專利名稱：用于co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換器，并且更加具體地，涉及用于跨臨界制冷系統(tǒng)的吸入管路熱交換器。
背景技術(shù)：
以及由現(xiàn)有技術(shù)提出的技術(shù)問題跨臨界制冷系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。這種系統(tǒng)典型地循環(huán)壓縮、冷卻和蒸發(fā)制冷劑，該制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器的第一側(cè)并在這里蒸發(fā)，從而在蒸發(fā)的過程中從蒸發(fā)器第二側(cè)吸收熱量以冷卻在第二側(cè)的流體。這種系統(tǒng)可以用來進行例如汽車上的空氣調(diào)節(jié)。
在示例性的系統(tǒng)中，具有壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器以及逆流熱交換器，該逆流熱交換器用于從冷凝器流到蒸發(fā)器的流體與從蒸發(fā)器流到壓縮機的流體之間進行熱交換。如美國專利No.5,245,836中所示，在封閉的流體回路的蒸發(fā)器和壓縮機之間需要設(shè)置整體儲存部分(液體分離器/接收器)。美國專利NOs.2,467,078、2,530,648和2,990,698中示出了熱交換器、收集器和測量裝置的組合，它可以與這種制冷系統(tǒng)一起使用。
本發(fā)明目的在于改進這種跨臨界制冷系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于具有制冷劑蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)的熱交換器，該熱交換器包括吸入管路以及毛細(xì)管，該吸入管路用于輸送從蒸發(fā)器輸出的制冷劑，該毛細(xì)管適于將冷卻的制冷劑輸送到蒸發(fā)器。所述吸入管路包括串聯(lián)連接的第一和第二基本平行的直筒形部分，由此所述第二直筒形部分從所述第一直筒形部分接收氣態(tài)制冷劑。所述毛細(xì)管包括串聯(lián)連接的第一和第二螺旋纏繞部分，由此所述第二螺旋纏繞部分從所述第一螺旋纏繞部分接收冷卻的制冷劑。所述第一螺旋纏繞部分纏繞于吸入管路的第二直筒形部分上，而所述第二螺旋纏繞部分纏繞于吸入管路的第一直筒形部分上。
在本發(fā)明這個方面的一種有利的形式中，旁通安全閥設(shè)置在入口與出口之間，該入口通到所述毛細(xì)管的第一螺旋纏繞部分，而該出口從所述毛細(xì)管的第二螺旋纏繞部分導(dǎo)出。該閥響應(yīng)于通到所述毛細(xì)管第一螺旋纏繞部分的入口與從所述毛細(xì)管第二螺旋纏繞部分導(dǎo)出的出口之間的選定壓差而打開。
在本發(fā)明這個方面的另一種有利的形式中，吸入管路包括U形部分，該U形部分連接所述吸入管路的所述第一和第二筒形部分。
在本發(fā)明這個方面的又另一種有利的形式中，收集器設(shè)置在所述吸入管路的第一和第二筒形部分之間。
在仍是另外一些有利的形式中，制冷劑是CO2并且毛細(xì)管是用于冷卻的CO2制冷劑的膨脹裝置，和/或制冷系統(tǒng)是跨臨界的。
在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用在具有制冷劑蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)中的熱交換器，該熱交換器包括吸入管路以及毛細(xì)管，該吸入管路用于輸送從所述蒸發(fā)器輸出的制冷劑，該毛細(xì)管適于將冷卻的制冷劑輸送到所述蒸發(fā)器。吸入管路包括圍繞一軸線基本成筒形的直部分以及位于蒸發(fā)器和吸入管路直部分之間的收集器。該毛細(xì)管包括圍繞一中心軸線螺旋纏繞的部分，該中心軸大致與吸入管路直部分的軸線重合。該收集器包括具有入口和出口相分離腔、包括排出開口的收集器以及位于相分離腔和收集器之間的垂直管，該入口用于接收從蒸發(fā)器輸出的制冷劑，該出口用于輸出氣態(tài)制冷劑，該氣態(tài)制冷劑已經(jīng)在所述相分離腔中與油和液滴分離，該排出開口用于將油排出以將其返回到系統(tǒng)。
在本發(fā)明這個方面的一種有利的形式中，第二垂直管設(shè)置于所述相分離腔和所述收集器之間，并且該第二垂直管適于保持選定容積的制冷劑充注量。
在本發(fā)明這個方面的其它有利的形式中，制冷系統(tǒng)是跨臨界的，和/或制冷劑是二氧化碳。


圖1是實施本發(fā)明一個方面的制冷系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了可以與本發(fā)明一起使用的吸入管路熱交換器的第一實施例；圖3示出了可以與本發(fā)明一起使用的吸入管路熱交換器的第二實施例；圖4示出了可以與本發(fā)明一起使用的吸入管路熱交換器的第三實施例；圖5示出了實施本發(fā)明另一方面的吸入管路熱交換器；圖6示出了經(jīng)過修改的具有收集器的吸入管路熱交換器；圖7示出了作為替換的吸入管路熱交換器和收集器。
具體實施例方式
用于實施本發(fā)明的制冷系統(tǒng)10的示例性實施例在圖1中示出，它包括壓縮機20、逆流氣體冷卻器24和蒸發(fā)器28。
在所示的優(yōu)選實施例中，壓縮機20是兩級壓縮機，其中氣態(tài)制冷劑被輸入到壓縮機20的第一級34中進行壓縮。被壓縮的制冷劑從壓縮機第一級34輸出到可選的中間冷卻器38中，制冷劑在這里可以進行合適地冷卻，然后再輸入到壓縮機20的第二級40中以進一步壓縮氣態(tài)制冷劑。壓縮機20的第一和第二級34、40在圖1中示意性地表示出來。
雖然根據(jù)本發(fā)明的一個有利方面，二氧化碳(CO2)可以用作制冷劑，尤其是在跨臨界制冷系統(tǒng)中，但是也應(yīng)當(dāng)明了，還有其它的工作流體也可以與本發(fā)明一起使用，它們包括例如其它制冷劑。
被壓縮機20第二級40壓縮的制冷劑被排到氣體冷卻器24中。該氣體冷卻器24可以是任意的適于冷卻和/或冷凝通過冷卻器24管的氣體的形式。例如，圖1中為了說明目的而示意性示出的具有蛇形管44的氣體冷卻器24，該蛇形管具有位于管44流路之間的翅片46。管44中的氣態(tài)制冷劑通過與環(huán)境空氣的熱傳遞而被冷卻，該環(huán)境空氣可以有利地吹過管44和翅片46的空氣側(cè)，例如通過示意性示出的風(fēng)扇48。然而，應(yīng)當(dāng)理解，具有圓形管與片狀翅片或者微通道管與蛇形翅片的單路或多路冷凝器結(jié)構(gòu)，以及任意其它與系統(tǒng)10使用時所處的環(huán)境相適應(yīng)的熱交換器，該熱交換器用于冷卻從壓縮機排出的氣態(tài)制冷劑，它們都可以有利地與本發(fā)明一起使用。
雖然中間冷卻器38與氣體冷卻器24具有單獨的制冷劑通道，但它們可以有利地形成為一體，從而使制冷劑可以由吹過(例如通過風(fēng)扇48)管的空氣進行冷卻，這些管包含從壓縮機第一級34排出的制冷劑(即中間冷卻器中的管38)和從壓縮機第二級38排出的制冷劑(即管44)。在一種有利的構(gòu)造中，中間冷卻器38和氣體冷卻器34可以和微通道管和蛇形翅片裝配到一起。
從氣體冷卻器24排出的冷卻的氣態(tài)制冷劑穿過水收集盤/冷卻器54中的制冷劑管50，以進一步冷卻離開氣體冷卻器24的制冷劑，這將在下文中進一步描述。
制冷劑管50在水收集盤54之后分支成兩路，一路由毛細(xì)管60組成而另一路具有中間放氣閥64。毛細(xì)管60具有較小的直徑以對制冷劑節(jié)流，從而使制冷劑在毛細(xì)管60的出口處膨脹為兩相狀態(tài)，同時也控制通過系統(tǒng)10的制冷劑流量。而且，如下文所述的，制冷劑也在毛細(xì)管60中被冷卻。
中間放氣閥64適于在高于系統(tǒng)10正常運行壓力的壓力下打開，從而可以在壓力非常高(例如可能發(fā)生在系統(tǒng)10啟動期間的壓力峰值)的時候繞過毛細(xì)管60進行旁通。
然后，從毛細(xì)管60排出的兩相制冷劑被送到蒸發(fā)器28，液態(tài)制冷劑在這里被合適地蒸發(fā)成氣體狀態(tài)。例如，如圖所示，較熱的環(huán)境空氣可以由風(fēng)扇70吹過蒸發(fā)器28，由此空氣的熱量被蒸發(fā)器28中較冷的制冷劑吸走，從而使制冷劑蒸發(fā)為氣體狀態(tài)。
如前面所提到的一樣，蒸發(fā)器28上凝結(jié)的較熱環(huán)境空氣中的水分被收集于水收集盤54中，其中的水用來冷卻通過制冷劑管50的制冷劑，該制冷劑管浸入盤54的水中。
氣態(tài)制冷劑從蒸發(fā)器28排出通過吸入管74，該吸入管連接到壓縮機20第一級34的輸入口，然后制冷劑就像上面所述的一樣再次循環(huán)通過系統(tǒng)10。
而且，吸入管74與毛細(xì)管60共同作用形成吸入管路熱交換器78。具體而言，在圖1所示的構(gòu)造中，毛細(xì)管60螺旋纏繞于吸入管74上，從而在管60和74中的制冷劑之間進行有利地?zé)峤粨Q。
單個控制器92可以響應(yīng)于所檢測的條件來簡單地打開和/或關(guān)閉壓縮機20，從而有利地用來控制系統(tǒng)10。例如，合適的傳感器94例如簡單的熱電偶可以用來檢測環(huán)境空氣溫度，并且在溫度上升超過所選范圍時，控制器92響應(yīng)于該檢測溫度來打開壓縮機20(以及風(fēng)扇48、70)。傳感器94可以可替換地用來檢測不同的條件，例如吸入管74中的溫度或壓力。
圖2-7以不同的方式另外示出了有利的吸入管路熱交換器，例如那些可以有利地與發(fā)明結(jié)合使用的熱交換器。
如圖2-4大致所示，吸入管路熱交換器可以設(shè)置成吸入管74包括大致為直線的部分，該部分圍繞著軸線96成筒形。毛細(xì)管60可以相對于吸入管74不同地設(shè)置，從而象前面所述一樣在管74和60之間進行熱交換。
例如，在圖2中，毛細(xì)管60a螺旋纏繞于吸入管74a上，其中毛細(xì)管60a的螺旋纏繞大致圍繞著筒形吸入管74a的軸線96。通過將直徑小于2mm的毛細(xì)管60a纏繞于僅大約20英寸的吸入管74a上的緊湊結(jié)構(gòu)，可以為本發(fā)明制冷系統(tǒng)10的典型應(yīng)用提供包括所需熱交換在內(nèi)的合適運行。
作為另一種選擇，如圖3所示，毛細(xì)管60b同樣可以螺旋纏繞，但是其螺旋纏繞部分位于吸入管74b的內(nèi)部。而圖4所示的另一種簡單的可替換方案是毛細(xì)管60c同樣是直的并且與吸入管74c相鄰(或位于其內(nèi))設(shè)置。
例如圖1所示的制冷系統(tǒng)10可以使用圖2-4的吸入管路熱交換器。然而，這里還公開了各種有利的新式吸入管路熱交換器，它們同樣可以有利地與實施本發(fā)明的制冷系統(tǒng)以及其它系統(tǒng)一起使用。
圖5公開了一種這樣的有利的新式吸入管路熱交換器。在這個實施例中，吸入管74d包括串聯(lián)連接的第一和第二基本平行的直筒形部分100、102，其中第一直部分100從蒸發(fā)器28接收氣態(tài)流體，而第二直部分102通過U形部分104從第一直部分100接收氣態(tài)制冷劑。氣態(tài)制冷劑從第二直部分102輸出到壓縮機20。
毛細(xì)管60d可以將冷卻的制冷劑輸送到蒸發(fā)器28，并且它包括串聯(lián)連接的第一和第二螺旋纏繞部分110、112，于是第二螺旋纏繞部分112通過連接毛細(xì)管部分114從第一螺旋纏繞部分110接收冷卻的制冷劑。第一螺旋纏繞部分110纏繞于吸入管第二直筒形部分102上，而第二螺旋纏繞部分112纏繞于吸入管第一直筒形部分100上。
合適的安全閥120設(shè)置在毛細(xì)管60d的入口和出口之間，該安全閥在這里可以起到例如與結(jié)合圖1描述的中間放氣閥64相類似的作用。也就是，安全閥120適于在壓力超過系統(tǒng)10的正常運行壓力時打開(例如高于120bar)，以在壓力非常高時繞過毛細(xì)管60d進行旁通。
在圖示的實施例中，閥120包括具有選定強度的彈簧122，該強度可以保持閥120固定不動，除非較高側(cè)(即通往毛細(xì)管60d的入口處的壓力)的壓力至少為選定的水平，在這種情況下該壓力足以克服彈簧122的力并且使閥120離開閥座。閥120的離座使得制冷劑可以旁通過毛細(xì)管60d，直到壓力回到低于所選最大值的水平為止。如前面所指出的，這種壓力峰值可能發(fā)生在制冷系統(tǒng)的啟動階段。在正常的運行中，閥120保持固定不動(關(guān)閉)。但是應(yīng)當(dāng)理解，圖5所示的特殊閥結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的，而且任意適于上述操作的閥結(jié)構(gòu)都可以有利地與所示實施例一起使用。
應(yīng)當(dāng)明了，圖5所示的吸入管路熱交換器可以有利地用在許多應(yīng)用場合中，尤其是那些空間非常寶貴的場合，因為所示的熱交換器可以在相對較短(窄)的空間內(nèi)進行最大程度的熱交換。
圖6示出了有利的吸入管路熱交換器的又一個實施例。在圖示的這個實施例中，除了吸入管74e包括替代圖5中U形部分的具有油返回孔132的串聯(lián)收集器130以外，該吸入管路熱交換器與圖5的實施例基本相似。應(yīng)當(dāng)明了，與圖5實施例相似，圖6的實施例同樣可以有利地用在許多場合，尤其是那些空間非常寶貴的場合，因為圖示的熱交換器可以在相對較短(窄)的空間內(nèi)進行最大程度的熱交換。
圖7示出了有利結(jié)構(gòu)的另一個實施例，該有利結(jié)構(gòu)位于制冷系統(tǒng)10的蒸發(fā)器28和壓縮機20之間，并且包括吸入管路熱交換器。具體而言，該熱交換器按照與圖2類似的形態(tài)示出，其中毛細(xì)管60f螺旋纏繞于吸入管74f的直部分。然而應(yīng)當(dāng)理解，圖7實施例的吸入管路熱交換器還可以是其它合適的形式，例如圖3-5所示的那些形式。
收集器140設(shè)置在吸入管路熱交換器和蒸發(fā)器之間。具體而言，收集器140包括分離腔或室142，該分離室具有從蒸發(fā)器接收制冷劑的入口144。垂直吸入管146在其下端連接到吸入管路熱交換器(其具有毛細(xì)管60f)中的吸入管部分74f，而在其上端148在分離室142內(nèi)開口并且與分離室142的底部間隔開。因此，從蒸發(fā)器28出來的氣態(tài)或兩相制冷劑在入口144處進入分離室142，制冷劑中的油和液滴將從制冷劑中滴落出來，從而使進入吸入管146上端148以離開室142的制冷劑所含有的混合于其中的液滴量減少到所需的程度。
收集器室150設(shè)置在分離室142的下方，并且通過垂直管154連接于其上。從制冷劑分離出來的油和液滴將通過垂直管154向下排入收集器室150，并且可以從這里經(jīng)過收集器室150中的油返回孔156進行合適的再循環(huán)。圖中還示出了第二垂直管160，它同樣連接著分離室142和收集器室150。然而，應(yīng)當(dāng)明了，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，還可以包括更多的垂直管。
垂直管154、160不僅連接著室142、150，而且為油和系統(tǒng)充注量提供了儲存容積。應(yīng)當(dāng)明了，通過使用這些管154、160，收集器140可以容易地滿足不同的需求。例如，在需要增加儲存容積的環(huán)境中，這可以通過簡單地增加管154、160的長度并且相應(yīng)地增加室142、150之間的間距來實現(xiàn)。相反，增加每單位高度的容積比需要使用更厚的材料，從而增加了結(jié)構(gòu)的重量。增加的重量可能會使結(jié)構(gòu)在一些重量因素比較重要的應(yīng)用場合不被接受。
圖7所示的第二垂直管160是直的。然而，應(yīng)當(dāng)明了，使用其它為充注量和分離的油提供儲存容積的垂直延伸管結(jié)構(gòu)也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，這些結(jié)構(gòu)包括多于兩根的這種管以及不同形狀的管，例如螺旋纏繞于室142、150之間的垂直吸入管146和/或其它垂直管上的管。
應(yīng)當(dāng)明了，通過上述緊湊的制冷系統(tǒng)10，可以得到高效而可靠的有利冷卻。還應(yīng)當(dāng)明了，通過使用例如上面所述的緊湊而重量輕的吸入管路熱交換器，可以得到高效而可靠的有利冷卻。
通過研究本說明書、附圖和所附權(quán)利要求，還可以得到本發(fā)明其它的一些方面、目的以及優(yōu)點。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以以替換的形式使用，在這些替換的形式中上述本發(fā)明所有的目的、優(yōu)點以及優(yōu)選實施例并不是都可以獲得實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.在具有制冷劑蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)中，熱交換器包括吸入管路，該吸入管路用于輸送從所述蒸發(fā)器輸出的制冷劑，所述吸入管路包括串聯(lián)連接的第一和第二基本平行的直筒形部分，由此所述第二直筒形部分從所述第一直筒形部分接收氣態(tài)制冷劑；以及毛細(xì)管，該毛細(xì)管用于將冷卻的制冷劑輸送到所述蒸發(fā)器，所述毛細(xì)管包括串聯(lián)連接的第一和第二螺旋纏繞部分，由此所述第二螺旋纏繞部分從所述第一螺旋纏繞部分接收冷卻的制冷劑，所述第一螺旋纏繞部分纏繞于所述吸入管路的第二直筒形部分上，而所述第二螺旋纏繞部分纏繞于所述吸入管路的第一直筒形部分上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，還包括位于通到所述毛細(xì)管的所述第一螺旋纏繞部分的入口和從所述毛細(xì)管的所述第二螺旋纏繞部分導(dǎo)出的出口之間的旁通安全閥，所述旁通安全閥響應(yīng)于所述通到所述毛細(xì)管的所述第一螺旋纏繞部分的入口與所述從所述毛細(xì)管的所述第二螺旋纏繞部分導(dǎo)出的出口之間的選定壓差而打開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述吸入管路包括U形部分，該U形部分連接所述吸入管路的所述第一和第二筒形部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，還包括所述吸入管路的所述第一和第二筒形部分之間的收集器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述制冷劑包括CO2，所述毛細(xì)管是用于所述冷卻的CO2制冷劑的膨脹裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述制冷系統(tǒng)是跨臨界的。
7.在具有制冷劑蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)中，熱交換器包括用于輸送從所述蒸發(fā)器輸出的制冷劑的吸入管路，所述吸入管路包括圍繞一軸線基本成筒形的直部分，以及位于所述蒸發(fā)器和所述吸入管路直部分之間的收集器，所述收集器包括相分離腔，具有用于從所述蒸發(fā)器輸出的制冷劑的入口和用于在所述相分離腔中與油和液滴已經(jīng)分離的氣態(tài)制冷劑的出口，包括排出開口的收集器，該排出開口用于將油排出以使所述油返回到所述系統(tǒng)，位于所述相分離腔與所述收集器之間的垂直管；以及用于將冷卻的制冷劑輸送到所述蒸發(fā)器的毛細(xì)管，所述毛細(xì)管包括圍繞中心軸線螺旋纏繞的部分，該中心軸線大致與所述吸入管路直部分的軸線重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述熱交換器，還包括位于所述相分離腔和所述收集器之間的第二垂直管，所述第二垂直管用于保持選定容積的制冷劑充注量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述熱交換器，其中，所述制冷系統(tǒng)是跨臨界的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱交換器，其中，所述制冷劑包括二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括吸入管路(74)和毛細(xì)管(60)的熱交換器，該吸入管路用于輸送從蒸發(fā)器(28)輸出的氣態(tài)或兩相制冷劑，該毛細(xì)管將冷卻的制冷劑輸送到蒸發(fā)器。吸入管路包括串聯(lián)連接的第一和第二基本平行的直筒形部分，并且毛細(xì)管的第一和第二部分串聯(lián)設(shè)置并分別螺旋形纏繞于吸入管路的第二和第一部分上。用于旁通毛細(xì)管的閥(64)響應(yīng)于毛細(xì)管入口與出口之間的選定壓差。U形部分或收集器連接吸入管路的第一和第二部分。收集器可替換地位于蒸發(fā)器和被毛細(xì)管纏繞的吸入管路部分之間，并且相分離腔通過垂直管連接到收集器上。該收集器包括排出開口以將油返回到系統(tǒng)中。
文檔編號F25B40/00GK1864038SQ200480029304
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者S·B·梅默里, 陰建民 申請人:穆丹制造公司