专利名称：带有溢流式蒸发系统的模块化制冷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制冷装置，尤其是一种带有溢流式蒸发系统的模块化制冷装置。
背景技术：
模块化组合式制冷装置已经被广泛应用于空调系统冷水机组的设计和应用。这种模块化组合式冷水机组按照建筑物安装负荷的需要，由多个标准的制冷模块单元组合而成，可以随时增加或减少系统的装机容量，因此使用非常灵活。并且，由于每个制冷模块单元是一个完整的制冷系统，在主控制器的控制下，根据系统负荷的需要增加或减少模块单元运行的数量，因此，机组的制冷输出不仅能够和系统的需求保持高度的一致，还能够使低负荷运行状态下机组具有峰值运行效率，不会因为负荷的减小而降低运行效率，可以减少机组的运行费用。此外，模块化组合式冷水机组还具有高度的可靠性，即使部分模块单元发生故障，机组的其他部分依然可以继续保持运行，并可以在机组运行状态下，对发生故障的部分进行检修。因此，模块化组合制冷装置具有其他的系统所没有的许多优点。
各种模块化组合制冷装置中，有一种类型是在每个制冷模块单元内安装了板式热交换器作为蒸发器使用。板式热交换器本身具有结构紧凑、换热系数高的优点。但作为蒸发器使用时，由于制冷剂经过节流膨胀，成为气体和液体两相混合状态。这种混合状态的制冷剂进入板式热交换器后，并不是以均匀的比例分配到每一个板片流道当中的，对于气体含量较多的流道，则换热系数就会比较小，而液体含量较多的流道可能会蒸发不完全，并且以气体状态进入的制冷剂不仅对制冷量的贡献非常少，还会占据非常大的传热面积，由于气体的导热系数远比液体的小，混合物种气体部分所形成的气团或气泡会影响热量的迅速传递，使板式热交换器不能够达到最佳的换热效率。
本发明的内容本发明的目的是提供一种带有溢流式蒸发系统的模块化制冷装置，它能使板式热交换器的换热效率更进一步的提高，从而使制冷装置具有更高的制冷效率。
本发明的目的是按如下的技术方案实现的。
本发明为带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，它由多个模块制冷单元组成，每个所述的模块制冷单元均具有一个或一个以上的包括制冷压缩机、蒸发器、冷凝器以及节流膨胀装置的制冷回路，所述的蒸发器为板式热交换器，具有蒸发器制冷剂入口和蒸发器制冷剂出口、蒸发器冷冻水入口和蒸发器冷冻水出口；其特征是还包括溢流桶，所述的溢流桶为一容器，节流膨胀后的制冷剂首先通过溢流桶进行气液分离，液体部分的制冷剂进入蒸发器，而气体部分的制冷剂则与从蒸发器排出来的气体一起回到压缩机。
所述的溢流桶具有溢流桶制冷剂入口、溢流桶液体制冷剂出口、溢流桶气体制冷剂出口；所述的溢流桶制冷剂入口与所述的节流膨胀装置和来自所述的冷凝器的制冷剂出口相通连；所述的溢流桶液体制冷剂出口与所述的蒸发器制冷剂入口相通连；所述的溢流桶气体制冷剂出口、蒸发器制冷剂出口均与所述的压缩机的吸气口相通连；在所述的溢流桶中装有气液分离网。节流膨胀后的制冷剂首先通过溢流桶的制冷剂入口进行气液分离；液体部分的制冷剂经液体制冷剂出口进入板式蒸发器制冷剂入口，气体部分的制冷剂则从溢流桶气体制冷剂出口回到压缩机。
本发明还包括回热器，所述的回热器为一容器，从所述的回热器一侧进入的流体为来自冷凝器的液体制冷剂，从另一侧进入的流体为来自蒸发器和溢流桶的气体制冷剂，两种流体在所述的回热器中进行热交换。
所述的回热器具有回热器入气口、回热器出气口和位于所述的容器内的换热管，冷凝器制冷剂的出口经过换热管和节流膨胀装置与所述的溢流桶制冷剂入口相通连；所述的溢流桶气体制冷剂出口、蒸发器制冷剂出口均经所述的回热器入气口和回热器出气口与所述的压缩机的吸入口相通连。从冷凝器制冷剂的出口进入回热器一侧的是液体制冷剂；从回热器入气口一侧进入的是来自蒸发器和溢流桶的气体制冷剂。
在所述的压缩机的吸入口与所述的冷凝器之间装有油分离器。
在所述的溢流桶内部或外部装有控制溢流桶内制冷剂的液位高度的节流膨胀阀，它是浮球式的或是热电式的，或是其他形式的膨胀阀。
在所述的溢流桶外装有控制进入所述的冷凝器中的介质流量的冷凝压力控制器。冷凝压力控制器连接在电气系统中，它感受冷凝压力的大小，并根据冷凝压力的大小，决定流量调节阀的开度，当冷凝压力过高时，增大阀门的开度，反之则减小阀门的开度。
所述的模块制冷单元还包括冷冻水进水集管和出水集管、冷却水进水集管和出水集管，所述的各蒸发器的冷冻水入口、冷冻水出口分别与所述的冷冻水进水集管、冷冻水出水集管并联通连；所述的冷凝器中的冷却水入口、冷却水出口分别与所述的冷却水进水集管、冷却水出水集管并联通连。
所述的模块化制冷装置还包括冷冻水进水集管和冷冻水出水集管，所述的各蒸发器的冷冻水入口、冷冻水出口分别与所述的冷冻水进水集管、冷冻水出水集管并联通连；所述的冷凝器采用风冷式冷凝器。
本发明在制冷模块单元中具有溢流式蒸发系统，在制冷回路中的板式热交换器上增加溢流桶，溢流桶用于储存制冷剂和进行气液分离。将节流膨胀后的制冷剂首先通过一个溢流桶进行气液分离，液体部分的制冷剂进入蒸发器，而气体部分的制冷剂则与从蒸发器排出来的气体一起回到压缩机，这样不仅蒸发器的换热效率会大大提高，还可以减少所需要的板式热交换器的面积。由于进入蒸发器的制冷剂是纯液体，在板片流道之间可以均匀分配，并且节流膨胀后的气体部分不会进入蒸发器，避免了这部分气体占据换热表面，使传热面积得到更有效的利用，因此减小了换热温差，提高蒸发器的换热效率。而提高蒸发器的换热效率对制冷系统的热力循环来讲，可以提高蒸发温度，带来的优点是增加了机组的制冷量，提高了机组的制冷循环效率。
另外，在溢流桶与压缩机吸入口之间，安装了一个回热器，这个回热器一侧流体为来自冷凝器的液体制冷剂，另一侧流体为来自蒸发器和溢流桶的气体制冷剂，两种流体在这个回热器中进行热交换，使液体制冷剂被过冷，而气体制冷剂则被有益过热，回收了气体部分中的剩余冷量，有利于制冷效率的提高。
在所述的压缩机的排出口与冷凝器之间装有油分离器。制冷压缩机的排气首先进入油分离器，使排气中夹带的润滑油分离出来，并送回到压缩机，而气体制冷剂则从油分离器进入冷凝器。
膨胀节流装置用来控制制冷剂液位。保持溢流桶的液位高度是为了维持蒸发器内必要的液位高度。当蒸发负荷减小，蒸发器内液位升高同时使溢流桶液位升高时，将节流膨胀装置减小阀门开度，以减少供液量。反之，当蒸发负荷增大时，节流膨胀装置则加大阀门开度，增加供液量。
冷凝压力控制器用于控制进入冷凝器冷却介质，例如水或空气的流量，当冷凝压力过低时，减少冷却介质的供应量，使冷凝压力回升。而当冷凝压力过高时，则增加冷却介质的供应量。冷凝压力控制器的作用在于维持适当的冷凝压力，避免冷凝压力过低时，导致溢流桶内制冷剂的蒸发温度过低。
用冷冻介质的出口温度来调节压缩机输出容量。压缩机输出容量的调节是根据蒸发器冷冻介质的出口温度来调节的。当出口温度降低时，减少压缩机的工作输出，当出口温度升高时，增加压缩机的工作输出。
综上所述，本发明采用溢流式蒸发系统、回热器提高了机组的制冷循环效率；采用油分离器、膨胀节流装置、冷凝压力控制器来调控制冷剂、冷凝水、冷冻水的温度、流量的平衡，以节约能源；从而使制冷装置具有更高的制冷效率。本发明适用于组合的模块化制冷装置和整体的制冷装置。
图1、2为本发明带有溢流式蒸发系统的模块化制冷装置的工作流程原理图，图3为本发明带有溢流式蒸发系统的模块化制冷装置模块制冷单元的结构示意图，图4为本发明带有溢流式蒸发系统的模块化制冷装置模块制冷单元的结构示意图(冷凝器为风冷)。
图中代号1压缩机1A压缩机吸入口1B压缩机排出口2回热器21回热器入气22回热器出气口23回热器换热管3冷冻水进水集管4冷冻水出水集管5蒸发51蒸发器制冷剂入口52蒸发器制冷剂出口53蒸发器冷冻水入口54蒸发器冷冻水出口6溢流桶61溢流桶制冷剂入口62溢流桶液体制冷剂出口63溢流桶气体制冷剂出口64器液分离网7制冷剂干燥过滤器8节流膨胀装置9冷凝器91冷凝器制冷剂入92冷凝器制冷剂出口93冷凝器冷却水入口94冷凝器冷却水出口10冷却水进水集管11冷却水出水集管12油分离器13冷凝器冷却水流量调节阀14蒸发器冷冻水流量调节阀15冷凝压力控制器实施例用本实施例来说明本发明。
带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置由多个模块制冷单元组成。如图1为带有溢流式蒸发系统的模块制冷单元的原理图，每个模块单元具有一个包括制冷压缩机1、蒸发器5、冷凝器9以及节流膨胀装置8的制冷回路。所述的蒸发器5为板式热交换器，具有蒸发器制冷剂入口51和蒸发器制冷剂出口52、蒸发器冷冻水入口53和蒸发器冷冻水出口54。
还包括溢流桶6，所述的溢流桶6为一容器，节流膨胀后的制冷剂首先通过溢流桶6进行气液分离，液体部分的制冷剂进入蒸发器5，而气体部分的制冷剂则与从蒸发器5排出来的气体一起回到压缩机1。
所述的溢流桶6的具体结构为具有溢流桶制冷剂入口61、溢流桶液体制冷剂出口62、溢流桶气体制冷剂出口63；所述的溢流桶制冷剂入口61经节流膨胀装置8、过滤器7与冷凝器9的制冷剂出口92相通连；溢流桶液体制冷剂出口62与蒸发器制冷剂入口51相通连；溢流桶气体制冷剂出口63与蒸发器制冷剂出口52相通连，并与压缩机1的吸入口1A相通连；在所述的溢流桶6中装有气液分离网64，以避免气体中夹带的少量液滴带入压缩机1。工作时，节流膨胀后的制冷剂从溢流桶制冷剂入口61进入溢流桶6中，进行气液分离，使液体部分的制冷剂经溢流桶液体制冷剂出口62进入蒸发器5，而气体部分的制冷剂则经气液分离网64、溢流桶气体制冷剂出口63，与从蒸发器5排出来的气体一起回到压缩机1的吸入口1A，这样不仅蒸发器的换热效率会大大提高，还可以减少所需要的板式热交换器的面积。由于进入蒸发器5的制冷剂是纯液体，在板片流道之间可以均匀分配，并且节流膨胀后的气体部分不进入蒸发器5，避免了这部分气体占据换热表面，使传热面积得到更有效的利用，因此减小了换热温差，提高蒸发器的换热效率，因而提高了机组的制冷循环效率。
本发明还包括回热器2。所述的回热器2为一容器，从所述的回热器2一侧进入的流体为来自冷凝器9的液体制冷剂，从另一侧进入的流体为来自蒸发器5和溢流桶6的气体制冷剂，所述的两种流体在所述的回热器2中进行热交换。
如图2为在图1的基础上增加回热器2的实施例，回热器2位于溢流桶6与压缩机吸入口1A之间，所述的回热器2为一容器，容器上具有回热器入气口21、回热器出气口22和换热管23，回热器入气口21与蒸发器制冷剂出口52、溢流桶气体制冷剂出口63相通连，回热器出气口22与压缩机1的吸入口1A相通连，换热管23位于容器内，换热管23的一端与冷凝器9的制冷剂出口92相连，另一端与制冷剂干燥过滤器7、节流膨胀装置8相连。从换热管23中流向制冷剂入口61的液体制冷剂，与从回热器入气口21、回热器出气口22流过的气体制冷剂，两种流体在回热器2中进行热交换，使液体制冷剂被过冷，而气体制冷剂则被有益过热，回收了气体部分中的剩余冷量，有利于换热效率的提高。
如图1、2，在所述的压缩机1的排出口1B与冷凝器9之间装有油分离器12。
在所述的溢流桶6外装有控制溢流桶内制冷剂的液位高度的节流膨胀装置8，其用途是当蒸发负荷减小，蒸发器5内液位升高、同时使溢流桶6液位升高时，将节流膨胀装置8减小阀门开度，以减少供液量。反之，当蒸发负荷增大时，节流膨胀装置8则加大阀门开度，增加供液量。可采用浮球式节流阀，也可采用热电式膨胀阀、或其他的膨胀节流装置。
在压缩机排气管路上安装有控制进入冷凝器9中的介质流量的冷凝压力控制器15。冷凝压力控制器15也接在电气系统中，它感受冷凝压力的大小，并根据冷凝压力的大小，决定流量调节阀13的开度，当冷凝压力过高时，增大阀门的开度，反之则减小阀门的开度。
安装在蒸发器5的冷冻水管路上的流量控制阀14也和电气系统相连接，当机组输出负荷减少时压缩机卸载或关闭时，电气控制系统同时指令流量调节阀14减小阀门开度，甚至完全关闭阀门，以次减少冷冻水的流量，减少冷冻水输送泵的运行功率。而当压缩机输出负荷增加时，则增大阀门的开度，增加冷冻水的流量。
如图3，当所述的各制冷单元组合成模块化制冷装置时，还包括冷冻水进水集管3和出水集管4、冷却水进水集管10和出水集管11，所述的各蒸发器的冷冻水入口53、冷冻水出口54分别与所述的冷冻水进水集管3、冷冻水出水集管4并联通连；所述的冷凝器9中的冷却水入口93、冷却水出口94分别与所述的冷却水进水集管10、冷却水出水集管11并联方式通连。各制冷单元模块的这些集管依次相连，成为制冷装置的冷冻及冷却介质流体的公共通道。
如图4为所述的冷凝器9采用风冷的示意图，所述的模块化制冷装置还包括冷冻水进水集管3和出水集管4，所述的各蒸发器的冷冻水入口53、冷冻水出口54分别与所述的冷冻水进水集管3、冷冻水出水集管4以并联方式通连；各制冷单元模块的这些集管依次相连，成为制冷装置的冷冻介质流体的公共通道。而冷凝器9为采用翅片盘管式冷凝器，采用风冷，不用冷却水的进、出水集管。
采用本发明制冷装置，对于同样大小的蒸发器，蒸发温度可以提高2～2.5℃，使制冷量增加约9％，制冷性能系数提高约7％。
权利要求
1.带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，它由多个模块制冷单元组成，每个所述的模块制冷单元均具有一个或一个以上的包括制冷压缩机(1)、蒸发器(5)、冷凝器(9)的制冷回路，所述的蒸发器(5)为板式热交换器，具有蒸发器制冷剂入口(51)和蒸发器制冷剂出口(52)、蒸发器冷冻水入口(53)和蒸发器冷冻水出口(54)；其特征是还包括溢流桶(6)，所述的溢流桶(6)为一容器，节流膨胀后的制冷剂首先通过溢流桶(6)进行气液分离，液体部分的制冷剂进入蒸发器(5)，而气体部分的制冷剂则回到压缩机。
2.根据权利要求1所述的带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是所述的溢流桶(6)具有溢流桶制冷剂入口(61)、溢流桶液体制冷剂出口(62)、溢流桶气体制冷剂出口(63)；所述的溢流桶制冷剂入口(61)与所述的冷凝器(9)的制冷剂出口(92)相通连；所述的溢流桶液体制冷剂出口(62)与所述的蒸发器制冷剂入口(51)相通连；所述的溢流桶气体制冷剂出口(63)与所述的压缩机(1)的吸入口(1A)相通连；在所述的溢流桶(6)中装有气液分离网(64)；节流膨胀后的制冷剂首先通过溢流桶(6)的制冷剂入口(61)进行气液分离；液体部分的制冷剂经液体制冷剂出口(62)进入蒸发器制冷剂入口(51)，气体部分的制冷剂则从制冷剂出口(63)回到压缩机(1)的吸入口(1A)。
3.根据权利要求2所述的带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是还包括回热器(2)，所述的回热器(2)为一容器，从所述的回热器(2)一侧进入的流体为来自冷凝器(9)的液体制冷剂，从另一侧进入的流体为来自蒸发器(5)和溢流桶(6)的气体制冷剂，所述的两种流体在所述的回热器(2)中进行热交换。
4.根据权利要求3所述的带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是所述的容器具有回热器入气口(21)、回热器出气口(22)和位于所述的容器内的换热管(23)，冷凝器(9)的制冷剂出口(92)经过换热管(23)与所述的溢流桶制冷剂入口(61)相通连；所述的溢流桶气体制冷剂出口(63)、蒸发器制冷剂出口(52)均经所述的回热器入气口(21)、回热器出气口(22)与所述的压缩机(1)的吸入口(1A)相通连；从所述的回热器(2)的制冷剂出口(92)一侧进入液体制冷剂；从回热器入气口(21)一侧进入来自蒸发器(5)和溢流桶(6)的气体制冷剂，所述的两种流体在所述的回热器(2)中进行热交换。
5.根据权利要求1到4所述的任一项带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是在所述的压缩机(1)的排出口(1B)与所述的冷凝器(9)之间装有油分离器(12)。
6.根据权利要求1到4所述的任一项带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是还包括控制溢流桶内制冷剂的液位高度的节流膨胀装置(8)，在所述的溢流桶(6)中或溢流桶(6)外装有所述的节流膨胀装置(8)。
7.根据权利要求1到4所述的任一项带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是在所述的溢流桶(6)外装有控制進入所述的冷凝器中的介質流量的冷凝压力控制器(15)。
8.根据权利要求1到4所述的任一项带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是所述的模块制冷单元还包括冷冻水进水集管(3)和出水集管(4)、冷却水进水集管(10)和出水集管(11)，所述的各蒸发器的冷冻水入口(53)、冷冻水出口(54)分别与所述的冷冻水进水集管(3)、冷冻水出水集管(4)并联通连；所述的冷凝器(9)中的冷却水入口(93)、冷却水出口(94)分别与所述的冷却水进水集管(10)、冷却水出水集管(11)并联通连。
9.根据权利要求1到4所述的任一项带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，其特征是所述的模块化制冷装置还包括冷冻水进水集管(3)和冷冻水出水集管(4)，所述的各蒸发器的冷冻水入口(53)、冷冻水出口(54)分别与所述的冷冻水进水集管(3)、冷冻水出水集管(4)并联通连；所述的冷凝器(9)采用风冷式冷凝器。
全文摘要
带有溢流式蒸发系统的模块化组合制冷装置，它由多个模块制冷单元组成，每个模块制冷单元均具有一个或一个以上的包括制冷压缩机(1)、蒸发器(5)、冷凝器(9)的制冷回路，蒸发器(5)为板式热交换器，其特征是还包括溢流桶(6)，溢流桶(6)为一容器，具有溢流桶制冷剂入口(61)、溢流桶液体制冷剂出口(62)、溢流桶气体制冷剂出口(63)；溢流桶制冷剂入口(61)与冷凝器(9)的制冷剂出口(92)相通连；溢流桶液体制冷剂出口(62)与蒸发器制冷剂入口(51)相通连；溢流桶气体制冷剂出口(63)、蒸发器制冷剂出口(52)均与压缩机(1)的吸气口(1A)相通连；在溢流桶(6)中装有气液分离网(64)。本发明具有更高的制冷效率，适用于组合式的模块化制冷装置和整体式的制冷装置。
文档编号F25B1/00GK1661304SQ200410006018
公开日2005年8月31日 申请日期2004年2月25日 优先权日2004年2月25日
发明者赵宁凡 申请人:广州番禺速能冷暖设备有限公司