制冷器具的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種制冷器具，其包括具有壓力和溫度的制冷劑和制冷回路，所述制冷劑可在該制冷回路中運動。所述制冷回路具有用于壓縮制冷劑的壓縮機(50)；冷凝器(60)，所述制冷劑能夠在在放熱情況下在該冷凝器中冷凝；用于給制冷劑降壓的節流器(70)；和蒸發器(80)，所述制冷劑能夠在吸熱情況下在該蒸發器中蒸發。所述節流器具有毛細管和至少一個過壓管道，其中，所述毛細管和所述過壓管道以并聯方式布置在所述制冷回路中。所述過壓管道包括：閥，所述閥適用于如果所述冷凝器中的制冷劑的壓力超過一最大壓力和/或如果所述冷凝器中的制冷劑的溫度超過一最大溫度被打開；和管，所述管適用于將所述制冷劑從所述冷凝器中導出，并且所述管銜接在所述閥上。
【專利說明】制冷器具
[0001]本發明涉及一種制冷器具，尤其是家用制冷器具，該制冷器具包括制冷劑和制冷回路。制冷劑具有壓力和溫度并且能夠在制冷回路中運動。制冷回路包括:用于壓縮制冷劑的壓縮機；冷凝器，在該冷凝器中制冷劑能夠在放熱的情況下冷凝；用于給制冷劑降壓的節流器；和蒸發器，在該蒸發器中制冷劑能夠在吸熱的情況下蒸發。
[0002]在圖1中示出這種已知的制冷器具。圖1中所示的制冷器具的節流器構造為毛細管并且在制冷回路內布置在冷凝器和蒸發器之間。傳統制冷器具的節流器不受調控并且具有不變的壓力損失系數。
[0003]開頭所述類型的制冷器具在環境溫度升高的情況下可能具有降低的制冷功率和/或減少的使用壽命。尤其當冷凝器的溫度超過臨界的最大溫度時是這種情況。
[0004]在開頭提及類型的器具中，通過壓縮機輸送給冷凝器的制冷劑流在循環開始時遠大于通過節流器從冷凝器排出的制冷劑流。因此，到被輸送給冷凝器的制冷劑流與從冷凝器中被導出的制冷劑流相適應要持續幾分鐘。
[0005]在開頭所述類型的、具有高的制冷劑充注度和/或高的冷凝體積的制冷器具中，在環境溫度高的情況下，冷凝器中的氣態的和液態的制冷劑之間的比例關系向液態的方向移動，從而冷凝器中的壓力明顯升高超過制冷器有效率地工作時的壓力。在冷凝器的制冷劑以液態存在于其中的區域中，溫度明顯更低，從而冷凝器在這個區域中明顯更難以釋放熱。此外，節流器上的窄道處(Engpass)意味著過少的制冷劑到達蒸發器上。這導致,蒸發僅在蒸發器的第一部分中發生。其余部分以過熱的、具有內室溫度的氣體充注。這也導致蒸發器低效地工作。
[0006]這個問題的已知的解決方案全都涉及通過使用較大的冷凝器和/或通風機的方式來提高冷凝器功率。這些措施昂貴并且僅通過大的構造花費和成本花費投入來滿足要求。使用具有提高的通過率(Durchlaessigkeit)的節流器是不合適的，因為制冷器具在正常運行時會有能量損失。
[0007]本發明的根本任務在于，提供一種制冷器具，所述制冷器具在環境溫度提高的情況下提供足夠的功率并且具有提高的使用壽命。
[0008]為了解決該任務，在具有以上提及的、與權利要求1 一致的特征的制冷器具中根據本發明設置，所述節流器具有毛細管和至少一個過壓管道。所述毛細管和所述過壓管道在所述制冷回路中以并聯方式布置。所述過壓管道包括:閥，所述閥適用于，如果所述冷凝器中的制冷劑的壓力超過一最大壓力和/或如果所述冷凝器中的制冷劑的溫度或者所述冷凝器的溫度超過一最大溫度則被打開；和管，所述管適用于將制冷劑從所述冷凝器中導出，并且所述管銜接在所述閥上。根據本發明的制冷器具的有利構型在權利要求2至7中說明。
[0009]此外，為了解決該任務提出一種用于運行制冷器具的、根據權利要求8的方法。根據本發明的、用于運行制冷器具的方法的有利構型在權利要求9和10中說明。
[0010]根據本發明的制冷器具(其中所述管至少近乎旁路式地相對于毛細管布置)的特征尤其在于，冷凝器的溫度被保持在臨界的、冷凝器和壓縮器都低效地工作的最大溫度以下。如果制冷劑以兩相混合物的形式處于冷凝器的內部，在所述兩相混合物中制冷劑既以液態也以氣態的形式存在，則制冷劑處于沸點上。因為沸點上的溫度和壓力相互有關，因此兩相混合物的氣態份額的壓力必須保持在一最大壓力以下，由此，制冷劑的溫度保持在一最大溫度以下。如果認為冷凝器的溫度迅速地與制冷劑的溫度相適應，則能夠防止冷凝器超過臨界的最大溫度，其方式是，確保冷凝器內部的制冷劑的壓力保持在臨界的最大壓力以下。由此，制冷劑的溫度也保持在臨界溫度以下。此外，防止了制冷劑積聚在冷凝器中，并且確保在蒸發器中存在足夠的制冷劑。
[0011]通過相對于毛細管旁路式地延伸的管，制冷劑被排到制冷回路中的收集容器中、優選排到蒸發器中。
[0012]另一優點是，與傳統制冷器具相比，蒸發器中的更大的制冷劑流產生更高的制冷功率。S卩，所述制冷器具更迅速地達到正常的運行狀態。此外，可以放棄用于降低壓力的其他措施，例如附加的通風機或者附加的冷凝器。
[0013]根據本發明的制冷器具的冷凝器更有效率地工作，由此，較小的冷凝器足以實現和傳統制冷器具中相同的功率。由此，能夠節省機械室中的大量空間，這尤其對于具有附加功能的器具(例如磁閥、冷水接頭和過濾器、緊湊冷凝器)是重要的。
[0014]在一種優選的構型中，所述制冷劑為碳氫化合物，優選異丁烷。碳氫化合物具有200kJ/kg數量級上的單位蒸發焓，從而所述碳氫化合物特別適和于作為制冷劑使用。蒸發焓越高，用于相同的功率所需要的制冷劑越少。在作為制冷劑使用的情況下，異丁烷通常被稱作R600a。
[0015]在一種優選的構型中，所述管構造為毛細管。這種構型提供優點:所述管具有能夠與毛細管類比的壓力損失系數。與傳統器具相比，節流器可以由此調節，使得通過打開過壓閥能夠從具有一毛細管的節流器轉換到具有一毛細管和至少一個過壓管道的節流器。由此，所述節流器作為整體能夠以至少兩個不同的壓力損失系數運行。
[0016]所述最大壓力優選處于7巴和15巴之間，優選處于10巴和11巴之間。此外，最大溫度優選處于60°C和80°C之間，優選大約為70°C。在11巴的壓力情況下，異丁烷的沸點大約為70°C。因為在冷凝器中存在制冷劑的兩相混合物，冷凝器的溫度處于制冷劑沸點的范圍內。如果現在使用異丁烷作為制冷劑并且冷凝器的溫度不能超過70°C，則得出，異丁烷的兩相混合物的壓力不能超過11巴的壓力。
[0017]所述閥優選為過壓閥，所述過壓閥優選受彈簧壓力控制。這種構型提供優點:一旦制冷劑超過給定的壓力、例如最大壓力，則通過所述管從冷凝器導出制冷劑。此外，受彈簧壓力控制的過壓閥提供優點:不必從外部控制或者說調控該過壓閥，因為一旦達到對于抵抗彈簧壓力所需的壓力，該閥打開。以這種方式，從冷凝器導出準確量的制冷劑，直到達到所期望的壓力并且閥重新關閉。
[0018]所述蒸發器優選具有雙重入口，所述毛細管和所述管銜接在該雙重入口上。兩個管優選釬焊在所述蒸發器上。此外，所述制冷回路優選為閉合的回路。
[0019]根據本發明的、用于運行制冷器具的方法示出以下方法步驟:
[0020]a.確定處于所述冷凝器中的制冷劑的溫度和/或壓力或者確定所述冷凝器的溫度；
[0021]b.將所述溫度與一最大溫度相比較和/或將所述壓力與一最大壓力相比較；[0022]c.如果所述溫度超過所述最大溫度和/或如果所述壓力超過所述最大壓力，所述閥打開；
[0023]d.通過所述過壓管道導出制冷劑。
[0024]優選從數值表中讀取所述最大壓力和/或所述最大溫度。
[0025]所述最大溫度例如可以與所使用的制冷劑無關地通過冷凝器來確定。這就是說，這樣選擇冷凝器的最大溫度，使得所述冷凝器在使用壽命上不明顯受限制。從中則可推導出制冷劑的最大溫度。制冷劑的最大壓力則例如可以根據所使用的制冷劑并且根據所期望的最大溫度來選擇。最大溫度則這樣選擇，使得在壓力處于該最大壓力以下的情況下，制冷劑的沸點也處于所述最大溫度以下。即，如果例如通過冷凝器所確定的最大溫度被確定為70°C并且使用異丁烷作為制冷劑，則得出大約11巴的最大壓力，因為在比11巴高的壓力情況下，異丁烷的沸點會超過70°C。所述數值表也可以相應地包含用于其他制冷劑的、與其他最大溫度有關的其他值。
[0026]此外優選，用于運行制冷器具的方法的特征在于，如果所述溫度低于所述最大溫度和/或如果所述壓力低于所述最大壓力，所述閥關閉。
[0027]這種構型確保，一旦克服冷凝器中的制冷劑的臨界狀態，所述制冷器具轉換回到正常運行中。
[0028]根據本發明的制冷器具的細節和其他優點由下面描述的優選實施例得知。在僅示意性示出這些實施例的附圖中詳細地直觀示出:
[0029]圖1:現有技術中的制冷器具的制冷回路的示意性視圖；
[0030]圖2:根據本發明的制冷器具的制冷回路的示意性視圖；
[0031]圖3a:曲線圖，其重現了現有技術中的制冷器具的制冷劑壓力變化曲線和根據本發明的制冷器具的制冷劑壓力變化曲線；
[0032]圖3b:曲線圖，其重現了現有技術中的制冷器具的制冷劑的溫度變化曲線和根據本發明的制冷器具的制冷劑的溫度變化曲線；
[0033]圖3c:曲線圖，其重現了現有技術中的制冷器具的冷凝器的溫度變化曲線和根據本發明的制冷器具的冷凝器的溫度變化曲線。
[0034]圖1示出由現有技術已知的制冷器具210的制冷回路240的示意性視圖。制冷劑在制冷回路240中運動并且相繼經歷不同的物態改變。起初氣態的制冷劑被壓縮機250壓縮并且流到回曲形地構造的冷凝器260中。在冷凝器260中，制冷劑在吸熱的情況下冷凝。隨后，制冷劑流向包括毛細管271的節流器270。在毛細管271中制冷劑被降壓。
[0035]在連接在節流器270之后的、具有銜接上毛細管271的入口 281的蒸發器280中，制冷劑在吸熱的情況下在低的溫度下蒸發。所述制冷劑在制冷回路240中的循環現在可以從頭開始。制冷劑在低的溫度上吸收熱功率，并且在輸入技術功而提升到較高溫度的情況下將熱功率釋放到環境中。
[0036]冷凝器260不應超過一定的溫度Tmax'、例如70°C，因為否則其使用壽命被限制。如果冷凝器260的溫度T'在制冷器具210的由現有技術已知的制冷回路240中超過最大溫度Tmax'，則壓縮機250暫時關斷，以使冷凝器260冷卻。
[0037]圖2示出根據本發明的制冷器具10的制冷回路40的示意性視圖。如在傳統的制冷器具210中那樣使制冷劑在閉合的制冷劑回路中運動。起初氣態的制冷劑被壓縮機50壓縮，在隨后的冷凝器60中在放熱情況下冷凝，并且隨后，此時液態的制冷劑通過節流器70降壓。在連接在后面的蒸發器80中，制冷劑20在吸熱情況下在低的溫度下蒸發。
[0038]與由現有技術已知的制冷回路240相比，根據本發明的制冷回路40具有改進了的節流器70。該節流器70包括毛細管71和過壓管道72。過壓管道72具有閥73和管74。毛細管71和過壓管道72在制冷回路40中以并聯方式布置。據此，蒸發器80具有雙重入口 82，毛細管71和過壓管道72通到該入口上。
[0039]根據本發明的制冷機10的蒸發器80可以僅在一定的最大溫度Tmax'以下運行，以避免蒸發器80的使用壽命被縮短。該最大溫度Tmax'例如可以為大約70°C并且可以根據結構類型而定。在根據本發明的制冷器具10的制冷回路40中優選使用異丁烷作為制冷劑20。在與制冷器具有關的方面，異丁烷也被稱為R600a。
[0040]物質的沸點與溫度和壓力有關并且描述液態的物態和氣態的物態之間的物相轉變。在根據本發明的制冷器具10的制冷回路40中作為制冷劑使用的物質異丁烷在大約11巴的壓力下具有大約70°C的沸點。如果壓力處于11巴以上，則該沸點的溫度升高到70°C以上。因為根據本發明的制冷器具10的冷凝器60不應超過溫度Tmax'(在這種情況下700C )，以便不限制冷凝器60的使用壽命，冷凝器60中的制冷劑的壓力P不應超過11巴的值，因為制冷劑的在冷凝器60中發生的物態在之前描述沸點上發生。
[0041]為了防止冷凝器60的溫度T'超過70°C的值，需要將冷凝器60內部的制冷劑的壓力P保持在11巴以下。即，這樣選擇閥73，使得閥在冷凝器60內部的最大壓力Pmax被超過時打開。在閥73打開時，另外的制冷劑可以從冷凝器60被引導到蒸發器80中，并且冷凝器60內部的壓力P被降低。過壓管道72在冷凝器60之后和毛細管71之前分支并且與毛細管71并列地構成另一從冷凝器60到蒸發器80的管道。閥73例如可以構造為受彈簧壓力控制的過壓閥，通過制冷劑的直接壓力作用使該過壓閥逆著彈簧壓力機械地打開。為了將節流器70的通過率構型得更可變，也可以設置有多于一個的過壓管道72。將閥73與蒸發器80的雙重入口 82連接的管74也可以構造為毛細管。替代地，可以從其他方面控制、打開閥73，即，當或者最大壓力Pmax被超過和/或冷凝器60的最大溫度Tmax'被超過時。
[0042]在閥73打開時，從冷凝器60到蒸發器80的制冷劑20的質量流提高。由此，液態的制冷劑20從冷凝器60排出并且被引導到蒸發器中。這樣，冷凝器60中的制冷劑的壓力可以保持在最大壓力以下，并且冷凝器60的最大溫度不被超過。在蒸發器80中，所述壓力由于閥73打開而停止下降，也可能略微升高并且穩定在一不變的值上。較大部分的制冷劑此時處于蒸發器60中，這導致較大的、起作用的蒸發器面積，由此能夠蒸發更多的制冷劑。隨后，由壓縮機50抽吸制冷劑并且壓縮機50內部的質量流又升高。另一優點是，蒸發器80中的制冷劑的較大質量流能夠實現制冷回路40的更高的制冷功率。此外，根據本發明的制冷器具10更早地達到正常的運行狀態。
[0043]圖3a示出曲線圖，其重現了由現有技術已知的制冷器具210的制冷回路240的制冷劑的壓力變化曲線110和根據本發明的制冷器具10的制冷回路40的制冷劑的壓力變化曲線120。在傳統制冷器具210的壓力變化曲線110中，壓力P陡峭地升高并且達到處于最大壓力Ρ_之上的區域130并且在一定的時間結束之后才離開該區域130。在這個一定的時間之內，冷凝器260的溫度急劇提高并且處于臨界的溫度Tmax'之上，在該溫度以上冷凝器260的使用壽命受到限制。[0044]在壓力變化曲線120中，壓力P在開始時和制冷劑壓力變化曲線110 —樣迅速地升高，然而不進入到冷凝器60由于溫度而受損的區域130中，并且保持在最大壓力Pmax以下，因為閥73在達到最大壓力Pmax時打開。制冷劑壓力變化曲線120保持在最大壓力Pmax以下并且隨著時間推移與傳統制冷器具210的制冷劑壓力變化曲線110相適應。
[0045]圖3b示出曲線圖，其重現了由現有技術已知的制冷器具210的制冷回路240的制冷劑的溫度變化曲線140和根據本發明的制冷器具10的制冷回路40的制冷劑的溫度變化曲線150。在溫度變化曲線140中，其溫度T陡峭地升高并且到達處于最大溫度Tmax之上的區域180，并且在一定的時間結束之后才離開該區域180。在這個一定的時間之內，除了制冷劑的溫度T以外，冷凝器60的溫度T'也劇烈地提高并且處于臨界的溫度Tmax'以上，在該溫度以上冷凝器60的使用壽命受到限制。
[0046]在溫度變化曲線150中，溫度T在開始時和溫度變化曲線140 —樣迅速地升高，然而不進入到冷凝器60由于溫度受損的區域180中，并且保持在最大溫度Tmax以下，因為閥73在達到最大壓力Pmax時打開。替代地，閥73可以在達到最大溫度Tmax時打開。溫度變化曲線150保持在最大溫度Tmax以下并且隨著時間推移與傳統制冷器具210的溫度變化曲線140相適應。
[0047]圖3c示出曲線圖，其重現了由現有技術已知的制冷器具210的制冷回路240的冷凝器260的溫度變化曲線160和根據本發明的制冷器具10的制冷回路40的冷凝器60的溫度變化曲線。在溫度變化曲線160中，溫度T'陡峭地升高并且達到處于最大溫度Tmax'以上的區域190，并且在一定的時間結束之后才離開該區域190。在這個一定的時間之內，冷凝器260的溫度T'劇烈地提高并且處于臨界的溫度Tmax'以上，在該溫度以上冷凝器60的使用壽命受到限制。
[0048]在溫度變化曲線170中，溫度Ti在開始時和溫度變化曲線160 —樣迅速地升高，然而不進入到冷凝器60由于溫度而受損的區域190中，并且保持在最大溫度Tmax'以下，因為閥73在達到最大壓力Pmax時打開。替代地，閥73也可以在達到冷凝器60的最大溫度Tfflax/時打開。冷凝器溫度變化曲線170保持在最大溫度Tmax'以下并且隨著時間推移與傳統制冷器具210的冷凝器260的溫度變化曲線160相適應。
[0049]根據本發明的制冷器具10的制冷回路40提供優點:確保在蒸發器80中存在充足的制冷劑，由此，蒸發器80更有效率地工作。
[0050]在熱帶條件下運行時、就是說在環境溫度提高的情況下，尤其是當制冷器具10在長時間存放之后首次被接通時，根據本發明的制冷器具10是特別有利的。
[0051]參考標記列表
[0052]10制冷器具
[0053]40制冷回路
[0054]50壓縮機
[0055]60冷凝器
[0056]70節流器
[0057]71毛細管
[0058]72過壓管道
[0059]73 閥[0060]74 管道
[0061]80蒸發器
[0062]82雙重入口
[0063]110壓力變化曲線
[0064]120壓力變化曲線
[0065]130 區域
[0066]140溫度變化曲線
[0067]150溫度變化曲線
[0068]160溫度變化曲線
[0069]170溫度變化曲線
[0070]180 區域
[0071]190 區域
[0072]210制冷器具
[0073]240制冷回路
[0074]250壓縮機
[0075]260冷凝器
[0076]270節流器
[0077]271毛細管
[0078]280蒸發器
[0079]281 入口
[0080]t 時間
[0081]P 壓力
[0082]Pfflax最大壓力
[0083]T 溫度
[0084]Ti 溫度
[0085]Tmax最大溫度
[0086]Tmax /最大溫度
【權利要求】
1.制冷器具，尤其家用制冷器具，包括: 制冷劑，該制冷劑具有壓力(P)和溫度(T)，和 制冷回路(40)，所述制冷劑在該制冷回路中循環； 其中，所述制冷回路(40)具有 用于壓縮制冷劑的壓縮機(50)， 冷凝器(60)，所述制冷劑能夠在在放熱情況下在該冷凝器中冷凝， 用于給制冷劑降壓的節流器(70);和 蒸發器(80)，所述制冷劑能夠在吸熱情況下在該蒸發器中蒸發； 其特征在于， 所述節流器(70)具有毛細管(71)和至少一個過壓管道(72)； 其中，所述毛細管(71)和所述過壓管道(72)以并聯方式布置在所述制冷回路(40)中，并且， 其中，所述過壓管道(72)包括: 閥(73)，所述閥適用于:如果所述冷凝器(60)中的制冷劑的壓力(P)超過一最大壓力(Pmax)和/或如果所述冷凝器(60)中的制冷劑的溫度⑴超過一最大溫度(Tmax)或者所述冷凝器(60)的溫度(T')超過一最大溫度(Tmax')，則被打開，和 管(74)，所述管適用于將制冷劑從所述冷凝器(60)中導出，并且所述管銜接在所述閥(73)上。
2.根據權利要求1的制冷器具，其特征在于，所述制冷劑為碳氫化合物，優選為異丁燒。
3.根據權利要求1或2的制冷器具，其特征在于，所述管(71)為毛細管(71)。
4.根據權利要求1至3中任一項的制冷器具，其特征在于，所述最大壓力(Pmax)處于7巴和15巴之間，優選處于10巴和11巴之間。
5.根據權利要求1至4中任一項的制冷器具，其特征在于，所述制冷劑的最大溫度(Tmax)和/或所述冷凝器(60)的最大溫度(Tmax,)處于60°C和80°C之間，優選大約為70°C。
6.根據權利要求1至5中任一項的制冷器具，其特征在于，所述閥(73)為過壓閥(73)，該過壓閥優選受彈簧壓力控制。
7.根據權利要求1至6中任一項的制冷器具，其特征在于，所述蒸發器(80)具有一雙重的入口(82)，所述毛細管(71)和所述管(74)銜接在該入口上。
8.用于運行根據權利要求1至7中任一項的制冷器具的方法，包括以下方法步驟: a.確定處于所述冷凝器(60)中的制冷劑的溫度⑴和/或壓力⑵和/或確定所述冷凝器(60)的溫度(T'); b.將所述溫度⑴與一最大溫度(Tmax)相比較和/或將所述溫度(T')與一最大溫度(Tmax,)相比較和/或將所述壓力⑵與一最大壓力(Pmax)相比較； c.如果所述溫度(T)超過所述最大溫度(Tmax)和/或如果所述溫度(T')超過所述最大溫度(Tmax')和/或如果所述壓力(P)超過所述最大壓力(Pmax)，將所述閥(73)打開； d.通過所述過壓管道(72)導出制冷劑。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于，所述制冷劑的最大壓力(Pmax)和/或最大溫度(Tmax)和/或所述冷凝器(60)的最大溫度(Tmax')從一數值表中讀出。
10.根據權利要求8或9的方法，其特征在于，如果所述溫度(T)低于所述制冷劑的最大溫度(Tmax)和/或如果所述溫度(T')低于所述冷凝器(60)的最大溫度(Tmax')和/或如果所述壓力(P) 低于所述最大壓力(Pmax)，所述閥(73)關閉。
【文檔編號】F25B41/06GK103620324SQ201280014297
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年2月28日 優先權日:2011年3月18日
【發明者】N·林加德, S·巴斯曼, M·姆爾齊格洛德 申請人:Bsh博世和西門子家用電器有限公司