專利名稱：冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻系統(tǒng)，尤其涉及對于空調(diào)和制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器中的制冷劑相的控制。
背景技術(shù)：
許多工程上的考慮著重于封閉的空調(diào)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行。其中，對于蒸發(fā)器工作而言存在各種效率考慮和其它考慮因素。適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)器運行對于獲得高效和可靠的系統(tǒng)運行而言是重要的?？紤]因素包括制冷劑調(diào)節(jié)和傳熱控制。由于過度結(jié)霜會干擾傳熱，因此過度結(jié)霜是必須控制的問題之一。所以對于蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和工程配置需要作出更多的努力。
需要強調(diào)的特殊領(lǐng)域是分配系統(tǒng)的工程配置。分配器接受來自膨脹裝置的兩相制冷劑并且對于蒸發(fā)器的各個盤管而言提供均衡的液相制冷劑和氣相制冷劑輸送，從而防止不平均的性能。已經(jīng)開發(fā)出多種類型的分配器。這些包括毛細(xì)管式的分配器和沖擊/紊流式分配器。在US 2,148,414、US 2,461,876、US 3,795,259、US 4,543,802、US5,832,744、US 5,842,351、EP 0 160 542、以及JP 5-322378、JP10-185363中對分配器進行了示例性的描述。
然而，對于本領(lǐng)域而言仍然需要提供進一步的改進。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了這樣一種裝置，其包括具有吸氣端口和排氣端口的壓縮機；冷凝器；第一膨脹裝置；第二膨脹裝置；蒸發(fā)器；和熱交換器，該熱交換器具有彼此呈熱交換關(guān)系的第一部分和第二部分。一個或多個管路形成主流動路徑和旁通流動路徑。該主流動路徑從該排氣端口經(jīng)該冷凝器、該熱交換器第一部分、該第一膨脹裝置、和該蒸發(fā)器以便返回到該吸氣端口。該旁通流動路徑旁通繞過該熱交換器第一部分、該第一膨脹裝置、和該蒸發(fā)器，但經(jīng)過該第二膨脹裝置和該熱交換器第二部分。
在不同實施方式中，該蒸發(fā)器沒有分配器。該第二膨脹裝置可以是TXV，其具有與吸氣端口狀態(tài)大致呈熱交換關(guān)系的溫包。該第二膨脹裝置可以是EXV?？刂破骺膳cEXV連接，該控制器編程為響應(yīng)于獲得的過熱度來控制該EXV。該熱交換器第一部分沿主流動路徑可位于冷凝器的下游、蒸發(fā)器的上游。該熱交換器第二部分沿旁通流動路徑可位于冷凝器的下游。該熱交換器第一部分沿主流動路徑可位于第一膨脹裝置的上游。該蒸發(fā)器可以是制冷劑與空氣熱交換的熱交換器。至少在旁通模式中，旁通流動以兩相氣態(tài)/液態(tài)狀態(tài)沿旁通流動路徑進入熱交換器第二部分并且以單相過熱氣態(tài)狀態(tài)離開熱交換器第二部分。在該旁通模式中，主流動沿主流動路徑在所述熱交換器第二部分中基本上保持單相液態(tài)。壓縮機可以是從包括螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機的組中選擇的。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于操縱所述的裝置的方法，其包括檢測至少一個工作參數(shù)；和響應(yīng)于所述檢測，至少操縱該第二膨脹裝置以便保持沿該主流動路徑進入該蒸發(fā)器的制冷劑基本上為單相液態(tài)。所述至少一個工作參數(shù)包括以下至少一者飽和吸氣溫度；和實際吸氣溫度。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于操縱冷卻系統(tǒng)的方法，其包括使得制冷劑主流動流經(jīng)蒸發(fā)器；和在該蒸發(fā)器的上游使得該主流動預(yù)冷，以便保持所述主流動基本上為液態(tài)進入該蒸發(fā)器。該預(yù)冷可包括使得旁通流動控制成與該主流動呈熱交換關(guān)系。該方法還包括在沒有所述預(yù)冷的情況下，確定該主流動是否大致以兩相流進入該蒸發(fā)器。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了這樣一種系統(tǒng)，其包括壓縮機；冷凝器；排氣管路，該排氣管路將該壓縮機連接到該冷凝器以便至少將制冷劑的主流動從該壓縮機輸送到該冷凝器；膨脹裝置；蒸發(fā)器；吸氣管路，該吸氣管路將該蒸發(fā)器連接到該壓縮機以便將制冷劑從該冷凝器輸送到該壓縮機并且包括第一和第二并聯(lián)部分；和用于對進入該膨脹裝置的制冷劑進行預(yù)冷以便保持所述主流動大致為液態(tài)并同時流經(jīng)從該膨脹裝置到該蒸發(fā)器的流動路徑長度范圍的裝置。
在各種實施方式中，該蒸發(fā)器可以沒有分配器。在該蒸發(fā)器中，主流動可轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嘁簯B(tài)/氣態(tài)流并隨后轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗噙^熱氣態(tài)流。該旁通流動按重量來計占流經(jīng)壓縮機的制冷劑總量的10-35％。


以下參照附圖和詳細(xì)描述來闡述本發(fā)明的一個或多個實施例。結(jié)合以下的附圖和詳細(xì)描述以及權(quán)利要求，可更好地理解本發(fā)明的其它的特征、目的和優(yōu)點，在附圖中圖1是采用本發(fā)明的制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的相圖；和圖3是圖1所示的系統(tǒng)的相圖。
在各個圖中相同的附圖標(biāo)記和符號表示相同或相似的部件。
具體實施例方式
圖1示出了示例性的封閉式的制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)10。該系統(tǒng)10具有封閉式壓縮機12，壓縮機排氣管或排氣管路14從壓縮機向下游延伸到冷凝器16。中間管路18從冷凝器16向下游延伸到膨脹裝置20和蒸發(fā)器22。吸氣管路24從蒸發(fā)器22向下游延伸到壓縮機12，以便完成主管路/流動路徑26。
為了形成旁通管/流動路徑28，旁通管路30從中間管路18分支出來并且包含輔助膨脹裝置32，并且旁通管路30與吸氣管路24連接。熱交換器34定位成便于使得在該輔助膨脹裝置32下游的旁通管路30與在主膨脹裝置20上游的中間管路18呈熱交換關(guān)系。
示例性的蒸發(fā)器22是交叉流式的制冷劑與空氣熱交換的熱交換器，其具有多個并聯(lián)的制冷劑盤管36，制冷劑盤管36從位于液體收集器或集管38處的入口端延伸到位于吸氣收集器或集管40處的出口端。風(fēng)扇42驅(qū)動空氣流44流經(jīng)盤管36，以便使得流經(jīng)該盤管的制冷劑從空氣流中吸收熱量。
示例性的膨脹裝置20和32是電子膨脹閥(EEV)，并且所示的膨脹裝置與監(jiān)控/控制系統(tǒng)44(例如具有微處理器的控制器)連接，以便分別經(jīng)由控制線路45和46接受控制輸入。示例性的控制系統(tǒng)44可接受以下輸入，例如來自一個或多個傳感器47的區(qū)輸入、來自一個或多個傳感器(例如吸氣溫度傳感器50和吸氣壓力傳感器52)的系統(tǒng)狀態(tài)輸入、以及來自一個或多個輸入裝置(例如恒溫器60)的外界控制輸入。
除了電子膨脹閥(EEV)，也可使用任何類型的膨脹裝置，(例如具有遠(yuǎn)端的溫包70的熱力膨脹閥(TXV)32、固定的孔口裝置、或毛細(xì)管式裝置)。
現(xiàn)有技術(shù)的基本系統(tǒng)缺少旁通流動路徑28和熱交換器34。圖2示出了這種基本系統(tǒng)(或者沒有旁通流動的現(xiàn)有系統(tǒng))中的對于制冷劑流而言的壓力100和焓102。邊界線104分開了兩相的氣態(tài)/液態(tài)混合物區(qū)106、單相的過冷液態(tài)區(qū)108、單相的過熱氣態(tài)區(qū)110。所示的吸氣狀態(tài)如處于焓122和壓力124的點或狀態(tài)120。這些狀態(tài)基本上存在于從吸氣集管40的下游到壓縮機吸氣端口的流動路徑中。制冷劑在壓縮機12中被壓縮到經(jīng)壓縮的點126(曲線的壓縮段125)，其具有升高的焓128和升高的壓力130。在壓縮過程125中，制冷劑通常保持在過熱氣態(tài)區(qū)110，或者從兩相區(qū)106轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱氣態(tài)區(qū)110。制冷劑在冷凝器16中被冷凝(冷凝段131)到冷凝后的點132，其具有降低的焓134，但是具有與經(jīng)壓縮/排氣狀態(tài)相同的壓力。在冷凝過程131中，制冷劑狀態(tài)可從過熱氣態(tài)區(qū)110轉(zhuǎn)變?yōu)閮上鄥^(qū)106，并且甚至轉(zhuǎn)變?yōu)檫^冷液態(tài)區(qū)108。該制冷劑在膨脹裝置34中膨脹(膨脹段135)成膨脹后的點136，其具有降低的壓力138。在膨脹過程135中，焓可能保持大致恒定，處于134。在膨脹過程中制冷劑可以再次進入或保持在兩相區(qū)106。所述經(jīng)膨脹的兩相制冷劑必須進入蒸發(fā)器。該制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，以便返回到相對于膨脹后的點136而言具有明顯升高的焓和稍微下降的壓力的點120。
處于兩相區(qū)106的膨脹后的點136存在顯著的問題。當(dāng)兩相的制冷劑進入蒸發(fā)器時，難以使得制冷劑在蒸發(fā)器盤管之間均衡。即，相似的盤管可能具有不同的制冷劑總量和/或具有不同的兩相比率。這導(dǎo)致在各個盤管中產(chǎn)生明顯不同的盤管狀態(tài)。具有較高制冷劑量和較高的相對液態(tài)量的盤管可能過度冷卻，因此產(chǎn)生過多的結(jié)霜積聚?？傂士赡芤蚕陆?。因此，已知的是使用復(fù)雜的分配器結(jié)構(gòu)以便代替液體集管38從而在不同盤管之間均衡所述比率。分配器往往是昂貴的。有利的是，在可能導(dǎo)致點136處于兩相區(qū)106的周圍環(huán)境狀態(tài)的情況下，所希望的是使得點136移動到單相液態(tài)區(qū)108，從而可省去分配器。在這種情況下，進入蒸發(fā)器的單相液體流便于被分為對于每一盤管的相似流。盤管可以被設(shè)計/構(gòu)造成便于在這種輸入流的情況下工作。
圖3示出了本發(fā)明旁通流動如何實現(xiàn)進入蒸發(fā)器22的有利制冷劑狀態(tài)。吸氣狀態(tài)/點220與圖2所示的點120大致相同。在壓縮過程225之后，經(jīng)壓縮的/排氣/點226與圖2所示的點126相似。冷凝過程231使得組合的主流和旁通流流向冷凝后的/點232，其與點132相似。
從該冷凝后的狀態(tài)，旁通流從主流動中分支出來。該旁通流動的制冷劑膨脹(參見線段233)到點234，該點基本上處于吸氣壓力124和焓134。這樣，在熱交換器34中主流動與旁通流動之間的熱交換(對于旁通流動為235和對于主流動為236)使得旁通流動的狀態(tài)返回到點220并且將主流動冷卻到預(yù)冷的/點238，其具有進一步降低的主流動的焓240。制冷劑的主流動在膨脹裝置20中膨脹(線段241)到點242，其具有下降的壓力244(與點138大致相同)。制冷劑主流在蒸發(fā)器22中蒸發(fā)(線段245)以便使得主流動返回到最初的吸氣點220。主流動與旁通流動之間的熱交換會使得點242移動到焓較低的狀態(tài)。所需的熱交換的量取決于周圍環(huán)境的狀態(tài)。
膨脹裝置32的基本工作可響應(yīng)于感測到的制冷劑離開蒸發(fā)器22的過熱度。該過熱度(實際溫度減去飽和溫度)可基于對于實際溫度的溫度傳感器50和對于飽和溫度的壓力傳感器52的輸出來確定，(例如在控制系統(tǒng)44中對已知的制冷劑特性進行編程)。膨脹裝置32可以按雙位方式或漸進方式響應(yīng)于過熱的存在或過熱度或過熱參數(shù)(高于門限的過熱)而打開。借助作為膨脹裝置32的熱力膨脹閥(TXV)，通過將其溫包70設(shè)置成與處于吸氣狀態(tài)的制冷劑呈熱交換關(guān)系來實現(xiàn)控制。
膨脹裝置32和/或旁通流動路徑的其它部件可以參照主流動流動路徑部件來確定尺寸，以便使得在旁通流動與非旁通流動之間獲得適當(dāng)?shù)木?。在示例性的雙位結(jié)構(gòu)中(即僅具有開和關(guān)狀態(tài)的雙位流動)，示例性的流動均衡設(shè)計使得流經(jīng)壓縮機的總流動的大約30％作為旁通流動，百分比為按重量/質(zhì)量來計算，(即非旁通流動為3/7)。對于雙位運行的較寬的示例性參數(shù)是25-33％以及10-35％。漸進或布進操作可使得這些范圍最大化并且可選擇性地使得流動小于這些范圍的下限。
以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的一個或多個實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出各種變型。例如當(dāng)作為現(xiàn)有系統(tǒng)的變型或重新設(shè)計來實施時，現(xiàn)有系統(tǒng)的細(xì)節(jié)可顯著地影響實施的細(xì)節(jié)。盡管本發(fā)明參照基本系統(tǒng)和簡化的狀態(tài)來進行描述，但是本發(fā)明的原理可應(yīng)用于許多更復(fù)雜的系統(tǒng)形式，無論該系統(tǒng)是現(xiàn)有的或還沒有開發(fā)出來的。因此，其它的實施例也落在以下的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括具有吸氣端口和排氣端口的壓縮機；冷凝器；第一膨脹裝置；第二膨脹裝置；蒸發(fā)器；熱交換器，該熱交換器具有彼此呈熱交換關(guān)系的第一部分和第二部分；和一個或多個管路，以便形成主流動路徑，該主流動路徑從該排氣端口經(jīng)該冷凝器、該熱交換器第一部分、該第一膨脹裝置、和該蒸發(fā)器以便返回到該吸氣端口；和旁通流動路徑，該旁通流動路徑旁通繞過該熱交換器第一部分、該第一膨脹裝置、和該蒸發(fā)器，但經(jīng)過該第二膨脹裝置和該熱交換器第二部分。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該蒸發(fā)器沒有分配器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第二膨脹裝置是TXV，其具有與吸氣端口狀態(tài)大致呈熱交換關(guān)系的溫包。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第二膨脹裝置是EXV。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，還包括與EXV連接的控制器，該控制器編程為響應(yīng)于獲得的過熱度來控制該EXV。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該熱交換器第一部分沿主流動路徑位于冷凝器的下游、蒸發(fā)器的上游；和該熱交換器第二部分沿旁通流動路徑位于冷凝器的下游。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，該熱交換器第一部分沿主流動路徑位于第一膨脹裝置的上游。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該蒸發(fā)器是制冷劑與空氣熱交換的熱交換器。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，至少在旁通模式中，旁通流動以兩相氣態(tài)/液態(tài)狀態(tài)沿旁通流動路徑進入熱交換器第二部分并且以單相過熱氣態(tài)狀態(tài)離開熱交換器第二部分；和在該旁通模式中，主流動沿主流動路徑在所述熱交換器第二部分中基本上保持單相液態(tài)。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，壓縮機是從包括螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機的組中選擇的。
11.一種用于操縱權(quán)利要求1所述的裝置的方法，其包括檢測至少一個工作參數(shù)；和響應(yīng)于所述檢測，至少操縱該第二膨脹裝置以便保持沿該主流動路徑進入該蒸發(fā)器的制冷劑基本上為單相液態(tài)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一個工作參數(shù)包括以下至少一者飽和吸氣溫度；和實際吸氣溫度。
13.一種用于操縱冷卻系統(tǒng)的方法，其包括使得制冷劑主流動流經(jīng)蒸發(fā)器；和在該蒸發(fā)器的上游使得該主流動預(yù)冷，以便保持所述主流動基本上為液態(tài)進入該蒸發(fā)器。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該預(yù)冷包括使得旁通流動控制成與該主流動呈熱交換關(guān)系。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括在沒有所述預(yù)冷的情況下，確定該主流動是否大致以兩相流進入該蒸發(fā)器。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述確定包括確定離開蒸發(fā)器的制冷劑過熱超過門限。
17.一種系統(tǒng)，其包括壓縮機；冷凝器；排氣管路，該排氣管路將該壓縮機連接到該冷凝器以便至少將制冷劑的主流動從該壓縮機輸送到該冷凝器；膨脹裝置；蒸發(fā)器；吸氣管路，該吸氣管路將該蒸發(fā)器連接到該壓縮機以便將制冷劑從該冷凝器輸送到該壓縮機并且包括第一和第二并聯(lián)部分；和用于對進入該膨脹裝置的制冷劑進行預(yù)冷以便保持所述主流動大致為液態(tài)并同時流經(jīng)從該膨脹裝置到該蒸發(fā)器的流動路徑長度范圍的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，該蒸發(fā)器沒有分配器。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，在該蒸發(fā)器中，主流動轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嘁簯B(tài)/氣態(tài)流并隨后轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗噙^熱氣態(tài)流。
20.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，該旁通流動按重量來計占流經(jīng)壓縮機的制冷劑總量的10-35％。
全文摘要
一種包括具有吸氣端口和排氣端口的壓縮機的裝置，一個或多個管路形成主流動路徑，該主流動路徑從該排氣端口經(jīng)該冷凝器、該熱交換器第一支路、該第一膨脹裝置、和該蒸發(fā)器以便返回到該吸氣端。該管路還形成旁通流動路徑，該旁通流動路徑旁通繞過該熱交換器第一支路、該第一膨脹裝置、和該蒸發(fā)器，但經(jīng)過該第二膨脹裝置和該熱交換器第二支路。
文檔編號F25B13/00GK101031763SQ200580033125
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者M·K·格拉邦 申請人:開利公司