CN1443999A - 蒸汽压缩式制冷机及其热交换器 - Google Patents

蒸汽压缩式制冷机及其热交换器 Download PDF

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Abstract

在管件31的内壁上形成油排斥膜31a。由于形成了油排斥膜31a，便可以避免制冷机油滞留于蒸发器30内。因此，足够多的制冷机油回流到压缩机中，避免了压缩机卡住。由于在避免制冷剂和管件之间的传热系数的下降的同时能够避免制冷机油滞留于蒸发器30中，因而避免了管件31的制冷剂通道的实际截面积的减小。所以避免了蒸发器30内压力损失的增加。因此，提高了蒸发器30的吸热能力。

Description

蒸汽压缩式制冷机及其热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于蒸汽压缩式制冷机的蒸发器，其中，热量由低温侧流向高温侧。本发明有效应用于一种具有喷射器的蒸汽压缩式制冷机。在制冷剂减压膨胀的同时，当制冷剂的膨胀能转化为压力能时，所述喷射器提高了压缩机的吸入压力。
背景技术
通常情况下，在蒸汽压缩式制冷机中，当和制冷机油混合的制冷剂在制冷机内循环时，实现了对压缩机内的滑动部件的润滑。
于是，制冷机油与制冷剂一同流入诸如蒸发器等热交换器内。当流入热交换器的制冷机油滞留在热交换器内时，可能发生以下问题。
(1)由于回流到压缩机的制冷机油的数量减少，因而压缩机的润滑变得不完全，由此导致压缩机卡住。
(2)滞留在热交换器内的制冷机油粘附在热交换器的管件的内壁上，从而制冷剂通道的实际截面积减小，使得热交换器内的压力损失(制冷剂循环阻力)增加，并且制冷剂与管件之间的传热系数亦下降。结果，降低了热交换器的热交换能力。
发明内容
鉴于以上问题，完成了本发明。本发明的目的是解决上述(1)和(2)两项所述的问题。
为实现上述目的，本发明一方面提出一种用于蒸汽压缩式制冷机的热交换器，在构成制冷剂通道的管件31的内壁表面上形成对油有排斥性的油排斥膜(oil repellent film)31a。
由于如上所述，避免了制冷机油滞留于热交换器30内。所以，足够多的制冷机油回流到压缩机。避免了诸如压缩机卡住等故障的发生。
由于在避免制冷剂与管件31之间的传热系数减小的同时能够避免制冷机油滞留于热交换器30内，因而避免了管件31的制冷剂通道的实际截面积的减小。所以，避免了热交换器30内压力损失的上升，并且提高了热交换器30的热交换能力。
本发明另一方面提出一种用于蒸发器的热交换器，所述热交换器为设置在蒸汽压缩式制冷机内的热交换器之一，并且所述热交换器通过蒸发制冷剂来体现制冷能力，在构成制冷剂通道的管件31的内壁表面上形成对油有排斥性的油排斥膜31a。
由于如上所述，避免了制冷机油滞留于热交换器30内。所以，足够多的制冷机油回流到压缩机。因此预先避免了诸如压缩机卡住等问题的发生。
由于在避免制冷剂与管件31之间的传热系数减小的同时能够避免制冷机油滞留于热交换器30内，因而避免了管件31的制冷剂通道的实际截面积的减小。所以，避免了热交换器30内压力损失的增加，并且提高了热交换器30的热交换能力。
就此而论，优选构成油排斥膜31a的材料的表面张力小于和制冷剂混合的制冷机油的表面张力。
优选构成油排斥膜31a的材料为硅树脂或氟树脂。
本发明的再一方面提出一种蒸汽压缩式制冷机，包括：用于吸入和压缩制冷剂的压缩机10；用于使由压缩机10排出的制冷剂冷却的散热器20；由前述热交换器构成的，用于蒸发制冷剂以吸收热量的蒸发器30；用于通过制冷剂减压膨胀将从散热器20流出的高压制冷剂的压力能转化为动能的喷嘴41；具有升压部42、43的喷射器40，当从喷嘴41喷射出的高速制冷剂流抽吸在蒸发器30内被蒸发的气态制冷剂时，所述喷射器通过将动能转化为压力能来升高制冷剂的压力，然后由喷嘴41射入的制冷剂与从蒸发器30吸入的制冷剂彼此混合，以使动能转化为压力能；以及气液分离器50，所述气液分离器将制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂，并向蒸发器30供应液态制冷剂，同时还向压缩机10供应气态制冷剂。
由于如上所述，提高了蒸汽压缩式制冷机的工作效率。
此处，每个部件后面圆括号内的数字表示后文所述之实施例中具体部件的对应关系的例子。
下面将对照优选实施例并结合附图对本发明加以详细说明。
附图说明
图中示出：
图1为本发明实施例的喷射循环的示例图；
图2A为用于本发明实施例的喷射循环的蒸发器的立体图；
图2B为管件的剖面图；
图3为本发明实施例的喷射器的示意图；和
图4为p-h图。
具体实施方式
在本实施例中，本发明的喷射循环用于车辆用空调器。图1为喷射循环的示例图。
如图1所示，压缩机10为一种众所周知的可变容积式压缩机，当所述压缩机由一部发动机提供能量时，制冷剂被吸入和压缩到压缩机中。散热器20是一台位于高压侧上的热交换器，用于在压缩机10排出的制冷剂和外界空气之间交换热量，以冷却制冷剂。
此处，本实施例使用含氯氟烃作为制冷剂，散热器20内制冷剂的压力小于制冷剂的临界压力。因此，制冷剂在散热器20内冷凝。
蒸发器30是一台位于低压侧的热交换器，在所述蒸发器中，在吹入室内的空气和液态制冷剂之间交换热量，使液态制冷剂蒸发并冷却吹入室内的空气。
此处，如图2A所示，蒸发器30按如下方式构成：组成制冷剂通道的多个管件31呈蛇形排布，用于增大对于空气的传热面积的薄片状叶片32接在管件31的外表面上。
如图2B所示，在每个管件31的内壁表面上形成对油有排斥性的油排斥膜31a。所述油排斥膜31a由其表面张力小于制冷机油表面张力的材料制成。在本实施例中，油排斥膜31a由硅树脂或氟树脂制成。
此处，制冷机油对设置在压缩机10内的滑动部分及其他部分进行润滑。硅树脂具有基团CH3，氟树脂具有基团CF3或者CF2。
在本实施例中，管件31由磷脱氧铜合金(phosphorus deoxidizedcopper alloy)制成，油排斥膜31a由硅树脂制成，膜的厚度保持在0.1-3μm。当管件31浸入溶有油排斥膜31a的材料的溶液时，在管件31上形成油排斥膜31a。
如图1所示，在减压状态下，喷射器40使制冷剂膨胀，从而喷射器40抽吸在蒸发器30内蒸发的气态制冷剂。另外，喷射器40将膨胀能转化为压力能，提高压缩机10的吸入压力。
此处，如图3所示，喷射器40包括：喷嘴41，所述喷嘴将流入喷射器40的高压制冷剂的压力能转化为动能，使制冷剂在降压条件下等熵膨胀；混合部42，所述混合部通过由喷嘴41射入的高速制冷剂流抽吸在蒸发器30内蒸发的气态制冷剂，并将其同喷嘴41射入的制冷剂流混合；扩压器43，当从喷嘴41射入的制冷剂与从蒸发器30吸入的制冷剂相混合时，所述扩压器通过将动能转化为压力能来增加制冷剂的压力。
在本实施例中，为了将由喷嘴41喷射出来的制冷剂的速度增加到不低于声速，采用拉瓦尔喷管，所述拉瓦尔喷管具有在通道的中部其通道面积最小的喉部部分。
在混合部42中进行混合，使得由喷嘴41射入的制冷剂流的动量与从蒸发器30吸入到喷射器40的制冷剂流的动量的总和保持恒定。所以，即使在混合部42中，静压亦被升高。另一方面，在扩压器43中，当通道截面面积逐渐加大时，制冷剂的动压力转化为静压。因此，在喷射器40中，在混合部42和扩压器43内都实现了制冷剂的压力的增加。所以一般将混合部42和扩压器43称为升压部。
如图1所示，气液分离器50为一种气液分离装置，从喷射器40流出的制冷剂流入其中，流入气液分离器50内的制冷剂被分离为气态制冷剂和液态制冷剂，并将分离后的液态制冷剂积存下来。气液分离器50的气态制冷剂出口与压缩机10的吸入侧连接，气液分离器50的液态制冷剂出口与蒸发器30的入口侧连接。
此处，图4为p(制冷剂的绝对压强)与h(比焓)的关系图。图中示出喷射循环的总体宏观工作。所述喷射循环的宏观工作与公知的喷射循环相同。所以，在本实施例中，对喷射循环的总体宏观工作不再赘述。此处，图4中所示的标记“●”表示处于图1中标记“●”标识的位置的制冷剂的状态。
下面将对本实施例的特点加以说明。
在本实施例中，由于在每根管件31的内壁上形成油排斥膜31a，因而避免了制冷机油滞留于蒸发器30内。所以，实现了足够多的制冷机油回流到压缩机10中。避免了诸如压缩机10卡住等故障的发生。
由于在避免了制冷剂与管件31之间的传热系数减小的同时能够避免制冷机油滞留于蒸发器30内，所以避免了制冷剂通道的实际截面积的减小。因而，避免了蒸发器30内压力损失的上升，并提高了蒸发器30的吸热能力。
一方面，在蒸汽压缩式制冷机中，通过诸如膨胀阀等减压装置实现等熵地减小制冷剂的压强(将下文涉及到的此循环称为膨胀阀循环)，从膨胀阀流出的制冷剂流入蒸发器内。另一方面，如图1所示，在喷射循环中，从喷射器40流出的制冷剂流入气液分离器50内，气液分离器50所分离的液态制冷剂被提供给蒸发器30，以及气液分离器50分离的气态制冷剂被吸入压缩机10内。
换而言之，一方面，在膨胀阀循环中存在一个制冷剂流，其中制冷剂按以下顺序循环：压缩机→散热器→膨胀阀→蒸发器→压缩机。另一方面，在喷射循环中存在两条制冷剂流。在其中一个流路中，制冷剂按以下顺序流动：压缩机10→散热器20→喷射器40→气液分离器50→压缩机10(下文中将此流路称为驱动流)。在另一个流路中，制冷剂依次流经气液分离器50→蒸发器30→喷射器40→气液分离器50(此流路在下文被称为抽吸流)。
在这种情况下，一方面，由压缩机10实现驱动流的循环。另一方面，通过喷射器40产生的增压操作实现抽吸流10的循环，即，由喷射器40的制冷剂出口与喷射器40的液态制冷剂入口之间的压强差产生泵吸操作来实现抽吸流10的循环。因此，当驱动流的流动速度减小以及由喷射器40产生的增压行为下降时，抽吸流中制冷剂的流动速度减小。所以，与液态制冷剂一同流入蒸发器30的制冷机油势必将滞留在蒸发器30中。
另一方面，因为在膨胀循环中，压缩机直接从蒸发器中抽吸制冷剂。所以，相对喷射循环而言，即使当热负荷有所下降时，制冷机油仍较难滞留于蒸发器中。因此，将本发明应用到喷射循环中的蒸发器30上效果显著。
在上述实施例中，将本发明用到喷射循环中的蒸发器上。但是，需要强调，本发明不只局限于上述特定实施例。本发明还可用在膨胀阀循环中的蒸发器上。
本发明可用于任何类型的蒸发器30上，或者说，本发明可以用于具有蛇形管件31的蛇形热交换器上。另外，本发明还可以用于由多个管件、集水容器(header tank)和其他装置构成的多流路式热交换器上。
在上述实施例中，使用本发明喷射器的蒸汽压缩式制冷机应用于车辆用空调器。但是，本发明不只局限于上述特定应用。
在上述实施例中，本发明用于蒸发器。但是，需要强调，本发明不只局限于上述特定实施例。本发明也可用于诸如散热器20等位于高压侧上的热交换器。

Claims (5)

1.一种应用于蒸汽压缩式制冷机的热交换器，在组成制冷剂通道的管件的内壁表面上形成对油有排斥性的油排斥膜。
2.一种应用于蒸发器的热交换器，所述热交换器为设置在蒸汽压缩式制冷机内的热交换器之一，并且所述热交换器通过蒸发制冷剂体现制冷能力，在组成制冷剂通道的管件的内壁表面上形成对油有排斥性的油排斥膜。
3.按照权利要求1所述热交换器，其中构成油排斥膜的材料的表面张力小于与制冷剂混合的制冷机油的表面张力。
4.按照权利要求1所述热交换器，其中构成油排斥膜的材料为硅树脂或氟树脂。
5.一种使用喷射器的蒸汽压缩式制冷机，包括：
用于吸入和压缩制冷剂的压缩机；
用于冷却从压缩机排出的制冷剂的散热器；
用于蒸发制冷剂以吸收热量的蒸发器，所述蒸发器由权利要求1所述热交换器构成，；
喷嘴，所述喷嘴通过对制冷剂减压膨胀，将从散热器流出的高压制冷剂的压力能转化为动能；
喷射器，所述喷射器包括升压部，当从喷嘴射入的高速制冷剂流对在蒸发器内蒸发的气态制冷剂进行抽吸然后从喷嘴射入的制冷剂与从蒸发器吸入的制冷剂彼此混合，以使动能转化为压力能时，所述升压部通过将动能转化为压力能，从而升高制冷剂的压强；和
气液分离器，所述气液分离器将制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂，并向蒸发器提供液态制冷剂，同时也向压缩机提供气态制冷剂。
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