CN1751212A - 制冷循环 - Google Patents

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Abstract

一种制冷循环，其使用HFC－152a作为制冷剂，可以无过热度(SH)波动地稳定运行。制冷剂的充填量增加，确保膨胀装置入口的制冷剂的过冷却度(SC)总是置于不低于5度的状态，以使该过冷却度(SC)即使有压力变化也不会变为0度。由此可抑制蒸发器出口的制冷剂的过热度(SH)的波动，使系统稳定。在该状态下，可通过减小膨胀装置的设定值来增加过热度(SH)，以提高压缩机的效率。

Description

制冷循环
技术领域
本发明涉及一种制冷循环，更具体地涉及一种使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环。
背景技术
例如，用于汽车空调系统的制冷循环包括：压缩机，其被作为驱动源的发动机驱动；冷凝器，其将被所述压缩机压缩的制冷剂冷凝；贮液器，其将冷凝后的制冷剂分离为气体和液体；膨胀装置，其将由气/液分离得到的液体制冷剂节流和膨胀；以及蒸发器，其将被膨胀的制冷剂蒸发，从而使该制冷剂返回到所述压缩机。
在如上述配置的制冷循环中，要提高压缩机的效率，通常是通过控制蒸发器出口的制冷剂具有预定的过热度。而且，在实施控制过热度制冷循环中，在膨胀装置入口的制冷剂被控制为该制冷剂无过冷却度，进一步冷却从贮液器排出的制冷剂，使得该制冷剂呈现过冷却度，从而提高所述压缩机的效率(例如参见日本专利公报特开平6-2970(段落号[006]和[007]，以及图4)。
通常，在传统的制冷系统中，普遍使用被称为HFC-134a的CFC(氟氯化碳)的替代物作为制冷剂。
图8是使用HFC-134a作为制冷剂的制冷循环的特性图。
图8表示用作制冷剂的HFC-134a的过冷却度SC、过热度SH、以及流速GF随时间的变化曲线。从图8显然可见，就使用HFC-134a作为制冷剂而言，即使在过冷却度SC采用接近于1的小数值时，过热度和流速的波动范围也很小，因此，过热度的波动比较小，这意味着该系统是大致稳定的。
然而，当HFC-134a作为制冷剂用于制冷循环时，其对地球变暖具有显著影响，因此，已经研制出HFC-134a的替换物。已经研制出的替换物之一被称为HFC-152a，其对地球变暖的影响约为HFC-134a的十分之一。
图9是使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环的特性图。
图9表示一个示例，其中使用HFC-152a作为制冷剂，制冷剂的充填量设定为500g，并且使用膨胀阀作为膨胀装置，膨胀阀的设定值设定为0.177MPa。从该例中可以得知，过热度SH和过冷却度SC分别稳定在2度和1度左右，而且，过热度SH在比较小的区域内，其波动的趋势也较小。然而，当过热度SH降低至约为2度时，压缩机的效率降低，因此，优选的是，过热度SH增至约为10度。
但是，当使用HFC-152a作为制冷剂时，如果通过减小膨胀阀的设定值以增加过热度SH，会如图9所示那样，在过热度SH增加的同时，过热度的波动范围也增加了，从而导致产生系统不稳定的波动。
发明内容
本发明是在考虑到上述各点后做出的，其目的是提供一种无过热度波动、可稳定运行的制冷循环。
为解决上述问题，本发明提供一种制冷循环，其构成包括：压缩机、冷凝器、膨胀装置、蒸发器，并且使用HFC-152a作为循环于该制冷循环中的制冷剂。其中，为使系统稳定，需要确保膨胀装置入口的制冷剂置于预定过冷却度的状态，由此抑制在蒸发器出口的制冷剂的过热度的波动。
根据本制冷循环，其使用HFC-152a作为制冷剂，由于确保过冷却度，因而可抑制过热度的波动，这使得系统的稳定成为可能。
通过下面的描述，结合表示本发明的优选实施例的附图，将对本发明的上述内容和其它目的、特征及优点的认识更加清楚。
附图说明
图1是使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环的特性图；
图2是作为制冷剂的HFC-152a的流速特性图；
图3是表示部分莫利尔线图(Mollier chart)的图；
图4是表示改善过热度的方法的图；
图5是使用贮液器的制冷循环的系统图；
图6是使用过冷却冷凝器的制冷循环的系统图；
图7是使用蓄液器的制冷循环的系统图；
图8是使用HFC-134a作为制冷剂的制冷循环的特性图；
图9是使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环的特性图。
具体实施方式
以下，将以应用于汽车空调系统的制冷循环作为本发明的一个实施例，参照附图进行详细描述。
图1是使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环的特性图；图2是作为制冷剂的HFC-152a的流速特性图；图3是表示部分莫利尔线图(Mollierchart)的图。
首先，图1表示当使用设定值为0.186Mpa的膨胀阀作为膨胀装置时，用作制冷剂的HFC-152a的过冷却度SC、过热度SH、以及流速GF随时间的变化曲线图。
从图1可知，当所述制冷剂的充填量设定为500g时，过热度SH大于等于3度，但是其变动范围很大，导致产生波动。还可知，为防止过热度SH的波动，如果制冷剂的充填量增加到600g，进而增加到650g，从而给予制冷剂过冷却度SC，在过冷却度SC仅为约1到2度之间，过热度SH的波动很大，使得系统不稳定；但是，在过冷却度SC大于等于5度的区域中，过热度SH的波动比较小，系统稳定。因此，在该使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环中，将在膨胀阀进口的制冷剂置于过冷状态是最基本的，而且如果确保过冷却度SC至少为5度，就可防止过热度SH的波动，使得系统稳定。
假定上述趋势是由于HFC-152a具有比HFC-134a更易于气化的属性。图2表示出的HFC-152a的流速特性表明制冷剂的流速关于膨胀阀的阀片升程的变化。从此图可知，即使过冷却度SC从5度减至0度，制冷剂的流速变化也不大。然而，甚至当制冷剂只是轻微程度的干燥时，气泡都会渐渐混入膨胀阀的制冷剂中，这使得该制冷剂难以平滑流动，导致其流速突然降低。
而且，如图1所示那样，优选的是过冷却度SC大于等于5度。其原因将参考图3进行解释。在图3中，虚线表示传统的HFC-134a的饱和液体曲线，而实线表示HFC-152a的饱和液体曲线。如图3所示，HFC-134a和HFC-152a的饱和液体线的斜率互不相同，HFC-152a的斜率较小。因此，即使HFC-134a和HFC-152a同样具有5度的过冷却度SC，HFC-152a通过较小的压力变化就可进入气/液状态。在图3的示例中，没有约为0.18MPa的压力变化，HFC-134A就不会进入气/液状态，然而，当压力变化仅约为0.13MPa时，HFC-152a就会进入气/液状态。因此，当冷却度SC大于等于5度时，有必要确保流入膨胀阀的制冷剂置于过冷状态，从而即使在制冷剂经受相当量的压力变化时，也能防止制冷剂轻易进入气/液状态。如从上述可知，在使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环中，如果该制冷剂未达到过冷却度SC，即使是微小的压力变化，该制冷剂也很容易进入气/液状态，而一旦制冷剂进入气/液状态，其流速显著降低。因此，与使用HFC-134a作为制冷剂的制冷循环相比，有必要给予上述制冷剂足够的过冷却度SC。这就是在使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环中，为何需将在膨胀阀入口的冷却剂总是置于过冷却状态的原因，此外，为了在压力任何变化下，系统都可稳定运行，要求过冷却度SC大于等于5度。
如上所述，在使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环中，有必要要求过冷却度SC大于等于5度。该过冷却度SC下使抑制过热度SH的波动成为可能，从而使得系统稳定。然而，在图1所示的条件下，尽管过热度SH稳定且无波动，但是只得到2度的过热度SH。为了提高压缩机的效率，优选的是，过热度SH约等于10度。
图4是表示提高过热度的方法的图。
如图4所示，通过逐渐减小膨胀阀的设定值，过热度SH得到提高。从示例可知，如果制冷剂的设定为650g，并且膨胀阀的设定值从0.186Mpa减小到0.167Mpa，进而减小到0.147Mpa，过热度SH增加了，而且，即使当过热度增加时，它也是稳定的且无波动。
这是因为通过减小膨胀阀的压力设定值，通过该膨胀阀的制冷剂的流速减小，从而相应提高蒸发器的能力。如果制冷剂在被蒸发器完全蒸发后又被加热，就可能使蒸发器出口的制冷剂达到过热的状态。当然，进入膨胀阀的制冷剂的流速的减小相应地增加了冷凝器的能力，从而，当过热度SH提高时，过冷却度SC同样提高。
接下来，将对制冷循环进行描述，该制冷循环使用HFC-152a作为制冷剂，并且为了稳定，使HFC-152a的过冷却度大于等于5度。
图5是使用贮液器的制冷循环的系统图。
该制冷循环包括：压缩机1、冷凝器2、贮液器3、热膨胀阀4、以及蒸发器5，并且制冷剂HFC-152a在制冷循环中循环。压缩机1被作为驱动源的发动机驱动，用于压缩制冷剂。被压缩机1压缩为高温、高压的制冷剂被冷凝器2冷凝，从而使其变为高温、高压的液态制冷剂。该液态制冷剂被贮液器3分离为气体和液体，而从气/液分离物中得到的液体制冷剂被热力膨胀阀4节流和膨胀，变为雾化的低温、低压制冷剂。从热力膨胀阀4流出的制冷剂被蒸发器5蒸发，从而使其气化。被气化的制冷剂通过热膨胀阀4的一部分，以检测该制冷剂的温度和压力，然后返回到压缩机1。此时，热膨胀阀4检测在蒸发器5出口的制冷剂的温度和压力，并且控制传送到蒸发器5的制冷剂的流速，将其控制为在蒸发器5出口的制冷剂维持预定的过热度SH。
在上述的制冷循环中，通过过量充填(overcharging)制冷剂，确保在热力膨胀阀4入口的过冷却度SC。此外，通过增加冷凝器2上设有的叶片数量等措施，提高冷凝器2的冷却能力，也可确保过冷却度SC。而且，减少从贮液器3到热膨胀阀4之间的管道内的压力损失，可更有效地确保过冷却度SC，例如，将贮液器3和热膨胀阀4一体形成，或者通过将贮液器3和热力膨胀阀4之间的管道加粗、缩短。
图6是使用过冷却冷凝器的制冷循环的系统图。
该制冷循环包括：压缩机1、过冷却冷凝器6、热膨胀阀4、以及蒸发器5，并且制冷剂HFC-152a在制冷循环中循环。该过冷却冷凝器6具有贮液器的功能，其将从压缩机1传送来的制冷剂冷却以将该制冷剂完全液化，进而冷却被液化的制冷剂以将其传送给热力膨胀阀4。因此，从过冷却冷凝器6传送出来的制冷剂已经具有预定的过冷却度SC，因而通过冷却冷凝器6可确保过冷却度SC。
图7是使用蓄液器的制冷循环的系统图。
该制冷循环包括：压缩机1、冷凝器2、节流管(orifice tube)7、蒸发器5、以及蓄液器8，并且由HFC-152a作为制冷剂在制冷循环中循环。同样，在该制冷循环中，制冷剂是过量充填的，由此，可抑制蒸发器5出口的制冷剂的过热度SH的波动。
应当指出的是，在使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环中，HFC-152a的饱和液体线的斜率较HFC-134a的饱和液体线的斜率小，为防止由于轻微的压力变化，该制冷剂就容易进入气/液状态，要求将膨胀装置入口的制冷剂必须置于过冷却状态，因此，理所当然，本发明可应用于使用和HFC-152a的饱和液体线具有类似趋势的制冷剂的制冷循环，并因此抑制制冷剂过热度SH的波动，从而可稳定系统。
如上所述，本发明的制冷循环中，膨胀装置入口的制冷剂总是置于过冷却状态，并且其过冷却度SC确保不低于5度，从而即使压力发生变化，过冷却度SC也不会变为0度。在使用传统制冷剂的制冷循环中，由于不管制冷剂是否具有过冷却度SC都不会引起过热度SH的波动，因此系统是稳定的，然而，在使用HFC-152a作为制冷剂的制冷循环中，在制冷剂无过冷却度SC的状态下，过热度SH易于产生波动，因此，通过使制冷剂总是冷却为具有过冷却度SC，可抑制过热度SH的波动，因而使得稳定系统成为可能。
以上所述仅阐释了本发明的原理。此外，由于本领域的技术人员很容易进行大量的修改和变化，本发明不仅仅局限于所示和所述的具体结构和应用，而是，所有适当的修改及其等价物都可认为落于本发明所附权利及其等价物的范围内。

Claims (5)

1、一种制冷循环，包括：压缩机、冷凝器、膨胀装置、蒸发器，并且使用HFC-152a作为在该制冷循环中循环的制冷剂；
其中，为使系统稳定，需要确保膨胀装置入口的制冷剂置于预定过冷却度的状态，由此抑制在蒸发器出口处制冷剂的过热度的波动。
2、如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，确保所述过冷却度不低于5度。
3、如权利要求1所述的制冷循环，其特征在于，所述制冷剂的充填量调整为可确保所述过冷却度。
4、如权利要求1或2所述的制冷循环，其特征在于，所述冷凝器替换为过冷却冷凝器，从而确保所述过冷却度。
5、如权利要求1或2所述的制冷循环，其特征在于，所述膨胀装置替换为热膨胀阀，而且所述热膨胀阀的设定值调整为提供所述过热度。
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