[发明专利]组合的蒸发器/收集器/吸气管道热交换器

说明书

本发明涉及热交换器，具体地说涉及一种组合的吸气管道热交换器以及用于制冷系统的蒸发器。

众所周知，将制冷剂排放到大气中是破坏臭氧层的一个主要原因。而象R134a一类的制冷剂对环境的影响肯定要比被替代的制冷剂，例如R12好得多，但不利的是它们会产生温室效应。

R12和134a广泛地用于汽车领域，而在该领域中最受关注的是其重量和体积。如果汽车空调器系统中的热交换器太重，则对汽车的节油很不利。同样，如果体积太大，不仅重量会增加，而且热交换器的设计会阻碍汽车设计人员根据气体动力学实现有助于节油的“光滑”设计。

因为压缩机不能象固定系统那样得到很好的密封，具体地说它需要通过皮带等传送的汽车发动机的旋转功率，所以汽车空调器系统中的许多制冷剂会漏到大气中去。因此，要求在汽车领域中使用的制冷系统没有任何会对大气造成破坏的制冷剂漏到大气中，而且使系统各部件小而轻，以致于不会对节油产生负面影响。

这些因素势必要考虑汽车领域中可能使用的超临界CO₂系统。例如，要求在这些系统中用作制冷剂的CO₂在开始时不对大气造成影响，因而如果已经使用了CO₂的系统中有CO₂漏回大气，也不会增加大气中的CO₂含量。此外，如果从温室效应的观点来看，CO₂是不理想的，所以，由于没有因泄漏而增加大气中的CO₂含量，也就不会增加温室效应。

但是根据热力学特性曲线，这些系统要求使用吸气管道式热交换器来增加蒸发器的制冷效果。如果不使用这种热交换器，则需要使CO₂的质量流速相当高，相应地也要使压缩机的输入功率很高，以便满足汽车空调系统中的一般负载。由于使用了吸气管道式热交换器，所以CO₂的质量流速和压缩机的输入功率可以降低，如愿以偿地实现减小系统压缩机尺寸的目的。同时，汽车增加吸气管道式热交换器就有可能增加重量，以及在汽车发动机部件中占据更多的已经是非常有限的空间。所以，实际上需要非常紧凑高效的吸气管道式热交换器。

迄今为止，均是将吸气管道式热交换器用于比较大的制冷系统中，在这种制冷系统中必须将蒸发器中出来的制冷剂作为过热蒸汽排放到压缩机中，以便保证没有液体进入压缩机。当传统上用于制冷系统中的压缩机为变容式装置时这是必须的。这样，如果与饱和状态中的气态制冷剂同时存在的任何液体制冷剂吸入压缩机，都有可能对压缩机的泵送能力造成严重损失或损伤。

吸气管道式热交换器可以通过将出自系统冷凝器或气体冷却器的比较热的冷凝制冷剂与出自蒸发器的制冷剂在蒸发器和压缩机之间进行热交换而避免上述困难。因此，出自蒸发器的制冷剂流就会得到加热。吸气管道式热交换器的尺寸应能使从该吸气管道式热交换器均匀到达压缩机的气流成为过热蒸汽，使其温度明显高于此时系统压力下的制冷剂饱和温度。所以，制冷剂不是处于液相，压缩机只接收气态制冷剂。这种系统示于图1中。

传统上在商业领域中所用的吸气管道式热交换器一般为很长的同心圆管装置。它们并不适用于很受重视的场合。吸气管道式热交换器的其它形式包括使用大口径圆管将蒸发器出口气流引入压缩机。这种管上绕有将冷凝器的液态制冷剂引入系统膨胀设备的小口径圆管。这种热交换器相对于同心圆管结构来讲性能有些改变，它可以取代高压侧冷凝器和膨胀设备之间的连接管道以及低压侧蒸发器和压缩机之间的连接管道，由此稍许节省了空间。但是其体积仍旧很大，所以不适用于移动式制冷系统，例如不适用于汽车空调系统。

为了实现紧凑的目的，已经提出过将蒸发器和吸气管道式热交换器组合成一个组件。这种结构的一个例子在Yoshii等的美国专利US5678422(授权日为1997年10月21日)中进行了描述。所提出的叫做拉伸罩蒸发器结构，该蒸发器的一端上还有一个拉伸罩式热交换器，该热交换器用作吸气管道式热交换器。这样虽然达到了一定的紧凑程度，但是由于增加了拉伸罩式吸气管道热交换器而使蒸发器的体积大大增加。

在Datta的美国专利US5212965(授权日为1993年5月25日)中描述了另一种将吸气管道热交换器与蒸发器结合在一起的例子。在该专利中介绍的是一种圆管散热片式蒸发器结构，虽然这种结构已将吸气管道热交换器与蒸发器结合在一起，但仍不能使结构的体积减小很多，因而这种蒸发器结构本身尺寸就很大。