专利名称：致冷剂循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种致冷剂循环装置，更具体地，涉及一种二氧化碳用作 致冷剂的致冷剂循环装置。
背景技术：
传统的致冷剂循环装置包括构成为使得压缩机、气体冷却器、减压装 置(例如，膨胀阀)以及蒸发器以封闭环彼此顺序管连接的致冷剂循环。氟利昂(Freon) (Rll、 R12、 R134a等)已经普遍用作致冷剂循环装 置的致冷剂。然而，因为氟利昂排出到大气中造成全球变暖、臭氧层破裂 等问题，所以已经研究关于利用对环境具有很少影响的自然致冷剂(例如， 氧气(02)、 二氧化碳(C02)、碳氢化合物(HC)、氨(NH3)或水(H20))作为致冷剂。在以上的自然致冷剂中，因为氧气和水具有较低的压力，所以很难用 这些化合物作为致冷剂。因为氨和碳氢化合物可燃烧，所以这些材料很难 控制。因此，已经研制出利用其中将二氧化碳(C02)用作致冷剂且高压 侧设定为超临界压力的跨临界循环的装置。跨临界循环装置构成为使得收集器(accumulator)安装到蒸发器的出 口和压縮机的吸入口之间的低压侧，以防止液体致冷剂流入压縮机，而液 体致冷剂积聚在收集器中，使得只有气体致冷剂被吸入到压缩机中。然而，传统的致冷剂循环装置具有的问题是使得由于收集器的安装造 成致冷剂的装填量增加且致冷剂循环装置无法制造得紧凑。为了解决以上问题，韩国专利公开出版物第2006-0041722号公开了一 种能够防止由于液体压缩损坏压縮机的致冷剂循环装置，而不用安装收集 器。以上公开的致冷剂循环装置为跨临界循环装置，其中压缩机、气体冷却器、减压装置以及蒸发器彼此以封闭环连接，二氧化碳用作致冷剂，而 高压侧设定为超临界压力。所公开的致冷剂循环装置包括使从气体冷却器 排出的致冷剂与从蒸发器排出的致冷剂进行热交换的内部热交换器。内部 热交换器包括使从气体冷却器排出的致冷剂流动通过的高压侧通道、以及 使从蒸发器排出的致冷剂流动通过的低压侧通道。高压侧通道和低压侧通 道布置为彼此进行热交换。高压侧通道中的致冷剂从下向上流动，而低压 侧通道中的致冷剂从上向下流动。通过使高压侧通道中的致冷剂从下向上流动、而低压侧通道中的致冷 剂从上向下流动，使剩余的致冷剂积聚在高压侧通道中，并减少流入到低 压侧通道中的剩余致冷剂的量。因此，以上公开的致冷剂循环装置显示了 可防止液体致冷剂流入到压缩机中一定程度的效果。然而，如果因为蒸发 器周围的温度低，大量的剩余液体致冷剂包含在流过蒸发器的致冷剂中， 则通过该结构不能完全防止液体致冷剂流到压缩机中，使得来自蒸发器的 致冷剂在低压侧通道中从上向下流动。另外，因为高压侧通道中的致冷剂从下向上流动，所以流到膨胀阀的液体致冷剂蒸发并产生闪蒸气体(flash gas)，所述闪蒸气体将造成膨胀阀的性能变差。此外，因为内部热交换器的第一致冷剂管和第二致冷剂管彼此分隔 开，因此当致冷剂流过内部热交换器时，或者当传送由压縮机的操作造成 的振动时，内部热交换器的第一致冷剂管振动而与第二致冷剂管接触，从 而产生噪声。如果第一和第二致冷剂管由于连续接触而磨损，则致冷剂循 环装置的操作可靠性变差。再进一步，当蒸发器的出口处的致冷剂的温度升高时，为了实现充分 的热交换效果，应该增加内部热交换器的热交换面积。为了实现这种需求， 应该增加套管式内部热交换器的长度，从而导致内部热交换器的成本增 加。由于不充分的热交换，在改进致冷循环的性能上还具有限制。发明内容因此，本发明的一个方面是提供一种可以防止液体致冷剂流入压縮机 且可以紧凑地制造的致冷剂循环装置。本发明的另一个方面是提供一种利用二氧化碳作为致冷剂的致冷剂 循环装置，所述致冷剂循环装置可以降低噪声并提高可靠性。本发明的再一个方面是提供一种可以提高热交换效率的致冷剂循环 装置。本发明的其它方面和/或优点将部分通过以下说明阐述，将通过该说明 部分地清楚呈现，或者可以通过本发明的实施获悉。本发明的前述和/或其它方面通过提供一种致冷剂循环装置实现，所述致冷剂循环装置包括压缩机；气体冷却器；减压装置；蒸发器，压缩 机、气体冷却器、减压装置和蒸发器流体连通以形成封闭环；以及热交换 器，所述热交换器使从气体冷却器排出的致冷剂与从蒸发器排出的致冷剂 进行热交换。热交换器包括连接到气体冷却器的出口并容纳从气体冷却器 排出的致冷剂的第一通道、以及连接到蒸发器的出口并容纳从蒸发器排出 的致冷剂的第二通道。第一通道中的致冷剂向下流动，而第二通道中的致 冷剂向上流动。蒸发器的出口可以设置在比第二通道的入口高的位置处。蒸发器的出口可以通过向下倾斜的致冷剂管连接到第二通道的入口。热交换器可以形成为包括第一致冷剂管和环绕第一致冷剂管的第二 致冷剂管的套管类型。第一通道可以形成于第一致冷剂管中，第二通道可以形成于第一致冷 剂管和第二致冷剂管之间。热交换器可以形成有在其之间具有预定间隔的弯曲部分，弯曲部分可 以形成有在第一致冷剂管和第二致冷剂管之间的接触部分。热交换器可以具有基本呈矩形的螺旋形状，接触部分可以形成于热交 换器的边缘部分处以防止第一致冷剂管和第二致冷剂管相对运动。致冷剂循环装置可以使用二氧化碳作为致冷剂。致冷剂循环装置可以进一步包括设置在第二通道中以改变致冷剂的 流量的节流孔。节流孔可以设置在第二通道的入口中。本发明的前述和/或其它方面通过提供一种致冷剂循环装置实现，所 述致冷剂循环装置包括压縮机；气体冷却器；减压装置；蒸发器，压缩机、气体冷却器、减压装置和蒸发器流体连通以形成封闭环；以及热交换 器，所述热交换器使从气体冷却器排出的致冷剂与从蒸发器排出的致冷剂 进行热交换。热交换器包括连接到气体冷却器的出口并容纳从气体冷却器 排出的致冷剂的第一通道、以及连接到蒸发器的出口并容纳从蒸发器排出 的致冷剂的第二通道。第一通道具有出口以及设置在比第一通道的出口高 的位置处的入口 ，而第二通道具有出口以及设置在比第二通道的出口低的 位置处的入口。第一通道的入口可以定位在与第二通道的出口基本相同的高度处，而 第一通道的出口可以定位在与第二通道的入口基本相同的高度处。第一通道中的致冷剂可以向上流动，而第二通道的致冷剂可以向下流动。蒸发器的出口可以设置在比第二通道的入口高的位置处。 热交换器可以形成为包括第一致冷剂管和环绕第一致冷剂管的第二致冷剂管的套管类型。第一通道可以形成于第一致冷剂管中，而第二通道可以形成于第一致冷剂管和第二致冷剂管之间。致冷剂循环装置可以进一步包括降低流过第二通道的致冷剂的压力的节流孔。热交换器可以形成有在第一致冷剂管和第二致冷剂管之间的至少一 个接触部分，以防止第一致冷剂管和第二致冷剂管相对运动。本发明的前述和/或其它方面可以通过提供一种致冷剂循环装置实现，所述致冷剂循环装置包括压縮机；气体冷却器；减压装置；蒸发器， 压缩机、气体冷却器、减压装置和蒸发器流体连通以形成封闭环；以及热 交换器，所述热交换器使从气体冷却器排出的致冷剂与从蒸发器排出的致 冷剂进行热交换。热交换器为套管式热交换器，所述套管式热交换器包括 第一致冷剂管、环绕第一致冷剂管的第二致冷剂管、以及在第一致冷剂管 和第二致冷剂管之间的至少一个接触部分。从气体冷却器排出的致冷剂在 第一致冷剂管中向下流动，从蒸发器排出的致冷剂在第二致冷剂管中向上 流动。根据本发明的另一个方面提供一种致冷剂循环装置，所述致冷剂循环 装置包括压縮机；气体冷却器；减压装置；蒸发器，压缩机、气体冷却器、减压装置和蒸发器流体连通以形成封闭环；以及热交换器，所述热交 换器使从气体冷却器排出的致冷剂与从蒸发器排出的致冷剂进行热交换。 热交换器为套管式热交换器，所述套管式热交换器包括第一致冷剂管、环 绕第一致冷剂管的第二致冷剂管以及节流孔，所述节流孔由第一致冷剂管 和第二致冷剂管限定以降低在第一致冷剂管和第二致冷剂管之间流动的 致冷剂的压力。
结合附图对实施例进行的以下说明将使本发明的示例实施例的这些 和/或其它方面和优点变得清晰且更容易理解，其中图l是根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置的致冷剂回路图；图2是说明根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置中所包括的热 交换器的透视图；图3是图2所示的热交换器的示意性剖视图；图4是根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置的致冷剂循环的 p-跳图5是说明根据本发明的第二实施例的致冷剂循环装置中的热交换器 和蒸发器的连接结构的示意性透视图；图6是说明根据本发明的第三实施例的致冷剂循环装置中的热交换器 和蒸发器的连接结构的示意性透视图；图7是图6所示的热交换器的示意性剖视图；图8是根据本发明的修改实施例的热交换器的一部分的示意性剖视图；图9是说明根据本发明的第四实施例的致冷剂循环装置中所包括的热交换器的透视图；图10是图9中的部分"A"的剖视图；以及图11是根据本发明的第四实施例中的致冷剂循环装置的致冷剂循环 的p-h图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的示例实施例，本发明的实例在附图中说明， 其中在全文中相同的参考符号表示相同的元件。以下说明的实施例通过参 照图式用以说本发明。图l是根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置的致冷剂回路图。 根据本发明的该实施例的致冷剂循环装置用在空调、电冰箱、陈列柜(display case)或类似设备中。如图1所示，根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置l构成为使得 压縮机ll、气体冷却器12、膨胀阀13 (减压装置)以及蒸发器14彼此连接成封闭环。压缩机11设置在气体冷却器12和蒸发器14之间。压缩机11将低温且低 压的气体致冷剂压缩成高温且高压的气体致冷剂。可以使用各种类型的压 縮机，例如，封闭往复式压缩机、旋转式压缩机、涡旋式压縮机或类似压 缩机。气体冷却器12的入口与从压缩机11延伸的致冷剂排出管2连接。与气 体冷却器12的出口连接的管子3连接到第一通道30的入口31，其中所述第 一通道形成用于热交换器20中的高压致冷剂的通道。热交换器20使从气体冷却器12排出的高压致冷剂和从蒸发器14排出 的低压致冷剂进行热交换。与热交换器20的第一通道30的出口32连接的管 子4通过膨胀阀13连接到蒸发器14。与蒸发器14的出口连接的管子5连接到 第二通道40的入口41，其中所述第二通道形成用于热交换器20中的低压致 冷剂的通道。在流过热交换器20的第二通道40时被加热的致冷剂通过致冷剂吸入 管6被吸入压縮机11，并且循环通过上述的致冷剂循环装置的致冷剂回路。图2是说明根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置中所包括的热 交换器的透视图，图3是图2所示的热交换器的示意剖视图。如图2和图3所示，热交换器20形成为包括第一致冷剂管21和第二致冷 剂管22的套管类型。第一致冷剂管21内限定第一通道30，从气体冷却器12 排出的高压致冷剂流过所述第一通道。第一致冷剂管21和第二致冷剂管22 之间限定第二通道40，从蒸发器14排出的低压致冷剂流过所述第二通道。 换句话说，第一通道30和第二通道40布置为使得来自气体冷却器12的致冷剂与来自蒸发器14的致冷剂可以彼此进行热交换。套管式热交换器20可以具有螺旋结构以增加热交换面积。为了使第一通道30中的致冷剂从上到下流动，第一通道30的入口31 形成于热交换器20的上部，而第一通道30的出口32形成于热交换器20的下 部。即，从气体冷却器12排出的高压致冷剂通过上部入口31流入第一通道 30并通过下部出口32流出热交换器20。为了使第二通道40中的致冷剂从下到上流动，第二通道40的入口41 形成于热交换器20的下部，而第二通道40的出口42形成于热交换器20的上 部。即，从蒸发器14排出的低压致冷剂通过下部入口41流入第二通道40 并通过上部出口42流出热交换器20。因此，由于流过第一通道30的致冷剂和流过第二通道40的致冷剂在相 反的方向上流动，所以提高了热交换器20的热交换效率。由于根据第一实施例的致冷剂循环装置1的热交换器20构成为使得第 一通道30中的致冷剂向下流动，而第二通道40中的致冷剂向上流动，所以 当剩余的液体致冷剂从蒸发器14排出时，热交换器20的第二通道40暂时将 液体致冷剂储存在该热交换器的下部中，类似于收集器。因此，可以防止 液体致冷剂流入压縮机ll，而不用安装额外的收集器，并且可以实现更稳 定的致冷剂循环装置l。另外，由于流过第二通道40的低温致冷剂与流过 第一通道30的高温致冷剂进行热交换，所以即使在液体致冷剂从蒸发器14 排出时也可以将液体致冷剂完全相转变成气体致冷剂，并且将气体致冷剂 吸入到压縮机ll中。因为第一通道30中的致冷剂向下流动，所以在超临界状态下可以通过 室外空气的温度条件产生的液体致冷剂聚集在第一通道30的下游侧，艮卩， 在膨胀阀13中。因此，向下延伸的第一通道30用作储存槽(reservoirtank)。 结果，可以防止闪蒸气体的产生。此外，由于第一通道30中的致冷剂通过 与第二通道40中的致冷剂进行热交换而被冷却，所以可以进一步防止闪蒸 气体的产生，并因此可以防止膨胀阀13的性能变差。结果，可以稳定地操 作致冷剂循环装置。在根据本发明的致冷剂循环装置中，为具有环境友好 (environment-friendly)、不可燃烧以及无毒特性的自然致冷剂的二氧化碳(C02)用作致冷剂，且高压侧设定为超临界压力。进入到第一通道30中的致冷剂在第一通道30中从上向下流动。此时， 在第一通道30中流动的致冷剂通过将热量传递到在第二通道40中流动的 致冷剂而被冷却。在热交换器20中冷却并从下部出口32排出的高压致冷剂流到膨胀阀 13。致冷剂通过膨胀阀13中的压降转换成气/液两相致冷剂并被引入蒸发 器14。致冷剂在流过蒸发器14时蒸发并从空气吸收热量，从而进行冷却作用。在以上过程中，由于从气体冷却器12流进膨胀阀13的致冷剂的温度可 以通过热交换器20降低，所以增加了蒸发器14中的熵差，并因此可以提高 蒸发器14的冷却能力。从蒸发器排出的致冷剂被引入热交换器20的第一致冷剂管21和第二 致冷剂管22之间所形成的第二通道40的入口41中，并且在第一致冷剂管21 和第二致冷剂管22之间的第二通道40中从下向上流动。当致冷剂在蒸发器14中蒸发后，从蒸发器14排出的低温致冷剂不完全 为气相，而是气-液混合相。如果气-液混合致冷剂在热交换器20的第二通 道40中流动并与在第一通道30中流动的致冷剂进行热交换，则气-液混合 致冷剂加热为使得获得致冷剂的过热。因此，气-液混合致冷剂转变为完 全的气体致冷剂。气体致冷剂从热交换器20排出，并且通过致冷剂吸入管 6流到压缩机11的吸入口。因此，本发明的实施例可以防止液体致冷剂吸入到压縮机，而不用安 装额外的收集器，并且可以防止压缩机破裂。如上所述，通过安装包括第一通道30和第二通道40的热交换器20，其 中第一通道30允许致冷剂从气体冷却器12流入，第二通道40布置成可与第 一通道30进行热交换并允许致冷剂从蒸发器14流入，降低了从气体冷却器 12流入膨胀阀13的致冷剂的温度，并增加了蒸发器14中的熵差，从而提高 了冷却能力。即使在气体冷却器12中没有充分地获得致冷剂的热辐射，通 过热交换器20也可以防止由于产生闪蒸气体造成膨胀装置的性能变差。此外，由于从蒸发器14排出的致冷剂在流过热交换器20时转变为完全 的气体致冷剂，且液体致冷剂暂时储存在第二通道40的入口的下部中，所以不需要安装暂时储存液体致冷剂的收集器。因此，致冷剂循环装置可以 被制造得紧凑，并且可以节约制造成本。再进一步，由于可以将从第一通道30排出的剩余致冷剂积聚在膨胀阀 13中，所以可以防止产生闪蒸气体。如上所述构造的根据本发明实施例的致冷剂循环装置具有提高的可 靠性和冷却能力。虽然此实施例已经显示了第一通道形成于第一致冷剂管中，而第二通 道形成于第一致冷剂管和第二致冷剂管之间，但也可以修改为使得第二通 道形成于第一致冷剂管中，而第一通道形成于第一致冷剂管和第二致冷剂 管之间。热交换器20形成为包括第一致冷剂管21和第二致冷剂管22的套管结 构，然而，热交换器20不局限于此。热交换器20可以形成为其内具有两个 通道的堆叠钢板结构。此外，在这种情况下，限定作为第一通道的一个通道和限定作为第二 通道的另一通道应该布置成彼此可进行热交换。此外，应该构成为使得第 一通道中的致冷剂从上向下流动，而第二通道中的致冷剂从下向上流动。该实施例中的减压装置被构成作为膨胀阀13，然而不局限于此。减压 装置可以被构成作为电气式或机械式膨胀阀。接下来，将说明如上所述构造的根据本发明的第一实施例的致冷剂循 环装置l的操作。图4是根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置的致冷剂循环的 p-h图。在图4中，垂直轴表示压力，水平轴表示焓。如果压缩机ll被驱动，则低压气体致冷剂被吸入压縮机ll并被压缩成 高温且高压的气体致冷剂。此时，致冷剂被压缩到图4中的点"b"所示的超 临界压力。高温且高压的气体致冷剂从压縮机ll排出。高温且高压的致冷剂被引入气体冷却器12并辐射热量。致冷剂转换成 图4中的点"c"所示的状态，并流入热交换器20的第一通道30的入口31。引 入热交换器20的高温且高压的致冷剂通过与从蒸发器14引入第二通道40 的低温且低压的致冷剂进行热交换而被冷却，并转换成图4中的点"d"所示的状态。换句话说，由于从气体冷却器12流向膨胀阀13的高压致冷剂通过热交 换器20与第二通道40中的低压致冷剂进行热交换，所以可以有效地降低高 压致冷剂的温度。因此，弓l入膨胀阀13的致冷剂的焓下降Ah值，并且致冷 剂达到图4中的点"d"所示的状态。在热交换器20中冷却后从热交换器20排出的高压致冷剂被引入膨胀 阀13。当流过膨胀阀13时，致冷剂的压力下降，并且致冷剂转换成图4中 的点"e"所示的液/气两相致冷剂。然后，致冷剂被引入到蒸发器14中并从 空气吸收热量，从而起到冷却作用。因为引入到蒸发器14中的致冷剂的温度通过热交换器20的热交换操 作下降，所以蒸发器14的焓差增加，并因此可以提高蒸发器14的冷却能力。从蒸发器14排出的致冷剂转换成图4中的点"f'所示的状态，并流入热 交换器20的第二通道40的入口41中。此时，在蒸发器14中已进行热交换的 低温致冷剂为液/气两相状态。这种两相致冷剂在流过热交换器20的第二 通道40时进行热交换，并且相转变成图4中的点"a"所示的完全的气体致冷 剂，从而获得过热。因此，由于只有气体致冷剂被引入到压缩机ll中，所 以可以防止由于液体致冷剂流入到压縮机中造成的压縮机的破裂问题。通过热交换器20加热的致冷剂被吸入到压縮机11中，并循环通过上述 的致冷剂循环装置的致冷剂回路。结果，在根据本发明的第一实施例的致冷剂循环装置l中增加了过冷 和过热。增加过冷可防止蒸发器14的性能变差，而增加过热可防止液体致 冷剂流入到压縮机ll中，从而提高压縮机ll的可靠性。在下文中将说明根据本发明的第二实施例的致冷剂循环装置。与第一实施例相同的元件用相同的参考符号表示并省略对其的详细 说明。图5是说明根据本发明的第二实施例的致冷剂循环装置中的热交换器 和蒸发器的连接结构的示意性透视图。根据第二实施例的致冷剂循环装置的热交换器与根据第一实施例的 致冷剂循环装置的热交换器大致相同。然而，蒸发器14和热交换器20被布置为使得蒸发器14的出口设置在比热交换器20的第二通道40的入口41高的位置处。具体地，蒸发器14和热交 换器20布置为使得蒸发器14的出口被定位于与第二通道40的出口42基本 相同的高度处。因此，连接蒸发器14的出口和第二通道40的入口41的致冷剂管5'朝向 第二通道40的入口41向下倾斜。通过以上结构，甚至当因为蒸发器14周围的温度特别低而使得大量的 剩余液体致冷剂从蒸发器14排出时，第二通道40的下部以及蒸发器14的出 口和第二通道40的入口41之间的致冷剂管5'都用作收集器。结果，可以更 加增强防止压缩机破裂的效果。在下文中将说明根据本发明的第三实施例的致冷剂循环装置。与第二实施例相同的元件用相同的参考符号表示并省略对其的详细 说明。图6是说明根据本发明的第三实施例的致冷剂循环装置中的热交换器 和蒸发器的连接结构的示意性透视图，图7是图6所示的热交换器的示意剖 视图。如图6和图7所示，该实施例的热交换器50形成为套管类型并具有基本 呈矩形的螺旋结构。为了使热交换器50具有矩形螺旋结构，热交换器50 形成有弯曲部分53，所述弯曲部分弯曲成在该弯曲部分之间具有预定间 隔。通过上述的弯曲热交换器50的结构，套管式第一和第二致冷剂管51 和52在每个弯曲部分53处彼此接触，从而形成接触部分54。换句话说，第 一致冷剂管51和第二致冷剂管52在基本以直角弯曲的每个弯曲部分53的 内部彼此接触。因此，即使当通过在第一和第二致冷剂管51和52中流动的致冷剂或压 缩机11的操作造成在第一和第二致冷剂管51和52处产生振动时，由于第一 和第二致冷剂管51和52通过每个接触部分54保持在固定状态下，也可以防 止由于第一和第二致冷剂管51和52的相对运动造成的噪声和磨损。除了以上结构特征外，根据第三实施例的致冷剂循环装置具有与根据 第二实施例的致冷剂循环装置相同的结构和操作效果。另外，如图8所示，热交换器60可以构成为使得第一致冷剂管61和环绕第一致冷剂管61的第二致冷剂管62以凹-凸形状弯曲。因此，该凹-凸结构的每个弯曲部分63都形成有接触部分64，通过所述接触部分可防止第一 和第二致冷剂管61和62的相对运动。结果，即使当在第一和第二致冷剂管 61和62处产生振动时，也可以防止由于第一和第二致冷剂管61和62的相对 运动造成的噪声和磨损。在下文中将说明根据本发明的第四实施例的致冷剂循环装置。根据第四实施例的致冷剂循环装置具有与根据第一实施例的致冷剂 循环装置相同的致冷回路。除了第四实施例的热交换器具有基本呈矩形的 螺旋结构以及节流孔设置在第一致冷剂管和第二致冷剂管之间外，根据第 四实施例的致冷剂循环装置具有与第一实施例基本相同的结构。与第一实 施例相同的元件用相同的参考符号表示并省略对其的详细说明。图9是说明根据本发明的第四实施例的致冷剂循环装置中所包括的热 交换器的透视图，图10是图9中的部分"A"的剖视图。第四实施例的热交换器20'具有基本呈矩形的螺旋形状。为了使热交 换器20'具有矩形螺旋结构，热交换器20'形成有弯曲部分，所述弯曲部分 弯曲成在该弯曲部分之间具有预定间隔。节流孔80设置在形成于第一致冷剂管71和第二致冷剂管72之间的第 二通道40中以改变致冷剂的流量。节流孔80设置在第二致冷剂管72的内表面处，并且定位为靠近第二通 道40的入口41以减少第二通道40的入口41的截面积。因此，流过节流孔80的致冷剂的压力下降。由于节流孔80设置在第二致冷剂管72的内表面处，同时引入第二通道 40的致冷剂流过节流孔80所形成的小截面积部分81，所以致冷剂的压力下 降。然后，当致冷剂在第一致冷剂管71和第二致冷剂管72之间的第二通道 40中从下向上流动时，该致冷剂与第一通道30中的致冷剂进行热交换。此时，在蒸发器14中蒸发后从蒸发器14排出的低温致冷剂不完全是气 体致冷剂，而是气/液混合致冷剂。从蒸发器14排出的气/液混合致冷剂流 过热交换器20'的第二通道40，并且与流过第一通道30的致冷剂进行热交换。致冷剂被加热为使得获得致冷剂的过热并转换成完全的气体致冷剂。 气体致冷剂从热交换器20'排出并通过致冷剂吸入管6流到压縮机11的吸入□。当与相关技术相比时，通过节流孔80所形成的小截面积部分81的致冷 剂的压力降低。因此，压縮机ll的吸入口和排出口之间的压力差变大，并 因此使压縮机的排出口处的致冷剂的温度变高。通过以上效果，当将根据本发明实施例的致冷剂循环装置应用到热水 器中时，可以增加热水的温度，从而提高热水器的性能。图ll是根据本发明的第四实施例的致冷剂循环装置的致冷剂循环的 p-h图。在图11中，垂直轴表示压力，水平轴表示焓。接下来，将参照图1和图9到图11说明如上所述构造的根据本发明实施 例的致冷剂循环装置的操作。如果压縮机ll被驱动，则低压气体致冷剂被吸入压缩机ll并被压縮成 高温且高压的气体致冷剂。此时，致冷剂被压缩到图ll中的点"b"所示的 超临界压力。高温且高压的气体致冷剂从压缩机ll排出。高温且高压的致冷剂被引入气体冷却器12并辐射热量。致冷剂转换成 图11中的点"c"所示的状态，并且流入热交换器20'的第一通道30的入口31 。 引入热交换器20'的高温且高压的致冷剂通过与从蒸发器14引入第二通道 40的低温且低压的致冷剂进行热交换而被冷却，并转换成图ll中的点"d" 所示的状态。换句话说，由于从气体冷却器12流向膨胀阀13的高压致冷剂通过热交 换器20'与第二通道40中的低压致冷剂进行热交换，所以可以有效地降低高 压致冷剂的温度。因此，引入膨胀阀13的致冷剂的焓下降Ah值，并且致冷 剂变为图11中的点"d"所示的状态。在热交换器20'中冷却后从热交换器20'排出的高压致冷剂被引入膨胀 阀13。当流过膨胀阀13时，致冷剂的压力下降，且致冷剂转换成图ll中的 点"e"所示的液/气两相致冷剂。然后，致冷剂被引入到蒸发器14中并从空气吸收热量，从而起到冷却作用。因为引入到蒸发器14中的致冷剂的温度通过热交换器20'的热交换操 作下降，所以蒸发器14中的烚差增加，并因此可以提高蒸发器14的冷却能力。从蒸发器14排出的致冷剂转换成图ll中的点"f'所示的状态，并且流入热交换器20'的第二通道40的入口41中。当通过第二通道40的入口41中的 节流孔80时，致冷剂的压力下降。液/气两相致冷剂在流过热交换器20'的 第二通道40时进行热交换，并且相变成图ll中的点"a"所示的完全的气体 致冷剂，从而获得过热。由于流过节流孔80时压力下降的第二通道40中的 致冷剂与第一通道30中的致冷剂进行热交换，所以焓差Ah增加为大于相关 技术的热交换器中的焓差Ahl。因此，当与相关技术比较时，增加了热交 换效率，并且可以制造具有更短的长度的热交换器，从而节约制造成本。另外，由于压縮机11的吸入口的压力通过在流过节流孔80时压力下降 的致冷剂被降低，所以当与相关技术相比时，压縮机ll的吸入口和排出口 之间的压力差增加。因此，在压縮机ll的排出口处的致冷剂的温度变高。结果，当根据本发明的致冷剂循环装置应用到热水器中时，可以增加 热水的温度。从以上说明清楚呈现，根据本发明实施例的致冷剂循环装置在使低压 侧通道中的致冷剂向上流动而高压侧通道中的致冷剂向下流动时，通过在 热交换器中使低压侧通道中的致冷剂与高压侧通道中的致冷剂迸行热交 换可以增加热交换效率，而不用安装额外的收集器，并且可以用低成本紧 凑地制造所述致冷剂循环装置。另外，由于蒸发器的出口设置在比热交换器的低压侧通道的入口高的 位置处，所以即使在大量的剩余液体致冷剂从蒸发器排出时，蒸发器的出 口和低压侧通道的入口之间的致冷剂管也可以用作收集器。因此，可以防 止液体致冷剂流入到压縮机中。另外，由于套管式热交换器形成有第一致冷剂管和第二致冷剂管之间 的接触部分，所以即使在产生振动时，也可以防止由于第一和第二致冷剂 管的相对运动造成的噪声和磨损。再进一步，由于节流孔设置在第二通道的入口中以降低流过第二通道 的致冷剂的压力，所以可以提高热交换器的热交换效率，并且可以增加压 縮机的排出口处的温度。虽然已经显示和说明了本发明的实施例，但是应当理解本领域的普通 技术人员可能在不脱离本发明的原理和本质的前提下可以对这些实施例进行变更，本发明的范围由权利要求及其等效形式所限定。
权利要求
1.一种致冷剂循环装置，包括压缩机；气体冷却器；减压装置；蒸发器，所述压缩机、所述气体冷却器、所述减压装置和所述蒸发器流体连通以形成封闭环；以及热交换器，所述热交换器使从所述气体冷却器排出的致冷剂与从所述蒸发器排出的致冷剂进行热交换，所述热交换器包括第一通道和第二通道，其中所述第一通道连接到所述气体冷却器的出口并容纳从所述气体冷却器排出的致冷剂，所述第二通道连接到所述蒸发器的出口并容纳从所述蒸发器排出的致冷剂，其中所述第一通道中的致冷剂向下流动，而所述第二通道中的致冷剂向上流动。
2. 根据权利要求1所述的致冷剂循环装置，其中所述蒸发器的出口 设置在比所述第二通道的入口高的位置处。
3. 根据权利要求1所述的致冷剂循环装置，进一步包括致冷剂管，其 中所述蒸发器的出口通过所述致冷剂管连接到所述第二通道的入口 ，且其中所述致冷剂管向下倾斜。
4. 根据权利要求l所述的致冷剂循环装置，其中所述热交换器为包括 第一致冷剂管和环绕所述第一致冷剂管的第二致冷剂管的套管式热交换 器。
5. 根据权利要求4所述的致冷剂循环装置，其中所述第一通道形成于 所述第一致冷剂管中，所述第二通道形成于所述第一致冷剂管和所述第二 致冷剂管之间。
6. 根据权利要求4所述的致冷剂循环装置，其中所述热交换器包括多 个弯曲部分，其中所述弯曲部分之间具有预定间隔，且所述弯曲部分中的每个都形成有接触部分，至少一个接触部分与第一致冷剂接触。
7. 根据权利要求6所述的致冷剂循环装置，其中所述热交换器具有基 本呈矩形的螺旋形状，所述接触部分形成于所述热交换器的边缘部分处以 防止所述第一致冷剂管和所述第二致冷剂管相对运动。
8. 根据权利要求1所述的致冷剂循环装置，其中所述致冷剂为二氧化碳。
9. 根据权利要求l所述的致冷剂循环装置，进一步包括 节流孔，所述节流孔设置在所述第二通道中以改变致冷剂的流量。
10. 根据权利要求9所述的致冷剂循环装置，其中所述节流孔设置在所述第二通道的入口中。
11. 一种致冷剂循环装置，包括压縮机；气体冷却器；减压装置；蒸发器，所述压縮机、所述气体冷却器、所述减压装置和所述蒸发器 流体连通以形成封闭环；以及热交换器，所述热交换器使从所述气体冷却器排出的致冷剂与从所述 蒸发器排出的致冷剂进行热交换，所述热交换器包括第一通道和第二通 道，其中所述第一通道连接到所述气体冷却器的出口并容纳从所述气体冷 却器排出的致冷剂，所述第二通道连接到所述蒸发器的出口并容纳从所述 蒸发器排出的致冷剂，其中所述第一通道具有出口以及设置在比所述第一通道的所述出口 高的位置处的入口，而所述第二通道具有出口以及设置在比所述第二通道 的所述出口低的位置处的入口。
12. 根据权利要求ll所述的致冷剂循环装置，其中所述第一通道的所 述入口定位在与所述第二通道的所述出口基本相同的高度处，而所述第一 通道的所述出口定位在与所述第二通道的所述入口基本相同的高度处。
13. 根据权利要求ll所述的致冷剂循环装置，其中所述第一通道中的 致冷剂向下流动，而所述第二通道中的致冷剂向上流动。
14. 根据权利要求ll所述的致冷剂循环装置，其中所述蒸发器的所述出口设置在比所述第二通道的所述入口高的位置处。
15. 根据权利要求ll所述的致冷剂循环装置，其中所述热交换器为包 括第一致冷剂管和环绕所述第一致冷剂管的第二致冷剂管的套管式热交 换器，所述第一通道形成于所述第一致冷剂管中，而所述第二通道形成于 所述第一致冷剂管和所述第二致冷剂管之间。
16. 根据权利要求ll所述的致冷剂循环装置，进一步包括 节流孔，所述节流孔限定在所述第二通道中以降低流过所述第二通道的致冷剂的压力。
17. —种致冷剂循环装置，包括 压縮机；气体冷却器； 减压装置； 蒸发器；以及热交换器，所述热交换器使从所述气体冷却器排出的致冷剂与从所述 蒸发器排出的致冷剂进行热交换，所述热交换器形成为包括第一致冷剂 管、环绕所述第一致冷剂管的第二致冷剂管、以及在所述第一致冷剂管和 所述第二致冷剂管之间的至少一个接触部分的套管类型，其中从所述气体冷却器排出的致冷剂在所述第一致冷剂管中向下流 动，而从所述蒸发器排出的致冷剂在所述第二致冷剂管中向上流动。
18. —种致冷剂循环装置，包括 压縮机；气体冷却器； 减压装置；蒸发器，所述压縮机、所述气体冷却器、所述减压装置和所述蒸发器 流体连通以形成封闭环；热交换器，所述热交换器使从所述气体冷却器排出的致冷剂与从所述 蒸发器排出的致冷剂进行热交换，所述热交换器为包括第一致冷剂管以及 环绕所述第一致冷剂管的第二致冷剂管的套管式热交换器；以及致冷剂管，所述致冷剂管从所述蒸发器的出口延伸到所述第二致冷剂 管的入口且向下倾斜，其中从所述气体冷却器排出的致冷剂在所述第一致冷剂管中向下流 动，而从所述蒸发器排出的致冷剂在所述第二致冷剂管中向上流动。 19. 一种致冷剂循环装置，包括 压縮机； 气体冷却器； 减压装置；蒸发器，所述压縮机、所述气体冷却器、所述减压装置和所述蒸发器 流体连通以形成封闭环；以及热交换器，所述热交换器使从所述气体冷却器排出的致冷剂与从所述 蒸发器排出的致冷剂进行热交换，所述热交换器为套管式热交换器，所述 套管式热交换器包括第一致冷剂管、环绕所述第一致冷剂管的第二致冷剂 管以及节流孔，所述节流孔由所述第一致冷剂管和所述第二致冷剂管限 定，以降低在所述第一致冷剂管和所述第二致冷剂管之间流动的致冷剂的 压力，其中从所述气体冷却器排出的致冷剂在所述第一致冷剂管中向下流 动，而从所述蒸发器排出的致冷剂在所述第二致冷剂管中向上流动。
全文摘要
本发明公开了一种能够防止液体致冷剂流入到压缩机中并具有紧凑结构的致冷剂循环装置。致冷剂循环装置包括压缩机、气体冷却器、减压装置、蒸发器、以及使从气体冷却器排出的致冷剂与从蒸发器排出的致冷剂进行热交换的热交换器。热交换器包括连接到气体冷却器的出口的第一通道以及连接到蒸发器的出口的第二通道。第一通道中的致冷剂向下流动，而第二通道中的致冷剂向上流动。
文档编号F25B40/00GK101280974SQ20081008735
公开日2008年10月8日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年4月6日
发明者山中正司, 赵成旭 申请人:三星电子株式会社