专利名称：用于冷凝的冷冻系统及热交换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在该冷冻及冷却系统中用于冷凝的新的冷冻系统及一热交换装置，在本发明的说明书中所限定的冷冻系统是作为不同类型装置的整体限定的，如冷冻器、冰箱及冷却装置或类似物，冷却物体在随每一压力、温度和致冷剂状态的变化周期过程而被冷却(例如碳氧化合物及类似物的致冷剂)。
如图4所示，在冷凝气体致冷剂的操作技艺中，通常使用的冷冻系统，例如在冷冻周期中封闭的碳氟化合物通过压缩机21变为高压高温气体致冷剂，通过冷凝器22与空气(或冷水)进行热交换，冷凝和液化的状态变为液态，其温度接近室温，此后，通过膨胀阀23下降液体致冷剂的压力以及膨胀形成低温低压的液体致冷剂，液体致冷剂被送到一冷却器(蒸发器)24并与空气或冷水进行热交换，从而使之被蒸发或气化，导致产生低温的低压的气体致冷剂，并循环被冷却的空气或冷水，自身被用作一种冷热源用于冷冻和冷却运行而低温低压的气体致冷剂被返回到压缩机21，在这种情况下，在公知的技术中，冷凝器22，十字交叉翅片型热交换器被专门用于处理空气，而相应地壳型热交换器专门用于处理冷却水，如图4所示，标号25表示用在冷却器24上的一风扇，标号28表示上述每一室内装置21、23、24和25在壳体内存放的室内装置。
正如上面所说的，在这样已有技术的冷冻系统中，不可避免的冷凝器22作为在热源的热交换作用同冷却器24在实用方面的热交换作用相比较在尺寸上是大的，其结果是为了形成小型装置各种不同研究已被应用使冷凝器22在尺寸方面变成很小，然而，在存在的冷冻系统中，在冷凝和致冷剂液化中所需的热交换面积在技术上很难降低，因此大尺度的冷凝器22一直在应用。
现在结合在汽车上空气调节器(一冷却的空气调节器)已有技术的例子，已有技术将被描述，其中几乎存在一些情况，在这些情况中，具有一大热交换面积的一空气冷却冷凝器安装在散热器的前面空间，结果使调节器的原始性能明显地下降和剩余的燃料也被消耗，使二氧化碳被强迫排放，还存在的问题在于在夏季，在周围大气的高温时间，冷凝器的热交换量不足以及一空气调节器经常在运行中停止。
另外，在已有技术中，对于工业应用的冷却机器和冷却器，由于户外装置的安装空间特别宽阔，因此，管道及电线操作变成大面积的工作，并不可避免地带来某些经济缺陷在于不仅增加了工人费用，而且在长的时间里，工作周期也被延长。
本发明消除了已有冷冻和冷却系统中存在的问题，本发明的一种目的在于提供一种冷冻系统和保留一小尺度用于冷凝操作的热交换器的能冷凝操作的热交换器装置，降低冷冻系统的装置花费，促进节能和产生作为用于保持全球的环境装置的作用。
为了达到上述目的，本发明构成如下，即在本发明的权利要求1中的发明涉及冷冻系统的特征在于像来自压缩机1排放的高温高压的冷凝气体所形成的冷冻周期被分为超出一半量和剩余量，冷凝气体致冷剂的超出一半量送到一冷凝器5的内盒6内双盒型热交换器的冷凝器5由一内盒6及一包围内盒6的一外盒7构成，冷凝气体致冷剂的制余量被送致作为增加速度的毛状残圈8及降低对于流过其中的致冷剂的压力，得到低温低压的液体致冷剂通过冷凝，降低压力和在毛细线圈的膨胀被送到冷凝器5的外盒7，以致于在内盒6中的液体致冷剂与冷凝气体致冷剂之间进行热交换，因此在内盒6中的冷凝气体致冷剂被冷凝和气化并且在外盒7中的液体致冷剂被蒸发和气化，然后，在内盒6中高压的液体致冷剂被通过具有用于产生涡流流到液体致冷剂的一螺旋形热传输管9A所提供的液体管9被送到膨胀阀3，以便降低压力和膨胀，此后致冷剂被送到一冷却器4从而在它与空气或冷水之间进行蒸发潜在热的热交换操作，由此致冷剂被蒸发及气化，在冷却器4被蒸发和气化的低压冷凝气体致冷剂在外盒7与蒸发和气化低压冷凝气体致冷剂结合，然后致冷剂返回到压缩机1以及在冷却器4获得冷冻和冷却操作使用的冷、热源。
此外，本发明权利要求2中所述的发明涉及到用于冷凝动作的热交换机，其特征在于同样包含冷凝器5，它包括有一具有内盒6及包围内盒6的外盒7的双盒型热交换机；包括一增加速度的螺旋形细热传输管的一毛细线圈8，其用于降低在冷凝器中致冷剂流动的压力，并具有一管道出口连接到外盒7致冷剂入口；以及提供具有一螺旋形热传送管9A的液体管9，用于产生相对致冷剂在管中流动的涡流，并具有一入口管连接到内盒6的致冷剂出口，其中由压缩机1排出的多半量的高温和高压冷凝气体制冷剂被回馈到内盒6，减去压缩机1排放出的多半量的剩余高温高压冷凝气体致冷剂被输入到毛细线圈8，按照热交换作用在外盒7内的气体致冷剂返回到压缩机1的吸入侧，按照热交换作用在内盒6的液体致冷剂通过管道9被送到膨胀阀3，因此，在冷冻周期内的冷凝阶段由该装置执行。
按照本发明，在冷冻系统中冷凝阶段的热交换状态的特征是完全不同于现有冷冻系统的热交换状态，本发明在实际上存在的基本依据几乎是在进行冷凝及气化操作中使用的热源是用它冷冻周期中冷凝阶段由致冷剂自身循环得到的，在相对于冷凝气体致冷剂中，在增加速度及减少压力的阶段，在状态及温度方面产生了显著的变化。
即，虽然冷冻系统存在的冷凝阶段，在系统中由压缩机排放出的高温高压冷凝气体致冷剂是采用被冷凝和液化的周围大气或水冷却的，本发明新系统的特征在于，同样包含有一冷凝系统，其中它不需要应用大量冷却流动的如气体或水或类似物在冷凝和液化运行中用于冷却热源，高温高压冷凝气体致冷剂的一部分被分流到毛细线圈8，当在线圈管中致冷剂的流速增加时能减小压力，因此它的热量被强迫辐射形成一液化状态，同时其压力被降低，其状态改变为具有冷却能力的低压液体致冷剂，压缩机排放出的高温高压的冷凝气体致冷剂被冷却及具有低温的液体致冷剂被液化。
应用上述新系统。本发明按照等效冷冻及冷却能力同已有的冷凝器比较，可以得到减小大约1/20安装空间的小尺寸装置，与相同尺寸的相比可以提高4倍的冷凝能力，因此在冷冻和冷却系统中的装置费用能被减少，以及在冷冻系统中能得到节能。
本发明可以按上述形式进行并具有如下效果，按照本发明，根据新的冷冻周期的完成，冷凝热交换面积能明显降低，一大尺度的冷凝热交换面积主要原因是产生大尺系统，结果是冷冻系统的结构能做成紧密的尺寸，把它放在工业的应用，能降低能量的过多消耗，一种汽车引擎的高效率运行能实现减少二氧化碳向周围大气的排放量，以及本发明可以对工业做出很高的贡献。
图1为本发明冷冻系统最佳实施例的冷冻线路图。
图2为本发明的第一个最佳实施例中用于工业冷却装置的系统结构图。
图3为本发明第二最佳实施例用于汽车空气调节器的系统结构图。
图4为已有冷冻系统的系统结构图。
现在结合附图，将描述一些本发明的最佳实施例。图1是说明本发明最佳实施例冷冻系统的冷冻线路，如图1所示的冷冻系统包含如下构件压缩机1、一冷凝热交换器件2、一膨胀阀3及一冷却器4，其中这些装置用致冷管以循环方式连接，以构成一冷冻和冷却装置。
由于压缩机1、膨胀阀3和冷却器4基本上同那些现存的冷冻及冷却装置有同样的结构与功能，对它们不作详细描述下面对本发明用于冷凝运行的热交换器2最佳实施例的组成元件描述如下用于冷凝操作的上述的热交换器2(作为它的组成构件)有一冷凝器5、一毛细线圈8及一液管9，其中冷凝器5包括有一内盒6及在其整个周围包围的一外盒7，以及作为内盒6周壁材料；一具有高热转换性能质量材料的板件，例如铜板或类似物。因此，双盒型热交换器能形成在盒6和盒7之间进行有效热交换运行的能力，内盒6与外盒7在每一个外壁侧面分别有一致冷剂入口和致冷剂出口，内盒6的致冷剂入口连接到高压空气管10的流出端，以及内盒6致冷剂出口连接到液体管9的流入端。外盒7的致冷剂出口连接液体管14的流出端，以及外盒7的致冷剂出口连接到空气管13的流入端。
毛细线圈8包含有一线圈管，其细小直径的热转换管并具有预定几米长度的高热转换性能，例如，采用3.12mm直径的铜管(1/8英寸)，被盘绕成螺旋形，在本实施例中，它置于细长套管17中，周围的空气通过配件风扇16吹进套管17，使得促进冷却运行。该毛细线圈8的特征在于冷凝剂的压力随冷凝剂在管中流动速度的增加的同时而降低，其中分支的分支气体管12的流出端及被连接到高压空气管10连接到它的输入端并轮换，液体管14的流入端被连接到流出端。
液体管9是用于在内盒6至膨胀阀3被冷凝和液化的液体致冷剂的流动通管，螺旋形热转换管9A安装在通管的部分或整段上，以及它的流出端连接到膨胀阀3的入口处，另外，被提供的液体管9具有螺旋形热转换管9A的原因，在于实际上液体致冷剂在热转换管中流动而得到某一距离而产生涡液(扰动流动)以及同时增加了它的流动速度以促进高冷却及下降压力。因此，在膨胀阀3入口处的压力被有效地减小以进行平称地降低压力及膨胀，用以获得低压和低温的液体致冷剂。
如以上所说的提供有冷凝热交换机装置2的冷冻系统构成如下膨胀阀3低压侧出口通过液管连接到冷却器4的致冷剂入口，该冷却器4致冷剂入口通过低压吸气管11连接到压缩机1的吸口，高压空气管10流入侧连接到压缩机1的排放口，同时，空气管13的流出端被分支，并连接到低压空气管11的中部，以形成冷凝气体致冷剂的一封闭循环线路。
下面对此冷冻系统进行描述，在其中使用了诸如碳氟化合物的致冷剂R12，作为冷凝空气体致冷剂，其中压缩机1排放口排放出的高温和高压冷凝空气致冷剂(a)被分支成它的多半量流入高压空气管10并被分支，在它的剩余量中，流到分支空气管12，及例如，60％多半量的冷凝气体致冷剂流到冷凝器5的内盒6，依次，例如40％的剩余量冷凝空气致冷剂被流入毛细线圈8，在此冷凝和气化，此后，其压力被降低变成低温的致冷剂(b)，然后致冷剂被流入冷凝器5的外盒7。
在内盒6中，高温和高压空气致冷剂及在外盒9中的低温低压的液体致冷剂相互热交换，在内盒6中的高温和高压气体致冷剂辐射冷凝的潜在热，致冷剂被液化变成高压的液体致冷剂(c)，在外盒7中的低温和低压的液体致冷剂收回潜在热，气化变成低压气体致冷剂(d)。在内盒6中，积聚的高压的液体致冷剂被降低其压力，而通过液体管9时变成中压的液体致冷剂(e)，到达膨胀阀3该中压液体致冷剂(e)被膨胀，在它的降压中，变成低压和低温的液体致冷剂(f)，此后致冷剂被输到冷却器4，在它和由风扇15产生的空气之间同蒸发潜在热进行热交换，使得被蒸发和气化，在冷却器4蒸发和气化的低压气体致冷剂(g)与在外盒7蒸发和气化的低压气体致冷剂相结合，此后其被吸入压缩机1而形成上述的冷冻循环。由风扇15吹的空气与在冷冻周期中的冷却器4一起被冷却，然后，能获得一种用于冷冻和冷却运行的冷热源。
虽然，关于每种情况，都进行了考虑，如使用金属的材料质量，管的长度和直径，毛细线圈8螺旋部分的盘绕方向和螺距，该毛细线圈8作为本发明一重要组成元件的作用，而在重复各种实验后，可以选择具有适当的条件的细径热转换管，在这种情况下，相应于每一应用条件设置最适当的一种是可能的，如致冷剂类型、气体致冷剂入口处的压力、温度，液体致冷却在出口处的压力温度，以及进而当然它能使用，如毛细管，具有一予定尺寸细径热转换管机制加工为螺旋管或具有二串接的不同盘绕方向螺旋细径的热转换管，如果具有能进行有效增加速度和降低压力条件的毛细线圈被任意选择，另外，它们可以在毛细线圈8中同被使用的膨胀阀相串接。图2表示本发明一工业冷却装置的第一实施例系统结构图。在该图中，冷却装置通常属于空气冷却组装型，其中压缩机1、一冷凝热交换器2、一膨胀阀3，一冷却器4和用于由滚型风扇组成的冷却器的风扇15全部装在内部区域中的壳18中，在这种情况下，由一冷凝器5、一毛细线圈8和一液体管9构成的冷凝热交换器2与已有技术的空气冷却型的冷凝器22(如图4所示)相比较尺寸很小，且周围的大气不用作主要的冷热源，使得安装在具有良好通风特性的狭小空间的外壳18内是可能的，相应地，可以免除在它和冷凝器之间联系的空气管和液体管安装在户外，安置的花费同安装工作及类似工作的费用一样能被减少。
另外，已有技术的空气冷却型冷凝器22提供的通过具有大约25到60℃温度的周围强空气吹气的冷凝和液化过程，使得需要一大尺度的冷热交换区域。相反地，本发明在低温的实用液化致冷剂的冷凝热交换器2的冷凝器5比-20℃或类似的冰点低，因此，对应于比已有空气冷凝器1/20小的具有热交换区域的类似冷却能力是能得到的。
在上述第一最佳实施例中，结合图2，应用碳氧化合物R22作为冷凝气体致冷剂的压力和温度状态如下，高温和高压的冷凝气体致冷剂(a)15kg/cm2，85℃；低温和中压的液体致冷剂(g)7kg/cm2，12℃；低温和低压的液体致冷剂(b)-50mm(水银柱)，-20℃；高压的液体致冷剂(c)14kg/cm2，35℃；低压的气体致冷剂(d)-50mm(水银柱)，-20℃；中压的液体致冷剂(e)0kg/cm2，5℃；低压和低温的液体致冷剂(f)-50mm(水银柱)，-20℃；低压气体致冷剂(g)-50mm(水银柱)，-20℃。
图3中表示本发明第二最佳实施例的用于汽车空气调节器的系统结构图。在该图中，构成冷却装置的如一压缩机1，一冷凝热交换器2和膨胀阀3被紧密地设置在具有引擎19和安装有辐射器20的引擎室中，然后冷却器4安装在分隔空间中，其中冷凝热交换器2尺度很小以及周围大气不用作一主要的冷热源，使得它能安装在如图所示的引擎室中具有良好通风性能，与用于汽车的已有空调器被安装在由图3虚线所标示的辐射器20的上流出侧的现有技术相比，相对于辐射器20，原始的能力能获得足够的引伸且汽车引擎的性能得到改善。
在上述第二最佳实施例中，对于使用碳氧化合物致冷剂R12作为冷凝气体致冷剂的情况，参阅图3，其压力与温度状态如下高温和高压的冷凝气体致冷剂(a)15kg/cm2，85℃；低温和低压的液体致冷剂(b)-250mm(水银柱)，-20℃；高压的液体致冷剂(c)15kg/cm2，60℃；低压的气体致冷剂(d)-250mm(水银柱)，2℃；中压的液体致冷剂(e)2kg/cm2，-5℃；低压和低温的液体致冷剂(f)-250mm(水银柱)，-20℃；低压气体致冷剂(g)-250mm(水银柱)，2℃。
权利要求
1.一种冷冻系统，其特征在于，在其冷冻周期中，从压缩机1排放出的高温和高压冷凝气体致冷剂被分支为多半量和剩余量，冷凝气体致冷剂的多半量被送至冷凝器5的内盒6中，冷凝器5包括双盒型热交换机内盒6和包围所说的内盒6的外盒7，冷凝气体致冷剂的剩余量被送到作为相对于在管中流动的致冷剂起增速和降压作用的毛细线圈8，通过在毛细线圈8中冷凝、降压和膨胀得到的低温和低压的液体致冷剂被送到所说的冷凝器5的外盒7，使得在它和在内盒6的冷凝气体致冷剂之间进行热交换操作，因此，在内盒6中的冷凝气体致冷剂被冷凝和液化，依次，在外盒7中的液体致冷剂被蒸发和气化，然后，在内盒6中的高压液体致冷剂通过用于产生涡流的液体致冷剂的具有螺旋热转换管9A的液体管9被送到膨胀阀3，使得被减压和膨胀，此后，致冷剂被送到冷却器4在它和空气或冷水之间进行蒸发潜在热的热交换操作，因此，致冷剂被蒸发和气化，在冷却器4蒸发和气化的低压冷凝气体致冷剂同在外盒7中的蒸发和气化的低压冷凝气体致冷剂结合在一起，然后，致冷剂被输回到压缩机1并在所说的冷却器4中得到用于冷冻和冷却操作的冷热源。
2.一种冷凝操作的热交换器，其特征在于其中包含有相同的冷凝器5，它包括一内盒6和一包围所说内盒6的外盒7，一毛细线圈8，该毛细线圈8包括有用以增速和降压在冷凝器4中流动的致冷剂的一螺旋细热交换管，及具有一管出口连接到外盒7的致冷剂入口；一液体管9提供有一螺旋热转换管9A用以产生相对于在管中流动的致冷剂的涡流，且管的入口连接到内盒6的致冷剂出口，其中，由压缩机1排放出高温和高压多半量的冷凝气体致冷剂被送到内盒6，而由压缩机1排放出的被减去多半量的高温高压的剩余量冷凝气体致冷剂被输入毛细线圈8，按热交换作用，在外盒7范围内的气体致冷剂被输回到压缩机1的吸入侧，按热交换作用，在内盒6冷凝的液体致冷剂通过液管9被送到膨胀阀3，因此，在冷冻周期中的冷凝阶段可通过本装置完成。
全文摘要
本发明涉及一冷冻系统,在冷凝周期内,由压缩机排放的高温高压冷凝气体致冷剂被分流,多半量的致冷剂被送到内盒,剩余量被送到毛细线圈,致冷剂通过冷凝、减压和膨胀,被送到外盒,它和内盒的致冷剂之间进行热交换,在内盒的致冷剂被冷凝和液化。依次,在外盒的致冷剂被蒸发和气化,在内盒的高压液体致冷剂通过液体管9被送到膨胀阀以降低压力和膨胀,在冷却器中蒸发和气化的低压致冷剂与在外盒的致冷剂相结合,然后,被送回到压缩机。
文档编号F25B7/00GK1242499SQ9810304
公开日2000年1月26日 申请日期1998年7月21日 优先权日1998年7月21日
发明者原隆雄 申请人:日本绿十字基金会, 原隆雄