專利名稱：具有噴射器的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種蒸發(fā)壓縮制冷系統(tǒng)即蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)(vaporcompression refrigeration system)。本發(fā)明特別是涉及一種包括一個噴射器(噴射器用作抽吸裝置以便使低壓制冷劑通過噴射器循環(huán)流通)的制冷系統(tǒng)(即一種噴射器循環(huán))。
如本領(lǐng)域已知的那樣，包括這樣一種噴射器的噴射器循環(huán)用作一個蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其中制冷劑由噴射器降壓和膨脹以抽取已蒸發(fā)的氣態(tài)(在蒸發(fā)器中蒸發(fā))制冷劑，這樣噴射器就將制冷劑的膨脹能量(動能)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芰繌亩黾恿藟嚎s機的進氣壓，因此減小了壓縮機的能量消耗。
總之，普通蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)等熵地使制冷劑降壓，并將壓縮機作為系統(tǒng)中循環(huán)制冷劑的唯一的抽取裝置。與之不同，在噴射器循環(huán)中，噴射器循環(huán)的高壓一側(cè)的制冷劑是由噴射器等熵地進行降壓。此外，噴射器循環(huán)低壓一側(cè)的制冷劑是由噴射器的抽取作用進行循環(huán)，而噴射器循環(huán)高壓一側(cè)中的制冷劑通過壓縮機進行循環(huán)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了一個將熱量從低溫一側(cè)轉(zhuǎn)移到高溫一側(cè)的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。高溫一側(cè)的溫度比低溫一側(cè)的溫度要高。蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)包括一個壓縮機、一個散熱器、一個蒸發(fā)器、一個噴射器和一個流體地連接散熱器和噴射器用的制冷劑通路裝置。壓縮機用于對制冷劑的壓縮。散熱器用于冷卻從壓縮機排出的高壓制冷劑。蒸發(fā)器用于蒸發(fā)制冷劑。噴射器對從散熱器提供的高壓制冷劑進行降壓而使其膨脹，以抽取蒸發(fā)器中蒸發(fā)的已蒸發(fā)的氣態(tài)制冷劑，這樣噴射器就將制冷劑的膨脹能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芰繌亩龃罅藟嚎s機的進氣壓力。制冷劑通路裝置與圍繞在制冷劑通路裝置的周圍空氣進行了充分地熱隔絕。
圖2是噴射器循環(huán)的噴射器放大示意圖。
圖3是根據(jù)第一種實施例噴射器循環(huán)中管道的局部示意的透視圖。
圖4是顯示

圖1的噴射器循環(huán)中壓力和熱函量之間關(guān)系的p-h圖。
圖5是解釋帶有某種熱絕緣體的情況與不帶熱絕緣體的情況差別的p-h圖。
圖6是表明根據(jù)第一種實施例的噴射器循環(huán)優(yōu)點的表。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例噴射器循環(huán)的示意圖；和圖8是表明根據(jù)第二種實施例噴射器循環(huán)優(yōu)點的表。
在本發(fā)明的第一種實施例中，本發(fā)明的噴射器循環(huán)將通過一個以冷藏或冷凍狀態(tài)存貯食品的陳列櫥或電冰箱來具體實施。圖1示意性地顯示了本發(fā)明實施例的噴射器循環(huán)。
參照圖1，壓縮機10由電機驅(qū)動以抽取和壓縮制冷劑。散熱器20是一個在制冷劑(從壓縮機10排出的制冷劑)和外界空氣(位于陳列櫥或冰箱的存貯室外面的空氣)之間交換熱量以便冷卻制冷劑的高壓一側(cè)的熱交換器。
在本實施例中，用含氯氟烴(CFC)作為制冷劑。因此，散熱器20中的制冷劑壓力要保持小于制冷劑的臨界壓力。當制冷劑在散熱器20中冷凝時，制冷劑的熱函量下降。代替含氯氟烴(CFC)，二氧化碳(CO2)也能夠作為制冷劑。
當二氧化碳用作制冷劑時，散熱器20中的制冷劑壓力變得等于或大于制冷劑的臨界壓力。因此，制冷劑的溫度下降不會導致制冷劑冷凝，而制冷劑的熱函量會下降。
蒸發(fā)器30是低壓一側(cè)的熱交換器。在蒸發(fā)器30中，在液態(tài)的制冷劑和流入冰箱隔間中的空氣之間交換熱量，這樣液態(tài)的制冷劑通過氣化(即蒸發(fā))來冷卻流入冰箱隔間里的空氣。噴射器40對高壓制冷劑進行降壓和使其膨脹而使制冷劑膨脹，這樣已在蒸發(fā)器30中蒸發(fā)的氣態(tài)制冷劑就被抽入噴射器40中，因而高壓制冷劑的膨脹能量就被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的壓力能量以提高壓縮機10的進氣壓力。
如圖2所示，噴射器40包括一個噴嘴41、一個混合室(即混合器)42和一個擴散器43。噴嘴41將高壓制冷劑的壓力能量轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣饶芰?，以這種方式，即噴嘴41對制冷劑進行了等熵降壓并使其膨脹。在混合室42中，從噴嘴41排出的高速制冷劑流將已在蒸發(fā)器30中蒸發(fā)的氣態(tài)制冷劑抽取入混合室42，并與氣態(tài)的制冷劑混合。在擴散器43中，從噴嘴41排出的制冷劑和從蒸發(fā)器30抽取的制冷劑得到進一步混合，以這種方式，即制冷劑的速度能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芰慷黾恿酥评鋭┑膲毫Α?br> 在本實施例中，拉瓦爾噴管(在其通路中具有一個節(jié)流部件)用于將從噴嘴41排出的制冷劑的速率提高至等于或大于音速的水平。
在混合室42中，兩種途徑的制冷劑得到混合，于是從噴嘴41排出的制冷劑運動的動量和從蒸發(fā)器30抽取進入噴射器40的制冷劑運動的動量的總和守恒。因此，即使在混合室42中，制冷劑的靜壓增大。
在擴散器43中，通路的橫斷面面積朝向擴散器43下游端線性增大，以便將制冷劑的動壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的靜壓。因此，在噴射器40中，通過混合室42和擴散器43來提高制冷劑的壓力。因而，混合室42和擴散器43統(tǒng)稱為增壓裝置。
參見圖1，從噴射器40排出的制冷劑供應(yīng)到汽-液分離器50。汽-液分離器50用作一種將處于兩種狀態(tài)的制冷劑(即氣態(tài)制冷劑和液態(tài)制冷劑)分離和存貯的汽-液分離的裝置。汽-液分離器50的氣態(tài)制冷劑出口與壓縮機10的入口相連，而汽-液分離器50的液態(tài)制冷劑出口與蒸發(fā)器30的入口相連。
在本實施例中，參考圖1，管道60連接在散熱器20和噴射器40之間而形成了一條制冷劑通路。通過在其中形成制冷劑通路，管道60用作本發(fā)明的一種制冷劑通路裝置，管道60用于流體地連接在散熱器20和噴射器40之間。參照圖1和圖3，管道60覆蓋有某種熱絕緣體61，從而與空氣熱絕緣。
在本實施例中，熱絕緣體61由熱傳導性比金屬的熱傳導性低的樹脂材料、泡沫樹脂材料或與之類似的材料構(gòu)成。此外，在本實施例中，如壓縮機10、蒸發(fā)器20和噴射器40，這些部件均容納在陳列櫥中。因此，上述空氣指的是陳列櫥中的空氣。
圖4是顯示噴射器循環(huán)宏觀運行的壓力-熱函量(p-h)圖。本實施例噴射器循環(huán)的宏觀運行實質(zhì)上與已知噴射器循環(huán)的宏觀運行相同。因此，在本實施例中，為了簡單起見，這里將不再描述噴射器循環(huán)的宏觀運行。此外，圖4中，數(shù)字1-7表示的點與圖1中數(shù)字1-7表示的點對應(yīng)，表示在這些點1-7上制冷劑的相應(yīng)狀態(tài)。
制冷劑容量增大時，壓縮機10的轉(zhuǎn)速增大以增大從壓縮機10排出的制冷劑流量。另一方面，制冷劑容量減小時，壓縮機10轉(zhuǎn)速減小以減小從壓縮機10排出的制冷劑流量。
以下，將描述本實施例具有的優(yōu)點。
在噴射器循環(huán)中，如圖5所示，噴射器40等熵地降低制冷劑的壓力，因此對應(yīng)噴射器40對制冷劑等熵降壓時獲得的絕熱熱位差(adiabatic thermal head)相應(yīng)的熱函量得到了恢復(fù)，從而減小壓縮機10的功耗。
另一方面，如圖5中的p-h圖所示，當熱函量下降時，相應(yīng)的等熵線的坡度增加(即變陡)，因此熱函量變化的量(即絕熱熱位差)相對于壓力的變化而下降。因此，在制冷劑降壓而膨脹時，可回收的能量的最大理論值會下降。
與之不同，在本實施例中，在散熱器20和噴射器40之間連接的管道60覆蓋著熱絕緣體61。因此，可以限制制冷劑熱函量的減少，在經(jīng)噴射器40對高溫制冷劑降壓前，通過低溫空氣冷卻高溫制冷劑會引起制冷劑熱函量的減少，以至損失熱函量。因此，在制冷劑降壓和膨脹時，就可以限制可回收能量理論值的減少。
這可以改善噴射器的性能，即通過噴射器40提高回收能量的數(shù)量以減小壓縮機10的功耗，從而噴射器循環(huán)能夠更有效地運行。
圖6對兩種情況進行了對比，即管道60覆蓋有熱絕緣體61的情況和管道60未覆蓋熱絕緣體61的情況。如圖6所示，在管道60周圍設(shè)置熱絕緣體61提高了性能系數(shù)(COP)。(第二個實施例)以下，將參照圖7和圖8描述本發(fā)明的第二個實施例。
如圖7中所示，設(shè)置有一個內(nèi)部換熱器70。內(nèi)部換熱器70在從散熱器20排出并供給噴射器40的高壓制冷劑與供給壓縮機10的低壓制冷劑之間交換熱量。內(nèi)部換熱器70嵌入在管道160中，管道160作為制冷劑通路裝置，流體地連接在散熱器20和噴射器40之間。管道160覆蓋著某種熱絕緣體161以便將制冷劑通路與空氣進行熱隔離。
圖8為兩種情況比較，即管道160覆蓋著熱絕緣體161的情況和管道160未覆蓋熱絕緣體161的情況。如圖8所示，在管道160周圍設(shè)置熱絕緣體161提高了性能系數(shù)(COP)。
當通過內(nèi)部換熱器70在高壓制冷劑和低壓制冷劑之間交換熱量時，供給噴射器40的制冷劑的熱函量將減少而降低噴射器的性能。然而，由于在蒸發(fā)器30制冷劑入口處的制冷劑的熱函量和蒸發(fā)器30制冷劑出口處的制冷劑的熱函量之間的熱函量差增大，所以吸熱量即熱吸收容量(制冷量)會變大。(其它實施例)如上所述，當絕熱熱位差在制冷劑壓力降低并膨脹時增大時，本發(fā)明的優(yōu)點將更顯著。因此，本發(fā)明特別適用于要求蒸發(fā)器30中的溫度(蒸發(fā)溫度)等于或小于0攝氏度的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。這種蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的實例包括某種冷凍裝置中的溫度要求在-20攝氏度左右的冷凍裝置。
在以上實施例中，管道60、160覆蓋著某種熱絕緣體61、161以便將制冷劑通路與空氣熱隔離。本發(fā)明并不僅限于這種設(shè)置。例如，管道60、160本身就可以由絕熱材料制成。作為選擇，也可以將絕熱片粘附在管道60、160周圍。作為選擇，絕熱材料(如泡沫樹脂材料)可以噴射在管道60、160的周圍。同樣，管道60、160也可以由絕熱材料和抗腐蝕材料的合成物制成。
此外，也可以防止管道60、160周圍的空氣溫度降到低于散熱器20周圍的空氣溫度，而將空氣對流過管道60、160的制冷劑的影響降至最低，這樣制冷劑通路與空氣熱隔絕。
此外，制冷劑也并不只限制于二氧化碳或含氯氟烴(CFC)。例如，碳氫化合物也可作為制冷劑。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，將容易想到其它優(yōu)點及改進。因此，從更寬的角度而言，本發(fā)明并不僅限于上述明確的詳細內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，所述蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)從低溫的一側(cè)向高溫的一側(cè)傳遞熱量，其中高溫一側(cè)的溫度高于低溫一側(cè)的溫度，所述蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)包括一個壓縮制冷劑的壓縮機(10)；一個對壓縮機(10)排出的高壓制冷劑進行冷卻的散熱器(20)；一個蒸發(fā)制冷劑的蒸發(fā)器(30)；和一個噴射器(40)，所述噴射器使自散熱器(20)供給的高壓制冷劑壓力降低和膨脹以抽取在蒸發(fā)器(30)中蒸發(fā)的已蒸發(fā)的汽態(tài)制冷劑，這樣噴射器(40)就將制冷劑的膨脹能量轉(zhuǎn)換為壓力能量而提高了壓縮機(10)的進氣壓力，所述蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的特征在于流體地連接在散熱器(20)和噴射器(40)之間的制冷劑通路裝置(60，160)，其中制冷劑通路裝置(60，160)與圍繞在制冷劑通路裝置(60，160)周圍的空氣實質(zhì)上熱絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于制冷劑通路裝置(60，160)包括覆蓋著某種熱絕緣體(61，161)的管道(60，160)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征還在于從散熱器(20)排出的制冷劑與供給壓縮機(10)的制冷劑之間交換熱量的一個換熱器(70)，其中換熱器(70)嵌入在制冷劑通路裝置(60，160)中，并與制冷劑通路裝置(60，160)一起與周圍空氣實質(zhì)上熱絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于制冷劑包括含氯氟烴CFC。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于制冷劑包括含二氧化碳CO2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于制冷劑包括碳氫化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于從壓縮機(10)排出的高壓制冷劑的壓力等于或大于制冷劑的臨界壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的工作期間，該蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)被配置在周圍空氣溫度通常實質(zhì)上保持在等于或小于零攝氏度的環(huán)境中。
全文摘要
散熱器(20)和噴射器(40)之間連接的管道(60，160)覆蓋著某種熱絕緣體(61，161)，以隔絕在管道(60，160)中確定的制冷劑通路。因此，可以限制制冷劑熱函量的減少，在經(jīng)噴射器(40)對高溫制冷劑降壓前通過低溫空氣冷卻高溫制冷劑能夠促進這一過程。因此，在制冷劑降壓和膨脹時，就可以限制可回收能量的理論值的下降。
文檔編號F04F5/04GK1456851SQ0312360
公開日2003年11月19日 申請日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者齊藤美歌, 武內(nèi)裕嗣, 押谷洋 申請人:株式會社電裝