CN108369044A - 带有液体吸入式换热器的空调器 - Google Patents

Abstract

提供了一种空调器系统，该空调器系统包括压缩机(701)、冷凝器(703)和蒸发器(709)。该空调器进一步包括设置在从该冷凝器(703)到该蒸发器(707)的流路中的液体吸入式换热器(709)。

Description

带有液体吸入式换热器的空调器

技术领域

本披露涉及一种空调器。具体地讲，本披露涉及一种便携式空调器。

背景技术

空调(AC)是将空气调节成所需状态的统称。在寒冷时期它可以加热空气，在较温暖时期可以冷却空气，或如果空气含有不期望的颗粒，则用于净化空气。然而，当强调冷却时最常使用空调这种表达。作为产品，空调器可以看起来是各种形式并以各种方式来使用，但它们都享有相同的基本技术。

经常发现，现有的便携式空调器较大、难以搬运、有噪声且效率低。此外，从房间中移除热量而连接的排风出口的设计经常是复杂且效率低的。例如在美国专利No.2,234,753中描述了一种已知的便携式空调器。

便携式AC系统的设计与其他空调器不同，因为该系统的所有部件都安装在必须在空调空间内工作的包装单元内，通过通常连接到外界的排风系统释放残余能量(在正常冷却过程中产生的)。

在便携式AC单元中，有两个一般程序来冷却空气源冷凝器：单风道和双风道方法。在第一方法(单风道)中，系统从其周围(空调空间)吸入空气，迫使空气经过冷凝器表面并最终从冷凝器中去除残余能量。然后，通过使用单风道系统将热风排出室外。在这种方法中，进风温度具有室内温度条件，这使得能量交换过程从制冷剂循环的角度来看更有利。

在双风道方法中，系统使用进风道从室外注入“热”风来冷却冷凝器。最后，来自冷凝器的相对较高温度的空气通过二次排风道再次被释放到室外。在这种方法中，进风温度处于室外温度条件下。这种方法可以为使用者提供更快的冷却效果，因为系统不使用室内空气作为冷凝器的冷却介质，但进而需要更大尺寸/体积的部件来补偿更高的入口室外温度。

两种方法、单风道和双风道，在风流量、换热器的尺寸以及风管道系统的尺寸方面都有不同的限制。

那些特殊性需要便携式AC系统利用特定尺寸的冷凝器，从而限制系统使用的最大风流量，因为进风和排风系统必须尽可能紧凑得多。

便携式AC系统中的风流量还受到噪音水平的限制，因为流过小直径软管的较大风流量导致较大的压降和较高的噪音水平。从这个意义上说，单风道系统比双风道系统有明显的优势，因为进风和循环冷凝温度之间的温差较大，需要较小的风流量来执行排热过程。

因此，对于便携式AC系统，冷凝器是设计中最关键的部件之一，因为它必须以非常有限的风流量交换更大的热负荷。因此，这种特殊性显著影响冷凝器的整体设计和整个系统的性能。

一直希望改善空调器的运行。

因此，存在着对于改进的空调器的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少部分解决现有空调器问题的改进的空调器。

这个目的和其他目的是通过在所附权利要求中所述的便携式空调器来达到的。还披露了可以与空调器一起使用的装置，特别是便携式空调器。

根据一个实施例，提供了一种空调器，该空调器包括压缩机、冷凝器、和蒸发器。该空调器包括设置在从冷凝器到蒸发器的流路中的液体吸入式换热器。由此可以实现空调器效率的提高。该空调器可以有利地作为便携式空调器。

根据一些实施例，该空调器可以包括用于反转制冷循环以允许空调器提供加热和冷却的四通阀。

根据一些实施例，通到该空调器的液体吸入式换热器的液体管线被布置在来自蒸发器的饱和蒸气管线的内部。该液体管线可以在该液体管线的外侧设有翅片。

附图说明

现在将通过非限制性实例并参考附图来更详细描述本发明，在附图中：

-图1和2展示了不同的冷却效果，

-图3展示了内部过热对能量效率比的影响，

-图4展示了外部蒸气过热对系统性能的负面影响，

-图5示出了在饱和条件后不同制冷剂的体积冷却效果和EER随过冷增大而提高，

-图6示出了在饱和条件后，不同制冷剂的体积冷却效果和EER随内部过热增大而提高，

-图7描绘了示例性空调系统，

-图8描绘了根据替代性实施例的示例性空调系统，

-图9描绘了液体吸入式换热器的不同配置，

-图10展示了位于蒸气吸入管线周围或与之平行的液体管线，以及

-图11展示了空调器系统的一般原理。

具体实施方式

图11展示了空调器系统的一般原理。系统的主要部分是压缩机1101、蒸发器1103、冷凝器1105和膨胀装置1107(如毛细管)。而且，可以提供冷凝器风扇1109和蒸发器风扇1111。压缩机在回路中与冷凝器、蒸发器和膨胀装置连接。制冷剂具有从液体转变成蒸气并且通过这样使温度改变的能力。调温后的制冷剂和室内空气协同工作来彼此交换热量。

为了提高空调器、特别是便携式空调器的性能，提供液体吸入式换热器作为基本制冷循环的补充元件，以提高其冷却能力和循环效率。

液体吸入式换热器技术允许冷凝器之后的液体制冷剂与返回到压缩机吸入部的饱和蒸汽之间的能量交换过程。

因此，在空调器系统中、特别是在便携式空调器中提供了液体吸入式换热器。

描述了空调器中的液体吸入式换热器的一些不同实现方式。一般而言，液体吸入式换热器在其一个回路中包括单个或多个液体管线，这些液体管线围住来自空调器的冷凝器的液体制冷剂。在其第二回路中，换热器围住离开空调器的蒸发器的饱和或稍微过热的制冷剂。

两个流之间的能量交换允许液体制冷剂的过冷度就在液体制冷剂进入膨胀装置之前增加，而来自蒸发器的蒸汽就在进入压缩机吸入部以再次重新启动冷却循环之前获得附加的过热度。

冷凝器之后附加的过冷度通常对制冷循环的总冷却能力产生积极影响，因为较高的过冷度将允许蒸发器中较高的蒸发焓和随后较高的冷却能力。

图1示出了制冷剂R410A的、根据过冷度对体积冷却能力和能量效率比(EER)的影响，该制冷剂常用于便携式空调器。图1表示了根据通常在AC应用中实现的不同冷凝和蒸发温度，液体吸入式换热器的热力学效应。

在图1中，描绘了在使用R410A作为冷却介质情况下在10℃蒸发温度(左)和50℃冷凝温度(右)下，体积冷却效果和EER(能量效率比)随过冷度而增加。

从图1可以明显看出，特别是在高冷凝温度下，过冷度对循环性能始终具有积极的影响。由于与这种系统内在相关的空间限制以及在这种情况下冷凝温度往往较高，这个事实在冷凝器侧具有空气流量限制的便携式空调(AC)单元中是特别有利的。

冷凝之后过冷度的增大对风冷式冷凝器特别有利。然而，冷凝器内部过冷度的增大导致内部容积和传热面积的增加，从经济角度来看这并不总是最佳的。

从这个意义上讲，通过使用外部液体过冷器，系统可以利用吸入蒸气低温，以高效的方式提高循环性能。

在标准制冷循环中，吸入蒸气管线通常与周围环境交换能量，由于低蒸发条件而浪费了循环中产生的制冷剂效果。

液体吸入式换热器技术提供的优点是允许通过吸入气体管线从冷凝液体释放一部分热负荷到循环中，不仅增大了液体制冷剂的过冷度，而且还升高了蒸发的制冷剂在进入压缩机之前的温度。

此外，吸入温度的适度升高有利于最小化来自环境的热增加的影响，其从循环观点来说是非常负面的影响。附加的过热还防止在吸入管线中不希望的冷凝，避免在管道上对附加的隔热材料的需要。

虽然两种效应似乎对循环性能都有益，但对于某些特定制冷剂和特定情况来说，蒸发器之后过热的过度增加会对循环性能产生负面影响，因为体积制冷效果和体积压缩工作将取决于吸入气体的具体体积。

图2表示通常用于AC单元中的R410A的、根据内部吸入蒸气过热(制冷空间内产生的过热)对体积冷却效果的影响。

在图2中，表示了在将蒸发温度固定在10℃下在不同的冷凝温度下的体积冷却效果(图2左)、以及在将冷凝条件固定在50℃下在不同的蒸发温度下的体积冷却效果(图2右)。

从图2中清楚的是，对于R410A，当循环在高于45℃的冷凝温度下工作时，内部过热改善了体积冷却效果。另一方面，在高蒸发温度下，内部过热对体积容量有负面影响。

图3示出了内部过热对R410A系统能量效率比的影响，从图3可以清楚看出，对于低于50℃的冷凝温度，内部过热对系统性能具有负面影响。另一方面，高蒸发温度对循环性能也有负面影响。

图3示出了在将蒸发固定在10℃下在不同冷凝温度下(图左)；以及在将冷凝固定在50℃情况下在不同的蒸发温度下(图右)标准循环中R410A的EER根据内部过热的变化。

对于AC应用，标准冷凝温度正常情况下在48℃到60℃之间波动，而蒸发温度在8℃到12℃变化。这使得这种技术适于提高使用R410A的便携式应用的AC循环的容量和效率。

此外，本发明中提出的液体吸入式换热器技术的使用代表了一种积极的解决方案，以最小化从周围环境向吸入管道传热的有害影响。另一个附加的优点是使吸入管道表面上的冷凝水分最小化。

图4展示了外部蒸气过热对系统性能的负面影响，外部过热是通过制冷剂空间外的吸入管线与其周围环境之间的能量交换产生的。它的影响总是负面的，并且必须尽可能地在任何设计中加以避免，或者通过使用液体吸入式换热器、通过隔热、或者通过在系统条件允许的情况下升高蒸发温度。

图4描绘了在将蒸发固定在10℃下在不同冷凝温度下(图左)、以及在将冷凝固定在50℃情况下在不同的蒸发温度下(图右)标准循环中R410A的EER随外部过热而降低。

从以前的分析中可以清楚的是，对于某些条件，在基本循环中液体吸入式换热器的实现方式可以通过使用常用于AC应用中、特别是便携式AC系统中的标准制冷剂R410A来提高循环性能。

进一步对一些替代性制冷剂进行比较和分析，以尽可能的替代在AC系统中实现的标准制冷剂。用于比较循环的方法与之前在R410A的分析中使用的方法相同。

图5示出了在饱和条件后不同制冷剂的体积冷却效果和EER随冷度增大而提高，在50℃冷凝温度和10℃蒸发温度下已经进行了比较。

图5：在10℃蒸发温度和50℃冷凝温度下R410A、R32、R290、R1234YF和R152a的体积冷却效果和EER随过冷度而提高，

从图5可以清楚的是，过冷度的增大对系统性能总是有利的。然而，对于某些制冷剂，如R1234YF、R410A或丙烷，通过系统性能的提高所获得的收益较高。前面所示的关于蒸发和冷凝温度的影响的一般趋势对于所比较的制冷剂来说保持不变。

图6示出了在饱和条件后不同制冷剂的体积冷却效果(图左)和EER(图右)随内部过热增大而提高，在50℃冷凝温度和10℃蒸发温度下已经进行了比较。在图6中，在蒸发温度10℃和冷凝温度50℃下，对于R410A、R32、R290、R1234YF、以及R152a，体积冷却效果和EER随内部过热度而提高。

图6示出了，与过冷不同，内部过热的增大对于被认为是AC系统的替代品的一些制冷剂具有负面影响。R32对系统性能始终具有负面影响，而R1234YF和R290在体积冷却效果和EER方面都表现出更好的效果。

如前所示，R410A在50℃/10℃下显示出适度改善，而R152a的内部过热显示出对系统性能的无影响。这基本上意味着通过使用液体吸入式换热器来增大过冷不会对系统性能具有负面影响，并且只有过冷度将提高系统性能。

图7示出了空调系统的示例性配置。图7的空调系统例如可以在便携式空调器中实现。在优选实施例中，压缩机排出管线连接到冷凝器入口。然后冷凝器出口连接到进入液体吸入式换热器底侧的液体管线。制冷剂从液体吸入式换热器进入膨胀装置，然后进入蒸发器，该蒸发器进而连接到液体吸入式换热器的蒸气回路。最后，压缩机的吸入气体管线连接到液体吸入换热器的另一端，在换热器的底侧。

在图7中，701表示压缩机，702是排出管线，703是冷凝器，704是液体管线，705是膨胀装置，706是蒸发器入口管线，707是蒸发器，708是蒸发器出口管线，709是液体吸入式换热器，710是压缩机吸入管线。

因此，图7描绘了使用液体吸入式换热器709的AC单元。在图7的实施例中，液体吸入式换热器709设置在从冷凝器703到蒸发器707的流路中。

根据一个实施例，提供了用于反转循环并允许系统提供加热和冷却的四通阀。在这样的实施例中，压缩机的高压入口连接至换向阀。冷凝器和蒸发器通过其通流端口连接到阀门。阀门的气体返回端口连接到液体吸入式换热器的上侧。最后，压缩机的吸入气体管线连接到液体吸入换热器的另一端，连接在换热器的底部。

膨胀装置和液体管线以与图7的实施例类似的方式放置，并且它可以用一组毛细管代替膨胀阀。图8中描述了一种可能的实现方式。在图8中，801表示压缩机，802是排出管线，803是四通阀，804是冷凝器入口管线，805是冷凝器，806是液体管线，807是膨胀装置，808是蒸发器入口管线，809是蒸发器，810是蒸发器出口管线，811是来自四通阀的气体返回管线，812是液体吸入式换热器，813是压缩机吸入管线。

因此，图8描绘了使用液体吸入式换热器的AC单元的替代性实施例，其包括适于反转制冷循环并提供加热的四通阀的使用。

其他实施例包括用于液体吸入式换热器的管道和部件的不同几何结构。图9描绘了液体吸入式换热器的不同替代方案，其中液体管线704位于来自蒸发器的饱和蒸气管线的内部。

在图9中，901表示饱和蒸气管线，902是液体管线管道，903表示附接在液体管线上的垂直翅片，904表示附接在液体管线上的螺旋形翅片。

因此，图9描绘了液体吸入式换热器的不同配置。不同的配置都在吸入管线内有液体管线。不同的实施例包括光滑管道和翅片管道。

根据如本文所述的液体吸入式换热器的一些实施例，液体管线位于蒸气吸入管线周围或与其平行。图10示出了一些可能的选项。在图10中，1001表示蒸气吸入管线，1002是一组缠绕并焊接在吸入管线上的一个或多个毛细管，在毛细管中输送液体制冷剂，1003是平行附接/焊接到吸入管线上的液体管线，1004表示围绕吸入管线的同轴液体管线。

根据一些实施例，提供了毛细管来代替膨胀阀。

使用这里描述的空调器可以提高标准制冷循环的冷却能力和效率，并且特别适用于便携式空调器。

在空调器、特别是便携式空调器中，液体吸入式换热器的使用提供了具有紧凑且高效系统的可能性，因为这个技术允许使用部分冷却能力在制冷循环中产生附加的过冷度。

这个技术对于冷凝器和部件的尺寸严格受限以及空气流量受到限制的AC系统特别有利。

液体吸入式换热器技术的使用还提供了将外部过热的负面影响减至最小的可能性，外部过热对循环性能始终是有害的。

此外，使用液体吸入式换热器防止了水分在系统中的吸入管线周围凝结。

在标准制冷循环中，系统产生的冷却能力由压缩机泵送出的制冷剂质量流量和制冷剂从蒸发器获得的蒸发焓产生。

大多数系统需要适当的冷凝器尺寸以在制冷剂进入膨胀装置之前达到合适的制冷剂条件。然而，对于某些特定的系统，冷凝器的尺寸受系统中可用空间的限制，导致设计不良。

为了增大系统的冷却能力，在不增大压缩机尺寸的情况下增大蒸发器中达到的蒸发焓。这是通过使用液体吸入式换热器来实现的。

Claims (5)

1.一种包括压缩机(701)、冷凝器(703)和蒸发器(709)的空调器，其特征在于，该空调器包括设置在从该冷凝器(703)到该蒸发器(707)的流路中的液体吸入式换热器(709)。

2.根据权利要求1所述的空调器，其中，该空调器是便携式空调器。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的空调器，进一步包括用于反转制冷循环以允许空调器提供加热和冷却的四通阀。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的空调器，其中，通到该液体吸入式换热器的液体管线(704)布置在来自蒸发器的饱和蒸气管线的内部。

5.根据权利要求4中任一项所述的空调器，其中，液体管线在该液体管线的外侧设有翅片。