专利名称：用于节约器制冷系统的扩容箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制制冷系统的容量和效率，尤其涉及一种用于提高制冷系统性能的扩容箱节约器(flash tank economizer)。正如下面将要说明的那样，本发明包括扩容箱节约器结构，其利用内部挡板的系统使液态制冷剂膨胀、使膨胀产生的制冷剂气体与剩余液态制冷剂分离并在送往制冷系统其它部件之前临时储存所述制冷剂气体和液体。
背景技术：
常规的压缩式制冷系统由下列部件组成用来在被冷却介质和制冷剂之间进行热交换的蒸发器；吸入蒸发器内产生的低压气体制冷剂并将所述气体压缩到适当高压的压缩机；使高压制冷剂和另外的流体(例如环境空气或水)之间进行热交换并使高压气体转换为高压液体的冷凝器；接受来自冷凝器的高压液体并使其膨胀产生低压液体和部分低压制冷剂气体的膨胀装置；以及将膨胀装置连接到蒸发器的两相流管道。
除了上述基本部件之外，制冷系统还可以包括其它部件，以提高系统的热力学效率或性能。在多级压缩式系统中，尤其在螺杆式压缩机中，为了提高系统的效率并进行容量控制，系统内可以包括“节约器”回路。压缩式制冷系统中采用节约器回路可以提高冷却或加热能力。节约器回路的此种应用是本领域所公知的。
一种节约器回路包括从压缩循环的中间压力级抽取制冷剂气体以减少在下一压缩级的被压缩气体量，于是在下一压缩级中可提高电机的效率。通常将中间压力的气体返回到吸气口或者中间压缩级，在该处可以略微提高流入压缩机的吸气压力，进一步减小压缩机所需的压缩量。
另一种节约器回路通过从冷凝器抽取一部分高压制冷剂，将抽取的制冷剂经过膨胀装置降低制冷剂压力和温度，然后将最后得到的中间压力的制冷剂送回到制冷回路的不同位置，从而扩大系统容量和提高系统的效率。第二种节约器回路通常合并到冷凝器下游的高压流路。离开冷凝器的一部分制冷剂从主流路分流出来，并经过节约器膨胀装置(economizer expansiondevice)。如扩容箱之类的节约器热交换器(economizer heat exchanger)接收离开节约器膨胀装置的制冷剂。在扩容箱内，一部分制冷剂膨胀形成中间压力气体，剩下的制冷剂转化为中间压力的液体状态。中间压力的气相返回到压缩机，优选在多级压缩机的、仅需要较少的压缩就可达到预先选择的压力的中间压缩级返回，从而可提高压缩机的效率。来自扩容箱的中间压力的液相在主流进入主膨胀装置之前的某一点处返回到主流路，再进入蒸发器。临近进入主回路时，来自节约器回路膨胀装置的中间压力液态制冷剂冷却制冷剂的主流部分。因为达到主膨胀装置的制冷剂已被预冷，因此可获得较大的蒸发器冷却能力。
用于节约器回路的公知扩容箱结构相当复杂。例如已知扩容箱内部的挡板、浮子、分相筛以及其它部件配置很复杂。例如在美国专利5,692,389号和4,232,533号中示出和描述的扩容箱包括有结构复杂的腔室、浮子、金属丝网筛、挡板、套筒和除雾过滤器。这种复杂结构价格高且制造、保养和维修耗时长。
因此，需要一种能够提供很好的制冷剂膨胀和相分离效果且部件的内部结构和配置较简单的扩容箱。
发明内容
本发明提供一种用于节约器回路的扩容箱，该扩容箱包括具有基本为圆筒形状并带有基本为直(straight)侧壁的壳体。壳体包括上壳体部分、中壳体部分和下壳体部分，每一部分都有基本呈圆筒形的侧壁，每一侧壁形成有至少一个用于与另一部分上的开口连接的开口。每一壳体部分都包括具有基本呈圆形的水平截面几何形状的开口。上壳体部分包括位于侧壁的制冷剂入口和基本呈圆筒形的具有被设置成大致平行于上壳体部分的侧壁的侧壁的挡板。挡板侧壁被设置成与制冷剂入口相对，用来接收并引导经制冷剂入口进入壳体内的高压制冷剂流。上壳体部分还包括位于封闭端部分并被设置成与上壳体部分的开口相对的气体出口。中壳体部分包括位于侧壁内侧的第二挡板并包括穿过该侧壁安装的液位控制装置。下壳体部分包括位于侧壁上的液态制冷剂出口，用来将液态制冷剂从壳体送往制冷系统内的其它部件。
本发明还提供一种在节约器制冷系统中从制冷剂气体中分离液态制冷剂的方法。该方法包括步骤提供配备有节约器回路的制冷系统，该节约器回路包括扩容箱，具有壳体的扩容箱包括制冷剂入口、制冷剂气体出口、液态制冷剂出口、圆筒形挡板和第二挡板；将液态制冷剂收集于制冷系统的冷凝器内；使液态制冷剂从冷凝器流到节约器回路的液态制冷剂管路，该制冷剂管路上设有膨胀装置并与扩容箱的制冷剂入口可连通地连接；接收从液体管路进入制冷剂入口的膨胀后的制冷剂；将接收的制冷剂流引到扩容箱的圆筒形挡板上，该圆筒形挡板基本位于与制冷剂入口相对之处；使液态制冷剂中的气相与液相制冷剂分离；和通过在壳体的侧壁上高过预选的最高液位处设置第二挡板以防止再夹带制冷剂气体。
本发明的一个优点是改善了压缩式制冷系统的运行和性能。
本发明的另一优点是具有能可靠而有效地在制冷系统中运行的简单结构，而且能廉价而简单地构成和装配到具有节约器回路的压缩式制冷系统中。
本发明的再一优点是可使在压缩式制冷系统的冷凝器和蒸发器之间流动的高压制冷剂高效膨胀。
本发明的其它特征和优点将从下面结合通过示例方式说明本发明原理的附图对优选实施方式的详细描述中得以体现。
图1是本发明制冷回路各部件的系统流程图；图2是本发明的扩容箱节约器的垂直侧向剖面图；图3是本发明的扩容箱节约器的上壳体部分的垂直侧向剖面图；图4是沿图3中4-4线剖切的上壳体部分的水平顶视剖面图；图5是本发明的扩容箱节约器的中壳体部分的垂直侧向剖面图；图6是沿图5中6-6线剖切的中壳体部分的水平顶视剖面图；图7是本发明的下挡板的顶视图；图8是本发明的下壳体部分的垂直侧剖面图；图9是沿图8中9-9线剖切的下壳体部分的水平顶视剖面图；图10是本发明的用于两相邻壳体部分的一种连接方式的剖面图；图11是本发明的相邻壳体部分的另一连接方式的剖面图。
只要可能，全部附图中相同的附图标记表示相同或类似部件。
具体实施例方式
本发明所考虑的主题涉及一种提高采用节约器的制冷系统的效率和容量的系统和方法。这种系统和方法可与任何类型的压缩机一起使用，尤其适合与螺杆式压缩机一起使用，因为螺杆式压缩机可方便地与节约器合并。
首先参考图1，图中示出了加入有本发明节约器回路的传统制冷系统100。如该图所示，制冷系统100包括压缩机102、电机104、冷凝器106、蒸发器108和节约器扩容箱110。传统制冷系统100还包括一图1中未示出的其它部件。为了便于说明，对附图作出了简化，有意省略了这些部件。
压缩机102压缩蒸冷剂蒸气并将所述蒸气经排气管送到冷凝器106。压缩机102优选是螺杆式压缩机或其它多级压缩机。虽然螺杆式压缩机能理想地适用于现有的紧凑式制冷系统，但本发明并不限于单级压缩机或其它类型的压缩机，如离心式压缩机之类同样可以用来实施本发明。为了驱动压缩机102，系统100包括用于压缩机102的电机或驱动机构104。虽然术语“电机”是用作压缩机102的驱动机构，但可以理解的是术语“电机”不限于电机而是包含与电机104驱动结合使用的任何部件，比如变速驱动器和电机启动器。电机104可以是感应电机或高速同步永磁电机。也可选择如蒸汽或气体透平或发动机以及相关部件之类的驱动机构来驱动压缩机102。在本发明一优选实施方式中，电机104是电动机及相关部件。
从压缩机102出来经排气管进入冷凝器106的制冷剂蒸气与如空气或水之类的流体进行热交换，与所述流体进行热交换的结果是使制冷剂经相变成为制冷剂液体。在一实施方式中，一部分被冷凝的制冷剂液体被送到节约器回路。在一可供选择的实施方式中，节约器回路构成冷凝器和蒸发器之间的单一连接部分，并且全部被冷凝的制冷剂都经该节约器回路输送。在另一实施方式中，节约器回路包括从冷凝器抽取制冷剂并将其送到与扩容箱110连接的膨胀装置112的制冷剂管路。经冷凝的液态制冷剂经过膨胀装置112并进入扩容箱110，在该箱中部分制冷剂膨胀并转化成为中间压力的气体，剩下的制冷剂保持为中间压力的液体状态或液相。中压气体经气体出口28被抽吸到压缩机102的中间级。中压液体从扩容箱110返回到将冷凝器106连接到通向蒸发器108的膨胀阀112的主回路107中。在一实施方式中，冷凝器106中的制冷剂蒸气与流经热交换器盘管(未示出)的流体进行热交换。不管怎样，与流体热交换的结果是，冷凝器106内的制冷剂蒸气经历相变成为制冷剂液体。
蒸发器108可以是任何公知的类型。例如，蒸发器108可以包括具有与冷负荷连接的供给管路和返回管路的热交换器盘管(未示出)。在蒸发器108内，该热交换器盘管可以包括多束管。优选为水、当然也可以是如乙烯、氯化钙卤水或氯化钠卤水之类的任何其它适合的流体的第二液体流经热交换器盘管通过返回管路进入蒸发器108内，然后通过供给管路流出蒸发器。蒸发器108内的制冷剂液体与热交换器盘管内的第二液体呈热交换关系，从而降低热交换器盘管内的第二液体的温度。与热交换器盘管中的第二液体进行热交换的结果是，蒸发器108内的制冷剂液体经历相变后成为制冷剂蒸气。蒸发器108内的低压气态制冷剂从蒸发器108流出并经吸入管114返回压缩机102，从而完成循环。
虽然对于压缩机102、电机104、冷凝器106和蒸发器108而言以优选实施方式描述了系统100，但是应当理解的是系统100中可以采用这些部件的任何适合的结构，只要在冷凝器106和蒸发器108中可使制冷剂发生适当的相变即可。
在图1所示的实施方式中，本发明的节约器回路包括扩容箱110，扩容箱与冷凝器106和膨胀装置112之间的高压制冷剂管路107流体连通。本发明的扩容箱110优选为一般的圆筒形，其尺寸被形成为可提供适当的的内部容积以用于制冷剂膨胀到所需压力、分离所得到的制冷剂气体和液相制冷剂并在将液相制冷剂送到主制冷剂管路107之前临时储存各相制冷剂、和将气相制冷剂送到压缩机102。所需的扩容箱尺寸，例如高度、宽度和内部容积取决于多种因素，例如制冷剂种类、压缩机排量、需要的系统容量、制冷剂管路和其它制冷系统部件的容量以及其它本领域技术人员公知的因素。
图2示出了本发明扩容箱110的一实施方式。在该实施方式中，本发明的扩容箱110包括由三个壳体部分组成的壳体，上壳体部分20和下壳体部分30通过中壳体部分40连接起来形成大致为圆筒形的壳体。优选壳体部分20、30和40都由厚度基本均匀的低碳钢板经金属拉延工序制成，厚度优选约为0.375到约0.500英寸。当然可以想到的是，壳体部分20、30、40可以由任何恰当的工艺制成并且可以有任何合适的厚度。
如图2-3所示，上壳体部分20优选具有圆顶或碗形的封闭端部分27和基本为直线状(linear)的侧壁24。在一可供选择的实施方式中，上壳体部分20是直径基本一致并具有基本平坦的板状封闭端部分27的圆柱体。类似地，如图2和8所示，下壳体部分30优选具有主要为圆顶或碗状封闭端部分36和基本为直线状的侧壁34。上壳体部分20和下壳体部分30的基本为直线状的侧壁24、34的每一个都终止于适于密封连接到中壳体部分40的开口22、32处。壳体部分20、30的各自基本呈圆筒形的侧壁24、34从相应的开口22、32延伸到位于与相应开口22、32相对的相应端部部分27、36。优选每一侧壁24、34的最大外径在约10到约18英寸之间。较优选的是，每一侧壁24、34的外径在12和16英寸之间。最优选的是，每一侧壁24、34的直径在13和15英寸之间。
如图2、5和6所示，中壳体部分40具有基本由圆筒形侧壁42形成的大致的圆筒形状。侧壁42两端形成两个相对的开口，上开口44和下开口46。优选侧壁42的最大外径与侧壁24、34的最大外径相配合并介于约10到约18英寸之间。较优选的是，侧壁42的外径介于12和16英寸之间。最优选的是，侧壁42的外径介于13和15英寸之间。
中壳体部分的上开口44适于与上部分20的开口22牢固嵌合，下开口46适于与下部分30的开口32牢固嵌合。在一优选实施方式中，每一开口22、32适于或配合于中壳体部分40的对应开口44、46内。尽管可以采用其它适合的连接工艺，更优选的是，壳体部分20、30、40如可通过焊接永久和封闭地连接在一起，以形成壳体。
如图3-6和8-9所示，每一壳体部分20、30、40的开口22、32、44、46一般都为圆形的水平断面几何形状，优选与相邻壳体部分的开口的几何形状相一致。对于本申请的目的而言，圆形、椭圆形和卵形都被认为是“一般意义上的圆形”。如前所述，每一壳体部分20、30、40的侧壁24、34、42在轴线方向上优选基本是直的或直线状的。本文中的术语“基本直的”可以是在需要弯曲之处以基本相等的半径略微向外或向内弯曲。略微向外弯曲的起点可以是围绕壳体部分侧壁的任何圆周位置，因此如有的话可用半径限定侧壁的曲率。半径大小可以“基本相等”，这意味着为了某些特殊目的比如空间的需要，侧壁部分的不同小段的半径长度可以改变，并不因此而背离侧壁可略微弯曲的概念。在另一实施方式中，各壳体部分20、30、40的侧壁24、34、42还可以从开口向相对的端部形成一个或多个向内或向外的“台阶”，即逐渐或步进地减小或增加直径。例如，图10示出的台阶x、y、z。为了将箱110安装到制冷系统的有限空间区域内，这种“台阶”状壳壁的概念是普通的。或者，如图11所示，壳体可以如通过焊接连接在一起，以形成组装好的箱110的光滑、连续的侧壁结构。
如图2-3所示，上壳体部分20还包括那些有利于且提高节约器回路性能的部件。明确地说，上壳体部分20的端部部分27分包括将制冷剂气体送往压缩机102的气体出口28。优选气体出口28位于端部部分27的水平和垂直横截面的几何中心处，不论上壳体部分20的壳体被构成圆顶形，还是可选择地构成直径基本相等的具有基本平坦的板状封闭端部部分27的圆筒形状。更优选的是，端部部分27呈圆顶形，使端部部分27的横截面几何中心形成圆顶的顶点，而气体出口28被设置成位于端部部分27的横截面几何中心的圆孔，这样从箱110上升的制冷剂气体沿端部部分27的内表面行程最短地进入气体出口28。可将气体出口28设置为穿过端部部分27的壁的简单一致的孔，或者与图10所示的阶梯状壁结构类似，可以包括直径递减或者呈阶梯状的侧横截面形状。这些配置都适合将制冷剂气体送往与气体出口28流体连通的压缩机返回管路。或者，可将气体出口28设置成基本为圆柱形管，优选使该管通过端部部分27伸进箱110内至少约0.500英寸，较优选的是伸进约0.700英寸。此外，气体出口28可以包括如吸入阀之类的控制流过出口28的气体流量的机构。
再如图2-3所示，上壳体部分20还包括制冷剂入口26，用来接受来自冷凝器106或者来自从冷凝器106导向入口26的液体管路上的膨胀装置112的制冷剂。制冷剂入口26位于侧壁24上，优选基本在侧壁24的直线竖直部分上。优选将入口26设置为侧壁24上的孔，该孔具有基本垂直于大致为直线竖直侧壁24的纵向中心线。优选该孔基本呈圆形或基本呈圆柱形，其被定位成能将膨胀制冷剂蒸气垂直引入圆筒形挡板50的侧壁上。优选气体入口26的纵向中心线基本垂直于气体出口28的纵向中心线。
可将膨胀装置112设置于入口200的上游，或者将其安装在来自冷凝器106的液态制冷剂管路上或者紧邻气体入口26。优选膨胀装置112是电子控制膨胀阀，阀的开度由如执行机构或电机之类的机械机构调节。膨胀阀开度的大小由接收来自系统中多个不同点的数据的控制器发出的信号控制。这些数据可由控制器进行处理，以便响应正在运行的工况而确定制冷系统中膨胀阀112以及其它阀的最佳设定值。膨胀阀112可以迅速使高压液态制冷剂膨胀到较低的中间压力，优选膨胀到接近冷凝压力和蒸发压力之间的中间值。
如图2-4所示以及上面的简要描述，扩容箱110还包括位于上部部分20内并基本与侧壁24同轴的圆筒形挡板50。也可使挡板50的一部分位于中部部分40内。优选挡板50基本呈圆筒形，并包括基本为圆筒形的侧壁52。如图4所示，箱110的水平横截面的直径由直径A-A限定，而挡板50的水平横截面直径由直径B-B限定。沿各自中心线的各直径之比是WA和WB的大小的比值。比值WA/WB优选从约1.2到约1.6。在此优选实施方式中，箱110和挡板50的侧壁形状基本对应，也就是说，它们基本是同轴的，因此沿挡板50轴向长度围绕挡板50的整个圆周挡板50的侧壁52与上壳体部分20的侧壁24几乎保持等距。
挡板50的侧壁52两端形成两个相对的开口，上开口54和下开口56。上开口54优选牢固地嵌合于上壳体部分20的端部部分26的内表面上。侧壁52无孔，其上端密封地紧贴于上壳体部分20的端部部分27的内表面，使得所有气体必须穿过挡板50的下开口56到达气体出口28。例如，可通过如点焊之类的焊接将靠近上开口54的侧壁52焊接到端部部分27的内表面上。这可防止进入入口26的任何液态制冷剂到达气体出口28。
挡板50的下开口56用来基本不受箱110的其它部件妨碍地接纳和保持制冷剂气体。优选侧壁52沿中心线C-C的轴向长度大于基本是直线状的侧壁24的长度，使得上挡板50的下开口56伸进由装配好的箱110的中壳体部分40形成的腔内。侧壁52的轴向长度优选小于或等于基本呈圆筒状的上挡板50的最大水平横截面内径。更优选的是，侧壁52中心线的轴向长度至少是该基本呈圆筒形的挡板50的水平横截面最大内径的20％，但小于100％。
如图2、5和6所示，箱110还包括第二挡板60，该挡板与圆筒形挡板50一道促进液态制冷剂膨胀为气体、有效地分离制冷剂气体和液体、并可靠地将制冷剂气体和制冷剂液体送到制冷系统内的适当的预期场所。当制冷剂经过气体入口26进入箱110内时，制冷剂撞击圆筒形挡板50并下落到箱110的底部或下部30。液相聚集在箱的底部30并形成具有中间压力的制冷剂液体的液面，这些液体可经液态制冷剂出口38送往蒸发器108。然而，当液态制冷剂从气体入口26落下时，有再次夹带制冷剂气体的趋势。下方的第二挡板60可阻止流向下部30的液态制冷剂额外地再夹带到气态制冷剂中。如图2所示，可将挡板60设置在侧壁42内表面的预先选择的最高液位之上的预先选定的位置。挡板60优选位于箱110的中部部分40的内侧壁上。然而可以根据预定的最大液位来确定挡板60在侧壁42上的正确位置，使下挡板60优选永远不浸在箱内的液态制冷剂中。
如图5-7所示，优选将下挡板60设置成基本平坦的如钢板或塑料板之类的无孔片材件，其基本垂直地从侧壁42伸进箱110的内腔。优选的是，下挡板60具有形状可与侧壁42的内表面连续接触的第一端62。例如，优选将第一端62切成与侧壁42的半径大致匹配的圆弧状。下挡板60具有相对的伸进箱110的内腔的第二端64。优选挡板60围绕从第一端62的中点或中心到第二端64的中点或中心画出的纵向中心轴线对称布置。优选下挡板60的中心轴线沿圆周方向与制冷剂入口26对准，也与制冷剂液体出口38对准。
下挡板60的第一端必须足够宽，以阻止气体在流出液体出口38的液体力的作用下进入液体中。优选的是，可使以W1表示的第一端62的宽度为将挡板60固定到侧壁42的内表面上时，该挡板围绕基本呈圆筒形的侧壁42的内圆周跨越至少约15度到约150度。较为优选的是，可使第一端62的宽度W1为将挡板固定到侧壁42的内表面上时，该挡板围绕基本呈圆筒形的侧壁42的内圆周跨越至少约60度到约120度。最优选的是，可使第一端62的宽度W1为将挡板60固定到侧壁42的内表面上且该挡板的纵向中心线与制冷剂入口26和液体出口38对准时，挡板围绕基本呈圆筒形的侧壁42的内表面的圆周跨越的角度约在80到约100度之间。
同样地，下挡板60的纵向中心轴线(C-C)具有足够的长度L，使得第二端64伸出超过液体出口38，以防止重新夹带气体或者防止气体经过液体出口38逸出。挡板60沿纵向中心水平中心轴线(C-C)的长度L应当是侧壁42的、第一端62固定于之上的、基本呈圆筒形部分的最大水平横截面内径的至少20％，但小于100％。较为优选的是，沿纵向轴线C-C的长度L是侧壁42的、第一端62固定于之上的、基本呈圆筒形部分的最大水平横截面内径的约20％到50％之间。优选第二端64被设置为基本垂直于挡板60的纵向中心线C-C的基本呈直线的边缘。第二端64的宽度在图7中用W2表示，其与长度L成正比，比值范围优选约为0.25∶1到约4∶1之间。较优选的是，比值约为1∶1到3∶1之间。此外，W1与W2的比值在约1∶1到4∶1之间，优选在约2∶1和约3∶1之间。第一端62和第二端64由侧边66连接。优选侧边66基本呈直线状，其与第二边64的夹角为α。更优选的是，夹角α为约30度到约50度之间。
箱110的下部30的液面高度受几个因素影响。首先，如前所述，在下壳体部分30上设有液体出口38，用来将箱110内的制冷剂液体送往蒸发器。优选如图8-9所示，液体出口38基本呈圆柱形并位于距箱底20％的位置，该距离是利用装配好的箱110的总高度H测得的。出口38可包括如阀之类的机构，以调节从箱110送往蒸发器的液体制冷剂的流速和量。
此外，本发明设有调节液位的液位控制装置70。优选液位控制装置70使箱内液面高度基本保持恒定，借此防止气体进入液体出口38并确保液体不到达气体出口28以免损坏压缩机。如图2所示，在一实施方式中，液位控制装置70包括穿过侧壁42安装、将箱110的最高液位下面的底部区域与箱110的最高液位之上的区域流体连通地连接的管状结构。液位控制装置70为基本呈圆管状的结构，它具有两个相对的、由中央通道76连接的端部部分72、74。优选装置70的管状部分的内径以及端部部分72、74的直径至少为0.5英寸，以防止装置70内的液柱引起热隔离现象，并促进液柱迅速响应箱内制冷剂液体的液位变化。每一端有开口78用来将箱110内部的两个区域连通地连接起来。该装置包括第一下端72和相对的第二上端74，第一下端连接到设置在侧壁42上、位于最高液位下面的第一液位开口48，第二上端连接到设置在侧壁42上的第二开口47。液位控制装置70还包括液位检测器/传感器(未示)，其可与如控制微处理器之类的制冷系统控制器相连，以传送与液位控制装置70中的液位相关的数据，由此微处理器可控制系统中各阀门的动作或者调节系统运行参数，以调节和控制箱110内的液位。
本发明完全组装好的节约器扩容箱运行如下。首先，聚集在冷凝器106的液态制冷剂经液体管路送到扩容箱110的制冷剂入口26。流出入口26后，液态制冷剂在扩容箱110内节流或膨胀到需要的温度和压力。经过入口26进入扩容箱110后，膨胀后的制冷剂被直接引到圆筒形挡板50上，形成使制冷剂的温度和压力降低的紊流。紊流制冷剂朝扩容箱110的底部30下落。当制冷剂落下时，在重力以及圆筒形挡板50产生的紊流力的作用下，气态制冷剂与液态制冷剂分离。液态制冷剂聚集于扩容箱110的底部30，而气体或蒸气相聚集于扩容箱110的圆顶状上部20。然后聚集在上部20的气体流过气体出口28并通过返回管路返回到压缩机。在喷射入压缩机102之前，可任选地使气体流经压缩机的电机104，以向电机104提供附加冷却。优选从压缩机入口下游、压缩室内压力约等于维持在节约器箱110内部的中间压力的位置处将气体喷进压缩室内。
箱110内的液态制冷剂落到位于液面上方的下挡板60上，然后滴入液面。这样，下挡板60可避免液面和下落的液态制冷剂之间直接接触和混合，借此可使液面中夹带的气态制冷剂最少。聚集在液面中的液态制冷剂经过液体出口38流出并经历第二次膨胀，如在进入蒸发器108之前由膨胀阀进行膨胀，此次膨胀使进入蒸发器108的液相制冷剂的压力和温度降低。经过出口38流出的液体流受如改变出口38的开度大小之类的阀机构的控制，并因此计量供给流进导向蒸发器108的主流路107的制冷剂流。
通过调节制冷剂入口26、液体出口38和气体出口28，可以控制由节约器回路增加的容量。此外，通过利用液位控制装置70检测并处理检测到的数据以指示控制器开启和关闭设置在气体入口26和制冷剂出口38、28处的阀，以保持扩容箱内的液位相对恒定。
虽然已参考优选实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应当理解，在不超出本发明的范围的前提下，可对一些元件进行各种变型和等同替换。此外，在不超出本发明的基本构思的前提下，可对本发明的教导作出各种变换以适合具体场合或材料。因此，本发明不限于为了实施本发明而作为最佳实施方式披露的具体实施例，本发明应包括落入所附权利要求的保护范围的所有实施方式。
权利要求
1.一种用于节约器回路的扩容箱，该扩容箱包括壳体，其具有封闭端部分并且基本为带有基本呈圆筒形的侧壁的圆筒形状，该壳体包括具有基本呈圆筒形的侧壁和封闭端部分的上壳体部分；邻接所述上壳体部分并具有基本呈圆筒形的侧壁的中壳体部分；和邻接所述中壳体部分并有基本呈圆筒形的侧壁和封闭端部分的下壳体部分，每一壳体部分都有与相邻壳体部分连接的开口；位于所述上壳体部分的侧壁上的制冷剂入口；基本呈圆筒形的挡板，其具有至少部分地位于所述上壳体部分内并大致平行于该上壳体部分的侧壁的侧壁，所述挡板侧壁被构成为引导经所述制冷剂入口流入所述壳体内的高压制冷剂流；位于所述上壳体部分的封闭端部分的气体出口；位于所述中壳体部分的侧壁内侧的第二挡板；及液态制冷剂出口，其位于所述下壳体部分的侧壁上，用于将液态制冷剂从所述壳体内送往制冷系统中的其他部件。
2.根据权利要求1所述的扩容箱，其中，所述圆筒形挡板具有与所述上壳体部分的所述封闭端部分的内表面连接的第一端和与所述第一端相对并具有使所述气体出口流体连通地连接到所述中壳体部分的开口的第二端。
3.根据权利要求1所述的扩容箱，其中，所述圆筒形挡板被设置成与所述上壳体部分的侧壁基本同轴。
4.根据权利要求1所述的扩容箱，其中，所述圆筒形挡板的侧壁长度为该圆筒形挡板水平横截面内径的至少20％，但小于100％。
5.根据权利要求1所述的扩容箱，其中，所述制冷剂入口包括基本为圆柱形的孔，该孔具有基本垂直于所述圆筒形挡板侧壁的纵向中心线。
6.根据权利要求1所述的扩容箱，其中，所述制冷剂入口和液态制冷剂出口基本圆周地对准于所述壳体的侧壁。
7.根据权利要求1所述的扩容箱，其中，所述第二挡板由基本为无孔材料的平板件构成。
8.根据权利要求1所述的扩容箱，其中，所述第二挡板包括第一端和与之相对的第二端，其中所述第一端被连接到所述壳体侧壁内表面上高于预先选择的最高液面的位置处。
9.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二挡板的第一端被成形为与所述壳体侧壁的内表面连续接触的形状。
10.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二挡板的第一端的宽度足以围绕所述侧壁内表面的圆周跨越的角度约为50度和约150度之间。
11.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二挡板基本沿由所述第二挡板的第一端和第二端的中点连接而成的中心轴线对称。
12.根据权利要求11所述的扩容箱，其中，所述中心轴线基本在圆周方向与所述壳体侧壁上的制冷剂入口和液态制冷剂出口对准。
13.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二挡板的所述相对的第二端从所述侧壁基本垂直地伸入所述壳体的内腔。
14.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二挡板沿所述中心轴线的长度为所述第二挡板的第一端连接于上的所述壳体侧壁的最大水平横截面直径的20％到50％之间。
15.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第一端的宽度与所述第二端的宽度之比介于约2∶1和约4∶1之间。
16.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二端的宽度小于所述第一端的宽度，其中这两端由基本为直线状的侧边缘连接起来。
17.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二端基本呈直线状并且基本垂直于所述中心轴线对准。
18.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，所述第二端的宽度与所述第二挡板沿中心轴线的长度之比介于0.5∶1和3∶1之间。
19.根据权利要求8所述的扩容箱，其中，穿过所述侧壁安装的液位控制装置具有内径基本一致的基本呈圆筒形的内部。
20.根据权利要求19所述的扩容箱，其中，所述液位控制装置的内径至少为0.5英寸。
21.一种在节约器制冷系统中分离液态制冷剂和制冷剂气体的方法，该方法包括步骤提供配备有节约器回路的制冷系统，该节约器回路包括扩容箱，具有壳体的所述扩容箱包括制冷剂入口、制冷剂气体出口、液态制冷剂出口、圆筒形挡板和第二挡板；将液态制冷剂收集于所述制冷系统的冷凝器内；使液态制冷剂从所述冷凝器流到所述节约器回路的液态制冷剂管路，该制冷剂管路上设有膨胀装置并与所述扩容箱的制冷剂入口流体连通地连接；接收从所述液体管路进入所述制冷剂入口的膨胀后的制冷剂；将接收到的制冷剂引到所述扩容箱的圆筒形挡板上，该圆筒形挡板被设置成基本靠近所述制冷剂入口；使液态制冷剂中的气相与制冷剂中的液相分离；及通过在所述壳体的侧壁上高于预先选择的最高液位处设置第二挡板防止再夹带制冷剂气体。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，还包括以下步骤借助于使制冷剂气体经所述圆筒形挡板的内部流到所述气体出口、并使制冷剂液体经所述液态制冷剂出口流到主制冷剂管路保持所述扩容器内制冷剂液体的恒定液位。
23.一种制冷系统，包括相互连接成闭合的制冷剂回路的压缩机、冷凝器和蒸发器，该闭合的制冷回路还包括节约器回路，该节约器回路包括扩容箱，该扩容箱包括壳体，其具有封闭端部分并且基本为带有基本呈圆筒形的侧壁的圆筒形状，该壳体包括具有基本呈圆筒形的侧壁和封闭端部分的上壳体部分；邻接所述上壳体部分并具有基本呈圆筒形的侧壁的中壳体部分，和邻接所述中壳体部分并有基本呈圆筒形的侧壁和封闭端部分的下壳体部分，每一壳体部分都有与相邻壳体部分连接的开口；位于所述上壳体部分的侧壁上的制冷剂入口；基本呈圆筒形的挡板，其具有至少部分地位于所述上壳体部分内并大致平行于该上壳体部分的侧壁的侧壁，所述挡板侧壁被构成为引导经所述制冷剂入口流入所述壳体内的高压制冷剂流；位于所述上壳体部分的封闭端部分的气体出口；位于所述中壳体部分的侧壁内侧的第二挡板；及液态制冷剂出口，其位于所述下壳体部分的侧壁上，用于将液态制冷剂从所述壳体内送往制冷系统中的其他部件。
24.根据权利要求23所述的制冷系统，其中，所述制冷剂入口和液态制冷剂出口基本圆周地对准于所述壳体的侧壁。
25.根据权利要求23所述的制冷系统，其中，所述第二挡板由基本为无孔材料的平板件构成。
26.根据权利要求25所述的制冷系统，其中，所述第二挡板包括第一端和与之相对的第二端，其中所述第一端被连接到所述壳体侧壁内表面上高于预先选择的最高液面的位置处。
27.根据权利要求26所述的制冷系统，其中，所述第二挡板的第一端的宽度足以围绕所述侧壁内表面的圆周跨越角度约为50度和约150度之间。
全文摘要
一种用于节约器的扩容箱结构，其包括设置在扩容箱(110)内部的上挡板(50)和下挡板(60)，因而可将处于中间压力的制冷剂的液体和气相分离开，并将各相制冷剂送往制冷系统(100)中的其它部件。扩容箱(110)具有常规的圆筒形，其尺寸被确定为可提供适当的内部容积用于使制冷剂膨胀到要求的压力、使所得到的制冷剂气体和制冷剂液相分离、并在液相制冷剂送到冷凝器(106)和蒸发器(108)之间的主制冷剂回路(107)以及使气相制冷剂返回压缩机(102)之前临时储存制冷剂的这两相。
文档编号F25B43/00GK101018992SQ200580018420
公开日2007年8月15日 申请日期2005年1月18日 优先权日2004年4月8日
发明者弗兰克·H·希尔四世, 柯蒂斯·C·克兰, 迈克尔·L·巴克利, 布莱克·E·斯特布利 申请人:约克国际公司