用于热交换系统的储液器，具有其的制冷系统、复叠式制冷系统及其控制方法与流程

本发明涉及对制冷系统的改进，更具体而言，其涉及制冷系统的零部件改进及对应的控制方法。

背景技术：

复叠式制冷系统为在工业应用或大型商用应用中较为常见的一类制冷系统。其通常由两个单独的制冷系统组成，也即高温级及低温级部分。高温级部分可使用中温冷媒，而低温级部分可使用低温冷媒。在系统运行中，将使高温级部分中的冷媒蒸发来用于使低温级部分中的冷媒冷凝，且通过同时接入两个制冷系统中的冷凝蒸发器将两个系统联系起来。该冷凝蒸发器既用作高温级部分中的蒸发器，又用作低温级部分中的冷凝器。低温级部分中的冷媒在蒸发器内向被冷却对象吸取热量（即制取冷量），并将此热量传给高温级部分中的冷媒，然后再由高温级部分中的冷媒将热量传给冷却介质（水或空气）。

本文中的图1示出了一种使用r134a作为中温冷媒并使用co2作为低温冷媒的复叠式制冷系统100。其包括顺次连接的压缩机120、蒸发冷凝器130及用户终端140；并且还包括储液器110。其中，压缩机120的出口端连接至储液器110的进气口，并经由储液器110的出气口连接至蒸发冷凝器130的冷凝部分的进口端；蒸发冷凝器130的冷凝部分的出口端分别连接至用户终端140及储液器110的进液口。在工作过程中，在用户终端140完成供冷后的冷媒返回至压缩机120，经过压缩后的冷媒进入储液器110中，并与其中的液态冷媒换热，获得一定程度的冷却；经过一定程度冷却的冷媒从储液器110流入蒸发冷凝器130的冷凝部分，并与蒸发冷凝器130的蒸发部分换热，获得进一步的冷却；此后大部分冷媒重新流入用户终端140进行供冷；同时还存在另一部分液态冷媒返回并积存在储液器110，从而对经由压缩机120进入储液器110中的气态冷媒进行初步冷却。然而，虽然图1作为示例出现，但其与现有技术中其他常规的复叠式制冷系统100一样，均存在若干尚未克服的技术难题。例如，气态冷媒在这种现有技术中的储液器110能够得到的冷却程度相当有限，这将导致蒸发冷凝器130的冷凝部分中的冷媒及蒸发冷凝器130的蒸发部分中的冷媒之间存在极高且极其不稳定的复叠热交换温差（例如，甚至高达50k），这将会导致蒸发冷凝器的损坏。具体而言，考虑到蒸发冷凝器在制造过程中通常会采用钎焊，而对于此种制造工艺，若其中的工作温差长期处于40k以上和频繁波动，将会很快导致蒸发冷凝器外部及内部焊接处的疲劳老化损坏，从而影响设备的整体寿命及性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够充分冷却进入其中的气态冷媒的储液器。

本发明的目的还在于提供一种具有较低的冷凝器两侧的冷媒温差的制冷系统。

本发明的目的还在于提供一种具有较低的蒸发冷凝器的蒸发部分及冷凝部分之间的冷媒温差的复叠式制冷系统。

本发明的目的还在于提供一种能够控制冷凝器进口端的冷媒温度的控制方法。

本发明的目的还在于提供另一种能够调控冷凝器进口端的冷媒温度的控制方法。

为实现以上目的或其他目的，本发明提供以下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供一种用于热交换系统的储液器，其包括：储液器壳体，其上设置进气口、出气口与进液口；以及降温换热器，其内置于所述储液器壳体中；其中，所述降温换热器依次包括进口端、主体部分及出口端；所述降温换热器进口端连接至所述储液器壳体上的进气口；且所述降温换热器出口端布置成高于所述储液器中的冷媒工作液位。

根据本发明的另一个方面，还提供一种制冷系统，其包括：如前所述的储液器；以及通过管路顺次连接的压缩机、冷凝器、节流元件及蒸发器；其中，所述压缩机的出口端连接至所述储液器的进气口，且经由所述储液器的出气口连接至所述冷凝器的进口端；而所述冷凝器的出口端分别连接至所述节流元件及所述储液器的进液口。

根据本发明的又一个方面，还提供一种复叠式制冷系统，其包括：如前所述的储液器；以及通过管路顺次连接的压缩机、具有相互热交换的蒸发部分及冷凝部分的蒸发冷凝器、节流元件及蒸发器；其中，所述压缩机的出口端连接至所述储液器的进气口，且经由所述储液器的出气口连接至所述蒸发冷凝器的冷凝部分的进口端；而所述蒸发冷凝器的冷凝部分的出口端分别连接至所述节流元件及所述储液器的进液口。

根据本发明的再一个方面，还提供一种复叠式制冷系统的控制方法，其包括如前所述的制冷系统；且将所述蒸发冷凝器的冷凝部分的进口端处的冷媒的期望工作温度预设为第一阈值，其中：当所述温度传感器检测到的温度不低于第一阈值时，关闭所述旁通支路上的旁通阀；或者当所述检测到的温度低于第一阈值时，打开所述旁通支路上的旁通阀。

根据本发明的还一个方面，还提供一种复叠式制冷系统的控制方法，其包括如前所述的制冷系统；且将所述蒸发冷凝器的冷凝部分的进口端处的冷媒的期望工作温度预设为第一阈值，其中：当所述温度传感器检测到的温度不低于第一阈值时，减小所述旁通支路上的旁通阀的开度；其中，所述旁通阀的开度变化与所述检测到的温度与第一阈值之间的差值变化线性相关；或者当所述检测到的温度低于第一阈值时，增大所述旁通支路上的旁通阀的开度；其中，所述旁通阀的开度变化与所述检测到的温度与第一阈值之间的差值变化线性相关。

附图说明

图1是现有技术的复叠式制冷系统的示意图；

图2是本发明的复叠式制冷系统的一个实施例的示意图；以及

图3是本发明的复叠式制冷系统的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

参照图2，其示出一种复叠式制冷系统200，并具体包含本发明中的储液器210的一个实施例。该储液器210包括呈筒状结构的储液器壳体215，其上开设有进气口211、出气口212以及进液口213。此外，在储液器壳体215内部还额外设置一个降温换热器214。如此设计使得：进入储液器210中的高温气态冷媒可在降温换热器214的引导下充分与储液器210内的低温液态冷媒进行热交换，从而在其离开储液器之前得到充分的冷却，进而可在下游的蒸发冷凝器中得到进一步的冷却。如此一方面确保了制冷系统的性能，另一方面还降低了其下游的蒸发冷凝器的工作负担，大大提高其使用寿命。

具体而言，该降温换热器214依次包括进口端214a、主体部分214c及出口端214b。其中，该降温换热器214的进口端214a连接至储液器壳体215上的进气口211；且降温换热器214的出口端214b布置成高于储液器210中的冷媒工作液位。此种布置既可以确保流经降温换热器214中的高温气态冷媒可与储液器壳体215内积存的低温液态冷媒间的换热，同时还避免了储液器壳体215内积存的低温液态冷媒流入该降温换热器214内的可能。在此，应当知道的是，在实际运行状态下的储液器壳体125内的冷媒工作液位可能存在一定程度的波动。此时本领域技术人员可根据实际设计需求来考量具体的冷媒工作液位设计。例如，通常情况下，可将此处的冷媒工作液位等同于额定设计的工作液位；再如，在极端情况频发的工况中，也可将此处的冷媒工作液位等同于可能的最大工作液位。

在基于上述工作原理说明的前提下，还可对本设计的若干细节作出进一步的改善。

例如，对降温换热器214在储液器210内进行布置时，可考虑到使之在储液器210工作时，降温换热器的主体部分214c至少部分地浸没在储液器210中的冷媒内。如此对降温换热器214的布置位置的设计精度要求相对较低，设计难度较小，且同样能够实现改善高温气态冷媒与低温液态冷媒换热效果的目的。

再如，也可使降温换热器214在储液器210工作时，主体部分214c完全浸没在储液器210中的冷媒内。如此能够使高温气态冷媒在流经主体部分214c的整个部分中均可与积存在储液器210内的低温液态冷媒进行热交换，这将更优地实现改善高温气态冷媒与低温液态冷媒间换热效果的目的。

进一步地，以冷媒作为参照物进行降温换热器214的布置设计虽然准确性更高，但由于实际情况中的冷媒液位也许与额定状态有所差池，因此其实际应用较难，可能需要多次进行位置调试。因此，在此还提供若干种具有固定参照基准的降温换热器214布置方式。

例如，主体部分214c至少部分地布置在储液器110的第一高度下方；或者其也可以至少部分地布置在储液器110的第一容积所对应的高度下方。在此，可根据预期的在工作状态下的冷媒将达到的液位高度或者积存量来确定此处提及的第一高度或第一容积的具体数值。在具有此种明确设计参数的情况下，将更利于降温换热器214的布置，且本实施例的改善储液器内换热的目的同样能被实现。更进一步地，可使主体部分214c完全布置在储液器110的第一高度下方；或完全布置在储液器110的第一容积所对应的高度下方。如此将更优地实现改善高温气态冷媒与低温液态冷媒间换热效果的目的。

另外，对于降温换热器214的出口端214b的位置设计也可做出进一步的改善。例如，可使其靠近储液器壳体215上的出气口212布置，这有利于气态冷媒离开降温换热器214后可尽快地经由储液器的出气口212流至蒸发冷凝器230中换热。

对于降温换热器214的选型，本文在此提供若干种具体换热器以供选择。在一种实施方式中，可将降温换热器的主体部分214c构造为呈环绕形式盘旋的盘管式换热器；在另一种实施方式中，可将降温换热器的主体部分214c构造为呈往复布置的翅片换热器。上述构造均可使浸没在液态冷媒中的主体部分214c的长度尽可能地长，进而使流经其中的高温气态冷媒与外侧的低温液态冷媒的换热路径及时间越长，其所获得的冷却效果也就越好。

尽管图中未示出，但在上述情形下，还可将降温换热器的主体部分214c通过端板连接至储液器壳体的底部，以提供降温换热器与储液器之间的稳固连接。

作为一种备选方式，降温换热器214还包括降温换热器壳体214d，主体部分214c可布置在换热器壳体214d中。将整个降温换热器214布置在一个壳体中将更便于将其安装在储液器内。例如，作为示例，可通过将换热器壳体214d焊接至储液器壳体215的底部内壁来实现降温换热器214与储液器210之间的连接。可选地，在此种情形下，应使降温换热器壳体214d与储液器壳体214d上的进液口错开布置。

对于整个储液器210而言，除去对其中的降温换热器214予以改善外，亦可对其储液器壳体215进行改善。例如，可将进气口211和/或出气口212布置在储液器壳体215的顶部。这将更有利于气态冷媒的流出。同理，也可将进液口213布置在储液器壳体215的底部，这将更便于液态冷媒的流入。更具体而言，在此类储液器的实际应用中，极有可能无法确保其处于水平放置状态。因此，可将进液口213布置在储液器壳体215底部的第一位置；使得在具体布置中发生倾斜时，该第一位置处于储液器壳体底部的最低处，以便于在设备停止运行时，积存在储液器内的液态冷媒得以流出。

根据本实施例的储液器，通过在其中布置降温换热器，尽可能地提高了来自压缩机的高温气态冷媒与来自蒸发冷凝器的低温液态冷媒之间发生热交换的通道长度及时间，使得来自压缩机的高温气态冷媒在储液器中能够得到充分的冷却。

进一步参照图2，其整体上示出了一种复叠式制冷系统的实施例。该复叠式制冷系统200包括通过管路顺次连接的压缩机220、具有相互热交换的蒸发部分232及冷凝部分231的蒸发冷凝器230以及用户终端240。其中此处的用户终端240至少包括常规部件：节流元件及蒸发器。另外，压缩机的出口端连接至储液器210的进气口211，且经由储液器210的出气口212连接至蒸发冷凝器230的冷凝部分231的进口端231a；而蒸发冷凝器230的冷凝部分231的出口端231b分别连接至用户终端240及储液器210的进液口213。

在上述复叠式制冷系统的运行过程中，低温液态冷媒在用户终端240完成节流及供冷后，将返回压缩机220；经过压缩后的冷媒经由储液器210的进气口211及降温换热器进口端214a进入降温换热器主体部分214c中，并在流动过程中与环绕在主体部分214c周围的低温液态冷媒换热，获得充分的冷却；经过冷却后的冷媒经由降温换热器出口端214b及储液器210的出气口212流出；并通过蒸发冷凝器230的冷凝部分231的进口端231a流入冷凝部分的换热区段231c中；其中的中温液态冷媒将与蒸发冷凝器230的蒸发部分232中的低温液态冷媒换热，从而获得进一步的冷却；完成冷却的冷媒将从冷凝部分的出口端231b流出；其中大部分将重新流入用户终端240进行节流及供冷；同时另一部分液态冷媒将返回并积存在储液器210中，从而对经由压缩机220进入储液器210内的高温气态冷媒进行初步的冷却。在此过程中，储液器210承担了来自压缩机220的高温气态冷媒降温的较大程度的冷却，这使得处于其下游的蒸发冷凝器230仅需承担相对较少和稳定的冷凝负载，大大缓解了对蒸发冷凝器230的疲劳使用，在保证系统性能的前提下提高了设备寿命。

进一步地，为优化该系统及控制过程，还提供了一种具有温度调控空间的复叠式制冷系统的实施例。

参见图3，其示出了一种复叠式制冷系统300。其具有与上述实施例中的复叠式制冷系统200相似的主要回路布置。此外，其还设有从压缩机320的出口端连接至蒸发冷凝器330的冷凝部分331的进口端331a的旁通支路350，该旁通支路350上设置有控制其通断的旁通阀351。如此布置，在来自压缩机的高温气态冷媒已得到充分冷却的前提下，可通过旁通阀351导通此条旁通支路350，使得部分气态冷媒直接通往蒸发冷凝器330的冷凝部分331的进口端331a，并在此处与来自储液器的冷媒进行混合后进入冷凝部分331，确保当前制冷系统按预定参数运行。

可选地，还可在靠近蒸发冷凝器330的冷凝部分331的进口端331a处布置温度传感器353；以及分别与温度传感器353及旁通阀351电连接的控制器352，该控制器352将响应于温度传感器353检测到的温度来控制旁通阀351的开闭。在此中实施方式中进一步提供了控制该制冷系统的一种控制参数及相应配置的检测元件及控制元件。通过对蒸发冷凝器330的冷凝部分331的进口端331a处的冷媒温度的检测及调控来实现稳定系统运行的目的。

可选地，为进一步细化控制，还可将旁通阀351设置为可调节开度的阀，控制器352将响应于温度传感器353检测到的温度来控制旁通阀351的开度。由于温度传感器的检测及传感存在一定程度的延迟，且整个系统通常处于连续运行的状态中；因此，通过调节旁通阀351的开度来替代简单地控制其开闭将有利于整个控制更平稳地进行。

作为一种优选的示例，在复叠式制冷系统工作时，期望能将蒸发冷凝器330的蒸发部分332中的冷媒与冷凝部分331中的冷媒的温差保持在6k-10k。这一方面有利于保持蒸发冷凝器的使用寿命，另一方面也避免温差进一步减小而导致的换热面积需要增大所带来的成本问题。

在上述复叠式制冷系统的常规运行过程中，低温液态冷媒在用户终端340完成节流及供冷后，将返回压缩机320；经过压缩后的冷媒经由储液器310的进气口311及降温换热器进口端314a进入降温换热器主体部分314c中，并在流动过程中与环绕在主体部分314c周围的低温液态冷媒换热，获得充分的冷却；经过冷却后的冷媒经由降温换热器出口端314b及储液器310的出气口312流出；并通过蒸发冷凝器330的冷凝部分331的进口端331a流入冷凝部分的换热区段331c中；其中的中温液态冷媒将与蒸发冷凝器330的蒸发部分332中的低温液态冷媒换热，从而获得进一步的冷却；完成冷却的冷媒将从冷凝部分的出口端331b流出；其中大部分将重新流入用户终端340进行节流及供冷；同时另一部分液态冷媒将返回并积存在储液器310中，从而对经由压缩机320进入储液器310内的高温气态冷媒进行初步的冷却。在此过程中，储液器310承担了来自压缩机320的高温气态冷媒降温的较大程度的冷却，这使得处于其下游的蒸发冷凝器330仅需承担相对较少和稳定的冷凝负载，大大缓解了对蒸发冷凝器330的疲劳使用，在保证系统性能的前提下提高了设备寿命。

在上述常规运行过程中，可能会出现来自压缩机320的高温气态冷媒在储液器310中被过度冷却，这将导致其进入蒸发冷凝器330时具有比期望温度更低的温度，也将导致正冷凝器330的冷凝部分331及蒸发部分332中的冷媒的温差低于期望值，由于较小的温差通常需要较大的接触面积来实现等量的换热，且运行中的蒸发冷凝器所具有的换热接触面积等尺寸已经确定，所以此种情形这不利于两者间的换热。因此，需要对进入冷凝部分331的冷媒的温度进行调控，使其恢复至预期水平。此时，可以选择导通旁通支路350，使得部分高温气态冷媒直接从压缩机320通至冷凝部分331的进口端331a，与来自储液器310中的冷媒进行中和，从而得到所需要的预期工况的冷媒。

虽然上文参照附图所描述的实施例均应用于复叠式制冷系统中。但本领域技术人员应当知道的是，当一般热交换系统中存在类似的技术问题时，也可采用此种结构设计及连接方式来解决。如下将简单说明本发明的一个实施例的储液器在一般性制冷系统中的应用。

对于此类制冷系统，其也应包括前述储液器的任一实施例；以及通过管路顺次连接的压缩机、冷凝器、节流元件及蒸发器；其中，压缩机的出口端连接至储液器的进气口，且经由储液器的出气口连接至冷凝器的进口端；而冷凝器的出口端分别连接至节流元件及储液器的进液口。进一步地，为加强此类系统的控制，也可以将设置配套的检测及控制元件。例如，该系统还可包括：从压缩机的出口端连接至冷凝器的进口端的旁通支路，旁通支路上设置控制其通断的旁通阀。以及靠近冷凝器的进口端布置的温度传感器；以及分别与温度传感器及旁通阀电连接的控制器，控制器响应于温度传感器检测到的温度来控制旁通阀的开闭。类似于如上所述的，其控制过程同样可以细化。例如，其旁通阀为可调节开度的阀，控制器响应于温度传感器检测到的温度来控制旁通阀的开度。该一般性制冷系统的运行过程及调节过程也与上述实施例相似，所以在此不再赘述。

对于上述实施例中设置有旁通支路350及相应检测、调控零部件的复叠式制冷系统，本发明在此还提供若干系统控制方法的实施例。

作为一种可选方案，在该方法中将蒸发冷凝器的冷凝部分的进口端处的冷媒的期望工作温度预设为第一阈值。此时该方法包括：当温度传感器检测到的温度不低于第一阈值时，关闭旁通支路上的旁通阀；或者当检测到的温度低于第一阈值时，打开旁通支路上的旁通阀。从而使得整个制冷系统尽可能地按照期望的工作状态运行。

作为另一种可选方案，在该方法中也将蒸发冷凝器的冷凝部分的进口端处的冷媒的期望工作温度预设为第一阈值。然而此种方法中设置在旁通支路上的旁通阀将采用可调节开度的阀。此时该方法进一步细化为：当温度传感器检测到的温度不低于第一阈值时，减小旁通支路上的旁通阀的开度；其中，旁通阀的开度变化与检测到的温度与第一阈值之间的差值变化线性相关；或者当检测到的温度低于第一阈值时，增大旁通支路上的旁通阀的开度；其中，旁通阀的开度变化与检测到的温度与第一阈值之间的差值变化线性相关。这将使得整个制冷系统不止尽可能地按照期望的工作状态运行，还能够使得整个调节过程更为平滑，提高稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上例子主要说明了本发明的储液器、具有其的制冷系统及其控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明的精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。