CN104685305A - 制冷器 - Google Patents

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CN104685305A CN201280076069.1A CN201280076069A CN104685305A CN 104685305 A CN104685305 A CN 104685305A CN 201280076069 A CN201280076069 A CN 201280076069A CN 104685305 A CN104685305 A CN 104685305A
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Abstract

在此提供了一种制冷器(2)，该制冷器包括一个制冷系统(4)、被该制冷系统(4)冷却的一个隔室(6)。该制冷系统(4)包括一个压缩机(10)、一个冷凝器(12)、一个第一膨胀安排(14)、用于气态和液态制冷剂的一个蓄积器(16)、一个第二膨胀安排(18)以及一个蒸发器(20)。该制冷系统(4)包括一个第一导管路径(22)以及一个第二导管路径(24)，该第一和第二导管路径(22，24)并行地从该蓄积器(16)朝向该压缩机(10)延伸。该压缩机(10)是该制冷系统(4)的唯一压缩机并且该压缩机(10)是单级压缩机。一个流动控制装置(26)被安排在该导管系统(8)中以用于交替地引导制冷剂穿过该第一导管路径(22)和该第二导管路径(24)。

Description

制冷器
技术领域
本发明涉及一种制冷器，该制冷器具有包含蓄积器的制冷回路。
背景
制冷器包括被安排来冷却该制冷器的至少一个隔室的一个制冷系统。该隔室内的温度可以高于0摄氏度或低于0摄氏度。该制冷器包括一个制冷系统，一种制冷剂在其中循环。该制冷系统包括一个压缩机、一个冷凝器、一个膨胀安排以及一个蒸发器。气态制冷剂在压缩机中被压缩并且在冷凝器中冷凝成液相。穿过该膨胀安排，液态制冷剂的压力减小。低压下的液态制冷剂在蒸发器中蒸发。该蒸发器被安排成与该制冷器的隔室处于热连通。因此，该蒸发器冷却该隔室。在此类制冷系统中，在膨胀安排中由于流体流动摩擦而发生能量损失。流体流动摩擦是由于气态制冷剂与液态制冷剂一起流经该膨胀安排并经历压力减小而造成的。
包括被安排成中压水平和低压水平之间的分离器的一个蓄积器的两级压缩系统在制冷器技术领域之外以前就是已知的。该蓄积器还可以称为闪蒸罐。以不同的压力比运行的两个压缩机、或带有两个入口端口的一个两级压缩机提供了将制冷剂的膨胀分成两个步骤的基础，这两个步骤是用处于中压水平的蓄积器分开的。在制冷剂从冷凝器下游的高压水平第一次膨胀至中压水平之后，该制冷剂以气体/液体混合物进入该蓄积器中，气态制冷剂在该蓄积器中被分离出来并被输送到该一个或多个压缩机的中压入口。蓄积器中的液态制冷剂经受第二次膨胀，其中压力降低至低压水平，在该低压水平，制冷剂在蒸发器中蒸发。蒸发的低压制冷剂进入压缩机的低压入口。
虽然在后一种制冷系统中可以降低能量损失，但是在一些应用中，例如在家用制冷器中，生产成本和系统复杂性高于所希望的。此外，用于例如家用制冷器的适当大小的两级压缩机不容易商购。
概述
本发明的一个目的是提供一种包括制冷系统的制冷器，该制冷系统具有减小能量损失的优点但又至少缓解了上述缺点。
根据本发明的一个方面，该目的是通过一种制冷器实现的，该制冷器包括有制冷剂至少间歇性地流动穿过其中的一个制冷系统以及被该制冷系统冷却的一个隔室。该制冷系统包括一个导管系统和通过该导管系统互连的多个系统部件。这些系统部件包括一个压缩机、一个冷凝器、一个第一膨胀安排、用于气态和液态制冷剂的一个蓄积器、一个第二膨胀安排以及一个蒸发器。该制冷系统包括一个第一导管路径和一个第二导管路径。该第一和第二导管路径并行地从蓄积器朝向压缩机延伸。在制冷剂的流动方向上看，该第二导管路径从该蓄积器延伸经过第二膨胀安排而到达蒸发器。该压缩机是该制冷系统的唯一压缩机并且该压缩机是单级压缩机。一个流动控制装置被安排在该导管系统中以用于交替地引导制冷剂穿过该第一导管路径和该第二导管路径。
由于该流动控制装置交替地引导制冷剂穿过该第一和第二导管路径，所以在该系统中可以使用一个单级压缩机。因此，实现了相对低复杂性的制冷器。因此，实现了上述目的。
在该制冷器中，该第一和第二导管路径通过该流动控制装置而保持分开，使得制冷剂要么流动穿过第一导管路径要么流动穿过第二导管路径。相应地，制冷剂交替地以中压水平流动穿过该第一导管路径并且部分地以低压水平穿过该第二导管路径而到达压缩机。该压缩机具有仅一个压缩级并且相应地具有一个外部入口和一个外部出口。
该制冷器可以是用于食品的家用制冷器。由于压缩机基于例如该隔室的冷却要求而被开启和关掉，制冷剂间歇性地流动穿过该制冷系统。相应地，当压缩机运转时，制冷剂在该制冷系统中循环。如以上所述，制冷剂一次只流经第一和第二导管路径之一。当制冷剂循环时，来自压缩机的气态制冷剂被冷却并且在冷凝器中冷凝成液态。在冷凝器之后，液态制冷剂经历压降而达到该第一膨胀安排中的中压水平。制冷剂以气体/液体混合物被送入该蓄积器，在该蓄积器内中压水平占主导。气态制冷剂在蓄积器中被分离出并且经由该流动控制装置被送到压缩机。蓄积器中的液态制冷剂在第二膨胀安排中经历第二压降，其中压力降低至该低压水平。在该低压水平，制冷剂在蒸发器中蒸发并且冷却该隔室，其中蒸发器是与该隔室处于热连通的。蒸发的低压气态制冷剂经由该流动控制装置被送到压缩机。相应地，当流动控制装置交替地引导制冷剂穿过该第一导管路径和该第二导管路径时，气态制冷剂在该压缩机中交替地从中压水平和低压水平被压缩。
该制冷器可以包括一个控制系统，该控制系统可以被适配成用于例如通过实施根据在此所讨论的方面和实施例的方法来控制该制冷器。该控制系统可以被适配成用于控制例如该流动控制装置和压缩机。该控制系统可以包括被安排成与该隔室、蒸发器和/或蓄积器处于热连通的多个温度传感器。该控制系统可以包括被安排在例如该蓄积器中的一个压力传感器。该控制系统可以被设定成将隔室中的温度维持在高于0摄氏度或低于0摄氏度。该第一和第二导管路径可以并行地从蓄积器朝向流动控制装置延伸。
在研究所附权利要求书和以下详细说明时，本发明的进一步特征和优点将变得清楚。本领域的普通技术人员将认识到，可以不脱离所附权利要求书所定义的本发明的范围而将本发明的不同特征进行结合以得到下面所描述之外的实施例。
附图简要说明
从以下详细说明和附图中将容易理解本发明的这些不同方面，包括其具体特征和优点，在附图中：
图1和图2示意性地展示了根据多个实施例的制冷器，
图3展示了制冷剂特性图，表示出了图1和图2中所展示的制冷系统的p-压力和h-焓。
详细说明
现在将参照这些附图对本发明进行更全面的描述，在附图中示出了多个实例性实施例。然而，本发明不应该被解释为局限于在此阐述的这些实施例。如本发明所属领域的普通技术人员容易理解的，这些实例性实施例的披露特征可以进行组合。贯穿全文，相似的数字指示相似的元件。为简洁和/或清晰起见，众所周知的功能或构造不必在此详细进行描述。
图1示意性地展示了根据多个实施例的制冷器2。制冷器2包括有制冷剂至少间歇性地流动穿过其中的一个制冷系统4以及被该制冷系统4冷却的一个隔室6。该制冷系统4包括一个导管系统8和通过该导管系统8互连的多个系统部件。这些系统部件包括一个压缩机10、一个冷凝器12、一个第一膨胀安排14、用于气态和液态制冷剂的一个蓄积器16、一个第二膨胀安排18以及一个蒸发器20。该导管系统4沿制冷剂的流动方向从压缩机10延伸至冷凝器12、从冷凝器12延伸至第一膨胀安排14并且从第一膨胀14安排延伸至蓄积器16。制冷系统4包括一个第一导管路径22和一个第二导管路径24。该第一和第二导管路径22、24并行地从蓄积器16延伸到一个流动控制装置26。压缩机10是该制冷系统4的唯一压缩机并且该压缩机10是单级压缩机。流动控制装置26被安排在导管系统8中并且交替地引导制冷剂穿过该第一导管路径22和第二导管路径24。流动控制装置26被安排在压缩机10的上游且在蓄积器16的下游。第一导管路径22和第二导管路径24在压缩机10的上游且蓄积器16和蒸发器20的下游汇合。第一导管路径22从蓄积器16延伸至流动控制装置26。在制冷剂的流动方向上看第二导管路径24从蓄积器16经由第二膨胀安排18延伸至蒸发器20并到达流动控制装置26。流动控制装置26包括将第一导管路径22、第二导管路径24和压缩机10互连的一个三通阀28。
在导管系统8中，安排了一个第一热交换器30。第一热交换器30被安排成用于将来自第一膨胀安排14之前的液态制冷剂的热量传递给第一导管路径22中在蓄积器16之后的气态制冷剂。相应地，制冷系统4包括一个第一热交换器30。第一热交换器30包括一个第一通路32和一个第二通路34。第一通路32包括第一导管路径22的在蓄积器16下游的多个部分。第二通路34被安排在冷凝器12的下游且在第一膨胀安排14的上游，或者该第二通路34形成了第一膨胀安排14的一部分。当制冷剂流经第一导管路径22时，在第一热交换器30中从冷凝器12流向第一膨胀安排14、或流经第一膨胀安排14的液态制冷剂被冷却，而第一制冷剂路径22中处于中压水平的气态制冷剂过热。类似地，在导管系统8中，安排了一个第二热交换器36。第二热交换器36被安排成用于将来自第二导管路径24中在第二膨胀安排18之前的液态制冷剂的热量传递给第二导管路径22中在蒸发器20之后的气态制冷剂。相应地，制冷系统4包括一个第二热交换器36。第二热交换器36包括一个第三通路38和一个第四通路40。第三通路38包括第二导管路径24的在蓄积器16下游且在第二膨胀安排18上游的多个部分，或者该第三通路38形成了第二膨胀安排18的一部分。第四通路40包括第二导管路径24的在蒸发器20下游的多个部分。当制冷剂流经第二导管路径24时，在第二热交换器36中从蓄积器16流向第二膨胀安排18的液态制冷剂被冷却，而第二制冷剂路径24中在蒸发器之后处于中压水平的气态制冷剂过热。在第一热交换器30的第二通路34形成了第一膨胀安排14的一部分的多个实施例中并且在第三通路38形成了第二膨胀安排18的一部分的多个实施例中，一个膨胀安排的毛细管分别形成了第二通路34和第三通路38。替代地，第一和第二热交换器30、36中的一者或两者可以从导管系统8中省略。
图2示意性地展示了根据多个实施例的制冷器2。下文中讨论与图1实施例的主要区别。在这些实施例中，流动控制装置28包括被安排在第一导管路径22中的一个第一阀42以及被安排在第二导管路径24中的一个第二阀44。更确切地，该第二阀是一个止回阀44。止回阀44在制冷剂以中压水平流经第一导管路径26时防止该制冷剂流入第二导管路径24中。第一热交换器30已被省略，并且包括第三通路38和第四通路40的第二热交换器36被安排在冷凝器12的下游。第三通路38被安排在冷凝器12的下游且在第一膨胀安排14的上游，或者该第三通路38形成了第一膨胀安排14的一部分。第四通路40包括第二导管路径24的在蒸发器20下游的多个部分。
第二热交换器38的另一种可能安排可以包括如结合图1所展示的第二热交换器38。即，第二热交换器38可以包括两个部分：一部分被安排在冷凝器12与蓄积器16之间(如图2)并且另一部分被安排在蓄积器16与蒸发器20之间(如图1)。在这样的实施例中，来自蒸发器12的制冷剂可以首先流经被安排在蓄积器16与蒸发器20之间的热交换器部分的第四通路40并且接着流经被安排在冷凝器12与蓄积器16之间的热交换器部分的第四通路40。图1实施例的第一热交换器30同样可以被设置在导管系统8中。在这种情况下，另外一种可能的热交换器安排可以是将第一和第二热交换器30、36彼此整合，其中第二通路34和第三通路38被安排在冷凝器12的下游且在第一膨胀安排14的上游、和/或第二和第三通路34、38形成第一膨胀安排14的一部分
图3展示了制冷剂特性图，表示了图1和图2中所展示的制冷系统4的p-压力和h-焓。这个图是在制冷系统4中循环的制冷剂的压力和焓的变化的示意性表示。这个图被提供用于展示通过使用在此描述的蓄积器16所获得的增益。曲线50代表制冷剂在液相与气相之间的完整转变，反之亦然。在曲线50的左边末端处，制冷剂处于液相并且在曲线50的右边末端处制冷剂处于气相。在曲线50内，制冷剂处于不同程度上的液相和气相两者。这个图中的水平线代表等压线。此外，曲线50内的水平线代表等温线。在这个图中沿着等温线从左向右移动，制冷剂在蒸发。相反，沿着等温线从右向左移动，制冷剂在冷凝。
带有箭头的这些线代表制冷剂于制冷系统4中循环时的压力和比焓。由这些带有箭头的线形成的较大框代表制冷剂经过包含蒸发器20的第二导管路径24的循环。由这些带有箭头的线形成的较小框代表制冷剂经过第一导管路径22的循环。
制冷剂所传递的热量或能量Q是制冷剂的比焓差Δh乘以质量流速m’，即Δh x m’。Δh在这个图中由沿着h轴线的距离表示。
线52的一部分代表制冷剂在冷凝器12中的冷凝。在点54处，制冷剂在第一膨胀安排14中经历压降。在制冷剂流经第一导管路径22的同时，来自蓄积器16的气态制冷剂在压缩机10中被压缩。线56代表蓄积器16中的中压水平。线58代表压缩机10中的这种压缩。当制冷剂经由第一导管路径22循环穿过该制冷系统循环时，来自蓄积器16的气态制冷剂被压缩并在冷凝器12中冷凝成液态制冷剂，该液态制冷剂进而流到蓄积器16。
当制冷剂相反地在制冷系统4中穿过第二导管路径24循环时，该制冷剂在第一膨胀安排14中的点54处经历第一压降而达到蓄积器16中的中压水平。来自蓄积器16的处于中压水平的液态制冷剂在第二膨胀安排18中的点62处经历第二压降而达到低压水平。线64代表制冷剂在蒸发器20中在该低压水平下的蒸发。线66代表来自低压水平的制冷剂在压缩机10中的压缩。
如从这个图中的线64的长度可以看到，由于使用了蓄积器16，并且制冷剂交替流经第一和第二导管路径22、24，可用于在蒸发器20中冷却的焓与不存在蓄积器16并且制冷剂仅流经第二导管路径24时更多，即，在这种情况下线64仅在点54的竖直下方开始。
可以安排制冷器2的一个控制系统以至少控制压缩机10和流动控制装置26。隔室6的温度可以用作压缩机10的运转100的一个条件。例如，在隔室6内的最大温度阈值下，压缩机10被启动，并且在隔室6内的最小温度阈值下，压缩机10停止。替代地，隔室6内的平均温度对于使压缩机10运转可能是决定性的。该控制系统可以基于例如蓄积器16中的压力指标来引导制冷剂交替地穿过第一导管路径22和第二导管路径24。蓄积器压力可以例如是通过蓄积器16内的压力传感器直接建立的或是通过对蓄积器16的温度测量而间接建立的。
如本领域技术人员所理解的，上述实例实施例可以进行组合。本领域技术人员还理解的是，该第一和第二膨胀安排各自可以是例如一个毛细管、恒温膨胀阀或电子膨胀阀。压缩机10可以是单速压缩机或变速压缩机。尽管已经参照多个实例实施例描述了本发明，但许多不同的改变、修改等等对于本领域技术人员将变得清楚。因此，应当理解的是，之前所述是对不同示例性实施例的说明并且本发明仅由所附权利要求书限定。
如在此使用的术语“包括”或“包括了”是开放式的并且包含一个或多个所叙述的特征、元件、步骤、部件或功能，而并不排除一个或多个其他的特征、元件、步骤、部件、功能或其群组的存在或添加。

Claims (9)

1.一种制冷器(2)，包括有制冷剂至少间歇性地流动穿过其中的一个制冷系统(4)以及被该制冷系统(4)冷却的一个隔室(6)，其中该制冷系统(4)包括一个导管系统(8)和通过该导管系统(8)互连的多个系统部件，其中这些系统部件包括一个压缩机(10)、一个冷凝器(12)、一个第一膨胀安排(14)、用于气态和液态制冷剂的一个蓄积器(16)、一个第二膨胀安排(18)以及一个蒸发器(20)，并且其中该制冷系统(4)包括一个第一导管路径(22)以及一个第二导管路径(24)，该第一和第二导管路径(22，24)并行地从该蓄积器(16)朝向该压缩机(10)延伸，其中在该制冷剂的流动方向上看该第二导管路径(24)从该蓄积器(16)延伸经过该第二膨胀安排(18)到达该蒸发器(20)，
其特征在于
该压缩机(10)是该制冷系统(4)的唯一压缩机并且该压缩机(10)是单级压缩机，并且其中一个流动控制装置(26)被安排在该导管系统(8)中以用于交替地引导制冷剂穿过该第一导管路径(22)和该第二导管路径(24)。
2.根据权利要求1所述的制冷器(2)，其中该导管系统(8)沿该制冷剂的流动方向从该压缩机(10)延伸至该冷凝器(12)、从该冷凝器(12)延伸至该第一膨胀安排(14)并且从该第一膨胀安排(14)延伸至该蓄积器(16)。
3.根据权利要求1或2所述的制冷器(2)，其中该流动控制装置(26)被安排在该压缩机(10)的上游且在该蓄积器(16)的下游，并且其中该第一导管路径(22)和该第二导管路径(24)在该压缩机(10)的上游且在该蓄积器(16)和该蒸发器(20)的下游汇合。
4.根据上述权利要求中任一项所述的制冷器(2)，其中该流动控制装置(26)包括将该第一导管路径(22)、该第二导管路径(24)和该压缩机(10)互连的一个三通阀(28)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷器(2)，其中该流动控制装置(26)包括被安排在该第一导管路径(22)中的一个第一阀(42)以及被安排在该第二导管路径(24)中的一个第二阀(44)。
6.根据权利要求5所述的制冷器(2)，其中该第二阀是一个止回阀(44)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的制冷器(2)，其中该制冷系统(4)包括一个第一热交换器(30)，该第一热交换器(30)包括一个第一通路(32)和一个第二通路(34)，该第一通路(32)包括该第一导管路径(22)的在该蓄积器(16)下游的多个部分，并且该第二通路(34)被安排在该冷凝器(12)的下游且在该第一膨胀安排(14)的上游，或者该第二通路(34)形成该第一膨胀安排(14)的一部分。
8.根据上述权利要求中任一项所述的制冷器(2)，其中该制冷系统(4)包括一个第二热交换器(36)，该第二热交换器(36)包括一个第三通路(38)和一个第四通路(40)，该第三通路(38)包括该第二导管路径(24)的在该蓄积器(16)下游且在该第二膨胀安排(18)上游的多个部分，或者该第三导管路径形成该第二膨胀安排18的一部分，并且其中该第四通路(40)包括该第二导管路径(24)的在该蒸发器(20)下游的多个部分。
9.根据上述权利要求中任一项所述的制冷器(2)，其中该制冷系统(4)包括一个第二热交换器(36)，该第二热交换器(36)包括一个第三通路(38)和一个第四通路(40)，该第三通路(38)被安排在该冷凝器(12)的下游且在该第一膨胀安排(14)的上游，或者该第三通路(38)形成该第一膨胀安排(14)的一部分，并且其中该第四通路(40)包括该第二导管路径(24)的在该蒸发器(20)下游的多个部分。
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