CN113340020A - 应用于冰箱的制冷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于冰箱的制冷设备，包括R290、R32、R404A和R410A中的至少一种；氢气和氦气中的至少一种；蒸发器具有进口和出口；冷凝器设有冷凝腔、进气口、出气口和出液口，冷凝腔内设置有分子筛膜；第一连接管，一端连接出口，另一端连接进气口；第二连接管，一端连接出液口，另一端连接进口；第三连接管，一端连接出气口，另一端连接进口；鼓风装置连通第一连接管；制冷设备的系统压力设定为大于制冷剂在40℃时的饱和压力。制冷设备冷凝的过程所需的能耗更低，从而降低制冷设备的生产成本，具有较大的经济效益，通过合理布局蒸发器、冷凝器和鼓风装置位于箱体的位置，以及选择合理的制冷剂和减压气体种类，能够满足冰箱所需的制冷需求。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，特别涉及应用于冰箱的制冷设备。
背景技术
传统的制冷工艺采用压缩机压缩实现冷冻工质的冷凝或者采用液体吸收冷冻工质，这两种方式的能耗都很高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种应用于冰箱的制冷设备，能够以更低的功耗实现制冷。
根据本发明实施例的应用于冰箱的制冷设备，包括设于所述制冷设备管路内的制冷剂，所述制冷剂包括R290、R32、R404A和R410A中的至少一种；
设于所述制冷设备管路内的减压气体，所述减压气体包括氢气和氦气中的至少一种；
蒸发器，具有进口和出口；
冷凝器，所述冷凝器设有冷凝腔、进气口、出气口和出液口，所述冷凝腔内设置有分子筛膜，所述分子筛膜设于所述进气口和所述出气口之间，所述分子筛膜用于分离所述制冷剂和所述减压气体组成的混合气体；
第一连接管，一端连接所述出口，另一端连接所述进气口；
第二连接管，一端连接所述出液口，另一端连接所述进口；
第三连接管，一端连接所述出气口，另一端连接所述进口；
鼓风装置，连通所述第一连接管，用于将所述混合气体导入所述冷凝腔中；
制冷设备的系统压力设定为大于所述制冷剂在40℃时的饱和压力；
箱体，设有冷藏室和冷冻室，所述蒸发器位于所述箱体的与所述冷藏室和所述冷冻室相对应的位置，所述冷凝器位于所述箱体的下部，所述鼓风装置位于所述冷藏室和所述冷冻室的下方。
根据本发明实施例的应用于冰箱的制冷设备，至少具有如下有益效果：通过蒸发器混合液态制冷剂和减压气体，液态制冷剂的表面压力降低，使得液态制冷剂产生蒸汽，处于新的动态平衡过程，实现制冷剂的蒸发。再采用分子筛膜，分离制冷剂和减压气体，制冷剂达到一定浓度后实现冷凝，成为液态的制冷剂，重新进入蒸发器中制冷。应用于冰箱的制冷设备改变传统的制冷循环模式，冷凝的过程所需的能耗更低，从而降低制冷设备的生产成本，具有较大的经济效益，通过合理布局蒸发器、冷凝器和鼓风装置位于箱体的位置，以及选择合理的制冷剂和减压气体种类，能够满足冰箱所需的制冷需求。
根据本发明的一些实施例，所述第三连接管的端口伸入于所述第二连接管中，并且凸出于所述第二连接管的内壁。
根据本发明的一些实施例，所述第二连接管包括储液段，所述储液段包括若干U形管。
根据本发明的一些实施例，所述制冷设备还包括散热装置，所述散热装置用于给所述冷凝器散热。
根据本发明的一些实施例，所述散热装置包括冷却水管，所述冷却水管缠绕于所述冷凝器的外侧。
根据本发明的一些实施例，所述制冷设备的系统压力设定为所述制冷剂在40℃时的饱和压力的两倍。
根据本发明的一些实施例，当所述制冷剂为R290时，所述制冷设备的系统压力设定为28Bar。
根据本发明的一些实施例，当所述制冷剂为R32时，所述制冷设备的系统压力设定为50Bar。
根据本发明的一些实施例，当所述制冷剂为R404A时，所述制冷设备的系统压力设定为36Bar。
根据本发明的一些实施例，当所述制冷剂为R410A时，所述制冷设备的系统压力设定为40Bar。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例制冷原理图；
图2为图1示出的第三连接管与第二连接管的连接示意图；
图3为本发明实施例的应用于冰箱的制冷设备的示意图。
附图标记：
101、蒸发器；102、冷凝器；103、第一连接管；104、第二连接管；105、第三连接管；106、鼓风装置；107、分子筛膜；108、储液段；109、散热装置；
301、冷冻室；302、冷藏室。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1所示，本发明实施例的应用于冰箱的制冷设备，包括蒸发器101、冷凝器102、第一连接管103、第二连接管104、第三连接管105和鼓风装置106，其中，蒸发器101具有进口和出口；冷凝器102设有冷凝腔、进气口、出气口和出液口，冷凝腔内设置有分子筛膜107，分子筛膜107设于进气口和出气口之间，分子筛膜107用于分离混合气体；第一连接管103的一端连接出口，另一端连接进气口；第二连接管104的一端连接出液口，另一端连接进口；第三连接管105的一端连接出气口，另一端连接进口；鼓风装置106连通第一连接管103，用于将混合气体导入冷凝腔中。
制冷设备中注入制冷剂和减压气体，通过制冷剂的气态和液态的循环转换，实现制冷的循环。
具体地，液态的制冷剂和减压气体在蒸发器101中混合，在液态的制冷剂和减压气体开始混合的位置上，蒸发器101提供了蒸发的空间，该混合位置没有气态的制冷剂，即气态的制冷剂的分压为零，因此液态的制冷剂必然蒸发，形成气态的制冷剂。在该过程中，蒸发器101吸收空气中的热量，实现制冷。
气态的制冷剂和减压气体在蒸发器101中混合后，形成混合气体，混合气体沿着系统流动进入到冷凝器102中，鼓风装置106用于将混合气体导入冷凝器102的冷凝腔中。冷凝腔内设置有分子筛膜107，分子筛膜的定义是一种可以实现分子筛分的新型膜材料，其具有与分子大小相当且均匀一致的孔径、离子交换性能、高温热稳定性能、优良的择形催化性能和易被改性以及具有多种不同的类型与不同结构可供选择。分子筛膜107设置为允许减压气体通过，而阻止制冷剂通过，达到分离混合气体的作用。
例如，制冷剂选择为氨，减压气体选择为氢气或氦气，氢气的分子直径是0.289纳米也就是2.89A。氦气的分子直径是0.26纳米，也就是2.6A。氨气的分子直径是0.444纳米，也就是4.44A。因此，选用3A或4A的分子筛膜107，都可以有效的分离氢气和氨气，或分离氦气和氨气。
气态的制冷剂的液化的本质是，气态的制冷剂的相对湿度达到100％以后，就必然会液化。因此，分离混合气体后，冷凝腔的部分中间只保留有气态的制冷剂，或者同时存在气态的制冷剂和液态的制冷剂，当鼓风装置106持续将混合气体导入冷凝器102的冷凝腔中，气态的制冷剂的相对湿度达到100％以后，就会冷凝成为液态的制冷剂。
从微观上看，蒸发就是液体分子从液面离去的过程。由于液体中的分子都在不停地作无规则运动，它们的平均动能的大小是跟液体本身的温度是相适应的。由于分子的无规则运动和相互碰撞，在任何时刻总有一些分子具有比平均动能还大的动能。这些具有足够大动能的分子，如处于液面附近，其动能大于飞出时克服液体内分子间的引力所需的功时，这些分子就能脱离液面而向外飞出，变成这种液体的汽，这就是蒸发现象。飞出去的分子在和其他分子碰撞后，有可能再回到液面上或进入液体内部。如果飞出的分子多于飞回的，液体就在蒸发。空间中的分子越多，飞回的分子就会增多。当飞出的分子等于飞回的，液体就处于饱和状态，这个时候的压力叫该液体在该温度下的饱和压力Pt。这个时候，如果人为的提高该空间的该物质的气态的分子的数量，飞回的分子就会大于飞出的，于是出现冷凝。
通过蒸发器101混合液态制冷剂和减压气体，液态制冷剂的表面压力降低，使得液态制冷剂产生蒸汽，处于新的动态平衡过程，实现制冷剂的蒸发。再采用分子筛膜107，分离制冷剂和减压气体，制冷剂达到一定浓度后实现冷凝，成为液态的制冷剂，重新进入蒸发器101中制冷。应用于冰箱的制冷设备改变传统的制冷循环模式，冷凝的过程所需的能耗更低，从而降低制冷设备的生产成本，具有较大的经济效益。
参照图2所示，在一些实施例中，第三连接管105的端口伸入于第二连接管104中，并且凸出于第二连接管104的内壁。液氨从左边进入，氢气从下边进入，设置第三连接管105的端口凸出于第二连接管104的内壁，能够减少液氨从第三连接管105倒灌到冷凝器102中的可能。
根据本发明的一些实施例，第二连接管104包括储液段108，储液段108包括若干U形管。通过设置U形管，能够存储更多的制冷剂，减小第二连接管104的占用空间。
根据本发明的一些实施例，制冷设备还包括散热装置109，散热装置109用于给冷凝器102散热。通过设置散热装置109，能够有效提高冷凝器102的散热效率，进而提高冷凝效率。
根据本发明的一些实施例，散热装置109包括冷却水管，冷却水管缠绕于冷凝器102的外侧。冷却水管可以利用常温的水源，方便取用。可以理解的是，散热装置109还可以采用风冷设备，代替冷却水管，或者风冷设备结合冷却水管一起使用。
根据本发明的一些实施例，冷却水管的入口高于冷却水管的出口，方便水流的流动，提高流动的速率，加快换热。
根据本发明的一些实施例，出气口位于冷凝器102的上部，出液口位于冷凝器102的下部，进气口位于冷凝器102的中部。减压气体的质量轻于制冷剂，减压气体会往上流动，出气口位于冷凝器102的上部便于减压气体流出。出液口位于冷凝器102的下部，则便于液化的制冷剂流出。
根据本发明的一些实施例，冷凝器102包括锥形导向部，出气口位于锥形导向部的小端。通过设置锥形导向部，引导减压气体从出气口流出，减少流量损失。
根据本发明的一些实施例，鼓风装置106包括通风机。通风机不需要像常规的制冷设备的压缩机那样很大的压缩比，只需要将混合气体导入冷凝器102，由制冷剂自身的浓度变化实现冷凝。当然，鼓风装置106也可以为压缩机，并且功率可以比常规的压缩机小。
参照图3所示，可以理解的是，冰箱包括箱体，箱体包括冷冻室301和冷藏室302，蒸发器101位于箱体的与冷藏室302和冷冻室301相对应的位置，方便制冷，减少冷量损失，可以理解的是，蒸发器101的制冷方式可以是直冷，也可以是风冷。
冷凝器102位于箱体的下部，可以方便连接冷却水。
鼓风装置106位于冷藏室302和冷冻室301的下方，便于利用箱体下部的空间，同时减少振动噪音。
冰箱是保持恒定低温的一种制冷装置，也是一种使食物或其他物品保持恒定低温状态的民用产品。上面虽然介绍了本发明的基本工作原理，但是从中选择出适合于冰箱的方案，仍需要经过创造性的劳动，否则可能造成制冷温度过高或者过低，不能满足冰箱的使用需求。
经过不断的筛选和验证，本发明提出了，在一些实施例中，制冷剂包括R290(丙烷)、R32(二氟甲烷)、R404A(五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷混合物)和R410A(由两种准共沸的混合物R32和R125各50％组成)中的至少一种，减压气体包括氢气和氦气中的至少一种。
参照以下的表格，表示为采用不同的制冷剂所需的系统压力和冷端制冷温度的关系。
| 制冷剂 | 40℃对应的饱和压力 | 系统压力 | 冷端制冷温度 |
| R290 | 14Bar | 28Bar | -25℃到5℃ |
| R32 | 25Bar | 50Bar | -23℃到5℃ |
| R404A | 18Bar | 36Bar | -20℃到5℃ |
| R410A | 20Bar | 40Bar | -24℃到5℃ |
以制冷剂为R290，减压气体为氢气举例，说明本发明实施例的应用于冰箱的制冷设备的工作过程。
R290气体和氢气的混合气体，在鼓风装置106的作用下，从冷凝器102的进气口导入冷凝腔中。氢气穿过分子筛膜107，从出气口流出。R290气体被分子筛膜107阻挡，积聚在冷凝腔中，当R290气体的浓度不断增加。根据R290气体的h-s图(压焓图)，在40℃的时候，R290的饱和压强Pt为14bar，让制冷设备的待机压力为2Pt，也就是28bar，因此，冷凝器102中的R290气体的浓度不断升高，当其浓度达到50％，也就是其分压达到1个Pt的时候，R290气体就会开始冷凝，形成液态R290。液态R290从出液口中流出。液态R290沿着第二连接管104进入蒸发器101，氢气沿着第三连接管105进入蒸发器101，液态R290和氢气在蒸发器101中混合。在蒸发器101中，因为氢气轻，就会充满蒸发器101，因此，气态R290的分压接近0，液态R290会有分子进入氢气中形成R290气体，即液态R290就会蒸发。R290气体和氢气混合后，沿着第一连接管103进入冷凝器102中，实现循环。该实施例中，冷端制冷温度为-25℃到5℃。
需要说明的是，选择制冷剂的饱和压力对应的温度越高，所需的系统压力就越大，而温度越低则需要对冷凝器102的散热要求越高，这样都会增加制造成本。本发明经过多次试验验证，发现选择温度为40℃，能够平衡系统压力和散热要求，有效降低成本。
另外，制冷设备的系统压力设定为大于制冷剂在40℃时的饱和压力即可，而设置制冷设备的系统压力为制冷剂在40℃时的饱和压力的两倍，能够进一步提高制冷循环效率，降低制冷所需的时间，同时也不会过大的增加制造难度和成本。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.应用于冰箱的制冷设备，其特征在于，包括：
设于所述制冷设备管路内的制冷剂，所述制冷剂包括R290、R32、R404A和R410A中的至少一种；
设于所述制冷设备管路内的减压气体，所述减压气体包括氢气和氦气中的至少一种；
蒸发器，具有进口和出口；
冷凝器，所述冷凝器设有冷凝腔、进气口、出气口和出液口，所述冷凝腔内设置有分子筛膜，所述分子筛膜设于所述进气口和所述出气口之间，所述分子筛膜用于分离所述制冷剂和所述减压气体组成的混合气体；
第一连接管，一端连接所述出口，另一端连接所述进气口；
第二连接管，一端连接所述出液口，另一端连接所述进口；
第三连接管，一端连接所述出气口，另一端连接所述进口；
鼓风装置，连通所述第一连接管，用于将所述混合气体导入所述冷凝腔中；
所述制冷设备的系统压力设定为大于所述制冷剂在40℃时的饱和压力；
箱体，设有冷藏室和冷冻室，所述蒸发器位于所述箱体的与所述冷藏室和所述冷冻室相对应的位置，所述冷凝器位于所述箱体的下部，所述鼓风装置位于所述冷藏室和所述冷冻室的下方。
2.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述第三连接管的端口伸入于所述第二连接管中，并且凸出于所述第二连接管的内壁。
3.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述第二连接管包括储液段，所述储液段包括若干U形管。
4.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备还包括散热装置，所述散热装置用于给所述冷凝器散热。
5.根据权利要求4所述的制冷设备，其特征在于，所述散热装置包括冷却水管，所述冷却水管缠绕于所述冷凝器的外侧。
6.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备的系统压力设定为所述制冷剂在40℃时的饱和压力的两倍。
7.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，当所述制冷剂为R290时，所述制冷设备的系统压力设定为28Bar。
8.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，当所述制冷剂为R32时，所述制冷设备的系统压力设定为50Bar。
9.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，当所述制冷剂为R404A时，所述制冷设备的系统压力设定为36Bar。
10.根据权利要求1所述的制冷设备，其特征在于，当所述制冷剂为R410A时，所述制冷设备的系统压力设定为40Bar。
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