专利名称：一种可精确控制制冷量的制冷系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及一种可精确控制制冷量的制冷系统。
背景技术：
现有蒸气压缩式制冷系统中控制制冷量的方法主要有以下几种方法(l)节流控制法，(2)能量控制法，(3)旁通控制法。其中旁通控制法最节能、最有效地实现制冷量的调节。
旁通控制法包括热气旁通和液体旁通，是在制冷系统循环回路上各元器件之间连接一条旁通管线，靠控制旁通阀的开度来改变制冷系统的制冷量的输出。如美国专利US 6202431 (Adaptive hot gas bypass control for centrifUgal chillers )。此专利介绍了一种热气旁通方法，其制冷原理图如图1所示，热气旁通阀134通过管线136和138分别连接到压缩机的进排气端，当热气旁通阀134的开度增大时，使部分气态制冷剂不经过冷凝器、膨胀阀和蒸发器，直接旁通流回压縮机，这样可以减少蒸发器的供液量来实现制冷量的调节，以防止压缩机110喘振。但是釆用这种控制系统对蒸发器的回油不利，而且制冷压缩机的排气温度高，导致润滑油变稀，润滑条件恶化，甚至会引起润滑油的碳化和出现拉缸等现象。
为解决上述问题，美国专利US4769998 (Precision-controlled water chiller)中把压缩机排出的部分制冷剂蒸气通过旁通阀引入到蒸发器的进口，如图2中所示，电磁式热气旁通阀9把压缩机部分制冷剂蒸气旁通到蒸发器近口处。当热负载变小时，电^f兹式旁通阀开启并调节开度，旁通的制冷剂蒸气在蒸发装置中抵消一部分制冷量，从而降低制冷量的输出。但是未被抵消的制冷剂液体与
载冷剂换热的面积就增大了，根据公式^ = ^丄^换热量增大，获得相对较高的低压过热蒸气，同时还有抵消一部分制冷量的制冷剂蒸气和制冷剂液体换热 也变为低压过热蒸气，这样使得压缩机吸排气压力升高和吸排气温度超出了压 缩机的许可范围。
为解决上述旁通后导致压缩机吸排气温度高的不足，如图3所示，中国专 利CN1515860A(恒温液循环装置)在US4769998专利的基础上，多加了一条冷凝 旁通管线12, —端连接在冷凝器的出口，另一端连接在压缩机的吸气口，当被 控对象热负荷减小时，电子膨胀阀59的开度增大调节制冷量的输出，同时可能 导致压缩机吸排气温度升高，这时电子膨胀阀57开度增大，来自冷凝器的高温 高压液体经过电子膨胀阀57变为低温低压制冷剂液体与蒸发器出口的过热制冷 剂蒸气混合，使得压缩机的吸排气温度降低到压缩机的许可范围。但此控制方 法复杂，成本^^高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可精确控制制冷量的制冷系统，在不使用 压缩机变频或数码及不使用其它旁通技术的条件下可实现对制冷系统的制冷量 的精确调节，改善制冷系统的效率。
为实现上述目的，本实用新型釆用以下技术方案
一种可精确控制制冷量的制冷系统，包括压缩机(1 )、质量流量控制器(3 )、 冷凝器(4)、膨胀装置(5)和蒸发装置(6),还包括一涡流管(2)，所述涡流 管(2)包含进口 (2a)、热端(2c)、冷端(2b)，所述涡流管(2)的进口 (2a) 与所述压缩机(1)的排气口相连接，所述涡流管(2)的热端(2c)经所述质 量流量控制器(3)与所述冷凝器(4)的进口相连接，所述冷凝器(4)的出口 通过所述膨胀装置(5)与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述蒸发装置(6) 的出口与所述压缩机(1)的吸气口相连接；所述涡流管的冷端(2b)与所述蒸 发装置(6)的进口间还设置一旁通回路，所述涡流管(2)的冷端(2b)经所 述旁通回路与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述压缩机(1)的吸气口处设置一感温装置，所述膨胀装置(5)通过不锈钢毛细管与所述压缩机(1)吸气口处的感温装置相连接；所述所有部件通过制冷剂管道连接。
可选的，在所述冷凝器(4)的出口与所述蒸发装置(6)的出口间增设冷凝旁通回路，所述冷凝旁通回路上设有一电磁阀(8)和另一膨胀装置(9),所述冷凝器(4)的出口通过所述电磁阀(8)和另一膨胀装置(9)与所述蒸发装置(6)的出口相连接。
可选的，在所述冷凝器(4)和所述膨胀装置(5)之间增加设置一气-液热交换器(7)，所述气-液热交换器(7)包括气-液热交换器冷凝器侧入口 (7a)、气-液热交换器冷凝器侧出口 (7b)、气-液热交换器蒸发器侧入口 (7c)、气-液热交换器蒸发器侧出口 ( 7d )，所述冷凝器(4 )的出口连接所述气-液热交换器(7)的冷凝器侧入口(7a)，所述气-液热交换器(7)的冷凝器侧出口 (7b)连接所述膨胀装置(5)，所述蒸发装置(6)的出口连接所述气-液热交换器(7)的蒸发装置侧入口 (7c)，所述气-液热交换器(7)的蒸发装置侧出口 (7d)连接所述压缩4几(1)的p及气口 。
可选的，在所述膨胀装置(5)和所述蒸发装置(6)之间增设一气液分离器装置(10),所述气液分离器装置(10)，所述气液分离器装置(10)包括进口、液体出口及气态出口，所述气液分离器装置(10)的进口与所述膨胀装置(5)相连，所述气液分离器装置(10)的液体出口与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述气液分离器装置(10)的气态出口与所述蒸发装置(6)的出口间设置气体旁通回路，在所述的气体旁通回路上设有另一膨胀装置(11),所述气液分离器装置(10)的气态出口通过所述另一膨胀装置(11 )连接所述蒸发装置(6)的出口。
可选的，在所述膨胀装置(5)和所述蒸发装置(6)之间增设一气液分离器装置(10)，所述气液分离器装置(10)，所述气液分离器装置(10)包括进口、液体出口及气态出口，所述气液分离器装置(10)的进口与所述膨胀装置(5)相连，所述气液分离器装置(10)的液体出口与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述气液分离器装置10的气态出口与所述压缩机(1)的中间压力
口间设有气体旁通回路，所述的气体旁通回路上设有另一膨胀装置(11),将所
述气液分离器装置(10)的气体出口与所述压缩机(1)的中间压力口通过所述
膨胀装置(11)连接。
可选的，在所述涡流管冷端2b与所述蒸发装置6进口之间设置的旁通回路 上安装节流元件。
本实用新型的制冷系统具有以下有益效果
1. 由于涡流管的热端直接连接冷凝器的进口， 一方面提高了压缩机排气口 排出的制冷剂的温度，从而提高冷凝器与周围环境的冷凝温差，有利于冷凝器 的散热，另一方面在不提高压缩机排气压力的前提下，使制冷系统能在高温环 境正常制冷。
2. 由于涡流管的冷端旁通低温低压的制冷剂蒸气到蒸发器进口， 一方面当 外部热负载发生变化时，通过调节质量流量控制器的开度来改变冷端制冷剂的 流量和温度，从而实现制冷量与热负载的匹配。这就省去了压缩机变频或数码 的投资，而相对于其它热气旁通又有效地降低压缩机的功耗与可能出现的过载。 另 一方面还能保证蒸发装置中有足够的制冷剂流量，从而保证蒸发装置中具有 良好的带油效果，同时保证压缩机吸气口具有稳定并许可的过热度，降低了压 缩机的排气温度。
图1为现有技术中美国专利US6202431所述制冷系统的结构示意图； 图2为现有技术中美国专利US4769998所述制冷系统的结构示意图； 图3为现有技术中中国专利CN1515860A所述制冷系统的结构示意图； 图4为本实用新型所述的制冷系统中涡流管的结构示意图； 图5为本实用新型所述制冷系统第 一实施例的结构示意图； 图6为本实用新型所述制冷系统第二实施例的结构示意图；图7为本实用新型所述制冷系统第三实施例的结构示意图；图8为本实用新型所述制冷系统第四实施例的结构示意图；图9为本实用新型所述制冷系统第五实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型所提出的制冷系统作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图5，图5为本实用新型所述制冷系统第一实施例的结构示意图。如图5所示，本实用新型所述的制冷系统除压缩机l、质量流量控制器3、冷凝器4、膨胀装置5和蒸发装置6外还设置了一涡流管2,并在涡流管冷端2b与蒸发装置6的进口之间设有制冷剂旁通回路。涡流管2包含进口2a、热端2c、冷端2b,压缩机1的排气口与涡流管2的进口 2a相连接，涡流管的热端2c经质量流量控制器3与冷凝器4的进口相连接，冷凝器4的出口通过膨胀装置5与蒸发装置6的进口相连，同时膨胀装置5通过不《秀钢毛细管与压缩机1吸气口处的感温装置相连，蒸发装置6的出口连接于压缩机1的吸气口，涡流管的冷端2b经旁通回路与蒸发装置6的进口相连接行成制冷剂旁通回路。上述所有部件通过制冷剂管道依次连接。
上述本实用新型的制冷系统中所引入的涡流管2的结构如图4所示。为说明本实用新型第一实施例所迷的制冷系统的工作原理，请同时参阅图4与图5。
经过压缩的气体18进入涡流管2上的喷嘴12，在喷嘴12中膨胀并加速到音速，^人切线方向射入涡流管2的涡流室13，形成自由涡流。由于角速度的不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心层部分的气流的角速度逐渐降低;外层气流的角速度逐渐升高，因此存在着中心向外层的动量流。内层气体失去能量，从孑L板14流出时具有较低的温度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能转化为热能，使得从控制阀15流出的气体具有较高 的温度。因而涡流管2的热端2c流出的为热流16,而其冷端2b流出的则为冷 流17。
从涡流管2的热端2c处流出的制冷剂热流16通过质量流量控制器3依次 进入到冷凝器4、膨胀装置5及蒸发装置6中，最终回到压缩1的吸气口 ，从涡 流管2的冷端2b处流出的制冷剂冷流17则通过旁通回路也进入到蒸发装置6 中。
当图5所示的制冷系统的输出制冷量小于外部热负载时，调节质量流量控 制器3，使流出涡流管2热端2c的制冷剂蒸气的流量減小，此时涡流管2冷端 2b制冷剂蒸气的温度降低的幅度不大，在蒸发装置6当中抵消的制冷量就不多， 从而系统输出的制冷量增大。若系统输出的制冷量还不足以抵消外部热负载则 继续重复以上步骤，直至系统制冷量输出与外部热负栽相平衡。
当制冷系统输出制冷量大于外部热负栽时，调节质量流量控制器3使流出 涡流管2热端2c的制冷剂蒸气的流量增大，此时涡流管2冷端2b制冷剂蒸气 的温度降低的幅度增大，蒸发装置6中抵消的制冷量较多，从而系统输出的制 冷量减小。若系统输出的制冷量还大于外部热负载则继续重复以上步骤，直至 系统制冷量输出与外部热负载相平衡。 .
不论制冷系统输出制冷量是大于还是小于外部热负载，在调节调节质量流 量控制器3的同时调节膨胀装置5的开度，使压缩机1的吸气口具有稳定且许 可的过热度及排气温度，可使得上述制冷系统的制冷循环工作保持在最佳状态。
在调节质量流量控制器3时，不能使涡流管2热端2c制冷剂的流量为零或 为最大。若制冷剂的流量为零，气体全部从涡流管2冷端2b流出，则流动过程 是简单的不可逆节流，节流前后焓值不变，温度也不变；如果流量为最大，将 有少量气体进入涡流管2，此时涡流管2则相当于气体喷射器，此两种情况不会 出现冷热分流现象，所以不能控制系统的制冷量。
请参阅图6，图6为本实用新型所述制冷系统第二实施例的结构示意图。为有效提高制冷系统的性能和消除其余不良影响，在本实用新型的第二实施例中，将气-液热交换器与本实用新型前面所述的第一实施例的制冷系统相耦合。如图
6所示，在此实施例的制冷系统中引入了回热循环，即在冷凝器4和膨胀装置5之间增加一个气-液热交换器7,气-液热交换器7包括气-液热交换器冷凝器侧入口 7a、气-液热交换器冷凝器侧出口 7b、气-液热交换器蒸发器侧入口 7c、气-液热交换器蒸发器侧出口 7d,制冷剂冷凝器4的出口连接气-液热交换器7的冷凝器侧入口 7a,气-液热交换器7的冷凝器侧出口 7b连接膨胀装置5，蒸发装置6的出口连接气-液热交换器7的蒸发装置侧入口 7c，气-液热交换器7的蒸发装置側出口 7d连接压缩机1的吸气口。这样使节流前的制冷剂液体和来自蒸发装置6的低温制冷剂蒸气进行内部交换。热交换的目的是使制冷剂液体过冷，低温制冷剂蒸气过热。这样，不仅可增加单位制冷量，而且可以减小蒸气与环境空气之间的热传热温差，减小甚至消除吸气管道中的有害过热，提高系统的制冷性能。本实用新型的第二实施例中其他部件的连接及工作原理与第一实施例相同。
请参阅图7，图7为本实用新型所述制冷系统第三实施例的结构示意图。在此实施例中，将冷凝旁通技术与本实用新型前面所迷的第 一实施例的制冷系统相耦合。如图7所示，在此实施例中，在冷凝器4的出口与蒸发装置6的出口间增加一电磁阀8和一膨胀装置9通过制冷剂管道连接，从而在冷凝器4的出口与所述蒸发装置6的出口之间形成冷凝旁通回路。在本实施例中，从冷凝器4出口流出的部分制冷剂液体经过电磁阀8和膨胀装置9变为低温低压的制冷剂液体，最终和蒸发装置6出口的制冷剂蒸气混合进入压缩机1吸气口 ，保证压缩机1具有稳定的过热度，降低压缩机1排气温度，使制冷系统在最佳状态下工作。调节质量流量控制器3来调节涡流管冷端2c的温度，从而实现制冷量的调节。但是当外部热负载很小时，冷端制冷剂的温度非常低，和绝大部分来自膨胀装置5的制冷剂液体发生热交换，压缩机1的吸气温度有可能偏离其许可范围，此时电磁岡8打开，调节膨胀装置9的开度，使压缩机1的吸气温度在其许可范围之内。故在此实施例的制冷系统中通过同时调节膨胀装置5和9来 使系统工作在最佳状态。本实用新型的第三实施例中其他部件的连接及工作原 理与第一实施例相同。
请参阅图8,图8为本实用新型所述制冷系统第四实施例的结构示意图。在 此实施例中，将闪发式向蒸发装置出口制冷剂喷射与本实用新型前面所述的第 一实施例的制冷系统相耦合。如图8所示，在此实施例中，在膨胀装置5和蒸 发装置6之间增设气液分离器装置10,气液分离器装置10包括进口、液体出口 及气态出口，气液分离器装置10的进口与膨胀装置5相连，气液分离器装置IO 的液体出口与蒸发装置6的进口相连接，气液分离器装置IO的气态出口与蒸发 装置6的出口间设置气体旁通回路，在所述的气体旁通回路上设有另一膨胀装 置11，气液分离器装置IO的气态出口通过膨胀装置11连接蒸发装置6的出口。 在本实用新型的第一实施例中，制冷剂通过膨胀装置5后成为气液混合物，再 一起进入蒸发装置6蒸发，在蒸发装置6中气态制冷剂几乎不起吸热作用，却 占据一定的换热面积和体积，导致蒸发装置6传热性能下降，压损增加，降低 制冷系统的制冷量和能效比。而在本实施例所述的制冷系统在运行时，通过调 节膨胀装置11的开度，使得旁通的制冷剂的压力和蒸发装置6流出的制冷剂压 力相一致，因而提高了蒸发装置6的换热效率。本实用新型的第四实施例中其 他部件的连接及工作原理与第 一实施例相同。
请参阅图9，图9为本实用新型所述制冷系统第五实施例的结构示意图。在 此实施例中，将闪发式向压缩机中间压力制冷剂喷射与本实用新型前面所述的 第一实施例的制冷系统相耦合。如图9所示，本实施例所述的制冷系统在图8 所示的实施例四的制冷系统的基础上作了一定改进。在此实施例中，在膨胀装 置5和蒸发装置6之间增设气液分离器装置10,气液分离器装置10包括进口 、 液体出口及气态出口，气液分离器装置10的进口与膨胀装置5相连，气液分离 器装置10的液体出口与蒸发装置6的进口相连接，气液分离器装置10的气态 出口与压缩机的中间压力口间设有气体旁通回路，所述的气体旁通回路上设有另一膨胀装置11,将气液分离器装置10的气体出口与压缩机1的中间段间通过膨胀装置11连接。在图9所示的制冷系统中，气液分离器装置10气体出口流出的气态制冷剂被直接引入到了压缩机1的中间段，避免了气态制冷剂经过膨胀装置11节流到压缩冲几1的吸气口后，吸气压力再被压缩到压缩机1的中间压力，从而可降低节流损失和压缩机等熵压缩损失，从而达到节能的目的。当本实施例的制冷系统运行时，调节膨胀装置ll的开度，使得旁通的制冷剂的压力和压缩机1中间的制冷剂压力相一致，避免了节流和等熵压缩损失。本实用新型的第五实施例中其他部件的连接及工作原理与第 一实施例相同。
在本实用新型所述的制冷系统中，在上述五个具体实施例中均可在涡流管冷端2b与蒸发装置6进口之间设置的制冷剂旁通回路上进一步安装热力膨胀装置、电子膨胀装置等节流元件，从而实现对进入蒸发装置6的制冷剂的流量和温度的进一步精确控制。
以上所述的实施例仅为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此来限定本实用新型的保护范围，即依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修改仍应涵盖在本实用新型的保护范围内。
权利要求1、一种可精确控制制冷量的制冷系统，包括压缩机(1)、质量流量控制器(3)、冷凝器(4)、膨胀装置(5)和蒸发装置(6)，其特征在于，还包括一涡流管(2)，所述涡流管(2)包含进口(2a)、热端(2c)、冷端(2b)，所述涡流管(2)的进口(2a)与所述压缩机(1)的排气口相连接，所述涡流管(2)的热端(2c)经所述质量流量控制器(3)与所述冷凝器(4)的进口相连接，所述冷凝器(4)的出口通过所述膨胀装置(5)与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述蒸发装置(6)的出口与所述压缩机(1)的吸气口相连接；所述涡流管(2)的冷端(2b)与所述蒸发装置(6)的进口间还设置一旁通回路，所述涡流管(2)的冷端(2b)经所述旁通回路与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述压缩机(1)的吸气口处设置一感温装置，所述膨胀装置(5)通过不锈钢毛细管与所述压缩机(1)吸气口处的感温装置相连接；所述所有部件通过制冷剂管道连接。
2、 如权利要求1所述的可精确控制制冷量的制冷系统，其特征在于，所述 冷凝器(4)的出口与所述蒸发装置(6)的出口间增设冷凝旁通回路，所述冷 凝旁通回路上设有一电磁阀(8)和另一膨胀装置(9),所述冷凝器(4)的出 口通过所述电磁阀(8)和另一膨胀装置(9)与所述蒸发装置(6)的出口相连 接。
3、 如权利要求1所述的可精确控制制冷量的制冷系统，其特征在于，在所 迷冷凝器(4)和所述膨胀装置(5)之间增加设置一气-液热交换器(7),所述 气-液热交换器(7)包括气-液热交换器冷凝器側入口 (7a)、气-液热交换器冷 凝器側出口 (7b)、气-液热交换器蒸发器侧入口 (7c)、气-液热交换器蒸发器侧 出口 (7d)，所述冷凝器(4)的出口连接所述气-液热交换器(7)的冷凝器侧入 口(7a)，所述气-液热交换器(7)的冷凝器侧出口 (7b)连接所述膨胀装置(5), 所述蒸发装置(6 )的出口连接所述气-液热交换器(7)的蒸发装置侧入口 ( 7c ), 所述气-液热交换器(7)的蒸发装置側出口 (7d)连接所述压缩机(1)的吸气Cf 。
4、 如权利要求1所述的可精确控制制冷量的制冷系统，其特征在于，在所 述膨胀装置(5)和所述蒸发装置(6)之间增设一气液分离器装置(10)，所述 气液分离器装置(10)，所迷气液分离器装置(10)包括进口、液体出口及气态 出口，所述气液分离器装置(10)的进口与所述膨胀装置(5)相连，所述气液 分离器装置(10)的液体出口与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述气液分 离器装置(10)的气态出口与所述蒸发装置(6)的出口间设置气体旁通回路， 在所述的气体旁通回路上设有另一膨胀装置(11),所述气液分离器装置(10) 的气态出口通过所述另一膨胀装置(11)连接所述蒸发装置(6)的出口。
5、 如权利要求1所述的可精确控制制冷量的制冷系统，其特征在于，在所 述膨胀装置(5)和所述蒸发装置(6)之间增设一气液分离器装置(10),所述 气液分离器装置(10)，所迷气液分离器装置(10)包括进口、液体出口及气态 出口，所述气液分离器装置(10)的进口与所述膨胀装置(5)相连，所述气液 分离器装置(10)的液体出口与所述蒸发装置(6)的进口相连接，所述气液分 离器装置IO的气态出口与所述压缩机(1)的中间压力口间设有气体旁通回路， 所述的气体旁通回路上设有另一膨胀装置(11)，将所述气液分离器装置(10) 的气体出口与所述压缩机(1)的中间压力口通过所述膨胀装置(11 )连接。
6、 如权利要求1至5中任一权利要求所述的可精确控制制冷量的制冷系统， 其特征在于，在所述涡流管(2)的冷端(2b)与所述蒸发装置(6)进口之间 设置的旁通回路上安装节流元件。
专利摘要本实用新型提供了可精确控制制冷量的制冷系统。本实用新型提供了一种可精确控制制冷量的制冷系统，通过把涡流管设置在压缩机和冷凝器之间，涡流管冷端把低温低压的制冷剂蒸气旁通到蒸发装置进口，从而实现了在不使用压缩机变频或数码及不使用其它旁通技术的条件下精确调节制冷系统的制冷量，提高了制冷系统的效率。
文档编号F25B41/00GK201401997SQ200920070378
公开日2010年2月10日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者卜荣翔, 张孝松, 飞 王, 龚岳俊 申请人:上海微电子装备有限公司