CN1154819C - 制冷剂冷凝器 - Google Patents

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Abstract

在一个使储罐(22)的上部进口(64)以相对于储罐的纵轴(74)倾斜一个角度(α)，(β)的结构中可以使储罐(22)中的制冷剂产生涡流，从而避免了因气体制冷剂从储罐(22)进入冷凝器(20)的过冷级而造成的不适当的过冷使效率降低的问题，其中储罐(22)的上部进口(64)相对于储罐的纵轴(74)倾斜(α)，(β)角度，使储罐(22)中的制冷剂产生涡流。最好在储罐(22)的上部进口(64)和下部出口(66)之间设置一块挡板(106，115，118，121)，从而使储罐(22)中的涡流与下部出口(66)隔开。

Description

制冷剂冷凝器
本发明涉及例如空调系统一类的制冷系统，具体地说涉及用在这类系统中的整体式储罐/冷凝器。
通常，蒸汽压缩制冷系统所用的冷凝器用于接收来自压缩机的高压蒸汽制冷剂。冷凝器的运行能使蒸汽制冷剂冷凝成液相制冷剂，以便最终将其传送到蒸发器，制冷剂在蒸发器中蒸发。从周围环境吸收的热量传给制冷剂，当制冷剂蒸发时，作为蒸发潜热被吸收。然后使蒸发了的制冷剂直接进入压缩机，重新在系统中进行循环。
通常这类系统包括一个所谓的用于接收来自冷凝器的液体制冷剂的储罐，液体制冷剂在进入该储罐以后再传送到蒸发器中。储罐的第一个作用在于保证使所有通过膨胀设备的制冷剂为液相，所述膨胀设备位于蒸发器的上游。这意味着制冷剂纯度不高，焓值也低，从而当制冷剂蒸发时提高制冷剂的吸热能力。在这方面，储罐用作剩余液体制冷剂的容器，从而，不论系统有什么变化(主要因压缩机的运行而引起)均可保证只有液体才进入膨胀设备。例如，在车辆空调系统中，压缩机频繁停止和起动。另外，当与压缩机机械连接的发动机加速时，压缩机的速度也会变化，造成该压缩机进口压力的变化，而压力变化又影响系统制冷剂的流速。
此外，储罐也可以配有一个对制冷剂进行过滤并且对制冷剂进行干燥的设备，从而保证制冷剂的纯度，防止无效运行。
在任何时候都希望将储罐与冷凝器结合起来。例如在所谓的多路式并流冷凝器中，储罐与冷凝器结合在一起可以保证只有液体制冷剂才会进入冷凝器的最后一个通路，而该通路只是作为过冷通路。当做成这种冷凝器时，过冷量的增加会进一步降低制冷剂的纯度，同时使进入蒸发器的制冷剂的焓值减少，从而达到上述效果。另外，储罐与冷凝器结合在一起以后不需要在系统的其它地方设立单独的储罐/干燥器，而且可以减少系统的总成本，降低必需供给系统的制冷剂的纯度。
在后一种情况中，已知某些制冷剂对环境是不利的，例如认为CFC对地球周围的臭氧保护无益。其它制冷剂，例如HFC 134a尽管对臭氧的损害不大，但认为这些制冷剂有助于所谓的温室效应，而温室效应会造成全球变暖。
在车辆空调器中，因为压缩机由汽车发动机驱动，所以当压缩机用在家庭或商业空调单元中时不能得到很好的气密效果。因此，制冷剂就会通过压缩机泄漏出来，对环境造成不利影响。所以存放制冷剂的容器成为一个主要课题。
在1996年8月20日授权给Matsuo等人的美国专利NO.5546761中公开了一种整体式储罐/冷凝器。公开在该专利中的这种系统的困难在于储罐内会出现涡流。这种涡流主要是进入的蒸汽和液相制冷剂的混合物的制冷剂引起的。特别是当储罐/冷凝器用在车辆空调系统中时，车辆速度的变化成为涡流的另一根源。当车辆加速或减速时，储罐中的液体制冷剂的位置会相对于储罐的出口作很大的移动。
当具有这种涡流时，作为液体和蒸汽混合物的制冷剂会到达储罐出口。当出现这种情况时，冷凝器的最后的通道已不再只是过冷通道了。此时该通道不仅起到对液相制冷剂进行过冷的作用，而且还起到对蒸汽制冷剂进行冷凝的作用。因此，不能达到最佳过冷程度，而且不利于系统运行。
本发明旨在克服上述缺陷。
本发明的主要目的在于提供一种新的经改进的整体式储罐/冷凝器，这种整体式储罐/冷凝器用于制冷系统中。但该经改进的储罐/冷凝器未必总是用在车辆空调器中。
根据本发明，所提供的制冷剂冷凝器包括两个分隔开的非水平设置的伸长联管箱。两个联管箱的两个相对的侧面上开有管槽，一个联管箱上的管槽与另一个联管箱上的管槽大概对齐。联管箱之间有若干延伸的管子，管子的端部处于对应槽中，以便在联管箱之间建立若干平行液压流路。各个联管箱上至少有一个隔板，使制冷剂至少形成通过冷凝器的两路，这两路包括第一路和最后一路。将制冷剂进口设置在其中一个联管箱上，该进口与第一路连通。将制冷剂出口也设置在其中一个联管箱上，该出口与最后一路连通。在其中一个联管箱上装有一个延长的储罐，储罐有一个纵轴。储罐下部的液体出口与最后一路的上游侧相连，而储罐上部的液体进口与第一路的下游侧相连。连接到联管箱上的上部进口和下部出口用一个隔板分开，储罐装在所述的联管箱上。
根据本发明的一个方面，上部进口倾斜于储罐的纵轴，以便使储罐中的制冷剂产生涡流，而根据本发明的另一实施例，也可使上部进口倾斜于纵轴的一个壁。在本发明的一个优选实施例中，上部进口向上朝着纵轴倾斜，而且也可以倾斜于纵轴的一个壁。
根据这种结构，在使比重大的液体制冷剂与比重小的蒸汽制冷剂分开的储罐中产生最大的制冷剂流。然后重力引起比重大的液体制冷剂向下流动到下部出口。
根据本发明的另一个实施例，冷凝器上有一个伸长联管箱，一些管槽，若干管道，每个伸长联管箱中至少有一个隔板，一个制冷剂进口，一个制冷剂出口，以及一个伸长的储罐，如上所述该储罐上有一个上部进口和下部出口。在本发明的这个实施例中，储罐内的上部进口和下部出口之间设置一个钻孔的挡板，该挡板用于使液体制冷剂与蒸汽制冷剂保持分开。
在本发明的一个实施例中，储罐上有一个可拆卸的盖，以便将过滤器和/或通用干燥材料装入储罐中。
通过下面结合附图对说明书的描述将会更清楚本发明的其它目的和优点。
图1是本发明整体式储罐/冷凝器的分解图；
图2是储罐/冷凝器的正视图；
图3是储罐/冷凝器的平面图；
图4是储罐/冷凝器的侧视图；
图5是储罐进口的部分示意的剖面图；
图6是储罐进口的部分示意的平面图；
图7表示的设备用于将储罐安装在冷凝器上；
图8表示的另一设备用于将储罐安装在冷凝器上；
图9表示的又一设备用于将储罐安装在冷凝器上，并且将进来的制冷剂引人所要求的通路；
图10为用于将储罐安装在冷凝器上的另一设备的剖面图；
图11所示的是与图10所示的类似的安装设备的剖面图，但另加的设备用于将进来的制冷剂引人所要求的通路；
图12所示的挡板可以用在储罐中；
图13表示挡板的另一种形式；
图14表示挡板的又一种形式；
图15为再一种形式的挡板的剖视图；
图16的局部示意图表示制冷剂在进入储罐时的流动情况；
图17的示意图表示储罐可以装在冷凝器上的种种位置。
各附图中示出了整体式储罐/冷凝器的的实施例，图1-4所示的实施例中包括一个冷凝器20以及一个装在该冷凝器上的储罐22，这两者基本为毗邻关系。冷凝器包括一些伸长的管道，这些管道与各联管箱24垂直。每个联管箱24的与另一联管箱相对的一侧具有若干管槽26，这些管槽与另一相对联管箱上的各管槽26对齐。若干多孔扁平管道28在各联管箱24之间延伸，将这些管道的端部装在各槽26的相应槽中，它们彼此间要进行密封。在正常情况下，各构件由铝制成，并通过焊接连接在一起。
在各附图中只示出了螺旋形翅片34，这些翅片在各相邻管道28之间以及在冷凝器20和侧板36上延伸。
例如通过端塞40对联管箱24的各端进行密封，而管塞通常是在现场进行焊接的。
所示实施例为两路冷凝器，为此，靠近冷凝器下端有一个双槽42，该槽用于接收无孔隔板或挡板44。在一个优选实施例中，通常将槽42和挡板44做成图1-6所示的形式，这可参见1990年6月26日授权于Alley的美国专利NO.4936381，在此插入该专利的全部描述作为参考。
相对的联管箱24包括一个用于接收挡板48的槽46，该挡板与挡板44差不多。在所述的实施例中，槽42和44位于各自联管箱的相同部位。
最右边联管箱24包括一个进口50，有一个进口固定件52焊接在该进口上。固定件52用作冷凝器进入系统的连接点，显然固定件处于挡板44的上方。
在挡板的下方，最右边的联管箱24包括一个第二开口54，而该开口用于接收出口固定件56，该固定件用作从储罐/冷凝器到系统的出口。
如果需要，也可以把一个安装固定件58焊接到最右边的联管箱24上。可以把一个类似的固定件60焊接到最左边的联管箱24上。
储罐22为圆柱形，其长度和联管箱24基本相同。使储罐具有较大的直径，从而具有足够的容积储存系统所需要的制冷剂。
储罐22的上端用具有螺纹的盖62封住。所以盖62是可拆卸的，并且作为一个单独的设备，因而在储罐/冷凝器组装以后，可以将过滤器或通用干燥材料装到储罐22中。
靠近储罐22的下端有一个制冷剂上部进口64和一个制冷剂下部出口66。如图1所示，上部进口64和下部出口66为管接头形状，可以将它们密封地装在最左边联管箱24的成一线的孔中。这种安装应使上部进口64处于隔板48的上方，而使下部出口66处于隔板48的下方。
因而很明显就确定了两路冷凝器。具体地说，制冷剂可以通过固定件52进入，由联管箱24分配到隔板44上方的各管端30，流入最左边的联管箱24中。只要制冷剂流入最左边的联管箱24中，制冷剂就可以通过上部进口64出来到达储罐22。当储罐22中的液体和蒸汽制冷剂分离后，液体制冷剂可以通过下部出口从储罐22中出来，最后通过位于隔板44和48下方的管道28返回最右边的联管箱24。再该路径中，液体根据需要得到过冷，最后通过装配件56返回系统。当然，需要注意的是，尽管本发明一直用于具有至少两个路径的冷凝器中，但本发明并不局限于任何具体的路径数量。
现在再回到储罐22，在上部进口64和下部出口66之间该储罐包括一个挡板接收槽70，其用途下面将会看到。
现在参见图5和6，需要描述的是上部进口64和储罐22的方向。尽管此处只是部分示意图，但限定储罐22的圆柱形管道可用标号72表示，它的纵轴用标号74表示。特别请参见图5，所看到的进口64倾斜，它与纵轴74之间形成锐角α。特别是进口64相对于轴74向上倾斜。
如图6所示，进口64可以相对于纵轴74的一侧交替倾斜成β角度，下面将会详细看到，这种结构使进入的混合相制冷剂产生涡流。这种涡流与旋风分离器中发现的涡流相同，比重大的液体制冷剂在离心作用下撞击储罐22的内壁，并在重力作用下落到下部出口66。比重小的蒸汽制冷剂留在储罐22中，一直到通过与储罐壁进行热交换或与进入的液体制冷剂接触得到冷凝为止，进入的液体制冷剂可以得到局部过冷。
图7所示的管接头形状可以用于制成上部进口64和下部出口66或两者之一。具体地说，管接头截面比管道80中心附近的周边具有肋片的短管段的截面小。所述肋片82避免管道80的任何一端延伸太长，以免进入最左边的联管箱24或储罐22中。
作为使用管道的替代物，如图8所示，可以用传统的T形钻孔形成一个法兰84，该法兰从联管箱24向外延伸，以便在储罐22的壁中绕四周围住一个稍小一点的法兰86。在焊接期间将法兰84和86成为一体，并且进行密封。
利用图9所示设备的另一种形式，可以将储罐22安装在冷凝器20上。象图7一样，用了一段短管90，该短管具有一个基本处于中心的周边肋片92，该肋片的作用与肋片82相同。但是，管道90的用于进入储罐22的那一端94上装有一个朝上的突出件或突起95。在组装初始阶段，通过适当地调整管道90的方向，就可以使突出件95以α角度或β角度引导进来的混合制冷剂，也可以按照上述两个角度引导制冷剂。另外，当使用管道80时，可以简单地使管道稍斜一些，以便在适当地调整储罐2中的各孔以及接收管道的联管箱24以后，就可以得到角度α和β。
利用图10所示设备的另一种形式，可以将储罐22安装在冷凝器20上。使用一个鞍形安装块96，安装块包括第一和第二半圆柱形槽97和98。槽97的直径与联管箱24的外径相同，而槽98的直径与储罐22的外径相同。用一个孔99连接槽97和98。在本发明的该实施例中，可以将管道80完全去掉，而使孔99的各端分别与储罐22和联管箱24中的各开口对齐，这些开口通常是安装管道80的。当将组装件焊接在一起时，金属焊料在孔99的各端形成密封，实现气密连接。
利用图11所示设备的另一种形式，可以将储罐22安装在冷凝器上。另外也使用一个鞍型安装块100，该块同样具有反向槽101和102，这两个槽为半圆柱形，尺寸与槽97和98正好相同。孔103就象孔99一样连接槽101和102。但是在该实施例中，将一根短管道104插入孔103的通向槽102的端口内。管道104的尺寸应使其能够进入储罐22的开口，储罐的另一开口由管道80占据。
反之，从整体上来看，孔99与储罐22的纵轴74彼此成90°直角相交，这可以适用于也可以不适用于孔103。
例如，孔103的角度应使管道104以与纵轴74倾斜的角度进入储罐22，所述角度不是α角(图5)就是β角(图6)，也可以兼而有之，以便产生上述的涡流作用。
现在再回到图1，我们记得在储罐22中有一个槽70。事实上，槽70是一个双槽，这与以前授予Alley的专利中所述的槽很象，该槽用于安装总体外形与Alley所介绍的形状一样的挡板。
图12介绍的是挡板的一种优选形式，所看到的挡板包括一块大体上成圆形的板106，挡板的各对应侧具有反向的L型凹口108。但是，在Alley介绍的挡板中，各凹口108的相隔距离约等于管道的内径，在图12所示的挡板中，各凹口108的长边的相隔距离小于储罐22的内径，使一对细长开口112留在储罐22的管道内壁114和长边110之间。开口112用作排液口，这样液体制冷剂可以从储罐24的挡板106以上的部位排到下部出口66，而挡板106的本体用来使上部进口64附近产生的所有涡流与下部出口66附近的液体隔离。
图13介绍的是挡板的另一种形式，挡板包括一块大体上成圆形的板115，板的侧部开有两个L型凹口116，其用途与Alley介绍的一样。板115的周边附近有若干细长槽117。槽117为弧形。正如图12的实施例所示，这些槽用作排液口，这样液体制冷剂可以从储罐24的挡板115以上的部位排到下部出口66，而挡板115的本体用来使上部进口64附近产生的所有涡流与下部出口66附近的液体隔离。
图14介绍的是挡板的又一种形式，挡板包括一块大体上成圆形的板118，板的相对两侧开有两个L型切口119，其用途与Alley介绍的一样。大体位于中心的圆孔120起到的作用与槽117的相同。
图15介绍的是装在槽117中的挡板的另一种形式。此外，所用的板121上有一些L型凹口122，这些凹口与标号116和119所示的相象。在板121的中心，有一个薄片124从板12的本体伸出，离开开口126。开口126的作用与槽117或孔120非常相似，用作排液口。可以使薄片124的方向处于进入气流的通路中，也就是说，例如处于法兰84，86或管道80在储罐内的端部限定的开口的排放通路中，以便使进入的混合制冷剂偏离理想的角度，即偏离α角度或β角度或按这两个角度。
现在参考图16。在该实施例中，管道80用作上部进口64，如图所示，该管道按照图5和6所示的方法倾斜。进入制冷剂的涡流用上升的螺旋箭头表示，所述箭头表示液体制冷剂的通路。箭头132和点线表示气态制冷剂的通路。
可以容易地理解到在车辆中使用挡板100时，该挡板的作用在于有效地使进入的气流引起的任何涡流或储罐移动可能产生的涡流与下部出口66隔离。
有时也可以省去挡板100，而在另一些时候可以保留挡板100，但不要使上部进口64倾斜。
图17示出的是本发明结构的另一优点。可以理解的是，通过合适地设置一些孔或开口将储罐22与联管箱24相连，储罐22就可以位于联管箱24周围180°上所分隔的的任何位置，例如22、22’或22”所示的位置。所以，根据一个给定设备的有效空间，可以显著改变储罐相对于冷凝器本体的位置，以便满足各种特定空间的要求。

Claims (25)

1.一种制冷剂冷凝器，包括
两个分隔开的非水平设置的伸长联管箱；
两个联管箱的相对的一侧开有管槽，一个联管箱上的管槽与另一个联管箱上的管槽大概对齐；
联管箱之间有若干延伸的管子，各管子的端部处于各对应槽中，以便在联管箱之间建立若干平行液体流路；
各个联管箱上至少有一个隔板，使制冷剂至少形成通过冷凝器的两路，这两路包括第一路和最后一路；
将制冷剂进口设置在其中一个联管箱上，该进口与第一路连通；
将制冷剂出口也设置在一个联管箱上，该出口与最后一路连通；
在其中一个联管箱上装有一个延长的储罐，储罐有一个纵轴；
储罐下部的液体出口与最后一路的上游侧相连，而储罐上部的液体进口与第一路的下游侧相连，连接到联管箱上的上部进口和下部出口用一个隔板分开，储罐装在所述联管箱上；
上部进口倾斜于储罐的纵轴，以便使储罐中的制冷剂产生涡流。
2.根据权利要求1所述的冷凝器，其中上部进口向上倾斜于所述的纵轴。
3.根据权利要求1所述的冷凝器，其中上部进口倾斜于所述纵轴的一侧。
4.根据权利要求3所述的冷凝器，其中上部进口还向上倾斜于所述的纵轴。
5.根据权利要求1所述的冷凝器，其中所述上部进口包括一根将所述联管箱与所述储罐相互连接的进口管道，所述储罐装在联管箱上。
6.根据权利要求5所述的冷凝器，其中所述进口管道的端部在所述储罐中，将具有偏离装置的一端的形状做成使所述上部进口倾斜于所述纵轴。
7.根据权利要求1所述的冷凝器，它还包括一块位于所述储罐中的挡板，挡板处在所述上部进口和所述下部出口之间。
8.根据权利要求7所述的冷凝器，其中所述挡板包括一个大体上位于中部的开口。
9.根据权利要求1所述的冷凝器，其中所述挡板的周边或周边附近包括若干槽或开口。
10.根据权利要求9所述的冷凝器，其中所述储罐为圆柱形，所述挡板中的槽为弧形。
11.根据权利要求9所述的冷凝器，其中由所述挡板周边上的各凹口限定所述若干槽或开口。
12.根据权利要求7所述的冷凝器，其中所述挡板包括一个可以朝所述挡板一侧移动的薄片。
13.根据权利要求12所述的冷凝器，其中所述薄片朝所述上部进口移动。
14.根据权利要求1所述的冷凝器，其中所述制冷剂进口和出口均由一根短管限定，该短管还用于将所述储罐安装在联管箱上，短管本身也安装在联管箱上。
15.根据权利要求1所述的冷凝器，其中所述储罐牢牢靠着其上安装该储罐的联管箱。
16.根据权利要求1所述的冷凝器，它包括至少一个钻孔的鞍形块，该块位于储罐和其上安装该块的联管箱之间，该块将联管箱与所述下部液体出口或所述上部液体进口相连。
17.一种制冷剂冷凝器，包括
两个分隔开的非水平设置的伸长联管箱；
两个联管箱的相对的一侧开有管槽，一个联管箱上的管槽与另一个联管箱上的管槽大概对齐；
联管箱之间有若干延伸的管子，各管子的端部处于各对应槽中，以便在联管箱之间建立若干平行液体流路；
各个联管箱上至少有一个隔板，使制冷剂至少形成通过冷凝器的两路，这两路包括第一路和最后一路；
将制冷剂进口设置在其中一个联管箱上，该进口与第一路连通；
将制冷剂出口也设置在其中一个联管箱上，该出口与最后一路连通；
在其中一个联管箱上装有一个延长的储罐，所述储罐有一个与所述最后一路的上游侧相连的下部液体出口以及一个与所述第一路的下游侧相连的上部液体进口，所述上部进口和所述下部出口在连接到联管箱上时由所述隔板中的一个隔板分隔开，所述储罐装在所述联管箱上；和
一块位于所述储罐中的挡板，挡板处在所述上部进口和所述下部出口之间。
18.根据权利要求17所述的冷凝器，其中所述挡板为钻孔的板。
19.根据权利要求18所述的冷凝器，其中所述挡板包括一个大体上位于中部的开口。
20.根据权利要求19所述的冷凝器，其中所述挡板的周边或周边附近包括至少一个槽或开口。
21.根据权利要求20所述的冷凝器，其中所述储罐为圆柱形，所述挡板中的槽为弧形。
22.根据权利要求20所述的冷凝器，其中由所述挡板周边上的各凹口限定所述若干槽或开口。
23.根据权利要求20所述的冷凝器，其中有若干所述的槽或开口。
24.根据权利要求18所述的冷凝器，其中所述挡板包括一个可以朝所述挡板一侧移动的薄片。
25.根据权利要求20所述的冷凝器，其中所述薄片朝所述上部进口移动。
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