CN1854647A - 冷冻循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是在使用二氧化碳作为致冷剂、并且使用难溶性油作为压缩机内的润滑油的冷冻循环装置中，减小由润滑油向内部热交换器的附着而产生的影响并且提高内部热交换器的热交换效率。本发明的冷冻循环装置，通过配管连接压缩机(11)、散热器(12)、膨胀阀(13)以及蒸发器(14)，并设置有内部热交换器(30)，该内部热交换器(30)在从散热器(12)流出的高压致冷剂和从蒸发器(14)流出的低压致冷剂之间进行热交换，其特征在于，使用二氧化碳作为致冷剂，同时，使用难溶性油作为压缩机(11)内的润滑油，内部热交换器(30)由处于超临界区域的高压致冷剂所流过的第一传热管(31)、和低压致冷剂所流过的第二传热管(32)构成，将第一传热管(31)配置在第二传热管(32)内。

Description

冷冻循环装置
技术领域
本发明涉及一种冷冻循环装置，该冷冻循环装置通过配管连接压缩机、散热器、膨胀阀及蒸发器，并设有内部热交换器，该内部热交换器在从散热器流出的高压致冷剂和从蒸发器流出的低压致冷剂之间进行热交换。
背景技术
作为对环境的影响较小、能够送出高热量并且冷冻机油向压缩机的返回性良好、能够长期稳定使用的冷冻循环装置，提出了这样的一种装置，该装置使用二氧化碳作为致冷剂，并且使用非互溶型或难互溶型的润滑油作为冷冻机油(例如，参照专利文献1)。
另一方面，也提出了如下的一种装置，该装置在使用二氧化碳作为致冷剂的冷冻循环装置中使用内部热交换器，该内部热交换器具有简单且热交换能力较高的结构(例如，参照专利文献2)。
专利文献2中的内部热交换器，在大径管中同心地配置有中径管，在中径管的内部流动有低温低压的致冷剂，在大径管和中径管之间流动有高温高压的致冷剂。在专利文献2中，通过在内部热交换器的外周侧配置高温高压的致冷剂，并且将高温高压的致冷剂与空气一同进行热交换，以此增加散热量。
[专利文献1]特开2001-255030号公报(参照第[0016]、[0017]段)
[专利文献2]特开2001-56188号公报(参照第[0043]、[0049]段)
发明内容
在使用二氧化碳作为致冷剂的冷冻循环装置中，在提高COP方面使用内部热交换器是有效的。
但是，在设置有内部热交换器的冷冻循环装置中，若如专利文献1那样使用互溶性低的润滑油作为压缩机内的润滑油，则特别是在低压侧区域中致冷剂和润滑油将分离，因此将发生润滑油滞留在内部热交换器的低压侧配管内的问题。
另一方面，作为内部热交换器，虽然如专利文献2那样使用所谓的双层管可以实现结构简单的内部热交换器，但是，在使用互溶性低的润滑油作为压缩机内的润滑油的情况下，若在高温高压的致冷剂和低温低压的致冷剂之间的传热面上附着润滑油，则将发生热交换效率降低的问题。
于是，本发明的目的是在使用二氧化碳作为致冷剂、并且使用难溶性油作为压缩机内的润滑油的冷冻循环装置中，减小由润滑油向内部热交换器的附着而产生的影响并且提高内部热交换器的热交换效率。
技术方案1所述的本发明的冷冻循环装置，通过配管连接压缩机、散热器、膨胀阀以及蒸发器，并设置有内部热交换器，该内部热交换器在从上述散热器流出的高压致冷剂和从上述蒸发器流出的低压致冷剂之间进行热交换，其特征在于，使用二氧化碳作为致冷剂，同时，使用难溶性油作为上述压缩机内的润滑油，上述内部热交换器由处于超临界区域的上述高压致冷剂所流过的第一传热管、和上述低压致冷剂所流过的第二传热管构成，将上述第一传热管配置在上述第二传热管内。
技术方案2所述的本发明在技术方案1所述的冷冻循环装置中，其特征在于，上述第一传热管配置有多个配管。
技术方案3所述的本发明在技术方案1所述的冷冻循环装置中，其特征在于，作为上述第一传热管使用外表面平滑的直管，在上述第二传热管内仅配置上述第一传热管。
技术方案4所述的本发明在技术方案1所述的冷冻循环装置中，其特征在于，在上述内部热交换器的两端分别具有规定长度的连接管，上述连接管通过胀管加工或缩管加工将一端侧开口部形成为比另一端侧开口部小，在上述一端侧开口部上连接有第二传热管，在上述另一端侧开口部上连接有上述第一传热管，同时，连接有上述低压致冷剂所流过的配管。
技术方案5所述的本发明在技术方案1所述的冷冻循环装置中，其特征在于，使通过上述第一传热管和上述第二传热管形成的上述低压致冷剂的流路截面积大于等于上述蒸发器的出口侧配管的内径截面积。
根据本发明，能够减小由于润滑油向内部热交换器的附着而引起的影响，并可提高内部热交换器的热交换效率。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的热泵热水供给装置的线路结构图。
图2是表示本实施例的CO2致冷剂和各种油的双层分离温度的图。
图3是本实施例的内部热交换器的要部侧视图。
图4是图3中的X-X线剖视图。
图5是图3中的Y-Y线剖视图。
图6是本发明的其它实施例的内部热交换器的要部侧视图。
图7是图6中的Z-Z线剖视图。
具体实施方式
本发明的第一实施方式的冷冻循环装置，使用二氧化碳作为致冷剂，同时，使用难溶性油作为压缩机内的润滑油，内部热交换器由处于超临界区域的高压致冷剂所流过的第一传热管、和低压致冷剂所流过的第二传热管构成，在第二传热管内配置第一传热管。根据本实施方式，通过在第二传热管内配置第一传热管、并在第二传热管内流动低压致冷剂，以此与在第一传热管内流动低压致冷剂的情况相比较，可以增加润滑油与传热管的接触面积，因此，可以使传热管表面的润滑油的膜厚较薄，并提高内部热交换器中的热交换效率。
本发明的第二实施方式，在第一实施方式的冷冻循环装置中，将多个配管作为第一传热管。根据本实施方式，通过由多个配管构成第一传热管，以此能够进一步增加润滑油与传热管的接触面积，因此能够使传热管表面的润滑油的膜厚进一步变薄，并提高内部热交换器中的热交换效率。
本发明的第三实施方式，在第一实施方式的冷冻循环装置中，使用外表面平滑的直管作为第一传热管，在第二传热管内仅配置第一传热管。根据本实施方式，由于使第一传热管的外表面平滑并在第一传热管和第二传热管之间不设置例如第一传热管对第二传热管的支承部件，因此能够使润滑油的流动顺畅，并且能够减少润滑油向内部热交换器的滞留，能够提高内部热交换器中的热交换效率。
本发明的第四实施方式，在第一实施方式的冷冻循环装置中，在内部热交换器的两端分别具有规定长度的连接管，连接管通过胀管加工或者缩管加工将一端侧开口部形成为比另一端侧开口部小，在一端侧开口部上连接有第二传热管，在另一端侧开口部上连接有第一传热管，同时，连接低压致冷剂所流过的配管。根据本实施方式，通过使用规定长度的连接管，在一方的开口部上连接第一传热管，同时，连接低压致冷剂所流过的配管，并从同一个开口部进行高压致冷剂和低压致冷剂的分支部的流动，以此能够顺利地进行内部热交换器的流入位置和流出位置的润滑油的流动。因此，能够减少润滑油向内部热交换器内的滞留，并提高内部热交换器中的热交换效率。
本发明的第五实施方式，在第一实施方式的冷冻循环装置中，使由第一传热管和第二传热管形成的低压致冷剂的流路截面积大于等于蒸发器的出口侧配管的内径截面积。根据本实施方式，通过使内部热交换器中的润滑油的流动流畅，以此可以减少润滑油向内部热交换器内的滞留，并提高内部热交换器中的热交换效率。
实施例1
下面，使用附图对本发明的一个实施例的热泵热水供给装置进行说明。
图1是本发明的一个实施例的热泵热水供给装置的线路结构图。
本实施例的热泵热水供给装置，由冷冻循环装置10和热水储存装置20构成。
冷冻循环装置10，通过配管连接压缩机11、散热器12、膨胀阀13及蒸发器14而构成冷冻循环。内部热交换器30在高压致冷剂和低压侧致冷剂之间进行热交换，所述高压致冷剂流过从散热器12到达膨胀阀13的高压侧配管15，所述低压侧致冷剂流过从蒸发器14到达压缩机11的低压侧配管16。散热器12在从压缩机11排出的高压致冷剂和从热水储存装置20供给的储存热水之间进行热交换。并且，散热器12中的致冷剂流动方向与储存热水的流动方向相对。
蒸发用风扇17是用于向蒸发器14进行送风的送风装置。另外，水用配管18是用于向散热器12导入储存热水、导出通过加热器12加热了的温水的配管。
冷冻循环装置10，将压缩机11、膨胀阀13及内部热交换器30配置在压缩机侧框架10A中，将散热器12、蒸发器14及蒸发用风扇17配置在风路侧框架10B中，并划分成压缩机侧框架10A和风路侧框架10B。另外，最好将内部热交换器30配置在接近压缩机11的位置。
该冷冻循环装置10使用二氧化碳作为致冷剂，在高压侧在超过临界压力的状态下进行运转。并且，使用难溶性油作为压缩机11内的润滑油。作为本发明的难溶性油，适用40℃时的粘度为5～300cSt的润滑油。另外，本发明的难溶性油具有在-40℃～31℃的范围内不互溶的含油率区域。在此，根据图2对油的互溶性、非互溶性、难互溶性进行详细说明。
图2表示CO2致冷剂和各种油的双层分离温度。在PVE(聚乙烯醚)、POE(聚烯烃弹性体)、PC(聚碳酸酯)中，在-40℃～31℃的范围内，不互溶的含油率区域仅是比较高的温度下的一部分区域。例如，在PC的情况下，在大于等于5℃时，存在有不互溶的含油率区域。因此，这些油可以称为具有互溶性的油(互溶油)。
另一方面，PAO(聚α-烯烃)、AB(烷基苯)、M(石油)，具有在-40℃～31℃的范围内不互溶的含油率区域，这些油可以称为互溶性低的非互溶油。
另外，PAG(聚二醇)虽然具有在-40℃～31℃的范围内不互溶的含油率区域，但是由于在富油层中也溶解有45～75％的CO2，因此与PVE、POE、PC等的互溶油相比互溶性较低，但与PAO、AB、石油等的非互溶油相比，则具有较高的互溶性，可以称为难互溶油。
在此，作为难溶性油，例如，含有石油、PAO(聚α-烯烃)、烷基苯那样的非互溶性的润滑油，最好是如PAG(聚二醇)那样的难互溶性的润滑油。
热水储存装置20具有热水储存罐21，热水储存罐21的底部配管22经由流量调节阀、减压阀及止回阀与自来水管等的水供给配管进行连接。另外，底部流出配管23经由循环泵24与水用配管18的流入侧连接口进行连接。并且，热水储存罐21的上部循环用配管25与水用配管18的流出侧连接口连接。此外，在热水储存罐21的上部连接有供给用配管26。本实施例的热水储存罐21是层叠式的热水储存罐，为了防止罐内的搅拌，以上部储存高温水、底部储存低温水的方式构成。
下面，对本实施例的热泵热水供给装置的热水储存运转动作进行说明。
首先，冷冻循环装置10，在检测出热水储存罐21内的温水小于等于规定量时开始运转。
在压缩机11中被压缩至超临界区域的致冷剂，在散热器12及内部热交换器30中进行散热后，通过膨胀阀13进行减压，然后在蒸发器14及内部热交换器30中吸热、以气体状态被吸入压缩机11中。
另一方面，在压缩机11运转的同时，热水供给装置20的泵24也开始运转。通过泵24的运转，热水储存罐21底部的冷水从底部流出配管23被导入水用配管18中，在散热器12中被加热的温水，从水用配管18通过上部循环用配管25被导入热水储存罐21的上部。
若在热水储存罐21内储存了规定量的温水，则压缩机11及泵24的运转停止。
下面，对本实施例的热泵热水供给装置中使用的内部热交换器进行说明。
图3是本实施例的内部热交换器的要部侧视图，图4是图3中的X-X线剖视图，图5是图3中的Y-Y线剖视图。
内部热交换器30由第一传热管31和第二传热管32构成，在两端分别具有规定长度的连接管33，所述第一传热管31设置在从散热器12到膨胀阀13的高压侧配管15之间，所述第二传热管32设置在从蒸发器14到压缩机11的低压侧配管16之间。第一传热管31是比第二传热管32细的管，第一传热管31配置在第二传热管32内，在第一传热管31中流动有处于超临界区域的高压致冷剂，在第二传热管32中流动有低压致冷剂。另外，第一传热管31中的致冷剂流动方向与第二传热管32中的致冷剂流动方向相对。
作为第一传热管31和第二传热管32，使用表面平滑的直管，与配置的空间相对应地形成规定的折弯部。特别是第一传热管31最好是外表面没有设置凹凸的平滑管。另外，最好在第二传热管32内仅配置第一传热管31，例如不设置第一传热管31对第二传热管32的支承部件等的其它的部件。并且，通过第一传热管31和第二传热管32形成的低压致冷剂的流路截面积，最好大于等于作为蒸发器14的出口侧配管的低压侧配管16的内径截面积。
另外，若考虑由于致冷剂的流速的降低而导致油堆积，则通过第一传热管31和第二传热管32形成的低压致冷剂的流路截面积，最好小于等于作为蒸发器14的出口侧配管的低压侧配管16的两倍。
连接管33将规定长度的配管通过胀管加工或者缩管加工形成为一端侧开口部33A比另一端侧开口部33B小，在一端侧开口部33A上通过焊接连接有第二传热管32，在另一端侧开口部33B上通过焊接与第一传热管31一同连接有低压侧配管16。
如本实施例，通过在第二传热管32内配置第一传热管31、在第二传热管32内流动低压致冷剂，以此与在第一传热管31内流动低压致冷剂的情况相比，能够增加润滑油与传热管的接触面积，因此，能够使第一传热管31的外表面上的润滑油的膜厚变薄，并提高内部热交换器30中的热交换效率。若详细地说，则如上述图2所示，例如，若内部热交换器中的CO2致冷剂的温度为10℃，则在POE的情况下，CO2与油不分离成两层地在管内流动，而在PC的情况下，则分离成富致冷剂层(含油率7％)与富油层(含油率22％)地在管内流动，因此即使在富油层中，由于CO2的溶解量较多，所以由于附着在管内的油而阻碍传热的程度较小，但是另一方面，在PAG#2的情况下，由于分离成富致冷剂层(含油率0％＝致冷剂100％)和富油层(含油率48％)地在管内流动，因此通过附着在管内的油将阻碍传热。因此上述结构在使用难溶性的油的情况下，能够带来较好的效果。
另外，如本实施例，在压缩机侧框架10A中配置有内部热交换器30，并且通过配置在接近压缩机11的位置上，可以防止第二传热管32的致冷剂的热量向空气中放出。因此，能够提高压缩机11的吸入温度，所以能够提高压缩机11的排出温度，可以提高冷冻效率。例如，如果第一传热管31的流入侧温度为20℃、第二传热管32的流入侧温度为5℃，则第一传热管31的流出侧温度达到15℃、第二传热管32的流出侧温度达到10℃左右。在这样的情况下，即使在空气温度降低10℃的条件下，若通过压缩机11的热使压缩机侧框架10A内达到10℃左右，则也可以防止从第二传热管32进行散热。
另外，如本实施方式，由于使第一传热管31、特别是其外表面平滑，并在第一传热管31与第二传热管32之间不设置支承部件等的其它的部件，所以能够使润滑油的流动顺畅，并减少润滑油向内部热交换器内的滞留。
另外，如本实施方式，通过在连接管33的一方的开口部33B上连接第一传热管31，同时，连接低压侧配管16，并从同一个开口部33B进行高压致冷剂和低压致冷剂的分支部的流动，以此能够使内部热交换器30的流入位置和流出位置的润滑油的流动顺畅，并减少润滑油向内部热交换器内的滞留，可以提高内部热交换器中的热交换率。
另外，如本实施方式，通过使由第一传热管31和第二传热管32形成的低压致冷剂的流路截面积大于等于低压侧配管16的内径截面积，以此可以使内部热交换器30中的润滑油的流动顺畅，并减少润滑油向内部热交换器30内的滞留，可以提高内部热交换器中的热交换率。
实施例2
下面，对本发明的其它实施例的内部热交换器进行说明。
图6是本实施例的内部热交换器的要部侧视图，图7是图6的Z-Z线的剖面图。
本实施例的内部热交换器30，由多个第一传热管31A、31B构成第一传热管31。如本实施例，通过由多个第一传热管31A、31B构成，以此可以进一步增加润滑油与传热管的接触面积，因此可以进一步减薄第一传热管31A、31B的外表面上的润滑油的膜厚。
在连接管33的另一端侧开口部33B上连接有两根第一传热管31A、31B，同时，在第一传热管31A和第一传热管31B之间通过焊接连接有低压侧配管16。
另外，在本实施例中，其他的结构与上述实施例相同。
在上述实施例中，虽然使用膨胀阀13构成冷冻循环装置10，但是也可以代替膨胀阀13使用膨胀机。
另外，在上述实施例中，作为散热器12，虽然对致冷剂和水的热交器进行了说明，但是也可以使用致冷剂和致冷剂的热交换器、致冷剂和空气的热交换器。
本发明的热泵热水供给装置，适合需要高温水的地板供热装置，但是也适用于作为其它装置的冷暖空调装置、干燥装置。

Claims (5)

1.一种冷冻循环装置，通过配管连接压缩机、散热器、膨胀阀以及蒸发器，并设置有内部热交换器，该内部热交换器在从上述散热器流出的高压致冷剂和从上述蒸发器流出的低压致冷剂之间进行热交换，其特征在于，使用二氧化碳作为致冷剂，同时，使用难溶性油作为上述压缩机内的润滑油，上述内部热交换器由处于超临界区域的上述高压致冷剂所流过的第一传热管、和上述低压致冷剂所流过的第二传热管构成，将上述第一传热管配置在上述第二传热管内。
2.如权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，上述第一传热管配置有多个配管。
3.如权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，作为上述第一传热管使用外表面平滑的直管，在上述第二传热管内仅配置上述第一传热管。
4.如权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，在上述内部热交换器的两端分别具有规定长度的连接管，上述连接管通过胀管加工或缩管加工将一端侧开口部形成为比另一端侧开口部小，在上述一端侧开口部上连接有上述第二传热管，在上述另一端侧开口部上连接有上述第一传热管，同时，连接有上述低压致冷剂所流过的配管。
5.如权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，使通过上述第一传热管和上述第二传热管形成的上述低压致冷剂的流路截面积大于等于上述蒸发器的出口侧配管的内径截面积。
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