Hvac系统中的制冷剂管理的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及供暖、通风和空调(“HVAC”)系统，并且特别涉及HVAC系统中的热交换器(例如蒸发器和冷凝器)。通常，对方法、系统和装置进行描述，这些方法、系统和装置针对例如可以用于HVAC制冷机中的蒸发器和/或压缩机中的流体(例如制冷剂和/或油)管理。
【背景技术】
[0002]HVAC系统可以具有制冷机，该制冷机一般包括压缩机、热交换器、以及膨胀设备形成制冷回路，热交换器例如是冷凝器、蒸发器。制冷剂蒸汽通常由压缩机进行压缩，然后在冷凝器中被冷凝成液体制冷剂。该液体制冷剂然后被膨胀设备(例如膨胀阀)膨胀成为低压低温两相制冷剂并被导入蒸发器；该两相制冷剂然后可以在该蒸发器中与工艺流体，例如水，进行热量交换。该两相制冷剂可以在蒸发器中被蒸发并返回压缩机中。
[0003]在制冷机中，冷凝器和/或蒸发器可以是管壳型热交换器。在操作中，冷凝器和/或蒸发器可以在壳体中保持一定液面高度的液体制冷剂。在冷凝器和/或蒸发器中保持适当液面高度的液体制冷剂可以有助于增加制冷机的操作效率。
【发明内容】
[0004]本申请提供了用于控制制冷机系统的热交换器(例如冷凝器和蒸发器)中的制冷剂液面高度的系统和方法。本申请所揭示的各实施例可以有助于保持例如热交换器中最优的制冷剂液面高度、提高上述制冷机系统的操作效率、保持压缩机中的适当润滑，和/或保持上述蒸发器中的适当油浓度。
[0005]在某些实施例中，上述制冷机系统的蒸发器可以装备有外溢端口，上述外溢端口允许制冷剂通过上述蒸发器外溢。在某些实施例中，上述外溢端口可以被放置于相对于上述蒸发器的底部的高度处，上述相对于上述蒸发器的底部的高度相当于上述蒸发器中所需的液体制冷剂液面高度。在操作时，当上述蒸发器中操作的液体制冷剂液面高度在大约所需的液体制冷剂液面高度处时，一些液体制冷剂可以通过上述外溢端口外溢。上述外溢制冷剂的量可以与上述蒸发器中的液体制冷剂液面高度相关联。在某些实施例中，上述蒸发器可以包括管束，上述外溢端口可以配置成被放置于与自上述蒸发器的底部的顶管排的管束的高度相应的位置处。
[0006]在某些实施例中，上述外溢制冷剂可以被导入热交换器。在某些实施例中，上述热交换器可以配置成接收热源来蒸发上述外溢制冷剂中的制冷剂。在某些实施例中，上述热源可以是被导出上述冷凝器的制冷剂。上述制冷机系统也可以包括温度传感器，上述温度传感器配置成测量例如离开上述热交换器的外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度。在某些实施例中，上述制冷机系统也可以包括膨胀设备，上述膨胀设备配置成调整到上述蒸发器的制冷剂流量。在某些实施例中，上述制冷机系统可以配置成根据离开上述热交换器的外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度来调整上述制冷剂流量。
[0007]在某些实施例中，到上述蒸发器的制冷剂流量可以被调整以使得上述外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度被保持于微过热温度，例如从大约I到大约10°C的过热。
[0008]在某些实施例中，上述制冷机系统可以包括制冷剂液面高度测量设备，上述制冷剂液面高度测量设备配置成测量上述冷凝器中的液体制冷剂液面高度。在某些实施例中，上述制冷机系统可以配置成调整到上述蒸发器的制冷剂流量以保持上述冷凝器中的液体制冷剂液面高度于冷凝器液体制冷剂液面高度设定值。
[0009]在某些实施例中，一种操作制冷机系统的方法可以包括以下步骤:允许制冷剂通过上述制冷机系统的蒸发器的外溢端口外溢，其中上述外溢制冷剂的量可以与上述蒸发器中的制冷剂液面高度相关联。上述方法还可以包括以下步骤:用热源来蒸发上述外溢制冷剂中的制冷剂，测量上述外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度以及改变到上述蒸发器的制冷剂流量以使得上述外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度被保持于例如所需的温度设定值。
[0010]在某些实施例中，上述方法还可以包括以下步骤:将上述外溢端口放置于相对于上述蒸发器的底部的高度处，上述相对于上述蒸发器的底部的高度相应于上述蒸发器中所需的液体制冷剂液面高度。在某些实施例中，上述方法可以包括以下步骤:测量上述冷凝器中的液体制冷剂液面高度；改变到上述蒸发器的制冷剂流量以使得所测量的液体制冷剂液面被保持于冷凝器液体制冷剂液面高度设定值。
[0011]在某些实施例中，上述方法可以包括以下步骤:当上述外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度增加时，减少上述冷凝器中的液体制冷剂液面高度设定值；当上述外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度降低时，增加上述冷凝器中的液体制冷剂液面高度设定值。在某些实施例中，上述方法可以包括以下步骤:当上述液体制冷剂液面高度设定值低于制冷剂液面高度阈值时提供警告。
[0012]考虑到以下详细描述和附图，各特征和各方面将变得显而易见。
【附图说明】
[0013]现参照附图，其中类似的标记表示文中相应的部件。
[0014]图1A和IB示出了制冷机系统的实施例。图1A是制冷机系统的示意图。图1B是上述制冷机系统的蒸发器的示意侧视图。
[0015]图2示出了根据一个实施例的操作制冷机系统例如图1A和IB所示的制冷机系统的方法的框图。
【具体实施方式】
[0016]制冷机，特别是具有管壳型热交换器例如冷凝器和/或蒸发器的制冷机可能需要对上述热交换器中的制冷剂液面高度进行管理。上述管壳式热交换器可以包含液体制冷剂于该热交换器的壳体内部。对上述壳体内部的制冷剂液面高度进行管理可以有助于提高上述制冷机的操作效率。例如，一些冷凝器可以具有在冷凝器壳体的内底处的过冷却部和在上述过冷却部上方的冷凝部。可能需要保持足以浸没上述冷凝器壳体内部的过冷却部、但是不浸没上述冷凝部的制冷剂液面高度。当在上述冷凝器中对制冷剂液面高度进行管理时，上述冷凝部可以相对有效地对制冷剂进行冷凝，上述过冷却部可以相对有效地使制冷剂过冷，从而可以产生例如该冷凝器中的最优操作效率。
[0017]—些蒸发器，例如满液式蒸发器，可以配置成具有多个换热管，上述多个换热管运行于蒸发器壳体的内部空间。可能需要保持恰好足以浸湿上述蒸发器壳体内部的所有换热管的制冷剂液面高度。蒸发器中过量的制冷剂会例如增加通过上述换热管的制冷剂压降，引起制冷机中的容量减少。当上述制冷剂液面过低时，上述换热管与蒸发器中的制冷剂之间的热交换效率会下降。
[0018]在操作时，还可能需要在上述冷凝器与上述蒸发器之间适当地对制冷剂进行分配(和/或保持平衡)。例如，在某些实施例中，对于冷凝器和对于蒸发器的最优制冷剂液面高度可以根据制冷机的负荷进行改变。在全负荷时，在冷凝器中最优的制冷剂液面高度可以高于在负荷减少时的最优制冷剂液面高度。在蒸发器中全负荷时的最优制冷剂液面高度可以低于负荷减少时的最优制冷剂液面高度。因此，当制冷机负荷减少时，可能需要降低冷凝器制冷剂液面高度，但是增加蒸发器制冷剂液面高度；当制冷机负荷增加时，可能需要增加冷凝器制冷剂液面高度，但是减少蒸发器制冷剂液面高度。
[0019]冷剂可以与用于操作时的压缩机的润滑剂比如润滑油相混合。润滑油常常存在于蒸发器中，在蒸发器中与液体制冷剂相混合。可能需要将至少一些液体制冷剂/油混合物导出上述蒸发器并导回上述压缩机(或上述压缩机的油箱或油分离器)。将油(或油/制冷剂混合物)导回上述压缩机(或上述油箱或油分离器)可以有助于对上述压缩机进行润滑，防止上述压缩机用完油，和/或在上述蒸发器的制冷剂中保持适当的油含量。
[0020]配置成帮助管理冷凝器和/或蒸发器中的制冷剂液面高度的系统和方法可以有助于增加制冷机的操作效率、有助于在蒸发器中保持适当的润滑油浓度和/或有助于对压缩机进行润滑。
[0021]本申请对管理制冷机系统中的制冷剂液面高度的方法和系统进行了描述。在某些实施例中，上述制冷机系统的蒸发器可以具有外溢端口，上述外溢端口配置成允许包含制冷剂的油通过上述外溢端口溢出上述蒸发器。上述外溢端口可以被放置于相应于上述蒸发器中所需的制冷剂液面高度的位置处。上述外溢制冷剂可以被导入热交换器，该热交换器配置成将上述外溢制冷剂中的制冷剂蒸发到例如微过热温度。上述蒸发器可以装备有膨胀设备(例如膨胀阀)，上述膨胀设备配置成控制到上述蒸发器的制冷剂流量。一种在蒸发器中保持适当的制冷剂液面高度的方法可以包括:调整到上述蒸发器的制冷剂流量，使上述外溢制冷剂中蒸发的制冷剂被保持于微过热温度。当上述外溢制冷剂中的制冷剂被蒸发时，上述外溢制冷剂可以具有相对高的相对于上述外溢制冷剂的液体含量的油含量。包括相对高的油含量的上述外溢制冷剂可以被导回上述压缩机以助于对上述压缩机进行润滑。
[0022]上述制冷机系统还可以包括装备有制冷剂液面高度测量设备的冷凝器。上述制冷剂液面高度测量设备可以配置成测量上述冷凝器中的制冷剂液面高度。也可以对到上述蒸发器的制冷剂流量进行控制以使上述冷凝器中的制冷剂液面被保持于例如所需的制冷剂液面高度设定值。
[0023]本申请对采用上述外溢制冷剂中蒸发的制冷剂的温度来控制上述蒸发器中的制冷剂液面高度和来自上述蒸发器的回油以及采用上述制冷剂液面高度测量设备来控制上述冷凝器中的制冷剂液面高度的方法进行了描述。上述方法可以有助于例如基于上述制冷机系统的负荷条件在操作时使得上述制冷剂液面高度在冷凝器与蒸发器之间保持平衡。上述方法也可以有助于检测上述制冷机系统中的制冷剂泄漏。
[0024]参考形成本申请的一部分的附图，并且在其中通过图示的方式示出可以被实施的各实施例。短语“上游”和“下游”是相对指流动方向。本申请所描述的制冷剂通常可以包括除制冷剂以外的成分。例如，制冷剂可以包含油。可以理解，本申请所使用的术语是为了描述附图和实施例，不应被视为对本申请的范围的限制。
[0025]图1A和IB示出了制冷机系统100的实施例。图1A是该制冷机系统100的示意图。该制冷机系统100包括由制冷剂线路125连接的压缩机110、冷凝器120、膨胀设备130以及蒸发器140以形成制冷回路。上述冷凝器120和上述蒸发器140可以是管壳型热交换器。上述冷凝器120装备有液体制冷剂液面高度测量设备122，上述液体制冷剂液面高度测量设备122配置成测量上述冷凝器120中的液体制冷剂液面高度128。所示实施例中的液体制冷剂液面高度测量设备122包括连接线路122a，上述连接线路122a配置成在上述冷凝器120与上述液体制冷剂液面高度测量设备122的测量室122b之间形成流体连通通道。在某些实施例中，上述制