一种应用于冰箱的涡流制冷装置、冰箱及其使用方法与流程

1.本发明涉及冰箱制冷领域，具体涉及一种应用于冰箱的涡流制冷装置、冰箱及其使用方法。


背景技术：

2.冰箱制冷系统，是由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换，实现制冷。
3.液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过压缩、冷凝、节流、蒸发四个基本过程完成一个制冷循环。
4.单级压缩制冷循环中为了制取更低的温度必然要求降低蒸发温度，蒸发温度的降低导致蒸发压力p0下降，冷凝压力pk由冷凝温度决定(假设蒸发压力用p0表示，冷凝压力用pk表示)，冷凝温度受冷却介质温度的限制，变化范围有限。蒸发温度过低将导致压力比pk/p0过高，压力比增加导致单位制冷量下降。
5.当前制冷系统中制冷剂经过毛细管节流降压后直接输送到蒸发器管道中，制冷剂在蒸发器管道中气化吸热从而实现间室制冷，蒸发温度高低依赖于回气压力大小，即蒸发器温度由压缩机性能决定，当需要进一步降低蒸发器温度时，只能通过更换更低背压的压缩机，或者调整制冷剂循环量来实现。前者匹配压缩机工作复杂，后者会引起制冷系统效率变低或者制冷量变小的问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于冰箱的涡流制冷装置、冰箱及其使用方法，基于该涡流制冷装置，制冷剂作涡流状流动且分为内外两层，外层制冷剂由于动能大且不停地与管壁摩擦故温度较高，将外层制冷剂从热端输出到压缩机；内层制冷剂动能小、温度低，从冷端输出口流入蒸发器用于间室制冷。制冷剂温度越低，在蒸发器中气化过程则吸收的热量越多，间室温度随之下降，拉温效果更好。
7.采用的技术方案为：
8.一种用于冰箱的涡流制冷装置，其特征在于：该涡流制冷装置包括输入口、输出口、涡流室和涡流生成器；
9.该涡流制冷装置内部包围形成圆柱形的涡流室，在所述涡流室内形成一段涡流管道，所述涡流室一端是冷端出口，另一端是涡流室的热端出口；
10.所述输入口位于涡流室的上端靠近所述冷端出口的一侧，制冷剂的输入管道连接至所述输入口，将制冷剂输送至涡流室内，所述涡流生成器安装于涡流室内靠近所述冷端
出口的一侧，涡流生成器是圆环结构，其圆周外径与涡流室的内径相适配，涡流生成器的圆周外径与内径之间的环壁上设有沿环壁螺旋延伸的螺旋管道，所述螺旋管道由靠近冷端出口的一侧向热端出口方向延伸的同时管道逐渐向外径方向由深变浅，螺旋管道最深端口处正对输入口，螺旋管道的宽度与输入口的宽度相适配；在涡流生成器朝向所述热端出口的端面上设有数个倾斜的角切口，角切口从圆周外径端向内径倾斜延伸但并不通向其内径，而是形成了涡流生成器内径的切线；所述螺旋管道与各角切口相通，各角切口在外径与内径之间的环壁上不相通。
11.优选的，所述涡流室的热端出口是中间封闭、外圈开放的出口，中间的封闭部位是与涡流生成器的内径大小相同的圆形壁板，所述圆形壁板与涡流室外壁板中间通过数条连接片固定。
12.优选的，所述涡流室的热端出口连通该涡流制冷装置的热端输出口，所述热端输出口通过压缩机连接冷凝器管道。
13.优选的，所述涡流室的冷端出口是与所述涡流生成器内径相同大小的圆形出口。
14.优选的，所述涡流室的冷端出口连通该涡流制冷装置的冷端输出口，所述冷端输出口连接蒸发器管道。
15.优选的，制冷剂输送至该涡流制冷装置输入口的一段输入管道是毛细管，毛细管的出口与该涡流制冷装置的输入口相连接，制冷剂经过毛细管输送至输入口进入所述涡流室。
16.一种冰箱，使用上述的一种应用于冰箱的涡流制冷装置，包括控制器，其特征在于：冷凝器管道的一端连接电磁阀，电磁阀的另一端连接一段毛细管，毛细管连接该涡流制冷装置的输入口，该涡流制冷装置的冷端输出口连接蒸发器管道，蒸发器管道另一端连接压缩机，然后再回到冷凝器管道；该涡流制冷装置的热端输出口也直接连接压缩机，然后回到冷凝器管道；控制器可以设置循环制冷的时间和频次，电磁阀可以接收控制器的指令，自动完成制冷剂的循环制冷。
17.一种上述冰箱的使用方法，其特征在于：
18.制冷剂经过毛细管节流降压后流速增大，该涡流制冷装置输入口制冷剂温度记为t0，涡流室热端出口制冷剂的温度记为t1，冷端出口制冷剂的温度记为t2，从热端流出的制冷剂输送回压缩机，冷端流出的制冷剂传输到蒸发器管道中；
19.制冷剂从冷凝器管道中出来，通过电磁阀，然后经过毛细管节流降压后变成低温低压的液体，从该涡流制冷装置的输入口流入所述涡流室，沿着管道逐渐变浅的螺旋管道加速经过角切口从切线方向射入涡流室的管道，形成自由涡流，自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大，由于角速度不同，在环形流体的层与层之间产生摩擦，内层制冷剂具有较低的温度；外层流体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得制冷剂具有较高的温度；外层制冷剂在涡流室内输送到热端时直接从所述热端出口的外圈输出，通过该涡流制冷装置的热端输出口进入压缩机中，再回到冷凝器管道；内层的制冷剂同外层制冷剂一起输送到涡流室热端，遇到热端出口中间的圆形壁板阻挡后开始反方向传输，最终从涡流室冷端出口输出，通过该涡流制冷装置的冷端输出口进入蒸发器管道，制冷完成后再从蒸发器管道的另一端进入压缩机中，再回到冷凝器管道中。
20.优选的，各端口温度大小关系为t1＞t0＞t2。
21.与现有技术相比，本发明的优点在于：
22.本发明提供了一种应用于冰箱的涡流制冷装置，该机械装置使得制冷剂作涡流状在涡流室流动，由于制冷剂所具有的动能不同故内外层温度不同，将温度高的外层制冷剂从热端输出回到压缩机，温度低的内层制冷剂从冷端输出口输送到蒸发器管道中，此时蒸发器管道中制冷剂温度低于原系统制冷剂温度，间室拉温更低，且更加节能。
附图说明
23.图1为本发明的一种应用于冰箱的涡流制冷装置的右视半切图；
24.图2为本发明的一种应用于冰箱的涡流制冷装置的左视半切图；
25.图3为本发明的一种应用于冰箱的涡流制冷装置的正视半切图；
26.图4为本发明的冰箱制冷系统循环图；
27.图5为本发明的制冷剂在涡流制冷装置的涡流室的流向图。
28.图中，1-涡流室，2-输入口，3-涡流生成器，5-螺旋管道，6-角切口，7-热端出口，8-冷端出口，9-圆形壁板，10-连接片，11-热端输出口，12-冷端输出口。
具体实施方式
29.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域的技术人员来说，附图中的某些公知结构及其说明可能省略；术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“侧”、“端”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.也应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
31.下面结合附图做详细说明。
32.如图1、图2所示，一种用于冰箱的涡流制冷装置，其特征在于：该涡流制冷装置包括输入口2、输出口、涡流室1和涡流生成器3；
33.该涡流制冷装置内部包围形成圆柱形的涡流室1，在所述涡流室1内形成一段涡流管道，所述涡流室1一端是冷端出口8，另一端是热端出口7；
34.所述输入口2位于涡流室1的上端靠近所述冷端出口8的一侧，制冷剂的输入管道连接至所述输入口2，将制冷剂输送至涡流室1内，所述涡流生成器3安装于涡流室1内靠近所述冷端出口8的一侧，涡流生成器3是圆环结构，其圆周外径与涡流室1的内径相适配，涡流生成器3的圆周外径与内径之间的环壁上设有沿环壁螺旋延伸的螺旋管道5，所述螺旋管道5由靠近冷端出口8的一侧向热端出口7方向延伸的同时管道逐渐向外径方向由深变浅，螺旋管道5最深端口处正对输入口2，螺旋管道5的宽度与输入口2的宽度相适配；在涡流生成器3朝向所述热端出口7的端面上设有数个倾斜的角切口6，角切口6从涡流生成器3圆周外径端向内径倾斜延伸但并不通向其内径，而是形成了涡流生成器内径的切线；所述螺旋管道5与各角切口相通，各角切口6在外径与内径之间的环壁上不相通。
35.制冷剂从输入口2进入涡流室1中，由于输入口2正对涡流生成器3的螺旋管道5，制
冷剂高速流入之后，沿着螺旋管道5进入涡流室1的涡流管道外层，从各角切口6进入涡流管道的内层，形成内外两层制冷剂。
36.该涡流制冷装置是卧式的圆柱形结构，大小根据实际需要设置，在外壁的包裹下其内形成涡流室1，而涡流生成器3在涡流室1靠近冷端出口8的一侧，涡流生成器3的外径与涡流室1的内径是密切贴合的，从输入口2输入的制冷剂只能沿着涡流生成器3环壁上设置的螺旋管道流动，从角切口6射入涡流室的涡流管道，形成内外层制冷剂。涡流生成器3的环壁的宽度或者说是其圆环的高度可根据实际需要加工定制。
37.所述涡流室1的热端出口7是中间封闭、外圈开放的出口，中间的封闭部位是与涡流生成器3的内径大小相同的圆形壁板9，所述圆形壁板8与涡流室1外壁板中间通过数条连接片10固定。
38.如图3所示，所述涡流室1的热端出口7连通该涡流制冷装置的热端输出口11，所述热端输出口11通过压缩机连接冷凝器管道。
39.所述涡流室1的冷端出口8是与所述涡流生成器3内径相同大小的圆形出口。
40.所述涡流室1的冷端出口8连通该涡流制冷装置的冷端输出口12，所述冷端输出口12连接蒸发器管道。
41.制冷剂输送至该涡流制冷装置输入口2的一段输入管道是毛细管，毛细管的出口与该涡流制冷装置的输入口2相连接，制冷剂经过毛细管输送至输入口2进入所述涡流室1。制冷剂经过毛细管节流降压后流速增大，高速的制冷剂输送到该涡流制冷装置中可提高其工作效率，因此，该涡流制冷装置适宜安装在毛细管和蒸发器之间。
42.如图4所示，一种冰箱，使用上述的一种应用于冰箱的涡流制冷装置，包括控制器，其特征在于：冷凝器管道的一端连接电磁阀，电磁阀的另一端连接一段毛细管，毛细管连接该涡流制冷装置的输入口，该涡流制冷装置的冷端输出口连接蒸发器管道，蒸发器管道另一端连接压缩机，然后再回到冷凝器管道；该涡流制冷装置的热端输出口也直接连接压缩机，然后回到冷凝器管道；控制器可以设置循环制冷的时间和频次，电磁阀可以接收控制器的指令，自动完成制冷剂的循环制冷。
43.一种上述冰箱的使用方法，其特征在于：
44.制冷剂经过毛细管节流降压后流速增大，该涡流制冷装置输入口制冷剂温度记为t0，涡流室热端出口制冷剂的温度记为t1，冷端出口制冷剂的温度记为t2，从热端流出的制冷剂输送回压缩机，冷端流出的制冷剂传输到蒸发器管道中；
45.制冷剂从冷凝器管道中出来，通过电磁阀，然后经过毛细管节流降压后变成低温低压的液体，从该涡流制冷装置的输入口2流入所述涡流室1，沿着管道逐渐变浅的螺旋管道5加速经过角切口6从切线方向射入涡流室1的管道，形成自由涡流，自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大，由于角速度不同，在环形流体的层与层之间产生摩擦，内层制冷剂具有较低的温度；外层流体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得制冷剂具有较高的温度；外层制冷剂在涡流室1内输送到热端时直接从所述热端出口7的外圈输出，通过该涡流制冷装置的热端输出口11进入压缩机中，再回到冷凝器管道；内层的制冷剂同外层制冷剂一起输送到涡流室1热端，遇到热端出口7中间的圆形壁板9阻挡后开始反方向传输，最终从涡流室1冷端出口8输出，通过该涡流制冷装置的冷端输出口12进入蒸发器管道，制冷完成后再从蒸发器管道的另一端进入压缩机中，再回到冷凝器管道中。
46.如图5所示，标示出了涡流室内制冷剂的流向，制冷剂高速流入涡流室1之后，沿着螺旋管道5进入涡流室1的涡流管道外层，从各角切口6进入涡流管道的内层，形成内外两层制冷剂。其中a点所在位置为制冷剂从涡流制冷装置输入口2的输入端口，b点所在位置为热端制冷剂输出口，c点所在位置为冷端制冷剂输出口，箭头指示为该位置制冷剂流向。
47.各端口温度大小关系为t1＞t0＞t2。相比现有冰箱的制冷系统，增加涡流制冷装置后进入蒸发器管道中的制冷剂温度更低，制冷剂气化过程需要吸收的热量就更多，对应间室拉温更低。而温度较高的制冷剂直接回到压缩机中，不必经过蒸发器管道。
48.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，或者根据图示进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
50.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
51.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。