蒸氣壓縮製冷系統中的液體冷卻換熱器的製作方法
2023-06-13 05:51:46
專利名稱：蒸氣壓縮製冷系統中的液體冷卻換熱器的製作方法
蒸氣壓縮製冷系統中的液體冷卻換熱器
相關申請的交叉引用本申請要求2009年9月沘日提交的、名稱為「Liquid-Cooled Heat Exchanger in a Vapor Compression Refrigeration System」 的美國臨時申請 61/246239 的優先權。該申請的全部內容通過引用併入本文中。技術領域
本公開一般地涉及蒸氣壓縮製冷系統，並且更具體地涉及用於對蒸氣壓縮製冷系統中的製冷劑進行液體冷卻的方法和設備。
背景技術：
用於控制封閉區域(例如卡車、拖車、貨櫃或類似聯運單元上使用的絕緣箱)的運輸製冷系統的作用是從封閉區域吸收熱量並且將熱量釋放到箱外進入環境中。運輸製冷系統通常包括用於對製冷劑蒸氣進行加壓的壓縮機以及空氣冷卻的冷凝器，該冷凝器用於降低離開壓縮機的經加壓蒸氣的溫度，由此將製冷劑的狀態從蒸氣改變到液體。外界空氣被吹過冷凝器中的製冷劑盤管以實現換熱。該系統還包括蒸發器，用於通過抽取或推送返回空氣流過蒸發器中的容納製冷劑的盤管而將熱量抽出所述箱。流過蒸發器中的盤管的任何剩餘液體製冷劑被氣化，然後被抽回壓縮機中以完成該迴路。
一些運輸製冷系統需要在不利條件下操作，例如在熱帶氣候中或者在海中的貨櫃船上。這些條件下可能出現的一個問題是被吹過冷凝器中的製冷劑盤管的外界空氣可能處於相對高的溫度，由此降低了冷凝器中的換熱的有效性。在一些情況中，例如在貨櫃船的貨艙中，可能根本沒有外界空氣。製冷系統中的不充分換熱導致貨物貨櫃中的不充分冷卻，這可進而導致貨物貨櫃中的貨物變壞。發明內容
根據本公開的一個方面，提供了一種系統和方法用於冷卻製冷劑蒸氣壓縮系統中的製冷劑蒸氣。所述系統包括壓縮機，所述壓縮機具有抽吸埠和排放埠 ；操作性耦接到所述壓縮機的排放埠的空氣冷卻換熱器；操作性耦接到所述空氣冷卻換熱器的液體冷卻換熱器；操作性耦接到所述液體冷卻換熱器的液體冷卻劑進入導管的冷卻劑泵；操作性耦接到所述液體冷卻換熱器和所述壓縮機的抽吸埠的蒸發器換熱器單元；以及與所述冷卻劑泵操作性關聯的控制器，用於控制液體冷卻劑進入所述液體冷卻換熱器的流動。
在一個實施例中，液體冷卻換熱器包括限定了內體積的低斷面外殼。所述外殼具有流體地耦接到所述內體積的液體冷卻劑排放埠和液體冷卻劑進入埠，以及密封地布置在所述外殼中的連續製冷劑管道。所述製冷劑管道從所述內體積流體地隔離並且與所述內體積成換熱關係，所述液體冷卻劑在所述內體積中流動。
在另一個實施例中，所述液體冷卻換熱器還包括布置在所述外殼中的隔板。所述隔板限定了所述第一內體積中的第二內體積，並且包括至少一個孔口，其將所述第二內體積流體地耦接到所述第一內體積的剩餘部分。所述連續製冷劑管道在所述第一和第二內體積中螺旋地卷繞。
在本公開的另一個方面中，公開了一種用於對製冷劑蒸氣壓縮系統中的蒸氣製冷劑進行液體冷卻的方法。所述方法包括步驟提供空氣冷卻換熱器、耦接到所述空氣冷卻換熱器的液體冷卻換熱器、以及延伸通過所述液體冷卻換熱器的所述第一體積的連續製冷劑管道。蒸氣製冷劑流動通過所述空氣冷卻換熱器，並且如果所述製冷劑未被充分地冷卻，所述製冷劑同時流動通過所述液體冷卻換熱器，液體冷卻劑流動通過所述液體冷卻換熱器的所述第一內體積。
將參照本公開的以下詳細描述以便進一步理解本公開，應當結合附圖來閱讀所述詳細描述，附圖中圖1是根據本公開的製冷系統的示意圖，該製冷系統包括液體冷卻換熱器； 圖2是圖1的液體冷卻換熱器的一個實施例的透視圖； 圖3是圖2的液體冷卻換熱器的頂平面剖視圖； 圖4是圖2的液體冷卻換熱器的側平面剖視圖； 圖5是圖1的液體冷卻換熱器的另一個實施例的側平面剖視圖；並且圖6A和圖6B是圖1的液體冷卻換熱器的另一個實施例的剖視圖。
具體實施方式
已經被用於解決製冷系統中的不充分換熱問題的一個方案是給典型的空氣冷卻冷凝器增加在空氣冷卻冷凝器下遊的在線液體冷卻換熱器。在一個示例的運輸製冷系統中，製冷劑蒸氣流過換熱器並且衝擊在其內布置的冷卻劑管道上。冷卻劑管道中流過通常為水的液體冷卻劑。熱的製冷劑蒸氣在其接觸冷的冷卻劑管道時冷凝。為了確保儘可能多的蒸氣衝擊在管道上，管道被設計成通常通過採用小直徑管道或者將管道盤繞在換熱器中或者採用這兩種方式來使表面積最大化。經冷凝的製冷劑被重力運送到殼的底部中的收集點。位於收集點附近的排出埠允許經冷凝的液體製冷劑聚集並且輸送到系統中的下一個部件。
該方案中出現的一個問題是液體冷卻換熱器必須由高強度材料構造，因為換熱器外殼是壓力容器。布置在外殼中的冷卻劑管道佔據大的體積，從而最大化與製冷劑蒸氣的接觸。在換熱器外殼中流動的製冷劑的蒸氣壓力可以是74巴或更大(1000磅每平方英寸)。 因此，高壓下的大表面積需要厚壁的壓力容器、高強度材料或者二者。高強度材料導致冷凝器製造起來昂貴。
這種布置中出現的另一個問題是進入外殼的製冷劑蒸氣的溫度很高，約為140 °c。因此，外殼必須被設計成在不犧牲強度的情況下承受高溫。
另外，當前製冷系統所遇到的單獨問題是常用製冷劑的環境影響已經被嚴格監控。直到最近，製冷系統中常用的製冷劑包括含氯氟烴(CFC)，例如三氯氟甲烷(R-Il)和二氯二氟甲烷(R-12)。然而，這些製冷劑由於它們對於臭氧層的有害影響而正在被淘汰。 諸如氯二氟甲烷(R-22)之類的氫氯氟烴(HCFC)製冷劑已經取代了它們，因為氫氯氟烴是能量高效的、低毒的、成本高效的並且可以被安全地使用。然而，儘管以小得多的速率，但 HCFC仍然對臭氧耗盡起作用。最近的趨勢已經變成用諸如四氟乙烷(R_134a)之類的氫氟烴(HFC)來取代HCFC，氫氟烴不含有氯並且對於臭氧層不存在已知的影響。然而，儘管不會造成臭氧耗盡，但越來越擔心HFC有助於形成溫室氣體，這可能導致全球變暖。最近，二氧化碳作為商用製冷劑重新得到了重視，這是因為其具有高體積冷卻容量並且不存在有害的環境影響。
二氧化碳製冷系統的設計要求與諸如R-13^的其它製冷劑系統非常不同。可歸因於作為製冷劑的二氧化碳的一個主要區別在於其在大約6000千帕斯卡(870磅每平方英寸)的壓力下經歷了從氣體到液體的室溫相變。作為對比，R-13^在大約700千帕斯卡(100 磅每平方英寸)下經曆室溫相變。因此，被設計成將二氧化碳冷凝成液體的蒸氣壓縮製冷系統的部件必須被設計成承受大約八倍於採用R-13^的系統的壓力，由此使得設計作為壓力容器的部件時的問題更加嚴重。
為了使問題進一步複雜，設計者通常將製冷劑系統設計成以跨臨界循環操作，通常在7500-12500千帕斯卡(1100-1800磅每平方英寸)的壓力下。將製冷系統設計成安全地在該較高壓力下操作是成問題的且成本高的。
二氧化碳製冷劑系統中遇到的另一個問題在於現有技術的液體冷卻換熱器不充分地工作，因為超臨界二氧化碳蒸氣不冷凝為液體。也就是說，製冷劑作為熱蒸氣進入換熱器，並且作為冷蒸氣而不是冷液體離開換熱器。因此，該現有技術的液體冷卻換熱器中採用的重力輸送機構和冷凝物收集裝置用處很小。
本發明人已經通過設計一種液體冷卻換熱器而解決了這些問題，該液體冷卻換熱器使製冷劑蒸氣流過單個連續管道，並且同時使冷卻液體在管道周圍流動。具體地，冷凝器很好地適於用在運輸製冷系統中。
參見圖1，示意性地示出了根據本公開的製冷劑蒸氣壓縮系統10的示例性實施例。系統10包括壓縮機12，例如往復式活塞壓縮機，以將製冷劑壓縮到較高溫度和壓力。 在所示實施例中，製冷劑是二氧化碳(C02)。該系統還包括第一換熱器14，其使超臨界製冷劑與冷卻介質(例如外界空氣)成換熱關係地通過。在所示實施例中，外界空氣被風扇16 驅動。在許多製冷系統中，第一換熱器14是冷凝器，其適於將過熱製冷劑中的至少一些冷凝為液體。然而，由於本實施例的工作流體是以跨臨界循環操作的CO2，所以其不冷凝為液體。相反，可觀的熱量被從超臨界製冷劑移除並且現在較冷的製冷劑氣體通過導管15離開第一換熱器14。
在一些製冷系統中，例如海中的船上的運輸製冷系統，外界空氣對於第一換熱器 14而言可能是有限的或者不可用。或者，通行的外界條件可能指示儘管外界空氣可用，但溫度過高以致影響與製冷劑的充分換熱。因此，系統10還包括與第一換熱器14成串聯關係的第二換熱器18。第二換熱器18適於在第一換熱器14不能將製冷劑冷卻到適當溫度的情況下將製冷劑冷卻到該適當溫度。在所示的示例中，如下面將要詳細討論的，第二換熱器18是液體冷卻管殼式換熱器。泵20適於泵送液體冷卻劑21 (未示出)通過第二換熱器 18。通過導管60從第二換熱器18排出的液體冷卻劑21可被再循環通過輔助換熱器(未示出)或者被丟棄。在所示示例中，製冷劑蒸氣壓縮系統10適於採用水作為液體冷卻劑21。 在一個實施例中，運輸貨物(例如被存儲在本文所公開的製冷劑蒸氣壓縮系統10中的貨物)的貨櫃船泵送水通過管道網絡，以用於船上的多種功能。有時稱為「灰水」的水連續地流過或循環通過管道網絡並且可被用於滿足冷卻劑要求。可用的灰水使得其成為液體冷卻劑 21的理想選擇。在所示示例中，從第二換熱器18排放的灰水被送回管道網絡。
在一個示例中，經冷卻的製冷劑蒸氣從第二換熱器18流動通過第一膨脹裝置22 和閃蒸罐接收器對。當(X)2製冷劑離開第二換熱器18時，其通過第一膨脹裝置22，在那裡， 其膨脹到較低壓力並且進入閃蒸罐接收器24，作為液體製冷劑和蒸氣的混合物。閃蒸罐接收器M作為充料(charge)控制罐來工作。液體製冷劑沉降在閃蒸罐接收器M的下部中， 並且製冷劑蒸氣聚集在閃蒸罐接收器M的上部中。
液體製冷劑從閃蒸罐接收器M流向第二膨脹裝置沈，在那裡，其膨脹到較低壓力和溫度，然後進入蒸發器觀。蒸發器觀通常包括管道或盤管(未示出)，製冷劑與熱介質成換熱關係地流過所述管道或盤管，從而使剩餘液體製冷劑氣化。熱介質通常是來自經製冷的貨箱30的返回空氣。優選地，返回空氣被至少一個蒸發器風扇32抽取或推送經過管道或盤管。低壓製冷劑蒸氣離開蒸發器觀並且然後返回到壓縮機12的抽吸埠 33。
系統10還包括控制器950，以監視和控制製冷系統10中的許多位置。控制器950 包括微處理器板952，其包含微處理器卯4及其相關聯的存儲器956。控制器950的存儲器 956可包含系統10中的各種操作參數的操作者或所有者預選的期望值，所述操作參數包括但不限於系統10或貨箱30中的各種位置的溫度設定點、壓力極限、電流極限、發動機速度極限、以及系統10中的任何多種其它的期望操作參數或極限。在所示示例中，控制器950包括輸入/輸出(I/O)板958，輸入/輸出(I/O)板958包含模數轉換器960，模數轉換器960 接收來自系統中的各種位置溫度輸入和壓力輸入、AC電流輸入、DC電流輸入、電壓輸入和溼度水平輸入。另外，I/O板958包括驅動電路或場效應電晶體(「FET」)和繼電器，其接收來自控制器950的信號或電流並且進而控制系統10中的各種外部或外圍設備，例如泵20。
在控制器950所控制的特定部件中包括第一膨脹裝置22和用於風扇16的馬達 17。在控制器950所監視的特定傳感器和換能器中包括返回空氣溫度(RAT)傳感器，其根據蒸發器返回空氣溫度向微處理器％4輸入可變電阻值；外界空氣溫度(AAT)傳感器，其根據冷凝器16前面的外界空氣溫度讀數向微處理器％4輸入可變電阻值；壓縮機抽吸溫度 (CST)傳感器，其根據壓縮機抽吸溫度向微處理器輸入可變電阻值；壓縮機排放溫度(⑶T) 傳感器，其根據壓縮機12的穹頂(dome)內側的壓縮機排放溫度向微處理器％4輸入可變電阻值；蒸發器出口溫度(EVOT)傳感器，其根據蒸發器觀的出口溫度向微處理器％4輸入可變電阻值；壓縮機抽吸壓力(CSP)換能器，其根據壓縮機12的壓縮機抽吸值向微處理器 %4輸入可變電壓；壓縮機排放壓力(CDP)換能器，其根據壓縮機12的壓縮機排放值向微處理器％4輸入可變電壓；以及蒸發器出口壓力(EVOP)換能器，其根據蒸發器觀的蒸發器出口壓力向微處理器％4輸入可變電壓。
系統10任選地包括節約器單元。在所示示例中，閃蒸罐接收器M不僅作為充料控制罐工作，而且作為閃蒸罐節約器工作。閃蒸罐接收器M的高於液面的上部中收集的蒸氣製冷劑從接收器M沿導管34通過螺線管閥36流向蒸氣注射埠 38。螺線管閥36被控制器950控制，以便打開和關閉節約器操作。在不偏離本公開範圍的情況下，其它節約器迴路也是可能的。在另一個實施例中，系統中包括銅焊板換熱器(未示出)，而不是閃蒸罐。
在壓縮機12趨向於在升高的溫度下操作的情況中，希望將液體注射到蒸氣注射埠 38或替代的液體埠中。因此，導管40和相關聯的螺線管閥42是為此目的而設置的。
參照圖2，更詳細地示出了第二換熱器18的一種可能的結構。在所公開的實施例中，第二換熱器18是液體冷卻的管殼式結構，其包括外殼44。外殼44包括第一製冷劑管道開口 46、第二製冷劑管道開口 48(從視圖中隱去)、第一冷卻劑埠 50以及第二冷卻劑埠 52。在所示實施例中，第一冷卻劑埠 50是液體冷卻劑進入埠，並且第二冷卻劑埠 52 是冷卻劑排放埠。離開第二冷卻劑埠 52的流體可包括液體、蒸氣或二者。第一冷卻劑埠 50可適於具有配件M以將冷卻劑進入導管56密封地固定到外殼44。第二冷卻劑埠 52可以類似地適於具有配件58以密封地固定冷卻劑排放導管60。
外殼44具有低斷面(low profile)以便獲得空間效率。「低斷面」的意思是指在穿過厚度T截取的截面處，該截面的長度至少是厚度的五倍。以比率來表述的話，低斷面外殼具有至少5 1的尺寸比。這樣，在外殼44不必佔據大的體積的情況下，裝在外殼44內的製冷劑管道將會充分暴露於冷卻劑流體以便於換熱。在所示實施例中，外殼44的平面部分是矩形的，具有約5. 5英寸的寬度和4.0英寸的長度。外殼44為0.5英寸厚。因此，外殼 44在5. 5英寸寬的截面上具有約11 1的尺寸比，並且在4. 0英寸長的截面上具有約8 1 的尺寸比。兩個尺寸比均大於5 :1，因此，外殼44是低斷面外殼。
參照附圖的圖3，外殼44還包括第一內表面62，其限定了第一內體積64。連續的製冷劑管道66布置在第一內體積64中。「連續的」指的是在線路中沒有中斷或間隙，製冷劑連續地從入口部分流到出口部分。在所示實施例中，製冷劑管道66是單件構造，以使得洩漏的可能性最小化。製冷劑管道66的第一端部68穿過第一製冷劑管道開口 46，並且被諸如橡膠套管70的常規裝置密封。製冷劑管道66的第二端部72穿過第二製冷劑管道開口 48，並且類似地被另一個橡膠套管70密封。製冷劑管道66可以是蛇形彎曲的，以最大化地暴露於流過第一內體積64的液體冷卻劑。如本文所使用的，「蛇形彎曲」總的來看指的是蜿蜒或轉向。
儘管附圖中未示出，但連續的製冷劑管道66可以是叉狀的、分開的、分支的或以其它方式在外殼44中分裂成一個或多個通道。分支的通道在一點會聚以提供連續的製冷劑流。
製冷劑管道66可被緊固件等(未示出)支撐在第一內體積64中，或者可被第一內表面62捕獲或保持就位。如圖3和圖4所示，外殼44可具有肋74，其在第一內表面62中被周期性地間隔開。肋74可包括在其內形成的半圓形切口或溝槽，以捕獲和固定制冷劑管道66。肋74被不受限制地間隔開，從而使對於流過第一內體積64的液體冷卻劑21的阻礙最小化，但是也可有利地定位成引導(channel)內表面內的冷卻劑流。
現在轉到附圖的圖5，其中相似的附圖標記表示來自圖2-4的相似元件，第二換熱器118的第二實施例包括製冷劑管道166，其具有多個盤管以增加與液體冷卻劑的接觸面積。第二換熱器118包括圓形外殼144，其具有頂面144a、側面144b和地面lMc。外殼144 的第一內表面162限定了第一內體積164。第一內表面162是圓形的，以順應外殼144的形狀。這樣，外殼144可以是方形的(或矩形的)，並且第一內表面162可包括四個側面。外殼 144的其它形狀也是可能的。外殼的頂面14 可被設計為帶有鉸鏈、搭扣等(未示出)的可移除蓋，從而內部的部件可被去除以便進行清潔。
第二換熱器118還包括布置在外殼144內的隔板176。隔板176從第一內體積164的剩餘部分中分隔出第二內體積178。隔板176包括至少一個孔口 180，其將第二內體積178流體地耦接到第一內體積164的剩餘部分。隔板176被構造成防止一個體積到另一個體積的洩漏或流體通過，由此將兩個體積之間的流體連通僅限於孔口 180。在所示示例中，隔板176是圓柱形的並且同心地布置在外殼144中。圓柱形隔板176密封地鄰接外殼頂面144a，並且在朝向外殼底面IMc的相對端部是打開的。在該實施例中，開口形成了孔 Π 180。
第二換熱器118還包括第一冷卻劑埠 150，其在所示實施例中是液體冷卻劑進入埠。第一冷卻劑埠 150可適於具有配件154以將冷卻劑進入導管156密封地固定到外殼頂面IMa。第二冷卻劑埠 152提供用於冷卻劑離開第二換熱器118的排放裝置。 諸如配件154的配件固定到外殼頂面14 並且提供用於冷卻劑排放導管160的匹配連接。 在所公開的示例中，所示的配件IM是用於第一冷卻劑埠 150和第二冷卻劑埠 152 二者的公共配件。然而，也可使用單獨的配件。排放口的冷卻劑可以是液體、蒸氣或二者的混合物。
前述的連續冷卻劑管道166布置在外殼144中，從而增加製冷劑管道的表面和外殼內流動的冷卻劑之間的傳熱。在所示的實施例中，管道166的第一端部168穿過第一製冷劑管道開口 146進入第一內體積164。第一內體積164是未被第二內體積178的體積部分取代的體積部分。管道166以向下螺旋的方式盤繞在隔板176的外壁周圍。在外殼底面 IMc處，管道166被成形為產生更緊密或更小直徑的盤管。然後，管道166以向上螺旋的方式在第二內體積178中盤繞。在外殼頂面14 處，管道166通過第二製冷劑管道開口 148 離開外殼144。
用於增加製冷劑和冷卻劑之間的傳熱的其它措施也是可能的。例如，泵20 (圖1) 可增加流過外殼144的液體冷卻劑流(例如，灰水)的速度。而且，至少一個流動湍流器184 可位於冷卻劑流動路徑中。流動湍流器增加了液體冷卻劑的湍流，以增加冷卻劑和製冷劑管道之間的傳熱。
現在轉到附圖的圖6A和圖6B，其中相似的附圖標記表示來自圖2-4的相似元件， 第二換熱器218的第三實施例包括外殼對4，其形狀是圓形的並且形成管道。第二換熱器 218還包括製冷劑管道沈6，其布置在外殼244的內體積沈4中。外殼244可形成為例如盤管，製冷劑管道266基本同心地布置在其內。一個或多個居中元件288可嚴重外殼M4的長度在內體積264中每隔數英寸間隔開，以提供製冷劑管道266在其內的定位。在圖6B所示的實施例中，通過將外殼244壓褶成與製冷劑管道266接觸來形成居中元件觀8、觀8。也構想了其它實施例。例如，多個間隔件(未示出)可定位在內體積264中以支撐製冷劑管道沈6。儘管未示出，外殼244和製冷劑管道266包括盤管的任一端部上的開口，用於連接冷卻劑和製冷劑線路。製冷劑管道266還可包括一個或多個傳熱元件觀6以增強管道中的製冷劑和內體積264內流動的冷卻劑之間的換熱關係。在所示實施例中，傳熱元件286包括固定在製冷劑管道沈6中的多個輻條。所述輻條幫助將熱量從製冷劑傳遞到管道沈6的壁。
現在參照圖1、圖2和圖5，在操作中，當第一換熱器14沒有從製冷劑蒸氣移除足夠多的熱量時，可激活第二換熱器18。在一個實施例中，冷卻劑進入導管56和冷卻劑排放導管60經由快速連接耦接頭耦接到灰水網絡。泵20連續地泵送冷卻水通過灰水網絡，並且可在需要時打開或關閉手動閥(未示出)以使冷卻劑流動通過外殼44。在另一個實施例1中，泵20可耦接到第二換熱器18並且從灰水網絡隔離，根據來自控制器950的命令而激活。在一個示例中，如果來自外界空氣溫度(AAT)傳感器的信號升高到高於閾值，則控制器 950命令泵20工作。類似地，當來自AAT傳感器的信號降低到低於閾值，則控制器950命令泵20停止工作。製冷劑可連續地流動通過製冷劑管道66，或者可在泵20不工作時在第二換熱器18周圍繞過(未示出)。
在一個示例中，由於運輸製冷劑蒸氣壓縮系統10的貨船中的限制，風扇16不可工作。製冷劑蒸氣進入第一換熱器14並且通過導管15離開。外界空氣溫度(AAT)的值約為50 °C。離開第一換熱器14的製冷劑蒸氣的溫度約為55 °C，這不是足夠冷的。因此，船員打開通向製冷劑進入導管56的閥，或者控制器950響應於溫度傳感器的值而激活泵20。 泵20泵送液體冷卻劑21通過冷卻劑進入導管56，同時冷卻劑在第一內體積64中自由地流動，由此實現與製冷劑管道66中流動的蒸氣製冷劑的換熱。液體冷卻劑21以30 °C的溫度和0. 25千克/秒的流率進入第一冷卻劑埠 50。製冷劑管道66中的(X)2以120 °C的溫度、1M00 kPa的壓力和0. 13千克/秒的流率進入第一製冷劑管道開口 46。CO2以35 V 的溫度、12000 kPa的壓力離開第二製冷劑管道開口 48，並且液體冷卻劑21的溫度升高到約60 V (或升高約30 V)。
外殼44中的製冷劑管道66的具體布置允許當液體冷卻換熱器是壓力容器時不可用的設計成為可能。本公開的發明人已經意識到通過替代構造可以實現製造成本和操作效率方面的某些優勢。例如，流過外殼44的海水不需要被加壓超過適當流率所需的泵壓頭， 約10磅每平方英寸。而且，可減輕對於暴露於高溫的常見擔心，因為外殼44淹沒在液體冷卻劑21中。這樣，外殼44不被作為壓力容器看待，並且可由輕質材料構造。在一個示例中， 外殼44由剛性塑料或聚碳酸酯構造。塑料等是非腐蝕性的、非常便宜的，並且可被容易地模製以符合設計的具體要求。例如，圖2所示的外殼44可形成為兩件式蛤殼布置。在獨立地形成兩個半體後，可將製冷劑管道66安置到一個半體中，將第二半體放置到頂上，並且使用熱量和壓力將其模製就位。形成了一體性組件，其不需要單獨的密封環等。
本公開的另一個優點在於操作泵20所需的寄生功率小於現有技術中的其它泵。 這是因為泵不需要在高壓下操作與使冷卻劑流動通過小管道的很長長度相比，在液體冷卻劑上存在非常小的壓降。
還存在其它優點。例如，圖2所示的低斷面設計允許換熱器定位在之前對於容納現有技術的大塊頭換熱器而言過小的空間中。
雖然已經參照附圖中所示的優選實施例具體示出和描述了本公開，但本領域技術人員將會明白，在不偏離由權利要求限定的本公開精神和範圍的情況下，可在本公開內實現細節上的各種變化。
權利要求
1.一種製冷劑蒸氣壓縮系統，包括用於壓縮製冷劑的壓縮機，所述壓縮機具有抽吸埠和排放埠 ； 操作性耦接到所述排放埠的空氣冷卻換熱器； 布置成鄰近於所述空氣冷卻冷凝器換熱器單元的風扇；操作性耦接到所述空氣冷卻換熱器的液體冷卻換熱器，所述液體冷卻換熱器包括限定內體積的外殼，所述外殼具有流體地耦接到所述內體積的液體冷卻劑排放埠和液體冷卻劑進入埠，以及密封地布置在所述外殼中的連續製冷劑管道，所述製冷劑管道從所述內體積流體地隔離並且與所述內體積成換熱關係；操作性耦接到所述液體冷卻換熱器的液體冷卻劑進入埠的液體冷卻劑進入導管； 操作性耦接到所述液體冷卻劑進入導管的冷卻劑泵，用於泵送液體冷卻劑； 操作性耦接到所述液體冷卻換熱器的液體冷卻劑排放埠的液體冷卻劑排放導管； 操作性耦接到所述液體冷卻換熱器和所述抽吸埠的蒸發器換熱器單元； 布置成鄰近於所述蒸發器換熱器單元的蒸發器風扇；以及與所述冷卻劑泵操作性關聯的控制器，用於控制液體冷卻劑進入所述液體冷卻換熱器的流動。
2.如權利要求1所述的製冷劑蒸氣壓縮系統，其中，所述製冷劑是二氧化碳。
3.如權利要求1所述的製冷劑蒸氣壓縮系統，其中，所述液體冷卻劑是水。
4.如權利要求3所述的製冷劑蒸氣壓縮系統，其中，所述製冷劑蒸氣壓縮系統位於貨船上，並且所述液體冷卻劑是灰水。
5.如權利要求4所述的製冷劑蒸氣壓縮系統，其中，所述控制器是手動的，並且通過手動操作的閥來控制所述液體冷卻劑進入所述液體冷卻換熱器的流動。
6.如權利要求1所述的製冷劑蒸氣壓縮系統，其中，所述控制器控制所述冷卻劑泵。
7.如權利要求6所述的製冷劑蒸氣壓縮系統，其中，所述控制器響應於所述製冷劑蒸氣壓縮系統中的參數來控制所述冷卻劑泵。
8.如權利要求7所述的製冷劑蒸氣壓縮系統，其中，所述參數是外界空氣溫度。
9.一種用於製冷劑蒸氣壓縮系統中的液體冷卻換熱器，所述液體冷卻換熱器包括外殼，所述外殼包括限定第一內體積的第一內表面，所述外殼還包括被流體地耦接到所述第一內體積的多個開口，所述多個開口包括第一製冷劑管道開口、第二製冷劑管道開口、適於使液體冷卻劑流入所述外殼的第一冷卻劑埠、以及適於使所述冷卻劑流出所述外殼的第二冷卻劑埠；密封地接合到所述第一冷卻劑埠的第一配件，所述配件適於與冷卻劑進入導管耦接；密封地接合到所述第二冷卻劑埠的第二配件，所述配件適於與冷卻劑排放導管耦接；以及連續的製冷劑管道，所述管道具有第一端部、第二端部和布置在其間的第一長度，所述第一端部穿過所述第一製冷劑管道開口並且與所述第一製冷劑管道開口處於密封接合，所述第二端部穿過所述第二製冷劑管道開口並且與所述第二製冷劑管道開口處於密封接合， 所述第一長度在所述第一內體積中布置成蛇形彎曲形式。
10.如權利要求9所述的換熱器，其中，所述外殼是低斷面外殼。
11.如權利要求10所述的換熱器，其中，所述外殼限定了尺寸比，所述尺寸比大於5:1。
12.如權利要求10所述的換熱器，還包括肋，所述肋耦接到所述外殼的內表面，用於固定所述製冷劑管道並且弓丨導所述內表面中的製冷劑流。
13.如權利要求9所述的換熱器，其中，所述外殼是盤繞管道。
14.如權利要求13所述的換熱器，還包括布置在所述盤繞管道中的傳熱元件。
15.如權利要求13所述的換熱器，還包括布置在所述第一內體積中的居中元件。
16.如權利要求14所述的換熱器，其中，所述居中元件是壓褶。
17.如權利要求9所述的換熱器，還包括布置在所述外殼中的隔板，所述隔板限定了所述第一內體積中的第二內體積，所述隔板具有至少一個孔口，其將所述第二內體積流體地耦接到所述第一內體積的剩餘部分。
18.如權利要求17所述的換熱器，其中，所述連續製冷劑管道還包括布置在所述第二內體積中的第二長度。
19.如權利要求18所述的換熱器，所述第一長度和所述第二長度是螺旋的。
20.如權利要求19所述的換熱器，其中，所述製冷劑管道的所述第一長度沿著與所述第二長度相反的方向螺旋式盤旋。
21.如權利要求9所述的換熱器，其中，所述外殼是圓柱形的。
22.如權利要求9所述的換熱器，其中，所述外殼還包括可移除蓋，當所述蓋被移除時， 所述製冷劑管道能夠從所述外殼移除。
23.如權利要求9所述的換熱器，還包括布置在所述第一內體積中的流動湍流器，所述流動湍流器用於產生湍流以增強所述液體冷卻劑和所述製冷劑管道之間的傳熱特性。
24.如權利要求9所述的換熱器，其中，所述連續製冷劑管道分支並且會聚。
25.一種用於對製冷劑蒸氣壓縮系統中的蒸氣製冷劑進行液體冷卻的方法，所述方法包括步驟提供空氣冷卻換熱器；提供耦接到所述空氣冷卻換熱器的液體冷卻換熱器，所述液體冷卻換熱器包括具有第一內體積的外殼；以蛇形彎曲的方式提供連續製冷劑管道，所述連續製冷劑管道延伸通過所述液體冷卻換熱器的所述第一體積；使製冷劑流動通過所述空氣冷卻換熱器，並且如果所述製冷劑未被充分地冷卻，同時使所述製冷劑流動通過所述液體冷卻換熱器中的所述連續製冷劑管道並且使液體冷卻劑流動通過所述液體冷卻換熱器的所述第一內體積。
26.如權利要求25所述的方法，還包括在所述第一內體積中提供隔板的步驟，所述隔板限定了所述第一內體積中的第二內體積，所述隔板包括孔口，所述連續製冷劑管道延伸穿過所述液體冷卻換熱器的第一體積，穿過所述孔口，並且穿過所述液體冷卻換熱器的第二內體積。
27.如權利要求沈所述的方法，其中，所述製冷劑螺旋地穿過所述第一內體積和所述第二內體積。
28.如權利要求27所述的方法，其中，穿過所述第一內體積和所述第二內體積的螺旋路徑的方向與所述液體冷卻劑流的方向相反。
29.如權利要求25所述的方法，還包括提供控制器的步驟，所述控制器響應於所述空氣冷卻換熱器上的參數來控制通過所述液體冷卻換熱器的製冷劑流。
30.如權利要求四所述的方法，其中，所述參數是外界空氣溫度。
31.如權利要求四所述的方法，其中，所述控制器是手動的。
32.如權利要求25所述的方法，其中，所述液體冷卻換熱器與所述空氣冷卻換熱器成串聯關係。
全文摘要
一種製冷劑蒸氣壓縮系統包括壓縮機，所述壓縮機具有抽吸埠和排放埠；操作性耦接到所述排放埠的空氣冷卻換熱器；操作性耦接到所述空氣冷卻換熱器的液體冷卻換熱器；操作性耦接到所述液體冷卻換熱器的液體冷卻劑進入導管的冷卻劑泵；操作性耦接到所述液體冷卻換熱器和所述抽吸埠的蒸發器換熱器單元；操作性耦接到所述液體冷卻劑進入導管的冷卻劑泵，用於泵送液體冷卻劑；以及與所述液體冷卻劑進入導管操作性關聯的控制器，用於控制液體冷卻劑進入所述液體冷卻換熱器的流動。在一個實施例中，液體冷卻換熱器包括限定了內體積的低斷面外殼。所述外殼具有流體地耦接到所述內體積的液體冷卻劑排放埠和液體冷卻劑進入埠，以及密封地布置在所述外殼中的連續製冷劑管道。所述製冷劑管道從所述內體積流體地隔離並且與所述內體積成換熱關係，所述液體冷卻劑在所述內體積中流動。
文檔編號F28F13/00GK102510984SQ201080043304
公開日2012年6月20日 申請日期2010年9月23日 優先權日2009年9月28日
發明者H-J.赫夫, Z.阿斯普羅夫斯基 申請人:開利公司