冷冻循环装置制造方法及图纸

一种冷冻循环装置，包括：压缩二氧化碳（ＣＯ↓［２］）制冷剂用的压缩机；对所述压缩机中升压的制冷剂进行冷却的放热器；配置在离所述放热器的制冷剂下游侧、对冷却的制冷剂进行减压膨胀的减压器；以及对由所述减压器减压的制冷剂进行加热的蒸发器，所述放热器及／或所述蒸发器的制冷剂流路是１ｍｍ或１ｍｍ以下的细管，使用以与所述ＣＯ↓［２］制冷剂相溶的有极性油作为主体而组成的冷冻机油。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及作为主体制冷剂使用二氧化碳(以下称为CO2)的冷冻机和空调机等的冷冻循环装置。
技术介绍
目前，在空调机、冰箱、冷冻库、自动销售机、加热泵热水器等的冷冻循环装置的制冷剂中，从物性稳定、便于处理的观点出发，使用的是含氯而不含氢的氟碳类(以下称为CFC)以及含氯和氢的氟烃类(以下称为HCFC)。然而，CFC制冷剂和HCFC制冷剂因具有促进臭氧层破坏的性质，故提出有采用分子构造中不含氯而含氢的氟化烃类(以下称为HFC)来作为替代制冷剂的提案。又，CFC制冷剂、HCFC制冷剂、HFC制冷剂因具有促进地球温暖化的性质，故提出有采用对地球温暖化影响极小的自然制冷剂来作为替代制冷剂的提案。但是，即使是自然制冷剂，因碳化氢类(以下称为HC)具有强可燃性，故存在着引火、爆炸的危险性，又由于铵制冷剂具有毒性，故存在着泄漏时产生危险的问题，由此，对非燃性、无毒性且成本低的CO2制冷剂的使用正在研讨之中。使用这种CO2制冷剂的冷冻循环装置因CO2制冷剂的临界温度是31℃，故成为在超临界区域中使用高压侧线路的结构，普通的冷冻循环装置是将制冷剂压缩进行升压的压缩机、需要时将四通阀、冷却制冷剂的放热器、减压制冷剂的毛细管和膨胀阀等的减压器、制冷剂蒸发气化的蒸发器等进行配管连接而成，通过使制冷剂在其内部循环，起着冷却或加热作用。作为使用CO2制冷剂的冷冻循环装置的放热器和蒸发器中使用的热交换器，采用称为微型管热交换器的热交换器。微型管热交换器由内部形成有多个贯通小孔(制冷剂流路)的扁平管和增大与配置于该扁平管间的外部流体(如空气)的传热面积用的散热片所构成。贯通小孔的剖面形状是圆形，孔径约为1mm。作为CO2制冷剂用的冷冻机油，从润滑性优良的观点出发，大多采用矿物油(参照文献B.E.Fagerli著「Development and Experiment with a HermeticCO2Compressor」Proceeding of the 1996 International EngineeringConference at Purdue，229-234)。然而，因矿物油是非极性油，故与CO2制冷剂为非相溶，与制冷剂一起从压缩机向循环中吐出的冷冻机油在放热器和蒸发器的制冷剂流路中以油滴状或作为油膜环状覆盖于管内壁的形态流动。由此引起热传递的障碍和导致压力损失增大，成为热交换器尺寸增大和效率降低的原因。特别是在非超临界区域的蒸发器中，因冷冻机油而造成的热传递明显下降。又，使用微型管热交换器时，因制冷剂流路是孔径约1mm的非常细的传热管，故与使用以往对HFC制冷剂而使用的具有管径约5mm大小的剖面积的制冷剂流路相比，本专利技术者发现了对于因管内壁上形成的油膜和油滴所造成的热传递障碍以及压力损失的增大效果很大。其内容详述如下。图6和图7分别是使用将相当直径1.2mm的微型管作为制冷剂流路的扁平管的蒸发器中的蒸发能力和压力损失的特性图。对于CO2制冷剂，冷冻机油采用非相溶的非极性油即矿物油。横轴是制冷剂循环量除以油(冷冻机油)循环量的油循环率。使用非相溶油时，可以看出通过增大油循环率，热传递率明显下降，压力损失明显增大。按照下述的相关公式从含有图6和图7所示数据的各种实验数据中求出的计算值，能良好地与油和CO2制冷剂循环时的扁平管的蒸发热传递率及压力损失的值保持一致。即，对于蒸发热传递率是作为管内蒸发热传递率的相关式将一般所知的Lyu-Winterton的相关式考虑了对核沸腾热传递率的油混合有影响的参数Kfh来进行修正，对于强制对流热传递率则是进行将液的物性值改变为制冷剂与油的混合物的值的修正。(数式1)h＝a·{(E·h1)2+(S·h pool)2}0.5(公式1)(数式2)h pool＝55·Pr0.12·{-logPr-0.55·M-0.5·q0.67·Kfh(公式2)其中，h是蒸发热传递率、a是常数、h1是只视为液层流动时的强制对流热传递率、h pool是沸腾热传递率、E、S分别是强制对流、核沸腾程度的参数。又，对于压力损失，作为二相流压力损失的相关式，一般是在已知的Lockhart-Martnelli的相关式中进行将液的物性值改变为制冷剂与油的混合物值的修正。(数式3)ΔP＝φ2·ΔPf·KfP (公式3)其中，φ是Martnelli的参数、ΔPf是只视为液相流动时的压力损失、Kfp是修正参数。图8是由上述相关公式求出的CO2制冷剂的蒸发热传递率和压力损失的特性图(代表例)。横轴是制冷剂循环量除以油循环量的油循环率。又，纵轴是用油循环率为0％时的压力损失作为100时的压力损失之比除以油循环率为0％时的热传递率作为100时的热传递率之比的值的百分率。即，油循环率为0％时是100，因油循环率增大，越是加大热传递率的下降且/或增大压力损失的增加，则数值越小于100。图8也表示了水力相当直径De不同的细管的特性，水力相当直径De越小，则热传递率的下降越大、且/或压力损失的增加越多。下面对其作进一步详细探讨，图9为表示油循环率从0增至4％场合的(热传递率/压力损失)减少率与水力相当直径De的关系。当水力相当直径De从约1mm进一步减少时，可以看出(热传递率/压力损失)减少率急剧增大。即，若当水力相当直径De从约1mm进一步变细，则因受非相溶的油的影响，管内壁形成油膜或者油滴在管内飞散，大大降低热传递率、且/或压力损失的增加变大。
技术实现思路
本专利技术就为解决上述以往的冷冻循环的课题，其目的在于，提供一种小型、高效率的使用CO2制冷剂的冷冻循环装置。本专利技术第1技术方案的冷冻循环装置，包括压缩二氧化碳(CO2)制冷剂用的压缩机；对所述压缩机中升压的制冷剂进行冷却的放热器；配置在离所述放热器的制冷剂下游侧、对冷却的制冷剂进行减压膨胀的减压器；以及对由所述减压器减压的制冷剂进行加热的蒸发器， 所述放热器及/或所述蒸发器的制冷剂流路是1mm或1mm以下的细管，使用以与所述CO2制冷剂相溶的有极性油作为主体而组成的冷冻机油。本专利技术第2技术方案是在本专利技术第1技术方案的冷冻循环装置中，所述制冷剂流路是扁平管中形成的多个贯通小孔。本专利技术第3技术方案是在本专利技术第1技术方案的冷冻循环装置中，作为所述冷冻机油，使用聚醚油、聚酯油、聚二醇油、聚碳酸酯油或者这些油的混合油。本专利技术第4技术方案是在本专利技术第1技术方案的冷冻循环装置中，所述冷冻机油中含有的水分量为100ppm以下。本专利技术第5技术方案是在本专利技术第2技术方案的冷冻循环装置中，所述贯通小孔是内面形成有槽的带内面槽小孔。本专利技术第6技术方案是在本专利技术第5技术方案的冷冻循环装置中，所述带内面槽小孔的槽形状是梯形。附图的简单说明图1为本专利技术实施例1中的冷冻循环装置的概略结构图。图2为本专利技术实施例1中使用的热交换器的结构图。图3为本专利技术实施例1的热交换器中使用的传热管的结构图。图4为本专利技术实施例2的冷冻循环装置中使用的热交换器的传热管要部放大结构图。图5为本专利技术实施例3的冷冻循环装置中使用的热交换器的传热管要部放大结构图。图6为使用将相当直径1.2mm的微型管作为制冷剂流路的扁平管的蒸发器中相对于油循环率的蒸发能力的特性图。图7为使用将相当直径1.2mm的微型管作为制冷剂流路的扁平管的蒸发器中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷冻循环装置，包括：压缩二氧化碳（ＣＯ↓［２］）制冷剂用的压缩机；对所述压缩机中升压的制冷剂进行冷却的放热器；配置在离所述放热器的制冷剂下游侧、对冷却的制冷剂进行减压膨胀的减压器；以及对由所述减压器减压的制冷剂进行加热的蒸发器，其特征在于，所述放热器及／或所述蒸发器的制冷剂流路是１ｍｍ或１ｍｍ以下的细管，采用以所述ＣＯ↓［２］制冷剂相溶的有极性油作为主体而组成的冷冻机油。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：西胁文俊，船仓正三，冈座典穗，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]