CN1289884C - 致冷循环设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用二氧化碳为工作媒质的致冷循环设备，这种设备解决了与由于向致冷循环内引入水而引起可靠性相关联的问题。由二氧化碳或包括二氧化碳的混合致冷剂和水反应产生的碳酸可以有效地通过设置带有碳酸捕集剂的致冷循环流道来去除，由此，构成了可防止二氧化碳致冷剂降解、致冷油分解、金属构件腐蚀等问题的高可靠性的致冷循环设备。

Description

致冷循环设备
技术领域
本发明涉及一种致冷循环设备，该设备使用二氧化碳作为致冷剂，它可以被用于空调器、汽车空调器、电冰箱(冷藏箱)、显示箱、冷冻库或冷藏库、热泵式热水供给器等。
背景技术
在包括一压缩机、一冷却器、一膨胀装置、一蒸发器等主要组件的致冷循环设备中，传统上使用含有氟原子的碳氢化合物作为致冷剂。
具体地说，多年来，含有氯离子以及氟离子的碳氢化合物被用于不可燃的且高效的致冷器，但显然，由于致冷剂含有氯离子，当诸如CFC(含氯氟烃)或HCFC(氯氢碳氟化合物)之类的一些致冷剂被释放到大气中并穿过同温层时，这些致冷剂将会导致臭氧层减少。出于这个原因，在全世界范围内，目前已禁止或限制使用CFCs或HCFCs。
不含有氯原子的HFC(碳氟氢化合物)已经被用来代替上述致冷剂。虽然HFC不具有消耗臭氧层的特性，然而，由于HFC存在寿命长，它可以一直持续到HFC在大气中分解成离子或原子，由此HFC对全球变暖是一个很大的隐患。因此，如果HFC被释放到大气中，将会产生重大影响的温室效应，这样为防止全球变暧这个目前已经存在的问题，HFC必定不是一种令人满意的致冷剂。
除了上述含有卤素原子的碳氢化合物之外，有建议提出将二氧化碳用作致冷剂，它的臭氧消耗隐患为零并且它的全球变暖的隐患也极低。目前已进行开发了以二氧化碳作为致冷剂的设备，实践中，这些设备是用在商用的大型致冷器中的，然而对于家用或垂直安装的相对小型的设备，仍处于对这些设备可行性研究的起步阶段。在将二氧化碳用作致冷剂的情况中，这种致冷剂本身对全球变暖造成的隐患是极低的，因此，已经对将这种致冷剂用作工作媒质来改进整个系统的效率的节能技术进行了开发。此外，对材料和仪器的可靠性的研究正在进行中，这在当二氧化碳最新被用作致冷剂时可能是一个需要考虑的问题。
根据这些研究，当二氧化碳被用作致冷剂时，通过使二氧化碳致冷剂以与HFC致冷剂相比以较高的压力工作并且通过将二氧化碳成为一种处于超临界状态的流体，形成制冷剂循环。与液体或气体的特性不同，超临界状态流体的二氧化碳具有一些特定的特性，如对其它材料有较高的渗透性以及在物质输送方面有极度的溶剂效应，因此，必须注意选择构成致冷循环设备的各个构件的材料。
关于可靠性，必须说明致冷剂本身和用作设备的材料的相容性以及对用作压缩机的润滑油的致冷油的滑润特性等影响。具体地说，致冷循环设备由一压缩机、一冷却器、一膨胀装置、一蒸发器等主要组件构成，引至致冷循环设备的水会引起水解，从而使致致冷油分解，或者会引起用于压缩机的电动机和用于致冷循环设备的各个结构装置的金属材料的腐蚀，或者会引起对有机材料电绝缘；因此，当使用新的致冷剂构成致冷循环时，必须对可能使可靠性产生负面影响因素的水进行充分的研究。
例如，当HFC致冷剂被用作工作媒质时，致冷剂本身是具有极性的，并且与致冷剂相容且具有相对较大极性的致冷油适用于致冷剂，这样，水就可以很容易地被引入致冷循环设备中。
关于解决上述问题的措施，例如在日本专利No.2962672等文献中揭示了装有用于干燥的干燥器的致冷循环。另一方面，当二氧化碳被用作工作媒质时，作为致冷剂的二氧化碳的极性较小，这样，可以相信，引入的水比使用HFC致冷剂的情况要少。
然而，当使用二氧化碳作为工作媒质的致冷剂时，对已引入致冷循环设备的致冷剂中包括的水的影响的研究在目前阶段进行得不充分。
另外，当致冷油被作为润滑油装入压缩机时，大量的水由于致冷油被引入作为工作媒质的二氧化碳，因此，对于这些问题，必须对致冷循环设备的可靠性进行充分研究。
作为一种措施，如HFC致冷剂的情况那样，已建议致冷循环设备设置一干燥剂，例如作为干燥器的分子筛或硅胶。
然而，对于使用二氧化碳作为工作媒质的致冷循环设备的可靠性，当继续进行上述研究时，会显而易见下述问题。
也就是说，可以显而易见地是，作为致冷剂的二氧化碳和引入致冷系统的水会相互反应而产生碳酸，这样，碳酸会在致冷循环设备内循环，而构成致冷系统的材料会轻易地被腐蚀，这样，如下所述，该装置的可靠性易受到负面影响。
例如，由于用在压缩机内的电动机材料的各个构成装置用的有机材料的分解，将会很容易地引起氧化和腐蚀、致冷油的酸性分解、金属材料的腐蚀以及由于致冷系统内工作媒质的pH的下降而引起的大气的酸化。
出于这个原因，有这样一个令人担心的问题，即，压缩机的润滑特性可能会下降，或者可以由于进入致冷循环设备的反应产物的流出可能会造成堵塞问题。具体地说，当将主要成分为极性油的致冷油用作工作媒质时，在碳酸的影响下，致冷油会很容易地分解，这样，就需要采取特定的措施。
此外，当使用如传统用于去除含有HFC致冷剂的致冷循环设备内水份的分子筛之类的干燥剂，二氧化碳以及水被干燥剂吸收，这样，去除水的效率降低了。在这种情况中，碳酸也会被吸附，但对碳酸的吸附不是很有效。
这是因为水和二氧化碳首先被干燥剂吸附，因此，就很难再去除碳酸。出于这个原因，为了有效地去除在致冷循环设备内产生的碳酸，发明人搜寻了一种用于捕集碳酸的新材料，并且提出了可有效使用碳酸捕集材料的致冷循环结构，因此，很显然需要采取一些措施来解决这些问题。
发明内容
根据上述现有技术的问题，本发明的一个目的在于提供一种致冷循环设备，该设备解决了在将二氧化碳用作工作媒质的致冷剂的情况下向致冷循环引入水而引起的可靠性的问题。换言之，本发明的一个目的是提供一种致冷循环设备，这种设备由于有效地从致冷循环中去除了由作为致冷剂的二氧化碳同水反应而产生的碳酸，因而具有较高的可靠性。
一种解决上述传统问题的本发明的制冷循环设备的特点在于，该设备包括：一压缩机，该压缩机用于对工作媒质进行压缩；一冷却器，该冷却器用于冷却所述工作媒质；一膨胀装置，该膨胀装置用于使所述工作媒质减压；以及一蒸发器，该蒸发器用于使所述工作媒质汽化，其中所述工作媒质包括二氧化碳或含有二氧化碳的混合致冷剂，所述工作媒质的流道设有一个用于捕集碳酸的碳酸捕集剂。
此外，本发明的特点还在于，所述碳酸捕集剂在所述工作媒质的温度低于临界温度的位置提供到所述工作媒质的流道。
此外，本发明的特点还在于，该设备还包括一个用于将所述工作媒质的流道转换为另一条流道的流道转换装置，其中，所述碳酸捕集剂设置在所述流道转换装置和所述压缩机进入部分之间。
此外，本发明的特点还在于，主要成分为极性油的致冷油被包含在所述压缩机或所述致冷循环中。
此外，本发明的特点还在于，所述碳酸捕集剂至少为任何通过对碱金属铝硅酸盐的碱金属离子对其它阳离子进行离子交换而获得的碱金属铝硅酸盐或金属铝硅酸盐。
此外，本发明的特点还在于，所述碳酸捕集剂具有的孔隙尺寸为0.35纳米或更小。
此外，本发明的特点还在于，所述碳酸捕集剂至少为任何通过钠铝硅酸盐的20％或更多的钠离子对钾离子进行离子交换而获得的钾铝硅酸盐、钠钾铝硅酸盐，或者通过钠铝硅酸盐的10％或更多的钠离子对铯离子进行离子交换而获得的钠铯铝硅酸盐。
此外，本发明的特点还在于，所述碳酸捕集剂至少包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱金属碳化物以及碱土金属碳化物中的任意一种。
此外，本发明的特点还在于，所述碳酸捕集剂为具有氨基族的多孔本体或颗粒本体。
附图说明
图1为根据本发明实施例1的致冷循环设备的框图；
图2为根据本发明实施例2的致冷循环设备的框图；以及
图3为根据本发明实施例3的致冷循环设备的框图。
标号说明
1压缩机
2冷却器
3蒸发器
4膨胀装置
5碳酸捕集器进料容器
6压缩机的排放侧管道
7压缩机的吸入侧管道
11压缩机
12a、12b热交换器
13膨胀装置
14装在碳酸捕集剂的容器
15流道转换装置(四通阀)
16低温侧的管道
17室外单元
18室内单元
19a压缩机的排放侧管道
19b压缩机的吸入侧管道
21压缩机
22冷却器
23蒸发器
24膨胀装置
25碳酸捕集剂进料空器
26内部热交换器
27低温侧管道
28a压缩机的排放侧管道
28b压缩机的吸入侧管道
具体实施方式
本发明的一种致冷循环设备至少包括：一个压缩机，该压缩机用于对工作媒质进行压缩；一冷却器，该冷却器用于冷却工作媒质；一膨胀装置，该膨胀装置用于对工作媒质进行减压处理；以及一蒸发器，该蒸发器用于使工作媒质蒸发。其中工作媒质主要由二氧化碳致冷剂构成。
本发明的效果不仅可以在使用二氧化碳作为工作媒质的情况下产生，也可以在使用包括二氧化碳的混合致冷剂的情况下产生。对于混合致冷剂，可以应用这样一种合成物，该合成物可以通过将一种诸如HFC134a(1，1，1，2-四氟乙烷)、HFC32(二氟甲烷)之类的HFC致冷剂、或者诸如乙烷、丙烷、丁烷或异丁烷之类的碳氢化合物制冷剂与二氧化碳致冷剂适当混合而成。
二氧化碳是这样一种致冷剂，它具有较低的极性，但对水有相对较高的亲合力，并且易于吸留少量的水(如果有)，这样水可以很容易地被引至致冷循环。而含有二氧化碳的混合致冷剂(该混合致冷剂还含有HFC致冷剂)是具有极性的，这样水可以很容易地引到致冷循环中。因此，当水被引到致冷循环设备中时，如(方程式1)所表示的，二氧化碳和水可以产生碳酸。
(方程式1)
被离子化成氢离子和碳酸氢离子的碳酸可以使致冷循环内的气氛变成酸性。这种酸性气氛会腐蚀构成致冷循环的构件，例如金属材料、有机材料以及作为工作媒质的致冷油，这样致冷循环设备的可靠性会降低。
致冷循环设备的特点在于，为了解决由引入水所产生的碳酸造成的问题，致冷循环内的工作媒质的流道设有碳酸捕集剂，此外，该致冷循环设备的特点还在于一种可以允许碳酸捕集剂有效工作的致冷循环设备的结构。
以下，将描述对于本发明有效的碳酸捕集剂，而后将描述可以产生这些效果的致冷循环的结构。
首先，将描述用于本发明的碳酸捕集剂。
对于本发明的碳酸捕集剂，通过对许多材料的搜索，特别是将重点放在一般所知的固定二氧化碳的材料上，并且对搜索到的材料进行了研究，得出的结果是，下述材料可以用作在二氧化碳致冷剂中有效地捕集碳酸：
(1)至少为任何一种通过碱金属铝硅酸盐的碱金属离子对其它阳离子进行离子交换而获得的碱金属铝硅酸盐或金属铝硅酸盐的材料；
(2)至少为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱金属碳化物以及碱土金属碳化物中的任何一种材料；以及
(3)具有氨基族的多孔或微粒材料。
以下，将对这些碳酸捕集剂依次进行描述。
首先，对于如(1)所述的那些通过碱金属铝硅酸盐的碱金属离子对其它阳离子进行离子交换而获得的碱金属铝硅酸盐或金属铝硅酸盐的任何材料，已经认识到的是，通过对诸如分子筛之类的沸石材料的研究得出结论，这些材料呈现出一种特定的效应。碱金属铝硅酸盐具有诸如钠、钾和锂之类的碱金属。
另外，通过碱金属铝硅酸盐的碱金属离子对其它阳离子进行离子交换而获得的金属铝硅酸盐的阳离子为诸如钠、钾和锂离子之类的碱金属离子，以及诸如钙、钡或铯离子之类的碱土金属离子。
具体地说，在这些材料中，能够被有效使用的有通过钠铝硅酸盐的20％或更多的钠离子对钾离子进行离子交换而获得的钾铝硅酸盐、钠钾铝硅酸盐，或者通过钠铝硅酸盐的10％或更多的钠离子对铯离子进行离子交换而获得的钠铯铝硅酸盐。
例如，孔隙尺寸约为0.35纳米或更小例如3A型沸石的沸石化合物、通过20％或更多的4A型钠铝硅酸盐对钾离子进行离子交换而获得的化合物，或通过10％或更多的4A型对铯离子交换获得的化合物能够产生一种特定的效应。
可以认识到的是，通过以(方程式2)表示的反应，碳酸可以被吸附，例如，
(方程式2)
式中，AS为铝硅酸盐骨架(skeleton)。
上述金属铝硅酸盐可有效用作二氧化碳致冷剂内的捕集碳酸的原因在于，二氧化碳难以被孔隙尺寸约0.35纳米或更小(约等于或小于二氧化碳的分子直径)的有效金属铝硅酸盐吸附。
另一方面，对于孔隙尺寸大于0.35纳米的碱土金属铝硅酸盐，例如除上述材料之外的材料，可以推断出，在碳酸被吸收之前，大量作为致冷剂存在于一个气氛中的二氧化碳首先被金属铝硅酸盐的吸附部位吸附，这样就不能产生吸附碳酸的效果。
此外，对于有效的金属铝硅酸盐，由于碳酸具有的分子直径较大，因此，碳酸难以进入上述金属铝硅酸盐的吸附部位处的孔隙内，这样碳酸的吸附可以适当地在孔隙的开口附近进行。
为了证明取决于这些孔隙尺寸的捕集碳酸的效果之间的差异，进行了下列这些实验。
两个分别被施加两种不同的液化二氧化碳的热压罐，其中这两种液化二氧化碳是分别以百万分之1000和百万分子500含水量进行制备的，两种液化二氧化碳均添加了相同的金属铝硅酸盐，将热压罐以150℃或更高的温度加热10天或更长，而后从热压罐中将金属铝硅酸盐去除，相应的金属铝硅酸盐通过热力解吸气体分析器加热，以产生水和二氧化碳，接着对水和二氧化碳的量进行测量并进行相互比较，以对它们进行测定。
作为被测定的金属铝硅酸盐，使用了孔隙尺寸大于0.35纳米(Ca-X型沸石)的钙铝硅酸盐和孔隙尺寸小于0.35纳米(K-A型沸石)的钾铝硅酸盐。这些金属铝硅酸盐被添加到上述分别以两种水含量进行调节的热压罐内。假定通过热力解吸分析测试产生的二氧化碳是由捕集碳酸的分解产生的以及通过被吸附的二氧化碳的解吸而产生的。
因此，在钙铝硅酸盐的情况中，在水量不同的条件下产生的二氧化碳的量基本相同。可以相信，碳酸几乎没有被捕集起来，其原因与含水量无关，但二氧化碳被吸附了。另一方面，在钾铝硅酸盐的情况中，由水量占百万分之1000构成的条件中产生的二氧化碳的量比由水量占百万分之50构成的条件中产生的量大。也就是说，通过在含有水份多的气氛中的热力解吸作用而产生二氧化碳的量较大的原因在于，少量的二氧化碳被吸收，而铝硅酸盐捕集到水产生的碳酸。从上述研究可以得出，孔隙较小的铝硅酸盐具有较佳的碳酸捕集效果。
接着，将描述至少在碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱金属碳化物以及碱土金属碳化物中的任何一种材料的效果。作为碱金属，可以使用诸如钠、钾或锂之类的化合物，而作为碱土金属，则可以使用钙、钡或铯之类的化合物。
通常认为碱金属氧化物或碱土金属氧化物形成作为二氧化碳稳定剂的金属碳酸盐，这样，可以相信，碱金属氧化物和碱土金属氧化物不能被用作碳酸捕集剂，其原因在于，这些氧化物将在二氧化碳致冷剂内与二氧化碳起反应。然而实际上，与二氧化碳的反应是十分有限的，并且能够产生去除碳酸的效果。
其原因在于，当二氧化碳以水为媒介转化成碳酸之后，可假定碱金属氧化物或碱土金属氧化物会起反应。也就是说，已假定，当如(方程式3)中表示的与碳酸的反应产生碳酸氢盐之后，可以获得捕集效应，
(方程式3)
式中，X为金属离子M的原子价。
此外，在碱金属碳化物和碱土金属碳化物的情况下，它们会在水存在的情况下与二氧化碳反应，形成一碳酸氢盐，这样它们具有一种去除水的效应，此外，它们还能获得对如(方程式4)表示的那样在二氧化碳致冷剂内由水产生的碳酸的捕集效应，
(方程式4)
式中，X表示金属离子M的原子价。
接着，将描述具有氨基族的多孔或微粒材料(3)。例如可以使用通过对一种氧化物的多孔本体表面进行处理以在表面上形成氨基族而获得材料，其中的氧化物例如为氧化铝或硅胶，或受到表面处理的活性碳，或具有氨基族的聚合材料的小球。对于表面处理的方法，通常使用这样一种方法，在该方法中，多孔本体上的吸附是通过诸如乙醇胺之类的烷醇或诸如γ-氨丙基三甲氧基硅烷(aminopropyltrimethoxysilane)或γ-(2-氨乙酸)氨丙基三甲氧基硅烷之类的氨基硅烷化合物来进行的。
此外，对于具有氨基族的聚合物，可以使用诸如聚烯丙胺或聚丙烯酰胺之类的聚合材料。如(方程式5)所表示的那样，这些材料可以通过使氨基族来捕集碳酸而产生一种去除的效果。
另外，在水存在的情况下，氨基族可吸收二氧化碳，这样可以相信，在包含含水量较低的致冷剂的气氛内二氧化碳不会干扰碳酸的捕集。
(方程式5)
式中，R为具有氨基族的结构实体。
上述碳酸捕集剂最好通过将其放入一个容器内并且将该容器设置在工作媒质的流道上而使用。对于碳酸捕集剂的形状，为了抑制致冷剂的流动阻力，可以使用微粒状的捕集剂，而对于放入容器内的方法，可以通过使用一个诸如网筛状构件的保持构件使捕集剂固定在容器内。
以下，将参照附图描述本发明的特定较佳实施例
(实施例1)
图1为根据本发明第一实施例的致冷循环设备的框图，该设备是通过将管道、压缩机1、冷却器2、一膨胀装置4和一蒸发器3连接构成的，其中，膨胀装置4可为一毛细管或膨胀阀。
这种致冷循环设备是通过将二氧化碳作为工作媒质的致冷剂装入该设备中而构成的，并且如果需要，也可以将一种致冷油装入该设备中来构成这种致冷循环设备。为了去除由于向致冷循环内的工作媒质引入水而产生的碳酸，一个用于装入碳酸捕集剂的装在碳酸捕集剂的容器5通过管道与致冷循环相连，这样便可以确保致冷循环的可靠性。
接着，将描述该致冷循环设备内的二氧化碳致冷剂的流动。经过压缩机1压缩的二氧化碳致冷剂变成一种处于超临界状态的流体，并且通过一排放侧管道6流向致冷剂会发热的冷却器2处，并且进一步以超临界状态流过膨胀装置4，在这种超临界状态中，致冷剂的温度大致降低到它的临界温度。在这个阶段中，致冷剂变成一种气-液混合状态，这种状态的温度比临界温度低，并且致冷剂在蒸发器3内经过吸热汽化，而后，汽化的致冷剂流过吸入侧管道7，从而再次被压缩机1吸入。这便是实施例1的致冷循环。在此致冷循环中，将设置装在碳酸捕集剂的容器5。
更佳地，在本发明中为了能使碳酸捕集剂能更有效地工作，容器设置在这样一个位置中，在该位置处工作媒质的温度变得比致冷循环内二氧化碳的临界温度低。以下将描述这样做的理由。
处于液态的二氧化碳具有较低的极性，但处于超临界状态的二氧化碳将变成一种几乎无极性的状态。因此，由于碳酸是作为H2CO3以一种非离子状态存在的，故引入超临界状态的水所产生的碳酸不会相对地反应，而处于非超临界液态的碳酸会由于被离子化的H+HCO3-的部分变大而变得可起反应。因此，当碳酸捕集剂被设置在工作媒质的温度变得比二氧化碳的临界温度低的位置处时，可以容易地进行通过反应吸附来去除碳酸。
此外，由于碳酸的产生是如(方程式1)表示的平衡反应而进行的，因而，温度较低的碳酸更易于去除，而温度较低的碳酸捕集剂则可以以(方程式2)到(方程式5)表示出的更大的稳定性来保持其捕集状态，因此，将该容器放置在致冷循环内可以保持温度低于临界温度的一个特定位置处是有效的。
因此，在图1示出了致冷循环设备的结构中，有效的是，将容器设置在膨胀装置4和压缩机的吸入侧管道7之间，而该附图示出的装在碳酸捕集剂的容器5设置在膨胀装置4和蒸发器3之间。
(实施例2)
图2为根据本发明的实施例2的致冷循环设备的框图，它的致冷循环是通过将一个具有压缩机11的室外单元17、一个热交换器12a、一个膨胀装置13以及用于连接这些组件的管道和一个室内单元18管道连接而构成的，其中膨胀装置13可为毛细管或一膨胀阀，而室内单元具有一个热交换器12b，它被设置在需进行空气调节的场所处。
由于图2中的室外单元17具有诸如四通阀之类的流道转换装置15，因此，热交换器12a、12b可以作为冷却器或蒸发器交替起作用。
为了去除由水的引入而产生的碳酸，一个装在碳酸捕集剂的容器14被放置在流道转换装置15和压缩机11的吸入侧之间的低温侧管道16处。
在进行空气冷却的情况下，这致冷循环设备内的二氧化碳致冷剂流可形成一循环，这样，由压缩机11压缩并且变成超临界状态的的致冷剂会在用作冷冻器的热交换器12a处产生热量，并且流过膨胀装置13，从而变成一种较低温的气-液混合状态，而后，致冷剂经受热交换器12b处的吸热汽化作用，其中热交换器12b被用作室内单元18中的一蒸发器起作用，最终致冷剂被再次吸入压缩机11内。
在加热的情况中，形成致冷剂循环以致流道通过转动四通阀15而转换到另一通道，而致冷剂被作用冷冻器的热交换器12b冷却，并且在作用蒸发器的热交换器12a处蒸发。
与通过转换流道引起的热交换器的功能转换无关，在设有装在碳酸捕集剂的容器14的位置处，二氧化碳致冷剂的温度总是低于临界温度，这样可以有效地进行碳酸的捕集，并且可以确保致冷循环的可靠性。
在其它位置处，根据功能转换，工作媒质的温度可以达到与二氧化碳的临界温度相等或较高的温度，或者获得更多，并且由碳酸捕集剂捕集的碳酸可以再次被释放到循环中。
另外，图2所示的装在碳酸捕集剂的容器14的结构可以为一种用于使致冷剂液态分离的存储器的结构，碳酸捕集剂被装在该容器内。
(实施例3)
图3为根据本发明实施例3的致冷循环设备的框图，该设备是通过将管道、一压缩机21、一冷却器22、诸如毛细管或膨胀阀之类的膨胀装置24和一蒸发器23连接起来而构成的。为了通过降低膨胀装置24上游的温度来提高效率，该致冷循环设备设有一个内部热交换器26，该热交换器26用来在此循环的高压侧和低压侧之间进行热交换。
该致冷设备内的二氧化碳致冷剂流形成了一个低温循环，这样，由压缩机21压缩成一超临界状态的致冷剂在冷却器22处产生热量，致冷剂通过内部热交换器26进一步冷却，随后被冷却的致冷剂流过膨胀装置24。随后的循环形成为，使致冷剂在蒸发器23处受到吸热汽化作用，并且流过内部热交换器26，从而被再次吸入压缩器21内。
图3中设置装在碳酸捕集剂的容器25的位置是在循环内的内部热交换器26的蒸发器的一侧，在那里二氧化碳致冷剂的温度降低到一个比流道内的临界温度低的特定温度，并且在此实施例中，通过在膨胀装置24和蒸发器23之间设置容器25构成了循环。
尽管以上描述了根据本发明的致冷循环设备的三个特殊实施例，但以二氧化碳致冷剂作为工作媒质的致冷循环设备的结构不仅限于这些实施例。
设置装在碳酸捕集剂的容器的位置也不限于上述实施例中所述的相对位置。已经描述了碳酸捕集剂的容器最好处于致冷循环内的工作媒质的温度比二氧化碳的临界温度低的一个位置中，但在本发明中，该容器也可处于用作在致冷循环的流道内进行冷却的冷却器的热交换器的下游。
另外，在有大量水被引入致冷循环设备的情况中，如果需要，可以有效地设置一个装有干燥剂的干燥器。也就是说，其原因在于，由于本发明中所用的碳酸捕集剂具有吸水或以水为媒介的与二氧化碳反应的特性，故如果大量水引入致冷循环，碳酸捕集剂可能会钝化，但是如果少量的水引入致冷循环内，捕集剂是有效的。
此外，本发明的致冷循环设备装有用作工作媒质的致冷剂的二氧化碳，并且如果需要可通过向压缩机内注入致冷油而构成该致冷循环设备。致冷油被用在压缩机的滑动部分以确保润滑特性。
致冷油包括非极性油和极性油，例如，非极性油包括矿物油、聚-α-烯烃油、烷基苯油及其混合物，而极性油包括多元醇酯油，聚乙烯醚油，聚烷撑二醇油，聚碳酸脂油及其混合物，并且致冷油还包括非极性油和极性油的混合油。
当致冷油被用作本发明的致冷循环设备的工作媒质的二氧化碳致冷剂时，根据致冷油的润滑特性，可以使用任何致冷油。考虑到将水引入致冷循环内而引起的缺点，最好可以使用以矿物油为代表的非极性油和聚-α-烯烃油。然而，致冷循环设备内的致冷油基本上在压缩机内部工作，并且已经知道的是，一部分致冷油与压缩致冷蒸汽一起在致冷循环设备内循环。出于这些要点，考虑到诸如致冷剂和致冷油之间的相容性之类的特性，需要选择以多元醇酯油、聚烷撑二醇油和聚碳酸脂油为代表的极性油。
在极性油被用作致冷油的情况中，由于在致冷油和水之间的亲合力，水很容易被引到致冷循环设备中。由于水和二氧化碳致冷剂反应可产生碳酸，因此，水具有使致冷循环设备的可靠性恶化的可能，并且这样，由于所产生的碳酸促使致冷油本身的水解。
因此，当将这些极性油用作工作媒质时，通过设置带有根据本发明的碳酸捕集剂的致冷循环的流道所产生的效应变得更加显著。
具体地说，适于在利用二氧化碳致冷剂的致冷循环设备内用作致冷油的聚烷撑二醇油可能会由于油的分解而得到的酒精而阻断致冷循环，这样本发明的结构可提供有益的效果。
此外，诸如往复运动、旋转、卷动或线性系统之类的每个系统适合于一种由压缩机对工作媒质进行压缩的系统。
工业应用
从以上描述可以显而易见的是，本发明提供了一种致冷循环设备，该设备使用二氧化碳作为工作媒质的致冷剂，这种设备解决了与由于向致冷循环内引入水而引起可靠性相关联的诸问题。
换言之，本发明可以通过向致冷循环的工作媒质的流道提供碳酸捕集剂而有效地去除碳酸，而该碳酸是由于作为致冷剂的二氧化碳和水之间的反应产生的。因此，提供了能防止二氧化碳致冷剂降解、致冷油分解、金属构件腐蚀等的高可靠性的致冷循环设备，因此，该设备在工业实践中具有很大的价值。

Claims (9)

1.一种致冷循环设备，该设备包括：一压缩机，该压缩机用于压缩工作媒质；一冷却器，该冷却器用于冷却所述工作媒质；一膨胀装置，该膨胀装置用于使所述工作媒质减压；以及一蒸发器，该蒸发器用于使所述工作媒质汽化，其中所述工作媒质包括二氧化碳或含有二氧化碳的混合致冷剂，所述工作媒质的流道设有一种用于捕集碳酸的碳酸捕集剂。
2.如权利要求1所述的致冷循环设备，其特征在于，将所述碳酸捕集剂提供到所述工作媒质的流道中，在那里所述工作媒质的温度低于临界温度。
3.如权利要求1所述的致冷循环设备，其特征在于，该设备还包括一个流道转换装置，该装置用于将所述工作媒质的流道转换到另一条流道，其中，所述碳酸捕集剂设置在所述流道转换装置和所述压缩机的引入部分之间。
4.如权利要求1到3中的任何一项所述的致冷循环设备，其特征在于，主要成分为极性油的致冷油被包含在所述压缩机或所述致冷循环内。
5.如权利要求1到3中的任何一项所述的致冷循环设备，其特征在于，所述碳酸捕集剂至少为任何通过碱金属铝硅酸盐的碱金属离子对其它阳离子进行离子交换所得到的碱金属铝硅酸盐或金属铝硅酸盐。
6.如权利要求1到3中的任何一项所述的致冷循环设备，其特征在于，所述碳酸捕集剂具有的孔隙尺寸为0.35纳米或更小。
7.如权利要求5所述的致冷循环设备，其特征在于，所述碳酸捕集剂至少为通过钠铝硅酸盐的20％或更多的钠离子对钾离子进行离子交换而获得的钾铝硅酸盐、钠钾铝硅酸盐中的任何一种，或者通过钠铝硅酸盐的10％或更多的钠离子对铯离子进行离子交换而获得的钠铯铝硅酸盐。
8.如权利要求1到3中的任何一项所述的致冷循环设备，其特征在于，所述碳酸捕集剂至少包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱金属碳化物以及碱土金属碳化物中的任意一种。
9.如权利要求1到3中的任何一项所述的致冷循环设备，其特征在于，所述碳酸捕集剂为具有氨基族的多孔本体或微粒本体。
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