专利名称：同轴节能器组件和方法
同轴节能器组件和方法相关申请的交叉引用无联邦赞助研发无
背景技术：
本发明总地涉及用在具有至少两级压缩的制冷系统中的用于闪蒸冷却制冷剂流 体的节能器，且具体地是与冷凝器或例如蒸发器的其它结构同轴布置的节能器。制冷系统通常包括制冷回路以提供用于冷却指定建筑空间的冷却水。典型的制冷 回路包括压缩制冷剂气体的压缩机、将压缩的制冷剂冷凝成液体的冷凝器、以及利用液体 制冷剂来冷却水的蒸发器。然后将冷却水用管道送到所要冷却的空间。—个这种制冷或空气调节系统使用至少一个离心式压缩机并称为离心式冷却器。 离心式压缩涉及仅几个机械部件的纯转动运动。单个离心式压缩机冷却器，有时也称为单 级冷却器，通常制冷量范围在100至2000冷吨以上。通常，离心式冷却器可靠性高，且需要 较少维护。离心式冷却器在商业上和其它有高冷却和/或加热要求的设施中消耗大量的能 源。这种冷却器在某些情况下具有高达30年或更久的运行寿命。离心式冷却器在用于例如建筑物、城市住宅(例如多层建筑物)或大学校园时提 供一定的优点和效率。这些冷却器在包括中东条件在内的宽范围温度应用中是有用的。较 低制冷量的螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或往复型压缩机通常用于例如基于水的冷却器应用。现有冷却器中的一个部件是节能器。该节能器改进系统的运行效率。节能器通常用在制冷系统的冷凝器与蒸发器之间以将制冷剂流体冷却到其离开 冷凝器的温度以下。当制冷剂流体从冷凝器流过喷嘴、孔或其它降压装置进入压力较低的 腔室时，通过制冷剂流体的一部分的蒸发来实现闪蒸冷却。闪蒸制冷剂通过在蒸发时吸收 热量来冷却其余流体。在与冷却流体分离时，将制冷剂蒸气或闪蒸气体传送到以中间压力 运行的压缩机级的入口。冷却的制冷剂流体从节能器流到蒸发器，制冷剂在蒸发器处与例 如水的其它流体热交换而蒸发，从而满足冷却负荷。离开蒸发器的制冷剂蒸气通常以两级 或多级压缩形式进行压缩。现有节能器已设计成分开的单元，与冷却器系统共有的冷凝器、 压缩机和其它结构不同。现有冷却器设计还通常将压缩机的第一级排放连接到第二级压缩机，并包括复杂 的浇铸件和管道布置。这些设计有时称为两级串联(in-line)设计。实质上，这些串联设计具有一系列连续浇铸件，允许将离开第一级压缩机的排放 气体输送到第二级压缩机的入口内。第一级压缩机的叶轮机对所压缩的流体施加相当大的 切向速度。具有切向速度的流体称为涡旋流动。当流体流过第一级压缩机的扩散器时，其 穿过180°的U形弯曲件。在返回通道弯曲件内的一组轮叶通常用于在入口处力图将流体流动沿轴向方向引导到第二级压缩机。该涡旋流体流动与来自节能器的闪蒸气体流动组合 以实质上内部冷却第一级压缩的涡旋气体。实践中，两种流动的混合并不像所要求那样彻 底，且主要在流体流动路径下游足够远处进行，例如在第二级叶轮机内进行，仅得到适度的 效率改进。
发明内容
根据本发明的较佳实施例，用在冷却器系统内的同轴节能器包括具有公共纵向轴 线的内部壳体和外部壳体。外部壳体具有用于从多级压缩机的上游压缩机级接收流体的入 口和用于将流体传送到多级压缩机的下游压缩机级的出口。流动室形成围绕内部壳体的流 体流动路径。闪蒸室用于将液态流体闪蒸成气态。所述闪蒸室与流动室之间的流动通路将 闪蒸气体从闪蒸室传送到流动室。从闪蒸室传送的闪蒸气体和从外部壳体的入口接收的流 体沿朝向外部壳体出口的流体流动路径混合。在本发明的又一较佳实施例中，一种使流体流过冷却器系统内同轴节能器的方 法，包括以下步骤将流体从多级压缩机的上游压缩机级接收到同轴节能器内；在同轴节 能器的闪蒸室内将液体闪蒸成气体；使闪蒸室内的气体通过流动通路通入同轴节能器的流 动室；以及使从闪蒸室传送的气体和从外部壳体的入口接收的流体沿流体流动路径混合和 流动，并到达同轴节能器的出口。该方法的同轴节能器包括具有公共纵向轴线的内部壳体 和外部壳体，所述外部壳体具有用于从上游压缩机级接收流体的入口和用于向下游压缩机 级传送流体的出口 ；流动室，该流动室形成围绕内部壳体的流体流动路径；闪蒸室，该闪蒸 室用于将液态流体闪蒸成气态；以及所述闪蒸室与流动室之间的流动通路，该通路用于将 闪蒸气体从闪蒸室传送到流动室；其中从闪蒸室传送的闪蒸气体和从外部壳体的入口接收 的流体沿朝向外部壳体出口的流体流动路径混合。同轴节能器的各实施例消除常规线性设计，将多个功能组合在一个一体式系统 内，改进了进入第二级之前内部冷却气体的流体混合，并改进了通过系统的流体流动动力 学(例如涡旋减少)，这又改进了冷却器性能。该同轴节能器可在宽制冷量范围内运行，并 以紧凑尺寸提供改进的效率。本发明的其它优点和结构将从本发明的较佳实施例的说明书和以下权利要求书 中显现出来。
以下附图尽可能地包括指示相同特征的相同附图标记图1示出根据本发明一实施例的冷却器系统和各种部件的立体图。图2示出冷却器系统的端部剖切图，示出根据本发明一实施例用于冷凝器和蒸发 器的管布置。图3示出根据本发明一实施例的冷却器系统的另一立体图。图4示出用于根据本发明一实施例的冷却器系统的多级离心式压缩机的剖视图。图5示出根据本发明一实施例的附连到同轴节能器布置的共形吸出管的立体图。图6示出根据本发明一实施例定位在附连到终级压缩机上游的同轴节能器布置 的共形吸出管之间的三个腿部吸入管的第一腿部内的涡旋减少器和旋涡隔板。
具体实施例方式参照附图的图1-3，用于制冷系统的冷却器或冷却器系统20。图1-3中示出单个 离心式冷却器系统和冷却器20的基本部件。冷却器20包括为了图的简化而未示出的多个 其它常规结构。此外，作为详细说明的序文，应当注意到，在本说明书和所附权利要求书中 所使用的单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括复数形式，除非文中清楚地另有说明。在所示实施例中，冷却器20包括蒸发器22、多级压缩机24和同轴节能器40，多级 压缩机24具有由变速直接驱动永磁电动机36驱动的非终级压缩机26和终级压缩机28，同 轴节能器40带有冷凝器44。冷却器20是指约250至2000冷吨或更大范围内的相对大冷 吨位的离心式冷却器。在较佳实施例中，压缩机级数命名表示在冷却器的压缩机部分内有多个不同级别 的气体压缩。尽管下文将多级压缩机24描述为较佳实施例中的两级构造，但本领域的普通 技术人员会容易地理解，考虑到本发明的各实施例和特征不仅包括并应用于两级压缩机/ 冷却器，而且还包括并应用于单级或其它串联或并联的多级压缩机/冷却器。参照图1-2，例如，示出较佳蒸发器22为壳管式。这种蒸发器是满溢式。蒸发器 22也可以是其它已知类型并可布置成单个蒸发器或者串联或并联的多个蒸发器，例如将单 独的蒸发器连接到每个压缩机。如下文进一步解释的那样，蒸发器22也可与节能器42同 轴布置。蒸发器22可由碳钢和/或包括铜合金传热管在内的其它适当材料制成。蒸发器22内的制冷剂实施冷却功能。在蒸发器22内发生热交换过程，其中液态制 冷剂通过蒸发成蒸气而改变状态。该状态改变以及制冷剂蒸气的任何过热产生冷却效应， 该冷却效应冷却穿过蒸发器22内蒸发器管48的液体(通常是水)。容纳在蒸发器22内的 蒸发器管48可具有各种直径和厚度并通常由铜合金制成。各管可以是可更换的，并机械地 扩展成管板且是外部有翅片的无缝管。将冷却水或加热水从蒸发器22泵吸到空气处理单元(未示出)。将来自正在调节 温度的空间的空气抽吸经过空气处理单元内的盘管，该空气处理单元在空气调节的情况下 包含冷却水。冷却抽入的空气。然后强制冷却空气通过空气调节空间并冷却该空间。此外，在蒸发器22内发生热交换过程期间，制冷剂蒸发并作为低压(相对于该级 别排放)气体被引导通过非终级吸入入口管50，到达非终级压缩机26。非终级吸入入口管 50可以是例如连续肘管或多件式肘管。例如在图1-3的非终级吸入入口管50的实施例中示出三件式肘管。非终级吸入 入口管50的内径的尺寸设置成使液态制冷剂液滴被抽入非终级压缩机26的风险最小。例 如，其中非终级吸入入口管50的内径可根据对目标质量流率的每秒60英尺限速、制冷剂温 度以及三件式肘管构造来设置尺寸。在多件非终级吸入入口管50的情况下，每个管件的长 度也可定尺寸成用于较短的出口部分以例如使角部旋涡的产生最少。为了调节从非终级吸入入口管50输送到非终级压缩机26的流体流动分布，如图 6所示且在下文进一步描述的涡旋减少器或减涡器146可以选配地包含在非终级吸入入口 管50内。制冷剂气体在其被多级离心式压缩机24、且具体是非终级离心式压缩机26抽吸 时穿过非终级吸入入口管50。通常，在冷却器的封闭制冷回路运行期间，多级压缩机通过一个或多个叶轮机的
7转动多级压缩制冷剂气体和其它气化流体。该转动使流体加速，且又增加流体的动能。由 此，压缩机使诸如制冷剂的流体的压力从蒸发压力上升到冷凝压力。该布置提供了从较低 温度环境吸热并将热量排放到较高温度环境的有效装置。较佳压缩机组件可包括混合流动叶轮机和/或入口流动调节组件，该组件的结 构、功能和运行的细节公开在共同转让给本发明受让人的共同待审查申请第12/034，594 号、第12/034，607号以及第12/034，608号中，并清楚地以参见的方式纳入本文。较佳压缩 机组件的简要讨论如下；但是，其它压缩机组件也可用于本发明的各实施例。现参照图4，压缩机24通常是电动机驱动的单元。可变速驱动系统驱动多级压缩 机。可变速驱动系统包括较佳地位于非终级压缩机26与终级压缩机28之间的永磁电动机 36以及用于低压(小于约600伏)、50Hz和60Hz应用的具有功率电子器件的可变速驱动 器38。可变速驱动系统效率、到电动机轴输出的线路输入可较佳地实现系统运行范围内约 95%的最小值。尽管常规类型的电动机可用于本发明的实施例并从中受益，但较佳的电动机是永 磁电动机36。永磁电动机36与其它电动机类型相比可增加系统效率。较佳电动机36包括直接驱动、可变速、密封、永磁电动机。可通过改变供给到电 动机36的电功率的频率来控制电动机36的速度。较佳电动机36的马力可在约125至约 2500马力范围内变化。永磁电动机36受可变速驱动器38的控制。一实施例的永磁电动机38紧凑、高效、 可靠且与常规电动机相比相对安静。由于减小了压缩机组件的物理尺寸，所以使用的压缩 机电动机必须在尺寸上成比例以完全实现改进的流体流动路径和压缩机构件形状和尺寸 的优点。与采用感应电动机的压缩机组件的常规现有设计相比较时，电动机36体积减小约 30至50%或更多，并具有超过250冷吨的制冷量。本发明实施例产生的尺寸缩小通过使用 与通过更常规实践中所能实现的相比更少的材料和更小的尺寸而提供高效、可靠且安静运 行的更大可能性。通常AC电源(未示出)将对可变速驱动器38供给多相电压和频率。根据AC电 源，输送到可变速驱动器38的AC电压或线路电压在50Hz或60Hz的线路频率下通常具有 200V、230V、380V、415V、480V 或 600V 的标称值。永磁电动机36包括转子68和定子70。定子70包括围绕层叠钢极形成的线圈，层 叠钢极将可变速驱动器施加的电流转换成转动磁场。定子70安装在压缩机组件内固定位 置并围绕转子68安装，用转动磁场包围转子。转子68是电动机36的转动部件并包括具有 永磁体的钢结构，其提供与转动定子磁场相互作用的磁场以产生转子扭矩。转子68可具有 多个磁体并可包括埋入转子钢结构内或安装在转子钢结构表面的磁体。转子68表面安装 磁体用低损失细丝、金属保持套管或通过其它装置固定到转子钢支承件。永磁电动机36的 性能和尺寸部分地归因于使用高能量密度的永磁体。使用高能量密度磁材料(至少20MG0e (兆高斯奥斯特))形成的永磁体形成强的、 比常规材料更密的磁场。用具有更强磁场的转子，可产生更大的扭矩，且形成的电动机与包 括感应电动机在内的常规电动机相比每单位体积可产生更大的马力输出。通过比较，永磁 体电动机36的每单位体积的扭矩比用在相当制冷量的制冷冷却器中的感应电动机的每单 位体积的扭矩高至少约75%。结果是较小尺寸的电动机符合特定压缩机组件的所要求的马力。用转子68内永磁体的数量和放置可实现其它制造、性能、运行方面的优点和缺 点。例如，由于没有中介材料的磁损失，易于制造成形成精确磁场，且有效使用转子场而产 生响应度高的转子扭矩，所以表面安装磁体可用于实现更大的电动机效率。同样，埋入磁体 可用于实现更简单制造的组件并反应于负载变化来控制启动和运行转子扭矩。诸如滚动件轴承(REB)或液体动压轴承之类的轴承可以是油润滑的。其它类型的 轴承可以是无油系统。制冷剂润滑的特定类别的轴承是箔带轴承且另一种使用具有陶瓷滚 珠的REB。每个轴承类型具有对本领域技术人员显而易见的优点和缺点。可采用适于保持 约2000至约20000RPM转动速度范围的任何轴承类型。用于永磁电动机36的转子68和定子70端匝损失与包括感应电动机在内的某些 常规轴承相比非常低。因此电动机36可通过系统制冷剂来冷却。由于液体制冷剂仅需要 接触定子70的外径，所以可免除通常用在感应电动机定子内的电动机冷却馈送环。或者， 可计量制冷剂到定子70的外表面或到定子70的端匝以提供冷却。可变速驱动器38通常将包括电源转换器，该电源转换器包括线路整流器和线路 电流谐波减少器，功率电路和控制电路(这种电路还包括所有的通信和控制逻辑，包括电 子功率切换电路)。可变速驱动器38将响应于例如从与冷却器控制面板182关联的微处理 器(也未示出)接收的信号来通过改变供给到电动机36的电流的频率来增加或减小电动 机的速度。电动机36和/或可变速驱动器38或其各部分的冷却可通过使用在冷却器系统 20内循环的制冷剂或通过其它常规冷却方法进行。利用电动机36和可变速驱动器38，非 终级压缩机26和终级压缩机28通常具有约250冷吨至约2000冷吨或更大范围内的有效 制冷量，具有从约2000至约20000RPM的全负荷速度范围。继续参照图4并转向压缩机结构，非终级或上游压缩机26、终级或下游压缩机28 和任何中间级压缩机(未示出)的结构和功能如果不完全相同也基本上相同，且因此例如 图4所示类似地进行表示。但是在较佳实施例中存在压缩机级之间的区别，并将在下文讨 论其区别。未讨论的特征和区别对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。较佳的非终级压缩机26具有压缩机壳体30，该压缩机壳体30具有压缩机入口 32 和压缩机出口 34。非终级压缩机26还包括入口流动调节组件54、非终级叶轮机56、扩散器 112和非终级外部蜗壳60。非终级压缩机26可具有一个或多个可转动叶轮机56，用于压缩诸如制冷剂的流 体。这种制冷剂可以是液体、气体或多相的，并可包括R-123制冷剂。也可考虑诸如R-134a、 R-245fa、R-141b及其它的其它制冷剂以及制冷剂混合物。此外，本发明还考虑使用共沸混 合物，非共沸混合物和/或其混合物或掺合物已经开发作为通用的所考虑的制冷剂的替代 物。通过使用电动机36和可变速驱动器38，多级压缩机24在冷却器系统上的流动或 压头要求不需要压缩机以最大制冷量运行时可低速运行，且在对冷却器制冷量的需求增加 时高速运行。即，电动机36的速度可改变成与变化的系统要求相匹配，这致使与没有可变 速驱动器的压缩机相比提高约30%的系统运行效率。通过在冷却器上的负荷或压头不高或 不是其最大值时低速运行压缩机24，可提供足够的制冷效果来以节能方式冷却减少的热负 荷，使冷却器从运行成本观点看更经济，并使冷却器的运行与不能进行这种负荷匹配的冷却器相比极为高效。仍参照图1-4，将制冷剂从非终级吸入管50抽吸到非终级压缩机26的一体式入口 流动调节组件54。一体式入口流动调节组件54包括入口流动调节壳体72，该入口流动调 节壳体72形成具有流动调节通道入口 76和流动调节通道出口 78的流动调节通道74。通 道74部分地由具有护罩侧表面82的护罩壁80、流量调节前端84、压杆86、流量调节体92 以及多个入口引导轮叶/叶片100限定。这些结构可以以涡旋减少器146作为补充，协作 以产生输送到叶片100的流体流动特性，使得需要叶片100的较少转动来形成用于在叶轮 机56、58内高效运行的目标涡旋分布。图4还示出双端轴66，该双端轴66具有安装在轴66 —端上的非终级叶轮机56和 在轴66另一端上的终级叶轮机58。该实施例的双端轴构造允许进行两级或多级压缩。叶 轮机轴66通常是动态平衡的，以用于减振运行，较佳地且主要地用于无振运行。叶轮机56、58，轴66和电动机36的不同布置和定位对本领域的普通技术人员来说 是显而易见的，且在本发明的范围内。还应当理解，在该实施例中，叶轮机56、叶轮机58和 增加到压缩机24的任何其它叶轮机的结构和功能即使不完全相同也基本上相同。但是，叶 轮机56、叶轮机58和任何其它叶轮机可能必须提供叶轮机之间不同的流动特性。在较佳实施例中，将流体从叶轮机56、58和扩散器112输送到分别用于每级的非 终级外部蜗壳60和终级外部蜗壳62。图1-4所示的蜗壳60、62是外部蜗壳。蜗壳60、62 具有大于扩散器112出口处质心半径的质心半径。蜗壳60、62对每级分别具有弯曲漏斗形 且面积向排放端口 64增加。稍离开最大值扩散器中心线的蜗壳有时称为外悬。该实施例的外部蜗壳60、62代替常规返回通道设计并包括两个部分涡卷部分和 排放圆锥部分。在部分负荷时使用蜗壳60、62与返回通道相比降低损失，且在全负荷时具 有大约相同或更少的损失。由于横截面面积增加，蜗壳60、62的涡卷部分内的流体处于大 约恒定的静态压力，从而其在扩散器出口处产生无变形边界条件。该排放圆锥通过面积增 加而增加交换动能时的压力。在该实施例的非终级压缩机26的情况下，将流体从外部蜗壳60输送到同轴节能 器40。在该实施例的终级压缩机28的情况下，将流体从外部蜗壳62输送到冷凝器44 (可 与节能器同轴布置)。现转向同轴节能器40，同轴节能器40具有与冷凝器44同轴布置的节能器42。申 请人将该布置称为示例性同轴节能器40。同轴节能器40将多种功能组合成一个整体系统 并进一步提高系统效率。同轴用于表示其中一个结构(例如节能器42)具有与至少一个另 一结构(例如冷凝器44或蒸发器22)重合的轴线的普通含义。对较佳同轴节能器40的讨 论如下。通过使用同轴节能器40，可对冷却器20内发生的压缩过程增加附加效率，并增加 冷却器20的总体效率。同轴节能器40将多种功能组合成一个整体系统并进一步提高系统 效率。在本发明范围内的其它同轴节能器布置是显而易见的。例如，尽管在较佳实施例 中节能器42围绕冷凝器44并与其同轴，但本领域的技术人员应当理解，在某些情况下节能 器42围绕蒸发器22可能是有利的。这种情况的一个实例是其中由于特定应用或使用冷却 器20，需要蒸发器22在由节能器42围绕时实际上用作散热装置来提供对流过节能器40的制冷剂气体的附加中间级冷却，预期产生冷却器20内制冷循环的总体效率的增加。如图2和6所示，同轴节能器包括具有公共纵向轴线的内部壳体184和外部壳体 186。外部壳体186具有用于从多级压缩机的一级接收流体的入口和用于将流体传送到多 级压缩机的一级的出口。节能器40较佳地具有两个腔室流动室，该流动室形成围绕内部壳体的流体流动 路径；以及节能器闪蒸室158，该闪蒸室用于将液态流体闪蒸成气态。在一实施例中，节能 器40具有通过两个螺旋式挡板154隔离的两个腔室。挡板154的数量可变化。挡板154 将节能器闪蒸室158与过热室160隔离。节能器闪蒸室158包含两相流体气体和液体。冷凝器44将液体供给到节能器闪 蒸室158。图6所示的螺旋式挡板154形成所述闪蒸室158与流动室160之间的流动通路 156，该流动通路用于将闪蒸气体从闪蒸室158传送到流动室160。该较佳布置使得从闪蒸 室158传送的闪蒸气体和从外部壳体186的入口接收的流体能够沿朝向外部壳体186出口 的流体流动路径混合。在一实施例中，图6中所示的螺旋式挡板154形成由两个喷射狭槽 限定的流动通路156。流动通路156可采取其它形式，诸如挡板154上的多个穿孔。在运行期间，通过喷射狭槽156将节能器闪蒸室158内的气体抽出进入过热室 160。螺旋式挡板154定向成使流体通过螺旋式挡板154的两喷射狭槽156流出。流体沿 与从非终级压缩机26排出的流动大致相同的切线方向流出。流动通路156的表面面积的 尺寸设置成在流动通路156内产生相对于相邻的局部混合过热室160 (吸入管侧)大致匹 配的速度和流率。这需要流动通路156的基于切向排放圆锥流动的位置的不同喷射表面面 积，其中最靠近最短路径长度距离形成较小间隙，在最远路径长度距离形成较大间隙。当例 如使用两级以上压缩时可设置中间过热室160和闪蒸室。节能器闪蒸室158引入流过冷却器20的总流体的约10% (可以更多或更少)。节 能器闪蒸室158用来自非终级压缩机26的排放圆锥的过热气体引入较低温度的节能器闪 蒸气体。同轴节能器42布置将来自节能器闪蒸室158的固有局部涡旋与通过非终级压缩 机26的切向排放(在一实施例中通常在冷凝器44的外径顶部和同轴布置的节能器42的 内径上的排放)引起的总体涡流充分混合。将腔室162内的液体输送到蒸发器22。节能器闪蒸室158底部内的液体与过热 室160密封。液体室162的密封可通过将挡板154焊接到同轴布置的节能器42的外壳体 来密封。将其它匹配表面之间的泄漏最小化至小于约5%。除了将多个功能组合到一个整体系统中之外，同轴节能器40还形成紧凑的冷却 器20布置。该布置之所以有利还因为与现有节能器系统相比，来自节能器闪蒸室158的闪 蒸流体更好地与来自非终级压缩机26的流动混合，在现有节能器系统中有闪蒸节能器气 体在进入终级压缩机28之前不混合的倾向。此外，当混合的流出过热气体沿周向行进到终 级压缩机28并到达切向终级吸入入口 52时，同轴节能器40消散局部圆锥排放涡旋。尽管 在终级吸入入口管52的入口处存在一定的总体涡旋，但与非终级压缩机26圆锥排放涡旋 速度相比同轴节能器40将流体涡旋减少约80%。可以可选地通过在终级吸入管52内增加 涡旋减少器或减涡器146来减少其余的总体涡旋。转向图6，可增加旋涡隔板164来控制共形吸出管142的四分之一部分内的强烈局部角涡系。旋涡隔板164的位置是在同轴布置的节能器42和共形吸出管142的最相切交 叠点(pick up point)上的相对侧上。旋涡隔板164较佳地通过从共形吸出管142的内径 突出的金属板裙部(需要不超过一半的管或180度)形成，并界定冷凝器44的外径与同轴 布置的节能器42的内径之间的表面。旋涡隔板164消除在吸出管142的入口区域内形成 的角旋涡或使其最少。在供给入口流动调节组件54之前螺旋吸出管142围绕更大角距离 缠绕的情况下，可能不需要使用旋涡隔板164。通过终级压缩机28的终级叶轮机58从该实施例的同轴节能器40抽吸制冷剂蒸 气并将其输送到共形吸出管142。参照图5，共形吸出管142具有约180度的总管绕角度， 该管绕角度示出为从吸出管142自恒定面积变化的位置开始到其具有零面积的位置。吸出 管142的吸出管出口 144具有与共轴布置的节能器42的冷凝器44的内径位于相同平面内 的外径表面。共形吸出管142实现进入下一级压缩的改进的流体流动分布、变形控制和涡 旋控制。共形吸出管142可具有多个腿部。使用多个腿部比图5所示的共形吸出管142生 产成本更低。使用这种构造具有小于90度的总管绕角度，该管绕角度从突出的管自恒定面 积变化的位置开始到减小得多的面积的位置。具有多个腿部的吸出管142实现对分布、变 形和涡旋控制的约80%的理想管结果。仍参照图6，将流体从吸出管142输送到终级吸入管52。终级吸入管52的构造与 入口吸入管50如果不完全相同构造也与其类似。所述吸入管50、52可以是三件式肘管。例 如，所示终级吸入管52具有第一腿部52A、第二腿部52B和第三腿部52C。可选的是，涡旋减少器或减涡器146可定位在终级吸入管52内。较佳涡旋减少器 146的结构、功能和运行的细节公开在共同转让给本发明受让人的共同待审查申请序列号 第—，并清楚地以参见的方式纳入本文。较佳涡旋减少器146的简要讨论如下；但是，其 它涡旋减少器也可用于本发明的各实施例。涡旋减少器146可定位在第一腿部52A、第二腿部52B或第三腿部52C内。参照图 6，涡旋减少器146的实施例具有流动导管148和连接到流动导管148以及吸入管50、52的 径向轮叶150。流动导管148和径向轮叶150的数量可根据设计流动条件而变化。流动导 管148和曲面或非曲面径向轮叶150形成多个流动室152。涡旋减少器146定位成使流动 室152具有与吸入管50、52重合的中心。涡旋减少器146将涡旋的上游流动变成涡旋减少 器146下游的基本上轴向流动。流动导管148较佳地具有两个同心的流动导管148并选择 成实现相同的面积并使阻塞最少。腔室152的数量通过所要求的涡旋控制的量来设置。越多的腔室和越多的轮叶以 更大的阻塞为代价产生更好的减涡控制。在一实施例中，有四个径向轮叶150，轮叶150的 尺寸和形状无分别地做成将切向速度分量转换成轴向，并提供最少阻塞。涡旋减少器146的位置可根据设计流动条件而位于吸入管52内的其它位置。如 上所述，涡旋减少器146可放置在非终级吸入管50内或终级吸入管52内，在两所述管内或 根本不使用。此外，涡旋减少器146的外壁可与吸入管52的外壁重合并附连。或者，可将一个或 多个流动导管148和一个或多个径向轮叶150附连到外壁并作为完整单元插入吸入管50、 52内。
如图6所示，径向轮叶150的一部分在上游延伸超过流动管道148。在一实施例 中，径向轮叶150的总弦长设置成为吸入管50、52的直径的大约一半。径向轮叶150具有 曲面卷状物。径向轮叶150的曲面卷状物卷成径向轮叶150的最初约40%。曲面卷状物可 变化。径向轮叶150的脊线曲率半径设置成与流动入射角相匹配。人们可以通过将前缘圆 卷过径向轮叶150的翼展来增加入射范围。径向轮叶150的径向非曲面部分(没有几何转弯)在径向轮叶150的弦长的约 60%处被同心流动导管148捕集。制冷剂流出定位在终级吸入管52内的涡旋减少器146 并进一步被终级压缩机28抽吸到下游。流体通过终级压缩机28压缩(类似于非终级压缩 机26的压缩)并通过外部蜗壳62排放出终级压缩机出口 34而进入冷凝器44。参照图2， 来自终级压缩机28的锥形排放口大致与冷凝器管束46相切地进入冷凝器。现转向图1-3和6所示的冷凝器44，冷凝器44可以是壳管式的，且通常通过液体 冷却。通常为城市用水的液体通入并通出冷却塔，并在与热的压缩系统制冷剂通过热交换 被加热后流出冷凝器44，制冷剂被引导出压缩机组件24以气体状态进入冷凝器44。冷凝 器44可以是一个或多个分开的冷凝器单元。较佳的是，冷凝器44可以是同轴节能器40的 一部分。从制冷剂抽取的热或者通过空气冷却冷凝器直接排放到大气或通过与另一水回 路和冷却塔的热交换间接排放到大气。加压液体制冷剂从冷凝器44穿过，通过诸如小孔 (未示出)的膨胀装置来降低制冷剂液体的压力。发生在冷凝器44内的热交换过程使输送到此的相对热的压缩制冷剂气体冷凝并 作为相对冷得多的液体积在冷凝器44底部内。然后将冷凝的制冷剂引导出冷凝器44、穿过 排放管、到达计量装置(未示出)，该计量装置在较佳实施例中是固定小孔。制冷剂在穿过 计量装置的其通路内压力减小，并通过膨胀过程又进一步被冷却，并接着主要以液体形式 被输送通过管道返回例如蒸发器22或节能器42诸如小孔系统的计量装置可以本领域公知的方式实施。这种计量装置可保持整个 负荷范围的冷凝器42、节能器42和蒸发器22之间的正确压力差。此外，压缩机和冷却器系统的运行通常通过例如微机控制面板182控制，该微机 控制面板182与位于冷却器系统内的传感器连接，这允许冷却器可靠运行，包括冷却器运 行状态的显示。可将其它控制器链接到微机控制面板，诸如压缩机控制器；可与其它控制 器联接以改进效率的系统监管控制器；软式电动机起动器控制器；用于调节引导叶片100 的控制器和/或避免系统流体冲击的控制器；用于电动机或可变速驱动器的控制电路；并 如所应当理解的那样还可考虑其它传感器/控制器。应当显而易见的是，可提供与例如可 变速驱动器和冷却器系统20的其它部件的运行关联的软件。对本领域的普通技术人员显而易见的是，所揭示的离心式冷却器可容易地在其它 环境中以各种规格实施。各种电动机类型、驱动机构和构造用于本发明各实施例对本领域 的普通技术人员来说是显而易见的。例如，多级压缩机24的实施例可以是通常采用感应电 动机的直接驱动或齿轮驱动型。冷却器系统也可串联或并联地连接和运行(未示出)。例如，可将四个冷却器连接 成根据建筑负荷和其它典型运行参数以25%的制冷量运行。本发明所要求保护的范围如以上说明书所描述那样由权利要求书来限定。尽管已
13经示出和描述了本发明的特定结构、实施例和应用，包括最佳模式，但本领域的普通技术人 员可能理解其它特征、实施例或应用也在本发明的范围为内。因此还考虑到权利要求书将 覆盖这些其它特征、实施例或应用，并包含落入本发明精神和范围内的这些特征。
权利要求
一种用在冷却器系统内的同轴节能器，所述同轴节能器包括a.具有公共纵向轴线的内部壳体和外部壳体；所述外部壳体具有用于从多级压缩机的上游压缩机级接收流体的入口和用于向下游压缩机级传送流体的出口；b.流动室，所述流动室形成围绕所述内部壳体的流体流动路径；c.闪蒸室，所述闪蒸室用于将液态流体闪蒸成气态；以及d.所述闪蒸室与所述流动室之间的流动通路，所述流动通路用于将闪蒸气体从所述闪蒸室传送到所述流动室；其中从所述闪蒸室传送的所述闪蒸气体和从所述外部壳体的所述入口接收的所述流体沿朝向所述外部壳体的所述出口的流体流动路径混合。
2.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述流体是选自液态、气态或多相的 R-123、R-134a 或 R-22 的制冷剂。
3.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述流体是共沸混合物、非共沸混合 物或其液态、气态或多相的混合物或掺合物。
4.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述内部壳体由冷凝器形成，且所述 外部壳体由节能器形成。
5.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述内部壳体由蒸发器限定，且所述 外部壳体由节能器限定。
6.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，挡板内的狭槽限定所述流动通路；所 述挡板定位在所述流动室与所述闪蒸室之间并限定所述闪蒸室与所述流动室之间的相连 边界。
7.如权利要求6所述的同轴节能器，其特征在于，所述挡板将流体密封在所述闪蒸室 内以免流入所述流动室。
8.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，至少两个狭槽由用于所述流动通路 的至少两个螺旋式挡板形成；所述螺旋式挡板定位在所述流动室与所述闪蒸室之间并限定 所述闪蒸室与所述流动室之间的相连边界。
9.如权利要求6所述的同轴节能器，其特征在于，所述流动通路包括挡板上用于将气 体从所述闪蒸室传送到所述流动室的多个穿孔。
10.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述流动通路构造成以与在所述外 部壳体的所述入口处接收的所述流体流动大致相同的方向输送所述流体。
11.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述同轴节能器的所述内部壳体包 括冷凝器。
12.如权利要求11所述的同轴节能器，其特征在于，所述外部壳体还包括用于从所述 上游压缩机级接收所述流体的入口 ；所述冷凝器构造成从所述上游压缩机级接收流体；以 及所述上游级压缩机是非终级压缩机，且所述下游级是终级压缩机。
13.如权利要求12所述的同轴节能器，其特征在于，所述终级压缩机构造成大致与冷 凝器管束相切地将流体输送到所述冷凝器内。
14.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述同轴节能器的所述内部壳体包 括蒸发器。
15.如权利要求14所述的同轴节能器，其特征在于，所述蒸发器构造成将流体排放到 上游压缩机级；以及所述上游压缩机级是非终级压缩机，且所述下游压缩机级是终级压缩机。
16.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述内部壳体和所述外部壳体具有 大致细长形状。
17.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述内部壳体和所述外部壳体各是 圆柱形的。
18.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，所述外部壳体的所述出口包括共形 吸出管；所述共形吸出管形成围绕所述同轴节能器的所述外部壳体的周向流动路径。
19.如权利要求18所述的同轴节能器，其特征在于，所述共形吸出管具有围绕所述同 轴节能器的约180度的缠绕角度。
20.如权利要求1所述的同轴节能器，其特征在于，旋涡隔板位于邻近所述外部壳体的 所述出口，用于在围绕所述外部壳体的所述出口的区域内减少流过所述流动室的所述流体 的局部涡旋。
21.如权利要求20所述的同轴节能器，其特征在于，所述旋涡隔板形成在所述内部壳 体的外径与所述外部壳体的内径之间从所述外部壳体的所述出口突出的裙部。
22.一种使流体流过冷却器系统内同轴节能器的方法，包括以下步骤a.将流体从多级压缩机的上游压缩机级接收到同轴节能器内；所述同轴节能器包括i.具有公共纵向轴线的内部壳体和外部壳体，所述外部壳体具有用于从多级压缩机的所述上游压缩机级接收流体的入口和用于向下游压缩机级传送流体的出口 ； .流动室，所述流动室形成围绕所述内部壳体的流体流动路径；iii.闪蒸室，所述闪蒸室用于将液态流体闪蒸成气态；以及iv.所述闪蒸室与所述流动室之间的流动通路，所述流动通路用于将闪蒸气体从所述 闪蒸室传送到所述流动室；其中从所述闪蒸室传送的所述闪蒸气体和从所述外部壳体的所 述入口接收的所述流体沿朝向所述外部壳体的所述出口的流体流动路径混合；b.在所述闪蒸室内将液体闪蒸成气体；c.使闪蒸室内的气体通过流动通路通入所述流动室；以及d.使从闪蒸室传送的气体和从外部壳体的入口接收的流体沿流体流动路径混合和流 动，并到达所述同轴节能器的出口。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述流体是选自液态、气态或多相的 R-123、R-134a 或 R-22 的制冷剂。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述流体是共沸混合物、非共沸混合物或 其液态、气态或多相的混合物或掺合物。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述内部壳体由冷凝器形成，且所述外部 壳体由节能器形成。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于还包括将液态制冷剂从所述冷凝器输送 到所述闪蒸室的步骤。
27.如权利要求22所述的方法，其特征在于还包括将所述气体通过所述外部壳体的 所述出口抽吸通过共形吸出管到达所述下游压缩机级的步骤，其中所述下游压缩机级是终 级压缩机。
28.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述内部壳体由蒸发器形成，且所述外部壳体由节能器形成。
29.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述通过步骤还包括使所述气体通过所 述流动通路，使得所述流动通路构造成以与在所述外部壳体的所述入口处接收的所述流体 流动大致相同的切向方向输送所述流体。
全文摘要
一种用在冷却器系统(20)内的同轴节能器(40)，包括具有公共纵向轴线的内部壳体(184)和外部壳体(186)。外部壳体具有用于从多级压缩机的上游压缩机级接收流体的入口和用于将流体传送到多级压缩机的下游压缩机级的出口。流动室(160)形成围绕内部壳体的流体流动路径。闪蒸室(158)与流动室相连并将液态流体闪蒸成气态。所述闪蒸室与流动室之间的流动通路(156)用于将闪蒸气体从闪蒸室传送到流动室；其中从闪蒸室传送的闪蒸气体和从外部壳体的入口接收的流体沿朝向外部壳体出口的流体流动路径混合。
文档编号F25B43/00GK101952671SQ200980106098
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者P·F·哈力, R·L·杰森, R·T·詹姆士, W·J·匹尔扎克 申请人:特灵国际有限公司