CN1353291A - 热泵制冷循环的冷却剂分配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热泵制冷循环的冷却剂分配器,包括一台用于可变地压缩冷却剂和排出冷却剂的压缩机;一个分配器,它用于把流过使冷却剂膨胀的膨胀装置的冷却剂分配给许多支管,并使冷却剂流向具有许多区段的蒸发器;一个安装在所述分配器的某一条支管上的冷却剂流控制器;以及一根旁通管,用于使从压缩机排出来的变量的冷却剂流向所述冷却剂流控制器,借助于冷却剂流控制器的工作,打开/关闭分配器的某一条支管。

Description

热泵制冷循环的冷却剂分配器

本发明涉及一种热泵制冷循环的冷却剂分配器，特别是涉及这样一种热泵制冷循环的冷却剂分配器，它由于使用了能根据从可变容量压缩机排出的冷却剂排出量的变化而改变蒸发器的能力，所以能把冷却剂均匀地分配给蒸发器，上述冷却剂量的变化是由于利用了装在热泵的制冷循环中的可变容量压缩机所排出的冷却剂的变化的排气压力。

通常，一个制冷循环包括：一台用于压缩工作流体，使其温度和压力升高的压缩机；一台借助于把经过压缩的高温高压工作流体转变成液相，把内部的热量排到外部去的冷凝器；一个用于降低液相工作流体的压力的膨胀装置；以及一台借助于使在上述膨胀装置中膨胀后通过蒸发液相工作流体成为气体而吸收外部热量的蒸发器。上述冷凝器和蒸发器完成与外界的热交换，因此就称之为换热器。

制冷循环装置应用在冰箱和陈列柜中，用以使食物保持新鲜，也用于空调器，用于根据室外的温度使室内温度保持舒适。

空调器分为只起冷却作用的普通空调器，和具有冷却和加热两种作用的热泵空调器。

如图1所示，在热泵空调器的制冷循环中，一个用于转换冷却剂流动方向的四通阀20连接在压缩冷却剂的压缩机10的排气侧，一个外部换热器30与上述四通阀20的一端连接，一个膨胀装置40与上述外部换热器30连接，而一个内部换热器50则与膨胀装置40连接。

此外，上述内部换热器50还与四通阀20连接，而压缩机的吸气侧也与四通阀20连接。

以上各个零件都用连接管60互相连接。

一台用于使进行热交换的空气在内部换热器50中流动的多叶片风扇70安装在内部换热器50的一侧，而一台用于加快外部换热器30的热交换的轴流式风扇80则安装在外部换热器30的一侧。

热泵中的制冷循环是依靠四通阀20来转换从压缩机10排出的冷却剂的流动方向、由完成上述蒸发器或冷凝器的功能的内部换热器50来冷却或加热室内的空气的。

首先，在冷却工作过程中，四通阀的流动方向设置为使从压缩机10排出的冷却剂流向外部换热器30，与此同时，把内部换热器50导向压缩机10。在这种结构的基础上，按照压缩机10的工作过程，冷却剂按照下列循环流动：压缩机10—四通阀 20—外部换热器 30—膨胀装置 40—内部换热器 50—四通阀 20—压缩机10。

在上述循环中，外部换热器30起冷凝器的作用，而内部换热器50起蒸发器的作用。冷空气由起蒸发器作用的内部换热器50产生，而冷空气又通过多叶片风扇70的运转使室内的空气流通来冷却室内的空气。同时，外部换热器30的热交换，即热量的释放由于轴流式风扇80的运转而加快了。

在加热工作过程中，四通阀的流动方向设置为使从压缩机10排出的冷却剂直接流向内部换热器50，与此同时，把外部换热器30导向压缩机10。在这种结构的基础上，按照压缩机10的工作过程，冷却剂按照下列循环流动：压缩机 10—四通阀 20—内部换热器 50—膨胀装置 40—外部换热器 30—四通阀 20—压缩机10。

在上述循环中，内部换热器50起冷凝器的作用，而外部换热器30起蒸发器的作用。暖空气由起冷凝器作用的内部换热器50产生，而暖空气又通过多叶片风扇70的运转使室内的空气流通来加热室内的空气。同时，外部换热器30的热交换，即热量的释放由于轴流式风扇80的运转而加快了。

在热泵的制冷循环的加热工作过程中，当流过内部换热器50的液相冷却剂在通过膨胀装置40之后，便流向外部换热器30，而当流过膨胀装置40的冷却剂直接流向外部换热器30时，不能在外部换热器30中充分进行蒸发。因此，如图2所示，在上述膨胀装置40与外部换热器30之间安装了一个用于将流过膨胀装置40之后的冷却剂分配给外部换热器30的分配器90，以便加速外部换热器30中的蒸发。

如图3所示，用于在热泵的制冷循环中分配冷却剂的普通分配器的结构包括一个具有空心锥体形状的本体91，和许多连接在本体91的平坦表面上的支管92。本体91的顶点与连接管60联结，而许多支管92则与外部换热器30相连。

外部换热器30包括许多区段，每一个区段与分配器90中的一条支管连接。

在这种普通分配器90的工作过程中，流过膨胀装置40的处于不同相态的冷却剂通过连接管60流向分配器90的本体91，被分配器的许多支管92分流到外部换热器30的各区段中。流入外部换热器30各区段中的冷却剂在流过各区段时蒸发，蒸发后的冷却剂通过单项流动的通道收集起来，然后流过四通阀，被吸入压缩机10中。

在热泵制冷循环中，压缩机的运转速度是随着内部换热器50上的负载而变化的，即，随着室温变化。当加在内部换热器50上的负载小，压缩机在低速下运转时，从压缩机10排出的冷却剂的排量很小，而这少量的冷却剂便在蒸发器的回路中循环。此外，当加在内部换热器50上的负载大，压缩机在高速下运转时，从压缩机10排出的冷却剂的排量就相当大，而这大量的冷却剂便在蒸发器的回路中循环。

但是，在这种热泵制冷循环的普通冷却剂分配结构中，尽管在系统中循环的冷却剂的流量是随着压缩机10的运转速度的变化而变化的，即，在加热工作过程中完成蒸发的外部换热器30的工作能力能规则地被利用，相应地外部换热器30的工作能力却不能适当地利用。

换言之，当少量的冷却剂在压缩机10低速运转下在蒸发器的回路中循环时，这些少量的冷却剂是通过分配器90流入外部换热器30并蒸发，冷却剂的蒸发完成得非常快，所以整个外部换热器30的温度不能保持在正常的蒸发温度或均匀的蒸发温度，因此系统的效率就由于外部换热器30的效率降低而降低了。换言之，当外部换热器30的环境温度正常时，其冷却剂的蒸发温度便高于外部换热器30中的温度，外部换热器30的蒸发效率降低了。

本发明的目的是提供一种热泵制冷循环的冷却剂分配器，它借助于使用能根据从压缩机变化地排出的冷却剂排出量而改变容量的蒸发器，能够把冷却剂均匀地分配给蒸发器，上述从压缩机中排出的冷却剂排出量的变化是由于使用了包含在热泵的制冷循环中的压缩机变化地排出的冷却剂的排放压力。

本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器包括：一台用于可变地压缩冷却剂和排出冷却剂的压缩机；一个分配器，它用于把流过使冷却剂膨胀的膨胀装置的冷却剂分配给许多支管，并使冷却剂流向具有许多区段的蒸发器；一个安装在上述分配器的某一条支管上的冷却剂流控制器，用于打开/关闭冷却剂向支管的流动；以及一根旁通管，用于使从压缩机排出来的变量的冷却剂流向上述冷却剂流控制器，它连接压缩机的排出口和冷却剂流控制器，以便根据从压缩机排出的变量冷却剂压力的变化，借助于冷却剂流控制器的工作，打开/关闭所述分配器的某一条支管。

图1是普通的热泵制冷循环的管路图；

图2是包括分配器的普通的热泵制冷循环的管路图；

图3是分配器的放大立体图；

图4是具有本发明的冷却剂分配器的热泵制冷循环的管路图；

图5是包括在本发明的热泵制冷循环中的冷却剂分配器中的分配器和冷却剂流控制器的立体图；

图6是包括在本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器中的冷却剂流控制器的横断面图；

图7是包括在本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器中的冷却剂流控制器的垂直断面图；

图8是本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器的工作(打开)状态的垂直断面图；

图9是本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器的工作(关闭)状态的垂直断面图。

下面参照附图详细描述本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器的

实施例。

本发明可以有许多实施方式，下面将描述的是最佳实施例。

下面，凡是与普通的结构相同的结构都将省略其说明。

如图4所示，在具有冷却和加热双重作用的本发明的热泵制冷循环中，在外部换热器110与使冷却剂膨胀的膨胀装置120之间安装了一个分配器130，并且在分配器130的一侧安装了一个冷却剂流控制器M。构成热泵的制冷系统的各种零件都用连接管140连接起来。

压缩机150的排气侧用旁通管160与冷却剂流控制器M连接，以便在热泵制冷循环的加热工作过程中从压缩冷却剂的压缩机150所排出的一部分冷却剂流入冷却剂流控制器M中。

下面，详细说明旁通管160的连接部分。旁通管160的一端与设在压缩冷却剂的压缩机150与内部换热器170之间的导向管140的一部分连接，而旁通管160的另一端则与冷却剂流控制器M连接，以便使得从压缩机150排出的冷却剂在热泵制冷循环的加热工作过程中流向内部换热器170。

在旁通管160的某一部分上安装了用于让通过旁通管160的冷却剂膨胀的降压用毛细管230。

此外，也可以在旁通管160上安装一个使得通过旁通管的冷却剂膨胀的电子膨胀阀来代替上述降压用毛细管230。

内部换热器110中包括许多区段，并且在热泵制冷系统的加热工作过程中起蒸发器的作用。

如图5所示，分配器130包括一个本体131，它有一个空心的锥体形状，并且有许多与本体131的平坦表面连接的支管132、133、134。一根连接在膨胀装置120上的连接管140与本体131的凸出部分结合，而许多支管132、133、134则与内部换热器110连接。分配器的支管132、133、134分别连接在内部换热器110的各区段上。该内部换热器110有三个分别与分配器的三根支管132、133、134相对应的区段a、b、c。

冷却剂流控制器M安装在分配器的这许多支管132、133、134中的一根支管134上。如图6和图7所示，这种冷却剂流控制器M包括：一个圆筒200，它有一个内部空间201，圆筒200的一面与分配器130的一根支管连接，以便与其内部空间201连通，而圆筒200的另一面与旁通管160连接，以便与内部空间201连通；一个滑块210，用于根据通过旁通管160流向圆筒200的内部空间201的冷却剂的压力开启/关闭分配器130的某一根旁通管；以及一个装在圆筒200的内部空间201的内壁与滑块210之间的弹簧，以便赋予滑块210以弹性。

在具有内部空间201的圆筒本体202的一侧有一个与内部空间201相通的连接孔203，在圆筒本体202上还有一个穿过内部空间201的连接孔204。上述内部空间201具有一定的长度，并且具有圆形的断面。连接孔204处在垂直于圆筒本体202的同一根轴线上，并且处于内部空间201的中间部分。连接孔203在圆筒本体202上形成，处于内部空间201长度方向的端部，并与旁通管160的一端连接。在内部空间201与连接孔203相对的内壁上有一个弹簧接触部分205。分配器的支管134与圆筒本体的连接孔204连通。在这里，支管134分为两部分，这两部分分别与圆筒本体的连接孔204连接，并且支管134的中心线与内部空间201互相垂直。

滑块201做成具有与圆筒的内部空间201的断面形状相对应的变化的横断面，其长度比内部空间201的长度短，并且在滑块201上有一个通孔211，其尺寸与圆筒的连接孔204相当。在滑块210的一端有用于接通弹簧的弹簧接触部分212。

弹簧220是一个螺旋弹簧。弹簧220设在圆筒的内部空间201中，弹簧220的一端与圆筒200的弹簧接触部分205相接，其另一端与滑块210的弹簧接触部分212相接。当弹簧220缩短时，滑块上的通孔211便与圆筒的连接孔204重合，当弹簧220伸长时，滑块210便封闭圆筒上的连接孔204。

未说明的标号70是一台多叶片风扇，而标号80是一台轴流式风扇。

下面，描述本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器的工作过程和优点。

如上所述，热泵的制冷循环有冷却工作过程和加热工作过程两种，可以根据需要进行选择。

下面，结合加热工作过程的例子描述本发明的热泵制冷循环的工作过程和优点。

在热泵制冷循环的加热工作过程中，四通阀180的流向要转换到使得从压缩机150排出来的冷却剂直接流向内部换热器170，而且，与此同时，要使外部换热器110通向压缩机150。在这种结构的基础上，按照压缩机10的运转过程，冷却剂按照下列顺序进行循环：压缩机 150—四通阀 180—内部换热器 170—膨胀装置 120—分配器 130—外部换热器 110—四通阀 180—压缩机150。

在这个循环中，内部换热器170起冷凝器的作用，而外部换热器110起蒸发器的作用。换言之，热量是借助于在内部换热器170中压缩冷却剂排到外界去的，绝大部分热量由在外部换热器110中蒸发冷却剂所吸收，因此，就在外部换热器110的周围形成了冷却空气。

在热泵制冷循环的工作过程中，压缩机150的运转速度随着内部换热器170上的负载而变化，即，随着安装内部换热器170所安装的地点的室温而变化。更详细地说，当室温低时，压缩机150以高速运转，冷却剂的排量增大，因此在内部换热器170中的制热能力由于冷却剂在系统中的循环加快而增大。当室温较高时，压缩机150以较低的速度运转，压缩机150的冷却剂排量减少，于是在内部换热器170中的制热能力由于冷却剂在系统中的循环减慢而减小。

同时，在加热工作过程中，当从压缩机150排出的冷却剂量很大时，从压缩机150中排出的一定量的冷却剂，在高压状态下通过旁通管160，流入构成冷却剂流控制器M的圆筒的内部空间201中。当高压的冷却剂流入圆筒的内部空间201时，如图8所示，插入圆筒的内部空间201中的滑块210受到压力，支承着滑块210的弹簧220被压缩，而滑块210被推向弹簧220。因为滑块210被推向弹簧220，滑块上的通孔211便导通了与圆筒上的连接孔相结合的支管134的内部流道，分配器的支管134处于打开状态，而且由于从压缩机150排出冷却剂的排出压力，使得支管134继续处于打开状态。与此同时，从压缩机150排出的大量冷却剂流过四通阀180，内部换热器170和膨胀装置120之后，流入分配器130中，然后，流入分配器130中的冷却剂又通过分配器130的许多支管132、133、134流入外部换热器110内。此时，冷却剂通过包括安装了冷却剂流控制器M的支管134在内的所有支管132、133和134而流入外部换热器110的各个区段a、b、c。流入外部换热器110的各个区段a、b、c中的冷却剂在各区段a、b、c中蒸发，蒸发后的蒸汽收集在一条流道内，并通过四通阀180被吸入压缩机150中。

同样，当大量冷却剂从压缩机150排出时，冷却剂便均匀地通过分配器的所有支管132、133、134分流，并流入外部换热器110的所有区段a、b、c中，然后，冷却剂在通过外部换热器110的所有区段时，即，在通过整个外部换热器时被蒸发。

当从压缩机150排出的冷却剂量很少时，从压缩机150排出来的一部分冷却剂通过旁通管160轻微地推动设置在圆筒的内部空间中的滑块210。

如图9所示，由于推动滑块210的压力很小，滑块210便借助于支承着滑块210的弹簧220的复原力向后移动到原始位置，滑块上的通孔211与结合在圆筒的连接孔204上的支管134的内部流道错开，所以分配器130的支管134被滑块210所关闭。与此同时，从压机150排出来的少量冷却剂通过四通阀180、内部换热器170、膨胀装置120流入分配器130，而流入分配器130中的冷却剂则通过除了支管134之外的支管132、133分流入外部换热器110。换言之，冷却剂流入与支管132、133连接的外部换热器110的a、b区段中，而不流入安装了冷却剂流控制器M的支管134，以便防止冷却剂不流入外部换热器110中与支管134连接的区段c中。外部换热器110中的冷却剂分别在各区段a、b中蒸发，蒸发后的冷却剂收集在一条流道内，并通过四通阀被吸入压缩机150中。

换言之，当压缩机150排出少量的冷却剂时，冷却剂便通过除了安装有冷却剂流控制器M的支管134之外的其他支管132、133流入外部换热器110内，并进行蒸发，整个外部换热器110的各部分都利用上了。

流入外部换热器110的冷却剂的流量的分配可以调节，以便在系统的工作过程变化时，根据压缩机150排出的冷却剂排量的变化来利用外部换热器110(在加热工作过程中起蒸发器的作用)的蒸发面积，即，压缩机150的运转速度，要根据加在热泵制冷循环上的负载来改变从压缩机150排出的冷却剂的排量，并且要根据压缩机150的冷却剂排量的变化来利用冷却剂的排出压力。

一根降压毛细管230或一个安装在旁通管160上的降压用的电子膨胀阀，借助于使压缩机150所排出来并流向旁通管160的冷却剂的压力降低，使得加在冷却剂流控制器M上的压力降低。因此，装在冷却剂流控制器M中的弹簧的弹性模量就能降低。

本发明的热泵制冷循环的冷却剂分配器由于提高了蒸发器的效率而能提高整个制冷循环的效率，这是因为，它能很好地利用根据负载变化的热泵制冷循环中的压缩机排出的冷却剂的排出压力，把冷却剂均匀分配给外部换热器，以便根据压缩机变化的冷却剂排量很好地利用外部换热器的面积，有效地利用外部换热器，并且还防止了冷却剂蒸发温度的升高。

由于本发明可以在不脱离其构思或基本特征的前提下以各种不同的方式实施，所以应该理解，以上所述的实施例，除非另有说明，并不限于所陈述的任何细节，而应由权利要求书来限定它的构思和范围，因此，所有落入权利要求书范围内的变化和改进或其等同物，都应包括在本申请的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种热泵制冷循环的冷却剂分配器，它包括：

一台用于可变地压缩冷却剂和排出冷却剂的压缩机；

一个分配器，它用于把流过使冷却剂膨胀的膨胀装置的冷却剂分配给许多支管，并使冷却剂流向具有许多区段的蒸发器；

一个安装在所述分配器的某一条支管上的冷却剂流控制器，用于打开/关闭向支管的冷却剂流；以及

一根旁通管，它通过连接压缩机的排出口和冷却剂流控制器，使从压缩机可变地排出来的一定量的冷却剂流向所述冷却剂流控制器，以便根据从压缩机变化地排出的冷却剂的排放压力，借助于冷却剂流控制器的工作，打开/关闭分配器的所述某一条支管。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热泵制冷循环的冷却剂分配器包括一根安装在旁通管上的降压用毛细管，用于降低流入旁通管中的冷却剂的压力。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热泵制冷循环的冷却剂分配器包括一个安装在旁通管上的降压电子膨胀阀，用于降低流过旁通管的冷却剂的压力。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却剂流控制器包括：

一个具有内部空间的圆筒，圆筒的一端与所述分配器的某一支管结合，以便与内部空间连通，圆筒的另一端与旁通管结合，以便与内部空间连通；

一个滑块，用于根据通过旁通管流入圆筒的内部空间中的冷却剂的压力来打开/关闭分配器中的某一根支管；以及

一个装在上述圆筒的内部空间的内壁与滑块之间的弹簧，以便对滑块施加弹力。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述热泵制冷循环中的冷却剂分配器的某一根支管与所述圆筒结合，使得该分配器的这根支管的方向与所述圆筒的内部空间的轴线垂直交叉。

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