製冷循環的製作方法
2023-06-11 21:58:51 1
專利名稱：製冷循環的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製冷循環，更具體地涉及一種使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環。
背景技術：
例如，用於汽車空調系統的製冷循環包括壓縮機，其被作為驅動源的發動機驅動；冷凝器，其將被所述壓縮機壓縮的製冷劑冷凝；貯液器，其將冷凝後的製冷劑分離為氣體和液體；膨脹裝置，其將由氣/液分離得到的液體製冷劑節流和膨脹；以及蒸發器，其將被膨脹的製冷劑蒸發，從而使該製冷劑返回到所述壓縮機。
在如上述配置的製冷循環中，要提高壓縮機的效率，通常是通過控制蒸發器出口的製冷劑具有預定的過熱度。而且，在實施控制過熱度製冷循環中，在膨脹裝置入口的製冷劑被控制為該製冷劑無過冷卻度，進一步冷卻從貯液器排出的製冷劑，使得該製冷劑呈現過冷卻度，從而提高所述壓縮機的效率(例如參見日本專利公報特開平6-2970(段落號
和
，以及圖4)。
通常，在傳統的製冷系統中，普遍使用被稱為HFC-134a的CFC(氟氯化碳)的替代物作為製冷劑。
圖8是使用HFC-134a作為製冷劑的製冷循環的特性圖。
圖8表示用作製冷劑的HFC-134a的過冷卻度SC、過熱度SH、以及流速GF隨時間的變化曲線。從圖8顯然可見，就使用HFC-134a作為製冷劑而言，即使在過冷卻度SC採用接近於1的小數值時，過熱度和流速的波動範圍也很小，因此，過熱度的波動比較小，這意味著該系統是大致穩定的。
然而，當HFC-134a作為製冷劑用於製冷循環時，其對地球變暖具有顯著影響，因此，已經研製出HFC-134a的替換物。已經研製出的替換物之一被稱為HFC-152a，其對地球變暖的影響約為HFC-134a的十分之一。
圖9是使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環的特性圖。
圖9表示一個示例，其中使用HFC-152a作為製冷劑，製冷劑的充填量設定為500g，並且使用膨脹閥作為膨脹裝置，膨脹閥的設定值設定為0.177MPa。從該例中可以得知，過熱度SH和過冷卻度SC分別穩定在2度和1度左右，而且，過熱度SH在比較小的區域內，其波動的趨勢也較小。然而，當過熱度SH降低至約為2度時，壓縮機的效率降低，因此，優選的是，過熱度SH增至約為10度。
但是，當使用HFC-152a作為製冷劑時，如果通過減小膨脹閥的設定值以增加過熱度SH，會如圖9所示那樣，在過熱度SH增加的同時，過熱度的波動範圍也增加了，從而導致產生系統不穩定的波動。
發明內容
本發明是在考慮到上述各點後做出的，其目的是提供一種無過熱度波動、可穩定運行的製冷循環。
為解決上述問題，本發明提供一種製冷循環，其構成包括壓縮機、冷凝器、膨脹裝置、蒸發器，並且使用HFC-152a作為循環於該製冷循環中的製冷劑。其中，為使系統穩定，需要確保膨脹裝置入口的製冷劑置於預定過冷卻度的狀態，由此抑制在蒸發器出口的製冷劑的過熱度的波動。
根據本製冷循環，其使用HFC-152a作為製冷劑，由於確保過冷卻度，因而可抑制過熱度的波動，這使得系統的穩定成為可能。
通過下面的描述，結合表示本發明的優選實施例的附圖，將對本發明的上述內容和其它目的、特徵及優點的認識更加清楚。
圖1是使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環的特性圖；圖2是作為製冷劑的HFC-152a的流速特性圖；
圖3是表示部分莫利爾線圖(Mollier chart)的圖；圖4是表示改善過熱度的方法的圖；圖5是使用貯液器的製冷循環的系統圖；圖6是使用過冷卻冷凝器的製冷循環的系統圖；圖7是使用蓄液器的製冷循環的系統圖；圖8是使用HFC-134a作為製冷劑的製冷循環的特性圖；圖9是使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環的特性圖。
具體實施例方式
以下，將以應用於汽車空調系統的製冷循環作為本發明的一個實施例，參照附圖進行詳細描述。
圖1是使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環的特性圖；圖2是作為製冷劑的HFC-152a的流速特性圖；圖3是表示部分莫利爾線圖(Mollierchart)的圖。
首先，圖1表示當使用設定值為0.186Mpa的膨脹閥作為膨脹裝置時，用作製冷劑的HFC-152a的過冷卻度SC、過熱度SH、以及流速GF隨時間的變化曲線圖。
從圖1可知，當所述製冷劑的充填量設定為500g時，過熱度SH大於等於3度，但是其變動範圍很大，導致產生波動。還可知，為防止過熱度SH的波動，如果製冷劑的充填量增加到600g，進而增加到650g，從而給予製冷劑過冷卻度SC，在過冷卻度SC僅為約1到2度之間，過熱度SH的波動很大，使得系統不穩定；但是，在過冷卻度SC大於等於5度的區域中，過熱度SH的波動比較小，系統穩定。因此，在該使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環中，將在膨脹閥進口的製冷劑置於過冷狀態是最基本的，而且如果確保過冷卻度SC至少為5度，就可防止過熱度SH的波動，使得系統穩定。
假定上述趨勢是由於HFC-152a具有比HFC-134a更易於氣化的屬性。圖2表示出的HFC-152a的流速特性表明製冷劑的流速關於膨脹閥的閥片升程的變化。從此圖可知，即使過冷卻度SC從5度減至0度，製冷劑的流速變化也不大。然而，甚至當製冷劑只是輕微程度的乾燥時，氣泡都會漸漸混入膨脹閥的製冷劑中，這使得該製冷劑難以平滑流動，導致其流速突然降低。
而且，如圖1所示那樣，優選的是過冷卻度SC大於等於5度。其原因將參考圖3進行解釋。在圖3中，虛線表示傳統的HFC-134a的飽和液體曲線，而實線表示HFC-152a的飽和液體曲線。如圖3所示，HFC-134a和HFC-152a的飽和液體線的斜率互不相同，HFC-152a的斜率較小。因此，即使HFC-134a和HFC-152a同樣具有5度的過冷卻度SC，HFC-152a通過較小的壓力變化就可進入氣/液狀態。在圖3的示例中，沒有約為0.18MPa的壓力變化，HFC-134A就不會進入氣/液狀態，然而，當壓力變化僅約為0.13MPa時，HFC-152a就會進入氣/液狀態。因此，當冷卻度SC大於等於5度時，有必要確保流入膨脹閥的製冷劑置於過冷狀態，從而即使在製冷劑經受相當量的壓力變化時，也能防止製冷劑輕易進入氣/液狀態。如從上述可知，在使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環中，如果該製冷劑未達到過冷卻度SC，即使是微小的壓力變化，該製冷劑也很容易進入氣/液狀態，而一旦製冷劑進入氣/液狀態，其流速顯著降低。因此，與使用HFC-134a作為製冷劑的製冷循環相比，有必要給予上述製冷劑足夠的過冷卻度SC。這就是在使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環中，為何需將在膨脹閥入口的冷卻劑總是置於過冷卻狀態的原因，此外，為了在壓力任何變化下，系統都可穩定運行，要求過冷卻度SC大於等於5度。
如上所述，在使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環中，有必要要求過冷卻度SC大於等於5度。該過冷卻度SC下使抑制過熱度SH的波動成為可能，從而使得系統穩定。然而，在圖1所示的條件下，儘管過熱度SH穩定且無波動，但是只得到2度的過熱度SH。為了提高壓縮機的效率，優選的是，過熱度SH約等於10度。
圖4是表示提高過熱度的方法的圖。
如圖4所示，通過逐漸減小膨脹閥的設定值，過熱度SH得到提高。從示例可知，如果製冷劑的設定為650g，並且膨脹閥的設定值從0.186Mpa減小到0.167Mpa，進而減小到0.147Mpa，過熱度SH增加了，而且，即使當過熱度增加時，它也是穩定的且無波動。
這是因為通過減小膨脹閥的壓力設定值，通過該膨脹閥的製冷劑的流速減小，從而相應提高蒸發器的能力。如果製冷劑在被蒸發器完全蒸發後又被加熱，就可能使蒸發器出口的製冷劑達到過熱的狀態。當然，進入膨脹閥的製冷劑的流速的減小相應地增加了冷凝器的能力，從而，當過熱度SH提高時，過冷卻度SC同樣提高。
接下來，將對製冷循環進行描述，該製冷循環使用HFC-152a作為製冷劑，並且為了穩定，使HFC-152a的過冷卻度大於等於5度。
圖5是使用貯液器的製冷循環的系統圖。
該製冷循環包括壓縮機1、冷凝器2、貯液器3、熱膨脹閥4、以及蒸發器5，並且製冷劑HFC-152a在製冷循環中循環。壓縮機1被作為驅動源的發動機驅動，用於壓縮製冷劑。被壓縮機1壓縮為高溫、高壓的製冷劑被冷凝器2冷凝，從而使其變為高溫、高壓的液態製冷劑。該液態製冷劑被貯液器3分離為氣體和液體，而從氣/液分離物中得到的液體製冷劑被熱力膨脹閥4節流和膨脹，變為霧化的低溫、低壓製冷劑。從熱力膨脹閥4流出的製冷劑被蒸發器5蒸發，從而使其氣化。被氣化的製冷劑通過熱膨脹閥4的一部分，以檢測該製冷劑的溫度和壓力，然後返回到壓縮機1。此時，熱膨脹閥4檢測在蒸發器5出口的製冷劑的溫度和壓力，並且控制傳送到蒸發器5的製冷劑的流速，將其控制為在蒸發器5出口的製冷劑維持預定的過熱度SH。
在上述的製冷循環中，通過過量充填(overcharging)製冷劑，確保在熱力膨脹閥4入口的過冷卻度SC。此外，通過增加冷凝器2上設有的葉片數量等措施，提高冷凝器2的冷卻能力，也可確保過冷卻度SC。而且，減少從貯液器3到熱膨脹閥4之間的管道內的壓力損失，可更有效地確保過冷卻度SC，例如，將貯液器3和熱膨脹閥4一體形成，或者通過將貯液器3和熱力膨脹閥4之間的管道加粗、縮短。
圖6是使用過冷卻冷凝器的製冷循環的系統圖。
該製冷循環包括壓縮機1、過冷卻冷凝器6、熱膨脹閥4、以及蒸發器5，並且製冷劑HFC-152a在製冷循環中循環。該過冷卻冷凝器6具有貯液器的功能，其將從壓縮機1傳送來的製冷劑冷卻以將該製冷劑完全液化，進而冷卻被液化的製冷劑以將其傳送給熱力膨脹閥4。因此，從過冷卻冷凝器6傳送出來的製冷劑已經具有預定的過冷卻度SC，因而通過冷卻冷凝器6可確保過冷卻度SC。
圖7是使用蓄液器的製冷循環的系統圖。
該製冷循環包括壓縮機1、冷凝器2、節流管(orifice tube)7、蒸發器5、以及蓄液器8，並且由HFC-152a作為製冷劑在製冷循環中循環。同樣，在該製冷循環中，製冷劑是過量充填的，由此，可抑制蒸發器5出口的製冷劑的過熱度SH的波動。
應當指出的是，在使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環中，HFC-152a的飽和液體線的斜率較HFC-134a的飽和液體線的斜率小，為防止由於輕微的壓力變化，該製冷劑就容易進入氣/液狀態，要求將膨脹裝置入口的製冷劑必須置於過冷卻狀態，因此，理所當然，本發明可應用於使用和HFC-152a的飽和液體線具有類似趨勢的製冷劑的製冷循環，並因此抑制製冷劑過熱度SH的波動，從而可穩定系統。
如上所述，本發明的製冷循環中，膨脹裝置入口的製冷劑總是置於過冷卻狀態，並且其過冷卻度SC確保不低於5度，從而即使壓力發生變化，過冷卻度SC也不會變為0度。在使用傳統製冷劑的製冷循環中，由於不管制冷劑是否具有過冷卻度SC都不會引起過熱度SH的波動，因此系統是穩定的，然而，在使用HFC-152a作為製冷劑的製冷循環中，在製冷劑無過冷卻度SC的狀態下，過熱度SH易於產生波動，因此，通過使製冷劑總是冷卻為具有過冷卻度SC，可抑制過熱度SH的波動，因而使得穩定系統成為可能。
以上所述僅闡釋了本發明的原理。此外，由於本領域的技術人員很容易進行大量的修改和變化，本發明不僅僅局限於所示和所述的具體結構和應用，而是，所有適當的修改及其等價物都可認為落於本發明所附權利及其等價物的範圍內。
權利要求
1.一種製冷循環，包括壓縮機、冷凝器、膨脹裝置、蒸發器，並且使用HFC-152a作為在該製冷循環中循環的製冷劑；其中，為使系統穩定，需要確保膨脹裝置入口的製冷劑置於預定過冷卻度的狀態，由此抑制在蒸發器出口處製冷劑的過熱度的波動。
2.如權利要求1所述的製冷循環，其特徵在於，確保所述過冷卻度不低於5度。
3.如權利要求1所述的製冷循環，其特徵在於，所述製冷劑的充填量調整為可確保所述過冷卻度。
4.如權利要求1或2所述的製冷循環，其特徵在於，所述冷凝器替換為過冷卻冷凝器，從而確保所述過冷卻度。
5.如權利要求1或2所述的製冷循環，其特徵在於，所述膨脹裝置替換為熱膨脹閥，而且所述熱膨脹閥的設定值調整為提供所述過熱度。
全文摘要
一種製冷循環，其使用HFC－152a作為製冷劑，可以無過熱度(SH)波動地穩定運行。製冷劑的充填量增加，確保膨脹裝置入口的製冷劑的過冷卻度(SC)總是置於不低於5度的狀態，以使該過冷卻度(SC)即使有壓力變化也不會變為0度。由此可抑制蒸發器出口的製冷劑的過熱度(SH)的波動，使系統穩定。在該狀態下，可通過減小膨脹裝置的設定值來增加過熱度(SH)，以提高壓縮機的效率。
文檔編號F25B40/02GK1751212SQ20048000434
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月26日 優先權日2003年6月2日
發明者小松俊二, 山本清一 申請人:三電有限公司