能Q、制冷剂压降dP制冷剂和空气压降dP空气由100×(测得值-测得值的最小值)/测得值的标准化最大值表示。
图8是六流段蒸发器中管的高度Ht与热辐射性能Q和制冷剂压降的关系图。如图8所示，热辐射性能Q和制冷剂压降dP制冷剂随管的高度Ht的改变而显著改变，但是空气压降dP空气几乎不变，因此空气压降dP空气未在图中示出。
图8A显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为99％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下的范围。如该图所示，管的高度Ht的最大值因热辐射性能Q的限制性条件确定为3.216mm，管的高度Ht的最小值因制冷剂压降dP制冷 剂的限制性条件确定为2.280mm。
图8B显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为98％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下的范围。如该图所示，管的高度Ht的最大值因热辐射性能Q的限制性条件确定为3.371mm，管的高度Ht的最小值因制冷剂压降dP制冷剂的限制性条件确定为1.921mm。
优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的管的高度Ht为1.921mm～3.371mm(热辐射性能Q为98％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下)，更优选为2.280mm～3.216mm(热辐射性能Q为99％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下)。
图9是六流段蒸发器中液压直径Dt与热辐射性能和制冷剂压降的关系图。如图9所示，热辐射性能Q和制冷剂压降dP制冷剂随液压直径Dt的改变而显著改变，但是空气压降dP空气几乎不变，因此空气压降dP空气未在图中示出。
图9A显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为99％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下的范围。如该图所示，液压直径Dt的最大值因热辐射性能Q的限制性条件确定为3.008mm，液压直径Dt的最小值由制冷剂压降dP制冷 剂的限制性条件确定为2.146mm。
图9B显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为98％以上并且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下的范围。如该图所示，液压直径Dt的最大值因热辐射性能Q的限制性条件确定为3.228mm，液压直径Dt的最小值因制冷剂压降dP制冷剂的限制性条件确定为1.857mm。
优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的液压直径Dt的值为1.857mm～3.228mm(热辐射性能Q为98％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为95％以下)，更优选为2.146mm～3.008mm(热辐射性能Q为99％以上，且制冷剂压降dP制冷剂为90％以下)。
图10是使用HFO 1234yf制冷剂的六流段蒸发器中FPDM与热辐射性能Q和空气压降dP空气的关系图。如图10所示，热辐射性能Q和空气压降dP空气随FPDM的改变而显著改变，但是制冷剂压降dP制冷剂几乎不变，因此制冷剂压降dP制冷剂未在图中示出。
图10A显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为99％以上并且空气压降dP空气为相同水平(即，100％)以下的范围。如该图所示，FPDM的最大值因空气压降dP空气的限制性条件确定为79.211，FPDM的最小值因热辐射性能Q的限制性条件确定为55.294。
图10B显示了相对于使用R-134a制冷剂的蒸发器，热辐射性能Q为98％以上并且空气压降dP空气为相同水平(即，100％)以下的范围。如该图所示，FPDM的最大值因空气压降dP空气的限制性条件确定为79.211，FPDM的最小值因热辐射性能Q的限制性条件确定为48.718。
优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的蒸发器的FPDM的值为48.718～79.211(热辐射性能Q为98％以上且空气压降dP空气为100％以下)，更优选为55.294～79.211(热辐射性能Q为99％以上且空气压降dP空气为100％以下)。
简而言之，优选的是，使用HFO 1234yf制冷剂的六流段蒸发器的各设计参数的尺寸范围被确定为如下表2中所示：
表2
Figure GDA0000051194690000131
虽然已参考具体实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以进行各种改变和修改，而不背离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述空调系统包括：
压缩机；
冷凝器；和
膨胀阀，
其中，所述管片式蒸发器包括：多个管，所述管沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片，所述片插在所述管之间以增加与在所述管之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱，所述集箱连接于所述管的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个设置在所述集箱中的挡板，并且
所述热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，所述管的高度为2.489mm～4.082mm，并且所述热交换介质流被分为四个流段。
2.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述管的高度为2.875mm～3.711mm。
3.一种具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述空调系统包括：
压缩机；
冷凝器；和
膨胀阀，
其中，所述管片式蒸发器包括：多个管，所述管沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片，所述片插在所述管之间以增加与在所述管之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱，所述集箱连接于所述管的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个设置在所述集箱中的挡板，并且
所述热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，所述管的液压直径为0.780mm～1.839mm，并且所述热交换介质流被分为四个流段。
4.如权利要求3所述的空调系统，其中，所述管的液压直径为0.946mm～1.775mm。
5.一种具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述空调系统包括：
压缩机；
冷凝器；和
膨胀阀，
其中，所述管片式蒸发器包括：多个管，所述管沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片，所述片插在所述管之间以增加与在所述管之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱，所述集箱连接于所述管的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个设置在所述集箱中的挡板，并且
所述热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，表示每分米的片的数目的FPDM的值为63.439～88.897，并且所述热交换介质流被分为四个流段。
6.如权利要求5所述的空调系统，其中，所述FPDM的值为65.190～88.897。
7.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述蒸发器100设置有以下述状态形成的第一至第四管组：将设置在第一排和第二排的上箱和下箱中的挡板插入在其中，并且所述热交换介质依次通过所述第一至第四管组。
8.一种具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述空调系统包括：
压缩机；
冷凝器；和
膨胀阀，
其中，所述管片式蒸发器包括：多个管，所述管沿吹风方向平行排列，并且以规则的间距相互隔开；片，所述片插在所述管之间以增加与在所述管之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱，所述集箱连接于所述管的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个设置在所述集箱中的挡板，并且
所述热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，所述管的高度为1.921mm～3.371mm，并且所述热交换介质流被分为六个流段。
9.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述管的高度为2.280mm～3.216mm。
10.一种具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述空调系统包括：
压缩机；
冷凝器；和
膨胀阀，
其中，所述管片式蒸发器包括：多个管，所述管沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片，所述片插在所述管之间以增加与在所述管之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱，所述集箱连接于所述管的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个设置在所述集箱中的挡板，并且
所述热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，所述管的液压直径为1.857mm～3.228mm，并且所述热交换介质流被分为六个流段。
11.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述管的液压直径为2.146mm～3.008mm。
12.一种具有使用HFO 1234yf制冷剂的管片式蒸发器的空调系统，所述空调系统包括：
压缩机；
冷凝器；和
膨胀阀，
其中，所述管片式蒸发器包括：多个管，所述管沿吹风方向平行排列，并且以相等的间距相互隔开；片，所述片插在所述管之间以增加与在所述管之间流动的空气的热交换表面积；一对集箱，所述集箱连接于所述管的两端，以使热交换介质穿过其流动；和至少一个或多个设置在所述集箱中的挡板，并且
所述热交换介质为含有HFO 1234yf的制冷剂，表示每分米的片的数目的FPDM的值为48.718～79.211，并且所述热交换介质流被分为六个流段。
13.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述FPDM的值为55.294～79.211。
14.如权利要求1所述的空调系统，其中，所述蒸发器100设置有以下述状态形成的第一至第六管组：将设置在第一排和第二排的上箱和下箱中的挡板插入在其中，并且所述热交换介质依次通过所述第一至第六管组。
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