WO2020143787A1 - 压缩式制冷系统与冷藏冷冻装置 - Google Patents

Abstract

一种压缩式制冷系统（100）与冷藏冷冻装置（70），压缩式制冷系统（100）包括依次连接的压缩机（110）、冷凝器（120）、毛细管（130）、蒸发器（140），并且进一步还包括：气液分离器（150），设置于蒸发器（140）的冷媒流向下游，用于按相分离蒸发器排出的冷媒；蒸发器排出管（180），用于连接蒸发器（140）出口与气液分离器（150）的进口；回气管（170），连接气液分离器（150）的出口与压缩机（110）的进口。毛细管（130）包括：第一毛细管段（131），与回气管（170）贴靠设置或穿设于回气管（170）内，以利用回气管（170）中的冷媒使流经毛细管（130）的冷媒初次换热；第二毛细管段（132），与蒸发器排出管（180）贴靠设置或穿设于蒸发器排出管（180）内，以利用蒸发器排出管（180）中的冷媒使流经毛细管（130）的冷媒二次换热。降低了毛细管出口处的喷发噪音，提高了换热效率。

Description

压缩式制冷系统与冷藏冷冻装置 技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及压缩式制冷系统与冷藏冷冻装置。

背景技术

小型压缩式制冷系统主要包含压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器部件，压缩机是制冷循环的动力，它由电机拖动而不停地旋转，及时抽出蒸发器内蒸气，维持低温低压外，还通过压缩作用提高冷媒蒸气的压力和温度，创造将冷媒蒸气的热量向外界环境介质转移的条件。冷凝器利用环境冷却介质(例如空气或水)，将来自压缩机的高温高压制冷蒸气的热量带走，使高温高压冷媒蒸气冷却、冷凝成高压常温的冷媒液体。高压常温的冷媒液体通过节流元件，得到低温低压冷媒，再送入蒸发器内吸热蒸发。节流后的低温低压冷媒液体在蒸发器内蒸发(或沸腾)变为蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降，达到对周围环境制冷的目的。

此外压缩式制冷系统还具有很多附属部件，例如蒸发器出口也常设有气液分离器(或称为储液包)。气液分离器是制冷系统中常见的附属部件，在制冷系统中的基本作用是分离并保存回气管里的冷媒液体以防止压缩机液击。气液分离器可以暂时储存多余的冷媒液体，并且也防止了多余冷媒流到压缩机曲轴箱造成油的稀释。

压缩式制冷系统在冰箱和冷柜中应用时，节流元件常常采用毛细管。该种制冷系统中，毛细管的出口除了液态冷媒外还有部分的闪发气体冷媒，质量百分比可约占20％，由于气态冷媒占比较多，且其比容较小，导致毛细管出口处冷媒流速大，甚至可达到200m/s，以致该处的噪音和声品质都较差，引起较差的用户体验。

另外，蒸发器出口的冷媒通常会有一定的过热，蒸发器中靠近蒸发器出口段中的冷媒干度也较大，以致蒸发器中靠近出口段的换热系数较低，耗电量上升。

上述技术问题在现有技术中尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种至少解决上述技术问题任一方面的压缩式制冷系统与冷藏冷冻装置。

本发明一个进一步的目的是要使得减少毛细管出口气体冷媒含量，降低喷发噪音。

本发明另一个进一步的目的是要提升蒸发器换热效率。

特别地，本发明提供了一种压缩式制冷系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，并且进一步还包括：气液分离器，设置于蒸发器的冷媒流向下游，用于按相分离蒸发器排出的冷媒；蒸发器排出管，用于连接蒸发器出口与气液分离器的进口；回气管，连接气液分离器的出口与压缩机的进口；其中毛细管包括：第一毛细管段，与回气管贴靠设置或穿设于回气管内，以利用回气管中的冷媒使流经毛细管的冷媒初次换热；第二毛细管段，与蒸发器排出管贴靠设置或穿设于所述蒸发器排出管内，以利用蒸发器排出管中的冷媒使流经毛细管的冷媒二次换热。

可选地，气液分离器包括：筒体，限定出分离腔，分离腔用于使蒸发器排出的液态冷媒沉降于分离腔的下部，并且蒸发器排出管向分离腔的上部从筒体的上部向气液分离器排入冷媒。

可选地，气液分离器还包括：进口管，连接蒸发器排出管，并从筒体的上部伸入分离腔；以及出口管，从分离腔的上部延伸至筒体的底部，并进一步至连接至通向回气管。

可选地，出口管包括：第一出口管段，设置于分离腔内部，其首端开口位于分离腔的上部以供分离腔上部的气态冷媒排入，并倾斜延伸至分离腔的底部；以及第二出口管段，与第一出口管段的末端连接，并在筒体外部向上延伸至回气管。

可选地，第一出口管段的倾斜方向与进口管的延伸方向错开设置。

可选地，出口管还包括：平衡管段，连接于第二出口管段以及分离腔的上部，以平衡出口管内的压力。

可选地，第一出口管段在分离腔的下部上开设有回油孔，以供沉积于分离腔底部的冷冻油和液态冷媒的混合液进入出口管。

可选地，冷凝器与毛细管之间还设置有干燥过滤器。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种冷藏冷冻装置，其包括：压缩 式制冷系统，压缩式制冷系统的蒸发器用于向冷藏冷冻装置提供冷量。

本发明的压缩式制冷系统，毛细管分为两个管段，分别与蒸发器排出管以及回气管进行换热，减少毛细管的出口的气态冷媒的含量，从而降低了该处的喷发噪音，提升了该处的声品质。

进一步地，本发明的压缩式制冷系统，蒸发器排出管中的部分液态冷媒在与毛细管的热交换过程中进行蒸发，使得蒸发器出口处的冷媒为气液两相，提高了蒸发器的换热效率，并可以降低整体耗电量。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统的示意性图；

图2是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统中气液分离器的放大图；

图3是压焓图的基础原理示意图；

图4是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统的对比方案的示意图；

图5是对比方案的压缩式制冷系统的压焓图；

图6是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统的压焓图；以及

图7是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻装置的示意框图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统100的示意性图。该压缩式制冷系统100一般性地可包括：压缩机110、冷凝器120、毛细管130、蒸发器140，这也被称为制冷系统四大件，由于冷媒在这四大件循环工作原理为本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。

本实施例的压缩式制冷系统100进一步还包括：该气液分离器150设置于蒸发器140的冷媒流向下游，用于按相分离蒸发器排出的冷媒。气液分离器150限定出以分离腔，用于使蒸发器140排出的液态冷媒沉降于分离腔154的下部。

蒸发器排出管180用于连接蒸发器140出口与气液分离器150的进口。回气管170连接气液分离器150的出口与压缩机110的进口。

毛细管130可以包括：第一毛细管段131以及第二毛细管段132。也即毛细管130沿冷媒的流向可以分为位于上游的第一毛细管段131以及位于下游的第二毛细管段132。其中第一毛细管段131与回气管170贴靠设置，以利用回气管170中的冷媒使流经毛细管130的冷媒初次换热；第二毛细管段132与蒸发器排出管180贴靠设置，以利用蒸发器排出管180中的冷媒使流经毛细管130的冷媒二次换热。从而毛细管130中的冷媒在流动的同时逐渐进行热交换。

在另一种实施例中，第一毛细管段131也可以穿设于回气管170内，而第二毛细管段也可以穿设于蒸发器排出管180内。

由于流经毛细管130的冷媒进行多段热交换，气态冷媒部分或全部被液化，从而降低了毛细管130出口冷媒中的气态成分，降低了该处的喷发噪音，提升了该处的声品质。

蒸发器排出管180中的部分液态冷媒在与毛细管130的热交换过程中进行蒸发，使得蒸发器140出口处的冷媒为气液两相，提高了蒸发器140的换热效率，并可以降低整体耗电量。

冷凝器120与毛细管130之间还可以设置有干燥过滤器160。该干燥过滤器160用于过滤冷媒中的杂质和水分。

图2是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统100中气液分离器150的放大图。

气液分离器150可以包括：筒体151、进口管152、出口管153，其中筒体151限定出分离腔154；分离腔154用于使蒸发器140排出的液态冷媒沉降于分离腔154的下部。并且蒸发器排出管140从筒体151的上部向气液分离器150排入冷媒。

进口管152连接蒸发器排出管180，并从筒体151的上部伸入分离腔154。出口管153从分离腔154的上部延伸至筒体151的底部，并进一步至连接至通向压缩机110的回气管170。

出口管153的第一出口管段156，设置于分离腔154内部，其首端开口位于分离腔154的上部以供分离腔154上部的气态冷媒排入，并倾斜延伸至分离腔154的底部；以及出口管153的第二出口管段157，与第一出口管段 156的末端连接，并在筒体151外部向上延伸至回气管170。

为了避免进口管152的冷媒直接进入出口管153，第一出口管段156的倾斜方向与进口管152的延伸方向可以错开设置。

出口管153还可以包括平衡管段155，连接于第二出口管段157以及分离腔154的上部，用于平衡出口管153内的压力。

第一出口管段156在分离腔154的下部的区段下部开设有回油孔158，以供沉积于分离腔154底部的冷冻油进入出口管153，使得冷冻油可以循环回到压缩机110。

本实施例的压缩式制冷系统100通过与其他方案的压缩式制冷系统的效果验证，证明了其效果远远优于其他压缩式制冷系统。以下通过压焓图来进行效果的说明。

图3是压焓图的基础原理示意图。压焓图中，纵坐标是绝对压力的对数值lgP(单位为Bar)，横坐标是比焓值h(单位kJ/kg)，

Ka为饱和液体线，在该线上任意一点均是相应压力的饱和液体；Kb为饱和蒸汽线，在Kb线上任意一点的状态均为饱和蒸汽状态，或称干蒸汽。临界点K为饱和液体线Ka与饱和蒸汽线Kb的交点，在该点K，冷媒的液态和气态差别消失。

Ka左侧为过冷液体区Z34，该过冷液体区Z34内的冷媒温度低于同压力下的饱和温度；Kb右侧为过热蒸汽区Z36，该过热蒸汽区Z36内的蒸汽温度高于同压力下的饱和温度；Ka和Kb之间为湿蒸汽区Z35，即气液共存区。气液共存区内冷媒处于饱和状态，压力和温度为一一对应关系。

图中包括四条参数线：等压线L31(与横坐标平行，同一等压线上的各点压力相等)、等焓线L30(与横坐标垂直，处在同一条等焓线上的工质，不论其状态如何焓值均相等)、等温线L33(等温线在不同的区域变化形状不同，在过冷区等温线几乎与横坐标轴垂直，在湿蒸汽区Z35却是与横坐标轴平行的水平线，在过热蒸汽区Z36为向右下方急剧弯曲的倾斜线)、等干度线L32(临界点K出发，把湿蒸汽区Z35各相同的干度点连接而成的线为等干度线L32，只存在湿蒸汽区Z35，其中干度是每千克湿蒸汽中含有干蒸汽的质量百分数)。

图4是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统100的对比方案的示意图，在该对比方案的压缩式制冷系统400与本实施例中的压缩式制冷系统 100的区别仅在于仅部分毛细管430与回气管470贴靠设置，而不存在上述第二毛细管段132。

图5是对比方案的压缩式制冷系统400的压焓图。横坐标h为冷媒的焓值(单位kJ/kg)，纵坐标lgP为冷媒绝对压力的对数值(单位bar)，最左侧曲线为饱和液态冷媒线L51，最右侧曲线为饱和气态冷媒线L52，两条线之间的9条曲线为等干度线(分别为干度x＝0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9的曲线)。

冷媒在压缩机410中的过程在压焓图上为点51至点52，进入压缩机410的冷媒状态为51点，从压缩机410排出的冷媒状态为52点，即低温低压的过热气态冷媒经压缩机410压缩后成为高温高压的过热气态冷媒；

冷媒从压缩机410输出后，在冷凝器420中的过程为点52至点53，因为冷凝器420的放热作用，高温高压的过热气态冷媒变为高压的液态冷媒(有较小的过冷度)；

而后，进入毛细管430节流降压(压力从点53的压力降至点54的压力)，并在毛细管430中与回气管470中的冷媒换热(焓值从点53的焓值减到点54的焓值，图中53至53’为等焓线，54至53’的焓差等于55至51的焓差)；

从毛细管430输出后冷媒进入蒸发器440，蒸发器440入口的状态点为点54，冷媒在蒸发器440中吸热蒸发再进入气液分离器450，稳定运行时蒸发器440出口和气液分离器450出口的冷媒状态几乎一样：状态点55(微微过热的蒸汽)，而后进入回气管470中与毛细管430进行热交换(点55至点51)，再进入压缩机410循环往复。

图6是根据本发明一个实施例的压缩式制冷系统100的压焓图。横坐标h为冷媒的焓值(单位kJ/kg)，纵坐标lgP为冷媒绝对压力的对数值(单位bar)，最左侧曲线为饱和液态冷媒线L61，最右侧曲线为饱和气态冷媒线L62，两条线之间的9条曲线为等干度线(分别为干度x＝0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9的曲线)。

冷媒在压缩机110中的过程在压焓图上为状态点61至状态点62，进入压缩机110的冷媒状态为点61，从压缩机110排出的冷媒状态为点62，即低温低压的过热气态冷媒经压缩机110压缩后成为高温高压的过热气态冷媒；

冷媒从压缩机110输出后，冷媒在冷凝器120中的过程为状态点62(冷 凝器120入口)至状态点63(冷凝器120出口)，因为冷凝器120的放热作用，高温高压的过热气态冷媒变为高压的液态冷媒(有较小的过冷度)；

而后进入毛细管130节流降压(压力从状态点63(毛细管130入口)的压力降至状态点64(毛细管130出口)的压力)，并在毛细管130中与蒸发器排出管180的液态冷媒及回气管170中的气态冷媒换热(焓值从状态点63的焓值减到状态点64的焓值，图中状态点63至状态点63’为等焓线，状态点64至状态点63’的焓差等于状态点65至状态点61的焓差)；

从毛细管130输出后冷媒进入蒸发器140，蒸发器140入口冷媒的状态点为点64，冷媒在蒸发器140中吸热至状态点65(气液混合状态)再从蒸发器140输出，而后进入气液分离器150，气液分离器150底部的液态冷媒与毛细管130换热蒸发，经蒸发器排出管180的冷媒与第二毛细管段132中的冷媒换热，成为微微过热的蒸汽后(状态点66)在进入气液分离器150，而从气液分离器150输出后进入回气管170的冷媒也为微微过热的蒸汽，进入回气管170中再与另一部分毛细管130进行热交换(状态点66至状态点61)，再进入压缩机110循环往复。

通过对比图5和图6可以看出，本实施例的压缩式制冷系统100的状态点64的焓值更低，而且状态点65的冷媒为气液混合状态，状态点66的焓值相比于状态点65有明显上升。

对比方案中状态点54的焓值更高，主要因为状态点55至51的焓差有限，导致状态点54的焓值更高，冷媒干度仍然较大，导致了毛细管130出口喷发噪音大、声品质差。

本实施例还提供了一种冷藏冷冻装置。图7是根据本发明一个实施例的冷藏冷冻装置70的示意框图，该冷藏冷冻装置70包括：上述任一实施例的压缩式制冷系统100，压缩式制冷系统100的蒸发器140用于向冷藏冷冻装置70提供冷量。

该冷藏冷冻装置70，例如是冰箱，作为一种使食物或其他物品保持恒定低温冷态的家用电器。该冷藏冷冻装置70可以具有箱体、门体。箱体内限定有至少一个前侧敞开的储物间室，通常为多个，如冷藏室、冷冻室、变温室等等。门体，设置于箱体前侧，用于开闭储物间室。压缩式制冷系统100的蒸发器140配置成直接或间接地向储物间室内提供冷量。例如，当该冷藏冷冻装置70为家用压缩式制冷冷冰箱时，蒸发器140可设置于冰箱内胆的 后壁面外侧或内侧。当该冷藏冷冻装置70为家用压缩式风冷冰箱时，箱体内还具有蒸发器室，蒸发器室通过风路系统与储物间室连通，且蒸发器室内设置蒸发器140，出口处设置有风机，以向储物间室进行循环制冷。

由于本实施例的压缩式制冷系统100，减少了毛细管130的出口的气态冷媒的含量，从而降低了该处的喷发噪音，提升了该处的声品质，而且提高了蒸发器140的换热效率。从而使得冷藏冷冻装置静音效果和声品质更佳，而且更加省电。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1. 一种压缩式制冷系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，并且还包括：

   气液分离器，设置于所述蒸发器的冷媒流向下游，用于按相分离所述蒸发器排出的冷媒；

   蒸发器排出管，用于连接所述蒸发器出口与所述气液分离器的进口；

   回气管，连接所述气液分离器的出口与所述压缩机的进口；

   所述毛细管包括：

   第一毛细管段，与所述回气管贴靠设置或穿设于所述回气管内，以利用所述回气管中的冷媒使流经所述毛细管的冷媒初次换热；

   第二毛细管段，与所述蒸发器排出管贴靠设置或穿设于所述蒸发器排出管内，以利用所述蒸发器排出管中的冷媒使流经所述毛细管的冷媒二次换热。
2. 根据权利要求1所述的压缩式制冷系统，其中所述气液分离器包括：

   筒体，限定出分离腔，所述分离腔用于使所述蒸发器排出的液态冷媒沉降于所述分离腔的下部，并且

   所述蒸发器排出管向所述分离腔的上部排入冷媒。
3. 根据权利要求2所述的压缩式制冷系统，其中所述气液分离器还包括：

   进口管，连接所述蒸发器排出管，并从所述筒体的上部伸入所述分离腔；以及

   出口管，从所述分离腔的上部延伸至所述筒体的底部，并进一步至连接至通向所述回气管。
4. 根据权利要求3所述的压缩式制冷系统，其中所述出口管包括：

   第一出口管段，设置于所述分离腔内部，其首端开口位于所述分离腔的上部以供所述分离腔上部的气态冷媒排入，并倾斜延伸至所述分离腔的底部；以及

   第二出口管段，与所述第一出口管段的末端连接，并在所述筒体外部向 上延伸至所述回气管。
5. 根据权利要求4所述的压缩式制冷系统，其中

   所述第一出口管段的倾斜方向与所述进口管的延伸方向错开设置。
6. 根据权利要求4所述的压缩式制冷系统，其中所述出口管还包括：

   平衡管段，连接于所述第二出口管段以及所述分离腔的上部，以平衡所述出口管内的压力。
7. 根据权利要求4所述的压缩式制冷系统，其中

   所述第一出口管段在所述分离腔的下部开设有回油孔，以供沉积于所述分离腔底部的冷冻油进入所述出口管。
8. 根据权利要求1所述的压缩式制冷系统，其中

   所述冷凝器与所述毛细管之间还设置有干燥过滤器。
9. 一种冷藏冷冻装置，包括：

   根据权利要求1至8中任一项所述的压缩式制冷系统，所述压缩式制冷系统的蒸发器用于向所述冷藏冷冻装置提供冷量。

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