具有節約循環的製冷系統的製作方法

2023-08-10 00:59:56

專利名稱：具有節約循環的製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明 一般涉及製冷系統，並且更具體地涉及利用具有節約入 口 ( economizing inlet)的壓縮機和多通道冷凝器的製冷系統。
背景技術：
雖然冷凝在製冷劑通道內的液體製冷劑佔據冷凝器全部內部容 積的無關緊要的部分，但是它粘住冷凝器牆壁並且掩蓋它的熱傳遞 面積的重要部分。結果，佔據全部內部容積的重要部分的氣體製冷 劑沒有接觸冷凝器牆壁並且充分地減少了全部的熱傳遞比率。
許多專利(美國專利5,988,267和美國專利5,762,566)通過分離 冷凝器在許多通路內並且在每一個通路後從製冷劑流中移出冷凝的 部分處理上述的問題。這個方案降低了在每一個接著的通路內的質 量流速、增加了與冷凝蒸汽接合的熱傳遞面積、提高了全面的熱傳 遞比率、減少了冷凝器負荷要求的溫度差異並且減少了排放壓力。 結果，如果提供相同的熱傳遞面積，則增強了工作特性；或如果提 供相同的工作特性，則減少了成本。
這種冷凝器僅在最後的冷凝通路中可以提供充分的低溫冷卻。 當混合從所有的冷凝器通路出來液體製冷劑流時，全部製冷劑流的 液體低溫冷卻減少。如果液體管線太長和/或在液體管線內下降壓力充分高時，那麼在某些工作情況下，在膨脹裝置的入口，存在著液 體製冷劑蒸發的潛在風險。在膨脹裝置的入口的液體製冷劑蒸發導 致整個製冷系統的不穩定的工作和工作特性的降低。
在美國專利5,752,566中，冷凝器具有多個集管(header)，該 多個頭部具有定位在其內的折流板(baffle)和/或相位分離器。製冷 劑撞擊集管中的一個集管的側壁並且通過重力分離各自的相位。而 且，在冷凝器內也可用相位分離器有選擇地發送氣體和液體相位到 具體位置。這個專利暗示了在冷凝器後引導製冷劑到液體製冷劑接 收器中並接著到低溫冷卻區。低溫冷卻區控制全部的製冷劑質量流 速並運送與全部的製冷劑質量流速相關聯的熱負荷。由於驅動熱傳 遞過程的溫度差異是十分低的，所以與冷凝區相比較可以將低溫冷 卻區分類為低效率的熱交換裝置。
美國專利6,385,981 Bl涉及提供了節約循環(economizing cycle) 的製冷系統。節約循環利用節約熱交換器，節約熱交換器在液體管 線內的液體製冷劑之間提供熱接觸並且在低於排出壓力而高於吸入 壓力的壓力下蒸發製冷劑。這樣的熱交換器在液體和蒸發製冷劑流 之間具有充分高的全面熱交換率，並且因此提供了高效的低溫冷卻 負荷。這有效地減少4是供適當低溫冷卻的才幾構的最初的成本。然而， 利用節約循環的製冷系統需要通過冷凝器的增加的製冷劑質量流 速，並且因此要求更高的冷凝器的容積和尺寸。而且，它們提高了 在膨脹裝置的入口處的液體製冷劑蒸發的潛在風險。
美國專利5,692,389涉及提供具有閃蒸槽的節約循環的製冷系 統。閃蒸槽具有蒸汽和液體出口。液體出口供給具有蒸發器的迴路。 蒸汽出口用 一定壓力供給具有節約器入口的迴路環，該壓力低於排 出壓力而高於吸入壓力。當節約熱交換器在上述的例子中工作時，
閃蒸槽在液體出口以同樣的溫度提供液體製冷劑。利用具有閃蒸槽 的節約循環的製冷系統需要通過冷凝器的增加的製冷劑質量流速， 與利用具有節約熱交換器的節約循環的製冷系統相比，要求更高的
12通過冷凝器的製冷劑質量流速、更高的冷凝器的容積和尺寸。

發明內容
本發明的目的是通過具有節約循環的製冷系統，去結合液體低 溫冷卻或/和液體溫度的成本效益供應優點和多通道冷凝器的成本效 益優點。這允許產生高效的製冷系統。
根據本發明，具有節約循環的製冷系統包括主製冷劑環路和節 約製冷劑迴路。主製冷劑環路包括蒸發器、抽吸管線、具有節約器 入口的壓縮機單元、冷凝器單元、主液體管線及節約製冷劑迴路。 液體管線包括液體接收器、節約熱交換器及主膨脹裝置。節約製冷 劑迴路包括節約膨脹裝置和節約熱交換器。節約熱交換器具有高壓 側和低壓側。高壓側與主製冷劑環路關聯，而低壓側與節約製冷劑 迴路關聯。冷凝器單元包括蒸汽入口、中間液體出口和液體出口。 第一冷凝級與製冷劑通道的部分和中間液體出口相關聯。笫二冷凝 級與製冷劑通道另一部分和液體出口相關聯。主液體管線運送從第
一冷凝級流出的液體製冷劑並且供給具有蒸發器的迴路。節約液體 管線運送從第二冷凝級流出的液體製冷劑並且供給具有節約器入口 的迴路。第一冷凝級大小設置成用以在第一冷凝級後提供等於通過 蒸發器需要的質量流速的液體質量流速。第二冷凝級大小設置成用 以在第二冷凝級後提供等於通過壓縮機的節約入口的質量流速的液 體質量流速。
本發明的另 一個方面是具有節約循環和閃蒸槽的冷卻系統。閃 蒸槽包括與主液體管線相關聯的入口和出口以及與節約製冷劑迴路 相關聯的入口和出口 。
液體管線包括附加膨脹裝置、閃蒸槽和主膨脹裝置。節約製冷 劑迴路包括節約膨脹裝置和閃蒸槽。
閃蒸槽可以具有指示閃蒸槽內液體製冷劑高度的浮標。基於浮 標的位置，當閃蒸槽內液體製冷劑高度高時，控制器縮小附加膨脹裝置的開口；並且當閃蒸槽內液體製冷劑高度低時，控制器擴大附 加膨脹裝置的開口。
存在有與上述本發明的主要方面相關聯的不同的選擇。
根據本發明，兩個發明都可以利用具有節約入口的單級壓縮機 或多級壓縮才幾。
一個回流式(liquid-to-suction )熱交換器提供在主液體管線內的 液體製冷劑流和離開蒸發器的過熱製冷劑流之間的熱接觸。另 一個 回流式熱交換器提供在節約製冷劑迴路內的液體製冷劑流和離開蒸 發器的過熱製冷劑流之間的熱接觸。存在的選擇是，具有兩者中任 一個回流式熱交換器或它們兩個。如果應用兩個回流式熱交換器， 則第二回流式熱交換器提供在節約製冷劑迴路內的液體製冷劑流和 離開第 一 回流式熱交換器的過熱製冷劑流之間的熱接觸。
將具有位於離開蒸發器的出口的感測燈泡的膨脹閥用作主膨脹 裝置。將具有位於離開節約熱交換器低壓側的出口的感測燈泡的膨 脹閥用作節約膨脹裝置。
在主液體管線上安裝主電磁閥。在節約液體管線上安裝節約電 磁閥。使用兩個電磁閥也是一個選擇。
在主液體管線上安裝主過濾乾燥機。在節約液體管線上安裝節 約過濾乾燥機。
冷凝器單元具有兩級冷凝盤管，兩級冷凝盤管具有蒸氣入口、 入口集管、出口集管、在入口和出口集管之間延伸並封閉在入口和 出口集管內的多個製冷劑通道、中間液體出口、液體出口以及將制 冷劑流從蒸氣入口運送到中間液體出口和液體出口的機構。第一冷 凝級與冷凝劑通道中的部分和中間液體出口相關聯。第二冷凝級與 冷凝劑通道中的其餘部分和液體出口相關聯。而且，盤管具有用於 在第一冷凝級後移去冷凝液體部分的機構。用於將製冷劑流從蒸氣 入口運送到中間液體出口和液體出口的機構是折流板、相位分離器 以及入口集管和出口集管內部的收集器。用於在第一冷凝級後移去冷凝液體部分的機構是折流板、相位分離器以及入口集管和出口集 管內的收集器。
當應用多個盤管時，每一個盤管的蒸氣入口與冷凝器單元的蒸 氣入口連接，每一個盤管的中間液體出口與冷凝器單元的中間液體 出口連接，並且每一個盤管的液體出口與冷凝器單元的液體出口連 接。
涉及第一冷凝級的製冷劑管道中的部分和涉及第二冷凝級的制 冷劑管道中的部分通常水平地設置，並且將冷凝製冷劑流從頂部到
低部、從低部到頂部進行運送；或者是將冷凝製冷劑流的一部分向 下發送，而另一部分向上發送。
涉及第一冷凝級的製冷劑管道中的部分和涉及第二冷凝級的制 冷劑管道中的部分豎直設置。在這種情況下，入口集管位於頂部，
而出口集管位於低部；或者入口集管位於低部，而出口集管位於頂 部。
在一些應用中，在第一冷凝級和在第二冷凝級都應用至少一個 全節盤管。同樣地，在每一個冷凝級具有至少一個全節盤管和與至 少一個兩級的冷凝盤管相關聯的製冷劑通道中的一部分的結合是可 能的。
附圖簡述


圖1是根據本發明的一個方面的具有利用節約熱交換器和兩級
冷凝的冷凝器盤管的節約循環的製冷系統的示意圖2是在每一個冷凝級具有一個通路的兩級冷凝盤管的示意圖； 圖3是在第一冷凝級具有兩個通路而在第二冷凝級具有一個通
路的兩級冷凝盤管的示意圖4是在第一冷凝級具有兩個通路而在第二冷凝級具有三個通
路的兩級冷凝盤管的示意圖5是在第一冷凝級具有五個通路而在第二冷凝級具有四個通路的兩級冷凝盤管的示意圖6是具有從中部到頂部和從中部到底部發送的冷凝製冷劑流 的兩級冷凝盤管的示意圖7是具有利用節約熱交換器和全部冷凝器盤管的節約循環的 製冷系統的示意圖8是具有利用節約熱交換器和全部冷凝器盤管與兩級冷凝的 冷凝器盤管的結合的節約循環的製冷系統的示意圖9是具有利用節約熱交換器、兩級冷凝的冷凝器盤管及冷凝 液體管線的節約循環的製冷系統的示意圖10是具有利用兩級壓縮機、節約熱交換器及兩級冷凝的冷凝 器盤管的節約循環的製冷系統的示意圖11是具有利用節約熱交換器、兩級冷凝的冷凝器盤管及回流 式熱交換器的節約循環的製冷系統的示意圖12是具有利用節約熱交換器、兩級冷凝的冷凝器盤管及另一 個回流式熱交換器的節約循環的製冷系統的示意圖13是具有利用節約熱交換器、兩級冷凝的冷凝器盤管及兩個 回流式熱交換器的節約循環的製冷系統的示意圖14是具有利用閃蒸槽和兩級冷凝的冷凝器盤管的節約循環的 製冷系統的示意圖15是具有利用閃蒸槽、兩級冷凝的冷凝器盤管及兩個回流式 熱交換器的節約循環的製冷系統的示意圖。
發明詳述
圖1展示了具有一套基本部件的製冷系統，該基本部件是具 有節約入口 2的壓縮機1、排出管線3、冷凝器單元4、蒸發器5及 抽吸管線6。
冷凝器單元4具有兩級冷凝的、與第一冷凝級相關聯的中間液 體出口 7及與笫二冷凝級相關聯的液體出口 8。製冷系統具有兩個液體管線分別地>^人冷凝級出口 7和8引出的主液體管線9和節約液 體管線10。
液體收集器ll、節約熱交換器12的高壓側12a、過濾乾燥機13、 電磁閥14、膨脹裝置15安裝在液體管線9上。如果膨脹裝置15是 熱膨脹閥，那麼在離開蒸發器5的出口處安裝感測燈泡16，並且將 壓力均等管線與離開蒸發器5的出口連接。如果膨脹裝置15有能力 在停止運轉期間停止主液體管線9內的液體製冷劑，或從液體管線9 移出製冷劑到抽吸管線6不是問題，那麼不需要電磁閥14。
過濾乾燥機17、電磁閥18、膨脹裝置19、節約熱交換器12的 低壓側12b和壓縮機1的節約入口 2安裝在節約液體管線10上。如 果膨脹裝置19是熱膨脹閥，那麼，在離開節約熱交換器12的出口 處的低壓側12b上安裝感測燈泡20，並且將壓力均等管線與低壓側 12b上的來自節約熱交換器12的出口連接。如果膨脹裝置19有能力 在停止運轉期間停止液體管線10內的液體製冷劑，或從液體管線10 移出製冷劑到節約入口 2不是問題，那麼不需要電f茲閥18。
強調具有節約循環的製冷系統可以被分成兩個主要部分主制 冷劑環路和節約製冷劑迴路是重要的。主製冷劑環路包括壓縮機1、 排出管線3、冷凝器單元4、中間液體出口 7、液體管線9及相關的 部件、蒸發器5和抽吸管線6。節約製冷劑迴路包括從液體出口 8引 出的液體管線IO和與液體管線IO相關的部件。
笫一冷凝級大小設置成用以在第一冷凝級後提供等於通過蒸發 器5需要的質量流速的液體質量流速。第二冷凝級大小設置成用以 在第二冷凝級後提供等於通過壓縮機1的節約入口 2的質量流速的 液體質量流速。通過蒸發器5的質量流量是蒸發器容量的導數 (derivative)。通過節約入口 2的質量流量平衡了節約熱交換器12， 以便獲得在高壓側12a內需要的液體流的低溫冷卻。
冷凝器內的液體薄膜覆蓋製冷劑通道中的內表面的一部分。而 且，液體薄膜中的另一側接觸冷凝的蒸汽。液體和蒸汽接觸面具有飽和溫度和零低溫冷卻。液體和製冷劑管道接觸面是較冷的並且具 有非零的低溫冷卻。液體薄膜離冷凝器出口越近，冷凝的液體部分 越大，而低溫冷卻程度越高。因此，第一冷凝級不提供充分的低溫 冷卻。第二冷凝級可以提供充分的低溫冷卻。
部分的去除的分級的冷凝減少了在冷凝器單元中液體製冷劑的數 量。在冷凝器單元中具有較少的液體，增加了接觸正在被冷凝的蒸 汽的熱傳遞面積，提高了全面的熱交換率，減少了驅動冷凝過程的 溫度差異並且降低了排放壓力。結果，如果提供相同的熱傳遞面積， 則增強了工作特性；或如果提供相同的工作特性，則減少了成本。
在圖1中，冷凝器單元具有三個兩級冷凝的的冷凝器盤管21、 22 和23。然而，擁有一個具有兩級冷凝的的盤管是足夠的。這樣的冷 凝盤管展示在圖2上。該冷凝盤管具有入口集管24、出口集管25及 在入口和出口集管24和25之間延伸的多個製冷劑通道26。製冷劑 通道26密封在入口和出口集管24和25內。通道的外表面熱暴露到 冷卻流體。入口集管24具有蒸氣入口 27和與主液體管線9相關聯 的中間液體出口28。出口集管25具有液體出口 29。入口集管24包 括用於將所迷入口集管24分為上部腔室31和下部腔室32的相位分 離器30。上部腔室31與蒸氣入口 24和笫一冷凝級33相關聯。下部 腔室32與中間液體出口 28和第二冷凝級34相關聯。當製冷劑充滿 上部腔室31時，其接觸相位分離器30，相位分離器30選擇性地將 富裕液體相向下運送到下部腔室32中。富裕蒸汽相通過與第一製冷 級33相關聯的製冷劑通道移動到出口集管25中。
每一個冷凝級可迴路設計成具有多通路。在圖2中，盤管在每 一個冷凝級具有一個通路。圖3介紹了盤管在第一冷凝級33具有兩 個通路33a和33b,而在第二冷凝級34具有一個通路。入口集管24 具有相位分離器30。相位分離器30將入口集管24分成與蒸氣入口 27相關聯的上部腔室31和與中間出口 28相關聯的下部腔室32。出口集管25具有相位分離器35,相位分離器35將出口集管分成上部 腔室36和下部腔室37。上部腔室36與第一冷凝級33相關聯。下部 腔室37與第二冷凝級34和液體出口 29相關聯。
擁有在每一個冷凝級具有多通路的盤管是可能的。例如，圖4 介紹了在第一冷凝級33的兩個(也就是33a和33b)通路和在第二 冷凝級34的三個通路(也就是34a、 34b及34c )。在入口集管24 內利用了相位分離器30和36，並在出口集管25內利用了相位分離 器35和37。此外，在液體出口 29附近利用了收集器29a。
圖5介紹了在第一冷凝級33的五個(也就是33a、 33b、 33c、 33d 及33e )通路和在第二冷凝級34的三個通路(也就是34a、 34b和34c )。 在入口集管24內利用了相位分離器30和36，並在出口集管25內利 用了相位分離器35、 37、 39及41。此外，在液體出口 29附近利用 了收集器29a。
在圖4中，中間液體出口 28位於在出口集管25內而液體出口 29 位於入口集管24內，但是，在圖5中，中間液體出口 28和液體出 口 29位於出口集管25內。此外，存在著當中間液體出口 28位於出 口集管24內而液體出口 29位於入口集管25內時的可能結構，以及 當中間液體出口 28和液體出口 29位於入口集管24內時的結構。
通常，第一冷凝級通路的數量大於第二冷凝級中的通路的數量。
然而，在本發明中，在每一個冷凝級的通路的數量和壓縮機1的工 作特性互相依賴。
在圖2、圖3、圖4及圖5中展示的冷凝器盤管中，在入口集管 24和出口集管25之間延伸的製冷劑管道水平地設置，並且發送冷凝 製冷劑流從頂部到低部。這裡有在相反方向使用圖2、圖3、圖4及 圖5中展示的冷凝盤管的選擇，其中，蒸氣入口用29代替27，蒸發 器出口用27代替29，而中間液體出口 28保持相同。在種情況下， 從底部到頂部發送冷凝製冷劑流。
如在美國專利5,988,267和美國專利5,762,566提及的構造也是可能的。圖6說明了具有從中部到頂部和從中部到底部發送的冷凝
製冷劑流的兩級冷凝盤管。該盤管具有入口集管24、出口集管25、 在入口和出口集管24和25之間延伸的多個製冷劑通道26。製冷劑 通道26密封在入口和出口集管24和25內。通道的外表面熱暴露到 冷卻流體。入口集管24具有蒸氣入口 27和與主液體管線9相關聯 的中間液體出口28。出口集管25具有液體出口 29。入口集管24包 括用於發送通路33a到出口集管25內的折流板24a和24b。入口集 管24具有下列腔室與通路33a和蒸發器出口 27相關聯的在折流板 24a和24b之間的腔室；與通路33b相關聯的在折流板24a和入口集 管24的頂部部分之間的腔室；與通路33c、通路34及中間液體出口 28相關聯的在折流板24b和入口集管24的底部部分之間的腔室。入 口集管24的最後兩個腔室是直接連通的，以便允許液體製冷劑向下 流動。出口集管25具有相位分離器35、 36,及將出口集管25分成 以下四個腔室的折流板25a:與通路33a相關聯的在相位分離器35 和36之間的腔室；與通路33b相關聯的在相位分離器35和出口集 管25頂部部分之間的腔室；與通路33c相關聯的在相位分離器36之 間的腔室；與通路34和液體出口 29相關聯的在折流板25a和出口集 管25底部部分之間的腔室。第一冷凝級包括通路33a, 33b及33c。 第二冷凝級包括通路34。
大的急冷系統(chilling system)可以在第一冷凝級具有一定數 量的完整的冷凝器盤管，而在第二冷凝級具有另外數量的冷凝器盤 管。在圖7中，包括盤管19和20的第一冷凝級通過中間液體出口 8 連接到液體管線9上，並且供給具有蒸發器5的迴路。具有盤管21 的第二冷凝級通過液體出口 7連接到液體管線10上，並且供給具有 壓縮機1的節約入口 2的迴路。
同樣，可以選擇在每一個冷凝級上擁有一定數量的全節盤管和 另外數量的分級的盤管的組合。在圖8中，第一冷凝級包括盤管19 和盤管21的一部分21a,並且通過中間液體出口 8連接到液體管線9
20上。笫二冷凝級具有盤管20和盤管21的一部分21b,並且通過液體 出口 7連4lr到液體管線10上。
只要它們具有兩級冷凝的、蒸氣入口、中間液體出口及液體出 口，本發明可以利用任何其它的冷凝器盤管和單元。
被提及的是，第一冷凝級大小設置成用以在第一冷凝級後提供 等於通過蒸發器5需要的質量流速的液體質量流速；第二冷凝級大 小設置成用以在第二冷凝級後提供等於通過壓縮機1的節約入口 2 的質量流速的液體質量流速。在一些操作條件下，經大小設定的冷 凝級也可能沒有提供目標明確的相等的質量流速。圖9中展示的制 冷系統具有連接液體管線9和液體管線10的補償液體管線10a，液 體管線9從中間液體出口 7引出，且液體管線IO從液體出口 8引出。 補償液體管線10a的一端在過濾乾燥機17和電磁閥18之間T形接 通液體管線10。補償液體管線10a的另一端在過濾乾燥機13和電磁 閥14之間T形接通液體管線9,以便避免任何製冷劑流過過濾和幹 燥過程兩次。如果在一些實施情況中發生了不相等，則補償管線10a 允許在液體管線9和10之間重新分配製冷劑流，以便滿足節約入口 2的需要和蒸發器5的需求。
補償液體管線10a可以具有用於使液體管線9和10之間質量交 換不可能和可能的閥10b。
圖10中展示的製冷系統利用了兩級壓縮機。兩級壓縮機包括第 一壓縮級la、笫二壓縮級lb及在這些壓縮級之間的節約入口 2組成。 由笫一壓縮級泵送的質量流速必須滿足用於具有蒸發器5的迴路的 質量流量要求。由第二壓縮級泵送的質量流速必須滿足用於具有經 濟入口 2的迴路和用於具有蒸發器5的迴路的質量流量要求。
系統可以利用多級的壓縮機，並且一定數量的壓縮級可以作為 第一壓縮級la，而餘下的級可以作為第二壓縮級lb。
如圖11所示，製冷系統可以具有回流式熱交4灸器42 ，回流式熱 交換器42提供在主液體管線9內的製冷劑流和抽吸管線6之間的熱交換，主液體管線9從冷凝器單元4的第一級的中間液體出口 7引 出。由於離開蒸發器5的蒸汽的過熱，熱交換器42在膨脹裝置15 的入口處提供了額外的液體製冷劑的低溫冷卻。
如圖12所示，用回流式熱交換器43提供在節約液體管線10的 製冷劑和抽吸管線6之間的熱交換是更有效率的，節約液體管線10 從冷凝器單元4的第二級的液體出口 8引出。由於離開蒸發器5的 蒸汽的過熱，熱交換器43在膨脹裝置19的入口處提供了液體製冷 劑的低溫冷卻，並且同圖11中的回流式熱交換器42相比，熱交換 器43具有更多的用於低溫冷卻的空間。
同樣地，如在圖13中所示，既利用回流式熱交換器42又利用 回流式熱交換器43是可能的。
圖14展示了提供閃蒸槽44的製冷系統。閃蒸槽44具有兩個入 口 45和46及兩個出口 47和48。在閃蒸槽44的入口 45處的主液體 管線9內安裝附加的膨脹裝置49。附加的膨脹裝置49、入口 45、出 口 47屬於從中間液體出口 7引出的主液體管線9。入口 46和出口 48 屬於從中間液體出口 8引出的節約液體管線10。經由入口 45和出口 47的質量流速供給具有蒸發器5的迴路。經由入口 46和出口 48的 質量流速供給節約入口 2。
閃蒸槽44可以具有指示閃蒸槽44內液體製冷劑高度的浮標50。 基於浮標50的位置，當閃蒸槽44內液體製冷劑高度高時，控制器51 縮小附加膨脹裝置49的開口；並且當閃蒸槽44內液體製冷劑高度 低時，擴大附加膨脹裝置49的開口。
提供閃蒸槽44的製冷系統可以利用同提供節約熱交換器的製冷 系統一樣的選擇根據圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7及圖8的 不同的兩級冷凝的的冷凝器；根據圖9的補償液體管線；根據圖10 的多級的壓縮機；及根據圖11、圖12及圖13的回流式熱交換器。
在如圖14中所示的4是供閃蒸槽44的製冷系統中，i兌明涉及回 流式熱交換器的使用的一些特徵是重要的。回流式熱交換器42提供在主液體管線9內的液體製冷劑流和抽 吸管線6之間的熱接觸，主液體管線9從冷凝器單元4的第一冷凝 級的中間液體出口 7引出。回流式熱交換器42安裝在閃蒸槽44的 液體出口 47之後和過濾乾燥機17之前。
回流式熱交換器43提供在節約液體管線10內的液體製冷劑和 抽吸管線6之間的熱接觸，節約液體管線10從冷凝器單元4的第二 冷凝級的中間液體出口 8引出。
根據本發明，提供閃蒸槽44的製冷系統可以使用回流式熱交換 器42、回流式熱交換器43或兩者。然而，至少因為下面原因，使用 回流式熱交換器42是重要的。
閃蒸槽44在液體出口 47提供了與圖1中來自高壓側12a的出口 處的節約熱交換器12相同的液體溫度；然而，該外流液體沒有任何 的低溫冷卻。由於從液體出口 47引出的液體管線內壓力下降，低溫 冷卻的缺乏對於在過濾乾燥機17內和主膨脹閥15的入口處的蒸發 製冷劑造成潛在的風險。回流式熱交換器42消除了這種風險。
儘管已經詳細公開了本發明某些優選實施例，但應該理解的是, 也可以採用不脫離本發明的精神或所附權利要求的範圍的對其結構 的各種變型。
權利要求
1. 一種製冷系統包括主製冷劑環路和節約製冷劑迴路；所述主製冷劑環路具有蒸發器、抽吸管線、具有節約器入口的壓縮機單元、冷凝器單元、主液體管線和所述節約製冷劑迴路；所述主液體管線具有液體接收器、節約熱交換器和主膨脹裝置；所述節約製冷劑迴路包括具有節約膨脹裝置和節約熱交換器的節約液體管線；所述節約熱交換器具有高壓側和低壓側；所述高壓側與所述主製冷劑環路關聯，而所述低壓側與所述節約製冷劑迴路關聯；所述冷凝器單元具有蒸汽入口、中間液體出口、液體出口、與所述製冷劑通道的一部分和所述中間液體出口相關聯的第一冷凝級、與所述製冷劑通道的另一部分和所述液體出口相關聯的第二冷凝級；所述主液體管線適於將液體製冷劑流從所述第一冷凝級傳輸到所述蒸發器中；所述節約液體管線適於將液體製冷劑流從所述第二冷凝級傳輸到所述節約器入口中；所述第一冷凝級大小設置成用以提供為了滿足所述蒸發器的要求所需的液體質量流速，以便產生需要的容量，並且所述第二冷凝級大小如此設置成用以提供質量流速，以便滿足所述節約管線的要求。
2. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，所述壓縮機單 元是單級的壓縮機。
3. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，所述壓縮機單 元具有作為第一壓縮級的至少一個壓縮級，作為第二壓縮級的至少 一個壓縮級，並且所述節約入口在所述第一壓縮級和第二壓縮級之間。
4. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，補償液體管線 連接所述主液體管線和所述節約管線；當質量流速發生不相等時， 所述補償液體管線適於補償由所述第 一冷凝級提供的液體質量流速 和為滿足所述蒸發器的要求所需的質量流速的不相等，且所述補償 液體管線適於補償由所述第二冷凝級提供的質量流速的不相等，以 便滿足所述節約管線的要求。
5. 如權利要求4所述的製冷系統，其特徵在於，所述補償液體管線具有用於使所述主液體管線和所述節約液體管線之間的質量交 換不可能和可能的閥。
6. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，回流式熱交換器提供了所述主液體管線內液體製冷劑流和離開所述蒸發器的過熱 製冷劑流之間的熱接觸。
7. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，回流式熱交換器 提供了所述節約液體管線內液體製冷劑和離開所述蒸發器的過熱制 冷劑之間的熱接觸。
8. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，第一回流式熱 交換器提供了所述主液體管線內液體製冷劑和離開所述蒸發器的過 熱製冷劑之間的熱接觸，並且第二回流式熱交換器提供了所述節約 液體管線內液體製冷劑和離開所述第 一回流式熱交換器的過熱製冷 劑之間的熱接觸。
9. 如權利要求1所述的製冷系統,其特徵在於，所述主膨脹裝 置是具有位於離開所述蒸發器的出口處的感測燈泡的膨脹閥。
10. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，所述節約膨脹 裝置是具有位於離開所述節約熱交換器的所述低壓側的出口處的感 測燈泡的膨脹閥。
11. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，主電磁閥安裝 在所述主液體管線內。
12. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，節約電磁閥安 裝在所迷節約液體管線內。
13. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，主電磁閥安裝在所述主液體管線內，並且節約電磁閥安裝在所述節約液體管線內。
14. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，主過濾乾燥機 安裝在所述主液體管線內，並且節約過濾乾燥機安裝在所述節約液 體管線內。
15. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，所述冷凝器單 元具有兩級的冷凝盤管，所述兩級的冷凝盤管具有蒸氣入口、入口 集管、出口集管、在所述入口集管和出口集管之間延伸並封閉在所 述入口集管和出口集管內的多個製冷劑通道、中間液體出口、液體 出口 、將製冷劑流從所述蒸氣入口運送到所述中間液體出口和液體出口的機構、與所述冷凝劑通道的一部分相關聯的第一冷凝級、與 所述冷凝劑通道的另一部分相關聯的第二冷凝級以及在第一冷凝級 後的用於移去冷凝液體部分的機構。
16. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，所述將製冷 劑流從所述蒸氣入口運送到所述中間液體出口和液體出口的機構包 括相位分離器、折流板以及在所述入口集管和所述出口集管內的收 集器。
17. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，所迷在第一 冷凝級後的用於移去冷凝液體部分的機構包括相位分離器、折流板 以及在所述入口集管和所述出口集管內的收集器。
18. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，所述盤管包 括多個盤管，而在所述盤管內的多個蒸氣入口與所述冷凝器單元的 所述蒸氣入口連接，在所述盤管內的多個中間液體出口與所述冷凝 器單元的所述中間液體出口連接，並且在所述盤管內的多個液體出 口與所述冷凝器單元的所述液體出口連接。
19. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所述第二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的 一部分水平地設置，並且從頂部到底部傳送冷凝 製冷劑流。
20. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所述第二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的一部分水平地設置，並且從底部到頂部傳送冷凝 製冷劑流。
21. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分的一部分和與所述第二冷凝 級相關聯的製冷劑通道中的所述部分水平地設置，冷凝製冷劑流的 一部分向下發送，而冷凝製冷劑流的另一部分向上發送。
22. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所述第二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的一部分豎直地設置，所述入口集管位於頂部，而 所述出口集管位於底部。
23. 如權利要求15所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所迷第二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的一部分豎直地設置，所述入口集管位於底部，而 所述出口集管位於頂部。
24. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，所述第一冷凝 級包括至少一個全節盤管，並且所述第二冷凝級包括至少一個全節
25. 如權利要求1所述的製冷系統，其特徵在於，所述笫一冷凝 級包括至少一個全節盤管和兩級冷凝的冷凝器盤管的第一冷凝級部 分；所述第二冷凝級包括至少一個全節盤管和所述兩級冷凝的冷凝器盤管的其餘部分。
26. 如權利要求25所述的製冷系統，其特徵在於，所述兩級冷 凝的冷凝器盤管包括多個兩級冷凝的冷凝器盤管。
27. —種製冷系統包括主製冷劑環路和節約製冷劑迴路；所迷主製冷劑環路包括蒸發器、抽吸管線、具有節約器入口的 壓縮機單元、冷凝器單元、主液體管線和所述節約製冷劑迴路； 所述主液體管線包括附加膨脹裝置、閃蒸槽及主膨脹裝置； 所述節約製冷劑迴路包括具有節約膨脹裝置和所述閃蒸槽的節 約液體管線；所述閃蒸槽包括與所述主液體管線相關聯的入口和出口以及與 所述製冷劑迴路相關聯的入口和出口 ；所述冷凝器單元包括蒸汽入口、中間液體出口、液體出口、與 所述製冷劑通道中的一部分和所述中間液體出口相關聯的第一冷凝 級、與所述製冷劑通道中的另一部分和所述液體出口相關聯的第二 冷凝級；所述主液體管線適於將液體製冷劑流從所述第一冷凝級傳輸到 所述蒸發器中；所述節約液體管線適於將液體製冷劑從所述第二冷凝級傳輸到 所述節約器入口中；所述第一冷凝級大小這樣設置成用以提供為滿足所述蒸發器的 要求所需的液體質量流速，以便產生需要的容量，並且所述第二冷 凝級大小這樣設置成用以提供質量流速，以便滿足所述節約管線的 要求。
28. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述壓縮機 單元包括單級的壓縮機。
29. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述壓縮機 單元具有作為第一壓縮級的至少一個壓縮級，作為第二壓縮級的至 少一個壓縮級，並且所述節約入口在所述壓縮級之間。
30. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，補償液體管 線連接所述主液體管線和所述節約管線；當質量流速發生不相等時，所述補償液體管線適於補償由所述第一冷凝級提供的液體質量流速 和為滿足所述蒸發器的要求所需的質量流速的不相等，且所述補償 液體管線適於補償由所述第二冷凝級提供的質量流速的不相等，以 便滿足所述節約管線的要求。
31. 如權利要求30所述的製冷系統，其特徵在於，所述補償液體管線包括用於使所迷主液體管線和所迷節約液體管線之間的質量 交換不可能和可能的閥。
32. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，回流式熱交 換器提供了所述主液體管線內液體製冷劑和離開所述蒸發器的過熱 製冷劑之間的熱接觸；所述回流式熱交換器安裝在所述主過濾乾燥 機前的離開所述閃蒸槽的所述液體出口處。
33. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，回流式熱交 換器提供了所述節約液體管線內液體製冷劑和離開所述蒸發器的過 熱製冷劑之間的熱接觸。
34. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，第一回流式熱交換器提供了所述主液體管線內液體製冷劑和離開所述蒸發器的 過熱製冷劑之間的熱接觸，並且笫二回流式熱交換器提供了所述節 約液體管線內液體製冷劑和離開所述第 一 回流式熱交換器的過熱制 冷劑之間的熱接觸，所述第一回流式熱交換器安裝在所述主過濾幹 燥機前的離開所述閃蒸槽的所述液體出口處。
35. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述主膨脹 裝置包括具有位於離開所述蒸發器的出口處的感測燈泡的膨脹閥。
36. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述節約膨 脹裝置包括具有位於所述節約製冷劑迴路內的離開所述閃蒸槽的出 口處的感測燈泡的膨脹閥。
37. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，主電磁閥安 裝在所述主液體管線內。
38. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，節約電磁閥安裝在所述節約液體管線內。
39. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，主電磁閥安 裝在所述主液體管線內，並且節約電磁閥安裝在所述節約液體管線 內。
40. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，主過濾乾燥 機安裝在所述主液體管線內的所述主膨脹閥的入口處，並且節約過 濾乾燥機安裝在所述節約液體管線內的所述節約膨脹閥的入口處。
41. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述冷凝器 單元包括兩級的冷凝盤管，所述兩級的冷凝盤管具有蒸氣入口、入 口集管、出口集管、在所述入口集管和出口集管之間延伸並封閉在 所述入口集管和出口集管內的多個製冷劑通道、中間液體出口、液 體出口 、將製冷劑流從所述蒸氣入口運送到所述中間液體出口和液 體出口的機構、與所述冷凝劑通道的一部分相關聯的笫一冷凝級、 與所述冷凝劑通道的另一部分相關聯的第二冷凝級以及在笫一冷凝 級後的用於移去冷凝液體部分的機構。
42. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，所述將製冷 劑流從所述蒸氣入口運送到所述中間液體出口和液體出口的工具包 括相位分離器、折流板以及在所述入口集管和所述出口集管內的收。
43. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，所述在第一 冷凝級後的用於移去冷凝液體部分的工具包括相位分離器、折流板 以及在所述入口集管和所述出口集管內的收集器。
44. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，所述盤管包 括多個盤管，而在所述盤管內的多個蒸氣入口與所述冷凝器單元的 所述蒸氣入口連接，在所述盤管內的多個中間液體出口與所述冷凝 器單元的所述中間液體出口連接，並且在所述盤管內的多個液體出 口與所述冷凝器單元的所述液體出口連接。
45. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所述笫二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的另一部分水平地設置，並且從頂部到底部傳送冷 凝製冷劑流。
46. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所述第二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的另一部分水平地設置，並且從底部到頂部傳送冷 凝製冷劑流。
47. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分的一部分和與所述第二冷凝 級相關聯的製冷劑通道中的另 一部分水平地設置，冷凝製冷劑流的 一部分向下發送，而冷凝製冷劑流的另一部分向上發送。
48. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所述第二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的另一部分豎直地設置，所述入口集管位於頂部， 而所述出口集管位於底部。
49. 如權利要求41所述的製冷系統，其特徵在於，與所述第一 冷凝級相關聯的製冷劑通道中的一部分和與所述第二冷凝級相關聯 的製冷劑通道中的另一部分豎直地設置，所述入口集管位於底部， 而所述出口集管位於頂部。
50. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述第一冷 凝級包括至少一個全節盤管，並且所述第二冷凝級包括至少一個全 節盤管。
51. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述第一冷 凝級包括至少一個全節盤管和兩級冷凝的冷凝器盤管的第一冷凝級 部分；所述第二冷凝級包括至少一個全節盤管和所述兩級冷凝的冷凝器盤管的其餘部分。
52. 如權利要求51所述的製冷系統，其特徵在於，所述兩級冷 凝的冷凝器盤管包括多個兩級冷凝的冷凝器盤管。
53. 如權利要求27所述的製冷系統，其特徵在於，所述閃蒸槽 包括指示所述閃蒸槽內液體製冷劑高度的浮標。
54. 如權利要求53所述的製冷系統，其特徵在於，基於所述浮 標的位置，當所述閃蒸槽內液體製冷劑高度高時，控制裝置縮小所 述附加膨脹裝置的開口 ；並且當所述閃蒸槽內液體製冷劑高度低時， 控制裝置擴大所述附加膨脹裝置的開口 。
全文摘要
本發明涉及製冷系統，主要涉及利用具有節約入口的壓縮機和多通路冷凝器的製冷系統。根據本發明，具有節約循環的製冷系統利用了具有節約器入口的壓縮機單元和冷凝器單元，冷凝器單元具有第一冷凝級、第二冷凝器級和用於移去冷凝級之間液體製冷劑部分的機構。第一冷凝級的中間液體出口供給具有蒸發器的迴路，而第二冷凝級的液體出口通過節約器入口供給迴路。本發明提供了具有節約循環的製冷系統固有的液體低溫冷卻或/和液體溫度的成本效益供應優點，和兩級冷凝的冷凝器的成本效益優點結合的高效的製冷系統。
文檔編號F25D31/00GK101443615SQ200580047486
公開日2009年5月27日 申請日期2005年9月27日 優先權日2005年2月2日
發明者I·B·韋斯曼, J·-F·海茨, K·捷米利, M·B·戈爾布諾夫 申請人:開利公司