專利名稱：制冷系統(tǒng)、壓縮和放熱設(shè)備以及放熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)選地應用于使用CO2制冷劑的制冷循環(huán)的制冷系統(tǒng)，還涉及一種優(yōu)選地應用于該制冷系統(tǒng)的壓縮和放熱設(shè)備以及放熱裝置。
背景技術(shù)：
下面的描述闡明了發(fā)明人對相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域以及該領(lǐng)域中存在的問題的了解，而不應該被解釋為對現(xiàn)有技術(shù)中的知識的認可。
傳統(tǒng)上，主要將氟里昂系列制冷劑用作蒸汽壓縮式制冷循環(huán)中使用的制冷劑。但是近年來，考慮到全球環(huán)境保護，如在日本未審公開專利出版物No.JP2001-82369A和日本未審公開專利出版物No.JP2001-99522A中所示，一種使用天然制冷劑例如二氧化碳(CO2)的制冷循環(huán)開始引人注目。
例如如圖7中所示，作為一具有CO2制冷劑的制冷循環(huán)的制冷系統(tǒng)，可認為該制冷系統(tǒng)設(shè)有壓縮機101、放熱裝置(散熱器)102、中間熱交換器103、膨脹閥104、冷卻器105和分液貯存器106。
在圖8中所示的莫里爾圖(焓熵圖)中示出在這種使用中的制冷系統(tǒng)中制冷劑的狀態(tài)。
如圖7和8所示，在此制冷循環(huán)中，制冷劑被壓縮機101壓縮以從點A轉(zhuǎn)移到點B，從而得到一高溫、高壓氣態(tài)制冷劑。該氣態(tài)制冷劑通過該放熱裝置102以被周圍空氣冷卻，從而從點B轉(zhuǎn)移到點C。然后，制冷劑通過該中間熱交換器103以通過與回程制冷劑交換熱量而過冷，從而從點C轉(zhuǎn)移到點D，稍后將說明該回程制冷劑。此后，制冷劑被膨脹閥104減壓和膨脹，從而從點D轉(zhuǎn)移到點E。然后，該低溫和低壓制冷劑通過冷卻器105，以通過從空氣中吸收熱量來冷卻室內(nèi)空氣。另一方面，制冷劑本身的溫度增加，從而從點E轉(zhuǎn)移到點F。此外，將從冷卻器105釋放出的高溫、低壓制冷劑(即回程制冷劑)引入分液貯存器106，在該分液貯存器中僅提取出氣態(tài)制冷劑。該回程制冷劑與上述向前傳送的制冷劑在該中間熱交換器103中交換熱量以進一步提高溫度，從而從點F轉(zhuǎn)移到點A。然后，制冷劑返回壓縮機101。
如上所述，在使用CO2作為制冷劑的制冷循環(huán)中，在放熱裝置102中的高壓區(qū)域內(nèi)會出現(xiàn)其中制冷劑壓力超過臨界壓力的一超臨界循環(huán)。從而，在該高壓區(qū)域內(nèi)制冷劑的壓力會變得高于使用氟里昂系列制冷劑的制冷循環(huán)中的壓力，并且在放熱裝置的入口部分制冷劑的溫度變得更高。具體地說，如圖8中的點B所示，制冷劑變成超過120℃的高溫狀態(tài)。
因此，在將用于汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的耐熱性較低的鋁制放熱裝置用作放熱裝置102的情況下，該放熱裝置的部件及其類似物可能受到由上述高溫導致的不利影響。
本發(fā)明的一個目標是提供這樣一種制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠解決上述現(xiàn)有技術(shù)中固有的問題，在放熱過程中保持制冷劑的溫度較低，并且避免因為高溫而對放熱裝置或類似物造成有害影響。
本發(fā)明的另一個目標是提供用于上述制冷系統(tǒng)的一種壓縮和放熱設(shè)備以及一種放熱裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明具有以下的結(jié)構(gòu)特征。
1.一種制冷系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，使用一壓縮機和一放熱裝置以多級方式重復地依次對制冷劑進行壓縮和放熱以獲得低溫、高壓制冷劑，其中，該低溫、高壓制冷劑被一減壓裝置減壓，然后通過一冷卻器以從要被冷卻的介質(zhì)吸收熱量，然后返回該壓縮機。
在如項(1)中所述的本發(fā)明中(本發(fā)明的第一方面)，由于依次對制冷劑進行壓縮和放熱，所以可保持制冷劑的溫度較低。因此，即使將鋁制設(shè)備用作放熱裝置，該放熱裝置也不會受到由高溫導致的不利影響，這樣確保能夠防止放熱裝置出現(xiàn)缺陷，例如熱變形或熱劣化。結(jié)果，可獲得高可靠性和足夠的耐用性。
此外，在本發(fā)明的第一方面，由于制冷劑的放熱是逐級進行的，所以可獲得預定的冷卻能力。
2.如項(1)中所述的制冷系統(tǒng)，其中制冷劑是二氧化碳(CO2)。
在此系統(tǒng)中，制冷劑限于CO2制冷劑。
3.一種制冷系統(tǒng)，包括一初次壓縮一種制冷劑的初級壓縮部；一二次壓縮該制冷劑的二級壓縮部；一使該制冷劑初次放熱的初級放熱部；一使該制冷劑二次放熱的二級放熱部；一使該制冷劑減壓的減壓裝置；以及一通過從要被冷卻的介質(zhì)吸收熱量來冷卻該介質(zhì)的冷卻裝置，其中，經(jīng)過初級壓縮部初次壓縮的制冷劑被該初級放熱部進行初次放熱，該經(jīng)過初次放熱的制冷劑被該二級壓縮部二次壓縮，該經(jīng)過二次壓縮的制冷劑被該二級放熱部進行二次放熱，然后通過該冷卻裝置以從該介質(zhì)吸收熱量，然后返回該初級壓縮部。
根據(jù)如項(3)中所述的本發(fā)明(本發(fā)明的第二方面)，和上述情況一樣，放熱裝置不會受到由高溫導致的不利影響，這樣確保能夠防止放熱裝置出現(xiàn)缺陷，例如熱變形或熱劣化。結(jié)果，可獲得高可靠性和足夠的耐用性。
4.如項(3)中所述的制冷系統(tǒng)，其中該制冷系統(tǒng)具有一多級壓縮裝置，其中該多級壓縮裝置的第一級壓縮部構(gòu)成該初級壓縮部，且該多級壓縮裝置的第二級壓縮部構(gòu)成該二級壓縮部。
在此系統(tǒng)中，由于使用該多級壓縮裝置進行兩次壓縮，所以與使用兩個單獨的壓縮機的情況相比，制冷系統(tǒng)中的部件的數(shù)量可減少，從而使制冷系統(tǒng)緊湊。因此，可降低制冷裝置的尺寸和重量。
5.如項(3)中所述的制冷系統(tǒng)，其中該制冷系統(tǒng)具有一放熱裝置，其中該放熱裝置的一放熱部分成兩個分開的放熱部，其中這些分開的放熱部中的一個部構(gòu)成該初級放熱部，而另一個部構(gòu)成該二級放熱部。
在此系統(tǒng)中，與使用兩個單獨的放熱裝置進行兩次放熱的情況相比，可減少部件的數(shù)量。從而，制冷裝置的尺寸和重量可進一步減小。
6.如項(5)中所述的制冷系統(tǒng)，其中該初級放熱部相對于該放熱裝置的放熱部的總?cè)萘康娜萘勘?volume rate)設(shè)定為0.2到0.5。
在此系統(tǒng)中，確保可以防止由高溫導致的不利影響，從而可獲得較高的可靠性、足夠的耐用性以及進一步提高的冷卻能力。
7.如項(3)中所述的制冷系統(tǒng)，其中該二級壓縮部對制冷劑的壓縮率相對于該初級壓縮部對制冷劑的壓縮率設(shè)定為0.5到1.5。
在此系統(tǒng)中，可有效地對制冷劑壓縮和放熱，從而可進一步提高制冷能力。詳細地說，在二級壓縮部相對于初級壓縮部的壓縮率過大(大于1.5倍)的情況下，在該二級放熱部中制冷劑溫度過高，這樣會使得在該初級放熱部中的放熱量極低，繼而使制冷系數(shù)降低。相反地，在壓縮率過小(小于0.5倍)的情況下，在該初級放熱部中制冷劑溫度過高，這樣會使得在該二級放熱部中放熱量極低，繼而使放熱性能和冷卻能力降低。
初級壓縮部中的壓縮率由“CLo/CLi”限定，其中在該初級壓縮部中制冷劑的入口壓力為“CLi(MPa)”，而制冷劑的出口壓力為“CLo(MPa)”。二級壓縮部中的壓縮率由“CHo/CHi”限定，其中在該二級壓縮部中制冷劑的入口壓力為“CHi(MPa)”，而制冷劑的出口壓力為“CHo(MPa)”。因此，在此系統(tǒng)中，優(yōu)選地，二級壓縮部的壓縮率相對于初級壓縮部(的壓縮率)“(CHo/CHi)/(CLo/CLi)”設(shè)定為0.5到1.5。
8.如項(3)中所述的制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括一中間熱交換器，該中間熱交換器通過與從該冷卻裝置流出的回程制冷劑交換熱量，來對經(jīng)過該二級放熱部二次放熱的制冷劑過冷。
在此系統(tǒng)中，由于用該中間熱交換器對制冷劑過冷以增加放熱量，所以可進一步提高冷卻能力。
9.如項(3)中所述的制冷系統(tǒng)，其中使用二氧化碳(CO2)作為該制冷劑。
如項(4)到(8)中所述的本發(fā)明的第二方面的優(yōu)選結(jié)構(gòu)特征也可用作下面所述的本發(fā)明的第三到第五方面的優(yōu)選結(jié)構(gòu)特征。
10.一種配備有一多級壓縮機的壓縮和放熱設(shè)備，其中，制冷劑被該多級壓縮機的第一級壓縮部初次壓縮，該經(jīng)過初次壓縮的制冷劑被一初級放熱部初次放熱，該經(jīng)過初次放熱的制冷劑被該多級壓縮機的第二級壓縮部二次壓縮，該經(jīng)過二次壓縮的制冷劑被一二級放熱部二次放熱，從而獲得低溫、高壓制冷劑。
如項(10)中所述的本發(fā)明(本發(fā)明的第三方面)具體限定該壓縮和放熱設(shè)備優(yōu)選地應用于本發(fā)明的第一和第二方面。通過使用該裝置，確保可以獲得上述功能和效果。
在本發(fā)明的第三方面中，與上述情況一樣，優(yōu)選地采用以下結(jié)構(gòu)特征(11)到(14)。
11.如項(10)中所述的壓縮和放熱設(shè)備，其中該壓縮和放熱設(shè)備具有一放熱裝置，其中該放熱裝置的一放熱部被分成兩個分開的放熱部，其中這些分開的放熱部中的一個部構(gòu)成該初級放熱部，而另一個部構(gòu)成該二級放熱部。
12.如項(11)中所述的壓縮和放熱設(shè)備，其中該初級放熱部相對于該放熱裝置的放熱部的總?cè)萘康娜萘勘仍O(shè)定為0.2到0.5。
13.如項(10)到(12)中的任何一個所述的壓縮和放熱設(shè)備，其中該二級壓縮部對制冷劑的壓縮率相對于該初級壓縮部對制冷劑的壓縮率設(shè)定為0.5到1.5。
14.如項(10)中所述的壓縮和放熱設(shè)備，其中使用二氧化碳(CO2)作為制冷劑。
15.一種放熱裝置，該放熱裝置具有一用于對經(jīng)過初次壓縮的制冷劑初次放熱的初級放熱部，和一用于對在被初次放熱之后經(jīng)過二次壓縮的制冷劑二次放熱的二級放熱部，該放熱裝置包括一對集管箱(header tank)；以及多個位于該對集管箱之間且沿該集管箱的縱向方向彼此平行設(shè)置的熱交換管，該熱交換管的相對端與該集管箱相連接；其中，通過該多個熱交換管的制冷劑與從該放熱裝置的前側(cè)引入且通過在相鄰的熱交換管之間的間隙的冷卻空氣交換熱量，以進行放熱，其中，每個該集管箱在一相同的高度位置均被一隔離構(gòu)件分隔開，從而將該多個熱交換管分成上部和下部熱交換管組，這些熱交換管組中的一組構(gòu)成該初級放熱部，而其另一組構(gòu)成該二級放熱部。
如項(15)中所述的本發(fā)明(本發(fā)明的第四方面)具體限定該放熱裝置優(yōu)選地應用于本發(fā)明的第一到第三方面中的任何一個方面。通過采用該裝置，可確保實現(xiàn)上述功能和效果。
16.如項(15)中所述的放熱裝置，其中該下部的熱交換管組構(gòu)成該初級放熱部，而該上部的熱交換管組構(gòu)成該二級放熱部。
在此放熱裝置中，可進一步提高熱交換效率。即，在本發(fā)明應用于汽車空調(diào)器中的放熱裝置的情況下，由于多種因素例如來自地面的熱輻射，所以要被引入該放熱裝置的冷卻空氣的下部的溫度高于其上部。因此，通過將溫度較高的下部空氣引入在較高溫度一側(cè)的初級放熱通路，并將溫度較低的上部空氣引入在較低溫度一側(cè)的二級放熱通路，可在該初級和二級放熱通路中均確保制冷劑和冷卻空氣之間有足夠的溫度差。這樣可進行充分的熱交換，從而實現(xiàn)高效的制冷劑放熱。
在本發(fā)明第四方面中，優(yōu)選地使用以下的結(jié)構(gòu)特征(17)和(18)。
17.如項(15)中所述的放熱裝置，其中構(gòu)成該初級放熱部的熱交換管相對于該多個熱交換管的總的內(nèi)部容量的內(nèi)部容量比設(shè)定為0.2到0.5。
18.如項(15)中所述的放熱裝置，其中使用二氧化碳(CO2)作為制冷劑。
19.一種放熱裝置，該放熱裝置具有一用于對經(jīng)過初次壓縮的制冷劑初次放熱的初級放熱部，和一用于對在被初次放熱之后經(jīng)過二次壓縮的制冷劑二次放熱的二級放熱部，該放熱裝置包括一對集管箱；以及多個位于該對集管箱之間且沿該集管箱的縱向方向彼此平行設(shè)置的熱交換管，該熱交換管的相對端與該集管箱相連接；其中，通過該多個熱交換管的制冷劑與從該放熱裝置的前側(cè)引入且通過在相鄰的熱交換管之間的間隙的冷卻空氣交換熱量，以進行放熱，其中，每個該熱交換管均具有多個沿管的寬度方向設(shè)置的制冷劑通道，其中，該對集管箱中的每一個均被一沿該集管箱的縱向方向延伸的隔離構(gòu)件分成一前部空間和一后部空間，從而將每個熱交換管的多個制冷劑通道分成一前部制冷劑通道組和一后部制冷劑通道組，這些制冷劑通道組中的一個組構(gòu)成該初級放熱部，而其另一個組構(gòu)成該二級放熱部。
如項(19)中所述的本發(fā)明(本發(fā)明的第五方面)具體限定該放熱裝置優(yōu)選地應用于本發(fā)明的第一到第三方面中的任何一個方面。通過采用該裝置，可確保實現(xiàn)上述功能和效果。
20.如項(19)中所述的放熱裝置，其中該后部制冷劑通道組構(gòu)成該初級放熱部，而該前部制冷劑通道組構(gòu)成該二級放熱部。
在該放熱裝置中，可進一步提高熱交換效率。即，分別將還沒有通過任何放熱部的較低溫度的冷卻空氣引入較低溫度一側(cè)的二級放熱部，并將已通過該二級放熱裝置的較高溫度的冷卻空氣引入該較高溫度一側(cè)的初級放熱部，從而釋放熱量。因此，在該初級和二級放熱裝置的任何一個中，均可確保制冷劑和冷卻空氣之間具有足夠的溫度差，從而可實現(xiàn)高效的熱交換，這樣可使制冷劑的放熱更高效。
在本發(fā)明的第五方面中，與上述情況一樣，優(yōu)選地采用以下的結(jié)構(gòu)特征(21)和(22)。
21.如項(19)中所述的放熱裝置，其中構(gòu)成該初級放熱部的熱交換管相對于該多個熱交換管的總的內(nèi)部容量的內(nèi)部容量比設(shè)定為0.2到0.5。
22.如項(19)中所述的放熱裝置，其中使用二氧化碳(CO2)作為制冷劑。
在本發(fā)明的第一和第二方面的制冷系統(tǒng)中，絕對不會受到由高溫導致的不利影響。因此，可確保高可靠性和足夠的耐用性。此外，可確保有足夠的制冷劑放熱量，從而使得冷卻能力提高。
本發(fā)明的第三到第五方面具體限定該壓縮和放熱設(shè)備或該放熱裝置優(yōu)選地應用于本發(fā)明的第一和第二方面。因此，確?？色@得與上述本發(fā)明的第一和第二方面相同的效果。
從下面參照附圖對本發(fā)明的詳細說明中可清楚地了解本發(fā)明的其它目標和特征。
從下面結(jié)合附圖的說明中可進一步了解各種實施例的上述和/或其它方面、特征和/或優(yōu)點。各種實施例在應用時可包括和/或排除不同的方面、特征和/或優(yōu)點。另外，各種實施例在應用時可與其它實施例的一個或多個方面或特征相結(jié)合。對具體實施例的方面、特征和/或優(yōu)點的說明不應解釋為是對其它實施例或權(quán)利要求的限制。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制冷系統(tǒng)的制冷劑回路圖。
圖2是應用于該實施例的制冷系統(tǒng)的放熱裝置的正視圖。
圖3是示出在該實施例的制冷系統(tǒng)中制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。
圖4是示出在該實施例的和一比較實施例的制冷系統(tǒng)中溫度效率和冷卻能力/制冷系數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖5是示出在該實施例的制冷系統(tǒng)中初級放熱裝置的容量比和制冷系數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖6是示出在該實施例的制冷系統(tǒng)中初級放熱裝置的容量比和二級放熱裝置的入口制冷劑溫度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖7是一種作為背景技術(shù)的制冷系統(tǒng)的制冷回路圖。
圖8是示出作為背景技術(shù)的該制冷系統(tǒng)中的制冷劑狀態(tài)的莫里爾圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細說明本發(fā)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制冷系統(tǒng)中的制冷循環(huán)的制冷劑回路圖。如圖1所示，本實施例的制冷系統(tǒng)具有多級壓縮機50、作為氣體冷卻器的放熱裝置60、中間熱交換器71、作為減壓裝置的膨脹閥72、冷卻器73(例如蒸發(fā)器)，以及分液貯存器74，這些都作為該系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件。
壓縮機50是一兩級類型的裝置，其具有一作為初級壓縮裝置的低壓壓縮部51和一作為二級壓縮裝置的高壓壓縮部52。壓縮部51和52兩者均獨立地構(gòu)成，并且分別具有制冷劑入口51a和52a以及制冷劑出口51b和52b。該低壓壓縮部51在一低壓區(qū)域壓縮經(jīng)由該制冷劑入口51a引入的制冷劑，然后經(jīng)由該制冷劑出口51b排出被壓縮的制冷劑。另一方面，高壓壓縮部52在一高壓區(qū)域壓縮經(jīng)由該制冷劑入口52a引入的制冷劑，然后經(jīng)由制冷劑出口52b排出該被壓縮的制冷劑。
如圖2所示，放熱裝置60是一集管(header)式熱交換器，并且具有一對以一定距離彼此平行設(shè)置的管形集管箱65和65，多個沿集管箱65的縱向方向(上下方向)彼此平行設(shè)置的水平的熱交換管66，該熱交換管的相對端與集管箱65和65流體連通，以及設(shè)置在相鄰的熱交換管66之間的波狀散熱片67。
熱交換管66具有多個沿寬度方向(前后方向)平行設(shè)置的制冷劑通道，從而制冷劑可通過每個制冷劑通道。兩個集管箱65和65均在相同的縱向位置處(相同的高度處)具有隔離構(gòu)件65a和65a，從而每個集管箱65的內(nèi)部空間被分成上部空間和下部空間。因此，該多個熱交換管66分類成上部組和下部組。位于隔離構(gòu)件65a下方的下部熱交換管組形成一作為初級放熱裝置的初級放熱通路61，位于隔離構(gòu)件65a上方的上部熱交換管組形成一作為二級放熱裝置的二級放熱通路62。
其中一個集管箱65具有與該初級和二級放熱通路61和62相對應的制冷劑入口61a和62a，而另一個集管箱65具有與該初級和二級放熱通路61和62相對應的制冷劑出口61b和62b。
在此放熱裝置60中，經(jīng)由入口61a和62a引入的制冷劑通過對應于初級和二級放熱通路61和62的熱交換管66。另一方面，從放熱裝置的前側(cè)引入的冷卻空氣通過相鄰熱交換管66之間的空隙。因此，制冷劑在通過每個熱交換管66時與冷卻空氣交換熱量以被冷卻(以散發(fā)熱量)，并流出該出口61b和62b。
在此實施例中，構(gòu)成放熱裝置60的每個部件由例如鋁或其合金，或鋁釬焊板材制成，在該鋁釬焊板材的至少一個表面上層壓有釬焊材料。這些部件通過釬焊材料臨時組裝成一定的熱交換器構(gòu)造并暫時固定。這些被臨時組裝和暫時固定的部件同時在一爐內(nèi)進行(硬)釬焊，從而使全部部件一體地連接。
中間熱交換器71在向前流動的制冷劑和回程制冷劑之間交換熱量以便使該向前流動的制冷劑過冷。
膨脹閥72使制冷劑減壓和膨脹，并且冷卻器73通過使該被減壓和膨脹的制冷劑的熱量與室內(nèi)空氣(要被冷卻的介質(zhì))的熱量相交換來冷卻室內(nèi)空氣。
此外，分液貯存器74將制冷劑分成液化的制冷劑和氣態(tài)制冷劑以便僅提取該氣態(tài)制冷劑。
在本實施例的制冷系統(tǒng)中，壓縮機50的低壓壓縮部51的出口51b與該放熱裝置60的初級放熱通路61的入口61a相連接，而該初級放熱通路61的出口61b與該壓縮機50的高壓壓縮部52的入口52a相連接。
此外，該高壓壓縮部52的出口52b與該放熱裝置60的二級放熱通路62的入口62a相連接，而該二級放熱通路62的出口62b與中間熱交換器71的向前流動的制冷劑的入口相連接。
中間熱交換器71的向前流動的制冷劑的出口與膨脹閥72的入口側(cè)相連接，并且膨脹閥72的出口側(cè)與冷卻器73的入口相連接。
此外，冷卻器73的出口與分液貯存器74的入口相連接，而分液貯存器74的出口與中間熱交換器71的回程制冷劑的入口相連接。
中間熱交換器71的回程制冷劑的出口與壓縮機50的低壓壓縮部51的入口51a相連接。
該制冷系統(tǒng)使用CO2作為制冷劑，并且可優(yōu)選地安裝在車輛內(nèi)以用作汽車空調(diào)裝置或類似物。
在該制冷系統(tǒng)中，如圖3所示，制冷劑被壓縮機50的低壓壓縮部51壓縮(初級壓縮)，從而從點A轉(zhuǎn)移到點A1。
隨后，經(jīng)過初級壓縮的制冷劑通過該放熱裝置60的初級放熱通路61，以便通過與周圍空氣(要被冷卻的空氣)交換熱量而被冷卻(被初次放熱)，從而從點A1轉(zhuǎn)移到點A2。
該經(jīng)過初次放熱的制冷劑被壓縮機50的高壓壓縮部52壓縮(二次壓縮)到高壓狀態(tài)，從而從點A2轉(zhuǎn)移到點B1。
該經(jīng)過二次壓縮的制冷劑通過放熱裝置60的二級放熱通路62，以便通過與周圍空氣交換熱量而被冷卻(被二次放熱)，從而從點B1轉(zhuǎn)移到點C。
隨后，該經(jīng)過二次放熱的制冷劑(向前流動的制冷劑)通過該中間熱交換器71，以便通過與下面所述的回程制冷劑交換熱量而被過冷，從而從點C轉(zhuǎn)移到點D。
此外，該被過冷的制冷劑被膨脹閥72減壓和膨脹，從而從點D轉(zhuǎn)移到點E。
然后，該低溫、低壓制冷劑被引入冷卻器73，以通過從室內(nèi)空氣(要被冷卻的介質(zhì))吸收熱量來冷卻該室內(nèi)空氣。其中制冷劑本身被加熱以從點E轉(zhuǎn)移到點F。
點E和點F之間的焓差對應于冷卻熱量，并限定制冷能力。
在冷卻器73中被加熱的高溫、低壓制冷劑(回程制冷劑)被引入分液貯存器74，并僅提取氣態(tài)制冷劑。
從分液貯存器74流出的回程制冷劑通過中間熱交換器71，以便通過與上述向前流動的制冷劑交換熱量而被加熱，從而從點F轉(zhuǎn)移到點A，然后返回壓縮機50的低壓壓縮部51。
在本實施例的制冷系統(tǒng)中，由于依次進行制冷劑的壓縮和放熱，所以如在圖3中的點A1所示，制冷劑在初級放熱通路61的入口側(cè)的入口溫度(最大溫度)可以保持在120℃或以下的較低溫度。因此，初級放熱裝置60的鋁制部件材料不會受到由高溫導致的不利影響，這樣確?？梢苑乐乖摲艧嵫b置的部件材料產(chǎn)生缺陷，例如熱變形或熱劣化。從而獲得高可靠性和足夠的耐用性。
此外，由于在初級放熱通路61且隨后在二級放熱通路62中逐級進行制冷劑放熱，所以可確保獲得預定的放熱量，從而使冷卻器73內(nèi)有足夠的焓差，繼而可獲得高制冷能力。
此外，在本實施例的制冷系統(tǒng)中，由于在壓縮過程中逐級進行放熱，所以在初次壓縮過程和二次壓縮過程中制冷劑的狀態(tài)接近等溫曲線，即等溫壓縮狀態(tài)。因此，在壓縮時工作負荷減小，使得制冷系數(shù)提高。
此外，在本實施例的制冷系統(tǒng)中，由于制冷劑通過放熱裝置60放熱，然后被中間熱交換器71過冷(放熱)以提高放熱量，所以可進一步提高制冷性能。
此外，在本實施例的制冷系統(tǒng)中，由于通過使一個所謂集管式熱交換器的放熱裝置60分隔開而形成初級和二級放熱部61和62，所以與使用兩個單獨的放熱裝置進行兩次放熱的情況相比，減小了部件的數(shù)量，使得制冷裝置的尺寸和重量都減小。
此外，在本實施例的制冷系統(tǒng)中，由于使用具有兩個壓縮部51和52的多級(兩級)壓縮機50執(zhí)行二重壓縮，所以與使用兩個單獨的壓縮機的情況相比，減小了部件的數(shù)量，從而使得制冷裝置的尺寸和重量進一步減小。
此外，在本實施例中，由于在放熱裝置60的較高溫度一側(cè)的初級放熱通路61位于在放熱裝置60的較低溫度一側(cè)的二級放熱通路62的下部，所以可進一步提高熱交換效率，其原因如下在本制冷循環(huán)應用于例如汽車空調(diào)器的情況下，由于多種因素如來自地面的熱輻射，使要被引入放熱裝置60的冷卻空氣的下部的溫度高于其上部的溫度。因此，通過將具有較高溫度的下層空氣引入在較高溫度一側(cè)的初級放熱通路61以及將具有較低溫度的上層空氣引入在較低溫度一側(cè)的二級放熱通路62，可以在該初級和二級放熱通路61和62中確保制冷劑和冷卻空氣之間有足夠的溫度差。這使得可以進行高效的熱交換，從而實現(xiàn)高效的制冷劑放熱。
在本實施例中，優(yōu)選地，初級放熱通路61的容量比(該初級通路的熱交換管的總的橫截面面積)設(shè)定為放熱裝置60的放熱部的全部容量，即，初級和二級放熱通路61和62的總?cè)萘?全部熱交換管的總的橫截面面積)的20-50％。更優(yōu)選地，其上限設(shè)定為30％或更少。
如果容量比太小，則由于制冷系數(shù)(冷卻能力/壓縮功率)降低，或在二級放熱通路62的入口62a處的制冷劑溫度極高，所以難以獲得足夠的制冷效果。相反地，如果容量比太大，則制冷系數(shù)會降低，這樣也難以獲得足夠的制冷效果。
在上述放熱裝置60中，在相對于冷卻空氣的引入方向垂直的方向(上下方向)上分隔開裝置60，以在下部形成初級放熱裝置61而在上部形成二級放熱裝置62。或者，在本發(fā)明中，該初級放熱裝置可設(shè)置在上部而該二級放熱裝置可設(shè)置在下部。
此外，在本發(fā)明中，可使用所謂多流式放熱裝置作為放熱裝置，該多流式放熱裝置在與冷卻空氣的引入方向垂直的平面內(nèi)具有形成為U形轉(zhuǎn)彎或Z字形的制冷劑通道。
此外，在本發(fā)明中，可沿冷卻空氣的引入方向分隔開放熱裝置以形成一初級放熱通路和一二級放熱通路(初級和二級放熱裝置)。
例如，可采用以下的結(jié)構(gòu)。通過在每個集管箱65內(nèi)沿該集管箱的縱向方向設(shè)置一隔離板，可將每個集管箱65和65的內(nèi)部空間分成一向前的空間和一向后的空間，從而可將與集管箱相連接的每個熱交換管66中的多個制冷劑通道分類成向前的制冷劑通道和向后的制冷劑通道，這兩種制冷劑通道中的一種構(gòu)成初級放熱通路(初級放熱裝置)，而另一種構(gòu)成二級放熱通路(二級放熱裝置)。
在此情況下，優(yōu)選地，相對于冷卻空氣引入方向構(gòu)成上游側(cè)制冷劑通道的管的前側(cè)是二級放熱通路(二級放熱裝置)，而相對于冷卻空氣引入方向構(gòu)成下游側(cè)制冷劑通道的管的后側(cè)是初級放熱通路(初級放熱裝置)。即，分別將還沒有通過任何放熱部的較低溫度的冷卻空氣引入較低溫度一側(cè)的二級放熱裝置，并將已經(jīng)通過該二級放熱裝置的較高溫度的冷卻空氣引入較高溫度一側(cè)的初級放熱裝置，從而釋放熱量。因此，在初級和二級放熱裝置的任何一個中，均可以確保制冷劑和冷卻空氣之間有足夠的溫度差，從而產(chǎn)生高效的熱交換，這使得可以實現(xiàn)更高效的制冷劑放熱。
此外，在本發(fā)明中，前后設(shè)置的初級和二級放熱裝置可形成為上述的多流式放熱裝置。
此外，在本發(fā)明中，可以分別對該上下設(shè)置的初級和二級放熱裝置沿冷卻空氣引入方向(前后方向)進行分隔，從而每個放熱裝置可以是具有前后制冷劑通道的所謂逆流式放熱裝置。
此外，在本發(fā)明中，放熱裝置的安裝方向不局限于特定方向。例如，該放熱裝置可安裝成其集管箱位于垂直的、水平的或傾斜的位置。
此外，在上述實施例中，盡管中間熱交換器71設(shè)置在該放熱裝置60的下游側(cè)，但是在本發(fā)明中，并不總是必須采用這種中間熱交換器71。
此外，在上述實施例中，盡管舉例說明了一種兩級壓縮(放熱)式制冷系統(tǒng)，但是本發(fā)明不局限于此，而是可應用于多級(三級或以上)壓縮和放熱式制冷系統(tǒng)。
<示例1>
在圖1所示的制冷系統(tǒng)中，通過計算機模擬，可分別得到放熱裝置60的溫度效率(溫度有效度)和其冷卻能力(kw)之間的關(guān)系，以及放熱裝置60的溫度效率和其制冷系數(shù)(冷卻能力/壓縮功率)之間的關(guān)系。
<比較示例>
在圖7所示的傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)中，通過計算機模擬，可分別得到放熱裝置102的溫度效率和其冷卻能力(kw)之間的關(guān)系，以及放熱裝置102的溫度效率和其制冷系數(shù)之間的關(guān)系。
圖4的曲線圖示出上述示例1和比較示例的結(jié)果。
從該曲線圖中可清楚地看出，涉及本發(fā)明的示例1的制冷系統(tǒng)在冷卻能力和制冷系數(shù)方面都要優(yōu)于該比較示例的制冷系統(tǒng)。
尤其是，在示例1的兩級壓縮循環(huán)中，如上所述，由于壓縮過程可以實現(xiàn)等溫壓縮，所以在壓縮時可使工作負荷減小，這繼而提高了制冷系數(shù)。
相反地，在比較示例的循環(huán)中，在壓縮過程中溫升很大，從而使壓縮時的工作負荷增加，這繼而使得制冷系數(shù)下降。
此外，在示例1的循環(huán)中，即使在放熱裝置的溫度效率低的情況下(例如，即使在難以保證放熱裝置有足夠大小的情況下)，由于在二次壓縮過程的入口側(cè)溫度(即，高壓壓縮部的入口溫度)低，所以出口溫度可充分地降低，從而獲得足夠的冷卻能力。
相反地，在比較示例的循環(huán)中，在難以保證放熱裝置有足夠大小的情況下，在壓縮過程的出口側(cè)的溫度(即，壓縮設(shè)備的出口溫度)不能被降低，從而導致冷卻能力不足。
<示例2>
在圖1所示的制冷系統(tǒng)中，通過計算機模擬，可獲得初級放熱部61相對于放熱裝置60的放熱部的全部容量的容量比與制冷系數(shù)之間的關(guān)系。
圖5的曲線圖示出該結(jié)果。
從該曲線圖中可清楚地看出，當初級放熱部61的容量比落入0.1到0.5的范圍內(nèi)，尤其是為0.3或更小時，可獲得極佳的制冷系數(shù)。
<示例3>
在圖1所示的制冷系統(tǒng)中，通過計算機模擬，可獲得初級放熱部61相對于放熱裝置60的放熱部的全部容量的容量比與二級放熱部62的入口溫度之間的關(guān)系。
圖6的曲線圖示出該結(jié)果。
從該曲線圖中可清楚地看出，在其中初級放熱部61的容量比為0.2或更大的區(qū)域內(nèi)，二級放熱部62的入口溫度較低。
從上述曲線圖的結(jié)果可以理解，優(yōu)選地將初級放熱部61相對于放熱部的總?cè)萘康娜萘勘仍O(shè)定為0.2(20％)到0.5(50％)，更優(yōu)選地為0.3(30％)或更小。
本文中使用的術(shù)語和表述是作為說明性質(zhì)而非限制性質(zhì)的語言，在使用這些術(shù)語和表述時，并不旨在排除所示和所說明的特征或其部分的任何等同物，而是應認識到，可在所要求的本發(fā)明的范圍內(nèi)進行多種變型。
工業(yè)實用性該制冷系統(tǒng)、壓縮和放熱設(shè)備以及放熱裝置優(yōu)選地可用于例如具有使用超臨界制冷劑例如CO2的制冷循環(huán)的汽車空調(diào)器、家用空調(diào)器以及用于電子設(shè)備的冷卻器。
權(quán)利要求
1.一種制冷系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，使用一壓縮機和一放熱裝置以多級方式重復地依次對制冷劑進行壓縮和放熱以獲得低溫、高壓制冷劑，其中，該低溫、高壓制冷劑被一減壓裝置減壓，然后通過一冷卻器以從要被冷卻的介質(zhì)吸收熱量，然后返回該壓縮機。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的制冷系統(tǒng)，其特征在于，該制冷劑是二氧化碳。
3.一種制冷系統(tǒng)，包括一初次壓縮一種制冷劑的初級壓縮部；一二次壓縮該制冷劑的二級壓縮部；一使該制冷劑初次放熱的初級放熱部；一使該制冷劑二次放熱的二級放熱部；一使該制冷劑減壓的減壓裝置；以及一通過從要被冷卻的介質(zhì)吸收熱量來冷卻該介質(zhì)的冷卻裝置，其中，經(jīng)過該初級壓縮部初次壓縮的制冷劑被該初級放熱部進行初次放熱，該經(jīng)過初次放熱的制冷劑被該二級壓縮部二次壓縮，該經(jīng)過二次壓縮的制冷劑被該二級放熱部進行二次放熱，然后通過該冷卻裝置以從該介質(zhì)吸收熱量，然后返回該初級壓縮部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的制冷系統(tǒng)，其特征在于，該制冷系統(tǒng)具有一多級壓縮裝置，其中該多級壓縮裝置的第一級壓縮部構(gòu)成該初級壓縮部，且該多級壓縮裝置的第二級壓縮部構(gòu)成該二級壓縮部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的制冷系統(tǒng)，其特征在于，該制冷系統(tǒng)具有一放熱裝置，其中該放熱裝置的一放熱部被分成兩個分開的放熱部，其中這些分開的放熱部中的一個部構(gòu)成該初級放熱部，而另一個部構(gòu)成該二級放熱部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的制冷系統(tǒng)，其特征在于，該初級放熱部相對于該放熱裝置的放熱部的總?cè)萘康娜萘勘仍O(shè)定為0.2到0.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的制冷系統(tǒng)，其特征在于，該二級壓縮部對制冷劑的壓縮率相對于該初級壓縮部對制冷劑的壓縮率設(shè)定為0.5到1.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的制冷系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一中間熱交換器，該中間熱交換器通過與從該冷卻裝置流出的回程制冷劑交換熱量，來對經(jīng)過該二級放熱部二次放熱的制冷劑過冷。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的制冷系統(tǒng)，其特征在于，二氧化碳用作該制冷劑。
10.一種配備有一多級壓縮機的壓縮和放熱設(shè)備，其中，制冷劑被該多級壓縮機的第一級壓縮部初次壓縮，該經(jīng)過初次壓縮的制冷劑被一初級放熱部初次放熱，該經(jīng)過初次放熱的制冷劑被該多級壓縮機的第二級壓縮部二次壓縮，該經(jīng)過二次壓縮的制冷劑被一二級放熱部二次放熱，從而獲得低溫、高壓制冷劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的壓縮和放熱設(shè)備，其特征在于，該壓縮和放熱設(shè)備具有一放熱裝置，其中該放熱裝置的一放熱部被分成兩個分開的放熱部，其中這些分開的放熱部中的一個部構(gòu)成該初級放熱部，而另一個部構(gòu)成該二級放熱部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的壓縮和放熱設(shè)備，其特征在于，該初級放熱部相對于該放熱裝置的放熱部的總?cè)萘康娜萘勘仍O(shè)定為0.2到0.5。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到12中的任何一項的壓縮和放熱設(shè)備，其特征在于，該二級壓縮部對制冷劑的壓縮率相對于該初級壓縮部對制冷劑的壓縮率設(shè)定為0.5到1.5。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的壓縮和放熱設(shè)備，其特征在于，使用二氧化碳作為該制冷劑。
15.一種放熱裝置，該放熱裝置具有一用于對經(jīng)過初次壓縮的制冷劑初次放熱的初級放熱部，和一用于對在被初次放熱之后經(jīng)過二次壓縮的制冷劑二次放熱的二級放熱部，該放熱裝置包括一對集管箱；以及多個位于該對集管箱之間且沿該集管箱的縱向方向彼此平行設(shè)置的熱交換管，該熱交換管的相對端與該集管箱相連接；其中，通過該多個熱交換管的制冷劑與從該放熱裝置的前側(cè)引入且通過在相鄰的熱交換管之間的間隙的冷卻空氣交換熱量，以進行放熱，其中，每個該集管箱在一相同的高度位置均被一隔離構(gòu)件分隔開，從而將該多個熱交換管分成上部和下部熱交換管組，這些熱交換管組中的一組構(gòu)成該初級放熱部，而其另一組構(gòu)成該二級放熱部。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的放熱裝置，其特征在于，該下部的熱交換管組構(gòu)成該初級放熱部，而該上部的熱交換管組構(gòu)成該二級放熱部。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的放熱裝置，其特征在于，構(gòu)成該初級放熱部的熱交換管相對于該多個熱交換管的總的內(nèi)部容量的內(nèi)部容量比設(shè)定為0.2到0.5。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的放熱裝置，其特征在于，使用二氧化碳作為制冷劑。
19.一種放熱裝置，該放熱裝置具有一用于對經(jīng)過初次壓縮的制冷劑初次放熱的初級放熱部，和一用于對在被初次放熱之后經(jīng)過二次壓縮的制冷劑二次放熱的二級放熱部，該放熱裝置包括一對集管箱；以及多個位于該對集管箱之間且沿該集管箱的縱向方向彼此平行設(shè)置的熱交換管，該熱交換管的相對端與該集管箱相連接；其中，通過該多個熱交換管的制冷劑與從該放熱裝置的前側(cè)引入且通過在相鄰的熱交換管之間的間隙的冷卻空氣交換熱量，以進行放熱，其中，每個該熱交換管均具有多個沿管的寬度方向設(shè)置的制冷劑通道，其中，該對集管箱中的每一個均被一沿該集管箱的縱向方向延伸的隔離構(gòu)件分成一前部空間和一后部空間，從而將每個熱交換管的多個制冷劑通道分成一前部制冷劑通道組和一后部制冷劑通道組，這些制冷劑通道組中的一個組構(gòu)成該初級放熱部，而其另一個組構(gòu)成該二級放熱部。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的放熱裝置，其特征在于，該后部制冷劑通道組構(gòu)成該初級放熱部，而該前部制冷劑通道組構(gòu)成該二級放熱部。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的放熱裝置，其特征在于，構(gòu)成該初級放熱部的熱交換管相對于該多個熱交換管的總的內(nèi)部容量的內(nèi)部容量比設(shè)定為0.2到0.5。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的放熱裝置，其特征在于，使用二氧化碳作為該制冷劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)具有一包含獨立的低壓和高壓壓縮部(51)和(52)的兩級壓縮機(50)，一具有獨立的初級和二級放熱通路(61)和(62)的放熱裝置(60)，一膨脹閥(72)和一冷卻器(73)。經(jīng)過該低壓壓縮部(51)初次壓縮的制冷劑被該初級放熱通路(61)初次放熱。經(jīng)過初次放熱的制冷劑被高壓壓縮部(52)二次壓縮。經(jīng)過二次壓縮的制冷劑被該二級放熱通路(62)二次放熱，從而得到低溫、高壓制冷劑。該低溫、高壓制冷劑被膨脹閥(72)減壓和膨脹，并通過冷卻器(73)以吸收室內(nèi)空氣的熱量，然后返回壓縮機(50)的低壓壓縮部(51)。在此系統(tǒng)中，在放熱過程中的制冷劑溫度可保持較低。
文檔編號F25B1/00GK1708663SQ20038010209
公開日2005年12月14日 申請日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者武幸一郎, 新村悅生, 古川裕一 申請人:昭和電工株式會社