低壓冷卻器的制造方法
【專利說明】低壓冷卻器
[0001]背景
[0002]本文中所公開的主題涉及暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)。更具體而言，本文中所公開的主題涉及冷卻器。
[0003]隨著監(jiān)管和行業(yè)趨勢繼續(xù)推動朝向取代常規(guī)HFC(例如R134a)的方向發(fā)展，特別令人感興趣的是“低壓制冷劑”的類別，也就是冷卻器中在沸騰溫度下接近或低于大氣壓力的制冷劑。早已知曉這些制冷劑提供比介質(zhì)(R134a)或更高(R410A)壓力制冷劑更好的熱力學(xué)循環(huán)性能，這是由于它們的更高蒸發(fā)潛熱和其它熱力學(xué)性質(zhì)。然而，如蒸汽密度或輸送性質(zhì)(如表面張力)的其它熱力學(xué)性質(zhì)可以降低熱傳遞性能并且抵消掉大部分熱力學(xué)循環(huán)性能增益。此外，低壓制冷劑具有明顯更大的比容，從而需要更大的蒸汽空間和管道來連接冷卻器系統(tǒng)的部件。更大的蒸汽空間和管道的成本更高，并且增加了容納冷卻器系統(tǒng)所需要的體積占據(jù)區(qū)域。
[0004]簡要概述
[0005]在一個實(shí)施方案中，一種暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)包括冷凝器，其用以將制冷劑流冷凝成液體狀態(tài)。所述系統(tǒng)還包括節(jié)油器總成，所述節(jié)油器總成具有至少一個分離器腔室，以便將液體制冷劑與蒸汽制冷劑分離。所述節(jié)油器總成與所述冷凝器的至少一部分共用上部共同壁，并且從所述冷凝器進(jìn)入到所述節(jié)油器總成中的制冷劑流行進(jìn)穿過所述上部共同壁中的流動開口。降膜蒸發(fā)器在所述液體制冷劑和流過所述蒸發(fā)器中多個蒸發(fā)器導(dǎo)管的介質(zhì)之間交換熱能。
[0006]在另一實(shí)施方案中，一種操作暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的方法包括:在冷凝器中將制冷劑流冷凝成液體狀態(tài)；以及，使所述制冷劑流從所述冷凝器，經(jīng)由所述冷凝器和節(jié)油器總成的至少一部分所共用的上部共同壁中的流動開口，流動到所述節(jié)油器總成。在所述節(jié)油器總成的至少一個分離器腔室處，將所述制冷劑流中的液體制冷劑與蒸汽制冷劑分離。使所述液體制冷劑流入到降膜蒸發(fā)器中，以便在所述液體制冷劑和流過所述蒸發(fā)器中多個蒸發(fā)器導(dǎo)管的介質(zhì)之間交換熱能。
[0007]這些和其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述中變得更加顯而易見。
[0008]附圖簡述
[0009]在本說明書完結(jié)處的權(quán)利要求書中具體地指出并且明確地要求保護(hù)被視為本發(fā)明的主題。本發(fā)明的前述和其它特征以及優(yōu)點(diǎn)從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳述顯而易見，在附圖中:
[0010]圖1是冷卻器的實(shí)施方案的正視圖；
[0011]圖2是冷卻器的實(shí)施方案的端視圖；以及
[0012]圖3是用于冷卻器的蒸發(fā)器的實(shí)施方案的示意圖。
[0013]詳述部分參考附圖借助于實(shí)例來解釋本發(fā)明的實(shí)施方案以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
[0014]詳述
[0015]本文中公開低壓制冷劑冷卻器系統(tǒng)的實(shí)施方案。首先，應(yīng)理解，術(shù)語“低壓制冷劑”定義了在104° F(400C )下的液相飽和壓力低于約45鎊/平方英寸(310.3kPa)的制冷劑。低壓制冷劑的實(shí)例包括R245fa。還應(yīng)理解，雖然被描述為采用低壓制冷劑，但是示例性實(shí)施方案也可以采用中壓制冷劑。術(shù)語“中壓制冷劑”定義了在104° F(40°C)下的液相飽和壓力介于45 (絕對壓力)磅/平方英寸(310.3kPa)和170 (絕對壓力)磅/平方英寸(1172kPa)之間的制冷劑。
[0016]具體而言，公開了低壓制冷劑冷卻器系統(tǒng)的實(shí)施方案，所述低壓制冷劑冷卻器系統(tǒng)被配置成通過減小關(guān)于低壓制冷劑所指出的熱傳遞缺點(diǎn)的影響，來比中壓或高壓制冷劑冷卻器系統(tǒng)更好地利用熱力學(xué)循環(huán)性能優(yōu)點(diǎn)。這些改進(jìn)包括在低壓系統(tǒng)中使用降膜蒸發(fā)器，這確保沸騰溫度在降膜管束中大致上均勻，因?yàn)楣苁⑽唇]在制冷劑池中。這種浸沒會導(dǎo)致浸沒部分中更高的沸騰溫度和熱傳遞性能的降低。另外，降膜蒸發(fā)器的使用促進(jìn)從導(dǎo)管有效移除大量制冷劑蒸汽流，從而確保連續(xù)的液體饋送，并且因此提升熱傳遞性能。低壓系統(tǒng)允許使用具有成本效益的矩形部件。因而，可以優(yōu)化冷凝器的寬高比，以便憑借低壓制冷劑較差的熱力學(xué)性質(zhì)和輸送性質(zhì)來校正冷凝器中的熱傳遞缺陷。另外，可以優(yōu)化蒸發(fā)器的寬高比，以便通過確保導(dǎo)管的更完全濕潤來最大化降膜管束中的熱傳遞性能。
[0017]此外，所公開的實(shí)施方案通過嵌套矩形部件、消除部件之間的管道連接以及提供經(jīng)由部件共用壁中的開口而穿行的流，來減小容納冷卻器系統(tǒng)所必需的占據(jù)區(qū)域。
[0018]圖1中展示的是暖通空調(diào)(HVAC)單元的實(shí)施方案，例如利用低壓制冷劑和降膜蒸發(fā)器12的冷卻器10。冷卻器10是重力供給式的，其中蒸發(fā)器12位于節(jié)油器總成14和冷凝器16下方。如圖2中所示，冷卻器10還包括壓縮機(jī)18。所示實(shí)施方案的壓縮機(jī)18是向上排放到冷凝器16的角落20中的兩級壓縮機(jī)18。通過擋板24將壓縮機(jī)18的排放區(qū)域22與冷凝器16分離，以防止高速蒸汽冷凝器輸出26對冷凝器導(dǎo)管28的沖擊并且防止導(dǎo)管28的振動問題。
[0019]冷凝器16分成主冷凝器30和快速過冷器32。在冷凝器16中使用過冷器32確保了流過冷卻器10的所有制冷劑34以液體狀態(tài)到達(dá)蒸發(fā)器12。再次參看圖1，冷凝器16是垂直方向上較短并且水平方向上較長的容器，并且大致上是具有六個矩形面的長方體。應(yīng)了解，在本申請的全文中，術(shù)語“矩形”用來表示具有尖角或圓角的矩形形狀。如圖所示，冷凝器長度110沿著冷凝器導(dǎo)管28的長度方向加以界定，而在圖1和圖2中冷凝器高度112是垂直上下的，并且在圖2的側(cè)視圖中冷凝器寬度114是水平的。在一些實(shí)施方案中，冷凝器寬度114與冷凝器高度112的寬高比大于I且約小于3。冷凝器導(dǎo)管28具有在冷凝器入水口噴嘴38和冷凝器出水口噴嘴40之間流過冷凝器導(dǎo)管28的液體(例如，水)流36。作為蒸汽從壓縮機(jī)18輸出的制冷劑34由流過冷凝器導(dǎo)管28的液體36冷凝成液體。
[0020]從冷凝器16將制冷劑34饋送到節(jié)油器總成14中。圖1的實(shí)施方案的節(jié)油器總成14包括三個腔室，但是應(yīng)了解，可以利用其它數(shù)量的腔室。在一些實(shí)施方案中，節(jié)油器總成大致上是具有六個矩形面的長方體。此外，在一些實(shí)施方案中，冷凝器16和節(jié)油器總成14被配置成共用冷凝器16和節(jié)油器總成14之間的上部共同壁116的至少一部分，而這兩個部件大致上彼此鄰接。這允許冷凝器16和節(jié)油器總成14之間經(jīng)由上部共同壁116中的流動開口 118發(fā)生流動，而無需外部的導(dǎo)管或管道。
[0021]制冷劑34首先流入到節(jié)油器總成14的高側(cè)腔室42，在高側(cè)腔室42中經(jīng)由高側(cè)浮球46或者允許制冷劑34從高側(cè)腔室42流到節(jié)省器腔室48的其它計量裝置來控制高側(cè)制冷劑液位44。制冷劑34從高側(cè)腔室42流入到節(jié)省器腔室48，并且在節(jié)省器腔室48中被閃蒸，從而產(chǎn)生一定體積的制冷劑蒸汽52和一定體積的冷卻制冷劑34。制冷劑34在高側(cè)腔室42和節(jié)省器腔室48之間的流動是受到這兩個腔室42和48之間的壓力差的驅(qū)使。由此產(chǎn)生的制冷劑蒸汽52在例如壓縮機(jī)18(圖2中所示)的第二級中通過位于節(jié)油器總成14和壓縮機(jī)18之間的共同節(jié)省器壁120中的節(jié)省器噴嘴54被引入到壓縮機(jī)18中。液體制冷劑34停留在節(jié)省器腔室48中，并且通過低側(cè)浮球56或控制節(jié)省器腔室48和分離器腔室50之間流動的其它計量裝置的操作而行進(jìn)到分離器腔室50中。將分離器腔室50中的蒸汽制冷劑52經(jīng)由分離器腔室口 60送到抽吸室58 (圖2中所示)，所述抽吸室58定位成與節(jié)油器總成14相鄰并且與節(jié)油器總成14共用抽吸室壁122。將抽吸室58和節(jié)油器總成14定位成具有共用壁允許分離器腔室口 60僅僅是這個壁中的孔洞，從而消除通常在抽吸室和分離器之間的這種連接中所使用的管道和配件。分離器腔室50中的液體制冷劑34到達(dá)分離器腔室液位62，并且被允許經(jīng)由重力流入到蒸發(fā)器12中。蒸發(fā)器12被配置為具有六個大致上為矩形的面的長方體結(jié)構(gòu)，并且位于節(jié)油器總成14下方。在一些實(shí)施方案，蒸發(fā)器12與節(jié)油器總成14在下部共同壁124處鄰接，所述下部共同壁124將這兩個部件分離，其中下部共同壁124中的蒸發(fā)器開口 126允許從節(jié)油器總成14到蒸發(fā)器12中的流動。蒸發(fā)器12具有大致上平行于如圖1所示的冷凝器長度110而延伸的蒸發(fā)器長度128，以及如圖1所示的上下延伸的蒸發(fā)器高度130。此外，蒸發(fā)器12具有在圖2的橫截面圖中左右延伸的蒸發(fā)器寬度132。在一些實(shí)施方案中，蒸發(fā)器12的蒸發(fā)器高度130與蒸發(fā)器寬度132的高寬比大于I且約小于3。
[0022]在一些實(shí)施方案中，分離器腔室口 60是可調(diào)式的，以便增加或減小第三腔室50中的壓力。舉例而言，當(dāng)分尚器腔室口 60打開時，分尚器腔室50中的壓力減小，從而增加從第二腔室48推進(jìn)到分離器腔室50的制冷劑34，從而升高分離器腔室液面62。隨著分離器腔室液面62升高，可以使分離器腔室口 60收緊，以便增加分離器腔室50中的壓力，以驅(qū)使增加量的液體制冷劑34從分離器腔室5