专利名称：冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷却系统，尤其涉及对于空调和制冷系统的蒸发器中的制冷剂相的控制。
背景技术：
许多工程上的考虑着重于封闭的空调系统和制冷系统的结构和运行。其中，对于蒸发器工作而言存在各种效率考虑和其它考虑因素。适当的蒸发器运行对于获得高效和可靠的系统运行而言是重要的。考虑因素包括制冷剂调节和传热控制。由于过度结霜会干扰传热，因此过度结霜是必须控制的问题之一。所以对于蒸发器的结构和工程配置需要作出更多的努力。
需要强调的特殊领域是分配系统的工程配置。分配器接受来自膨胀装置的两相制冷剂并且对于蒸发器的各个盘管而言提供均衡的液相制冷剂和气相制冷剂输送，从而防止不平均的性能。已经开发出多种类型的分配器。这些包括毛细管式的分配器和冲击/紊流式分配器。在US 2,148,414、US 2,461,876、US 3,795,259、US 4,543,802、US5,832,744、US 5,842,351、EP 0 160 542、以及JP 5-322378、JP10-185363中对分配器进行了示例性的描述。
然而，对于本领域而言仍然需要提供进一步的改进。
发明内容
依据本发明的一方面，提供了这样一种装置，其包括具有吸气端口和排气端口的压缩机；冷凝器；第一膨胀装置；第二膨胀装置；蒸发器；和热交换器，该热交换器具有彼此呈热交换关系的第一部分和第二部分。一个或多个管路形成主流动路径和旁通流动路径。该主流动路径从该排气端口经该冷凝器、该热交换器第一部分、该第一膨胀装置、和该蒸发器以便返回到该吸气端口。该旁通流动路径旁通绕过该热交换器第一部分、该第一膨胀装置、和该蒸发器，但经过该第二膨胀装置和该热交换器第二部分。
在不同实施方式中，该蒸发器没有分配器。该第二膨胀装置可以是TXV，其具有与吸气端口状态大致呈热交换关系的温包。该第二膨胀装置可以是EXV。控制器可与EXV连接，该控制器编程为响应于获得的过热度来控制该EXV。该热交换器第一部分沿主流动路径可位于冷凝器的下游、蒸发器的上游。该热交换器第二部分沿旁通流动路径可位于冷凝器的下游。该热交换器第一部分沿主流动路径可位于第一膨胀装置的上游。该蒸发器可以是制冷剂与空气热交换的热交换器。至少在旁通模式中，旁通流动以两相气态/液态状态沿旁通流动路径进入热交换器第二部分并且以单相过热气态状态离开热交换器第二部分。在该旁通模式中，主流动沿主流动路径在所述热交换器第二部分中基本上保持单相液态。压缩机可以是从包括螺杆式压缩机和涡旋式压缩机的组中选择的。
依据本发明的另一方面，提供了一种用于操纵所述的装置的方法，其包括检测至少一个工作参数；和响应于所述检测，至少操纵该第二膨胀装置以便保持沿该主流动路径进入该蒸发器的制冷剂基本上为单相液态。所述至少一个工作参数包括以下至少一者饱和吸气温度；和实际吸气温度。
依据本发明的另一方面，提供了一种用于操纵冷却系统的方法，其包括使得制冷剂主流动流经蒸发器；和在该蒸发器的上游使得该主流动预冷，以便保持所述主流动基本上为液态进入该蒸发器。该预冷可包括使得旁通流动控制成与该主流动呈热交换关系。该方法还包括在没有所述预冷的情况下，确定该主流动是否大致以两相流进入该蒸发器。
依据本发明的另一方面，提供了这样一种系统，其包括压缩机；冷凝器；排气管路，该排气管路将该压缩机连接到该冷凝器以便至少将制冷剂的主流动从该压缩机输送到该冷凝器；膨胀装置；蒸发器；吸气管路，该吸气管路将该蒸发器连接到该压缩机以便将制冷剂从该冷凝器输送到该压缩机并且包括第一和第二并联部分；和用于对进入该膨胀装置的制冷剂进行预冷以便保持所述主流动大致为液态并同时流经从该膨胀装置到该蒸发器的流动路径长度范围的装置。
在各种实施方式中，该蒸发器可以没有分配器。在该蒸发器中，主流动可转变为两相液态/气态流并随后转变为单相过热气态流。该旁通流动按重量来计占流经压缩机的制冷剂总量的10-35％。
以下参照附图和详细描述来阐述本发明的一个或多个实施例。结合以下的附图和详细描述以及权利要求，可更好地理解本发明的其它的特征、目的和优点，在附图中图1是采用本发明的制冷系统或空调系统的示意图；图2是现有技术的系统的相图；和图3是图1所示的系统的相图。
在各个图中相同的附图标记和符号表示相同或相似的部件。
具体实施例方式
图1示出了示例性的封闭式的制冷系统或空调系统10。该系统10具有封闭式压缩机12，压缩机排气管或排气管路14从压缩机向下游延伸到冷凝器16。中间管路18从冷凝器16向下游延伸到膨胀装置20和蒸发器22。吸气管路24从蒸发器22向下游延伸到压缩机12，以便完成主管路/流动路径26。
为了形成旁通管/流动路径28，旁通管路30从中间管路18分支出来并且包含辅助膨胀装置32，并且旁通管路30与吸气管路24连接。热交换器34定位成便于使得在该辅助膨胀装置32下游的旁通管路30与在主膨胀装置20上游的中间管路18呈热交换关系。
示例性的蒸发器22是交叉流式的制冷剂与空气热交换的热交换器，其具有多个并联的制冷剂盘管36，制冷剂盘管36从位于液体收集器或集管38处的入口端延伸到位于吸气收集器或集管40处的出口端。风扇42驱动空气流44流经盘管36，以便使得流经该盘管的制冷剂从空气流中吸收热量。
示例性的膨胀装置20和32是电子膨胀阀(EEV)，并且所示的膨胀装置与监控/控制系统44(例如具有微处理器的控制器)连接，以便分别经由控制线路45和46接受控制输入。示例性的控制系统44可接受以下输入，例如来自一个或多个传感器47的区输入、来自一个或多个传感器(例如吸气温度传感器50和吸气压力传感器52)的系统状态输入、以及来自一个或多个输入装置(例如恒温器60)的外界控制输入。
除了电子膨胀阀(EEV)，也可使用任何类型的膨胀装置，(例如具有远端的温包70的热力膨胀阀(TXV)32、固定的孔口装置、或毛细管式装置)。
现有技术的基本系统缺少旁通流动路径28和热交换器34。图2示出了这种基本系统(或者没有旁通流动的现有系统)中的对于制冷剂流而言的压力100和焓102。边界线104分开了两相的气态/液态混合物区106、单相的过冷液态区108、单相的过热气态区110。所示的吸气状态如处于焓122和压力124的点或状态120。这些状态基本上存在于从吸气集管40的下游到压缩机吸气端口的流动路径中。制冷剂在压缩机12中被压缩到经压缩的点126(曲线的压缩段125)，其具有升高的焓128和升高的压力130。在压缩过程125中，制冷剂通常保持在过热气态区110，或者从两相区106转变为过热气态区110。制冷剂在冷凝器16中被冷凝(冷凝段131)到冷凝后的点132，其具有降低的焓134，但是具有与经压缩/排气状态相同的压力。在冷凝过程131中，制冷剂状态可从过热气态区110转变为两相区106，并且甚至转变为过冷液态区108。该制冷剂在膨胀装置34中膨胀(膨胀段135)成膨胀后的点136，其具有降低的压力138。在膨胀过程135中，焓可能保持大致恒定，处于134。在膨胀过程中制冷剂可以再次进入或保持在两相区106。所述经膨胀的两相制冷剂必须进入蒸发器。该制冷剂在蒸发器中蒸发，以便返回到相对于膨胀后的点136而言具有明显升高的焓和稍微下降的压力的点120。
处于两相区106的膨胀后的点136存在显著的问题。当两相的制冷剂进入蒸发器时，难以使得制冷剂在蒸发器盘管之间均衡。即，相似的盘管可能具有不同的制冷剂总量和/或具有不同的两相比率。这导致在各个盘管中产生明显不同的盘管状态。具有较高制冷剂量和较高的相对液态量的盘管可能过度冷却，因此产生过多的结霜积聚。总效率可能也下降。因此，已知的是使用复杂的分配器结构以便代替液体集管38从而在不同盘管之间均衡所述比率。分配器往往是昂贵的。有利的是，在可能导致点136处于两相区106的周围环境状态的情况下，所希望的是使得点136移动到单相液态区108，从而可省去分配器。在这种情况下，进入蒸发器的单相液体流便于被分为对于每一盘管的相似流。盘管可以被设计/构造成便于在这种输入流的情况下工作。
图3示出了本发明旁通流动如何实现进入蒸发器22的有利制冷剂状态。吸气状态/点220与图2所示的点120大致相同。在压缩过程225之后，经压缩的/排气/点226与图2所示的点126相似。冷凝过程231使得组合的主流和旁通流流向冷凝后的/点232，其与点132相似。
从该冷凝后的状态，旁通流从主流动中分支出来。该旁通流动的制冷剂膨胀(参见线段233)到点234，该点基本上处于吸气压力124和焓134。这样，在热交换器34中主流动与旁通流动之间的热交换(对于旁通流动为235和对于主流动为236)使得旁通流动的状态返回到点220并且将主流动冷却到预冷的/点238，其具有进一步降低的主流动的焓240。制冷剂的主流动在膨胀装置20中膨胀(线段241)到点242，其具有下降的压力244(与点138大致相同)。制冷剂主流在蒸发器22中蒸发(线段245)以便使得主流动返回到最初的吸气点220。主流动与旁通流动之间的热交换会使得点242移动到焓较低的状态。所需的热交换的量取决于周围环境的状态。
膨胀装置32的基本工作可响应于感测到的制冷剂离开蒸发器22的过热度。该过热度(实际温度减去饱和温度)可基于对于实际温度的温度传感器50和对于饱和温度的压力传感器52的输出来确定，(例如在控制系统44中对已知的制冷剂特性进行编程)。膨胀装置32可以按双位方式或渐进方式响应于过热的存在或过热度或过热参数(高于门限的过热)而打开。借助作为膨胀装置32的热力膨胀阀(TXV)，通过将其温包70设置成与处于吸气状态的制冷剂呈热交换关系来实现控制。
膨胀装置32和/或旁通流动路径的其它部件可以参照主流动流动路径部件来确定尺寸，以便使得在旁通流动与非旁通流动之间获得适当的均衡。在示例性的双位结构中(即仅具有开和关状态的双位流动)，示例性的流动均衡设计使得流经压缩机的总流动的大约30％作为旁通流动，百分比为按重量/质量来计算，(即非旁通流动为3/7)。对于双位运行的较宽的示例性参数是25-33％以及10-35％。渐进或布进操作可使得这些范围最大化并且可选择性地使得流动小于这些范围的下限。
以上已经描述了本发明的一个或多个实施例。然而，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出各种变型。例如当作为现有系统的变型或重新设计来实施时，现有系统的细节可显著地影响实施的细节。尽管本发明参照基本系统和简化的状态来进行描述，但是本发明的原理可应用于许多更复杂的系统形式，无论该系统是现有的或还没有开发出来的。因此，其它的实施例也落在以下的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种装置，其包括具有吸气端口和排气端口的压缩机；冷凝器；第一膨胀装置；第二膨胀装置；蒸发器；热交换器，该热交换器具有彼此呈热交换关系的第一部分和第二部分；和一个或多个管路，以便形成主流动路径，该主流动路径从该排气端口经该冷凝器、该热交换器第一部分、该第一膨胀装置、和该蒸发器以便返回到该吸气端口；和旁通流动路径，该旁通流动路径旁通绕过该热交换器第一部分、该第一膨胀装置、和该蒸发器，但经过该第二膨胀装置和该热交换器第二部分。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该蒸发器没有分配器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二膨胀装置是TXV，其具有与吸气端口状态大致呈热交换关系的温包。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二膨胀装置是EXV。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括与EXV连接的控制器，该控制器编程为响应于获得的过热度来控制该EXV。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该热交换器第一部分沿主流动路径位于冷凝器的下游、蒸发器的上游；和该热交换器第二部分沿旁通流动路径位于冷凝器的下游。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该热交换器第一部分沿主流动路径位于第一膨胀装置的上游。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该蒸发器是制冷剂与空气热交换的热交换器。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少在旁通模式中，旁通流动以两相气态/液态状态沿旁通流动路径进入热交换器第二部分并且以单相过热气态状态离开热交换器第二部分；和在该旁通模式中，主流动沿主流动路径在所述热交换器第二部分中基本上保持单相液态。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，压缩机是从包括螺杆式压缩机和涡旋式压缩机的组中选择的。
11.一种用于操纵权利要求1所述的装置的方法，其包括检测至少一个工作参数；和响应于所述检测，至少操纵该第二膨胀装置以便保持沿该主流动路径进入该蒸发器的制冷剂基本上为单相液态。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个工作参数包括以下至少一者饱和吸气温度；和实际吸气温度。
13.一种用于操纵冷却系统的方法，其包括使得制冷剂主流动流经蒸发器；和在该蒸发器的上游使得该主流动预冷，以便保持所述主流动基本上为液态进入该蒸发器。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该预冷包括使得旁通流动控制成与该主流动呈热交换关系。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在没有所述预冷的情况下，确定该主流动是否大致以两相流进入该蒸发器。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述确定包括确定离开蒸发器的制冷剂过热超过门限。
17.一种系统，其包括压缩机；冷凝器；排气管路，该排气管路将该压缩机连接到该冷凝器以便至少将制冷剂的主流动从该压缩机输送到该冷凝器；膨胀装置；蒸发器；吸气管路，该吸气管路将该蒸发器连接到该压缩机以便将制冷剂从该冷凝器输送到该压缩机并且包括第一和第二并联部分；和用于对进入该膨胀装置的制冷剂进行预冷以便保持所述主流动大致为液态并同时流经从该膨胀装置到该蒸发器的流动路径长度范围的装置。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该蒸发器没有分配器。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，在该蒸发器中，主流动转变为两相液态/气态流并随后转变为单相过热气态流。
20.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该旁通流动按重量来计占流经压缩机的制冷剂总量的10-35％。
全文摘要
一种包括具有吸气端口和排气端口的压缩机的装置，一个或多个管路形成主流动路径，该主流动路径从该排气端口经该冷凝器、该热交换器第一支路、该第一膨胀装置、和该蒸发器以便返回到该吸气端。该管路还形成旁通流动路径，该旁通流动路径旁通绕过该热交换器第一支路、该第一膨胀装置、和该蒸发器，但经过该第二膨胀装置和该热交换器第二支路。
文档编号F25B13/00GK101031763SQ200580033125
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月29日
发明者M·K·格拉邦 申请人:开利公司