本文公開(kāi)的主題涉及熱交換器，并且更具體地說(shuō)涉及用于在制冷系統(tǒng)中使用的溢流式蒸發(fā)器熱交換器。

背景

常常采用壓縮機(jī)以穿過(guò)冷卻系統(tǒng)中的制冷循環(huán)來(lái)循環(huán)制冷劑。壓縮機(jī)的一個(gè)具體使用是在常被稱作冷凍器(chiller)的制冷系統(tǒng)中。除了壓縮機(jī)，典型的冷凍器還包括冷凝器、蒸發(fā)器或冷卻器，以及在一些應(yīng)用中的油-制冷劑分離器。這些部件由穿過(guò)系統(tǒng)循環(huán)制冷劑的管道彼此連接。蒸發(fā)器通常包括循環(huán)水的多個(gè)管道，其由蒸發(fā)的制冷劑冷卻，并且所冷卻的水在閉合回路中循環(huán)到另一個(gè)熱交換器或冷卻旋管。在冷卻旋管處，循環(huán)建筑物或工藝空氣由風(fēng)扇引導(dǎo)穿過(guò)冷卻旋管，使得熱量從循環(huán)空氣去除。

在采用低全球變暖潛能(GWP)制冷劑的情況下，制冷劑循環(huán)的特性可導(dǎo)致較低的排放過(guò)熱。由于較低的排放過(guò)熱，油不可以有效地在油分離器中從排放氣體中分離。這可造成過(guò)多的油循環(huán)、蒸發(fā)器中油起沫和/或性能損失。

此外，制冷劑可在熱交換階段的結(jié)尾處包括殘余霧化液體顆粒(夾帶)(主要由于蒸氣的低過(guò)熱和高蒸氣出口速度)，這可能損害熱交換器下游的部件或?qū)е虏僮鲉?wèn)題。另外，一些已知系統(tǒng)響應(yīng)于流體溫度的變化和下游流速要求的靈活性較差。因此，期望提供克服上述缺點(diǎn)的系統(tǒng)。

發(fā)明簡(jiǎn)述

在一方面，提供一種用于制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器組件。所述蒸發(fā)器組件包括具有入口和出口的壓力容器。出口被構(gòu)造來(lái)向制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)供應(yīng)制冷劑。吸液式熱交換器設(shè)置在壓力容器中。吸液式熱交換器被構(gòu)造來(lái)接收用于與壓力容器中的制冷劑熱交換的液體制冷劑。

在另一方面，提供一種制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、流體聯(lián)接到壓縮機(jī)的冷凝器以及具有入口和出口的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器流體聯(lián)接在冷凝器與壓縮機(jī)之間。吸液式熱交換器流體聯(lián)接在冷凝器與蒸發(fā)器之間。吸液式熱交換器設(shè)置在蒸發(fā)器內(nèi)用于來(lái)自冷凝器的液體制冷劑與蒸發(fā)器中的制冷劑蒸氣之間的熱交換。

在又一方面，提供一種增加制冷系統(tǒng)中的吸入過(guò)熱的方法，所述制冷系統(tǒng)具有壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和設(shè)置在蒸發(fā)器中的吸液式熱交換器。所述方法包括從冷凝器向吸液式熱交換器供應(yīng)液體制冷劑，針對(duì)蒸發(fā)器中的制冷劑蒸氣冷卻吸液式熱交換器中的液體制冷劑，以及將所冷卻液體制冷劑供應(yīng)到蒸發(fā)器。所述方法還包括將所冷卻液體制冷劑蒸發(fā)并過(guò)熱到制冷劑蒸氣中，通過(guò)與吸液式熱交換器中的液體制冷劑的熱交換增加制冷劑蒸氣的過(guò)熱，以及將制冷劑蒸氣供應(yīng)到壓縮機(jī)。

附圖簡(jiǎn)述

被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說(shuō)明書結(jié)論處的權(quán)利要求書中具體地指出并清楚地要求保護(hù)。本發(fā)明的前述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述中顯而易見(jiàn)，在附圖中：

圖1是示例性制冷系統(tǒng)的示意圖；

圖2是可以與圖1中所示的制冷系統(tǒng)一起使用的示例性溢流式蒸發(fā)器的剖視圖；并且

圖3是可以與圖1中所示的制冷系統(tǒng)一起使用的另一個(gè)示例性溢流式蒸發(fā)器的透視圖。

發(fā)明詳述

本文描述了蒸發(fā)器或冷凍器，其包括安裝在蒸發(fā)器內(nèi)的吸液式熱交換器。吸液式熱交換器通過(guò)將來(lái)自離開(kāi)冷凝器的液體制冷劑的熱量傳遞到存在于蒸發(fā)器熱交換器中的制冷劑氣體來(lái)增加吸入過(guò)熱，從而增加系統(tǒng)效率和容量。將來(lái)自離開(kāi)蒸發(fā)器的制冷劑氣體的熱量傳遞到液體制冷劑是循環(huán)增強(qiáng)，其用來(lái)改善制冷系統(tǒng)的性能并向吸入氣體增加額外的過(guò)熱，以允許制冷劑流量控制設(shè)備(例如，膨脹閥)的更好控制。

圖1示出了示例性制冷系統(tǒng)10，其總體上包括壓縮機(jī)12、油分離器14、冷凝器16、吸液式熱交換器18、膨脹閥20和蒸發(fā)器22。在示例性實(shí)施方案中，壓縮機(jī)12是螺桿壓縮機(jī)并且蒸發(fā)器22是溢流式蒸發(fā)器。然而，壓縮機(jī)12可以是任何合適類型的壓縮機(jī)(例如，離心式)，并且蒸發(fā)器22可以是使系統(tǒng)10能夠如本文所述起作用的任何合適的蒸發(fā)器。此外，系統(tǒng)10可以不需要油分離器14。

制冷系統(tǒng)10是制冷劑以各種狀態(tài)(諸如液體和蒸氣)在其中循環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)。如此，低溫、低壓過(guò)熱氣體制冷劑穿過(guò)導(dǎo)管24從蒸發(fā)器22抽吸到壓縮機(jī)12中。制冷劑被壓縮并且所得的高溫、高壓過(guò)熱氣體穿過(guò)導(dǎo)管26從壓縮機(jī)12排放到冷凝器16。油分離器14定位在壓縮機(jī)12與冷凝器16之間的管線26上并且在將制冷劑遞送到冷凝器16前將壓縮機(jī)潤(rùn)滑劑與制冷劑分離。

在冷凝器16中，氣態(tài)制冷劑在放出熱量時(shí)冷凝成液體。過(guò)熱氣體制冷劑進(jìn)入冷凝器16并且通過(guò)熱交換器過(guò)程被降溫、冷凝和過(guò)冷卻，例如，利用流動(dòng)穿過(guò)冷凝器16的水以吸收熱量。然而，冷凝器16可以是空氣冷卻的或蒸發(fā)冷卻的。液體制冷劑從冷凝器16排放出來(lái)并且穿過(guò)導(dǎo)管28供應(yīng)到吸液式熱交換器18。

在示例性實(shí)施方案中，吸液式熱交換器18是定位在蒸發(fā)器22內(nèi)的翅片管旋管。然而，熱交換器18可以是使系統(tǒng)10能夠如本文所述起作用的任何合適類型的熱交換器。如此，消除了與常規(guī)吸液式外部熱交換器一起使用的用于包括離開(kāi)蒸發(fā)器的蒸氣制冷劑的獨(dú)立外部殼體。液體制冷劑在熱交換器18中針對(duì)蒸發(fā)器22中已蒸發(fā)和/或正蒸發(fā)的制冷劑冷卻，并且隨后穿過(guò)導(dǎo)管30供應(yīng)到蒸發(fā)器22。冷卻的液體制冷劑穿過(guò)計(jì)量設(shè)備或膨脹閥20，計(jì)量設(shè)備或膨脹閥20將相對(duì)較高溫度、高壓過(guò)冷卻液體轉(zhuǎn)化成低溫飽和液體-蒸氣混合物。

然后，低溫飽和液體-蒸氣制冷劑混合物進(jìn)入蒸發(fā)器22，所述混合物在蒸發(fā)器22中沸騰并且當(dāng)它從穿過(guò)管束32供應(yīng)的冷凍水(或其他流體)吸收了所需的蒸發(fā)熱時(shí)，狀態(tài)變成過(guò)熱氣體。然后，低壓過(guò)熱氣體以與熱交換器18進(jìn)行熱交換的關(guān)系來(lái)傳送，所述低壓過(guò)熱氣體在熱交換器18中進(jìn)一步被加熱以增加氣體的過(guò)熱并且蒸發(fā)可通過(guò)管束32的任何剩余液滴。然后，過(guò)熱氣體被抽吸到壓縮機(jī)12的入口中并且循環(huán)重復(fù)。然后，冷凍水穿過(guò)分配系統(tǒng)(未示出)循環(huán)到冷卻旋管用于提供空氣調(diào)節(jié)，或用于其他目的。

參考圖2，蒸發(fā)器22包括具有入口36和出口或吸嘴38的壓力容器外殼34。管束32包括定位用于與進(jìn)入蒸發(fā)器分配系統(tǒng)或入口36的制冷劑進(jìn)行熱交換的多個(gè)管道40。吸液式熱交換器18位于壓力容器34內(nèi)，在管束32上方，諸如通過(guò)托架42。然而，熱交換器18可由任何合適的裝置(例如，固定系統(tǒng))緊固在壓力容器34內(nèi)。熱交換器18可相對(duì)于管束32在任何合適的位置中取向，使得通過(guò)束32的吸入氣體的全部或部分在熱交換器18上方經(jīng)過(guò)。例如，熱交換器18可相對(duì)于管束32成角度。此外，吸液式熱交換器18可包括一個(gè)或多個(gè)不同熱交換器。熱交換器18包括至少一個(gè)翅片管，其被構(gòu)造來(lái)從冷凝器16接收液體制冷劑用于與從管束32經(jīng)過(guò)到蒸發(fā)器出口38的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換。然而，可以使用其他熱交換器構(gòu)造。

另外，溫度傳感器44(例如，過(guò)熱傳感器)可定位在吸嘴38內(nèi)以便測(cè)量吸入氣體溫度，所述溫度然后可用來(lái)計(jì)算高于制冷劑飽和溫度的過(guò)熱，所述飽和溫度可以利用位于系統(tǒng)10中的壓力或溫度傳感器來(lái)測(cè)量。此類測(cè)量值可用來(lái)控制膨脹閥20。因此，系統(tǒng)10隨后可消除對(duì)于昂貴液面?zhèn)鞲衅骰驈?fù)雜軟件或算法的需求，并且可使用簡(jiǎn)單的吸入過(guò)熱控制。熱交換器18還可蒸發(fā)被抽吸經(jīng)過(guò)管束32的任何殘余液體制冷劑，這然后允許管束32的傳熱表面的更好使用。

增加制冷系統(tǒng)10中的吸入過(guò)熱的方法包括從冷凝器16向吸液式熱交換器18供應(yīng)液體制冷劑，針對(duì)蒸發(fā)器22中的制冷劑蒸氣冷卻吸液式熱交換器18中的液體制冷劑，以及將所冷卻液體制冷劑供應(yīng)到蒸發(fā)器22。隨后將所冷卻液體制冷劑蒸發(fā)到制冷劑蒸氣中，并且通過(guò)與吸液式熱交換器18中的液體制冷劑的熱交換增加制冷劑蒸氣的過(guò)熱。然后，將制冷劑蒸氣供應(yīng)到壓縮機(jī)12。

圖3示出了蒸發(fā)器22的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，其包括具有入口136和出口或吸嘴138的壓力容器134。管束132包括多個(gè)管道140，其流體聯(lián)接到流體入口141(例如，水入口)和流體出口143，并且定位用于與進(jìn)入蒸發(fā)器入口136的制冷劑進(jìn)行熱交換。

吸液式熱交換器118位于壓力容器134內(nèi)，在管束132上方，諸如通過(guò)托架(未示出)。熱交換器118總體上包括入口146、出口148以及在端板152與154之間流體聯(lián)接的多個(gè)翅片管150。熱交換器118可相對(duì)于管束132在任何合適的位置中取向。例如，熱交換器118可相對(duì)于管束132成角度。此外，吸液式熱交換器118可包括一個(gè)或多個(gè)不同熱交換器。

如此，系統(tǒng)10改善壓縮機(jī)12的總體制冷劑循環(huán)容量、效率和可靠性。系統(tǒng)10還可在具有油分離器的系統(tǒng)中改善將油與離開(kāi)壓縮機(jī)的制冷劑氣體分離的能力。將吸液式熱交換器定位在蒸發(fā)器內(nèi)有效地使用蒸發(fā)器22內(nèi)的空間并且消除對(duì)于單獨(dú)壓力容器以包括吸液式熱交換器的需求。此外，系統(tǒng)10在具有往復(fù)、螺桿、離心或渦旋壓縮機(jī)的系統(tǒng)中提供溢流式蒸發(fā)器22，并且提供高效且在使用中有效的蒸發(fā)器22。系統(tǒng)10還增加壓縮機(jī)排放過(guò)熱，這導(dǎo)致更好的油分離效率和對(duì)于壓縮機(jī)的適當(dāng)潤(rùn)滑所需的更高粘度。循環(huán)效率和容量得以改善，并且系統(tǒng)10具有更低的液體夾帶和冷卻器的更好性能以及壓縮機(jī)的增加的壽命。

此外，所描述的制冷系統(tǒng)添加了吸液式熱交換器來(lái)將熱量從吸入氣體傳遞到離開(kāi)冷凝器的液體制冷劑，以便改善冷凍器的效率。向液體制冷劑添加的冷卻改善制冷劑的過(guò)冷，這改善了總體制冷劑效率。另外，向吸入氣體增加的熱量導(dǎo)致吸入氣體的一些過(guò)熱，這保護(hù)壓縮機(jī)免于液體夾帶。向吸入氣體添加的熱量還允許膨脹閥的更好控制，所述膨脹閥用來(lái)調(diào)節(jié)通向蒸發(fā)器的制冷劑流量并且可以利用低成本吸入過(guò)熱溫度傳感器完成。

本文所述的系統(tǒng)和方法提供位于冷凍器內(nèi)在其管束上方的吸液式熱交換器。來(lái)自冷凝器的液體制冷劑被引導(dǎo)穿過(guò)吸液式熱交換器以便在液體制冷劑與吸入制冷劑蒸氣之間交換熱量。因此，來(lái)自冷凝器的溫暖液體制冷劑由吸入蒸氣進(jìn)一步冷卻，這增加了液體過(guò)冷和循環(huán)的性能。同時(shí)，吸入氣體由液體加熱，從而導(dǎo)致液體夾帶的吸入過(guò)熱消除增加和油分離器的性能增加。如此，蒸發(fā)器和吸液式熱交換器組件利用制冷劑，例如像低GWP制冷劑增加系統(tǒng)性能。

雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但應(yīng)易于理解，本發(fā)明不限于此類公開(kāi)的實(shí)施方案。相反，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改，以并入以上未描述但與本發(fā)明精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變化、改變、替代或等同布置。另外，雖然已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方案，但應(yīng)理解，本發(fā)明的方面可僅包括所述實(shí)施方案中的一些。因此，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明受限于前面的描述，而是僅受限于所附的權(quán)利要求書的范圍。