CN1166907C - 使用可燃性致冷剂的空调器 - Google Patents

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Abstract

一种使用可燃性致冷剂的空调器，其液体侧连接管的内径比气体侧连接管的内径小42.5%。通过使液体侧连接管变细，空调器用液体致冷剂在以此种方式变细的管子内流动，可以使要充入系统的致冷剂数量减少，而不引起空调器容量和效率的降低。

Description

使用可燃性致冷剂的空调器
技术领域
本发明涉及一种使用可燃性流体作为致冷剂的空调器，更具体说，涉及使用可燃性致冷剂，特别是诸如丙烷、异丁烷及类似物质的HC基(烃基)致冷剂的空调器。
背景技术
氟氯烷基HCFC基致冷剂(氟利昂)如R22是由氢、氯、氟和碳组成的稳定成分，现在用于空调器。
然而，HCFC基致冷剂能升入大气和分解臭氧，导致臭氧层的破坏。
近年来开始用碳氢氟HFC致冷剂来代替氟氯烷基HCFC致冷剂，但是HFC基致冷剂具有促进地球变暖的本性。
因此，开始一项利用HC基致冷剂的研究，它不会破坏臭氧层或剧烈影响地球变暖。
可是，由于HC基致冷剂是可燃性的，需要防止爆炸或引燃，以保证安全。
采用HC基致冷剂时防上爆炸或引燃方法之一是隔离，远离或不使用引燃源(例如日本专利申请公开平7-55267及平8-61702)。
另一方面，当使用HC基致冷剂时作为防止爆炸或引燃的另一种方法是使致冷剂本身成为不燃性致冷剂(日本专利申请公开平9-59609)以及推荐降低混合物中致冷剂的数量(日本专利申请公开平8-170859和平8-170860)。
此处，对准备采用的旨在降低致冷剂数量的通用技术(日本专利申请公开平8-170859及平8-170860)较详细地说明。
日本专利申请公开平8-170859及平8-170860涉及电冰箱。为了降低致冷剂的数量，建议：除了制冷循环之外设置热管及热管使用不燃性致冷剂；在电冰箱的舱室内为热交换器设置与蒸发器致冷剂管隔离的致冷剂管以及热管使用不燃性致冷剂；改变蒸发器或冷凝器上游和下游通道的数量；以及使用类似方法。
首先，如果单独使用空调器，采用隔离、远离或不使用引燃源头防上爆炸或引燃是非常有效的。然而，空调器可能在紧闭的空间使用，而其它设备可能具有引燃源头。因此，即使如果空调器的安全性提高了，也不能说根据使用状态可永保安全。
采用致冷剂本身为不燃性致冷剂的方法防止爆炸或引燃就不会产生上述问题，可以说在任何使用状态可确保安全。
然而，要在对地球环境不产生负面影响，如臭氧层减少和地球变暖条件下达到需要的致冷剂性能水平，将可燃性致冷剂改变为不燃性致冷剂也不是一件容易的事。
减少致冷剂数量的方法可能并非经常能完善地防止爆炸或引燃，但它的贡献是有效地使用资源。此外，如果将来发现可能的有害的影响，但致冷剂的数量不大，这种有害的影响可抑制到最低。
发明内容
因此，本发明的目的是从技术上减少爆炸或引燃的危险性及用减少装入制冷循环所用致冷剂数量的方法提高安全性。
并且，装入制冷循环所用的致冷剂的数量如果减少，而其它条件无变化，由于致冷剂循环数量减少，会出现冷却能力降低的问题。此外，为了防止冷却能力的降低，如果增加压缩量或增加压缩机的转数，则会出现输入功率增加及效率降低的问题。
由此可见，本发明的首要目的是减少装入制冷循环的致冷剂的数量，而又不降低能力和效率。
其次，本发明的第二目的是如果使用R290作为致冷剂或混合致冷剂中的主要成分，减少装入制冷循环的致冷剂的数量，而又不降低能力，同时得到实质上与使用R22作为致冷剂条件下相同的效率。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种使用可燃性致冷剂的空调器，包括：室内装置设的室内热交换器、室外装置设的室外热交换器、压缩机及膨胀装置，它们通过管子相互连接组成制冷循环，上述室内装置和上述室外装置使用连接管相互连接，其特征在于上述连接管的液体侧连接管的内径与上述连接管的气体侧连接管的内径比为9.0％-42.5％。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种使用可燃性致冷剂的空调器，包括：室内装置设的室内热交换器、室外装置设的室外热交换器、压缩机及膨胀装置，它们通过管子相互连接组成制冷循环，上述室内装置和上述室外装置使用连接管相互连接，其特征在于上述室外装置的液体侧管子的内径与上述室外装置的气体侧管子的内径比为9.0％-42.5％。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种使用可燃性致冷剂的空调器，包括：室内装置设的室内热交换器、室外装置设的室外热交换器、压缩机及膨胀装置，它们通过管子相互连接组成制冷循环，上述室内装置和上述室外装置使用连接管相互连接，其特征在于上述室内装置的液体侧管子的内径与上述室内装置的气体侧管子的内径比为9.0％-42.5％。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种使用可燃性致冷剂的制冷装置，包括：冷凝器、蒸发器、压缩机及膨胀装置，通过管子相互连接组成制冷循环，其特征在于上述管子的液体侧管子的内径与气体侧管子的内径比为9.0％-42.5％。
附图说明
对附图简要说明如下。
图1为说明本发明一个实施例的一个空调器的制冷循环图；
图2为本发明一个实施例的热交换器的侧视结构图；
图3为本发明实施例的莫氏蒸汽图；
图4为本发明实施例的室外热交换器的结构图；
图5为当使用图表所示室外热交换器作为冷凝器工作时致冷剂的流动图；以及
图6为当使用图4所示室外热交换器作为蒸发器工作时致冷剂的流动图。
具体实施方式
以下根据附图说明本发明使用HC基致冷剂的空调器。
图1为说明该实施例空调器的制冷循环图。
如图1所示，压缩机10，四通活门20，室外热交换器30，膨胀装置40及室内热交换器50通过管子相互连接为环形，组成制冷循环。这里，压缩机10，四通活门20，室外热交换器30及膨胀装置40设置在室外装置A内，而室内热交换器50设置在室内装置B内。室外装置A和室内装置B通过液体侧连接管60和气体侧连接管70相互连接。液体侧连接管60通过液体侧室外活门81和液体侧室内活门82分别与膨胀装置40及室内热交换器50连接。气体侧连接管70通过气体侧室外活门83和气体侧室内活门84分别与室内热交换器50及四通活门20连接。
组成制冷循环的管子包括连接压缩机10及四通活门20的管子71、连接四通活门20及室外热交换器30的管子72、连接室外热交换器30及膨胀装置40的管子61、连接膨胀装置40及液体侧室外活门81的管子62、连接液体侧室内活门82及室内热交换器50的管子63、连接室内热交换器50及气体侧室内活门84的管子73、连接气体侧室外活门83及四通活门20的管子74以及连接四通活门20及压缩机10的管子75。这里，管子61、62和63被高速流体占据，称为液体侧管子，而管子71、72、73、74和75主要被气体占据，称为气体侧管子。
用选择接通四通活门20改变致冷剂流动的方法进行冷却和加热工作。在图1中，实线表示冷却工作时致冷剂的流动方向，而虚线表示加热工作时致冷剂的流动方向。
本发明每一实施例使用的管子与比较例一起列于表1。表1示出本发明实施例液体侧管子的内径与气体侧管子的内径的比例，以及气体侧管子通常为3/8英寸和1/2英寸管子时的比较例。
表1
液体侧管子的内径与气体侧管子的内径的比例
液体侧管子     气体侧管子3/8英寸管子     气体侧管子1/2英寸管子
    7.92     11.1
    实施例1     1.000     12.6％     9.0％
    实施例2     1.775     22.4％     16.0％
    实施例3     3.364     42.5％     30.3％
    比较例1     4.750     60.0％     42.8％
在实施例1中，具有平均内径1mm的管子如毛细管用于每根液体侧连接管60及液体侧管子61至63。在实施例2和3中，具有平均内径1.775mm的1/8英寸管子及具有平均内径3.364mm的3/16英寸管子相应用于每根液体侧连接管60及液体侧管子61至63。作为气体侧连接管70及气体侧管子71至75通常分别采用具有平均内径7.92mm的3/8英寸管子和具有平均内径11.1mm的1/2英寸管子。
在比较例1和2中，具有平均内径4.75mm的1/4英寸管子及具有平均内径7.92mm的3/8英寸管子分别用作液体侧连接管60及液体侧管子61至63。通常，如果1/2英寸管子用作气体侧管子，则3/8英寸或1/4英寸管子用作液体侧管子，以及如果3/8英寸管子用作气体侧管子，则1/4英寸管子用作液体侧管子。
如表1所示，本发明实施例的每一根液体侧管子(包括液体侧连接管)的内径小于通常液体侧使用管子的内径。更具体地说，液体侧管子的最佳内径在1.00mm至3.364mm范围内。参考液体侧管子的内径与气体侧管子的内径的比例，在普通比较例情况下液体侧管子的内径为气体侧管子内径的42.5％。然而，在本发明中最好使用内径小于气体侧管子内径42.5％的细管子。
表2和表3示出表1所示直径的每一根管子获得同样能力所需致冷剂的数量比例。表2示出冷却工作时致冷剂的数量比例，而表3示出加热工作时致冷剂的数量比例。表2和表3所示致冷剂的数量比例是根据使用内径为7.92mm的3/8英寸管子作为气体侧管子及使用内径为4.75mm的1/4英寸管子作为液体侧管子的情况得出的，以及致冷剂数量认为是100％。
再者，液体侧管子的长度为8m，包括连接管在内，另一方面，至于包括连接管的气体侧管子在冷却工作时压力较高的气体侧管子部分的长度为1m，在冷却工作时压力较低的气体侧管子部分的长度为8m，在加热工作时压力较高的气体侧管子部分的长度为8m，以及在加热工作时压力降低的气体侧管子部分的长度为1m。至于致冷剂数量的比例，比较例1的致冷剂数量为385g，该值作为参考值使用。
在比较例1中，使用3/8英寸管子作为气体侧管子，以及使用1/4英寸管子作为液体侧管子。致冷剂的密度为472kg/m3，高压气体密度为34.1kg/m3及低压气体密度为12.5kg/m3。在每个实施例和比较例中均使用了R290作为致冷剂。
表2
用于获得相同能力(冷却工作)所需的致冷剂数量的比例
液体侧管子     气体侧管子3/8英寸管子     气体侧管子1/2英寸管子
    7.92     11.1
    实施例1     1.000     96.0％     97.0％
    实施例2     1.775     96.4％     97.3％
    实施例3     3.364     97.9％     98.4％
    比较实例1     4.750     100.0％     100.0％
表3
用于获得相同能力(加热工作)所需的致冷剂数量的比例
液体侧管子     气体侧管子3/8英寸管子     气体侧管子1/2英寸管子
    7.92     11.1
    实施例1     1.000     85.3％     88.9％
    实施例2     1.775     86.8％     90.0％
    实施例3     3.364     92.3％     94.2％
    比较例1     4.750     100.0％     100.0％
如表2和3所示，在实施例1至3中，可以用最多85％的致冷剂数量获得同样的能力。以这种方式可以借助减少液体侧连接管直径来降低致冷剂数量。
如果如另一实施例采用毛细管作为液体侧连接管60，则希望膨胀装置40是可控制的膨胀活门，以及压缩机的吸入过热由该膨胀活门来调节，使制冷循环的温度根据液体侧连接管60的长度或直径变得与预定的排放温度相等。
在本发明的另一实施例中，在液体侧管子63上新增加了一个膨胀装置。采用在液体侧管子63上增加膨胀装置这种方式可使通过液体侧连接管60及液体侧管子62流动的致冷剂进入气体—液体两相状态。因此，有可能减少相当于管子内气体占据量的液体致冷剂的数量，从而降低了致冷剂的数量。
下面说明热交换器的另一实施例。
在本发明热交换器的一个实施例中，冷凝器出口侧管子的内径比进口侧管子的内径小。该实施例示于图2。图2为室外热交换器30或室内热交换器50的侧视结构示意图。为了说明简便，这里仅介绍室外热交换器30，室内热交换器50仅示出相应的标号。
如图2所示，室外热交换器30(50)具有两排和8级管子a1至a8和b1至b8，它们垂直穿过板片。室外热交换器30(50)分为两条通路，即与第一排管子a4和a5连接的气体侧管子72(73)，以及与第二排管子b4和b5连接的液体侧管子61(63)。
管子b1至b8的直径比管子a1至a8的直径小。与室外热交换器30(50)相反的管子a4的一端与管子a3连接，而管子a3与管子a2连接，如图2所示。与室外热交换器30(50)相反的管子a2的一端与管子a1连接。另一方面，与室外热交换器30(50)相反的管子b4的一端与管子b3连接，以及管子b3与管子b2连接，如图2所示。与室外热交换器30(50)相反的管子b2的一端与管子b1连接。管子a5至a8，以及管子b5至b8也按管子a4至a1和管子b4至b1相同方式连接。管子a1和b1相互连接，以及管子a8和b8相互连接。这里，具有不同直径的管子a1和b1连接，以及具有不同直径的管子a8和b8连接。
按照本实施例借助减少液体侧管子直径的方法，致冷剂的数量可进一步降低。在本实施例中，第一排管子的直径与第二排管子的直径不同，但同一排管子的直径也可以不同，此外，室外热交换器30(50)可以具有3排以上管子，每一排管子可以具有不同的直径，或者第二和第三排管子具有相同直径，以及第一排管子的直径可以比第二和第三排管子的小。
在热交换器的另一实施例中，液体侧管子的直径可以逐渐扼流或减少。在此种情况下，最好沿饱和液体线逐渐减少直径。这样可根据图3的莫氏蒸汽图解释扼流状态。图3中1→2表示压缩过程，2→3表示冷凝过程，3→4表示膨胀过程，4→1表示蒸发过程。借助于室外热交换器30(50)液体侧管子的逐渐扼流，使温度沿饱和液体线变化，这样就可以由冷凝过程过渡到扼流过程，即2→a→b→4，借助液体侧管子直径的逐渐扼流使温度沿饱和液体线变化，就可以降低致冷剂的数量，而不会损害热交换能力。
在本实施例中，还可以用增加冷凝器数目使其超过入口侧的方法进一步使出口边管子的内径减少。
此外，液体侧管子内径与气体侧管子内径的比例也可应用于冷凝器出口侧管子和入口管子的直径。
图4所示为热交换器的另一实施例。图4为表示室外热交换器结构的示意图。在图4中用粗线所示的管子的直径比细线所示的管子的直径大。与图1所示元件相同的元件具有相同的标号，其说明从略。
在本实施例中，当室外热交换器30用作蒸发器时，液体侧管子的线路数量比气体侧管子的线路数量增加，以及当室外热交换器30用作冷凝器时，液体侧管子的线路数量减少。在本实施例中，液体侧管子的内径比气体侧管子的内径小。在图4中，图号90表示改变线路数量用的管子连接开关。
本实施例致冷剂的流动情况见图5和6。图5为当室外热交换器作为冷凝器工作时管子的结构图，图6为当室外热交换器作为蒸发器工作时管子的结构图。
如图5所示，当室外热交换器作为冷凝器工作时，室外热交换器30的全部管子顺序排列通过管子连接开关90形成线路。因此，来自气体侧管子72的致冷剂由液体侧管子62流出，在室外热交换器30内无分流。
另一方面，如图6所示当室外热交换器作为蒸发器工作时，室外热交换器30的管子被管子连接开关90连接为两条线路。因此，来自气体边管子72的致冷剂分流进入两条线路和在半途重新结合为一路和由气体侧管子72流出。
按照本实施例，当室外热交换器30作为冷凝器工作时，有可能借助减少液体侧管子线路的数量来降低致冷剂的滞留，以及还可使热交换器有效地工作，因为液体的根部传导比两相流相应低一些。
下面介绍的实施例是借助其中流动气体致冷剂的管子直径的扼流来降低装入的致冷剂的数量。
如果气体侧管子被扼流，则系统的效率通常会降低，但是与使用R22致冷剂的情况比较，如果使用R290致冷剂会使效率增加。因此，注意到本实施例中R22和R290的压力降，气体侧管子的直径这样扼流，使R22和R290在管子中的压力降变为相同。
表4示出当管子内径减少时R290与R22压力降的比例。管子直径的比例为100％示出相同直径管子比较时R290相对于R22的压力降。在此项实验中，具有内径0.671mm的管子作为参考管子，还使用了具有内径0.671mm的管子及具有内径0.6039mm的管子。
表4
当管子直径减少时压力降的比例
              管子直径的比例
    100％     92％     90％
 R290/R22的压力降的比例 高压气体管子     0.655     0.974     1.081
低压气体管子     0.631     0.938     1.042
如表4所示，如果使用具有相同内径的管子，可以发现，为了获得相同的容量R290致冷剂相对于R22致冷剂在循环的高压气体区内的压力降的比例为0.655，而在低压气体区内压力降的比例为0.631。
如由表4所见，在两种致冷剂压力降变为相等的条件下使用R290时管子的内径与使用R22时管子的内径比例大约为90％至92％。
使用R22时通常的气体侧管子为3/8英寸管子和1/2英寸管子。因此，相应使用R290情况的气体侧管子的内径根据3/8英寸管子为7.13mm至7.29mm，用确定气体侧管子内径在此范围内的方法，可以获得与使用R22致冷剂相同的效率。此外，用于管子的直径可以减少至小于普通气体侧所用管子的直径，有可能降低装入致冷剂的数量。
如果气体侧管子的内径确定在7.13mm至7.29mm范围内，液体侧管子的直径可以减少。表5示出液体侧管子的内径与气体侧管子的内径的比例，其中实施例4使用毛细管作为液体侧管子，实施例5使用了1/8英寸管子，实施例6使用了3/16英寸管子以及实施例7使用了1/4英寸管子。
表5
液体侧管子的内径与气体侧管子的内径的比例
    液体侧管子     气体侧管子
    7.13-7.29
    实施例4     1.000     14.0％-13.7％
    实施例5     1.775     24.9％-24.3％
    实施例6     3.364     47.2％-46.1％
    实施例7     4.750     66.6％-65.2％
如表5所示，可以有效地使用普通的管子，内径小于1/4英寸的管子可用作此种情况下的液体侧管子，而液体侧管子的内径与气体侧管子的内径的比例为66.6％或更小。
表6和7示出为了获得相同的容量所需致冷剂的数量，其中使用了实施例4至7的管子，比较例使用R22致冷剂，3/8英寸管子(7.32mm)作为气体侧管子，1/4英寸管子(11.1mm)作为液体侧管子，该成分的致冷剂的量为100％。表6和7所示实施例4至7使用R290致冷剂，表6示出冷却工序时致冷剂的数量，以及表7示出加热工序时致冷剂的数量。
此外，液体侧管子包括连接管的长度为8m，气体侧管子包括连接管在冷却工序时的长度为高压侧为1m及低压侧为8m，在加热工序时为高压侧为8m及低压侧为1m。
使用3/8英寸管子作为气体侧管子和1/4英寸管子作为液体侧管子的参考致冷剂的数量为385g。致冷剂的液体密度为819kg/m3，R290的高压气体密度为34.1kg/m3，及低压气体密度为12.5kg/m3。
表6
为获得相同容量所需致冷剂的数量的比例(冷却工序)
    液体侧管子     气体侧管子
    7.13-7.29
    实施例4     1.000     45.0％
    实施例5     1.775     45.0％
    实施例6     3.364     46.0％
    实施例7     4.750     47.0％
表7
为获得相同容量所需致冷剂的数量的比例(加热工序)
    液体侧管子     气体侧管子
    7.13-7.29
    实施例4     1.000     40.0％
    实施例5     1.775     40.0％
    实施例6     3.364     43.0％
    实施例7     4.750     47.0％
如由6和7所见，与用3/8英寸管子作为气体侧管子，1/4英寸管子作为液体侧管子及R22作为致冷剂的情况比较，实施例4至7可以用40％至49％致冷剂获得同样的能力。以同样方式使用R290作为致冷剂，则气体侧管子的直径可以减少如果液体侧管子的直径按照气体侧管子减少，则致冷剂的数量可以进一步降低。
如果使用带槽管子作为致冷剂管子，其内径应为平均内径。
按照本发明以上所述，可以降低装入制冷循环中致冷剂的数量，而又不会降低容量和效率。
此外，如果使用R290或主要使用R290作为致冷剂，装入制冷循环中致冷剂的数量可以降低，而又不降低容量，并且获得基本上与使用R22作为致冷剂情况相同的效率。
按照本发明，借助于降低装入制冷循环中致冷剂的数量有可能降低爆炸或引燃的可能性，从而提高安全性。

Claims (11)

1.一种使用可燃性致冷剂的空调器，包括：室内装置设的室内热交换器、室外装置设的室外热交换器、压缩机及膨胀装置，它们通过管子相互连接组成制冷循环，上述室内装置和上述室外装置使用连接管相互连接，其特征在于上述连接管的液体侧连接管的内径与上述连接管的气体侧连接管的内径比为9.0％-42.5％。
2.按照权利要求1所述的使用可燃性致冷剂的空调器，其特征在于上述液体侧连接管的上述内径为1mm至3.36mm。
3.按照权利要求1所述的使用可燃性致冷剂的空调器，其特征在于上述液体侧连接管为平均内径为1mm的毛细管。
4.一种使用可燃性致冷剂的空调器，包括：室内装置设的室内热交换器、室外装置设的室外热交换器、压缩机及膨胀装置，它们通过管子相互连接组成制冷循环，上述室内装置和上述室外装置使用连接管相互连接，其特征在于上述室外装置的液体侧管子的内径与上述室外装置的气体侧管子的内径比为9.0％-42.5％。
5.按照权利要求4所述的使用可燃性致冷剂的空调器，其特征在于上述液体侧管子的内径为1mm至3.36mm。
6.按照权利要求4所述的使用可燃性致冷剂的空调器，其特征在于上述液体侧管子为平均内径为1mm的毛细管。
7.一种使用可燃性致冷剂的空调器，包括：室内装置设的室内热交换器、室外装置设的室外热交换器、压缩机及膨胀装置，它们通过管子相互连接组成制冷循环，上述室内装置和上述室外装置使用连接管相互连接，其特征在于上述室内装置的液体侧管子的内径与上述室内装置的气体侧管子的内径比为9.0％-42.5％。
8.按照权利要求7所述的使用可燃性致冷剂的空调器，其特征在于上述液体侧管子的内径为1mm至3.36mm。
9.按照权利要求7所述的使用可燃性致冷剂的空调器，其特征在于上述液体侧管子为平均内径为1mm的毛细管。
10.一种使用可燃性致冷剂的制冷装置，包括：冷凝器、蒸发器、压缩机及膨胀装置，通过管子相互连接组成制冷循环，其特征在于上述管子的液体侧管子的内径与气体侧管子的内径比为9.0％-42.5％。
11.按照权利要求10所述的使用可燃性致冷剂的制冷装置，其特征在于上述液体侧管子的内径为1mm至3.36mm。
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