CN1148547C

CN1148547C - 致冷设备

Info

Publication number: CN1148547C
Application number: CNB011034971A
Authority: CN
Inventors: 藤田诚; 一; 天羽义一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2004-05-05
Anticipated expiration: 2015-09-20
Also published as: CN1501036A; US5685163A; JP3275559B2; CN1342876A; CN1075626C; CN1125835A; CN100402946C; JPH0886516A

Abstract

将液体喷射型涡式压缩机用于这样的致冷设备，此设备用不含氯的烃的氟化物致冷剂(HFC-125/HFC-143a/HFC-134a)作为工作流体，同时根据此压缩机的排出温度来控制所喷射的液体量。此外，将酯油用作冷冻机油并将一干燥器设在致冷循环过程中。在这样的布置形式下，可以在几乎不改变传统致冷设备的设置方式下，在很广的范围内稳定地实现致冷循环作业。

Description

致冷设备

本申请是申请号“95117303.0”、申请日“1995年9月20日”、发明名称“致冷设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于空调机、冷冻机和类似装置的致冷设备，具体涉及到一种采用了不含氯的混合致冷剂的致冷设备。

背景技术

传统上把含有氯化物的所谓烃类氟化物致冷剂，例如CFC、HCFC，等等，广泛用作致冷循环中的工作流体，这是由于它们具有优良的热力学性质与稳定性，而成为极其适合用作致冷剂的物质。

例如根据日本专利(公开)公告3-63461号、59-84049号、5-172408号等中所述，已知采用了上述致冷剂的致冷设备可以防止压缩机的过热并取得广范围的工作压力。

含氯化物的烃类氟化物物质由于其稳定性是不分解的，并通过对流而到达平流层。业已发现，这些物质会在天空中的强紫外线作用下分解，分离出与臭氧反应的氯原子，这些氯原子起到破坏臭氧层的作用。已决定完全禁用含氯的烃类氟化物质，来保护具有截止天空中有害于人体紫外线的臭氧层。尽管广泛用于空调机与冷冻机的HCFG-22也是拟禁用的对象，但它与称之为氟里昂的特殊一类致冷剂相比，对臭氧层的破坏较小，因而给予较长的宽限时间。最为重要的是，应在这一宽限期间内开发出替换的致冷剂和适用于这类致冷剂的致冷设备。

当前，例如已研究HFC-32、HFC-125、HFG-134a、HFC-143a、HFG-152a等不合破坏臭氧层的氯化物的烃类氟化物致冷剂，来取代例如HGF-22之类传统的致冷剂，它们之中的任何一种或是它们之中多种相组合都是值得注意的。正在进行的开发工作是针对这样一种致冷剂，它所具有的性能因素例如致冷能力、效率等等，以及循环状态例如工作压力、温度等等，要与传统致冷剂的相等或接近。这是由于必须允许所替换的致冷剂能按照传统的制冷剂的相同方式处理，以使此新的制冷剂能在已用于传统致冷剂的制造设备和产品规格只作最小限度改变条件下来使用它。

顺便指出，压缩机、循环过程辅助部件以及循环过程控制装置都必须装设成能符合新的致冷剂，以保持住与传统产品性能等价的性能，并在全部时间内使循环过程状态例如工作压力范围、温度等等保持稳定。此外，当采用了不同的致冷剂时，就必须更换冷冻机油以符合新的不同的致冷剂的要求。这就是说，尽管氯具有助于与冷冻机油相匹配的功能，但是新的致冷剂则并未含有会如以上所说破坏臭氧层的氯化物。这样，新的致冷剂与那些主要包括矿物油、烷基苯等并广泛用于传统致冷剂的传统冷冻机油的匹配性便大大降低了，因而新的致冷剂是不能采用传统的冷冻机油的。为了解决这一问题，已开发出能通过乙醚和酯的分子极性来确保这种匹配性的新的冷冻机油。

顺便指出，当采用了新致冷剂的致冷循环中混合有传统的冷冻机油与传统致冷剂中所含的氯气物质时，这种新的致冷剂与新的冷冻机油由于混合就会发生化学变化，而例如用于这种冷却循环中的材料就可能会由于酸的发生而受到侵蚀。

发明内容

本发明的目的之一在于提供这样一种致冷设备，它在采用新型致冷剂与新型冷冻机油时，能实现例如在性能、工作压力、温度等等方面与传统致冷设备等相同的循环状态，并能在不损害其性能前提下确保其部件的可靠性。

为了实现上述目的，本发明的第一个特点在于提供这样一种致冷设备，它由依序连接压缩机、冷凝器、液体接收器、存储器、膨胀阀与蒸发器而构成一致冷循环，其中将含有至少是R-125与R-143a的混合致冷剂用作此致冷循环的致冷剂，把酯油用作冷冻机油，把液体喷射型涡式压缩机用作此压缩机。

本发明的第二个特点是把按重量计44％的R-125，52％的R-143a和4％的R134a构成的一种三组份混合致冷剂用作致冷循环的致冷剂。

这种液体喷射型涡式压缩机的一个例子经布置成，使冷凝器的下游侧通过一液体喷射管道连接此涡式压缩机，而在此液喷射管道中没有用来控制喷射入压缩机液体数量的装置。

所用的冷冻机油最好包括脂肪酸的酯油且在40℃与100℃的动粘度分别为2-70cst与1-9cst，并在一个分子中至少有两个酯键。此外，可把冷凝器设置成为一热变换器，其管道的直径则小于一构成蒸发器的热交换器的致冷剂管道的直径，用以提高此冷凝器的热交换效率。在液体喷射管道上设置一电子膨胀阀能最为合适的用作液体喷射量的控制装置，同时设置一控制器，通过控制此电子膨胀阀响应压缩机排出侧温度而打开的程度，来调节喷射的液体量。

本发明的第三个特点在于提供这样一种致冷设备，它包括由依序连接涡式压缩机、冷凝器、液体接收器、储存器、膨胀阀与蒸发器构成的致冷循环，按重量计由44％的R-125，52％的R-143a与4％的R-134a构成的三组份混合致冷剂的用作此致冷循环中的致冷剂，由酯油构成的冷冻机油，将冷凝器下游侧连接到涡式压缩机上的液体喷射管，与此液体喷射管在一起设置的用来控制喷射入压缩机中液体量的装置，用来驱动此涡式压缩机的转数可控的马达，给冷凝器供给外部空气的吹风机以及此吹风机的转速可控马达，测定压缩机排出温度的装置，测定冷凝器中液体温度的装置，以及测定冷凝器进气温度的装置，其中的液体喷射量控制装置与吹风机的马达则根据上述测定装置测出的值进行控制。最好能设置这样一种用来探测冷凝器压力而进行控制的压力控制器，它当此压力达到预定的高压值时即通过减少压缩机马达的转速来减小压缩机的容量，而当此压力达到一预定的低压值时即通过增加压缩机马达的转速来增加压缩机的容量。此外，当压力达到预定的高压值时，此压力控制器能通过将吹风机马达的转动控制到其全速而有效地降低高压，而当此压力达到一预定的低压值时，此压力控制器能通过降低吹风机马达的转速而加大高压。

本发明的第四个特点在于提供这样一种致冷设备，它包括由依序连接的涡式压缩机、冷凝器、液体接收器、干燥器、膨胀阀、蒸发器、滤清器与储存器构成的致冷循环，依重量计由44％的R-125、52％的R-143a与4％的R134a组成的用作此致冷循环中致冷剂的三组份混合致冷剂，由酯油构成的冷冻机油，使冷凝器的下游侧与涡式压缩机连接的液体喷射管，与液体喷射管在一起设置的用来控制喷射入压缩机中液体量的装置，其中用于上述干燥器中的干燥剂是由合成的沸石构成，在此沸石中，每个延伸到一晶体结构内分子吸收腔的细孔所见的直径等于或小于3.3埃(A)，此种细孔小于不含氯化物的烃氟化物致冷剂的分子但大于水分子。

本发明的第五个特点在于将一种依重量计由50％的R-125与50％的R-143a组成的双组份混合致冷剂用作致冷循环中的致冷剂，将酯油用作冷冻机油，还将液体喷射型涡式压缩机用作压缩机。

即使是采用了上述致冷剂的致冷设备，通过使用所述液体喷射型涡式压缩机，也能使工作压力、温度与性能同使用传统致冷剂的致冷设备的相当。

这就是说，当蒸发温度低时，在致冷循环过程中所循环的致冷剂量便减少，而从压缩机排出的气体温度便下降。结果就有可能发生使压缩机马达等卡塞住等危险。但在本发明中，通过减压装置将高压液体致冷剂喷射入压缩机的分压侧或中间压缩室，就能防止压缩机过热和可以在很广的蒸发温度下工作。

将一个毛细管系统、喷射阀系统、电子膨胀阀系统或是它们的组合形式，用作上述液体喷射系统，以使喷射的液体流率保持恒定而让排出的气体温度保持不变。结果就能使循环过程稳定而可以确保可靠性。

此外，通过把酯油用作新的冷冻机就可确保与新致冷剂的匹配性，由此便可保证各有关部件的可靠性与性能。

如上所述，本发明能够实现这样一种致冷设备，它使用不合会破坏臭氧层的氯的新型致冷剂，几乎不必改变传统致冷设备的配置形式，就能在-60℃至+5℃的蒸发器的广范围的蒸发温度范围内控制此致冷设备的致冷本领。

本发明的其它特点、目的与优点通过下面结合附图所作的说明便可获得理解。

附图说明

图1是示明本发明一实例的致冷设备的系统图；

图2是示明图1中液体喷射装置另一实例的主要部分的系统图；

图3是示明图1中液体喷射装置又一实例的主要部分的系统图；

图4是示明图1中液体喷射装置再一实例的主要部分的系统图；而

图5是示明图1中液体喷射装置复一实例的主要部分的系统图。

具体实施方式

下面描述最佳实施例。

在此实施例中，将一种依重量计含44％的HFC-125、52％的HFC-143a与4％的HFC-134a且不含氯的三组份混合的烃氟化物致冷剂，用作致冷循环中的致冷剂；同时将一种液体喷射型涡式压缩机用作压缩机。另可将一种依重量计含50％的HFC-125与50％的HFC-143a且不合氯的双组份混合的烃的氟化物，用作致冷循环的致冷剂。此外，将酯油(例如日本专利(公开)申请4-183788号中所公开的)用作新的冷冻机油，并把例如日本专利(公开)申请5-231263号中所公开的一种装置，用作防止与氯气物质混合的装置，以确保设备的可靠性。

下面参考图1描述本发明一特定实施例。

如图1所示，本实施例的致冷设备按下述方式构成一致冷循环：依序地连接一涡式压缩机1、冷凝器2、液体接收器3、干燥器4、膨胀阀51与52、蒸发器61与62、滤清器18与储存器7。此外，冷凝器2设有两组吹风机马达81与82以及螺旋桨风扇91与92用来供应外部空气，如图1所示。

将一种不合会破坏臭氧层的氯的烃的氟化物的致冷剂用作这里致冷循环中的致冷剂。

HFG-32、HFC-125、HFG-134a、HFC-143a、HFC-152a、等等，是用作这种类型的致冷剂，它们之中的任何一种可独立地使用，或是把它们中的几种结合用作混合的致冷剂，此实施例使用的是依重量计由44％的R-125，含52％的R-143a与4％的R-134a组成的三组份混合致冷剂。另一实施例采用依由重量计50％的R-125与50％的R-143a组成的双组份混合致冷剂。用于此致冷循环中的冷冻机油必须与此种致冷机具有良好的匹配性。业已发现，前述酯油最好由这样的脂肪酸酯油构成，它所具有的动粘度在40℃为2-70cst，在100℃为1-9cst，且在一个分子中至少有两个酯键，以包括一个从-60℃至+5℃的这样一个致设备的通常规定的温度范围。

如下所述，此实施例是设计用来实现这样一种致冷设备，它采和上述三组份混合致冷剂与冷冻机油，能与利用含氯化物致冷剂的传统致冷设备类似，可在相应的致冷循环中适用于从-60℃至+5℃的温度范围。

设有一保护开关23，它分别连接到一用来探测高压导管24的压力的高压传感器31和一用来探测低压导管25的压力的低压传感器32，得以在达到一高压或低压极限值时来断开压缩机马达工作电路的开关。

设有一压力控制器15来探测冷凝器2的压力，当探测出的压力达到一预定的高压值时，即通过减少压缩机马达的转数来减小压缩机的容量，而当探测出压力达到一预定的低压值时，即通过增加压缩机马达的转速来加大压缩机的容量。压缩机马达的转速可以用一台能改变极数的马达分步控制，或根据一压力值由倒相器控制来进行连续控制。注意到在此实施例中，当压力达到预定的高压值时，通过压力控制器15，使吹风机马达81与82中每一个的转速在同一时间控制到它的全速以降低此高压力，而当压力达到预定的低压力值时，使吹风机马达81与82中每一个的转速都下降以提高此高压力。

设有一液体喷射管道12，用来将设在冷凝器下游的液体接收器3的液体致冷剂的排出管16连接到涡式压缩机1上。此液体喷射管道12包括一滤清器11和一电子膨胀阀10，而液体致冷剂则供应到涡式压缩机1的中间压力室内并通过其中。设有一用来探测冷凝器2中液体温度的热敏电阻26，用来探测进口空气温度亦即供应给冷凝器2外侧空气温度的热敏电阻27以及一用来探测压缩机1排放侧温度的热敏电阻28，响应这些热敏电阻探测出的值，根据事先输入的程序，控制器30便计算出对电子膨胀阀10以及对鼓风机马达81与82的控制量。响应此控制器30的命令，控制信号输出装置29即把控制信号输出给冷凝器的吹风马达81与82以及电子膨胀阀10。

冷凝器2用到一个热交换器，它的管道直径小于构成蒸发器61与62的热交换器。在此实施例中，冷凝器2是由具有约7mm小直径管道的热交换器构成，以便能适用于上述致冷设备的温度范围。

连接到排气管道13的支管22也连接到蒸发器61与62的出口管，即通过一电磁阀20与止回阀21的致冷剂气体管17上。这是为了促使高压气体在压缩机1起动前能排放到低压侧，这样便促致电磁阀20“打开”一段预定时间。在这种布置形式下，压缩机1能够通过平衡高压侧与低压侧的循环压力而均匀起动。

下面参看图1描述此实施例的操作。

为压缩机1压缩的致冷剂气体，通过排出管13与止回阀14而由冷凝器2冷凝，通过液体接收器3、液体致冷剂管道16与干燥器4，而供给于膨胀阀51和52以及蒸发器61与62，并在此蒸发为气体。此气体则从进气管19，通过致冷剂气体管道17、滤清器与存储器7，返回到压缩机1的进气侧。

下面描述液体喷射管12。电子膨胀阀10的打开程度是根据压缩机1排出侧的温度来控制。热敏电阻28探测此排出温度并同事先输入和设定的排出温度相比较。当探测出的排出温度高于此设定值时，就加大阀10的打开程度，而当探测出的排出温度低于此设定值时，就减小阀10的打开程度。这就是说，膨胀阀10的打开程度受到控制器30和控制信号输出装置29的连续调节。如上所述，压缩机1的过热能够通过控制压缩机1的排出温度来防止，因而能够稳定地进行致冷循环作业。

当外界温度低时，由于溶解于冷冻机油中的致冷剂量增加，冷冻机油的粘度便降低。于是冷冻机油对压缩机轴承部分起到润滑剂的效应便减小，导致轴承部磨损。在此实施例中，当外界气温低于一设定温度时，冷冻机油的粘度便维持到这样一种方式下，即液体喷射管12中电子膨胀阀10的打开程度能响应热敏电阻27探出的温度而减小，使得当压缩机1起动而减少溶解于冷冻机油中的致冷剂量时，能减少供给于压缩机1的致冷剂量和提高压缩机1排出侧的温度，以便来提高冷冻机油的粘度，即使只是少量的提高。在这种装配形式下，可以改进此压缩机的轴承部的可靠性。

由于在高侧的压力当外界温度高时增加，因而可以控制此高压。具体地说，当据热敏电阻26探测出的温度而得知液体致冷剂在冷凝器2的出口侧很高时，便可以通过加大冷凝器的吹风机马达81与82的转速来增加所供给的空气量，以降低上述高压。此外，当液体冷却剂的温度在冷凝器2的出口处低时，通过降低冷凝器吹风机马达81与82的转速，可以使高压升高。

述有，要是根据热敏电阻27探测出的温度得知外界的气温高时，便通过提高冷凝器吹风机马达81与82的转速来增加所供给的空气量，而使高压降低，相反当外界气温低时，便通过减少所供给的空气量来提高高压。

以上控制是通过控制器30与控制信号输出装置29来控制吹风机马达81与82的转速而进行的。

当冷凝器2中的压力高于一设定值时，可通过操作压力控制器15来降低涡式压缩机1的容量来进行容量控制，而把各个鼓风机马达81与82的转速设定到其全速，来降低高压值。当冷凝器2中的压力低于设定值时，可通过操作压力控制器15来增加蜗式压缩机1的容量，同时降低各吹风机马达81与82的转速，来升高高压。

注意此液体接收器3包括一易熔塞33，它具有在被过量加热时能排出致冷剂的功能。

干燥器4是用来除去致冷循环中混入的水。在采用不含氯的烃的氟化物作为工作致冷剂的致冷循环中，用于干燥器4中的干燥剂是由合成的沸石，此沸石中的各个延伸到晶体结构中分子吸收腔的细孔的直径≤3.3，即此种细孔小于不含氯的烃的氟化物的分子但大于水分子。此干燥器4可以设在压缩机1的油槽处，即油分离器的油槽处，或设在储存器7之中。在此情形下，与连接到致冷循环管道上的情形相比，可以减少部件的数量因而能够减少制造费用，同时能够防止因干燥器安装不适当而导致气体漏泄。

在上述致冷循环中是把热敏电阻26-28用作测温装置，但也可采用恒温器的开/关探来代替这些热敏电阻。在采用热敏电阻时可以连续地进行控制，在采用恒温器时，则是以开/关方式进行控制。此外，通过探测压力来代替探测温度，也可以由控制器30与控制信号输出装置29来进行上述控制。

下面参看图2-5来描述此实施例中液体喷射部的其它几个例子。

在图2的例子中，是由电磁阀341与342以及毛细管351与352来实现液体喷射控制。电磁阀341是在压缩机1起动的同时打开，得以防止压缩机1排出侧的温度升高。当排出侧的温度进一步升高时，此升高的温度即为热敏电阻28探测出，当其高于设定温度时，电磁阀342便打开而增加喷射的液体量，从而可防止压缩机1过热。

下面描述图3的例子。图3中的例子不同于图2中的是，此时的液体喷射管12连接到液体接收器3的下部油槽上。利用这种布置形式，可在全部时间内将液体冷却剂稳定地用于液体喷射控制中。

再来说明图4的例子。图4中的例子不同于图1中的在于只实行液体喷射控制。图4的例子中的液体喷射控制是分别应用喷射阀36的管线以及电磁阀341的管线与毛细管351来进行的。电磁阀341随着压缩机1的起动便同时打开，以防压缩机1排出侧的温度升高。此外，当通过连接到排出管13的温度或压力传感器37发现温度或压力高于设定的温度或压力时，便打开喷射阀36，而当其低于此设定的温度或压力时，便关闭此喷射阀36。利用这种布置形式，可以防止压缩机1的过热工作，得以稳定进行致冷循环作业。

最后说明图5中的例子。图5中的例子不同于图4中的在于液体喷射管12是连接到液体接收器3的下部油槽中。在这种布置下，在全部时间内可把液体冷却剂用于液体喷射控制而不会引起它的欠缺。

如上所述，根据本发明，在使用液体喷射型涡式压缩机的同时，使用了能与不含可破坏臭氧层的氯的新型制冷剂具有良好匹配性的新型冷冻机油。这样便能在与传统致冷设备相同的广范围工作压力与温度下，获得实现稳定的致冷循环作业的优点。

此外，由于借助了能配合新型致冷剂的干燥器有效地除去了循环管道中的水，故能改进压缩机与其它循环部件的可靠性，同时可以防止由水给致冷设备造成的故障。

Claims

1.一种致冷设备，它连接压缩机、冷凝器、液体接收器、膨胀阀、蒸发器和储存器而构成一致冷循环，其中将按重量计含有44％的R-125、52％的R-143a以及4％的R-134a的混合致冷剂用作上述致冷循环中的致冷剂，并将液体喷射型涡式压缩机用作上述压缩机，包括：

使位于所述膨胀阀上游一侧的所述冷凝器的下游侧与所述压缩机连接的液体喷射管；设于液体喷射管中的喷射阀或电子膨胀阀，以控制喷入所述压缩机中的液体量；

用于探测进入所述冷凝器的空气温度的热敏电阻，乙醚或酯油用作冷冻机油，当所述进入空气的温度低于设定值时，所述喷射阀或所述电子膨胀阀的开度减小。

2.如权利要求1所述的致冷设备，特征在于：所述冷冻机油是由脂肪酸的酯油构成，具有的动粘度在40℃为2-70cst，在100℃为1-9cst，且在一个分子中至少有两个酯键。

3.如权利要求1所述的致冷设备，特征在于：包括一吹风机马达，将外部空气供应到所述冷凝器，当外部空气温度低时，所述吹风机马达的转速降低。

4.如权利要求1所述的致冷设备，特征在于：包括一涡式压缩机，其由一可调速马达驱动，作为所述压缩机；一滤清器设置在液体喷射管内，通过所述冷凝器使由所述涡式压缩机压缩的致冷气体冷凝，并通过所述液体接收器供应到干燥器，在所述冷凝器下游的液体致冷剂通过所述滤清器和所述喷射阀或电子膨胀阀供应到所述涡式压缩机中，根据所述涡式压缩机的排出温度，控制所述喷射阀或电子膨胀阀的开度。