Hvac系統(tǒng)中的制冷劑管理的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及供暖、通風和空調(diào)(“HVAC”)系統(tǒng)，并且特別涉及HVAC系統(tǒng)中的熱交換器(例如蒸發(fā)器和冷凝器)。通常，對方法、系統(tǒng)和裝置進行描述，這些方法、系統(tǒng)和裝置針對例如可以用于HVAC制冷機中的蒸發(fā)器和/或壓縮機中的流體(例如制冷劑和/或油)管理。
【背景技術】
[0002]HVAC系統(tǒng)可以具有制冷機，該制冷機一般包括壓縮機、熱交換器、以及膨脹設備形成制冷回路，熱交換器例如是冷凝器、蒸發(fā)器。制冷劑蒸汽通常由壓縮機進行壓縮，然后在冷凝器中被冷凝成液體制冷劑。該液體制冷劑然后被膨脹設備(例如膨脹閥)膨脹成為低壓低溫兩相制冷劑并被導入蒸發(fā)器；該兩相制冷劑然后可以在該蒸發(fā)器中與工藝流體，例如水，進行熱量交換。該兩相制冷劑可以在蒸發(fā)器中被蒸發(fā)并返回壓縮機中。
[0003]在制冷機中，冷凝器和/或蒸發(fā)器可以是管殼型熱交換器。在操作中，冷凝器和/或蒸發(fā)器可以在殼體中保持一定液面高度的液體制冷劑。在冷凝器和/或蒸發(fā)器中保持適當液面高度的液體制冷劑可以有助于增加制冷機的操作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請?zhí)峁┝擞糜诳刂浦评錂C系統(tǒng)的熱交換器(例如冷凝器和蒸發(fā)器)中的制冷劑液面高度的系統(tǒng)和方法。本申請所揭示的各實施例可以有助于保持例如熱交換器中最優(yōu)的制冷劑液面高度、提高上述制冷機系統(tǒng)的操作效率、保持壓縮機中的適當潤滑，和/或保持上述蒸發(fā)器中的適當油濃度。
[0005]在某些實施例中，上述制冷機系統(tǒng)的蒸發(fā)器可以裝備有外溢端口，上述外溢端口允許制冷劑通過上述蒸發(fā)器外溢。在某些實施例中，上述外溢端口可以被放置于相對于上述蒸發(fā)器的底部的高度處，上述相對于上述蒸發(fā)器的底部的高度相當于上述蒸發(fā)器中所需的液體制冷劑液面高度。在操作時，當上述蒸發(fā)器中操作的液體制冷劑液面高度在大約所需的液體制冷劑液面高度處時，一些液體制冷劑可以通過上述外溢端口外溢。上述外溢制冷劑的量可以與上述蒸發(fā)器中的液體制冷劑液面高度相關聯(lián)。在某些實施例中，上述蒸發(fā)器可以包括管束，上述外溢端口可以配置成被放置于與自上述蒸發(fā)器的底部的頂管排的管束的高度相應的位置處。
[0006]在某些實施例中，上述外溢制冷劑可以被導入熱交換器。在某些實施例中，上述熱交換器可以配置成接收熱源來蒸發(fā)上述外溢制冷劑中的制冷劑。在某些實施例中，上述熱源可以是被導出上述冷凝器的制冷劑。上述制冷機系統(tǒng)也可以包括溫度傳感器，上述溫度傳感器配置成測量例如離開上述熱交換器的外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度。在某些實施例中，上述制冷機系統(tǒng)也可以包括膨脹設備，上述膨脹設備配置成調(diào)整到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量。在某些實施例中，上述制冷機系統(tǒng)可以配置成根據(jù)離開上述熱交換器的外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度來調(diào)整上述制冷劑流量。
[0007]在某些實施例中，到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量可以被調(diào)整以使得上述外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度被保持于微過熱溫度，例如從大約I到大約10°C的過熱。
[0008]在某些實施例中，上述制冷機系統(tǒng)可以包括制冷劑液面高度測量設備，上述制冷劑液面高度測量設備配置成測量上述冷凝器中的液體制冷劑液面高度。在某些實施例中，上述制冷機系統(tǒng)可以配置成調(diào)整到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量以保持上述冷凝器中的液體制冷劑液面高度于冷凝器液體制冷劑液面高度設定值。
[0009]在某些實施例中，一種操作制冷機系統(tǒng)的方法可以包括以下步驟:允許制冷劑通過上述制冷機系統(tǒng)的蒸發(fā)器的外溢端口外溢，其中上述外溢制冷劑的量可以與上述蒸發(fā)器中的制冷劑液面高度相關聯(lián)。上述方法還可以包括以下步驟:用熱源來蒸發(fā)上述外溢制冷劑中的制冷劑，測量上述外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度以及改變到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量以使得上述外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度被保持于例如所需的溫度設定值。
[0010]在某些實施例中，上述方法還可以包括以下步驟:將上述外溢端口放置于相對于上述蒸發(fā)器的底部的高度處，上述相對于上述蒸發(fā)器的底部的高度相應于上述蒸發(fā)器中所需的液體制冷劑液面高度。在某些實施例中，上述方法可以包括以下步驟:測量上述冷凝器中的液體制冷劑液面高度；改變到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量以使得所測量的液體制冷劑液面被保持于冷凝器液體制冷劑液面高度設定值。
[0011]在某些實施例中，上述方法可以包括以下步驟:當上述外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度增加時，減少上述冷凝器中的液體制冷劑液面高度設定值；當上述外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度降低時，增加上述冷凝器中的液體制冷劑液面高度設定值。在某些實施例中，上述方法可以包括以下步驟:當上述液體制冷劑液面高度設定值低于制冷劑液面高度閾值時提供警告。
[0012]考慮到以下詳細描述和附圖，各特征和各方面將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0013]現(xiàn)參照附圖，其中類似的標記表示文中相應的部件。
[0014]圖1A和IB示出了制冷機系統(tǒng)的實施例。圖1A是制冷機系統(tǒng)的示意圖。圖1B是上述制冷機系統(tǒng)的蒸發(fā)器的示意側(cè)視圖。
[0015]圖2示出了根據(jù)一個實施例的操作制冷機系統(tǒng)例如圖1A和IB所示的制冷機系統(tǒng)的方法的框圖。
【具體實施方式】
[0016]制冷機，特別是具有管殼型熱交換器例如冷凝器和/或蒸發(fā)器的制冷機可能需要對上述熱交換器中的制冷劑液面高度進行管理。上述管殼式熱交換器可以包含液體制冷劑于該熱交換器的殼體內(nèi)部。對上述殼體內(nèi)部的制冷劑液面高度進行管理可以有助于提高上述制冷機的操作效率。例如，一些冷凝器可以具有在冷凝器殼體的內(nèi)底處的過冷卻部和在上述過冷卻部上方的冷凝部?？赡苄枰３肿阋越]上述冷凝器殼體內(nèi)部的過冷卻部、但是不浸沒上述冷凝部的制冷劑液面高度。當在上述冷凝器中對制冷劑液面高度進行管理時，上述冷凝部可以相對有效地對制冷劑進行冷凝，上述過冷卻部可以相對有效地使制冷劑過冷，從而可以產(chǎn)生例如該冷凝器中的最優(yōu)操作效率。
[0017]—些蒸發(fā)器，例如滿液式蒸發(fā)器，可以配置成具有多個換熱管，上述多個換熱管運行于蒸發(fā)器殼體的內(nèi)部空間?？赡苄枰３智『米阋越裆鲜稣舭l(fā)器殼體內(nèi)部的所有換熱管的制冷劑液面高度。蒸發(fā)器中過量的制冷劑會例如增加通過上述換熱管的制冷劑壓降，引起制冷機中的容量減少。當上述制冷劑液面過低時，上述換熱管與蒸發(fā)器中的制冷劑之間的熱交換效率會下降。
[0018]在操作時，還可能需要在上述冷凝器與上述蒸發(fā)器之間適當?shù)貙χ评鋭┻M行分配(和/或保持平衡)。例如，在某些實施例中，對于冷凝器和對于蒸發(fā)器的最優(yōu)制冷劑液面高度可以根據(jù)制冷機的負荷進行改變。在全負荷時，在冷凝器中最優(yōu)的制冷劑液面高度可以高于在負荷減少時的最優(yōu)制冷劑液面高度。在蒸發(fā)器中全負荷時的最優(yōu)制冷劑液面高度可以低于負荷減少時的最優(yōu)制冷劑液面高度。因此，當制冷機負荷減少時，可能需要降低冷凝器制冷劑液面高度，但是增加蒸發(fā)器制冷劑液面高度；當制冷機負荷增加時，可能需要增加冷凝器制冷劑液面高度，但是減少蒸發(fā)器制冷劑液面高度。
[0019]冷劑可以與用于操作時的壓縮機的潤滑劑比如潤滑油相混合。潤滑油常常存在于蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器中與液體制冷劑相混合?？赡苄枰獙⒅辽僖恍┮后w制冷劑/油混合物導出上述蒸發(fā)器并導回上述壓縮機(或上述壓縮機的油箱或油分離器)。將油(或油/制冷劑混合物)導回上述壓縮機(或上述油箱或油分離器)可以有助于對上述壓縮機進行潤滑，防止上述壓縮機用完油，和/或在上述蒸發(fā)器的制冷劑中保持適當?shù)挠秃俊?br>[0020]配置成幫助管理冷凝器和/或蒸發(fā)器中的制冷劑液面高度的系統(tǒng)和方法可以有助于增加制冷機的操作效率、有助于在蒸發(fā)器中保持適當?shù)臐櫥蜐舛群?或有助于對壓縮機進行潤滑。
[0021]本申請對管理制冷機系統(tǒng)中的制冷劑液面高度的方法和系統(tǒng)進行了描述。在某些實施例中，上述制冷機系統(tǒng)的蒸發(fā)器可以具有外溢端口，上述外溢端口配置成允許包含制冷劑的油通過上述外溢端口溢出上述蒸發(fā)器。上述外溢端口可以被放置于相應于上述蒸發(fā)器中所需的制冷劑液面高度的位置處。上述外溢制冷劑可以被導入熱交換器，該熱交換器配置成將上述外溢制冷劑中的制冷劑蒸發(fā)到例如微過熱溫度。上述蒸發(fā)器可以裝備有膨脹設備(例如膨脹閥)，上述膨脹設備配置成控制到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量。一種在蒸發(fā)器中保持適當?shù)闹评鋭┮好娓叨鹊姆椒梢园?調(diào)整到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量，使上述外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑被保持于微過熱溫度。當上述外溢制冷劑中的制冷劑被蒸發(fā)時，上述外溢制冷劑可以具有相對高的相對于上述外溢制冷劑的液體含量的油含量。包括相對高的油含量的上述外溢制冷劑可以被導回上述壓縮機以助于對上述壓縮機進行潤滑。
[0022]上述制冷機系統(tǒng)還可以包括裝備有制冷劑液面高度測量設備的冷凝器。上述制冷劑液面高度測量設備可以配置成測量上述冷凝器中的制冷劑液面高度。也可以對到上述蒸發(fā)器的制冷劑流量進行控制以使上述冷凝器中的制冷劑液面被保持于例如所需的制冷劑液面高度設定值。
[0023]本申請對采用上述外溢制冷劑中蒸發(fā)的制冷劑的溫度來控制上述蒸發(fā)器中的制冷劑液面高度和來自上述蒸發(fā)器的回油以及采用上述制冷劑液面高度測量設備來控制上述冷凝器中的制冷劑液面高度的方法進行了描述。上述方法可以有助于例如基于上述制冷機系統(tǒng)的負荷條件在操作時使得上述制冷劑液面高度在冷凝器與蒸發(fā)器之間保持平衡。上述方法也可以有助于檢測上述制冷機系統(tǒng)中的制冷劑泄漏。
[0024]參考形成本申請的一部分的附圖，并且在其中通過圖示的方式示出可以被實施的各實施例。短語“上游”和“下游”是相對指流動方向。本申請所描述的制冷劑通常可以包括除制冷劑以外的成分。例如，制冷劑可以包含油。可以理解，本申請所使用的術語是為了描述附圖和實施例，不應被視為對本申請的范圍的限制。
[0025]圖1A和IB示出了制冷機系統(tǒng)100的實施例。圖1A是該制冷機系統(tǒng)100的示意圖。該制冷機系統(tǒng)100包括由制冷劑線路125連接的壓縮機110、冷凝器120、膨脹設備130以及蒸發(fā)器140以形成制冷回路。上述冷凝器120和上述蒸發(fā)器140可以是管殼型熱交換器。上述冷凝器120裝備有液體制冷劑液面高度測量設備122，上述液體制冷劑液面高度測量設備122配置成測量上述冷凝器120中的液體制冷劑液面高度128。所示實施例中的液體制冷劑液面高度測量設備122包括連接線路122a，上述連接線路122a配置成在上述冷凝器120與上述液體制冷劑液面高度測量設備122的測量室122b之間形成流體連通通道。在某些實施例中，上述制