CN1157895A - 空调器的热循环 - Google Patents

Abstract

一种用于空调器的热循环，包括压缩机1，室外热交换器3，膨胀阀4，室内热交换器12以及连接它们的管道，制冷剂选自HFC类，液/气混合的制冷剂通过膨胀阀4降压以后被叉形管5、9分流成为液体制冷剂和气体制冷剂，而后分别地流过具有不同流动阻力的两个连接管6，7。装满合成沸石13的干燥器8设置在液体制冷剂通过的连接管6的通道中，而气体制冷剂可在连接管7的流动通道中流动，因而防止了由于合成沸石的碎片对压缩机的损伤，提高了压缩机的可靠性。

Description

空调器的热循环

本发明涉及一种用于空调器的热循环，特别是涉及一种用氟代烃(HFC-hydrofluorocarbon)基制冷剂代替常规的有害的氟烃基(fluorocarbon)制冷剂的热循环装置。

近年来，在有关用于包括空调器的热循环的制冷剂方面，人们已经对氟代烃(HFC)基制冷剂取代常规的有害的氟烃基制冷剂(包括含氯氟烃CFC_s-chlorofluorocarbons)的问题进行了广泛的研究，特别是从环境问题(例如同温层中的臭氧层破坏问题)的观点进行了研究。考虑到该制冷剂的特性，使用HFC基制冷剂的热循环采用了各种酯基润滑油来作为在该热循环中使用的压缩机的制冷机械油。该酯基润滑油的具体实例可以包括由日本Japan Sun Oil公司出售的“HAF56D1”或“SL-68”。

另一方面，对于装有干燥器的使用不同于上述HFC基制冷剂的常规的氟烃基制冷剂的冷冻机的制冷循环可以从例如日本1980年的实用新型公告(昭和55-2678号)中获知，其中能够从常规的有害的氟烃基制冷剂中除去水分的干燥器是为了防止由于制冷剂中水分结冰而使毛细管堵塞造成的失效而设置的。这种制冷循环还有一个设置在冷凝器和减压装置(毛细管)之间的装满干燥剂的干燥器，用来吸收该制冷循环中的水分。另外，一般说来，在冷冻机用的制冷剂循环中的制冷剂的流动速度要比在空调器用的热循环中的制冷剂的流动速度低得多。

然而上述现有技术存在以下问题。

首先，与和常规制冷剂一起使用的润滑油不同，用于使用上述HFC的热循环中的酯基润滑油很容易由于水分的存在而发生水解作用，该水解产生的一种酸往往会腐蚀包括在上述热循环中的压缩机在内的机械部分，因而降低了包括压缩机在内的机械部分的可靠性。

另一方面，上述文件(日本实用新型公告昭和55-2678号)虽然指出了在热循环中由于制冷剂中水分结冰而造成的问题，但它并未指出如何解决有关酯基润滑油在使用上述HFC的热循环中采用所遇到的问题。特别是该文件并未认识到酯基润滑油(例如由日本Japan SunOil公司出售的“HAF56D1”或“SL-68”)同制冷剂中的水分的氧化问题，并且也没有采取任何措施来阻止这种现象发生。

特别是在构成冷却/加热型空调器的热循环中，制冷剂在通过减压装置后就被分流成为作为两相流动的液体组分和气体组分流动，因此与上述文件中所示的冷冻机的制冷循环不同，该制冷剂的流动速度变得更高了。例如，在冷冻机中的制冷剂的流率约为2公斤/小时，而本发明的冷却/加热型空调器的热循环中的制冷剂的流率约为50-150公斤/小时。

在这种具有高速度的两相(液体/气体)流体未经任何变化地进入干燥器中的情况下，干燥器中的合成沸石将被高速的两相流体所移动并且通过它们的相互撞击和摩擦而破碎成细粉末。合成沸石的碎片和/或粉末通过热循环移入压缩机中，损坏压缩机的运动部分并且因而降低了它的可靠性；损坏四通阀的控制部分并且因而随着时间造成用于流动控制的这些部件的损坏。

因此，为了解决现有技术的上述问题而研制了本发明。因而本发明的目的在于提供一种使用HFC的空调器的热循环，它能够从所使用的制冷剂中除去水分(或脱水)，以防止包含在制冷剂中的酯基润滑油由于存在水分而氧化，从而解决了由于涧滑油的氧化通过在热循环中包括对压缩机在内的机械部分的腐蚀而造成的可靠性降低的问题；并且即使在制冷剂在热循环中以高速流动时，也能防止干燥器中的干燥剂产生碎片和/或粉末，因此防止了由于该碎片和/或粉末而使该热循环(包括压缩机)随着时间其可靠性降低或恶化的情况的发生。

图1示出了本发明的空调器热循环的一个实施例的系统简图；

图2示出了作比较用的现有技术的空调器热循环的系统简图；

图3是一个曲线图，图中示出了制冷剂在一个普通的干燥器中的流动速度；

图4(a)和4(b)示出了本发明的空调器热循环的另一个实施例的系统简图；

图5示出了本发明空调器热循环的又一个实施例的系统简图。

通过下面对最佳实施例的详述，将会对本发明有一个十分全面的理解。

下面参照附图将对本发明的实施例作全面的说明。

(实施例1)

参看示出本发明一个实施例的图1，参考标号1表示压缩机；2是四通阀；3是室外一侧的热交换器；4是减压装置(例如膨胀阀)；5、9都是叉形管(支路装置)；6、7是形成两条流动通道的连接管，用来把致冷剂在叉形管5，9之间的这段距离中分隔成两部分；6a，7a是毛细管，按照需要分别设置在连接管6，7中用于减压；8是设在连接管6一侧的流动通道上的干燥器；10a、10b、11a、11b都是在致冷剂管路中的接头；12是室内一侧的热交换器。参考标号13表示干燥器8中的合成沸石，该沸石中含有多孔的颗粒材料，该颗粒的直径为1-2毫米并且其可调整的平均孔径大小的范围为2.8-3.3埃；参考标号14表示一个弹簧，用来把合成沸石13紧紧地装满在多孔板之间的空间内。

在图2中示出了用于现有技术的空调器的现有技术的热循环的系统简图，与本发明的热循环相比较，现有技术的热循环缺少叉形管5、9和旁路干燥器8的连接管7。在图1和图2中，同样的部件用同样的字母表示，实线箭头和虚线箭头分别表示制冷剂在冷却和加热时的流动方向。

图3示出了制冷剂在干燥器8的圆筒部分流动时的速度曲线，条件为：制冷剂的流动速率设定在50公斤/小时(制冷剂R-22)，干燥器8的圆筒部分的内径设定在25毫米。在该图中，横坐标表示干燥度“X”，而纵坐标表示制冷剂的流动速度“V”(米/秒)。

首先将参看图1来说明冷却工作情况。先将制冷剂通过压缩机1压入。制冷剂在高温和高压下沿着由实线箭头所示的方向通过四通阀2流向室外一侧的热交换器3。制冷剂通过与在室外一侧的热交换器3处的外界空气进行热交换而被冷凝和液化。该液化制冷剂通过膨胀阀4后压力降低而成为液/气混合的制冷剂(干燥度或气体质量X约为0.2，它表示所含气体与总量之比)。该液/气混合的制冷剂通过叉形管5被分流并且分流到连接管6、7中去。此时，由于连接管6、7彼此的内径“d”和长度“1”的不同而具有不同的流动阻力，所以在连接管6、7中流动的该液/气混合的制冷剂的分流部分的流量就可以被调整。

在液/气混合的制冷剂中，以低速流动的液体制冷剂由于它的重力的作用则被调节到通过连接管6并且流过干燥器8中的合成沸石13。因此，制冷循环中的水分就通过合成沸石13而被除去。此外，液/气混合的制冷剂中的气体制冷剂则在连接管7中流动。通过干燥器8以后的液体制冷剂和通过连接管7以后的气体制冷剂在叉形管9处汇合。因此混合后的制冷剂就到达室内一侧的热交换器12并且与室内空气进行热交换和通过室内一侧热交换器12汽化。汽化潜热起冷却室内空间的作用。

在图2中示出的现有技术的热循环中，由于在干燥器8中流动的制冷剂的干燥度或气体质量“X”约为0.2，根据示于图3中的关系曲线，制冷剂的速度约为0.2米/秒。如果把干燥器8设置在膨胀阀4的前面，制冷剂处于液态(干燥度或气体质量“X”＝0)，因而根据示于图3中的关系曲线，在干燥器8中流动的制冷剂的速度约为0.025米/秒。

在示于图1的本实施例的制冷循环中，在干燥器8中流动的制冷剂的速度由连接管6、7的流动阻力所决定。在连接管6、7中流动的制冷剂的流量由下列方程式给出：

D_p＝A·r·1/d⁵·G²          (1)

式中：D_p是在叉形管5和9之间的压差；A是摩擦系数；r是流动液体和/或气体的比重；l是管子长度；d是管子内径；G是流量。

现在，假定制冷剂的流量是50公斤/小时；干燥度或气体质量(X)是0.2；在连接管6中流动的液体制冷剂的流量是40公斤/小时；在连接管7中流动的气体制冷剂的流量是10公斤/小时；液体制冷剂的比重是1130公斤/米³；气体制冷剂的比重是66公斤/米³；以及连接管6、7中的内径彼此相等。根据上述假定，在连接管6、7之间的长度比(l₇/l6)根据方程式(1)可以得出约为1/3。通过使用具有这样长度比的连接管6、7，液体制冷剂在干燥器8中的流动可以以慢到0.02米/秒的速度进行。

此处还可以假定，不是通过叉形管5把该液/气混合的制冷剂分流成液体制冷剂和气体制冷剂的方式来使液/气混合的制冷剂(干燥度或气体质量“X”＝0.2)在连接管6、7中流动。然而，在该情况下，为了把在干燥器8中流动的液/气混合的制冷剂的速度数值设定在约0.025米/秒(这是液体制冷剂在干燥器8中的流动速度)，在假定连接管6、7的内径彼此相等的条件下，根据方程式(1)所给出的在连接管6、7之间的长度比(l₇/l6)约为1/49。这样的长度比应用在实际设备中是不实际的。因此，这种包括用于可使液体和气体分流的叉形管5和9的结构是较可取的。

由室内一侧热交换器12所液化的制冷剂在加热工作时沿着图示虚箭头的方向流动，并且通过叉形管9分流。制冷剂的分流部分在连接管6、7中流动，其流速由连接管6、7调整。在连接管6中流动的制冷剂通过在干燥器8中的合成沸石13，从而将制冷循环中的水分除去。这样，液体制冷剂就在连接管6、7中流动。假定在连接管6、7之间的长度比(l₇/l6)为约1/3，液体制冷剂的流量比(G₇/G₆：G₆是连接管6中的流量，G₇是连接管7中的流量)约为1.7/1。即，当连接管6中的流量约为19公斤/小时，在连接管7中的流量G₇约为31公斤/小时。因此，液体制冷剂在干燥器8中的流动速度可以低至约0.01米/秒。

在该实例中，在加热和冷却运行时，在干燥器8中流动的液体制冷剂的速度可以设定在低于0.025米/秒。这样就可以防止在干燥器8内的合成沸石13的颗粒的损坏，因而可以保持压缩机1的可靠性。

具有干燥器的空调器的热循环对于考虑使用HFC制冷剂(HFC-32，HFC-125，HFC-134a等)来代替制冷剂R-22(HCFC-22)的制冷循环特别有效。其原因如下。使用酯基油来作为在使用HFC基制冷剂的制冷循环中工作的压缩机1的制冷机械油将引起水分的分解，从而产生一种往往腐蚀压缩机1的机械部分的酸，因此降低了压缩机1的可靠性。为此，为了除去在制冷循环中的水分，干燥器8中装满了合成沸石13，这种沸石不能主要地吸收HFC基的制冷剂(例如HFC-32的分子直径是3.2埃；HFC-125的分子直径是4.2埃；以及HFC-134a的分子直径是4.2埃)，但是它能主要吸收水分(其分子直径为2.8埃)。

平均孔径规定在2.8-3.2埃的范围内的合成沸石13的颗粒是特别有效的。此外，孔径变化也规定在上述范围内的合成沸石13的颗粒是最有效的。

合成沸石的基本化学反应式可以下式表示：

M₂/nO·Al₂O₃·XSiO₂·YH₂O    (2)

式中：M是金属阳离子，“n”是原子价。合成沸石主要含有钾作为金属阳离子，它可以用Union Showa公司出售的“MolecularSheaves XH-10C”来代表。

(实施例2)

图4(a)和4(b)示出了本发明的另一个实施例的用于装有干燥器的空调器的热循环，其中图4(a)是基本部分的系统简图；图4(b)是从图4(a)的箭头A方向看去的放大视图。在这些图中，用相同的标号来表示那些与上述实施例中相当的部件。此外，图4(a)和4(b)中主要示出了一个分配器，热循环的其他部件(未示出)与图1中的部件相同。

分配器15的设置是为了通过减少部件数目而使成本降低而达到在图1所示出的上述实例同样的功能和作用。

在图4(a)和4(b)中所示的具有一个干燥器的热循环中，分配器15是用来作为分流装置。分配器15包括：上和下件7_p、6_p，该上下件用来把分配器15的内部隔开而同时又保持在隔开部分之间的连通；与减压装置4相连接的连接孔15a，该孔设置在上件和下件7_p，6_p之间；与干燥器8一端的连接管6相连通的连接孔15b，该孔设置在下件6_p一侧的分配器15的端部；与在室内侧热交换器12一侧的制冷循环管相连接的连接孔15d，该孔设置在上件7_p一侧的分配器15的另一端部；并入在干燥器8一侧的连接管6中的汇合孔15C，该孔设置在上件7_p与连接孔15d之间的一个中间部分处。上和下件7_p和6_p具有连通孔7h、6h，用来分别调整在连接管中流动的制冷剂的流量。

更准确地说，该上件7_p在其中央有连通孔7h，用来对通过膨胀阀4从连接孔15a进入分配器15的液/气混合的制冷剂给出流动阻力，以使气体制冷剂在分配器15的汇合孔15c和连接孔15d中流动。另一方面，下件6_p在其中央有连通孔6h，用来对液/气混合的制冷剂给出流动阻力，以使液体制冷剂在分配器15的连接孔15b和连接管6中流动。

在连接管6中流动的制冷剂通过在干燥器8中的合成沸石14，以将制冷循环中的水分除去，如同图1中所示的实施例中的情况一样。

在图4(a)和4(b)中所示的制冷循环装置中，合成沸石13的颗粒的平均孔径的设定，液体制冷剂在干燥器中的流动的调整以及制冷循环装置的功能和作用都和在图1中所示的上述实施例中的相同。

(实施例3)

图5是本发明又一个实施例的用于装有干燥器的空调器的热循环系统简图。在该图中，与在第一个实施例中相当的那些部件都用相同的标号示出，因而对它们的说明也将予以省略。在图5中所示的实施例中，干燥器8设置在制冷循环中当冷却运行时压力变高的那一部分。即，用于在一个规定的范围内通过两个叉形管5、9使制冷剂分流的两根连接管6、7被设置在减压装置4与室外一侧的热交换器3之间，并且干燥器8设置在连接管6一侧。

当冷却运行时，制冷剂被室外一侧热交换器3液化，沿着实线箭头所示的方向流动，并且通过叉形管5分流。然后，制冷剂在具有高流动阻力的连接管6、7中以通过连接管6、7调整后的流量流动。此时液体制冷剂在干燥器8中以低速流动。

当加热运行时，制冷剂被室内一侧的热交换器12液化，沿着虚线箭头所示的方向流动，并且通过减压装置(膨胀阀)4减压而成为液/气混合的制冷剂。该液/气混合的制冷剂通过叉形管9分流，通过按照图1中所示的上述实施例说明的连接管6、7的流动阻力的作用，使液体制冷剂在连接管6中流动而使气体制冷剂在连接管7中流动。

在图5所示的热循环中，合成沸石13的平均孔径的设定，液体制冷剂在干燥器8中流动的调整以及制冷循环装置的功能与作用都和在图1中所示的上述实施例中的相同。

虽然没有示出，当冷却运行时在压力变高的制冷循环的那一部分设置有干燥器8的在图5中所示实施例中的热循环，当然也可以设置有示于图4中的分配器15，以便减少成本。

如上所述，根据本发明可以提供一种热循环，该热循环对于装有一个干燥器的空调器特别适用，它能够降低在干燥器中流动的制冷剂的速度，能防止在干燥器中的合成沸石的颗粒在流动的制冷剂的作用下的损坏，因而能防止压缩机由于合成沸石的碎片或粉末所造成的损伤，从而提高了压缩机的可靠性。

此外，根据本发明所提供的具有干燥器使用HFC基制冷剂的热循环，包括一个压缩机，一个四通阀，一个室外侧的热交换器以及用于把这些部件互相连接起来的管道，其特征在于：用来在规定的长度内通过分流装置把制冷剂分流的两个流动通道被设置在减压装置与室内一侧的热交换器之间，装满了主要含有作为金属阳离子的钾的合成沸石的干燥器设置在该两个流动通道的一个通道中。

此外，根据本发明，合成沸石的颗粒可以含有其平均孔径范围为2.8埃-3.2埃的许多微孔。

此外，根据本发明，该两个通道最好使用一个叉形管作为分流装置把制冷剂分流成为一个液体制冷剂和一个气体制冷剂；液体和气体制冷剂的流量通过形成两个流动通道的两个连接管以这样的方式来调整，使得液体制冷剂主要在设有干燥器的一个流动通道中流动。

上述技术装置通过减慢制冷剂在干燥器中的流动和消除由制冷剂的作用而引起的合成沸石的运动而防止合成沸石的损坏。特别是，对于作为一个两相(液/气)流体并以高速流动的制冷剂来说，通常可通过设置一个旁路该干燥器的流动通过道而使在该干燥器中的流动为低速流动。

也就是说，上述技术装置的功能如下。

通过设置一个旁路干燥器的通道和一个可规定在干燥器一侧和旁路一侧中流动的制冷剂分量的流量比的流动通道，也就是说一个具有流动阻力可使液体制冷剂在干燥器中流动的流动通道，在干燥器中流动的液体制冷剂在通过减压装置前后的流量应设定为小于能使合成沸石破碎成粉末的流量。这样就可防止在干燥器中的合成沸石的破碎，从而提高压缩机的可靠性。

Claims (9)

1.一种用于空调器的热循环，包括一个用来压缩制冷剂的压缩机，一个室外热交换器，一个膨胀阀，一个室内热交换器以及连接上述部件的管道，其中，该制冷剂选自HFC类并且所述的热循环还包括：

用于降低在所述的热循环中流动的一部分该制冷剂的流量的装置；以及

用于使以由在所述的热循环中的所述的流量降低装置降低了的流量流动的该制冷剂脱水的装置。

2.如权利要求1中所述的用于空调器的热循环，其特征在于：所述的脱水装置设置在所述的室外热交换器与所述的室内热交换器之间的连接管道中。

3.如权利要求1中所述的用于空调器的热循环，其特征在于：所述的脱水装置包括脱水材料，该制冷剂通过它就成为脱水的流体，所述的流量降低装置使将被脱水的制冷剂的流量降低。

4.如权利要求3中所述的用于空调器的热循环，其特征在于：所述的脱水材料是沸石。

5.如权利要求1中所述的用于空调器的热循环，其特征在于：所述的流量降低装置包括许多根并联设置并且具有各自的流动阻力的管道，该制冷剂被分流并且以各自的流量在各自的管道中流动，所述的脱水装置与所述的多根管道之中的一根该制冷的流量最低的管道相连接。

6.如权利要求1中所述的用于空调器的热循环，其特征在于：所述的流量降低装置包括用于把该制冷剂分流成液相和气相的装置，和与所述的分流装置相连接的两根管道，在该两根管道中的一根管道中流动着气体制冷剂而在另一根管道中流动着液体制冷剂，所述的脱水装置与所述的另一根管道相连接。

7.如权利要求6中所述的用于空调器的热循环，其特征在于：所述的另一根管道(其中流动着液体制冷剂)具有的流动阻力大于所述的一根管道(其中流动着气体制冷剂)具有的流动阻力。

8.如权利要求7中所述的热循环，其特征在于：该一根管道和该另一根管道都由具有相同直径的毛细管制成，但前者的长度被设定为大于后者的长度。

9.如权利要求1中所述的用于调空器的热循环，其特征在于：该热循环还包括一个在所述的压缩机的对面设置的四通阀，用以根据该空调器的冷却运行和加热运行来改变从在所述的热循环内的所述的压缩机流出的制冷剂的流动循环的方向。

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