本發(fā)明涉及使用壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)，并且更特別地，涉及使用通過(guò)壓縮機(jī)循環(huán)的揮發(fā)性制冷劑的這種系統(tǒng)；并且再更特別地，涉及所謂的液體過(guò)量供給型制冷系統(tǒng)的這種系統(tǒng)，但本發(fā)明也可與直接膨脹制冷系統(tǒng)一起使用。
背景技術(shù)：
蒸汽壓縮使用循環(huán)液體制冷劑作為介質(zhì)，以從待冷卻的空間吸收和移除熱，并且隨后在其它地方排出該熱。所有這些系統(tǒng)具有壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥(也稱(chēng)為節(jié)流閥或計(jì)量裝置)和蒸發(fā)器。循環(huán)制冷劑以稱(chēng)為飽和蒸汽的熱力學(xué)狀態(tài)進(jìn)入壓縮機(jī)，并被壓縮到更高的壓力，也導(dǎo)致更高的溫度。熱的、壓縮的蒸汽然后處于稱(chēng)為過(guò)熱蒸汽的熱力學(xué)狀態(tài)，并且處于可以通過(guò)冷卻水或冷卻空氣而冷凝的溫度和壓力下。該熱蒸汽被引導(dǎo)通過(guò)冷凝器，在那里它通過(guò)流過(guò)一個(gè)或多個(gè)用冷水或冷空氣流過(guò)的盤(pán)管或管道，而被冷卻和凝結(jié)成液體。在此處，循環(huán)制冷劑從系統(tǒng)排出熱，并且排出的熱被水或空氣(無(wú)論哪種情況)帶走。
處于被稱(chēng)為飽和液體的熱力學(xué)狀態(tài)下的冷凝的液體制冷劑接著被引導(dǎo)通過(guò)膨脹閥，在那里其經(jīng)歷壓力的突然降低。該壓力降低導(dǎo)致液體制冷劑的一部分的絕熱閃蒸。絕熱閃蒸的自動(dòng)制冷效應(yīng)將液體和蒸氣制冷劑混合物的溫度降低到比要致冷的封閉空間的溫度更冷的狀態(tài)。
然后將冷混合物引導(dǎo)通過(guò)蒸發(fā)器中的盤(pán)管或者管道。風(fēng)扇使加溫空氣在封閉空間中循環(huán)穿過(guò)承載冷制冷劑液體和蒸汽混合物的盤(pán)管或者管道。該加溫空氣使冷制冷劑混合物的液體部分蒸發(fā)。同時(shí)，循環(huán)空氣被冷卻，因此將封閉空間的溫度降低到期望的溫度。蒸發(fā)器是循環(huán)制冷劑吸收和除去熱的地方，該熱隨后在冷凝器中被排出，并通過(guò)在冷凝器中使用的水或空氣傳遞到別處。為了完成制冷循環(huán)，來(lái)自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽再次是飽和蒸汽，并且被引導(dǎo)回壓縮機(jī)中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是特別地通過(guò)在液體制冷劑引入到蒸發(fā)器的入口之前預(yù)加熱所述液體制冷劑而減少蒸發(fā)器中需要的制冷劑充量，從而減少制冷系統(tǒng)中的制冷劑充量的系統(tǒng)和方法。當(dāng)制冷劑液體引入到蒸發(fā)器的入口時(shí)，制冷劑液體的一部分蒸發(fā)。該制冷劑蒸汽驅(qū)替蒸發(fā)器的入口處的制冷劑液體。隨著更多的制冷劑蒸汽被引入，蒸發(fā)器內(nèi)的液體量減少。根據(jù)本發(fā)明，熱交換器安放在蒸發(fā)器的液體制冷劑入口之前。該熱交換器用以在制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)預(yù)加熱液體以產(chǎn)生更多蒸汽。進(jìn)入蒸發(fā)器的蒸汽的增加的量(相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng))驅(qū)替液體制冷劑，因此減少了蒸發(fā)器以及因此整個(gè)系統(tǒng)所需的制冷劑充量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以加熱液體制冷劑，以便完全蒸發(fā)5％-30％的制冷劑。根據(jù)相關(guān)實(shí)施例，液體制冷劑可以被加熱，以便完全蒸發(fā)10％-30％的制冷劑、15％-30％的制冷劑、20％-30％的制冷劑、5％-10％的制冷劑、5％-15％的制冷劑或10％-20％的制冷劑。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，液體制冷劑可以被加熱到在冷凝器的運(yùn)行溫度和蒸發(fā)器的運(yùn)行溫度之間的差的10％和80％之間的溫度。例如，如果冷凝器在90°f下操作并且蒸發(fā)器在30°f下操作，則溫度的差為60°f，并且液體制冷劑可以被加溫到36°f(溫度差的10％)，或者被加溫到78°f(所述差的80％，或被加溫到在36°f和78°f之間的任何溫度)。根據(jù)相關(guān)實(shí)施例，液體制冷劑可被加熱到冷凝器的運(yùn)行溫度和蒸發(fā)器的運(yùn)行溫度之間的差的20％、30％、40％、50％、60％或70％的溫度。
熱交換器熱源可以是外部能量輸入，例如由制冷壓縮機(jī)產(chǎn)生的廢熱，或者是內(nèi)部熱源，例如從制冷系統(tǒng)中的冷凝器排出的加溫的制冷劑液體。通過(guò)使用來(lái)自冷凝器的加溫液體，不會(huì)增大產(chǎn)生冷卻所需的凈能量。當(dāng)?shù)秸舭l(fā)器的液體制冷劑流是其中所引入的制冷劑液體中的一部分以液態(tài)離開(kāi)蒸發(fā)器的液體過(guò)量供給類(lèi)型時(shí)，這種布置是優(yōu)選的。
可以使用能夠提高制冷劑液體的溫度的任何類(lèi)型的熱交換器。液-液熱交換器是優(yōu)選的，特別是對(duì)于液體過(guò)量供給蒸發(fā)器。熔接板式熱交換器，例如由阿法拉伐(alfalaval)制造的，特別適合于此目的。
附圖說(shuō)明
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制冷系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的蒸發(fā)器熱交換器相對(duì)于液體過(guò)量供給系統(tǒng)中的其它部件的管系示意圖。這對(duì)于最大化制冷系統(tǒng)效率是優(yōu)選的管系布置。該系統(tǒng)包括：蒸發(fā)器2a、2b，其分別包括蒸發(fā)器盤(pán)管4a、4b和除霜/乙二醇盤(pán)管6a、6b；冷凝器8；壓縮機(jī)10；膨脹裝置11a、11b(其可以是閥、計(jì)量孔或其它膨脹裝置)；和分離器容器12。前述元件可以使用標(biāo)準(zhǔn)制冷劑配管以圖1所示的方式連接或根據(jù)任何標(biāo)準(zhǔn)布置連接。除霜系統(tǒng)18包括乙二醇箱20、乙二醇泵22、乙二醇熱交換器24和乙二醇盤(pán)管6a、6b，它們也使用制冷劑配管根據(jù)圖1所示的布置或者根據(jù)任何標(biāo)準(zhǔn)布置連接到彼此及連接到系統(tǒng)中其它元件。根據(jù)本發(fā)明，蒸發(fā)器預(yù)熱器熱交換器14位于蒸發(fā)器2a、2b的入口之前(上游)，以在液體制冷劑引入到蒸發(fā)器的入口之前預(yù)加熱所述液體制冷劑。預(yù)加熱所述液體制冷劑所需的能量可以由系統(tǒng)內(nèi)部的源(例如，離開(kāi)冷凝器8的被加熱的制冷劑)提供，如圖1所示。還可以提供蒸發(fā)器進(jìn)料泵16，以提供迫使制冷劑通過(guò)蒸發(fā)器熱交換器所需的額外能量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，蒸發(fā)器進(jìn)料泵可以被選擇和構(gòu)造為將液體制冷劑的壓力增大到100psi或更大，以防止過(guò)量的制冷劑在預(yù)加熱時(shí)蒸發(fā)。
通過(guò)增大蒸發(fā)器入口處的液體制冷劑的溫度，當(dāng)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)產(chǎn)生更多的蒸汽，從而減少了每噸制冷容量所需的制冷劑充量。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，在制冷劑引入到蒸發(fā)器入口之前對(duì)制冷劑預(yù)加熱使得相對(duì)于不包括制冷劑預(yù)熱器的相同系統(tǒng)，每噸制冷容量的制冷劑充量被減少10％至多達(dá)50％。其它實(shí)施例可以將每噸制冷容量的制冷劑充量減少20％、30％或40％。
傳感器26a、26b可以位于所述蒸發(fā)器2a、2b的下游，在分離器12的入口的上游，以測(cè)量離開(kāi)蒸發(fā)器的制冷劑的溫度、壓力和/或蒸氣/液體比。根據(jù)替代實(shí)施例，傳感器26c可以位于在分離器12的出口和壓縮機(jī)10的入口之間的制冷劑管線中。傳感器26a、26b和26c可以是在美國(guó)序列號(hào)14/221,694和14/705,781中公開(kāi)的類(lèi)型的電容傳感器，這兩個(gè)文獻(xiàn)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用整體并入本文。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，蒸發(fā)器預(yù)熱器14可以由控制系統(tǒng)28控制，控制系統(tǒng)28可以用于手動(dòng)或自動(dòng)控制提供給流過(guò)預(yù)熱器的制冷劑的預(yù)熱量。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，控制系統(tǒng)28可以被構(gòu)造為基于從所述傳感器26a、26b和/或26c接收的、包括制冷劑溫度、壓力和/或液體/蒸汽比的數(shù)據(jù)，來(lái)控制施加到傳送給蒸發(fā)器的制冷劑的預(yù)熱量。