專利名稱：蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備(vapor compression refrigerating cycle apparatus),其具有作為制冷劑減壓和循環(huán)裝置的噴射 器。
背景技術(shù)：
例如，在JP-A-2007-23966 (U5200610266072 Al)中描述的蒸汽壓縮 冷凍循環(huán)設(shè)備。所描述的冷凍循環(huán)設(shè)備具有噴射器和兩個(gè)蒸發(fā)器，該噴 射器作為用于減壓濃縮制冷劑的減壓裝置。通常該噴射器具有噴嘴部、 吸入部、混合部和加壓部。
該噴嘴部抽取散熱器下游的一部分制冷劑，并以等焓的方式將該抽 取的制冷劑減壓和擴(kuò)展。該吸入部抽取來自蒸發(fā)器中的一個(gè)的剩余部分 的制冷劑。該部分制冷劑從該噴嘴部以高速噴射，并與從該吸入部抽取 的剩余部分的制冷劑混合。此外，通過該加壓部增加混合的制冷劑的壓 力，且隨后將其從該噴射器排出。該制冷劑被進(jìn)一步引導(dǎo)至其它蒸發(fā)器 以將其蒸發(fā)，并隨后被抽取進(jìn)壓縮機(jī)。
在這種蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備中，在抽取進(jìn)入噴射器的噴嘴部中的 制冷劑處于氣態(tài)和液態(tài)兩相狀態(tài)的情形中，當(dāng)適當(dāng)?shù)乜刂茋娮觳刻幍闹?冷劑的流量時(shí)，難以改善噴射器的效率。同樣地，難以在足夠的程度上 穩(wěn)定地保持冷凍循環(huán)設(shè)備的性能系數(shù)(COP)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到上述問題而做出的，并且本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種 蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，該蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備能夠?qū)娚淦鞯膰娮?部處的制冷劑環(huán)境控制在預(yù)定環(huán)境，從而將性能系數(shù)(COP)保持在足夠的水平。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備包括壓縮機(jī)、散熱 器、第一和第二減壓裝置、流分配器、噴射器和吸入側(cè)蒸發(fā)器。該壓縮 機(jī)抽取并壓縮制冷劑。該散熱器使從該壓縮機(jī)排出的制冷劑散熱。該第 一減壓裝置使該散熱器下游的制冷劑減壓。該流分配器將由該第一減壓 裝置減壓的制冷劑分為至少第一流和第二流。該噴射器包括噴嘴部和吸 入部，該噴嘴部抽取該第一流的制冷劑，且減壓并膨脹第一流的該制冷 劑，以產(chǎn)生制冷劑噴射流，吸入部根據(jù)來自該噴嘴部的制冷劑噴射流抽 取該第二流的制冷劑。該第二減壓裝置減壓第二流的制冷劑。該吸入側(cè) 蒸發(fā)器蒸發(fā)由該第二減壓裝置減壓的制冷劑并向該噴射器的該吸入部排 出蒸發(fā)的制冷劑。而且，如此配置該蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，使得該第 一減壓裝置的入口處的制冷劑壓力(PO)、該噴嘴部入口處的制冷劑壓力
(P)、該噴嘴部的出口處的制冷劑壓力(P2)被配置為滿足0.1x(P0-P2)S (PO-P) S0.6x(P0-P2)的壓力關(guān)系。
因此，因?yàn)閲娮觳咳肟谔幍闹评鋭毫ψ優(yōu)樽顑?yōu)狀態(tài)，到吸入側(cè)蒸 發(fā)器和噴嘴部的制冷劑的分配比能夠設(shè)為最優(yōu)比。因此，吸入側(cè)蒸發(fā)器 的容量(capadty)和噴嘴效率都得到改善。照此，冷凍循環(huán)設(shè)備的COP改 善了。例如，通過調(diào)節(jié)第一減壓裝置、第二減壓裝置和噴嘴部中至少一 個(gè)的節(jié)流程度，實(shí)現(xiàn)該壓力關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備包括壓縮機(jī)、散熱 器、第一和第二減壓裝置、流分配器、噴射器和吸入側(cè)蒸發(fā)器。該壓縮 機(jī)抽取并壓縮制冷劑。該散熱器使從該壓縮機(jī)排出的制冷劑散熱。該第 一減壓裝置使該散熱器下游的制冷劑減壓。該流分配器將由該第一減壓 裝置減壓的制冷劑分為至少第一流和第二流。該噴射器包括噴嘴部和吸 入部，該噴嘴部抽取該第一流的制冷劑，且減壓并膨脹第一流的該制冷 劑，以產(chǎn)生制冷劑噴射流，吸入部通過來自該噴嘴部的制冷劑噴射流抽 取該第二流的制冷劑。該第二減壓裝置減壓第二流量的該制冷劑。該吸 入側(cè)蒸發(fā)器蒸發(fā)由該第二減壓裝置減壓的制冷劑并向該噴射器的該吸入 部排出蒸發(fā)的制冷劑。而且，配置該蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，使得該噴 嘴部入口處的制冷劑具有0.003和0.14之間的范圍內(nèi)的干度。
因此，由于噴嘴部入口處的制冷劑的干度被控制為最優(yōu)條件，到吸入側(cè)蒸發(fā)器和噴嘴部的制冷劑的分配比可被設(shè)為最優(yōu)比。因此，吸入側(cè) 蒸發(fā)器的容量和噴嘴效率都得到改善。照此，蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備的 COP改善了。


根據(jù)下文參照附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得更容易明白，在附圖中相同的部件由相同的標(biāo)記表示，且其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)圖； 圖2是示出根據(jù)該實(shí)施例的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備中的焓與壓力之 間關(guān)系的圖3是示出根據(jù)該實(shí)施例的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備的操作的圖4是示出根據(jù)該實(shí)施例的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備的制冷劑壓力與 COP改善效應(yīng)之間關(guān)系的圖5是示出根據(jù)該實(shí)施例的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備的噴射器的噴嘴 部入口處的制冷劑的干度與COP改善效應(yīng)之間關(guān)系的圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備的示意結(jié)構(gòu) 圖；及
圖7是示出圖6中示出蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備中的烚與壓力之間關(guān) 系的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至5描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖1示出本實(shí)施 例的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的例子。該冷凍循環(huán)設(shè)備10是包括噴射 器5的噴射器類型的冷凍循環(huán)設(shè)備，該噴射器5用作用于減壓制冷劑的 減壓裝置和用于傳輸該制冷劑的泵。例如，該冷凍循環(huán)設(shè)備10應(yīng)用于車 輛冷凍設(shè)備、車輛空調(diào)設(shè)備等。
通常該冷凍循環(huán)設(shè)備10包括壓縮機(jī)1、散熱器2、第一減壓裝置3、 噴射器5、流分配器6、第二減壓裝置4和吸入側(cè)蒸發(fā)器8。在圖l示出 的例子中，該冷凍循環(huán)設(shè)備10還包括排出側(cè)蒸發(fā)器7。該壓縮機(jī)l、散 熱器2、第一減壓裝置3、噴射器5、流分配器6和排出側(cè)蒸發(fā)器7(以下，稱為第一蒸發(fā)器7)連接成通過管道的環(huán)狀。
該流分配器6分配制冷劑，該制冷劑已經(jīng)通過第一減壓裝置3被減 壓成與噴射器5的噴嘴部5a相聯(lián)系的第一流和流經(jīng)支路9與噴射器5的 吸入部5b相聯(lián)系的第二流。即，該支路9從該流分配器6分叉并連接至 噴射器5的吸入部5b。該第二減壓裝置4和吸入側(cè)蒸發(fā)器8(以下，稱為 第二蒸發(fā)器8)位于該支路9上。
該壓縮機(jī)1抽取并壓縮制冷劑。壓縮機(jī)1向該散熱器2排出高壓制 冷劑。該壓縮機(jī)l由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)通過電磁離合器、皮帶輪和帶子驅(qū)動(dòng)。 該壓縮機(jī)1是任何類型的壓縮機(jī)，例如能夠依照排出能力(discharge capacity)的變化調(diào)節(jié)排出流量(discharge rate)的變流量類型(variable capacity-type)壓縮機(jī)、能夠依照其中的操作速率的變化即通過電磁離合器 的開和關(guān)操作調(diào)節(jié)排出流量的固定流量類型(fixed capacity-type)壓縮機(jī)、 能夠通過控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)排出流量的電動(dòng)壓縮機(jī)等。
該散熱器2相對(duì)于制冷劑的流向設(shè)置在該壓縮機(jī)1的下游。該散熱 器2在從該壓縮機(jī)1送出的高壓制冷劑和空氣之間進(jìn)行熱交換，從而使 制冷劑冷凝。例如，該空氣是從車輛車廂外抽取的、并由如送風(fēng)機(jī)(未示 出)強(qiáng)制施加到該散熱器2的外部空氣。
在此，該制冷劑不限于具體的制冷劑。例如，在本實(shí)施例中，該制 冷劑是R404A。在采用如R404A等氯氟甲烷基制冷劑的情況中，該冷凍 循環(huán)設(shè)備在高壓側(cè)的壓力不超過臨界壓力的亞臨界條件下工作。
因此，在該情形中，該散熱器2用作用于冷凝其中的制冷劑的冷凝 器。在采用二氧化碳作為制冷劑的情況中，該冷凍循環(huán)設(shè)備在高壓側(cè)的 壓力超過臨界壓力的超臨界條件下工作。在該情況中，在保持在超臨界 環(huán)境時(shí)該制冷劑放熱，且因此不被冷凝。
該第一減壓裝置3用作使己經(jīng)通過該散熱器2的高壓制冷劑減壓。 例如，該第一減壓裝置3是膨脹閥。
例如該膨脹閥3是溫度操作型，其中閥開啟度被控制，以將過熱度 調(diào)節(jié)至預(yù)定條件，該預(yù)定條件是基于該第一蒸發(fā)器7的出口處的制冷劑 的溫度。
可選擇地，該第一減壓裝置3可以是固定流量控制閥、其中變化地控制制冷劑流量速率的電動(dòng)控制流量控制閥等。
通過控制通過第一減壓裝置3的減壓速率，該高壓制冷劑被減壓成 氣液兩相狀態(tài)，并隨后引導(dǎo)至流分配器6。這里，該氣液兩相制冷劑依
照干度、速率等形成層流、線性流、渣流(slagflow)等。而且，該氣液兩 相制冷劑形成上下分離流，其中氣相制冷劑位于液相制冷劑之上。
該流分配器6是塊狀組件，如是立方形狀和長(zhǎng)方體形狀。該流分配 器6中形成有多個(gè)通道，并用來將經(jīng)過第一減壓裝置3的被減壓的制冷 劑以預(yù)定的速率分配為至少兩個(gè)流向。
該流分配器6至少具有與該第一減壓裝置3連接的第一通道、從該 第一通道分出的并連接到用于向第二蒸發(fā)器8引導(dǎo)制冷劑的支路9的第 二通道，及從該第一通道分出的并與該噴射器5的噴嘴部5a連接的第三 通道。第一至第三通道組成分配率調(diào)節(jié)部件。
第一至第三通道中的每個(gè)具有預(yù)定的形狀和通道面積(橫截面積)，并 位于預(yù)定位置，如預(yù)定高度。例如，第一至第三通道的通道面積滿足預(yù) 定的關(guān)系。因此，根據(jù)制冷劑的壓力條件確定通過每個(gè)通道的制冷劑的 流量、通過每個(gè)通道的液相制冷劑的體積等。而且，該流分配器6可提 供改變通過各個(gè)通道的制冷劑的流量的閥裝置。
該噴射器5用作用于減壓制冷劑的減壓裝置和用于通過由制冷劑噴 射流產(chǎn)生的汲取效應(yīng)(牽引效應(yīng))使該制冷劑循環(huán)的循環(huán)裝置。通常該噴射 器5具有噴嘴部5a、吸入部5b、混合部5c和擴(kuò)散部5d。
該噴嘴部5a與該流分配器6的第三通道連接。該噴嘴部5a抽取來 自該流分配器6的第一流量的制冷劑，并通過降低其中的通道面積以等 焓的方式減壓和膨脹該制冷劑。該吸入部5b被設(shè)置為與該噴嘴部5a噴 射口連接。該吸入部5b從第二蒸發(fā)器8抽取氣相制冷劑。
該混合部5c將從該噴嘴部5a的噴射口高速噴射的制冷劑與從該吸 入部5b抽取的制冷劑混合。該擴(kuò)散部5d設(shè)置在該混合部5c的下游。該 擴(kuò)散部5d被如此構(gòu)造，使得通道面積逐漸減小，以降低制冷劑的速率并 增加制冷劑的壓力。即，該擴(kuò)散部5d具有將制冷劑的速度能量轉(zhuǎn)換為壓 力能量的功能。因此，該擴(kuò)散部5d也可稱為加壓部。
因此，在該噴射器5中，壓力在噴嘴部5a處快速降低，并在噴嘴部
85a的出口處最低。由于在該噴嘴部5a減壓的制冷劑與吸入部5b抽取的 制冷劑在混合部5c中混合，因此壓力逐漸增加。隨后，由于速度的降低， 在該擴(kuò)散部5d中壓力增加。
該第一蒸發(fā)器7相對(duì)于制冷劑的流向設(shè)置在該擴(kuò)散部5d的下游。該 第一蒸發(fā)器7是在從噴射器5送出的制冷劑和空氣之間進(jìn)行熱交換的吸 熱裝置，其中該空氣被強(qiáng)制施加到該第一蒸發(fā)器7，從而由于制冷劑的 蒸發(fā)而實(shí)現(xiàn)吸熱效果。第一蒸發(fā)器7的排出側(cè)與該壓縮機(jī)1的吸收側(cè)連 接。
例如，該第二減壓裝置4由如螺旋小管之類的毛細(xì)管構(gòu)造。該第二 減壓裝置4設(shè)置在該支路9上。第二減壓裝置4用于減壓流進(jìn)第二蒸發(fā) 器8的制冷劑并控制該制冷劑的流量。代替毛細(xì)管，該第二減壓裝置4 可以是可變的減壓裝置，如電動(dòng)控制膨脹閥。
該第二蒸發(fā)器8相對(duì)于制冷劑的流向設(shè)置在第二減壓裝置4下游的 支路9上。與第一蒸發(fā)器7類似，第二蒸發(fā)器8是吸熱裝置。即該第二 蒸發(fā)器8通過蒸發(fā)制冷劑實(shí)現(xiàn)吸熱效果。
例如，該第二蒸發(fā)器8相對(duì)于空氣流向設(shè)置在該第一蒸發(fā)器7的下 游。因此，已經(jīng)通過該第一蒸發(fā)器7的空氣在通過第二蒸發(fā)器8時(shí)，通 過與流進(jìn)該第二蒸發(fā)器8內(nèi)部的制冷劑交換熱，而被進(jìn)一步冷卻。隨后， 該空氣被引導(dǎo)至預(yù)定的空間，如用于空氣調(diào)節(jié)操作。
可選擇地，可將該第一蒸發(fā)器7和第二蒸發(fā)器8設(shè)置為不同。例如， 通過吹風(fēng)機(jī)等，空氣可被分別施加至該第一蒸發(fā)器7和第二蒸發(fā)器8， 且空氣可被引導(dǎo)至不同的空間，以進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。
該第一蒸發(fā)器7和第二蒸發(fā)器8可相互分離地構(gòu)造?？蛇x擇地，該 第-一蒸發(fā)器7和該第二蒸發(fā)器8可相互彼此集成。在第一蒸發(fā)器7和該 第二蒸發(fā)器8可相互彼此集成的情況中，該第一蒸發(fā)器7和第二蒸發(fā)器 8可通過焊接相互聯(lián)接在一起。在該情況中，第一蒸發(fā)器7和第二蒸發(fā) 器8的組件例如由鋁制成。而且，該流分配器6、第二減壓裝置4和噴 射器5可相互集成為一個(gè)單元，且還固定至第一和第二蒸發(fā)器7、 8。
該蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備IO還可設(shè)置有內(nèi)部熱交換器，以在散熱器 2和第一減壓裝置3之間流動(dòng)的高壓制冷劑和將被抽至該壓縮機(jī)1的低壓制冷劑之間進(jìn)行熱交換。在該情況中，通過與該低壓制冷劑的熱交換，
在散熱器2和膨脹閥3之間流動(dòng)的高壓制冷劑被冷卻。照此，第一蒸發(fā) 器7和第二蒸發(fā)器8的入口制冷劑和出口制冷劑的焓差增加，且因此改 善冷卻能力。
例如，壓縮機(jī)1由控制單元(未示出)控制。該控制單元由包括CPU、 ROM、RAM等和外圍電路的微計(jì)算機(jī)組成。該控制單元根據(jù)存儲(chǔ)在ROM 中的控制程序執(zhí)行各種計(jì)算和處理，以控制包括該壓縮機(jī)的各種裝置的 工作。
該控制單元接收來自各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)和來自操作面板(未示 出)的各種操作信號(hào)。例如，該操作面板設(shè)置有用于設(shè)定被冷卻的空間的 冷卻溫度的溫度設(shè)定開關(guān)和用于產(chǎn)生壓縮機(jī)1的操作命令信號(hào)的空調(diào)設(shè) 備操作開關(guān)。
接下來，將參照?qǐng)D2描述蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的操作。圖2中， 點(diǎn)al至il對(duì)應(yīng)于圖1中的位置al至il。
當(dāng)根據(jù)從控制單元產(chǎn)生的信號(hào)電操作壓縮機(jī)1的電磁離合器時(shí)，電 磁離合器變?yōu)檫B接狀態(tài)，且驅(qū)動(dòng)力從車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)傳送至該壓縮機(jī)1。 當(dāng)該壓縮機(jī)1的工作開始時(shí)，氣相制冷劑被從第一蒸發(fā)器7抽進(jìn)壓縮機(jī) 1，并在該壓縮機(jī)l中被壓縮。高溫高壓制冷劑以流量G(二Gn + Ge)從壓 縮機(jī)1排向散熱器2。 (gl —al)
在該散熱器2中，經(jīng)由空氣的冷卻，該高溫高壓制冷劑被冷凝。(al —bl)
以速度G從散熱器2流出的該高壓液相制冷劑被由第一減壓裝置3 減壓并膨脹為預(yù)定的壓力。因此，產(chǎn)生氣液兩相制冷劑。在此，將第一 減壓裝置3入口處的制冷劑壓力定義為P0。
從第一減壓裝置3流出的氣液兩相制冷劑流進(jìn)流分配器6。在該流 分配器6中，氣液兩相制冷劑分離成以預(yù)定流量通過第三通道向噴射器 5的噴嘴部5a傳送(bl—cl)的第一流和通過第二通道向第二減壓裝置4 傳送(bl—hl)的第二流。在此，第一流的制冷劑的流量定義為Gn，且第 二流的制冷劑的流量定義為Ge。噴嘴部5a入口處的制冷劑壓力定義為P。
制冷劑以流量Gn從第一流流進(jìn)噴射器5的噴嘴部5a。在噴射器5中，以等焓的方式通過噴嘴部5a減壓并膨脹制冷劑。(cl—dl)。因此， 在噴嘴部5a的出口處，制冷劑壓力P降低為制冷劑壓力P2。即，在噴 嘴部5a中，制冷劑的壓力能量被轉(zhuǎn)化為速度能量，且因此該制冷劑從噴 嘴部5a的噴射口以高速被噴射。此時(shí)，通過由制冷劑的噴射流產(chǎn)生的汲 取效應(yīng)，流量Ge的氣相制冷劑被從第二蒸發(fā)器8抽取進(jìn)入吸入部5b。
從噴嘴部5a噴射的制冷劑和抽進(jìn)吸入部5b的制冷劑在混合部5c中 相互混合(dl—el， i1—el)，且隨后被引導(dǎo)進(jìn)入擴(kuò)散部5d。在擴(kuò)散部5d 中，由于通道面積逐漸增加，制冷劑的速度(膨脹)能量轉(zhuǎn)換為壓力能量。 因此，制冷劑的壓力增加(e1—fl)。
從擴(kuò)散部5d流出的制冷劑以速率G流進(jìn)第一蒸發(fā)器7。在第一蒸發(fā) 器7中，低溫低壓制冷劑在熱交換核心部通過吸收來自空氣的熱而被蒸 發(fā)(fl—gl)。低溫低壓制冷劑的壓力定義為P1。在第一蒸發(fā)器7中蒸發(fā) 的氣相制冷劑由壓縮機(jī)1抽取并再次被壓縮。
另一方面，第二流的制冷劑以速率Ge被引導(dǎo)進(jìn)支路9，并由第二減 壓裝置4減壓成低壓制冷劑(b1—hl)。隨后該低壓制冷劑被引導(dǎo)至第二蒸 發(fā)器8。在該第二蒸發(fā)器8中，通過吸收來自空氣的熱(h1 —il)，該低壓 制冷劑被蒸發(fā)，并變成氣相制冷劑。該氣相制冷劑以速率Ge被抽進(jìn)吸入 部5b。
因此，將流量Gn的制冷劑供給第一蒸發(fā)器7，且通過第二減壓裝置 4將流量Ge的制冷劑供給第二蒸發(fā)器8。因此，冷卻效果由第一和第二 蒸發(fā)器7， 8同時(shí)實(shí)現(xiàn)。
在本實(shí)施例中，該第一減壓裝置3、第二減壓裝置4和噴嘴部5a具 有預(yù)定的節(jié)流程度，使得第一減壓裝置3入口處的制冷劑壓力P0、噴嘴 部5a入口處的制冷劑壓力P和噴嘴部5a出口處的制冷劑壓力P2滿足下 列壓力關(guān)系(R1):
<formula>formula see original document page 11</formula>
艮P，如此構(gòu)造蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10，使得第一減壓裝置3入口 處的制冷劑壓力P0與噴嘴部5a入口處的制冷劑壓力P之間的壓力下降， 即壓力差等于一個(gè)值，該值通過將第一減壓裝置3入口處制冷劑壓力P0 與噴嘴部5a出口處的制冷劑壓力P2的差乘以一個(gè)至少為0.1且至多為0.6的值而獲得。
圖2中，AP表示由噴射器5 (如由擴(kuò)散部5d)產(chǎn)生的壓力增加。艮P， AP是流進(jìn)第一蒸發(fā)器7的制冷劑壓力Pl與流進(jìn)第二蒸發(fā)器8的制冷劑 蒸發(fā)壓力P2之間的壓力差(P1-P2)。因?yàn)樵搲嚎s機(jī)1的進(jìn)氣壓力由于由擴(kuò) 散部5d產(chǎn)生的壓力增加效應(yīng)而增加，可降低壓縮機(jī)l的驅(qū)動(dòng)力，其中該 壓力增加效應(yīng)由AP表示。結(jié)果，改善了蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的 COP。
如圖2所示，第二蒸發(fā)器8的制冷劑蒸發(fā)壓力P2低于第一蒸發(fā)器7 的制冷劑蒸發(fā)壓力P1。因此，第二蒸發(fā)器8的制冷劑蒸發(fā)溫度低于第一 蒸發(fā)器7的制冷劑蒸發(fā)溫度。
在第一蒸發(fā)器7相對(duì)于空氣流向設(shè)置在第二蒸發(fā)器8的下游的情況 中，能夠確保第一蒸發(fā)器7的制冷劑蒸發(fā)溫度與空氣之間的溫差、及第 二蒸發(fā)器8的制冷劑蒸發(fā)溫度與空氣之間的溫差。因此，第一和第二蒸 發(fā)器7、 8的冷卻性能都有效地改善了。
圖3示出流量控制裝置(如第一減壓裝置3、第二減壓裝置4和噴 嘴部5a)的入口和出口處的之間壓力差與各部分處的流量的關(guān)系。
如圖3所示，當(dāng)噴嘴部5a入口處的制冷劑壓力P降低時(shí)，即，當(dāng)?shù)?一減壓裝置3入口的制冷劑壓力P0與噴嘴部5a入口的制冷劑壓力P之 間的壓力差(PO-P)增加時(shí)，第一減壓裝置3的流量G增加。在該情況中， 噴嘴部5a和第二減壓裝置4中的每一個(gè)的入口和出口之間的壓力差降 低。照此，流量Gn、 Ge中的每一個(gè)降低。而且，噴嘴部5a入口處的制 冷劑壓力P確定為在第一減壓裝置3的流量G等于噴嘴部5a的流量Gn 和第二減壓裝置4的流量Ge之和處的壓力。
而且，基于依照噴嘴部5a入口和出口之間的壓力差的流量特性和第 二減壓裝置4a入口和出口之間的壓力差的流量特性確定流量Gn、 Ge之 比。而且，當(dāng)噴嘴部5a入口處的制冷劑壓力P降低時(shí)，在噴嘴部5a處 恢復(fù)的膨脹能量降低。照此，由噴射器5產(chǎn)生的壓力增加AP降低。
因此，考慮到蒸發(fā)器7、 8的性能和噴嘴效率，較佳是將流量Gn、 Ge之比設(shè)定為以下討論的優(yōu)化的比，且認(rèn)識(shí)到在噴嘴部5a的入口存在 制冷劑壓力的優(yōu)化條件。而且，認(rèn)識(shí)到當(dāng)滿足壓力關(guān)系(R1)時(shí)，噴嘴效率是足夠的，因?yàn)閲娮觳?a入口處的壓力條件處于優(yōu)化條件。而且，認(rèn) 識(shí)到在制冷劑流量比范圍內(nèi)，足以實(shí)現(xiàn)制冷能力(COP),其中該制冷劑流 量比范圍是當(dāng)滿足壓力關(guān)系(R1)時(shí)獲得的。該制冷劑流量比范圍對(duì)應(yīng)于 無量綱的流量比(Ge/(Ge + Gn))。
圖4示出壓力比(P0-P)/(P0-P2)與COP改善效果的關(guān)系。該壓力比 (P0-P)/(P0-P2)是噴嘴部5a入口處的制冷劑壓力P相對(duì)于第一減壓裝置3 入口處的制冷劑壓力P0的降低與噴嘴部5a出口處的制冷劑壓力P2相對(duì) 于第一減壓裝置3入口處的制冷劑壓力P0的降低之比。
這里，該COP改善效果是蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP相對(duì)于 膨脹閥循環(huán)設(shè)備的COP的改善。即該COP改善效果表示的值越高，與 膨脹閥循環(huán)設(shè)備的COP相比，該蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP改善 越多。該膨脹閥循環(huán)設(shè)備是由以閉合線路的形式順序連接壓縮機(jī)、散熱 器、膨脹閥和蒸發(fā)器而構(gòu)成的冷凍循環(huán)設(shè)備。
根據(jù)圖4的曲線圖，該COP改善效果在壓力比(P0-P)/(P0-P2)小和大 的區(qū)域低。此外，COP改善效果在上述區(qū)域之間的中間區(qū)域高。特別地， 當(dāng)壓力比(P0-P)/(P0-P2)在0.1至0.6的之間的范圍內(nèi)時(shí)，該COP改善效 果是穩(wěn)定的且處于最高水平。即，該壓力比(P0-P)/(P0-P2)在0.1至0.6的 之間的范圍是最優(yōu)的。
這基于下述原因。因?yàn)榈诙舭l(fā)器8的制冷劑蒸發(fā)溫度低于第一蒸 發(fā)器7的制冷劑蒸發(fā)溫度，通過增加通過第二蒸發(fā)器8的制冷劑的流量 Ge,整個(gè)冷凍循環(huán)設(shè)備的制冷能力Qer增加。因此，COP得到改善。然 而，當(dāng)流量Ge增加時(shí)，通過噴嘴部5a的制冷劑的流量Gn降低。結(jié)果， 由噴射器5產(chǎn)生的壓力增加AP降低。
因此，當(dāng)流量Ge急劇增加時(shí)，壓縮機(jī)1的驅(qū)動(dòng)力L也急劇增加。 結(jié)果，通過整個(gè)冷凍循環(huán)設(shè)備的制冷能力Qer與壓縮機(jī)1的驅(qū)動(dòng)力L之 比獲得的COP(Qer/L)降低。
根據(jù)圖3和4，發(fā)現(xiàn)當(dāng)滿足壓力關(guān)系(R1)時(shí)，與膨脹閥循環(huán)的COP 相比，冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP得到很大的改善。因此，確保COP處于 足夠的水平。
例如，通過構(gòu)造第一減壓裝置3、第二減壓裝置4和噴射器5，使它
13們分別具有預(yù)定的節(jié)流程度，實(shí)現(xiàn)壓力關(guān)系(R1)。
當(dāng)滿足壓力關(guān)系(R1)時(shí)，噴嘴部5a入口處的制冷劑控制在預(yù)定的壓 力條件下。因此，充分地確保COP。
圖5是示出噴嘴部5a入口處的制冷劑的干度X與該蒸汽壓縮冷凍循 環(huán)設(shè)備10的COP改善效果之間的關(guān)系的圖。
干度X是噴嘴部5a入口處的lkg濕蒸汽制冷劑中的蒸汽比。即，干 度X意味著制冷劑包含Xkg干飽和的蒸汽和(l-X)kg的飽和液體。在這 里，與圖4類似，COP改善效果意味著蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP 相對(duì)于膨脹閥循環(huán)設(shè)備的COP的改善。即，COP改善效果值越高，與膨 脹閥循環(huán)設(shè)備的COP相比，蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP的改善越 多。
根據(jù)圖5，在干度X小和大的區(qū)域，COP改善效果低。在中間區(qū)域 COP改善效果高。特別地，在干度X至少為0.003且至多為0.14的區(qū)域， COP改善效果穩(wěn)定且處于最大水平。即，干度X在0.003和0.14之間的 范圍內(nèi)是最優(yōu)的。而且，認(rèn)識(shí)到與圖3類似，當(dāng)干度X在0.003和0.14 之間的范圍內(nèi)時(shí)，可充分地確保噴嘴效率。然而在該情況中，噴嘴效率 在鄰近0.003的一側(cè)具有峰值。
因此，在噴嘴部5a入口處的制冷劑具有0.003和0.14之間的范圍內(nèi) 的干度X的情形中，與圖3類似，依照噴嘴部5a和第二減壓裝置4的流 量特性，噴嘴部5a入口的制冷劑壓力可保持為優(yōu)化狀態(tài)。因此，確保蒸 發(fā)器7、 8的制冷能力和由噴射器5產(chǎn)生的壓力增加AP處于平衡條件。 照此，與膨脹閥循環(huán)設(shè)備相比，充分地增加蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10的 COP。
例如，通過將第二減壓裝置4和噴射器5的節(jié)流程度設(shè)定為預(yù)定的 程度，能夠?qū)娮觳?a入口處的制冷劑的干度X控制在0.003和0.14 之間的范圍內(nèi)。即，通過將第二減壓裝置4和噴射器5的節(jié)流程度設(shè)定 為預(yù)定的程度，能夠?qū)娮觳?a入口處的制冷劑控制為預(yù)定條件，如等 于圖3示出的條件。因此，冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP改善了。
因此，在一個(gè)例子中，如此構(gòu)造蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10，使得第 一減壓裝置3入口處的制冷劑壓力P0與噴嘴部5a入口處的制冷劑壓力P之間的差(PO-P)等于一個(gè)值，該值是通過將制冷劑壓力P0與噴嘴部5a 出口處的制冷劑壓力P2之間的差(P0-P2)乘以一個(gè)至少為0.1且至多為 0.6的值而獲得的。例如，通過將第一減壓裝置3、第二減壓裝置4和噴 嘴部5a中的至少一個(gè)的節(jié)流程度中設(shè)定為預(yù)定的程度，可實(shí)現(xiàn)上述壓力 關(guān)系(R1)。
在該情況中，由于噴嘴部5a入口處的壓力減少可處于最優(yōu)狀態(tài)，到 第二蒸發(fā)器8和噴嘴部5a的制冷劑的分配比變?yōu)樽顑?yōu)狀態(tài)。因此，能夠 確保蒸發(fā)器7、 8的性能和噴射器5的效率，如噴嘴效率和噴射器效率。 因此，與膨脹閥循環(huán)設(shè)備相比，冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP改善了。
此外，上述例子可以應(yīng)用到至少包括壓縮機(jī)l、散熱器2、第一減壓 裝置3、流分配器6、噴射器5、第二減壓裝置4和吸入側(cè)蒸發(fā)器8的蒸 汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備。S卩，即使在不具有第一蒸發(fā)器7的蒸汽壓縮冷凍 循環(huán)設(shè)備中，也能夠構(gòu)造為具有該壓力關(guān)系(R1)。同樣在該蒸汽壓縮冷 凍循環(huán)設(shè)備中，可實(shí)現(xiàn)類似的效果。
作為另一例子，如此構(gòu)造蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10，使得噴嘴部5a 入口處的制冷劑的干度X在0.003和0.14之間的范圍內(nèi)。通過將第一減 壓裝置3、第二減壓裝置4和噴嘴部5a中的至少一個(gè)的節(jié)流程度中設(shè)定 為預(yù)定的程度，可實(shí)現(xiàn)0.003和0.14之間的范圍內(nèi)的干度X。
在這種情況中，由于噴嘴部5a入口處的制冷劑的干度能夠處于最優(yōu) 狀態(tài)，到第二蒸發(fā)器8和噴嘴部5a的制冷劑的分配比變?yōu)樽顑?yōu)比。因此， 能夠確保蒸發(fā)器7、 8的性能和噴射器5的效率，如噴嘴效率和噴射器效 率。因此，與膨脹閥循環(huán)設(shè)備相比，冷凍循環(huán)設(shè)備10的COP改善了。
此外，上述例子可以應(yīng)用到至少包括壓縮機(jī)l、散熱器2、第一減壓 裝置3、流分配器6、噴射器5、第二減壓裝置4和吸入側(cè)蒸發(fā)器8的蒸 汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備。即，即使在不具有第一蒸發(fā)器7的蒸汽壓縮冷凍 循環(huán)設(shè)備中，也能夠構(gòu)造使得制冷劑在噴嘴部5a入口處具有上述范圍的 干度X。同樣在該蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備中，可實(shí)現(xiàn)類似的效果。
作為其它的另一例子，可如此構(gòu)造蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10，使得 第一減壓裝置3入口處的制冷劑壓力PO與噴嘴部5a入口處的制冷劑壓 力P之間的對(duì)PO-P)等于一個(gè)值，該值通過將制冷劑壓力PO與噴嘴部5a出口處的制冷劑壓力P2之間的差(P0-P2)乘以一個(gè)至少為0.1且至多為 0.6的值而獲得的，且使得噴嘴部5a入口處的制冷劑的干度在0.003和 0.14之間的范圍內(nèi)。
在這樣的情況中，制冷劑壓力的減少和制冷劑干度能夠處于最優(yōu)條 件。因此，能夠操作該蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10，同時(shí)合適地保持壓力 和烚。因此，蒸發(fā)器7、 8的性能和噴射器5的效率進(jìn)一步改善，且COP 進(jìn)一步改善。
在上述例子中，通過流分配器6分配比調(diào)節(jié)工具，能夠調(diào)節(jié)噴嘴部 5a入口處的制冷劑的干度X。在該情況中，流向噴嘴部5a的液相制冷劑 與氣相制冷劑的混合比被控制。因此，能夠更加精確地調(diào)節(jié)干度X。
(其它實(shí)施例)
可如下進(jìn)一步修改蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10。
并不總是需要具有排出側(cè)蒸發(fā)器7。例如，如圖6所示，可排除排 出側(cè)蒸發(fā)器7，并可增加內(nèi)部熱交換器70，該內(nèi)部熱交換器70在從散熱 器2排出的高壓制冷劑與從噴射器5排出的低壓制冷劑之間進(jìn)行熱交換。
在該情況中，如圖7所示，從噴射器5排出的低壓制冷劑的焓可從 點(diǎn)fl增加至點(diǎn)gl，且流進(jìn)吸入側(cè)蒸發(fā)器8的制冷劑的焓可從點(diǎn)bl降至 b'l。結(jié)果，吸入側(cè)蒸發(fā)器8的容量增加。同樣在該情況中，可構(gòu)造該冷 凍循環(huán)設(shè)備，以滿足壓力關(guān)系(R1)和上述干度X的優(yōu)化范圍中的一個(gè)或 二者。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)類似的效果。
此外，可排除排出側(cè)蒸發(fā)器7，且可增加冷凍壓縮機(jī)(accumulator)， 該冷凍壓縮機(jī)作為用于將從噴射器5排出的制冷劑分離為氣相制冷劑和 液相制冷劑的低壓側(cè)氣液分離裝置。也在該情況中，可構(gòu)造該冷凍循環(huán) 設(shè)備，以滿足壓力關(guān)系(R1)和上述干度X的優(yōu)化范圍中的一個(gè)或二者。 因此，能夠?qū)崿F(xiàn)類似的效果。
在上文中討論的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備10能夠應(yīng)用到如用于熱水 供給裝置或室內(nèi)空調(diào)設(shè)備的熱泵循環(huán)，且能夠安裝在如汽車之類的移動(dòng) 設(shè)備中，或安裝在固定在預(yù)定位置的固定設(shè)備中。
制冷劑不限于R404制冷劑。該制冷劑可以是任何其它類型，如氯氟 甲垸基制冷劑、HC基制冷劑或二氧化碳制冷劑等，且能夠用于超臨界循環(huán)或亞臨界循環(huán)中。即使采用除R404之外的制冷劑時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)類似 的效果。
代替將第一減壓裝置3、第二減壓裝置4和噴射器5中的至少一個(gè) 的節(jié)流程度設(shè)定為預(yù)定的程度，可通過各種方式實(shí)現(xiàn)壓力關(guān)系(R1)。例 如，代替固定的噴嘴部5a，噴射器5具有流量變化的噴嘴部，在該流量 變化的噴嘴部中，噴嘴部的節(jié)流程度根據(jù)閥桿的運(yùn)動(dòng)而變化。在這樣的 情況中，通過調(diào)節(jié)噴嘴部的節(jié)流程度，能夠滿足壓力關(guān)系(RI)。作為另一 例子，代替毛細(xì)管4，第二減壓裝置4可由如電動(dòng)控制膨脹閥之類的流 量控制可變類型的減壓裝置組成。在這樣的情況中，通過調(diào)節(jié)第二減壓 裝置4的節(jié)流程度，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力關(guān)系(R1)。流量控制可變類型的減壓 裝置的工作例如可由控制單元控制。
流分配器6不限于其中具有通道的塊狀組件，也可由任何其它類型 分配器構(gòu)成。例如，流分配器6可由具有分支通道的分淋管(manifoldpipe) 構(gòu)成。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，將容易想到其他的優(yōu)點(diǎn)和修改。在其較寬 的方面，本發(fā)明并不因此限于所示出和所描述的具體細(xì)節(jié)、典型的設(shè)備 和說明性的例子。
權(quán)利要求
1. 一種蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，包括壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)抽取并壓縮制冷劑；散熱器，該散熱器散發(fā)從該壓縮機(jī)排出的制冷劑的熱量；第一減壓裝置，該第一減壓裝置使該散熱器下游的制冷劑減壓；流分配器，該流分配器將由該第一減壓裝置減壓的制冷劑分為至少第一流和第二流；噴射器，該噴射器包括噴嘴部和吸入部，該噴嘴部抽取該第一流的制冷劑，且減壓并膨脹第一流的制冷劑，以產(chǎn)生制冷劑噴射流，吸入部通過來自該噴嘴部的制冷劑噴射流抽取該第二流的制冷劑；第二減壓裝置，該第二減壓裝置減壓第二流的制冷劑；及吸入側(cè)蒸發(fā)器，該吸入側(cè)蒸發(fā)器蒸發(fā)由該第二減壓裝置減壓的制冷劑并向該噴射器的該吸入部排出蒸發(fā)的制冷劑，其中配置該第一減壓裝置的入口處的制冷劑壓力(P0)、該噴嘴部的入口處的制冷劑壓力(P)、該噴嘴部的出口處的制冷劑壓力(P2)滿足0.1×(P0-P2)≤(P0-P)≤0.6×(P0-P2)的壓力關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，其中 配置該噴嘴部的入口處的制冷劑具有0.003和0.14之間的范圍內(nèi)的干度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，其中 通過調(diào)節(jié)該第一減壓裝置、該第二減壓裝置和該噴射器的該噴嘴部中的至少一個(gè)的節(jié)流程度實(shí)現(xiàn)該壓力關(guān)系。
4. 一種蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，包括 壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)抽取并壓縮制冷劑；散熱器，該散熱器散發(fā)從該壓縮機(jī)排出的制冷劑的熱量； 第一減壓裝置，該第一減壓裝置使該散熱器下游的制冷劑減壓； 流分配器，該流分配器將由該第一減壓裝置減壓的制冷劑分為至少 第一流和第二流；噴射器，該噴射器包括噴嘴部和吸入部，該噴嘴部抽取該第一流的制冷劑，且減壓并膨脹第一流的該制冷劑，以產(chǎn)生制冷劑噴射流，吸入 部通過來自該噴嘴部的制冷劑噴射流抽取該第二流的制冷劑；第二減壓裝置，該第二減壓裝置減壓第二流的制冷劑；及 吸入側(cè)蒸發(fā)器，該吸入側(cè)蒸發(fā)器蒸發(fā)由該第二減壓裝置減壓的制冷劑并向該噴射器的該吸入部排出蒸發(fā)的制冷劑，其中配置該噴嘴部的入口處的制冷劑具有0.003和0.14之間的范圍內(nèi)的干度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，其中 該流分配器具有分配率調(diào)節(jié)部件，該分配率調(diào)節(jié)部件調(diào)節(jié)所述第一和第二流的流量，并調(diào)節(jié)制冷劑的干度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，還包括 排出側(cè)蒸發(fā)器，該排出側(cè)蒸發(fā)器蒸發(fā)從該噴射器排出的制冷劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，還包括 內(nèi)部熱交換器，該內(nèi)部熱交換器在從該散熱器排出的制冷劑與從該噴射器排出的制冷劑之間進(jìn)行熱交換。
全文摘要
一種蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備包括壓縮機(jī)、散熱器、第一減壓裝置、第二減壓裝置、流分配器、噴射器和吸入側(cè)蒸發(fā)器。如此配置蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，使得第一減壓裝置入口處的制冷劑壓力(P0)、噴射器的噴嘴部入口處的制冷劑壓力(P)、噴嘴部出口處的制冷劑壓力(P2)滿足0.1×(P0-P2)≤(P0-P)≤0.6×(P0-P2)的壓力關(guān)系。作為該壓力關(guān)系的替換或者除該壓力關(guān)系之外，如此配置蒸汽壓縮冷凍循環(huán)設(shè)備，使得該噴嘴部入口處的制冷劑的干度在0.003和0.14之間的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F25B41/00GK101532740SQ20091012742
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者五丁美歌, 尾形豪太, 山田悅久, 松井秀也, 西島春幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝