減少除霜的浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統的製作方法

2023-07-22 18:55:36

專利名稱：減少除霜的浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統的製作方法
減少除霜的浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統
相關申請的交叉引用本申請要求2008年5月5日提交的名稱為「減少除霜需求的浪湧式蒸汽壓縮傳熱 系統、裝置和方法」的美國臨時申請No. 61/053，452的權利，引入該申請的全部內容作為參考。
背景技術：
蒸汽壓縮系統使製冷劑在閉合迴路系統中循環以從一種外部介質向另一種外部 介質傳熱。蒸汽壓縮系統被用於空調、熱泵和製冷系統中。圖1示出了常規蒸汽壓縮傳熱 系統100，該系統通過製冷劑流體的壓縮和膨脹來工作。蒸汽壓縮系統100通過閉合迴路從 第一外部介質150向第二外部介質160傳熱。流體包括液相和/或氣相流體。壓縮機110或其它壓縮裝置減小製冷劑的體積，於是產生使製冷劑在迴路中循環 的壓差。壓縮機110可機械地或用熱的方法減小製冷劑的體積。然後，壓縮的製冷劑流過 冷凝器120或熱交換器，這增大了製冷劑和第二外部介質160之間的表面積。隨著熱量從 製冷劑傳遞到第二外部介質160，製冷劑體積縮小。當熱量從第一外部介質150傳遞到壓縮的製冷劑時，壓縮的製冷劑體積膨脹。通 常利用包括膨脹裝置的計量裝置130以及熱交換器或蒸發器140來促進該膨脹。蒸發器 140增大了製冷劑和第一外部介質150之間的表面積，於是增加了製冷劑和第一外部介質 150之間的熱傳遞。熱量傳遞到製冷劑使至少一部分膨脹的製冷劑經歷從液體到氣體的相 變。然後，變熱的製冷劑返回到壓縮機110和冷凝器120，在那裡當熱量傳遞給第二外部介 質160時，至少一部分變熱的製冷劑經歷從氣體到液體的相變。閉合迴路傳熱系統100可包括諸如連接壓縮機110和冷凝器120的壓縮機排出管 線115等其它部件。冷凝器120的出口可連接到冷凝器排出管線125，並且可連接到用於 存儲液體的波動水平的接收器、用於去除汙染物的過濾器和/或乾燥器等部件(圖未示)。 冷凝器排出管線125可使製冷劑循環到一個以上的計量裝置130。計量裝置130可包括一個以上的膨脹裝置。膨脹裝置可以是能夠以與系統100的 期望運行相適合的速度來膨脹製冷劑或測量製冷劑壓降的任何裝置。可用的膨脹裝置包括 熱膨脹閥、毛細管、固定的和可調節的噴嘴、固定的和可調節的噴口、電子膨脹閥、自動膨脹 閥、手動膨脹閥等。膨脹的製冷劑大部分以液態進入蒸發器140中，只有很小部分以汽態進 入。離開計量裝置130膨脹部分的製冷劑在流到蒸發器140之前流過膨脹的製冷劑傳 遞系統135，該系統可包括一個以上的製冷劑導流器136。膨脹的製冷劑傳遞系統135可與 計量裝置130相結合，例如當計量裝置130靠近於蒸發器140或與其合成一體時。這樣，計 量裝置130的膨脹部分可通過膨脹的製冷劑傳遞系統135連接至一個以上的蒸發器，該系 統可以是單管或者包括多個部件。例如美國專利No. 6，751，970和No. 6，857，281中所述， 計量裝置130和膨脹的製冷劑傳遞系統135可具有更多的或附加的部件。一個以上的製冷劑導流器可與計量裝置130、膨脹的製冷劑傳遞系統135和/或蒸發器140相結合。這樣，計量裝置130的功能可在一個以上的膨脹裝置和一個以上的製冷 劑導流器之間分離，並且可與膨脹的製冷劑傳遞系統135和/或蒸發器140相分離或一體 化。可用的製冷劑導流器包括管、噴嘴、固定的和可調節的噴口、分配器、一系列分配管、閥寸。蒸發器140接收膨脹的製冷劑並且將熱量從存在於閉合迴路傳熱系統100外部的 第一外部介質150傳遞到膨脹的製冷劑。這樣，蒸發器或熱交換器140有助於熱量從一個 源如環境溫度空氣轉移到另一個源如膨脹的製冷劑。適合的熱交換器可採取多種形式，包 括銅管、板框、管殼、冷壁等。常規系統至少在理論上設計成在蒸發器140中由於熱傳遞而 將製冷劑的液體部分完全汽化的製冷劑。除了熱傳遞使液體製冷劑轉化為汽相之外，汽化 的製冷劑還會變得過熱，從而使溫度超過沸點溫度和/或增大了製冷劑的壓力。製冷劑通 過蒸發器排出管線145離開蒸發器140並返回到壓縮機110。在常規的蒸汽壓縮系統中，膨脹的製冷劑以顯著低於蒸發器周圍空氣溫度的溫度 進入蒸發器140中。隨著熱量從蒸發器140傳遞到製冷劑，在蒸發器140的後部或下遊部 分的製冷劑溫度增加到高於蒸發器140周圍的空氣溫度。蒸發器140的起始部分或入口部 分和蒸發器140的後部或出口部分之間的這一相當顯著的溫度差會導致入口部分處塗有 潤滑油和霜凍問題。蒸發器140的入口部分和蒸發器140的出口部分之間的顯著的溫度梯度會導致期 望通過製冷劑載送的潤滑油與製冷劑分離並且在蒸發器的入口部分「混凝(puddling) 」。蒸 發器140塗有潤滑油的部分極大地降低了傳熱能力並導致傳熱效率降低。如果進入蒸發器140的膨脹的製冷劑使蒸發器140的起始部分冷卻到0°C以下， 那麼在周圍的空氣中存在溼氣的情況下會形成霜凍。為了從這些系統中獲得最好的蒸發器 性能，蒸發器140的散熱片之間的距離很窄。但是，形成於這些窄散熱片上的霜凍很快地阻 塞了氣流通過蒸發器140，於是，減少了向第二外部介質160的熱傳遞並迅速降低了運行效 率。常規傳熱系統可設計成蒸發器的溫度絕對不會降到0°C以下。在這種類型的系統中，在 壓縮機110的運行過程中蒸發器140的平均溫度在大約4°至大約8°C的範圍內，從而使蒸 發器140的起始部分中的製冷劑保持在0°C以上。但是，如果條件改變，例如蒸發器140周 圍的空氣溫度降低，那麼蒸發器140的起始部分會降到0°C以下並形成霜凍。為了防止這種霜凍，如果蒸發器140周圍的空氣降到特定溫度以下，那麼可使這 些系統停止運行。於是，通過關閉壓縮機Iio使得熱量從第一外部介質150傳遞到蒸發器 140中，可使系統被動地除霜。由於缺乏通過諸如利用電加熱元件等外部熱源的熱傳遞的能 力，或者通過在運行過程中使例如來自系統高壓側預先加熱的製冷劑流過蒸發器140主動 地去除蒸發器140的霜凍，所以通常關閉系統100以防故障。除非壓縮機110不運行時通 過製冷劑、壓縮機110或冷凝器120之外的源向蒸發器140供熱，那麼主動地除霜不包括壓 縮機110不運行的時間段。儘管空調系統蒸發器通常以高於0°C的溫度運行，但如果流過蒸發器的空氣溫度 降低，那麼空調蒸發器的溫度可降到o°c以下。而且，由於食物儲藏所需的溫度已從大約 7. 2°C降低到5°C，所以在0°C以及更低溫度下運行蒸發器的需求也增加了。但是，當常規空 調蒸發器溫度突然降到0°C或0°C以下或者當常規傳熱系統配有期望在0°C或0°C以下運行 而進行製冷的蒸發器時，常規系統在運行過程中，在蒸發器140的起始部分中通常具有低於周圍空氣露點溫度的膨脹的製冷劑，這導致了溼氣冷凝並凍結在蒸發器上。由於該霜凍 覆蓋一部分蒸發器的表面，於是隔離了該霜凍表面而不與周圍空氣直接接觸。因此，在蒸發 器140上和/或通過蒸發器140的氣流減少並且冷卻效率降低。由於在壓縮機110的運行 周期中所形成的霜凍在壓縮機110的停機周期中基本上不會融化，所以當以0°C或0°C以下 運行時，利用除霜周期去除霜凍並恢復系統100的效率。常規傳熱系統可通過關閉壓縮機110被動地除霜或通過在除霜周期中對蒸發器 140加熱進行主動地除霜。由於壓縮機110在被動除霜的過程中是關閉的，所以系統100的 冷卻速度降低。對於主動除霜，可通過與系統100的運行相適合的任何方式向蒸發器140 提供所需的熱量，這些方式包括電加熱元件、加熱的氣體、加熱的液體、紅外線照射等。主動 和被動除霜系統都比不必中止冷卻來除霜的系統需要更大的蒸汽壓縮系統。而且，主動方 法需要能量來將熱量導入蒸發器140中，並且在接下來的冷卻周期中需要另外的能量通過 壓縮機110和冷凝器120來去除導入的熱量。於是，因為主動除霜必須加熱以進行除霜，然 後重新冷卻以運行，所以降低了系統100的整體效率。除了因常規傳熱系統的除霜需求而增大尺寸並降低冷卻速度或效率的缺點之外， 常規系統也因在運行過程中所得到的相對溼度水平較低而損失效率。由於溼氣形成在比周 圍空氣露點溫度低的表面上，所以如果空氣的流速足夠低，那麼將會在溫度一貫低於周圍 空氣的露點並且在0°c以下的表面上形成霜凍。因而，常規傳熱系統消耗能量來去除周圍空 氣的溼氣並降低蒸發器周圍空氣的露點。由於冷凝空氣的溼氣所消耗的能量沒有用在冷卻 空氣上，所以冷卻效率降低。如同用於主動除霜以及為了冷卻運行而重新冷卻蒸發器140 所消耗的能量，也浪費了去除空氣中的水所消耗的能量。此外，主動除霜周期使在蒸發器冷 卻的空氣變熱，並且隨著變熱，空氣的相對溼度降低。除了消耗能量之外，除去溼氣的缺點在於，存在於被除溼的空氣中含有水分的產 品，例如冰箱中的食物，也會隨著系統100不斷地去除食物周圍空氣的溼氣而失去水分。失 去水分會導致冷凍食物表面乾燥變硬、導致重量減輕、減少營養，並且會導致諸如顏色和質 地等外觀上的不良變化，從而會隨著時間降低食物的可銷售性。而且，重量減輕會導致按重 量銷售的食物的價值損失。因此，持續需要一種傳熱系統，該系統增強了在壓縮機運行周期中在蒸發器上形 成霜凍的抵抗性。所公開的系統、方法和裝置克服了與常規傳熱系統相關的至少一個缺點。

發明內容
一種具有相分離器的傳熱系統，該相分離器可向蒸發器提供汽相製冷劑的一次或 多次浪湧。汽相製冷劑的浪湧的溫度比液相製冷劑高，從而加熱蒸發器以去除霜凍。在運行傳熱系統的方法中，壓縮並膨脹製冷劑。至少部分地分離所述製冷劑的液 相和汽相。將所述汽相製冷劑的一次或多次浪湧導入蒸發器的起始部分中。將所述液相制 冷劑導入所述蒸發器中。響應於所述汽相製冷劑的一次或多次浪湧加熱所述蒸發器的起始 部分。在對傳熱系統中的蒸發器除霜的方法中，至少部分地分離製冷劑的液相和汽相。 將所述汽相製冷劑的一次或多次浪湧導入蒸發器的起始部分中。將所述液相製冷劑導入所 述蒸發器中。響應於所述汽相製冷劑的至少一次浪湧加熱所述蒸發器的起始部分。去除所述蒸發器上的霜凍。蒸汽浪湧的相分離器具有限定了分離器入口、分離器出口和分離器製冷劑存儲室 的主體部分。所述製冷劑存儲室在所述分離器入口和所述分離器出口之間提供流體相通。 所述分離器入口和所述分離器出口分開大約40度至大約110度。所述分離器製冷劑存儲 室具有縱向尺寸。所述分離器入口與所述分離器出口直徑的比為約1 1.4 4. 3或約 1 1.4 2.1。所述分離器入口直徑與所述縱向尺寸的比為約1 7 13。一種傳熱系統包括具有入口和出口的壓縮機、具有入口和出口的冷凝器以及具有 入口、起始部分、最後部分和出口的蒸發器。所述壓縮機的出口與所述冷凝器的入口流體相 通，所述冷凝器的出口與所述蒸發器的入口流體相通，並且所述蒸發器的出口與所述壓縮 機的入口流體相通。與所述冷凝器和所述蒸發器流體相通的計量裝置膨脹製冷劑，以具有 蒸汽部分和液體部分。與所述計量裝置和所述蒸發器流體相通的相分離器從膨脹的製冷劑 中分離出一部分蒸汽，並將該蒸汽部分以至少一次蒸汽浪湧的形式提供給所述蒸發器的起 始部分。根據對附圖和詳細說明的研究，本發明的其它系統、方法、特徵和優點對本領域技 術人員將會是或者將變得顯而易見。應當指出，所有這些其它系統、方法、特徵和優點都包 括在本說明書中，都在本發明的範圍內，並且受所附權利要求書保護。


參照以下附圖和說明將會更好地理解本發明。附圖中的部件並不是按比例繪製 的，而重點在於說明本發明的原理。圖1示出了現有技術的常規蒸汽壓縮傳熱系統的示意圖。圖2示出了浪湧式蒸汽壓縮系統的示意圖。圖3A示出了相分離器的側視圖。圖3B1示出了另一個相分離器的側視圖。圖3B2示出了另外的相分離器的側視圖。圖4是顯示常規蒸汽壓縮傳熱系統的溫度_時間的曲線圖。圖5是顯示浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統的溫度_時間的曲線圖。圖6示出了浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統中流經蒸發器的空氣的溫度與蒸發器的起 始部分處的盤管溫度的關係。圖7對常規傳熱系統和浪湧式傳熱系統的溫度和溼度特性進行比較。圖8示出了用於控制傳熱系統的方法的流程圖。圖9示出了對傳熱系統中的蒸發器除霜的方法的流程圖。
具體實施例方式浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統包括製冷劑相分離器，用於產生進入蒸發器的入口的汽 相製冷劑的至少一次浪湧。通過以製冷劑的質量流量運行相分離器產生浪湧，該質量流量 是與相分離器的設計和尺寸以及製冷劑的傳熱量相對應的。可以在壓縮機運行周期的初始 冷卻之後產生一次或多次浪湧。汽相製冷劑的浪湧比液相製冷劑的溫度高。浪湧可增加蒸發器的起始部分或入口部分的溫度，因而相對於缺少使汽相製冷劑浪湧進入蒸發器的常規製冷系統可減少霜凍 形成。在浪湧的過程中，蒸發器的起始部分的溫度至多可比環境溫度增加約1°C。而且，在 浪湧的過程中，蒸發器的起始部分的溫度變得比蒸發器周圍的環境空氣的露點高。並且在 浪湧的過程中，蒸發器的起始部分中的製冷劑的溫度可以比蒸發器處的空氣的露點高至少 0. 5°C或高至少2°C。在圖2中，相分離器231被併入到圖1的常規蒸汽壓縮傳熱系統，從而提供一種浪 湧式蒸汽壓縮傳熱系統200。系統200包括壓縮機210、冷凝器220、計量裝置230和蒸發器 240。壓縮機排出管線215將壓縮機210與冷凝器220相連。冷凝器220的出口可連接到 冷凝器排出管線225，也可連接到諸如用於存儲液體的波動水平的接收器、用於去除汙染物 的過濾器和/或乾燥器等其它部件(圖未示)。冷凝器排出管線225可使製冷劑循環至一 個以上計量裝置230。然後製冷劑流到相分離器231，之後流到蒸發器240，在那裡蒸發器排 出管線245將製冷劑返回給壓縮機210。浪湧式蒸汽壓縮系統200可具有更多的或附加的 部件。相分離器231可與計量裝置230集成為一體或與其分離。可將相分離器231集成 在計量裝置230的膨脹部分的後面和蒸發器240的上遊。相分離器231可以以符合系統所 期望的運行參數的任何方式與計量裝置230集成為一體。相分離器231可位於固定的或可 調節的噴嘴、製冷劑分配器、一條或多條製冷劑分配供給管線、一個以上閥以及蒸發器240 的入口的上遊。計量裝置230和相分離器231可具有更多的或附加的部件。 相分離器231在來自於計量裝置230的膨脹的製冷劑進入蒸發器240之前至少部 分地分離製冷劑的液相和汽相。除了相分離器231的設計和尺寸，液相和汽相的分離還受 其它因素的影響，這些因素包括壓縮機210、計量裝置230、膨脹的製冷劑傳遞系統235、附 加的泵、增流器、限流器等的運行參數。在膨脹的製冷劑的分離過程中，會出現液相的淨降溫和汽相的淨加熱。於是，相 對於提供給相分離器231的膨脹製冷劑的初始溫度，由相分離器231產生的液體的溫度將 比膨脹製冷劑的初始溫度低，而由相分離器產生的蒸汽的溫度將比膨脹製冷劑的初始溫度 高。因而，蒸汽的溫度升高是通過相分離來自於液體的熱量，而不是通過從另一熱源引入的
能量°通過在將包括相對於蒸汽浪湧而言基本增加的液體成分的製冷劑導入蒸發器240 的運行時間之間，運行相分離器231以將基本汽相的製冷劑的浪湧導入蒸發器240中，提供 了浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統200。浪湧系統200在壓縮機210的運行期間獲得蒸汽浪湧頻 率，針對具體傳熱應用，基於相分離器231的設計和尺寸以及提供給相分離器231的製冷劑 的流量來優選該浪湧頻率。提供給蒸發器的起始部分的製冷劑的基本蒸汽浪湧可至少有 50%的蒸汽(汽相製冷劑質量/液相製冷劑質量)。也可運行浪湧系統200以將至少75% 或至少90%蒸汽的製冷劑的蒸汽浪湧提供給蒸發器的起始部分。從相分離器231傳送到蒸發器240的起始部分中的蒸汽浪湧可減少在蒸發器240 的起始部分中潤滑油混凝(puddle)的趨勢。儘管不希望被任何具體理論所限制，但認為由 蒸汽浪湧產生的渦流會迫使潤滑油回到在系統中流動的製冷劑中，從而可從蒸發器240的 起始部分去除潤滑油。通過在膨脹的製冷劑導入蒸發器240的入口之前至少部分地分離製冷劑的液相和汽相以及使基本汽相的製冷劑浪湧進入蒸發器240中，浪湧系統200在蒸發器240的起 始部分會產生溫度波動。蒸發器240的起始部分或入口部分可以是離入口最近的蒸發器容 積的起始部分的30%。蒸發器240的起始部分或入口部分可以是離入口最近的蒸發器容 積的起始部分的20%。也可使用蒸發器240的其餘入口部分。經受溫度波動的蒸發器240 的起始部分或入口部分至多約為蒸發器容積的10%。可運行浪湧系統200以防止或基本消 除蒸發器240中響應於蒸汽浪湧進入蒸發器240的起始部分或入口部分的溫度波動。在沒 有液體的冷卻能力的情況下，蒸汽浪湧導致蒸發器240的起始部分的溫度正向波動。也可運行浪湧系統200以提供從蒸發器240的起始部分至出口部分大約1. QKcalth tr^tr1至大約4.4Kcalth ΡπΓ2! ―1的平均傳熱係數。通過在從蒸發器盤管的起點 至末端最少5點處測量傳熱係數並計算所得係數的平均值來確定平均傳熱係數。在常 規的非浪湧系統中，蒸發器的起始部分在蒸發器盤管的起始部分處的傳熱係數大約在 1. gKcal^Vr 1以下，並且在蒸發器出口前的部分的傳熱係數大約在0. SKcal^m-^C 1 以下，與此相比，浪湧系統200的傳熱性能得到顯著提高。相對於常規系統，當壓縮機210運行時，除了提高蒸發器240的起始部分的平均溫 度之外，浪湧系統200的蒸發器240的起始部分還經歷了響應於蒸汽浪湧的間歇峰值溫度， 該峰值溫度幾乎等於或高於蒸發器240周圍的諸如環境空氣等外部介質的溫度。蒸發器 240的起始部分所達到的間歇峰值溫度至多可比外部介質的溫度高約5°C。蒸發器240的 起始部分所達到的間歇峰值溫度至多可比外部介質的溫度高約2. 5°C。也可達到其它的間 歇峰值溫度。當蒸發器240周圍的外部介質為空氣時，這些間歇峰值溫度可高於空氣的露 點ο蒸發器240的起始部分所經歷的間歇峰值溫度可減少蒸發器240的該部分結霜。 間歇峰值溫度也可使在壓縮機210的運行過程中形成於蒸發器240的起始部分上的霜凍的 至少一部分融化或升華，從而從蒸發器240上去除。由於因蒸汽浪湧的溫度的間歇增加大大影響了最可能霜凍的蒸發器240的起始 部分，所以相對於常規系統，可降低整個蒸發器240的平均運行溫度，而不會增大蒸發器 240的起始部分的霜凍趨勢。因而，相對於常規系統，不論是通過長期不運行壓縮機210進 行除霜或是通過向蒸發器240導熱的主動方法進行除霜，浪湧系統200均可減少除霜需求， 同時因整個蒸發器240的較低的平均溫度也可提高冷卻效率。除了在蒸發器240的起始部分處的間歇溫度增加的優點之外，能夠在製冷劑導入 蒸發器240之前至少部分地分離製冷劑的汽相和液相的相分離器231也提供了另外的優 點。例如，當壓縮機210運行時，相對於在製冷劑導入蒸發器240之前沒有至少部分地分離 製冷劑的汽相部分和液相部分的常規蒸汽壓縮系統，該浪湧系統200可經受蒸發器240中 的較高壓力。由於蒸發器240中的製冷劑的體積比常規系統中所存在的大，所以蒸發器240 中的較高的壓力為浪湧系統200提高了傳熱效率。該蒸發器運行壓力的提高也允許冷凝器 220處頭壓較低，從而使系統各部件能耗較低且壽命較長。相對於在製冷劑導入蒸發器240之前沒有至少部分地分離製冷劑的汽相部分和 液相部分的常規蒸汽壓縮系統，除了較高的蒸發器壓力之外，通過在製冷劑導入蒸發器240 之前至少部分地分離製冷劑的汽相和液相可增大經過蒸發器240的製冷劑的質量速度。由 於在給定的時間內比常規系統有更多的製冷劑經過蒸發器240，所以該蒸發器240中的製冷劑較高的質量速度使浪湧系統200提高了傳熱效率。在製冷劑導入蒸發器240之前製冷劑的汽相部分和液相部分至少部分地分離也 可使製冷劑液相部分的溫度降低。該溫度降低可為製冷劑的液相部分提供相對於汽相部分 更好的冷卻能力，從而增加經過蒸發器240的製冷劑所傳遞的總熱量。這樣，相同質量的制 冷劑經過蒸發器240可吸收比常規系統更多的熱量。能夠在製冷劑導入蒸發器240之前至少部分地分離製冷劑的汽相和液相部分也 可使在蒸發器240的出口處的製冷劑部分乾燥，而非完全乾燥。因而，通過調整導入蒸發器 240的製冷劑的汽相部分和液相部分的參數，少量的液相部分可保留在離開蒸發器240的 製冷劑中。通過在整個蒸發器240中保留製冷劑的液相部分，可提高系統的傳熱效率。因 而，相對於常規系統而言，相同尺寸的蒸發器能夠傳遞更多的熱量。在製冷劑導入蒸發器240之前至少部分地分離製冷劑的汽相和液相部分也可產 生足以利用液體製冷劑塗覆構成計量裝置、膨脹裝置之後的製冷劑導流器、製冷劑傳遞系 統和/或蒸發器240的起始部分的管子的內周面的製冷劑質量速度。同時，在蒸發器240 的起始部分中的製冷劑總質量含有為約30%至約95%的蒸汽(質量/質量)。如果周面失 去了液體塗層，那麼當恢復大約30%至大約95%的蒸汽/液體比時塗層就會恢復。這樣， 相對於在膨脹裝置之後缺少液體塗層的常規系統，在蒸發器240的起始部分處可提高傳熱 效率。圖3A示出了相分離器300的側視圖。分離器300包括限定分離器入口 310、分離 器出口 330和製冷劑存儲腔室340的主體部分301。可以以大約40°至大約110°的角度 320布置入口和出口。腔室340的縱向尺寸可平行於分離器出口 330 ；但也可使用其它結構。 在圖3B1中，腔室入口 342基本上平行於分離器出口 330，而腔室340的縱向尺寸343與腔 室入口 342成角度350。對於圖3B1的相分離器300，角度350確定了可容納在腔室340中 的液相製冷劑的體積。圖3B2是圖3B1的分離器300的更詳細的圖示，其中分離器300已 被鑄入金屬390中。相分離器300也可具有用來間歇保持液相製冷劑的其它裝置。也可使 用其它裝置從膨脹製冷劑的液體中分離出至少一部分蒸汽以向蒸發器的起始部分提供蒸 汽浪湧。腔室340具有腔室直徑345。分離器入口 310具有分離器入口直徑336。分離器 出口 330具有分離器出口直徑335。縱向尺寸343為分離器出口直徑335的約4 5. 5倍 並且為分離器入口直徑336的約6 8. 5倍。存儲腔室340的容積由縱向尺寸343和腔室 直徑345限定。常規系統利用R-22製冷劑能夠提供高達每小時14，700千焦(kj)的熱傳 遞，而當設有具有上述尺寸和大約49cm3至大約58cm3的存儲腔室容積的相分離器時，可提 供高達每小時37，SOOkJ的熱傳遞。存儲腔室340的容積可以由腔室直徑345和縱向尺寸 343確定。根據不同的製冷劑和製冷劑質量流速，也可使用其它的尺寸和容積實現浪湧系 統。通過給系統安裝這樣的相分離器，即分離器入口直徑與分離器出口直徑的比為約 1 1. 4 4. 3或為約1 1.4 2. 1 ；分離器入口直徑與分離器縱向尺寸的比為約1 7 13;並且分離器入口直徑與製冷劑質量流速的比為約1 1 12，可向蒸發器的起始部分 提供汽相製冷劑浪湧。儘管對長度以釐米為單位並且對質量流量以kg/hr為單位表示這些 比值，但也可採用包括其它的長度和質量流量單位的其它比值。
可以根據這些比值增大或減小分離器入口直徑與分離器縱向尺寸的比，直到該系 統不再提供期望的浪湧速度為止。因而，通過改變分離器入口直徑與縱向尺寸的比，可改變 系統的浪湧頻率，直到該系統不再提供期望的除霜效果為止。根據其它的變量，可增大或減 小分離器入口直徑與製冷劑質量流速的比，直到浪湧停止為止。可增大或減小分離器入口 直徑與製冷劑質量流速的比，直到浪湧停止或不再提供期望的冷卻為止。本領域技術人員 可確定其它比值以提供期望的一次浪湧或多次浪湧、期望的浪湧頻率、冷卻及其組合等。相對於傳熱系統的其它部件，腔室340被設定尺寸以從進入分離器入口 310的膨 脹製冷劑中分離至少一部分蒸汽，間歇地將一部分液體存儲在腔室340中，同時使製冷劑 蒸汽基本上以至少一次蒸汽浪湧的形式流過分離器出口 330，然後使流體從腔室340流過 分離器出口 330。通過改變相分離器300的結構，可選擇經過分離器出口 330到蒸發器的蒸 汽浪湧的次數、周期和持續時間。如前文所述，在壓縮機的運行過程中蒸發器的起始部分的 溫度波動對應於這些浪湧。參照圖2和圖3B，為了使浪湧系統200適合於空調，相分離器231、300的尺寸可 與製冷劑和製冷劑流量配對以在期望的蒸發器溫度下提供期望的冷卻能力。例如，入口直 徑約1. 3cm、出口直徑約1. 9cm、縱向尺寸約10. 2cm且存儲腔室體積約29cm3的相分離器 300可與質量流量約3. lkg/hr的R-22製冷劑配對以在約7°C的蒸發器溫度下提供每小時 約30，450kJ的熱傳遞，這適合於空調。通過利用相同的相分離器將製冷劑質量流量增加至 約3. 8kg/hr，浪湧系統200可以提供每小時約37，SOOkJ的熱傳遞，同時保持約7°C的蒸發 -^ilm ,S ο由於不同製冷劑具有不同的傳熱能力，因此相同的相分離器可以與R_410a製冷 劑一起使用，在質量流量約3. Okg/hr時提供每小時約30，450kJ的熱傳遞，或在質量流量約 3. 7kg/hr時提供每小時約37，SOOkJ的熱傳遞，同時保持約7°C的蒸發器溫度。因而，通過 改變經過相分離器231、300的製冷劑的質量流量和傳熱能力，浪湧系統200可在期望的蒸 發器溫度下提供期望的熱傳遞。可使用相同的相分離器來提供約_6°C的蒸發器溫度，這適合於冷藏。將相分離器 與約3. 7kg/hr的R-404a製冷劑、約3. 7kg/hr的R-507製冷劑或約4. Okg/hr的R-502制 冷劑配對將在大約_6°C的蒸發器溫度下提供每小時約25，200kJ的熱傳遞。類似地，將相分 離器與約4. 6kg/hr的R-404a製冷劑、約4. 6kg/hr的R-507製冷劑或約5. Okg/hr的R-502 製冷劑配對將在大約_6°C的蒸發器溫度下提供每小時約31，500kJ的熱傳遞。因而，在選 定冷卻類型和期望的熱傳遞之後，本領域技術人員可以選擇壓縮機210、冷凝器220、蒸發 器240、製冷劑、運行壓力等以提供使用期望的相分離器的傳熱系統，該系統使製冷劑汽相 的浪湧進入到蒸發器240的起始部分中。如果期望較大的傳熱，那麼可通過增大相分離器231、300和相關系統部件的尺寸 提高浪湧系統200的能力。例如，為了使浪湧系統200適合提供90，300 97，650kJ的空 調，可選擇入口直徑約1. 6cm、出口直徑約3. 2cm、縱向尺寸約20. 3cm且存儲腔室容積約 161cm3的相分離器300。該較大的相分離器可以與質量流量約9. lkg/hr的R-22製冷劑配 對以在大約7°C的蒸發器溫度下提供每小時約90，300kJ的熱傳遞，這適合於空調。利用相 同的相分離器，通過將製冷劑質量流量增加至約9. 8kg/hr，浪湧系統200可以提供每小時 約97，650kJ的熱傳遞，同時保持7°C的蒸發器溫度。
因為不同製冷劑具有不同的傳熱能力，因此相同的相分離器與R_410a製冷劑可 一起使用，利用質量流量約8. 8kg/hr提供每小時約90，300kJ的熱傳遞，或質量流量約 9. 5kg/hr提供每小時約97，650kJ的熱傳遞，同時保持7°C的蒸發器溫度。因而，通過改變 經過相分離器231、300的製冷劑的質量流速和傳熱能力，浪湧系統200可在期望的蒸發器 溫度下提供期望的熱傳遞。相同的較大的相分離器可用於提供約_6°C的蒸發器溫度，提供76，650 84，OOOkJ用於冷藏。將相分離器與約11. 2kg/hr的R-404a製冷劑、約11. 2kg/hr的R-507 製冷劑或約12. 2kg/hr的R-502製冷劑配對在大約_6°C的蒸發器溫度下提供每小時約 76，650kJ的熱傳遞。類似地，將相分離器與約12. 3kg/hr的R_404a製冷劑、約12. 3kg/hr 的R-507製冷劑或約13. 4kg/hr的R-502製冷劑配對在大約_6°C的蒸發器溫度下提供每小 時約84，OOOkJ的熱傳遞。因而，在選定冷卻類型和用於傳遞所需的焦耳熱之後，本領域技 術人員可以選擇相分離器231、壓縮機210、冷凝器220、蒸發器240、製冷劑、運行壓力等以 提供使製冷劑汽相的浪湧進入到蒸發器240的起始部分的傳熱系統。圖4是顯示常規傳熱系統的攝氏溫度_時間的曲線圖。除了蒸發器的起始部分的 散熱片和管子的表面溫度之外，還監控蒸發器周圍空氣的溫度和露點。大約在11時06分、 吸入壓力線A中的最高點開啟壓縮機。當壓縮機起動並且蒸發器冷卻時，溫度下降相對較 快並在大約11時10分開始穩定。壓縮機一旦起動，散熱片和管子的溫度線(分別為C線 和D線)的斜率就一直為負。因而，直到壓縮機在大約11時17分關掉為止，後續的溫度都 不高於先前的溫度。而且，從大約11時08分至大約11時09分，蒸發器管子的起始部分的 溫度下降到環境空氣的露點以下，於是可用於冷凝。因而，蒸發器的起始部分的溫度總是顯 著地低於流經蒸發器的空氣的溫度。在從大約10時53至10時59分的前壓縮機周期過程 中，也可看見蒸發器溫度的負斜率以及在露點以下的時間段運行的相同的表現。大約運行 五分鐘之後，因在蒸發器的起始部分霜凍形成和/或潤滑油混凝而使該系統損失一部分系 統效率。圖5是顯示浪湧式傳熱系統的攝氏溫度_時間的曲線圖。除了加入合適的相分離 器之外，浪湧系統類似於圖4的常規系統。除了蒸發器的起始部分的散熱片和管子的表面 溫度之外，還監控蒸發器周圍空氣的溫度和露點。大約在、時、吸入壓力線A中的最高點 開啟壓縮機。當壓縮機起動並且蒸發器冷卻時，在、 、的初始冷卻階段溫度下降相對較 快，然後在大約、時開始穩定。在圖4的常規系統中，散熱片和管子的溫度線(分別為C線 和D線)的斜率一直為負，與此不同，在圖5的t3處，蒸發器的起始部分的溫度迅速上升， 管子的溫度上升約;TC，形成穩定平臺，然後在、處迅速下降。儘管表示管子溫度的D線的 負斜率在溫度上升之前和之後大致相同，但間歇溫度增加510顯著向上偏離。因而，浪湧式 傳熱系統在壓縮機運行過程中的蒸發器的起始部分的溫度曲線包括具有正斜率和負斜率 的部分。儘管該系統被設計為每個壓縮機運行周期提供單一的溫度增加(如在前的間歇溫 度增加505所示)，但也可以使用其它的具有不同頻率和持續時間的間歇增加。如同圖4的常規系統，在壓縮機的運行過程中，圖5的浪湧系統示出了在、和t2 之間蒸發器管子的起始部分的溫度降到空氣的露點以下，於是可用於冷凝。根據管子在露 點以下度過的時間段和溫度(曲線面積)，本領域技術人員可確定可獲得的形成冷凝和霜 凍的冷卻能量的近似的kj。相對於圖4的常規系統中所看到的持續負斜率D線，根據間歇溫度增加510的面積，本領域技術人員也可確定可獲得的用於去除冷凝導致的霜凍的熱能 的近似的kj。這樣，蒸發器的起始部分間歇地變熱，而不需要關閉壓縮機或主動將熱量導入 蒸發器中。在大約運行24小時之後，由於在蒸發器的起始部分沒有形成霜凍，所以該浪湧 系統基本上沒有損失系統效率。儘管不希望被任何具體理論所限制，但認為蒸汽浪湧熱能 抵償了可能產生霜凍的露點以下的至少一部分冷卻能量，從而減少霜凍形成。圖5還示出了浪湧式傳熱系統以與圖4的常規系統相同的吸入壓力在蒸發器處 獲得了較低(降低約;TC)的空氣溫度。因而，利用相同的製冷劑壓力產生了更大的冷卻 作用，這提供了更有效的系統。間歇溫度增加510並不導致流過蒸發器的供給空氣(C線) 的相應的溫度增加。因而，儘管在蒸發器入口處溫度增加，但流過蒸發器的空氣溫度繼續降 低，這是未預料的且異於直覺的結果。圖6也示出了浪湧系統相對於在蒸發器的起始部分的盤管溫度對流過蒸發器的 空氣的溫度的影響。如圖所示，流過蒸發器的空氣溫度達到大約-21°C，蒸發器的起始部分 已降到大約_31°C。在蒸發器的起始部分溫度開始增加的點610處，流過蒸發器的空氣的溫 度在620處開始降低。隨著在蒸發器的起始部分的溫度增加並且流過蒸發器的空氣的溫度 降低，蒸發器的起始部分達到了接近或超過流過蒸發器的空氣溫度的溫度點630。如果在蒸發器的起始部分形成霜凍，那麼可以認為浪湧式傳熱系統通過升華將至 少一部分水返回至流過蒸發器的空氣。儘管不希望被任何具體理論所限制，由於蒸發器的 起始部分的溫度在浪湧的過程中保持在凍結以下，所以認為由汽相製冷劑的浪湧所引起的 蒸發器的起始部分的相對變熱會導致蒸發器的起始部分的霜凍的升華。因而，如果浪湧系 統在蒸發器的起始部分在_31°C形成霜凍，汽相製冷劑的浪湧在蒸發器的起始部分使間歇 溫度增加達到_25°C，並且該溫度增加隨著流過蒸發器的空氣的溫度接近或變得低於蒸發 器的起始部分的溫度而發生，那麼霜凍將升華成流過蒸發器的空氣。由於作用於潮溼空氣的一部分冷卻能量被消耗用於將汽相的水轉化成液體而不 是用於冷卻空氣，所以冷卻潮溼的空氣比冷卻乾燥的空氣需要更多的能量。因而，使空氣幹 燥所消耗的能量可以看作未提供冷卻的潛在的功。但是，如果蒸發器的起始部分的霜凍升 華，那麼隨著霜凍蒸發，存儲在霜凍中的至少一部分潛在的功用於冷卻蒸發器的起始部分。 儘管類似於常規閉合迴路傳熱系統，消耗能量以使水蒸汽轉化成液態水，當壓縮機運行時 該液態水在一部分冷卻周期過程中在蒸發器的起始部分形成霜凍，但在汽相製冷劑浪湧導 入蒸發器的過程中，認為浪湧系統在冷卻時還原一部分霜凍而不浪費能量。應當認為，利用 較少的能量提供較冷的蒸發器的效果將會提高冷卻效率。在每次浪湧過程中通過將水蒸汽返回至流過蒸發器的空氣，浪湧系統在具有一定 條件的空間中可保持比常規系統高的相對溼度(RH)，並且由於相對於缺少相分離器以及沒 有將浪湧的汽相製冷劑導入蒸發器中的相似的常規冷卻系統，減少了在浪湧系統的運行過 程中使空氣乾燥所消耗的能量，所以利用較少能耗提供更好冷卻。因而，除了減少與蒸發器 霜凍相關的多個問題之外，該浪湧系統相對於常規系統還可提供這樣的優點，即在具有一 定條件的空間中增大RH以及對同樣的冷卻可降低能耗。圖7對常規傳熱系統和浪湧式傳熱系統的溫度和溼度特性進行比較。常規系統包 括CF04K6E型谷輪(Copeland)壓縮機、LET 035型蒸發器和BHT011L6型冷凝器。曲線的 左邊示出了常規系統所保持的在步入式冷藏腔室中的溫度和RH。常規系統使平均溫度保持在大約6°C並且使平均RH保持在大約60% (水的重量/乾燥空氣的重量)。然後將相分離器加入該常規系統並調節製冷劑的質量流量以實現浪湧運行。在 710之後，當運行系統使汽相製冷劑的浪湧進入蒸發器的入口部分時，監控在步入式冷藏腔 室中的溫度和RH。在浪湧運行的過程中，系統使平均溫度保持在大約2V並且使平均RH保 持在大約80%。因而，在改進設有相分離器以及運行系統使汽相製冷劑的浪湧進入蒸發器 的入口部分後，常規系統的其它部件使步入式冷藏腔室的內部保持在相當低的溫度以及約 30%的較高RH。可在不利用主動除霜的情況下獲得這些結果。圖8示出了用於控制前述的傳熱系統的方法的流程圖。在802中，壓縮製冷劑。 在804中，膨脹製冷劑。在806中，至少部分地分離製冷劑的液相和汽相。在808中，將汽 相製冷劑的一次或多次浪湧導入蒸發器的起始部分中。汽相製冷劑的浪湧包括至少75%的 蒸汽。蒸發器的起始部分可以佔蒸發器容積的小於大約10%或大約30%。起始部分也可 以佔蒸發器的其它比例的容積。在810中，將液相製冷劑導入蒸發器中。在812中，蒸發器的起始部分響應於汽相製冷劑的一次或多次浪湧而變熱。蒸發 器的起始部分可被加熱到低於第一外部介質的溫度大約5°C。蒸發器的起始部分也可被加 熱到高於第一外部介質的溫度。蒸發器的起始部分可被加熱到高於第一外部介質的露點的 溫度。蒸發器的入口部分和出口部分之間的溫度差為大約0°C至大約3°C。可運行在蒸發 器的起始部分的溫度的斜率包括負值和正值的傳熱系統。蒸發器的起始部分可使霜凍升華 或融化。當蒸發器的起始部分的溫度等於或低於大約0°C時，霜凍可升華。圖9示出了用於對前述的傳熱系統中的蒸發器進行除霜的方法的流程圖。在902 中，至少部分地分離製冷劑的液相和汽相。在904中，將汽相製冷劑的一次或多次浪湧導入 蒸發器的起始部分中。汽相製冷劑的浪湧包括至少75%的蒸汽。蒸發器的起始部分可以 佔蒸發器容積的小於大約10%或大約30%。起始部分也可以佔蒸發器的其它比例的容積。 在906中，將液相製冷劑導入蒸發器中。在908中，蒸發器的起始部分響應於汽相製冷劑的一次或多次浪湧而變熱。蒸發 器的起始部分可被加熱到低於第一外部介質的溫度大約5°C。蒸發器的起始部分也可被加 熱到高於第一外部介質的溫度。蒸發器的起始部分可被加熱到高於第一外部介質的露點溫 度。蒸發器的入口部分和出口部分之間的溫度差為大約0°C至大約3°C。可運行在蒸發器 的起始部分的溫度的斜率包括負值和正值的傳熱系統。在910中，去除蒸發器的霜凍。去除包括基本上防止霜凍形成。去除包括基本上 去除蒸發器上存在的霜凍。去除包括部分地或完全地消除蒸發器的霜凍。蒸發器的起始部 分可使霜凍升華或融化。當蒸發器的起始部分的溫度等於或低於大約o°c時，霜凍可升華。示例1 氣流冷凍腔室使用具有兩個三十馬力的Bitzer半密封的活塞壓縮機(2L_40. 2Y)的增量熱傳遞 冷凝單元將膨脹的製冷劑提供給標準的高速Heathcraft商用蒸發器(型號為BHE 2120)， 並利用R404a製冷劑來冷卻氣流冷凍腔室。通過在需要穩固地冷凍熱的焙烤食品時使氣流 冷凍腔室從0°C冷卻到_12°C以下並且使冷凍腔室保持在_12°C以下來運行系統。當壓縮機 運行時，由蒸發器提供給氣流冷凍腔室的空氣在_34°C至_29°C之間。具有電加熱元件的蒸 發器每天需要六個主動除霜周期。在加入相分離器並且運行系統以使汽相製冷劑的浪湧進 入蒸發器的入口部分之後，就不需要主動除霜周期了。因此，相對於以每天六個主動除霜周期的方式運行的常規系統，以保持產品重量(重量/重量)的形式提高了產品質量。示例2 商用的食品服各零售使用具有接近四分之三馬力的Copeland密封式壓縮機的ICS冷凝單元(型號為 PWH007H22DX)將膨脹的製冷劑提供給標準的ICS商用蒸發器(型號為AA18-66BD)，並利用 R22a製冷劑來冷卻商用的食品服務零售設備的冷藏腔室。運行系統使冷藏腔室的溫度保持 在2°C以下七天。當壓縮機運行時，通過蒸發器提供給冷藏腔室的空氣在_7V至0°C之間。 具有電加熱元件的蒸發器每天需要四個主動除霜周期。在加入相分離器並且運行系統以使 汽相製冷劑的浪湧進入蒸發器的入口部分之後，就不需要主動除霜周期了。因此，以改善了 鮮肉表面的顏色和質地的形式提高了產品質量。示例3 用於肉類儲存的冷凍腔室使用具有2.5馬力的財仏吐半密封的活塞壓縮機(型號為2 022￥1514朽的 Russell冷凝單元(型號為DC8L44)將膨脹的製冷劑提供給標準的Russell商用蒸發器 (型號為ULL2-361)，並利用R404a製冷劑冷卻冷藏腔室。允許系統使冷藏腔室的溫度保持 在_12°C以下十天。當壓縮機運行時，通過蒸發器提供給冷藏腔室的空氣在_18°C至-20°C 之間。具有電加熱元件的蒸發器每天需要以6小時為間隔的四個主動除霜周期。在加入相 分離器並且運行系統以使汽相製冷劑的浪湧進入蒸發器的入口部分之後，就不需要主動除 霜周期了。儘管說明了本發明的各實施例，但本領域技術人員應當理解，在本發明的範圍內 可以有其它實施例和實施方式。因此，除了所附的權利要求書及其等同物之外，本發明不應 受到限制。
權利要求
一種運行傳熱系統的方法，所述方法包括壓縮製冷劑；膨脹所述製冷劑；至少部分地分離所述製冷劑的液相和汽相；將所述汽相製冷劑的至少一次浪湧導入蒸發器的起始部分中；將所述液相製冷劑導入所述蒸發器中；並且響應於所述汽相製冷劑的至少一次浪湧加熱所述蒸發器的起始部分。
2.如權利要求1所述的方法，還包括將所述蒸發器的起始部分加熱到第一外部介質溫 度的至多約5°C的範圍內。
3.如權利要求1所述的方法，還包括將所述蒸發器的起始部分加熱到高於第一外部介 質的溫度。
4.如權利要求1所述的方法，還包括將所述蒸發器的起始部分加熱到高於第一外部介 質的露點溫度。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述蒸發器的入口容積和所述蒸發器的出口容積之 間的溫度差為大約0°c至大約3°C。
6.如權利要求1所述的方法，還包括運行在所述蒸發器的起始部分的溫度的斜率包括 負值和正值的所述系統。
7.如權利要求1所述的方法，還包括去除所述蒸發器的起始部分的霜凍。
8.如權利要求1所述的方法，還包括使所述蒸發器的起始部分的霜凍升華，其中所述 蒸發器的起始部分的溫度至多為大約o°c。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器容積的小於大 約 30%。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器容積的小於 大約10%。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述蒸發器的起始部分具有至少一個間歇溫度最大值，並且其中所述至少一個間歇溫度最大值對應於所述汽相製冷劑的至少一次浪湧，並且其中所述間歇溫度最大值在第一外部介質溫度的至多約5°c的範圍內。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述至少一個間歇溫度最大值高於所述第一外部 介質的溫度。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述至少一個間歇溫度最大值高於所述第一外部 介質的露點溫度。
14.如權利要求11所述的方法，其中所述蒸發器容積的起始10%和所述蒸發器容積的 最後10%之間的溫度差為大約0°C至大約3V。
15.如權利要求11所述的方法，其中所述第一外部介質的相對溼度大於沒有將所述汽 相製冷劑的浪湧導入所述蒸發器的起始部分時的所述第一外部介質的相對溼度。
16.如權利要求11所述的方法，其中所述第一外部介質的溫度低於沒有將所述汽相制 冷劑的浪湧導入所述蒸發器的起始部分並且沒有使用主動除霜周期時的所述第一外部介 質的溫度。
17.如權利要求11所述的方法，還包括運行在所述蒸發器的起始部分的溫度的斜率包 括負值和正值的所述系統。
18.如權利要求11所述的方法，還包括響應於所述間歇溫度最大值去除所述蒸發器的 起始部分的霜凍。
19.如權利要求11所述的方法，還包括響應於所述間歇溫度最大值使所述蒸發器的起 始部分的霜凍升華，其中所述蒸發器的起始部分的溫度至多為大約0°C。
20.如權利要求11所述的方法，其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器容積的小於 大約30%。
21.如權利要求11所述的方法，其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器容積的小於 大約10%。
22.如權利要求1所述的方法，其中所述汽相製冷劑的至少一次浪湧包括至少75%的蒸汽。
23.如權利要求1所述的方法，其中從所述蒸發器的起始部分至出口部分的平均傳熱 係數為大約1. 9Kcalth IT1m-2oC 1至大約4. 4Kcalth h-V2。。―1，並且其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器容積的小於大約10%，並且其中 所述蒸發器的出口部分佔所述蒸發器容積的小於大約10%。
24.一種對傳熱系統中的蒸發器除霜的方法，所述方法包括 至少部分地分離所述製冷劑的液相和汽相；將所述汽相製冷劑的至少一次浪湧導入蒸發器的起始部分中； 將所述液相製冷劑導入所述蒸發器中；響應於所述汽相製冷劑的至少一次浪湧加熱所述蒸發器的起始部分；並且 去除所述蒸發器上的霜凍。
25.如權利要求24所述的方法，還包括將所述蒸發器的起始部分加熱到第一外部介質 溫度的至多約5°C的範圍內。
26.如權利要求24所述的方法，還包括將所述蒸發器的起始部分加熱到高於第一外部 介質的溫度。
27.如權利要求24所述的方法，還包括將所述蒸發器的起始部分加熱到高於第一外部 介質的露點溫度。
28.如權利要求24所述的方法，其中所述蒸發器的入口容積和所述蒸發器的出口容積 之間的溫度差為大約0°C至大約3°C。
29.如權利要求24所述的方法，所述蒸發器的起始部分的溫度的斜率包括負值和正值。
30.如權利要求24所述的方法，還包括使所述蒸發器的起始部分的霜凍升華。
31.如權利要求24所述的方法，還包括使所述蒸發器的起始部分的霜凍升華，其中所 述蒸發器的起始部分的溫度至多為大約0°C。
32.如權利要求24所述的方法，其中所述蒸發器的起始部分小於大約30%的所述蒸發 器容積。
33.如權利要求24所述的方法，其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器容積的小於 大約10%。
34.如權利要求24所述的方法，其中所述至少一次浪湧包括至少75%的蒸汽。
35.一種蒸汽浪湧的相分離器，其包括主體部分，其限定了分離器入口、分離器出口和分離器製冷劑存儲腔室， 其中所述分離器製冷劑存儲腔室在所述分離器入口和所述分離器出口之間提供流體 相通，其中所述分離器入口和所述分離器出口分開大約40度至大約110度， 其中所述分離器製冷劑存儲腔室具有縱向尺寸，其中所述分離器入口的直徑與所述分離器出口的直徑的比為約1 1.4至4.3或約 1 1. 4至2. 1，並且其中所述分離器入口的直徑與所述縱向尺寸的比為約1 7至13。
36.如權利要求35所述的相分離器，其中所述縱向尺寸是所述分離器出口直徑的大約 4至大約5. 5倍，並且其中所述縱向尺寸是所述分離器入口直徑的大約6至大約8. 5倍。
37.如權利要求35所述的相分離器，其中所述分離器製冷劑存儲腔室容積為大約 49cm3 至大約 58cm3。
38.如權利要求35所述的相分離器，具有用於從膨脹的製冷劑的液體分離出至少一部 分蒸汽的裝置。
39.如權利要求35所述的相分離器，具有用於間歇地保持液體製冷劑的裝置。
40.如權利要求35所述的相分離器，具有用於將至少一次蒸汽浪湧提供給蒸發器的起 始部分的裝置。
41.一種傳熱系統，其包括 具有入口和出口的壓縮機； 具有入口和出口的冷凝器；具有入口、起始部分、最後部分和出口的蒸發器，所述壓縮機的出口與所述冷凝器的入 口流體相通，所述冷凝器的出口與所述蒸發器的入口流體相通，並且所述蒸發器的出口與 所述壓縮機的入口流體相通；與所述冷凝器和所述蒸發器流體相通的計量裝置，其中所述計量裝置膨脹製冷劑，所 述製冷劑具有蒸汽部分和液體部分；以及與所述計量裝置和所述蒸發器流體相通的相分離器，其中所述相分離器可從膨脹的製冷劑中分離出一部分蒸汽，並且其中所述相分離器可將至少一次蒸汽浪湧導入所述蒸發器的起始部分中。
42.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述相分離器具有限定分離器入口、分離器 出口和分離器製冷劑存儲腔室的主體部分；其中所述分離器製冷劑存儲腔室具有縱向尺寸；其中所述分離器入口的直徑與所述分離器出口的直徑的比為約1 1.4至4. 3或約 1 1.4至2. 1 ；並且其中所述分離器入口的直徑與所述縱向尺寸的比為約1 7至13。
43.如權利要求42所述的傳熱系統，其中所述分離器入口的直徑與製冷劑質量流量的 比為約1 1至12。
44.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述的至少一次浪湧去除所述蒸發器的起始 部分的霜凍。
45.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述的至少一次浪湧使所述蒸發器的起始部 分的霜凍升華，其中所述蒸發器的起始部分的溫度至多為約0°C。
46.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述相分離器在所述壓縮機的運行周期中可 將至少兩次蒸汽浪湧導入所述蒸發器的起始部分中。
47.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器總容積 的至多30%。
48.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述蒸發器的起始部分佔所述蒸發器總容積 的至多10%。
49.如權利要求41所述的傳熱系統，其中導入所述蒸發器的起始部分中的所述的至少 一次蒸汽浪湧使所述蒸發器的起始部分的溫度升高到在第一外部介質溫度的至多5°C範圍 內的至少一個間歇溫度最大值。
50.如權利要求41所述的傳熱系統，其中導入所述蒸發器的起始部分中的所述的至少 一次蒸汽浪湧使所述蒸發器的起始部分的溫度升高到高於第一外部介質溫度的至少一個 間歇溫度最大值。
51.如權利要求41所述的傳熱系統，其中導入所述蒸發器的起始部分中的所述的至少 一次蒸汽浪湧使所述蒸發器的起始部分的溫度升高到高於第一外部介質露點溫度的至少 一個間歇溫度最大值。
52.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述蒸發器容積的起始10%和所述蒸發器容 積的最後10%之間的溫度差為01至31。
53.如權利要求41所述的傳熱系統，其中所述至少一次浪湧包括至少75%的蒸汽。
全文摘要
本發明公開了具有製冷劑相分離器的浪湧式蒸汽壓縮傳熱系統、裝置和方法，該相分離器在壓縮機運行周期的初始冷卻之後產生進入蒸發器的入口中的汽相製冷劑的至少一次浪湧。汽相製冷劑的浪湧比液相製冷劑的溫度高，該浪湧可增加蒸發器入口的溫度，因而相對於缺少使汽相製冷劑的浪湧進入蒸發器的常規製冷系統，可減少霜凍形成。
文檔編號F25B47/02GK101965492SQ200980000074
公開日2011年2月2日 申請日期2009年5月15日 優先權日2008年5月15日
發明者戴維·A·懷特曼 申請人:Xdx創新製冷有限公司