專利名稱：氣液熱交換型冷凍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣液熱交換型冷凍裝置，其將由冷凝器冷凝了的冷媒以及由蒸發(fā) 器蒸發(fā)了的冷媒，于氣液熱交換器中，互相進行熱交換，使各冷媒分別過冷卻和過熱，由此 來提高冷凍能力。
背景技術(shù)：
一般來說，冷凍裝置，是由冷媒管路將壓縮機、冷凝器、膨脹閥及蒸發(fā)器串聯(lián)地連 接而構(gòu)成閉路的冷媒循環(huán)回路，由壓縮機壓縮了的高壓的氣態(tài)冷媒，在冷凝器中放熱而液 化，成為高壓的液態(tài)冷媒，由膨脹閥使該液態(tài)冷媒膨脹(等焓膨脹)而減壓后，在蒸發(fā)器中， 使沸點下降后的低壓液態(tài)冷媒蒸發(fā)，根據(jù)從冷凍庫內(nèi)部等處奪取蒸發(fā)所需要的蒸發(fā)潛熱， 來冷卻冷凍庫內(nèi)部等處。
作為提高此種冷凍裝置的冷凍能力或制冷系數(shù)(COP)的方法，已知有這樣的方 法，所述方法是在冷媒循環(huán)回路的蒸發(fā)器與膨脹閥之間設(shè)置氣液熱交換器，并使由冷凝器 冷凝后的冷媒與由蒸發(fā)器蒸發(fā)后的冷媒，在氣液熱交換器中互相進行熱交換，而使各冷媒 分別過冷卻和過熱。
另外，在專利文獻I中，針對裝設(shè)有氣液熱交換器的冷凍空調(diào)裝置，提出如下裝 置，所述裝置是在冷媒循環(huán)回路的冷凝器與氣液熱交換器之間及氣液熱交換器與蒸發(fā)器之 間，分別設(shè)置膨脹閥，并基于冷凝器出口的冷媒溫度與壓縮機入口的冷媒溫度來控制膨脹 閥的開度，通過將蒸發(fā)器出口處的冷媒的干度保持在規(guī)定的目標值來實現(xiàn)高效率的運轉(zhuǎn)， 并消除起因于蒸發(fā)器變干而造成的冷凝水飛散等的不良情況。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2009-162388號公報
發(fā)明所要解決的問題
然而，若是在如冷凍車這樣的壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)會大幅地變動的環(huán)境下，使專利文 獻I所提出的冷凍空調(diào)裝置運轉(zhuǎn)的情況，則氣液熱交換器的熱交換性能也會伴隨壓縮機的 回轉(zhuǎn)數(shù)變動而大幅地變化。例如，若壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)降低則冷媒循環(huán)量減少，由于在氣液熱 交換器中的熱交換量不足而導(dǎo)致發(fā)生冷卻不良，相反地，若壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)增加則冷媒循 環(huán)量增大，由于熱交換量過多而招致壓縮機出口處的冷媒的吐出溫度上升，而發(fā)生冷凍機 油劣化等的問題。
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種氣液熱交換型冷凍裝置， 其能抑制伴隨壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)的變動而引起的冷凍能力的變動，并抑制壓縮機出口處的吐 出溫度的上升，而能防止冷凍機油發(fā)生劣化。發(fā)明內(nèi)容
解決問題的技術(shù)手段
為了實現(xiàn)上述目的，技術(shù)方案I的發(fā)明，是一種氣液熱交換型冷凍裝置，由冷媒管 路，至少將壓縮機、冷凝器、熱交換控制閥、氣液熱交換器、膨脹閥及蒸發(fā)器，串聯(lián)地連接，而 構(gòu)成閉路的冷媒循環(huán)回路，將在前述冷凝器中冷凝后由前述熱交換控制閥減壓了的冷媒以 及由前述蒸發(fā)器中蒸發(fā)了的冷媒，在前述氣液熱交換器中進行熱交換而使各冷媒分別過冷 卻或過熱，其特征在于在前述冷媒循環(huán)回路的前述壓縮機與前述冷凝器之間，設(shè)置吐出溫 度傳感器，并在前述熱交換控制閥與前述氣液熱交換器之間，設(shè)置壓力傳感器，且設(shè)有控制 裝置，所述控制裝置基于由前述吐出溫度傳感器檢測出的壓縮機出口的冷媒溫度與由前述 壓力傳感器檢測出的熱交換控制閥出口的冷媒壓力，來控制前述熱交換控制閥的開度。
技術(shù)方案2的發(fā)明，是基于技術(shù)方案I所述的發(fā)明，其特征在于前述控制裝置，若 前述壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)降低則縮小前述熱交換控制閥的開度，若前述壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)增加， 則增大前述熱交換控制閥的開度。
技術(shù)方案3的發(fā)明，是基于技術(shù)方案I所述的發(fā)明，其特征在于前述控制裝置，若 由前述吐出溫度傳感器檢測出的壓縮機出口的冷媒溫度超過設(shè)定值，則將前述熱交換控制 閥的開度縮小至?xí)估涿骄S持在氣液混合狀態(tài)的值為止，所述冷媒是在由該熱交換控制閥 減壓后通過了前述氣液熱交換器的冷媒。
發(fā)明的效果
根據(jù)技術(shù)方案I和技術(shù)方案2所述的發(fā)明，由于在壓縮機的旋轉(zhuǎn)數(shù)降低時縮小熱 交換控制閥的開度，所以流過氣液熱交換器的冷媒的流速上升，熱交換量增加，而根據(jù)此熱 交換量的增加，能夠補償因回轉(zhuǎn)數(shù)降低導(dǎo)致冷媒循環(huán)量的減少所造成的在氣液熱交換器中 的熱交換量的減少，并能夠抑制因熱交換量不足導(dǎo)致的冷卻不良。
另外，由于在壓縮機的旋轉(zhuǎn)數(shù)增加時增大熱交換控制閥的開度，所以流過氣液熱 交換器的冷媒的流速下降，熱交換量減少，而根據(jù)此熱交換量的減少，能夠補償因回轉(zhuǎn)數(shù)增 大導(dǎo)致冷媒循環(huán)量的增加所造成的在氣液熱交換器中的熱交換量的增加，能夠抑制因熱交 換量過多導(dǎo)致的壓縮機的出口處的冷媒的吐出溫度的上升。
根據(jù)技術(shù)方案3所述的發(fā)明，由于在壓縮機出口的冷媒溫度超過設(shè)定值時，大幅 地縮小熱交換控制閥3的開度，以使由熱交換控制閥減壓后通過了氣液熱交換器的冷媒維 持在氣液混合狀態(tài)的值為止，因此以氣液二相流的形態(tài)通過氣液熱交換器的冷媒與來自蒸 發(fā)器的氣態(tài)冷媒之間的溫度差會變小，于是在氣液熱交換器中的兩冷媒的熱交換量會被抑 制成較低。因此，壓縮機入口處的冷媒的過熱度會被抑制成較低，且可抑制壓縮機出口處的 冷媒的吐出溫度的上升，而可防止冷凍機油的劣化。


圖1是本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置的冷媒回路圖。
圖2是表示在本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置中，對應(yīng)壓縮機回轉(zhuǎn)數(shù)的變動來控 制熱交換控制閥的開度時的冷媒的狀態(tài)變化的莫里爾圖。
圖3是表示在氣液熱交換器中的冷凝液冷媒的流速與傳熱性能的關(guān)系圖。
圖4是表示在本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置中，當壓縮機出口處的冷媒的吐出 溫度超過設(shè)定值時，控制了熱交換控制閥的開度時的冷媒的狀態(tài)變化的莫里爾圖。
主要部件符號說明
I壓縮機
2冷凝器
3熱交換控制閥
4氣液熱交換器
5膨脹閥
6蒸發(fā)器
7吐出溫度傳感器
8壓力傳感器
9蒸發(fā)溫度傳感器
10控制器(控制裝置)
U[ L5冷媒管路具體實施方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
圖1是本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置的冷媒回路圖，在圖示的氣液熱交換型冷凍裝置中，壓縮機1、冷凝器2、熱交換控制閥3、氣液熱交換器4、膨脹閥5及蒸發(fā)器6，由冷媒管路L1、L2、L3、L4、L5加以·串聯(lián)地連接，而形成閉路的冷媒循環(huán)回路。此處，熱交換控制閥3，被設(shè)置在冷媒管路L2上，所述冷媒管路L2用以連接冷凝器2與氣液熱交換器4 ;膨脹閥5，被設(shè)置在冷媒管路L3上，所述冷媒管路L3用以連接氣液熱交換器4與蒸發(fā)器6。另外，熱交換控制閥3，是由以無級的方式來控制開度的電子控制閥所構(gòu)成。
另外，在本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置中，吐出溫度傳感器7被設(shè)置在用以連接壓縮機I與冷凝器2的冷媒管路LI上，壓力傳感器8被設(shè)置在熱交換控制閥3與氣液熱交換器4之間的冷媒管路L2上，蒸發(fā)溫度傳感器9則被設(shè)置在用以連接蒸發(fā)器6與氣液熱交換器4的冷媒管路L4上，這些吐出溫度傳感器7、壓力傳感器8及蒸發(fā)溫度傳感器9，被電連接至控制裝置即控制器10上。進而，由電子控制閥所構(gòu)成的熱交換控制閥3，被電連接至控制器10，如后所述，熱交換控制閥3根據(jù)來自控制器10的控制信號來控制其開度。
接著，使用圖2所示的莫里爾圖(P_i線圖)來對本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置的作用說明如下。
若壓縮機I根據(jù)驅(qū)動源即未圖示的引擎而被回轉(zhuǎn)驅(qū)動，則位于圖2的a處所示的狀態(tài)(壓力P1Jti1)的氣態(tài)冷媒由壓縮機I壓縮，成為在圖2的b處所示的狀態(tài)(壓力P2、 焓i2)的高溫高壓的氣態(tài)冷媒(壓縮行程)，此氣態(tài)冷媒通過冷媒管路LI而被導(dǎo)入冷凝器 2內(nèi)。另外，此時的壓縮機I的壓縮動力W(換算成熱量)以(i2-g來表示。
在冷凝器2中，高溫高壓的氣態(tài)冷媒，將冷凝熱Q2放出至大氣中，由圖2的b處的狀態(tài)變化成c處的狀態(tài)(相變化)而液化(冷凝行程)，成為在圖2的c處所示的狀態(tài)(壓力匕、焓i3)的高壓液態(tài)冷媒。另外，此時的放熱量(冷凝熱)Q2以(i2_i3)來表示。
然后，如上述那樣，在冷凝器2中液化了的高壓液態(tài)冷媒，在圖2中，例如經(jīng)過以B 表示的路徑(條件)而進行狀態(tài)變化。即，在冷凝器2中液化了的高壓液態(tài)冷媒，通過冷媒管路L2而到達熱交換控制閥3，由該熱交換控制閥3，被減壓至壓力P3為止來進行絕熱膨脹 (等焓膨脹)(膨脹行程)，成為在圖2的d處所示的狀態(tài)(壓力P3、焓i3)，其一部分的冷媒會氣化。
如上述那樣，一部分氣化了的冷媒，會通過冷媒管路L2而被導(dǎo)入氣液熱交換器4 中，在該氣液熱交換器4中，如后述那樣,在蒸發(fā)器6中蒸發(fā)而氣化了的氣態(tài)冷媒經(jīng)過冷媒管路L4而被導(dǎo)入，所以從冷媒管路L2而往氣液熱交換器4導(dǎo)入的冷媒(一部分氣化了的冷媒)，會與在蒸發(fā)器6中蒸發(fā)而從冷媒管路L4導(dǎo)入的低溫的氣態(tài)冷媒進行熱交換而被過冷卻，成為在圖2的e處所示的狀態(tài)(壓力P3、焓i4)的液態(tài)冷媒。另外，此時的過冷卻熱量AQ2以(i3_i4)來表示。
然后，如上述那樣，在氣液熱交換器4中被過冷卻后的冷媒，根據(jù)通過膨脹閥5而被再次減壓來進行絕熱膨脹(等焓膨脹)(膨脹行程)，狀態(tài)變化成在圖2的f處所示的狀態(tài)(壓力P1、焓i4)，于是其一部分的冷媒會氣化，并因減壓而降低沸點。如此，由膨脹閥5 而被減壓且沸點降低后的冷媒，從冷媒管路L3導(dǎo)入至蒸發(fā)器6，在流過該蒸發(fā)器6的過程中，該冷媒會從周圍奪取蒸發(fā)熱Q1而蒸發(fā)，從f處所示的狀態(tài)變化成g處所示的狀態(tài)(壓力 P1、焓i5)而氣化(蒸發(fā)行程)。此時的蒸發(fā)熱Q1以(i5_i4)來表示，但是如前述那樣，被膨脹閥5減壓前的冷媒，在氣液熱交換器4中，僅會被過冷卻AQ2( = i3-14)，所以蒸發(fā)熱僅會增加此過冷卻量的熱量Λ Q2，于是冷凍能力也會僅提高其增加量AQ2。
之后，在蒸發(fā)器6中蒸發(fā)了的低壓氣態(tài)冷媒，如前述那樣，在從冷媒管路L4流過氣液熱交換器4的過程中，用來使從冷媒管路L2被導(dǎo)入至氣液熱交換器4中的高壓冷媒過冷卻，所以所述低壓氣態(tài)冷媒的溫度上升，在被吸入壓縮機I中的階段，從圖2的g處所示的狀態(tài)變化成為在a處所示的狀態(tài)(壓力P1、焓^)，而僅被過熱該圖所示的熱量AQp然后， 此過熱的氣態(tài)冷媒，由壓縮機I再次壓縮，以后，冷媒反復(fù)進行與上述同樣的狀態(tài)變化。
而且，在本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置中，以上說明的冷凍循環(huán)反復(fù)進行，根據(jù)伴隨在蒸發(fā)器6中的低溫液態(tài)冷媒的蒸發(fā)而吸收熱量來進行所需要的冷凍，從壓縮機I吐出的氣態(tài)冷媒的溫度由吐出溫度傳感器7檢測出來，由冷凝器2冷凝后由熱交換控制閥3 減壓了的冷媒的壓力由壓力傳感器8檢測出來，這些檢測值會被傳送到控制器10。于是，控制器10，基于由吐出溫度傳感器7檢測出來的壓縮機I的出口處的冷媒溫度與由 壓力傳感器8檢測出來的熱交換控制閥3的出口處的冷媒壓力，來控制熱交換控制閥3的開度。
具體來說，若壓縮機I的回轉(zhuǎn)數(shù)降低，則縮小熱交換控制閥3的開度，相反地，若壓縮機I的回轉(zhuǎn)數(shù)增加，則增大熱交換控制閥3的開度。另外，由吐出溫度傳感器7檢測出來的壓縮機I的出口處的冷媒溫度，若超過設(shè)定值，則將前述熱交換控制閥3的開度，縮小至?xí)估涿骄S持在氣液混合狀態(tài)的值為止，所述冷媒是在利用該熱交換控制閥3減壓后通過了氣液熱交換器4的冷媒(參照圖4)。
將本發(fā)明的氣液熱交換型冷凍裝置安裝在例如冷凍車上時，由引擎驅(qū)動的壓縮機 I的旋轉(zhuǎn)數(shù)，會根據(jù)冷凍車的行進狀態(tài)而變動。
例如，若壓縮機I的旋轉(zhuǎn)數(shù)降低則在冷凍循環(huán)回路中的冷媒的循環(huán)量會減少，因此冷凍能力下降，在此情況下，如前述那樣，因為控制器10縮小了熱交換控制閥3的開度， 所以流過氣液熱交換器4的冷媒的流速上升，熱交換量增加，而根據(jù)此熱交換量的增加，能夠補償因回轉(zhuǎn)數(shù)降低導(dǎo)致冷媒循環(huán)量的減少所造成的在氣液熱交換器4中的熱交換量的減少，能夠抑制因熱交換量不足導(dǎo)致的冷卻不良。
此處，在冷凝器2中液化了的高壓液態(tài)冷媒，從熱交換控制閥3經(jīng)過氣液熱交換器4而往膨脹閥5流動時的狀態(tài)變化，例如以圖2的B、C、D過程來表示。在以B過程所示的狀態(tài)來進行運轉(zhuǎn)時，通過熱交換控制閥3，所述高壓液態(tài)冷媒的壓力從P2被減壓成P3，若壓縮機I的回轉(zhuǎn)數(shù)降低，則按照該回轉(zhuǎn)數(shù)的降低程度，使熱交換控制閥3的開度縮小，如圖2 的C、D過程所示那樣，將所述高壓液態(tài)冷媒的壓力減壓至P3’、P3”(P3 > P/ >P3”)的話， 由于流過氣液熱交換器4的冷媒的流速提高而如圖示般地增加熱交換量，所以能抑制前述因熱交換量不足所導(dǎo)致的冷卻不良。
圖3表示氣液熱交換器4中的冷媒的流速(m/s)與傳熱性能KA(ff/Κ)的關(guān)系，由此圖可知，傳熱性能(熱交換量)KA會隨著冷媒流速的增加而增大。
此處，在圖2中的A過程，表示沒有使用熱交換控制閥3而使冷媒在氣液熱交換器 4中過冷卻后，由膨脹閥5而膨脹的情況的過程(條件)，將經(jīng)過此過程A來使冷媒作狀態(tài)變化的情況作為基準，根據(jù)模擬來求出使冷媒經(jīng)過各過程B、C、D而作狀態(tài)變化時的冷媒流速、在氣液熱交換器4中的熱交換量、及性能提升率，得到表1所示的結(jié)果。
[表 1]
權(quán)利要求
1.一種氣液熱交換型冷凍裝置，由冷媒管路，至少將壓縮機、冷凝器、熱交換控制閥、氣液熱交換器、膨脹閥及蒸發(fā)器，串聯(lián)地連接，而構(gòu)成閉路的冷媒循環(huán)回路，將在前述冷凝器中冷凝后由前述熱交換控制閥減壓了的冷媒以及由前述蒸發(fā)器中蒸發(fā)了的冷媒，在前述氣液熱交換器中進行熱交換而使各冷媒分別過冷卻或過熱，其特征在于 在前述冷媒循環(huán)回路的前述壓縮機與前述冷凝器之間，設(shè)置吐出溫度傳感器，并在前述熱交換控制閥與前述氣液熱交換器之間，設(shè)置壓力傳感器，且設(shè)有控制裝置，所述控制裝置基于由前述吐出溫度傳感器檢測出的壓縮機出口的冷媒溫度與由前述壓力傳感器檢測出的熱交換控制閥出口的冷媒壓力，來控制前述熱交換控制閥的開度。
2.如權(quán)利要求1所述的氣液熱交換型冷凍裝置，其特征在于 前述控制裝置，若前述壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)降低則縮小前述熱交換控制閥的開度，若前述壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)增加，則增大前述熱交換控制閥的開度。
3.如權(quán)利要求1所述的氣液熱交換型冷凍裝置，其特征在于 前述控制裝置，若由前述吐出溫度傳感器檢測出的壓縮機出口的冷媒溫度超過設(shè)定值，則將前述熱交換控制閥的開度縮小至?xí)估涿骄S持在氣液混合狀態(tài)的值為止，所述冷媒是在由該熱交換控制閥減壓后通過了前述氣液熱交換器的冷媒。
全文摘要
一種氣液熱交換型冷凍裝置，其能抑制伴隨壓縮機的回轉(zhuǎn)數(shù)的變動而引起的冷凍能力的變動，并抑制在壓縮機出口處的吐出溫度的上升，而能防止冷凍機油發(fā)生劣化。該氣液熱交換型冷凍裝置由冷媒管路將壓縮機1、冷凝器2、熱交換控制閥3、氣液熱交換器4、膨脹閥5及蒸發(fā)器6，串聯(lián)地連接，形成閉路的冷媒循環(huán)回路而構(gòu)成，其中在冷媒循環(huán)回路的壓縮機1與冷凝器2之間，設(shè)置吐出溫度傳感器7，并在熱交換控制閥3與氣液熱交換器4之間，設(shè)置壓力傳感器8，且設(shè)有控制器(控制裝置)10，所述控制器10基于由吐出溫度傳感器7檢測出的壓縮機1的出口處的冷媒溫度與由壓力傳感器8檢測出的熱交換控制閥3的出口處的冷媒壓力，來控制熱交換控制閥3的開度。
文檔編號F25B49/02GK102997527SQ20111028131
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者渡邊健太郎 申請人:東普雷股份有限公司