專利名稱：蒸氣壓縮系統(tǒng)及其方法
相關(guān)申請的相互參考本申請為本人的正在審查過程中的申請日為1999年1月12日，申請?zhí)枮?9/228696的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明總的來講涉及蒸氣壓縮系統(tǒng)，具體地說涉及蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，冷凍機(jī)系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)。本發(fā)明有關(guān)這方面的重要內(nèi)容在于對特別適用于商業(yè)介質(zhì)和低溫制冷/冷凍機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的效率的改進(jìn)。
本發(fā)明的背景技術(shù)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)通常使用經(jīng)過不同的相或狀態(tài)相繼實(shí)現(xiàn)熱交換功能的流體制冷劑介質(zhì)。這些系統(tǒng)通常使用一臺(tái)壓縮機(jī)來接收氣態(tài)制冷劑(一般是過熱蒸氣形式)，壓縮機(jī)將蒸氣壓縮到高壓后將其送到其中一個(gè)冷凝器，在該冷凝器中冷介質(zhì)與進(jìn)入的高壓蒸氣直接接觸，移出制冷劑中的潛熱，使液體制冷劑處于與冷凝壓力相應(yīng)的沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以下溫度。然后將制冷劑送到膨脹裝置，例如送到膨脹閥或毛細(xì)管，該膨脹裝置使制冷劑壓力和溫度得到有控制的降低，而且該膨脹裝置還向蒸發(fā)器輸入計(jì)量的液體量，使液體量與能夠提供預(yù)期的制冷效果所需要的液體量相等。如現(xiàn)有技術(shù)，例如美國專利US4888957號所介紹的那樣，可能會(huì)有少量液體制冷劑閃蒸成蒸氣，然而在這種情況下，從該閥排出的低溫液體形式的制冷劑中帶有少量蒸氣餾份。在蒸發(fā)器中，由于從需要得到冷卻的周圍環(huán)境空氣將熱量傳遞到低溫液體制冷劑中，所以該低溫液體制冷劑蒸發(fā)。然后從壓縮機(jī)排出的制冷劑蒸氣返回到壓縮機(jī)繼續(xù)進(jìn)行上述循環(huán)。
為了高效運(yùn)行，希望在蒸發(fā)器中盡可能地使用更多的冷卻盤管。這種高效運(yùn)行要求沿盡可能多的冷卻盤管最大限度地利用蒸發(fā)器的潛熱。
現(xiàn)有的一般系統(tǒng)，特別是商用制冷系統(tǒng)/冷凍機(jī)系統(tǒng)中通常用比較長的制冷管線使冷凝器與膨脹裝置(例如熱力膨脹閥)連通，而且將膨脹裝置置于離蒸發(fā)器很近的地方。因此，供應(yīng)到蒸發(fā)器的制冷劑為液體形式或大部分為液體形式，只有少量蒸氣餾份。這種制冷劑送料以及本身伴隨的低流速使得冷卻效率較低，特別是沿冷卻盤管起始部位的冷卻效果較低，這是因?yàn)樵谶@些部位結(jié)霜或結(jié)冰造成的，于是進(jìn)一步降低了其傳熱效率。在商用系統(tǒng)中，例如開式制冷陳列柜，結(jié)霜會(huì)使空氣流速減少到氣幕變少的程度，使得陳列柜中的負(fù)荷增加。另外，結(jié)霜或結(jié)冰需要經(jīng)常為蒸發(fā)器盤管除霜，這樣也就減少了制冷柜/冷凍機(jī)柜中的食品的存儲(chǔ)壽命，增加了電力消耗和運(yùn)行成本。
本發(fā)明的概述本發(fā)明克服了傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)存在的上述問題和缺陷，在提供的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中，將制冷劑液體和蒸氣混合物提供給蒸發(fā)器的入口，其中混合物在入口(和整個(gè)制冷劑流路)處的蒸氣量和流速匹配，以便基本沿蒸發(fā)器冷卻盤管的整個(gè)長度實(shí)現(xiàn)和保持最佳傳熱。
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷方法和設(shè)備，以便基本沿蒸發(fā)器冷卻盤管的整個(gè)長度具有最佳傳熱效率。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷方法和設(shè)備，其中大大減少冷卻盤管表面上結(jié)的冰或霜，特別是離蒸發(fā)器入口最近的冷卻盤管表面上結(jié)的冰或霜，從而使除霜需求降至最小。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷方法和設(shè)備，其中大大減少了制冷室及其與之相關(guān)的冷凍中保存的食品表面上結(jié)的水份或霜，實(shí)際上即使不能將水分或霜完全消除掉也可顯著減少水分或霜。
本發(fā)明的還一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷方法和設(shè)備，其特征在于改進(jìn)了沿其冷卻盤管整個(gè)長度的溫度一致性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷方法和設(shè)備，其特征在于減少了電力消耗和運(yùn)行費(fèi)用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷方法和設(shè)備，其傳熱效率得到提高，需要的制冷劑充注量減少，在許多應(yīng)用中可以不用傳統(tǒng)元件，例如不用制冷回路中的貯槽。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷方法和設(shè)備，其中冷卻盤管和與之相關(guān)的熱交換器中流動(dòng)的空氣之間的溫差最小，由此大大降低了空氣中提取的水量，使制冷室和與之相連的冷凍機(jī)隔間中的濕度更加均勻。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種商用制冷系統(tǒng)，其中壓縮機(jī)，膨脹裝置和冷凝器均可以離制冷室或與之相連的冷凍機(jī)隔間比較遠(yuǎn)，這樣就可以方便地使用這些元件，而不會(huì)影響顧客的通行等。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中將壓縮機(jī)，膨脹裝置和冷凝器及其與它們連接的控制設(shè)備一起作為一組件裝在一個(gè)緊湊的殼體中，并可以將該殼體方便地裝在一個(gè)制冷回路中。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)下面結(jié)合附圖和曲線的描述將會(huì)理解本發(fā)明的這些目的和其它目的，其中相同的參考標(biāo)記表示相同的部件，其中

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的蒸氣壓縮系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多功能閥或裝置的第一側(cè)的局剖側(cè)視圖；圖3是圖2所示多功能閥或裝置的第二側(cè)的局剖側(cè)視圖；圖4是圖2和3所示的多功能閥或裝置的分解圖；圖5是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在本發(fā)明的中等溫度蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑壓力和溫度以及送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖6是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖5所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑體積流速與時(shí)間的關(guān)系；圖7是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖5所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑的密度與時(shí)間的關(guān)系；圖8是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖5所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑質(zhì)量流速與時(shí)間的關(guān)系；圖9是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在傳統(tǒng)中等溫度蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑壓力和溫度以及送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖10是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖9所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑體積流速與時(shí)間的關(guān)系；圖11是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖9所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑的密度與時(shí)間的關(guān)系；圖12是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖9所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處的制冷劑的質(zhì)量流速與時(shí)間的關(guān)系；
圖13是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在本發(fā)明的低溫蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間沿蒸發(fā)器的冷卻盤管的不同部位處的制冷劑壓力和溫度以及送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖14是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在本發(fā)明的低溫蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的單一運(yùn)行循環(huán)期間沿蒸發(fā)器中的冷卻盤管的制冷劑壓力和溫度以及送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖15是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在傳統(tǒng)低溫蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間沿蒸發(fā)器的冷卻盤管的不同部位處的制冷劑壓力和溫度以及送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖16是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在傳統(tǒng)低溫蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的單一運(yùn)行循環(huán)期間沿蒸發(fā)器的冷卻盤管的不同部位處的制冷劑壓力和溫度以及送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖17是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在本發(fā)明另一實(shí)施例的低溫蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間在蒸發(fā)器中的冷卻盤管入口、中心和出口處的制冷劑壓力和溫度以及送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度與時(shí)間之間的關(guān)系；圖18是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖17所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器入口處供應(yīng)的制冷劑溫度與壓力；圖19是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖17所示的蒸發(fā)器的冷卻盤管中心處的制冷劑壓力與溫度；圖20是數(shù)據(jù)曲線圖，表示在圖17所示的相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間蒸發(fā)器中的冷卻盤管出口處的制冷劑壓力與溫度；圖21是本發(fā)明另一實(shí)施例的多功能閥或裝置上的閥體的局部平面圖；圖22是圖21所示的多功能閥的閥體的側(cè)視圖；和圖23是圖21和22的多功能閥或裝置的局部分解圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例設(shè)置的蒸氣壓縮系統(tǒng)10示于圖1中。制冷系統(tǒng)10包括一個(gè)壓縮機(jī)12，一個(gè)冷凝器14，一個(gè)蒸發(fā)器16和一個(gè)多功能閥或裝置18。但是在這方面應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然圖1中示出的多功能閥或裝置18詳細(xì)描述的優(yōu)選形式為膨脹裝置，但根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思也可用其它膨脹裝置，而且這些裝置均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這些裝置例如包括熱力膨脹閥，毛細(xì)管，自動(dòng)膨脹閥，電動(dòng)膨脹閥，以及其它能夠降低或控制液體制冷劑的壓力和/或溫度的裝置。
如圖1所示，壓縮機(jī)12通過一根排放管線20與冷凝器14相連。通過一個(gè)連接到多功能閥18的第一入口24的液體管線22將該多功能閥或裝置18與冷凝器14相連。另外，多功能閥18在第二入口26處與排放管線20連接。用一根蒸發(fā)器給送管線28將多功能閥或裝置18與蒸發(fā)器16相連，并用一根抽吸管線30將蒸發(fā)器16的出口與壓縮機(jī)12的入口相連。將一個(gè)溫度傳感器32安裝在抽吸管線30上，該傳感器通過一個(gè)控制管線33與多功能閥18運(yùn)行連接。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，壓縮機(jī)12，冷凝器14，多功能閥或裝置18(或其它合適的膨脹裝置)和溫度傳感器32裝在一個(gè)控制單元34中。該控制單元可以離放有蒸發(fā)器16的制冷室36較遠(yuǎn)。
本發(fā)明的蒸氣壓縮系統(tǒng)可以利用市場上能夠得到的任何包括制冷劑的傳熱流體，如含氯氟烴，例如，二氯二氟甲烷的R-12，一氯二氟甲烷的R-22，含有R-12和R-152a的共沸制冷劑的R-500，含有R-23和R-13的共沸制冷劑的R-503，以及含有R-22和R-115的共沸制冷劑的R-502。其它列舉的制冷劑包括R-13，R-113，141b，123a，123，R-114和R-11，但又不限于這些制冷劑。另外，本發(fā)明例如也可以用其它制冷劑如氫氯氟烴，例如141b，123a，123和124；氫氟烴，例如R134a，134，152，143a，125，32，23，以及共沸HFCsAZ-20和AZ-50(公知的為R-507)。混合制冷劑，例如MP-39，HP-80，F(xiàn)C-14，R-717和HP-62(公知的為R-404a)是附加制冷劑。因此應(yīng)指出的是，用在本發(fā)明中的具體制冷劑或混合制冷劑對于本發(fā)明的運(yùn)行來講不是關(guān)鍵性的，其原因在于，實(shí)際上只期望本發(fā)明用所有制冷劑運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)效率都高于公知蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)用相同制冷劑時(shí)達(dá)到的效率。
在運(yùn)行中，壓縮機(jī)12將制冷劑流體(從蒸發(fā)器16排出的蒸氣)壓縮到高溫高壓。該制冷劑被壓縮機(jī)12壓縮到的溫度和壓力取決于制冷系統(tǒng)10的具體尺寸和需要的冷卻負(fù)荷。壓縮機(jī)12將高壓蒸氣泵送到排放管線20和冷凝器14中。正如下面將要詳細(xì)描述的那樣，在冷卻期間，第二入口26關(guān)閉，壓縮機(jī)12的所有輸出泵送至冷凝器14。
在冷凝器14中，將空氣和水一類的介質(zhì)送過冷凝器中的盤管，該冷凝器使高壓的傳熱流體變成液態(tài)。根據(jù)所用的具體制冷劑，在冷凝過程中，當(dāng)制冷劑中放出潛熱時(shí)，液體制冷劑的溫度下降約10-40°F。冷凝器14將液體制冷劑排放到液體管線22中。如圖1所示，液體管線22直接排放其進(jìn)入多功能閥或裝置18。因?yàn)橐后w管線22較短，所以液體管線22所攜帶的液體從冷凝器14到多功能閥或裝置18時(shí)其溫度或壓力基本上不上升或下降。
由于制冷系統(tǒng)10安裝的液體管線短，所以該制冷系統(tǒng)10就可比較理想地將大部分低溫高壓液體制冷劑傳送到多功能閥或裝置18，此時(shí)因液體進(jìn)入多功能閥或裝置18之前液體加熱非常少使液體制冷劑的吸熱能力損失很少，或因液體壓力損失所造成的液態(tài)制冷劑的吸熱能力損失很小。
冷凝器14排出的傳熱流體在第一入口24進(jìn)入多功能閥或裝置18，并按照溫度傳感器32測得的抽吸管線30的溫度限定的速率使傳熱流體的體積膨脹。多功能閥或裝置18將作為制冷劑液體和蒸氣混合物的傳熱流體排放到蒸發(fā)器給送管線28中。溫度傳感器32將溫度信息通過控制管線33傳送給多功能閥18。顯然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明白，制冷系統(tǒng)10可以有很廣泛的用途，以便控制某一殼體例如里面存儲(chǔ)有易變質(zhì)食品的制冷室的溫度。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)理解到，將對制冷劑流體進(jìn)行體積膨脹的閥設(shè)置在離冷凝器很近的位置，膨脹裝置18和蒸發(fā)器16之間的蒸發(fā)器給送管線28的長度較長，這些均與現(xiàn)有的系統(tǒng)很不相同。例如，在典型的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，膨脹裝置緊靠蒸發(fā)器的入口，如果使用溫度傳感裝置，則通常將該溫度傳感裝置設(shè)置在緊靠蒸發(fā)器的出口的地方。如上所述，這種系統(tǒng)因?yàn)橄蛘舭l(fā)器提供的是液體形式或大部分為液體形式而只有少量蒸氣餾份的制冷劑，所以效率不高，特別是在冷卻盤管的起始部分，蒸氣餾份伴隨與其自身相關(guān)的低流量，這就使得冷卻效果更差。
與現(xiàn)有技術(shù)相反，本發(fā)明的蒸氣壓縮系統(tǒng)使用的蒸發(fā)器給送管線在制冷劑從膨脹裝置(例如多功能閥或裝置18)到達(dá)蒸發(fā)器時(shí)，該管線利用其直徑和長度方便地將液體轉(zhuǎn)變成液體和蒸氣混合物。因此，制冷劑的大量液體組分轉(zhuǎn)變成蒸氣，使得制冷劑到達(dá)蒸發(fā)器16的入口時(shí)蒸發(fā)器中有大量蒸氣，其流速也相當(dāng)高，這就極大地改進(jìn)了沿冷卻盤管整個(gè)長度的傳熱。這種傳熱效率的改進(jìn)還伴隨有其它好處和優(yōu)點(diǎn)。例如，大大減少了冷卻盤管的表面上結(jié)的冰或霜，特別是減少了離蒸發(fā)器入口最近的冷卻盤管表面上結(jié)的冰或霜，由此大大減少了對盤管的除霜需求。另外，冷卻盤管和與其呈熱交換關(guān)系的循環(huán)空氣之間的溫差減至最小，這樣，制冷室以及與其相連的冷凍機(jī)隔間中的濕度也就更加均勻，有效地避免了存儲(chǔ)在這些制冷室和冷凍機(jī)中的食品表面出現(xiàn)水分或霜。此外，本發(fā)明系統(tǒng)的特征在于，由于壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間的運(yùn)行循環(huán)部分比相同負(fù)荷的傳統(tǒng)制冷/冷凍系統(tǒng)運(yùn)行少很多，所以減少了電力消耗和運(yùn)行費(fèi)用。
現(xiàn)在參見圖2，傳熱流體(高壓制冷劑蒸氣)進(jìn)入第一入口24，經(jīng)過第一通路38到達(dá)一個(gè)公共腔40。膨脹閥42位于第一入口24附近的第一通路38內(nèi)。膨脹閥42利用封裝在上閥殼44中的膜片(未示出)計(jì)量流過第一通路38的傳熱流體的流量。在所示的實(shí)施例中，制冷劑給料經(jīng)受連續(xù)兩級串聯(lián)膨脹，在膨脹閥42中，例如當(dāng)膨脹閥42是熱力膨脹閥時(shí)，出現(xiàn)的第一膨脹是調(diào)幅膨脹(modulated expansion)，第二膨脹在公共腔40中進(jìn)行，這是連續(xù)或非調(diào)幅膨脹。
將控制管線33與上閥殼44上的入口62相連。經(jīng)控制管線33傳送的信號致動(dòng)上閥殼44內(nèi)的膜片。膜片致動(dòng)閥組件54(如圖4所示)，以便控制從第一入口24進(jìn)入膨脹室(如圖4所示)的傳熱流體的數(shù)量。將閘閥46設(shè)置在公共腔40附近的第一通路48內(nèi)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，閘閥46是能夠根據(jù)電信號使傳熱流體停止通過第一通路38的電磁閥。
如圖3所示，多功能閥或裝置18的第二通路48將第二入口26與公共腔40相連。制冷劑流體進(jìn)入公共腔40時(shí)經(jīng)受體積膨脹。將一個(gè)閘閥50設(shè)置在靠近公共腔40的第二通路48中。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，閘閥50是能夠在一接收到電信號后就可使傳熱流體停止流過第二通路48的電磁閥。公共腔40通過出口41將傳熱流體從多功能閥或裝置18中排出。
如圖4所示，多功能閥18包括一個(gè)靠近第一入口22的膨脹室52，一個(gè)閥組件54和一個(gè)上閥殼44。閥組件54由一個(gè)裝在上閥殼44中的膜片(未示出)致動(dòng)。第一和第二管道56和57位于膨脹室52和閥體60之間。將閘閥46和50裝在閥體60上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過關(guān)閉閘閥46和打開閘閥50就可以使制冷系統(tǒng)10進(jìn)行除霜運(yùn)行。在除霜模式中，高溫傳熱流體進(jìn)入第二入口26，經(jīng)過第二通路48后進(jìn)入公共腔40。高溫蒸氣經(jīng)出口41排出，通過蒸發(fā)器給送管線28后直接排放到蒸發(fā)器16的冷卻盤管的入口。
在除霜循環(huán)中，系統(tǒng)中的所有焦油箱(pockets of oil trapped)均被加溫，油沿與傳熱流體流動(dòng)方向相同的方向傳遞。由于強(qiáng)迫熱氣體按正流的方向通過系統(tǒng)，所以被收集的油全部返回到壓縮機(jī)。熱氣體以較高的流速通過系統(tǒng)，冷卻氣體所花的時(shí)間較短，由此改善了除霜效率。本發(fā)明的正流除霜方法比逆流除霜方法的好處更多。
例如，逆流除霜系統(tǒng)在蒸發(fā)器的入口附近使用一個(gè)直徑小的截止閥，該截止閥限制熱氣體沿反向流動(dòng)，使得熱氣體的流速減小，從而降低了除霜效率。另外，本發(fā)明的正流除霜方法避免了系統(tǒng)在除霜過程中的壓力增大。此外，逆向除霜方法要將系統(tǒng)中被收集的油壓回到膨脹閥中。因?yàn)榕蛎涢y中油太多會(huì)析出膠質(zhì)，這就限制了閥的運(yùn)行，所以這是不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。另外，利用正流除霜方法，除了除霜回路以外的正在運(yùn)行的所有附加的制冷回路中，液體管線的壓力均不會(huì)減小。
本發(fā)明的正流除霜能力也因除霜效率的提高而對運(yùn)行很有幫助。例如，由于迫使收集到的油返回到壓縮機(jī)中，所以就避免了液滯，這種液滯對提高裝置的使用壽命不利。另外，因?yàn)橄到y(tǒng)需要的除霜時(shí)間減少，所以使運(yùn)行成本降低。由于可以很快使熱氣停止流動(dòng)，因而系統(tǒng)可以快速返回正常冷卻運(yùn)行。當(dāng)對蒸發(fā)器16進(jìn)行除霜時(shí)，溫度傳感器32檢測抽吸管線30中的傳熱流體的溫升。當(dāng)溫度上升到某一給定值時(shí)，多功能閥18中的閘閥50關(guān)閉，系統(tǒng)重新開始制冷運(yùn)行。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行各種改變，使本發(fā)明的制冷系統(tǒng)滿足不同的用途。例如，在食品零售點(diǎn)運(yùn)行的制冷系統(tǒng)主要包括多個(gè)與一個(gè)公共壓縮系統(tǒng)配合的制冷室。另外，在要求高熱負(fù)荷的制冷運(yùn)行的用途中，可以使用多個(gè)壓縮機(jī)來增加制冷系統(tǒng)的冷卻能力。在上述正在審查過程中的申請09/228696中已經(jīng)描述了這些配置的實(shí)例，該申請所公開的內(nèi)容與另一些系統(tǒng)的結(jié)合作為本發(fā)明的參考。
為了顯示出本發(fā)明的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)所具有的性能和優(yōu)點(diǎn)，下面給出一些實(shí)例。
實(shí)例1在5英尺(1.52米)的Tyler家用箱式冷柜(Tyler Chest Freezer)的制冷回路中裝有一個(gè)上述形式的多功能裝置，在本制冷回路中是多功能閥，將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)膨脹閥垂直安裝到一個(gè)旁路管線中，使制冷回路象傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的XDX制冷系統(tǒng)一樣運(yùn)行。上述制冷回路裝有外部管直徑約為0.375英寸(.953cm)、有效管長約為10英尺(3.048米)的蒸發(fā)器給送管線。用一個(gè)Copeland氣密封壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)該制冷系統(tǒng)。在XDX模式中，將一個(gè)感溫包固定在離壓縮機(jī)約18英寸的抽吸管線上，而在傳統(tǒng)模式中，該感溫包靠近蒸發(fā)器的出口?；芈分谐溲b約28盎司(792g)的從DuPont公司購買的R-12制冷劑。制冷回路中還裝有從壓縮機(jī)排放管線延伸到蒸發(fā)器給送管線的旁路管線，以便進(jìn)行正向流除霜(見圖1)。用裝在制冷室中心的具有溫度傳感器，地面以上約4英寸(10cm)的“ACPS Date Logger@(型號為DL300)”檢測所有冷卻過的環(huán)境空氣溫度。
XDX系統(tǒng)-中溫運(yùn)行蒸發(fā)器的正常運(yùn)行溫度為20°F(-6.7℃)，冷凝器的正常運(yùn)行溫度為120°F(48.9℃)。將蒸發(fā)器的冷卻負(fù)荷控制在約3000Btu/hr(21gcal/s)。多功能閥或裝置檢測蒸發(fā)器給送管線中的制冷劑液體/蒸氣混合物的溫度約為20°F(-6.7℃)。設(shè)定的感溫包將抽吸管線中流動(dòng)的蒸氣過熱溫度維持在約25°F(13.9℃)。壓縮機(jī)以2199英尺/分鐘(670m/min)的速度將壓力增高的制冷劑排放到排放管線中，其冷凝溫度約為120°F(48.9℃)，壓力約為172磅/英寸2。
XDX系統(tǒng)-低溫運(yùn)行蒸發(fā)器的正常運(yùn)行溫度為-5°F(-20.5℃)，冷凝器的正常運(yùn)行溫度為115°F(46.1℃)。將蒸發(fā)器的冷卻負(fù)荷控制在約3000Btu/hr(21gcal/s)。多功能閥或裝置檢測進(jìn)入蒸發(fā)器給送管線中的溫度約為-5°F(-20.5℃)的制冷劑。設(shè)定感溫包將流入抽吸管線中的蒸氣過熱溫度維持在約20°F(11.1℃)。壓縮機(jī)將壓力增高的冷凝溫度為115°F(46.1℃)的制冷劑排放到排放管線中。除了Tyler家用箱式冷柜的風(fēng)機(jī)在5分鐘以后進(jìn)行除霜以使蒸發(fā)器盤管散熱并將盤管上的水份排出以外，XDX系統(tǒng)的低溫運(yùn)行與其中溫運(yùn)行基本相同。
XDX系統(tǒng)在中溫運(yùn)行時(shí)的一個(gè)周期的運(yùn)行時(shí)間約為24小時(shí)，而其低溫運(yùn)行時(shí)的周期運(yùn)行時(shí)間約為18小時(shí)。在23小時(shí)的試驗(yàn)期間，約每分鐘檢測一次Tyler家用箱式冷柜中的環(huán)境空氣溫度。在試驗(yàn)階段連續(xù)測量上述空氣溫度，而制冷系統(tǒng)按制冷模式和除霜模式運(yùn)行。在除霜循環(huán)中，制冷回路按除霜模式運(yùn)行到感溫包溫度達(dá)到約50°F(10℃)為止。溫度測量值示于下面的表A中。
傳統(tǒng)系統(tǒng)-帶有電除霜的中溫運(yùn)行上述Tyler家用箱式冷柜中在壓縮機(jī)排放管線和抽吸管線之間裝有旁路管線，用于逆流除霜。旁路管線中裝有用于調(diào)節(jié)該管線中的高溫制冷劑流量的電磁閥。給電除霜元件通電，以加熱盤管。緊靠蒸發(fā)器入口安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)膨脹閥，感溫包固定到緊靠蒸發(fā)器出口的抽吸管線上。設(shè)定感溫包將抽吸管線中流動(dòng)的蒸氣過熱溫度維持在約6°F(3.3℃)。在運(yùn)行前，給系統(tǒng)充裝約48盎司(1.36kg)R-12制冷劑。
傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)在中溫運(yùn)行時(shí)的一個(gè)周期的運(yùn)行時(shí)間約為24小時(shí)。在24小時(shí)的試驗(yàn)階段，約每分鐘檢測一次Tyler家用箱式冷柜中的環(huán)境空氣溫度。在試驗(yàn)階段連續(xù)測量上述空氣溫度，而制冷系統(tǒng)按制冷模式和電除霜模式運(yùn)行。在除霜循環(huán)中，制冷回路按除霜模式運(yùn)行直到感溫包溫度達(dá)到約50°F(10℃)為止。溫度測量值示于下面的表A中。
傳統(tǒng)系統(tǒng)-帶有空氣除霜的中溫運(yùn)行上述Tyler家用箱式冷柜中裝有一個(gè)用于為膨脹閥提供適量液體的儲(chǔ)槽，并安裝一個(gè)便于存儲(chǔ)附加制冷劑的液體管線干燥器。膨脹閥和感溫包所處的位置與上述電除霜系統(tǒng)中的一樣。設(shè)定感溫包將抽吸管線中流動(dòng)的蒸氣過熱溫度維持在約8°F(4.4℃)。在運(yùn)行前，給系統(tǒng)充裝約34盎司(0.966kg)R-12制冷劑。
上述傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)在中溫運(yùn)行時(shí)的一個(gè)周期的運(yùn)行時(shí)間約為241/2小時(shí)。在24 1/2小時(shí)的試驗(yàn)期間，約每分鐘檢測一次Tyler家用箱式冷柜中的環(huán)境空氣溫度。在試驗(yàn)階段連續(xù)測量上述空氣溫度，而制冷系統(tǒng)按制冷模式和空氣除霜模式運(yùn)行。根據(jù)傳統(tǒng)做法，編好四次除霜循環(huán)程序，每次穩(wěn)定約36-40分鐘。溫度測量值示于下面的表A中。
表A制冷溫度(°F/℃)
1)23小時(shí)試驗(yàn)期間的一個(gè)除霜循環(huán)2)24小時(shí)試驗(yàn)期間的三個(gè)除霜循環(huán)如上所述，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的XDX制冷系統(tǒng)將家用箱式冷柜中的溫度保持在所需的溫度，其中的溫度變化小于傳統(tǒng)系統(tǒng)中的溫度變化。XDX的中溫?cái)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，漂移和溫度測量范圍均比傳統(tǒng)系統(tǒng)的小許多。因此，XDX的低溫?cái)?shù)據(jù)同樣表示其與XDX的中溫?cái)?shù)據(jù)不相上下。
在除霜循環(huán)期間，對這種家用箱式冷柜的溫升進(jìn)行監(jiān)測，以便確定冷柜中的最高溫度。該溫度要盡可能接近運(yùn)行的制冷溫度，以避免冷柜中存儲(chǔ)的食品變質(zhì)。XDX系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的最高除霜溫度列在下面的表B和C中。
表B最高除霜溫度(°F/℃)XDX 傳統(tǒng) 傳統(tǒng)中溫 電除霜 空氣除霜44.6/6.955.0/12.8 58.4/14.7實(shí)例II在裝有電除霜電路的Tyler家用箱式冷柜中，用對蒸發(fā)器進(jìn)行除霜的電除霜電路進(jìn)行低溫運(yùn)行試驗(yàn)。XDX系統(tǒng)和電除霜系統(tǒng)完成除霜和回復(fù)到5°F(-14.4℃)設(shè)定運(yùn)行溫度所需要的時(shí)間列于下面的表C中。
表C回復(fù)到5°F(-15℃)以下的制冷溫度所需要的時(shí)間XDX 具有電除霜的傳統(tǒng)系統(tǒng)除霜時(shí)間(分鐘) 10 36回復(fù)時(shí)間(分鐘) 24 144如上所述，用經(jīng)多功能閥進(jìn)行正流除霜的XDX系統(tǒng)只要少量的時(shí)間對蒸發(fā)器完全除霜，而且用很少的時(shí)間返回到制冷溫度。
實(shí)例III該實(shí)例將中溫范圍運(yùn)行的本發(fā)明蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)(XDX系統(tǒng))的性能與傳統(tǒng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較。
在8英尺(2.43m)的IFI肉庫(型號為EM5G-8)的制冷回路中裝有一個(gè)上述多功能裝置(包括一個(gè)Sporlan Q-體熱力膨脹閥)。將一個(gè)同樣的熱力膨脹閥裝到旁路管線中，使制冷回路要么以XDX制冷系統(tǒng)運(yùn)行，要么以傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)運(yùn)行。
該制冷回路包括一個(gè)蒸發(fā)器給送管線(在XDX模式中)，該管線的外管直徑為0.5英寸(1.27cm)，流路長度(壓縮機(jī)到蒸發(fā)器)約為35英尺(10.67m)。液體給送管線(在傳統(tǒng)模式中)的外管直徑為0.375英寸(0.95cm)，流路長度基本相同。兩種運(yùn)行模式使用相同的冷凝器，蒸發(fā)器和外徑為0.875英寸(2.22cm)的抽吸管線。在這兩種運(yùn)行模式中，制冷回路由Bitzer Model 2CL-3.2Y壓縮機(jī)提供動(dòng)力。
在XDX模式中，將一個(gè)感溫包固定到離壓縮機(jī)約2英尺(0.61m)的抽吸管線上，并使該感溫包連接到根據(jù)上面圖1所述的多功能裝置上。將多功能裝置的熱力膨脹閥部件的過熱溫度設(shè)定為20°F(11.1℃)。
在傳統(tǒng)模式中，使熱力膨脹閥靠近蒸發(fā)器的入口，使傳感器靠近蒸發(fā)器的出口。當(dāng)傳感器測定的過熱溫度超過8°F(4.4℃)時(shí)，該閥設(shè)定為打開。
在兩種運(yùn)行模式中，回路充裝相同量的AZ-50制冷劑，在肉庫中的運(yùn)行溫度從32°F(0℃)到36°F(2.2℃)。用Sponsler公司(Westminster，S.C)的流量計(jì)(Model IT-300N)和合適的蒸氣流量計(jì)(Model SP1-CB-PH7-A-4X)以及Logic Beach，Inc.(La Mesa，CA )的低溫記錄儀(Hyperlogger recorder)(Model HLI)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。
圖5-8示出了該實(shí)例的XDX系統(tǒng)在先后兩個(gè)有代表性的運(yùn)行循環(huán)時(shí)于蒸發(fā)器入口處收集到的制冷劑數(shù)據(jù)。在圖5中，制冷劑壓力(磅/平方英寸)和溫度(°F)分別用標(biāo)號101和102表示。另外相應(yīng)的送風(fēng)溫度(°F)和回風(fēng)溫度(°F)分別用標(biāo)號103和104表示。圖6示出的是體積流速(cfm)，圖7示出的是密度(磅/平方英尺)，圖8示出的是質(zhì)量流速(磅/分鐘)，這些全都是在兩個(gè)相同運(yùn)行循環(huán)時(shí)的數(shù)據(jù)。
圖9-12示出了傳統(tǒng)系統(tǒng)在先后兩個(gè)有代表性的運(yùn)行循環(huán)時(shí)于蒸發(fā)器入口處采集到的相應(yīng)的制冷劑數(shù)據(jù)。實(shí)際上，圖9與圖5類似，即該圖中入口壓力(磅/平方英寸)和溫度(°F)分別用標(biāo)記105和106表示，其中相應(yīng)的送風(fēng)溫度(°F)和回風(fēng)溫度(°F)分別用標(biāo)記107和108表示。圖10示出的是傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的體積流速(cfm)，圖11和12示出的是傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的密度(磅/平方英尺)，和質(zhì)量流速(磅/分鐘)。
根據(jù)圖5和9個(gè)比較可以發(fā)現(xiàn)，XDX系統(tǒng)中的送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差與傳統(tǒng)系統(tǒng)中的送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差非常接近。另外，當(dāng)壓縮機(jī)正在泵送時(shí)，XDX系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行循環(huán)的部分循環(huán)所花的時(shí)間比傳統(tǒng)系統(tǒng)的要短。
下面所示的表D和E是壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各個(gè)制冷循環(huán)的部分循環(huán)期間圖6-8(XDX)和圖10-12(傳統(tǒng))所示的制冷劑流速數(shù)據(jù)的表格。用一個(gè)蒸氣閱讀記錄儀收集這些數(shù)據(jù)，由于制冷劑給料是蒸氣/液體組成的制冷劑，所以該記錄儀的計(jì)量不太精確，因而其計(jì)算平均值不會(huì)構(gòu)成對實(shí)際的CFM或磅/分鐘構(gòu)成影響。
然而，應(yīng)當(dāng)相信這些數(shù)值用于對下表的數(shù)據(jù)得到的結(jié)論進(jìn)行比較還是可靠的。
表D中溫系統(tǒng)-XDX-蒸發(fā)器入口的制冷劑流速時(shí)間體積 密度質(zhì)量(秒)(cfm) (磅/英尺3) (磅/分鐘)0 4.20 0.96 4.045 3.68 0.92 3.38101.81 1.16 2.10151.09 1.30 1.41202.59 1.39 3.59251.07 1.43 1.52301.07 1.47 1.56352.18 1.51 3.29401.03 1.55 1.60451.01 1.61 1.61501.03 1.65 1.70551.01 1.68 1.69601.03 1.68 1.73651.07 1.69 1.80701.05 1.69 1.77751.03 1.69 1.74801.03 1.70 1.75852.20 1.70 3.75901.19 1.70 2.03951.06 1.71 1.80100 1.12 1.71 1.91105 1.04 1.70 1.76110 1.06 1.70 1.80115 1.08 1.69 1.82120 2.42 1.67 4.03125 1.06 1.62 1.71
130 1.041.551.61135 1.101.461.60140 1.081.391.49145 0.971.291.25計(jì)算平均值1.451.542.10標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.820.220.83算術(shù)平均值1.451.532.09中值 1.071.641.75表E中溫系統(tǒng)-傳統(tǒng)蒸發(fā)器入口的制冷劑流速時(shí)間體積密度 質(zhì)量(秒)(cfm) (磅/英尺3) (磅/分鐘)0 1.461.46 2.135 1.441.54 2.2110 1.401.48 2.0615 1.461.56 2.2820 1.891.65 3.1125 1.441.69 2.4330 1.661.62 2.7035 1.701.56 2.6640 1.001.51 1.5245 1.091.50 1.6350 1.041.49 1.5655 1.541.51 2.3360 1.641.55 2.5565 1.211.57 1.9070 1.191.59 1.8975 1.191.60 1.9080 1.181.59 1.8985 1.081.57 1.69
90 1.061.541.6295 0.971.481.44100 0.891.451.29105 0.811.431.16110 1.061.421.50115 0.851.411.20120 0.951.451.38125 1.081.511.63130 1.281.551.99135 1.221.571.92140 1.261.581.99145 1.251.571.96150 2.031.523.10155 1.141.461.67160 0.961.421.37165 0.821.321.08170 0.431.190.51計(jì)算平均值1.231.521.88標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.330.090.56算術(shù)平均值1.221.511.86中值 1.191.521.89這些數(shù)據(jù)顯示，在給定的制冷循環(huán)中，本發(fā)明的XDX系統(tǒng)中的壓縮機(jī)約泵送145秒，而在傳統(tǒng)系統(tǒng)中約泵送170秒(約多17.2％)。因此，在給定制冷循環(huán)中，XDX系統(tǒng)需要的功率明顯比冷卻相同負(fù)荷的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)需要的功率少。
與此相應(yīng)，通過將XDX和傳統(tǒng)系統(tǒng)的入口體積流速比較看出，在蒸發(fā)器入口處，XDX的體積流速約比傳統(tǒng)系統(tǒng)大18％，而XDX的質(zhì)量流速約比傳統(tǒng)系統(tǒng)大11％。另外，與XDX系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)系統(tǒng)的體積、密度和質(zhì)量數(shù)據(jù)越一致(由小的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算證明)，則顯示出制冷劑給料的組分就越一致，而且傳統(tǒng)系統(tǒng)中給料的液體量就比XDX系統(tǒng)的大。因此，這些數(shù)據(jù)表明，在XDX系統(tǒng)中，蒸發(fā)器入口的制冷劑給料的特征在于在冷卻負(fù)荷需求相同的運(yùn)行條件下，而且在冷凝器、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)構(gòu)件均相同的條件下，其蒸氣與液體之比要比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器入口制冷劑給料的大，此外，實(shí)例III中的蒸發(fā)器出口采集到的數(shù)據(jù)與入口的體積流速和質(zhì)量流速(也就是XDX系統(tǒng)的體積流速和質(zhì)量流速分別約比傳統(tǒng)系統(tǒng)的體積流速和質(zhì)量流速大18％和大11％)一致，這就表明在XDX模式中蒸發(fā)器排出的制冷劑含有一些液體，而在傳統(tǒng)模式中蒸發(fā)器排出的制冷劑幾乎全是蒸氣。但是，在XDX模式中，蒸發(fā)器排出的液體量非常少，使得傳送到壓縮機(jī)的給料全部是蒸氣。因此，在XDX模式中，沿整個(gè)盤管使用蒸發(fā)潛熱，但在傳統(tǒng)模式中大部分蒸發(fā)器盤管沒有使用制冷劑的蒸發(fā)潛熱。根據(jù)這些所示的數(shù)據(jù)，XDX系統(tǒng)中的蒸發(fā)器盤管沿該蒸發(fā)器的整個(gè)制冷劑流路具有較高的效率，而在進(jìn)行比較的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，至少在靠近蒸發(fā)器入口和出口的盤管的這些部位效率不高。
實(shí)例IV本實(shí)例將低溫范圍運(yùn)行的本發(fā)明蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)(XDX系統(tǒng))的性能與傳統(tǒng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較。
在四門IFI冷柜(Model EPG-4)的制冷回路中裝有一個(gè)本申請所述的多功能裝置(它包括一個(gè)Sporlan Q-體熱力膨脹閥)。將一個(gè)同樣的熱力膨脹閥裝到旁路管線中，使制冷回路要么以XDX制冷系統(tǒng)運(yùn)行，要么以傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)運(yùn)行。
該制冷回路包括一個(gè)蒸發(fā)器給料管線(在XDX模式中)，該管線的外管直徑為0.5英寸(1.27cm)，從壓縮單元(壓縮機(jī)，冷凝器和儲(chǔ)槽的組合件)到蒸發(fā)器的流路長度約為20英尺(6.10m)，這一點(diǎn)XDX模式及傳統(tǒng)模式兩者相同。液體給料管線(傳統(tǒng)模式中)的外管直徑為0.375英寸(0.95cm)，流路長度基本相同。兩種運(yùn)行模式使用相同的冷凝器，蒸發(fā)器和外徑為0.875英寸(2.22cm)的抽吸管線。在這兩種運(yùn)行模式中，制冷回路由Bitzer Model 2CL-4.2Y壓縮機(jī)提供動(dòng)力。
在XDX模式中，將一個(gè)感溫包固定到離壓縮機(jī)約2英尺(0.61m)的抽吸管線上，并使該感溫包連接到根據(jù)上面圖1所述的多功能裝置上。將多功能裝置的熱力膨脹閥部件的過熱溫度設(shè)定為15°F(8.3℃)。
在傳統(tǒng)模式中，使熱力膨脹閥靠近蒸發(fā)器的入口，而傳感器靠近蒸發(fā)器的出口。當(dāng)傳感器測定的過熱溫度超過2°F(1.1℃)時(shí)，該閥設(shè)定為打開。
在兩種運(yùn)行模式中，回路充裝相同量的AZ-50制冷劑，在冷柜中的工作溫度范圍為-15°F(-26.1℃)到-20°F(-28.9℃)。用Sponsler公司(Westminster，S.C)的流量計(jì)(Model IT-300N)和合適的流量計(jì)(Model SP1-CB-PH7-A-4X)以及Logic Beach，Inc.(La Mesa，CA)的低溫記錄儀(Model HLI)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。
圖13示出了該實(shí)例的XDX系統(tǒng)在約兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)。具體地說用華氏溫度示出了送風(fēng)溫度110，回風(fēng)溫度111，蒸發(fā)器入口的制冷劑溫度112，蒸發(fā)器中心的制冷劑溫度113和蒸發(fā)器出口的制冷劑溫度114，以及蒸發(fā)器入口的制冷劑壓力115(psi)和蒸發(fā)器中心的制冷劑壓力116。
相對應(yīng)的是，圖15示出了該實(shí)例的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)在相同運(yùn)行循環(huán)數(shù)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)。具體地說，用華氏溫度示出了送風(fēng)溫度117，回風(fēng)溫度118，蒸發(fā)器入口的制冷劑溫度119，蒸發(fā)器中心的制冷劑溫度120和蒸發(fā)器出口的制冷劑溫度121。還示出了蒸發(fā)器入口的制冷劑壓力122(psi)和蒸發(fā)器中心的制冷劑壓力123。
表F-I為在XDX系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的各個(gè)制冷循環(huán)中對圖13和15所示的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，它們的制冷循環(huán)時(shí)間差不多。
表FXDX低溫系統(tǒng)和傳統(tǒng)低溫系統(tǒng)的蒸發(fā)器盤管溫度和壓力與送風(fēng)/回風(fēng)溫度的比較(進(jìn)入循環(huán)的制冷模式部分后30秒)XDX 傳統(tǒng)送風(fēng)(°F) -19.9668 -19.0645回風(fēng)(°F) -17.5977 -16.1275蒸發(fā)器盤管 -18.6792 -13.4482入口溫度(°F)蒸發(fā)器盤管 17.9121 24.5381入口壓力(psi)蒸發(fā)器盤管 -19.9404 -23.2656中心溫度(°F)蒸發(fā)器盤管 3.51526 6.42481
中心壓力(psi )蒸發(fā)器盤管 -18.1885 -17.9038出口溫度(°F)在表F中所示出的數(shù)據(jù)為XDX制冷系統(tǒng)和傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的各個(gè)壓縮機(jī)開始泵送以后30秒采集到的數(shù)據(jù)。如上所述，沿傳統(tǒng)系統(tǒng)的蒸發(fā)器中的制冷劑流路的溫差明顯大于XDX。具體地說，XDX的溫差是+0.49°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)是-4.45°F。因此，在這些系統(tǒng)的每次運(yùn)行循環(huán)期間，證明了用XDX得到的溫度非常均勻。同樣，在XDX系統(tǒng)中，送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差約為2.37°F，而在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差約為2.94°F。相對應(yīng)的是，XDX系統(tǒng)的冷卻盤管與蒸發(fā)器內(nèi)流動(dòng)的空氣之間的溫差小于傳統(tǒng)系統(tǒng)的溫差。例如，XDX系統(tǒng)的回風(fēng)溫度與蒸發(fā)器盤管出口之間的溫差約為0.59°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的溫差約為1.8°F。同樣，XDX系統(tǒng)的蒸發(fā)器盤管入口與送風(fēng)之間的溫差約為1.29°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的相應(yīng)溫差約為5.6°F。
表GXDX低溫系統(tǒng)和傳統(tǒng)低溫系統(tǒng)的蒸發(fā)器盤管溫度和壓力及送風(fēng)/回風(fēng)溫度的比較(循環(huán)的部分制冷模式結(jié)束前30秒)XDX 傳統(tǒng)送風(fēng)(°F) -24.0112 -28.1548回風(fēng)(°F) -21.6411 -22.4385蒸發(fā)器盤管-16.9004 -25.6831入口溫度(°F)蒸發(fā)器盤管 19.43712.8137入口壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-35.0381 -34.6953中心溫度(°F)蒸發(fā)器盤管 6.60681 2.92621中心壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-34.0586 -32.9444出口溫度(°F)
如上面數(shù)據(jù)所示，在制冷模式結(jié)束前30秒(在壓縮機(jī)停止泵送前)，XDX系統(tǒng)的送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)系統(tǒng)的溫差。具體地說，循環(huán)時(shí)XDX的送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差此時(shí)約為2.4°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的溫差約為5.7°F。另外，由于XDX系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)所用的蒸發(fā)器相同，因此，XDX系統(tǒng)的壓降(入口到中心，約13psi)比傳統(tǒng)系統(tǒng)的壓降(約10psi)大，這就表明，XDX系統(tǒng)的液體/蒸氣制冷劑混合物中的蒸氣含量比傳統(tǒng)系統(tǒng)的大。
表HXDX低溫系統(tǒng)和傳統(tǒng)低溫系統(tǒng)的蒸發(fā)器盤管溫度和壓力及送風(fēng)/回風(fēng)溫度的比較(循環(huán)的制冷模式部分結(jié)束)XDX 傳統(tǒng)送風(fēng)(°F) -25.5801 -29.1123回風(fēng)(°F) -22.4902 -23.0835蒸發(fā)器盤管-34.2832 -34.2647入口溫度(°F)蒸發(fā)器盤管 0.608826 0.062985入口壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-34.6592 -34.6074中心溫度(°F)蒸發(fā)器盤管-0.947449 -1.5661中心壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-35.2256 -27.6992出口溫度(°F)表H中的數(shù)據(jù)是在XDX系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)中當(dāng)滿負(fù)荷和單元抽空(theunit pumped down)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)。如上面數(shù)據(jù)所示，沿XDX系統(tǒng)的蒸發(fā)器中的冷卻盤管的溫度遠(yuǎn)比傳統(tǒng)系統(tǒng)中的均勻。具體地說，XDX的蒸發(fā)器盤管的入口和出口之間的溫差是-0.95°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)在相應(yīng)部位的溫差是+6.57°F。同樣，在XDX系統(tǒng)中，送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差約為3.1°F，而在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差約為6.03°F。
表IXDX低溫系統(tǒng)和傳統(tǒng)低溫系統(tǒng)的蒸發(fā)器盤管溫度和壓力及送風(fēng)/回風(fēng)溫度的比較(開始循環(huán)的制冷模式部分)XDX 傳統(tǒng)送風(fēng)(°F) -20.4819-21.8208回風(fēng)(°F) -18.0098-18.3189蒸發(fā)器盤管-17.7007-22.8506入口溫度(°F)蒸發(fā)器盤管 10.4963 15.2344入口壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-19.3223-20.353中心溫度(°F)蒸發(fā)器盤管 9.02857 13.5627中心壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-19.5283-20.0435出口溫度(°F)這些數(shù)據(jù)是在負(fù)荷加溫到使電磁閥打開，壓縮機(jī)開始泵送的溫度下采集到的數(shù)據(jù)。
如上面數(shù)據(jù)所示，XDX系統(tǒng)沿整個(gè)冷卻盤管的溫度比傳統(tǒng)系統(tǒng)中的更均勻。具體地說，XDX系統(tǒng)的蒸發(fā)器盤管的入口和出口之間的溫差是-1.83°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)在蒸發(fā)器盤管的入口和出口之間的溫差是+2.81°F。在XDX系統(tǒng)中，送風(fēng)和回風(fēng)之間的溫差較小，為2.47°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的溫差為3.57°F。另外，傳統(tǒng)系統(tǒng)的出口處的制冷劑流體溫度顯示該出口處的制冷劑流體為過飽和狀態(tài)，因而該流體全部處于蒸氣狀態(tài)。
此外，例如，XDX蒸發(fā)器盤管入口處的溫度(-17.7°F)高于回風(fēng)的溫度(-18.0°F)和送風(fēng)溫度(-20.5°F)。因此，冷凝空氣的水分不僅不會(huì)沉積在此處的蒸發(fā)器盤管上(在傳統(tǒng)系統(tǒng)中此處常常結(jié)霜)，而且之前在運(yùn)行循環(huán)的其它部分循環(huán)中可能已經(jīng)沉積的水分也會(huì)蒸發(fā)，并返回到被調(diào)節(jié)的空氣中。XDX系統(tǒng)的這種特性可以在很長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行制冷/冷凍運(yùn)行，大大減少了除霜的需求。
圖14示出了該實(shí)例在XDX系統(tǒng)單一運(yùn)行循環(huán)期間采集到的數(shù)據(jù)。與圖13中的情況一樣，送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度用標(biāo)記110和111表示，蒸發(fā)器的入口、中心和出口處制冷劑溫度用標(biāo)記112，113和114表示，蒸發(fā)器入口和中心的制冷劑壓力用標(biāo)記115和116表示。相對應(yīng)的是，圖16示出了該實(shí)例在傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)單一運(yùn)行循環(huán)期間采集到的數(shù)據(jù)。送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度測量值用標(biāo)記117和118表示，蒸發(fā)器的入口制冷劑溫度用標(biāo)記119表示，蒸發(fā)器中心制冷劑溫度用標(biāo)記120表示，蒸發(fā)器出口制冷劑溫度用標(biāo)記121表示。而且還示出了蒸發(fā)器入口122的制冷劑壓力(psi)和蒸發(fā)器出口的壓力123。對此應(yīng)當(dāng)注意的是，XDX系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行循環(huán)用了11分39秒，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行循環(huán)用了16分40秒。這種循環(huán)時(shí)間的明顯減少進(jìn)一步證明了本發(fā)明的XDX系統(tǒng)的效率要比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的高。圖14和16的數(shù)據(jù)比較列于下面的表中。
表JXDX和傳統(tǒng)低溫系統(tǒng)的整個(gè)循環(huán)的蒸發(fā)器盤管溫度和壓力的比較傳統(tǒng)XDX平均 最小 最大 平均 最小 最大送風(fēng)(°F) -23.2 -26.1 -20 -25.5-29-21回風(fēng)(°F) -20.6 -23.3 -17.6-20.8-23.8 -17.6蒸發(fā)器盤管-22.6 -35.1 -16.9-23 -35.5 -10.5入口溫度(°F)蒸發(fā)器盤管+11+0.2+19.7+12.95+0.6 +25.8入口壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-29-35.8 -18.9-30.8-34.9 -20中心溫度(°F)蒸發(fā)器盤管+5.1 -1.2+13.3+5.5 -1.56 +13.6中心壓力(psi)蒸發(fā)器盤管-25.8 -35 -17.8-27 -35-18出口溫度(°F)如表J中的數(shù)據(jù)所示，該實(shí)例中的XDX系統(tǒng)的蒸發(fā)器入口與出口之間的平均溫差為-3.2°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的溫差為-4°F。相對應(yīng)的是，XDX系統(tǒng)的送風(fēng)與回風(fēng)之間的平均溫差為2.6°F，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的溫差為4.7°F。
實(shí)例V該實(shí)例描述的是低溫范圍運(yùn)行的本發(fā)明蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)(XDX系統(tǒng))的性能，而且還描述了在兩個(gè)完整運(yùn)行循環(huán)中的蒸發(fā)器入口、中心和出口處測量到的制冷劑溫度和壓力。
在五門IFI冷柜(Model°F G-5)的制冷回路裝有一個(gè)本申請所述的多功能裝置(它包括一個(gè)Sporlan Q-體熱力膨脹閥)。該制冷回路包括一個(gè)蒸發(fā)器給料管線和一個(gè)抽吸管線，該給料管線的外管直徑為0.5英寸(1.27cm)，其流路長度(從壓縮機(jī)到蒸發(fā)器)約為20英尺(6.10m)，抽吸管線外徑為0.875英寸(2.22cm)。制冷回路由BitzerModel 2Q-4.2Y壓縮機(jī)提供動(dòng)力。
在XDX模式中，將一個(gè)感溫包固定到離壓縮機(jī)約2英尺(0.61m)的抽吸管線上，并使該感溫包連接到根據(jù)上面圖1所示的多功能裝置上。將多功能裝置的熱力膨脹閥的過熱溫度設(shè)定在15°F(8.3℃)?；芈烦溲bAZ-50制冷劑，冷柜中的運(yùn)行溫度為-15°F(-26.1℃)到-20°F(-28.9℃)。
圖17-19示出了在先后兩個(gè)有代表性的運(yùn)行循環(huán)期間采集到的蒸發(fā)器入口、中心和出口處的制冷劑數(shù)據(jù)。圖17中分別用標(biāo)記128和127表示蒸發(fā)器入口處的制冷劑壓力(psi)和溫度(°F)。同樣，分別用標(biāo)記125和126表示相應(yīng)的送風(fēng)溫度(°F)和回風(fēng)溫度(°F)。在圖18，19和20中，示出了在相同的兩個(gè)運(yùn)行循環(huán)期間的蒸發(fā)器入口、中心和出口處的制冷劑溫度和壓力。
在所有給定點(diǎn)，及時(shí)將壓力和溫度讀數(shù)與該制冷劑的相位圖數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后就可表明該制冷劑或處于液態(tài)，或?yàn)檎魵?，或是液體/蒸氣混合物。這種比較說明，當(dāng)用XDX系統(tǒng)時(shí)，如果壓縮機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)，則運(yùn)行循環(huán)的絕大部分有效階段中，整個(gè)冷卻盤管中的制冷劑為液體和蒸氣混合物形式。反之，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)壓縮機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，沒有運(yùn)行循環(huán)階段會(huì)在冷卻盤管的入口、中心和出口處同時(shí)出現(xiàn)制冷劑液體和蒸氣混合物。所以這些數(shù)據(jù)表明，當(dāng)壓縮機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，蒸發(fā)潛熱有效地用于蒸發(fā)器整個(gè)制冷劑流路中。
實(shí)例VI該實(shí)例表示本發(fā)明(XDX系統(tǒng))的不需要進(jìn)行除霜循環(huán)的長期無霜運(yùn)行蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)(中溫和低溫)。
低溫系統(tǒng)在低溫系統(tǒng)中，在五門IFI冷柜(Model°F G-5)的制冷回路中設(shè)有一個(gè)本申請所述的多功能裝置(它包括一個(gè)Sporlan Q-體熱力膨脹閥)。蒸發(fā)器給料管線的外管直徑為0.5英寸(1.27cm)，其流路長度(從壓縮機(jī)到蒸發(fā)器)約為20英尺(6.10m)，抽吸管線外徑為0.875英寸(2.22cm)，流路長度基本相同。制冷回路由Bitzer Model 2Q-4.2Y壓縮機(jī)提供動(dòng)力。
將一個(gè)感溫包固定到離壓縮機(jī)約2英尺(0.61m)的抽吸管線上，并使該感溫包連接到根據(jù)上面圖1所述的多功能裝置上。將多功能裝置的熱力膨脹閥的過熱溫度設(shè)定在15°F(8.3℃)。
回路充裝AZ-50制冷劑，在冷柜中的運(yùn)行溫度為-15°F(-26.1℃)到-20°F(-28.9℃)。
中溫系統(tǒng)在一個(gè)Russell小型11門冷卻器(eleven door Russell walk-incooler)的制冷回路中配置一個(gè)本申請所述的多功能裝置(它包括一個(gè)Sporlan Q-體熱力膨脹閥)。
該制冷回路包括一個(gè)蒸發(fā)器給料管線，該管線的外管直徑為0.5英寸(1.27cm)，其流路長度(壓縮機(jī)到蒸發(fā)器)約為20英尺(6.10m)，抽吸管線的外徑為0.625英寸(1.59cm)，流路長度基本相同。制冷回路由Bitzer Model 2V-3.2Y壓縮機(jī)提供動(dòng)力，所用制冷劑為R-404A。
將一個(gè)感溫包固定到離壓縮機(jī)約2英尺(0.61m)的抽吸管線上，并使該感溫包連接到根據(jù)上面圖1所述的多功能裝置上。將多功能裝置的熱力膨脹閥的過熱溫度設(shè)定為20°F(11.1℃)。冷卻器的運(yùn)行溫度范圍為32°F(0℃)到36°F(2.2℃)現(xiàn)場試驗(yàn)估算一個(gè)獨(dú)立的試驗(yàn)/鑒定機(jī)構(gòu)對冷凍機(jī)進(jìn)行了檢定，并注意到箱內(nèi)溫度為18°F(-7.7℃)。然后通過熱氣除霜循環(huán)對該單元進(jìn)行手工操作試驗(yàn)，用約45分鐘的時(shí)間將抽吸溫度升到55°F(12.8℃)，由此證明蒸發(fā)器盤管完全無霜。而后再通過手工操作將冷凍機(jī)恢復(fù)到正常制冷模式，抽出除霜定時(shí)器上的銷，確保不進(jìn)行除霜循環(huán)。通過對冷柜蒸發(fā)器盤管的直觀檢查看到的是清潔無霜的盤管。
同時(shí)，該獨(dú)立試驗(yàn)/鑒定機(jī)構(gòu)對該小型冷卻器進(jìn)行了直觀檢查，并注意到箱內(nèi)溫度保持在31°F(-0.6℃)。觀察到的盤管上無霜，將除霜定時(shí)器上的所有銷全部拉出，以確保不進(jìn)行除霜循環(huán)。
上述工作35天以后，進(jìn)一步進(jìn)行檢驗(yàn)，并注意到冷柜仍為-18°F(-7.8℃)。經(jīng)對冷柜蒸發(fā)器盤管的直觀檢查，發(fā)現(xiàn)它們與35天前的幾乎相同。冷柜的屋頂式冷凝器the roof top condenser沒有出現(xiàn)多余結(jié)冰的跡象。雖然不需要除霜，但仍通過熱氣除霜運(yùn)行對該冷柜裝置進(jìn)行手工操作試驗(yàn)，在除霜結(jié)束時(shí)用少于1小時(shí)的時(shí)間將抽吸溫度升到55°F(12.8℃)。然后冷柜重新開始運(yùn)行，使冷柜中的溫度降到其正常運(yùn)行溫度。經(jīng)對冷卻器的直觀檢查表明，該冷卻器保持在31°F(-0.6℃)。
獨(dú)立試驗(yàn)/鑒定機(jī)構(gòu)提供的書面結(jié)論為冷柜箱內(nèi)的溫度約保持在-18°F(-27.8℃)，而且不需要進(jìn)行除霜運(yùn)行，其盤管沒有受到結(jié)霜或結(jié)冰的影響。對裝在冷凍機(jī)中的物品的檢驗(yàn)表明，物品上沒有結(jié)水或結(jié)霜的跡象。對于小型冷卻器來講，該機(jī)構(gòu)也證實(shí)了35天以后其箱內(nèi)的溫度約保持在31°F(-0.6℃)，在35天的運(yùn)行周期內(nèi)，不進(jìn)行任何除霜循環(huán)也可以使盤管上不結(jié)霜。以后的觀察表明用XDX小型冷卻器在200天的時(shí)間內(nèi)得到的結(jié)果相同，用XDX的冷柜在65天內(nèi)得到的結(jié)果相同。
實(shí)例VII在上述實(shí)例中，在本發(fā)明的每個(gè)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)(XDX系統(tǒng))中，將多功能裝置(包括膨脹閥)設(shè)置在離壓縮機(jī)和冷凝器單元非常近的部位。但通常最好將壓縮機(jī)，膨脹裝置和冷凝器設(shè)置在離與其相關(guān)的冷藏室或冷凍機(jī)隔間較遠(yuǎn)的地方，特別是對于商用制冷系統(tǒng)更是如此，在所做的試驗(yàn)中，將多功能裝置裝在離冷凝器和蒸發(fā)器較遠(yuǎn)的地方。
在該實(shí)例中，使小型11門冷卻器(約30英尺X8英尺)配置兩個(gè)Warren Scherer Model SPA3-139蒸發(fā)器。用一個(gè)流路約長30英尺的液體管線將一個(gè)壓縮單元(包括一個(gè)Copeland Model ZF13-K4E渦旋壓縮機(jī)，一個(gè)冷凝器和一個(gè)儲(chǔ)槽)與本申請所述的兩個(gè)串接的多功能裝置(每一個(gè)均包括一個(gè)Sporlan Q-體熱力膨脹閥)連接。每一個(gè)多功能裝置均通過一個(gè)蒸發(fā)器給料管線與一個(gè)蒸發(fā)器相連。在一種情況下，蒸發(fā)器給料管線外徑約為3/8英寸(0.95cm)，長約為20英尺(6.10m)，在另一種情況下，蒸發(fā)器給料管線外徑約為0.5英寸(1.27cm)，流路長約為30英尺(9.14m)。
用一個(gè)外徑為0.625英寸(1.59cm)的公共抽吸管線將各個(gè)蒸發(fā)器與壓縮機(jī)相連。冷卻器的運(yùn)行溫度范圍為32°F(0℃)到36°F(2.2℃)。制冷回路充裝R-22制冷劑。將一個(gè)感溫包固定到離壓縮機(jī)約30英尺(9.14m)的抽吸管線上，該感溫包與各個(gè)多功能裝置運(yùn)行連接，每一個(gè)多功能裝置均裝有一個(gè)Sporlan Q-體熱力膨脹閥，將該閥的過熱溫度設(shè)定在30°F(16.7℃)。
該中溫系統(tǒng)一個(gè)周期連續(xù)運(yùn)行65天以上，這表明每個(gè)蒸發(fā)器中的盤管的特征在于具有上述蒸發(fā)器盤管的高傳熱效率，其表面沒有結(jié)冰或結(jié)霜，而且還有本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。因此，該實(shí)例表明，在合適的條件下，用離壓縮單元不很近的多功能裝置就可以得到本發(fā)明的好處，而且表明一個(gè)壓縮單元用一個(gè)以上的多功能裝置。
如上所述，本發(fā)明的制冷/冷凍系統(tǒng)的蒸發(fā)器入口處的體積流速和質(zhì)量流速比使用同樣的制冷劑、冷卻負(fù)荷以及蒸發(fā)器溫度等運(yùn)行條件均相同的傳統(tǒng)制冷/冷凍系統(tǒng)的大。根據(jù)迄今為止采集到的數(shù)據(jù)，確信XDX蒸發(fā)器入口處的制冷劑體積流速要比使用相同制冷劑、冷卻負(fù)荷及蒸發(fā)器溫度等運(yùn)行條件均相同的傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的制冷劑體積流速至少約大10％，通常要大10-25％或更多。相對應(yīng)的是，根據(jù)迄今為止采集到的數(shù)據(jù)，確信XDX蒸發(fā)器入口處的制冷劑質(zhì)量流速要比使用相同制冷劑、冷卻負(fù)荷及蒸發(fā)器溫度等運(yùn)行條件均相同的傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的制冷劑質(zhì)量流速至少約大5％，通常要大5-20％或更多。
在XDX中，壓縮單元和蒸發(fā)器之間的液體/蒸氣制冷劑混合物的線性流速同樣要比傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的液體制冷劑的流速大，傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的液體制冷劑的流速通常為每分鐘150-350英尺。根據(jù)迄今為止的試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)，確信壓縮單元和蒸發(fā)器之間的蒸發(fā)器給料管線中的線性流速至少每分鐘400英尺，通常每分鐘為400-750英尺或更多。
另外，為了充分利用蒸發(fā)器中的全部盤管，最好盤管中排出的制冷劑(也就是在蒸發(fā)器出口)包括總蒸氣/液體量中的少量液體(例如約2％或更少)。
圖21-23示出了多功能閥或裝置125的另一個(gè)實(shí)施例，該閥用標(biāo)記125表示。該實(shí)施例的作用與圖2-4所示的標(biāo)記為18的多功能閥的類似。如圖所示，該實(shí)施例包括一個(gè)主體或殼體126，該殼體最好做成單件結(jié)構(gòu)，它包括一對帶螺紋的突臺(tái)127，128，這兩個(gè)突臺(tái)接收兩個(gè)閘閥和軸環(huán)組件，在圖23中示出其中的一個(gè)，并用標(biāo)記129表示。該組件包括一個(gè)帶螺紋的軸環(huán)130、墊片131和電磁閥致動(dòng)的閘閥接收件132，該接收件有一個(gè)中心孔133，中心孔接收作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的閥銷134，閥銷包括一個(gè)彈簧135和裝在閥座件138的孔137中的針閥件136，閥座件有一個(gè)彈性密封件139，選擇該密封件的尺寸，使其密封地裝在殼體126的槽140中。將一個(gè)閥座件141合適地裝在閥座件138的凹槽142中。閥座件141包括一個(gè)與針閥件136配合的孔143，以便調(diào)節(jié)通過該孔的制冷劑流過量。
在除霜循環(huán)時(shí)，第一入口144(對應(yīng)于上述實(shí)施例的第一入口24)接收來自膨脹裝置(例如熱力膨脹閥)的液態(tài)給料制冷劑，第二入口145(對應(yīng)于上述實(shí)施例的第二入口26)接收來自壓縮機(jī)的熱氣體。閥體126包括一個(gè)公共腔146(對應(yīng)于上述實(shí)施例的腔40)。熱力膨脹閥(未示出)接收來自冷凝器14的制冷劑，然后制冷劑經(jīng)入口144進(jìn)入一個(gè)半圓形的槽147中，當(dāng)打開閘閥129時(shí)，制冷劑進(jìn)入公共腔146，并通過出口148(對應(yīng)于上述實(shí)施例的出口41)離開該裝置。
如圖21清楚地看到，閥體126包括一個(gè)使第一入口144與公共腔146連通的第一通路149(對應(yīng)于上述實(shí)施例的第一通路38)。同樣，第二通路150(對應(yīng)于上述實(shí)施例的第二通路48)使第二入口145與公共腔146連通。
就多功能閥或裝置125的運(yùn)行來講，請參考上述實(shí)施例，這是因?yàn)樵谥评溲h(huán)和除霜循環(huán)期間，多功能閥各元件的運(yùn)行方式相同。
本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，本發(fā)明以及本發(fā)明的各個(gè)方面可以包括不同形式的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，在不超出本發(fā)明構(gòu)思和范圍的前提下，可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。因此，本發(fā)明只限制在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其中用一個(gè)蒸發(fā)器將流過所述蒸發(fā)器與所述蒸發(fā)器中的蒸發(fā)器盤管呈熱交換關(guān)系的介質(zhì)的熱量除去，所述盤管包括一個(gè)與膨脹裝置流體連通的入口和一個(gè)與壓縮機(jī)流體連通的出口，其改進(jìn)包括按照給定質(zhì)量流速和給定體積流速將制冷劑蒸氣和液體混合物供應(yīng)到蒸發(fā)器盤管的入口，所述混合物包括大量蒸氣，當(dāng)所述混合物通過蒸發(fā)器盤管時(shí)，基本所有的所述液體均轉(zhuǎn)變成蒸氣，所述給定線性流速以及在所述蒸發(fā)器盤管內(nèi)的所述混合物中的蒸氣和液體之間的相對量足以使所述混合物與所述介質(zhì)之間沿所述盤管的基本整個(gè)長度進(jìn)行有效傳熱，由此大大減少了蒸發(fā)器盤管上的結(jié)霜，與相同冷卻負(fù)荷以及相同蒸發(fā)溫度條件下運(yùn)行的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)比較，在大量增加制冷循環(huán)次數(shù)的前提下，使上述蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)可以在不需要進(jìn)行除霜循環(huán)的情況下運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)所述膨脹裝置自動(dòng)將所述制冷劑蒸氣和液體的混合物供給所述蒸發(fā)器盤管入口時(shí)，在各個(gè)制冷循環(huán)的部分循環(huán)期間，所述蒸發(fā)器盤管的所述出口處的制冷劑蒸氣和液體混合物中約2％為液態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，與冷卻負(fù)荷相同、所用的蒸發(fā)器盤管尺寸相同以及介質(zhì)流過所述蒸發(fā)器的流速相同的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)相比，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的體積流速至少比將膨脹裝置設(shè)置在離蒸發(fā)器入口非常近的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器入口的制冷劑流體的體積流速大10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的體積流速比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器入口的制冷劑流體的體積流速約大10％-25％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的體積流速比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器入口的制冷劑流體的體積流速約大18％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，與冷卻負(fù)荷相同、所用的蒸發(fā)器盤管尺寸相同以及介質(zhì)流過所述蒸發(fā)器的流速相同的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)相比，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的質(zhì)量流速至少比將膨脹裝置設(shè)置在離蒸發(fā)器入口非常近的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器的制冷劑流體的質(zhì)量流速大5％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的質(zhì)量流速至少比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器入口的制冷劑流體的質(zhì)量流速約大5％-20％。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的質(zhì)量流速比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器入口的制冷劑流體的質(zhì)量流速約大12％。
9.一種蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其中，從一個(gè)制冷室中抽取出一種相對濕度一定的介質(zhì)，使上述介質(zhì)流過一個(gè)與蒸發(fā)器盤管呈熱交換關(guān)系的蒸發(fā)器，并使該介質(zhì)返回到所述制冷室，所述蒸發(fā)盤管包括一個(gè)與制冷劑膨脹裝置流體連通的入口和一個(gè)與壓縮機(jī)流體連通的出口，其改進(jìn)包括將制冷劑蒸氣和液體的混合物供應(yīng)到上述蒸發(fā)器盤管的入口，所述混合物包括大量蒸氣，當(dāng)所述混合物通過蒸發(fā)器盤管時(shí)，基本所有的液體均轉(zhuǎn)變成蒸氣，按照給定線性流速將混合物供給蒸發(fā)器盤管，在蒸發(fā)器入口測量上述流速，在所述蒸發(fā)器盤管內(nèi)的所述混合物中的蒸氣和液體之間的相對量足以使所述混合物與所述介質(zhì)之間沿所述盤管的基本整個(gè)長度進(jìn)行有效傳熱，在制冷循環(huán)的至少部分循環(huán)期間，所述盤管與至少蒸發(fā)器入口附近的空氣介質(zhì)之間的溫差足以使所述介質(zhì)保持在一定的相對濕度，由此幾乎沿蒸發(fā)器盤管的整個(gè)長度基本消除了結(jié)霜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述介質(zhì)是空氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述空氣介質(zhì)的流動(dòng)方向與蒸發(fā)盤管中的制冷劑蒸氣和液體混合物的流動(dòng)方向相反，其中在制冷循環(huán)的至少部分循環(huán)期間，從所述制冷室送到所述蒸發(fā)器的空氣溫度等于或小于蒸發(fā)器盤管入口處的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述給定線性速度至少為每分鐘400英尺。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述給定線性速度至少為每分鐘400-750英尺。
14.一種蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，它包括一個(gè)用于使制冷劑蒸氣的壓力和溫度升高的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)有一個(gè)入口和一個(gè)出口；一個(gè)具有一個(gè)與所述壓縮機(jī)的出口流體連通的使來自該壓縮機(jī)的高壓制冷劑蒸氣液化的冷凝器；一個(gè)具有第一入口的膨脹裝置，在所述制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻運(yùn)行模式時(shí)，該第一入口與所述冷凝器的出口流體連通，以便接收來自所述冷凝器的液體制冷劑，并使大部分液體制冷劑蒸發(fā)；一個(gè)具有蒸發(fā)器盤管的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器盤管有一個(gè)入口和一個(gè)出口，所述蒸發(fā)器盤管與空氣介質(zhì)在所述盤管的基本整個(gè)長度上呈熱交換關(guān)系；一個(gè)將所述膨脹裝置與所述蒸發(fā)器盤管入口流體連通的蒸發(fā)器給料管線；一個(gè)將蒸發(fā)器盤管出口與壓縮機(jī)入口流體連通的抽吸管線；膨脹裝置和蒸發(fā)器給料管線的尺寸確定為在所述蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的冷卻運(yùn)行模式期間，為所述蒸發(fā)器盤管入口處提供包括大量蒸氣的制冷劑液體和蒸氣混合物，所述蒸發(fā)器盤管的尺寸確定為使制冷劑液體和蒸氣混合物具有的線性速度能保證基本沿所述盤管的整個(gè)長度有效地進(jìn)行傳熱，和一個(gè)位于所述抽吸管線中的與所述膨脹裝置運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的傳感器，該傳感器調(diào)節(jié)制冷劑從所述膨脹裝置的入口到所述蒸發(fā)室的入口的流量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置是一個(gè)多功能閥，該閥包括一個(gè)第二入口，當(dāng)所述制冷系統(tǒng)處于除霜運(yùn)行模式時(shí)，該第二入口與所述壓縮機(jī)的出口流體連通，在除霜運(yùn)行期間，通過所述蒸發(fā)器給料管線將壓縮機(jī)排放出的高壓制冷劑蒸氣提供給所述多功能閥，然后進(jìn)入所述蒸發(fā)器盤管的入口。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述多功能閥包括一個(gè)第二入口，一個(gè)與所述第一入口相連的第一通路，一個(gè)與所述第二入口相連的第二通路，和一個(gè)設(shè)置在由所述抽吸管線中的傳感器致動(dòng)的在第一通路中調(diào)節(jié)閥，所述第一通路由第一閥控制，而所述第二通路由第二閥控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述第一和第二閥均是電磁閥。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述傳感器受溫度致動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，其還包括一個(gè)單元?dú)んw和一個(gè)制冷室，其中將壓縮機(jī)，蒸發(fā)器，和膨脹裝置裝在單元?dú)んw中，其中將蒸發(fā)器裝在制冷室中。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置包括一個(gè)熱力膨脹閥。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置包括一個(gè)自動(dòng)膨脹閥。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置包括一個(gè)毛細(xì)管。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置離所述冷凝器的出口比離所述蒸發(fā)器盤管的入口近。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置靠近所述冷凝器的出口。
25.一種蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，它包括一個(gè)用于使制冷劑蒸氣的壓力和溫度升高的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)有一個(gè)入口和一個(gè)出口；一個(gè)具有一個(gè)與所述壓縮機(jī)的出口流體連通的入口，并使來自該壓縮機(jī)的高壓制冷劑蒸氣液化的冷凝器；一個(gè)膨脹裝置，在所述制冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻運(yùn)行模式時(shí)，該膨脹裝置與所述冷凝器的出口流體連通，以便接收來自所述冷凝器的液體制冷劑，并使大部分液體制冷劑蒸發(fā)；所述膨脹裝置包括一個(gè)熱力膨脹閥，該閥包括一個(gè)入口和一個(gè)出口，所述熱力膨脹閥的出口串聯(lián)地與一個(gè)多功能閥的入口流體連通，所述多功能閥包括一個(gè)膨脹室，由此使供應(yīng)到所述膨脹裝置的液體制冷劑經(jīng)受兩級膨脹；一個(gè)具有蒸發(fā)器盤管的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器盤管有一個(gè)入口和一個(gè)出口，所述蒸發(fā)器盤管與空氣介質(zhì)在所述盤管的基本整個(gè)長度上呈熱交換關(guān)系；一個(gè)將所述膨脹裝置與所述蒸發(fā)器盤管入口流體連通的蒸發(fā)器給料管線；一個(gè)將蒸發(fā)器盤管出口與壓縮機(jī)入口流體連通的抽吸管線；所述膨脹裝置和蒸發(fā)器給料管線的尺寸確定為在所述蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的冷卻運(yùn)行模式期間為所述蒸發(fā)器盤管入口處提供包括大量蒸氣的制冷劑液體和蒸氣混合物，所述蒸發(fā)器盤管的尺寸確定為使制冷劑液體和蒸氣混合物具有的線性速度能保證基本沿所述盤管的整個(gè)長度有效地進(jìn)行傳熱，和一個(gè)位于所述抽吸管線中的與所述膨脹裝置運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的傳感器，該傳感器調(diào)節(jié)從所述膨脹裝置的入口到所述蒸發(fā)室的入口的制冷劑流量。
26.一種蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其中，用一個(gè)蒸發(fā)器將通過該蒸發(fā)器與所述蒸發(fā)器中的蒸發(fā)器盤管呈熱交換關(guān)系的空氣介質(zhì)的熱量除去，所述盤管包括一個(gè)與膨脹設(shè)備裝置連通的入口，所述盤管還有一個(gè)與壓縮機(jī)流體連通的出口，其改進(jìn)在于為所述膨脹裝置安裝一個(gè)膨脹閥，該閥有一個(gè)與包括一個(gè)膨脹室的多功能閥的入口流體連通的出口；為所述膨脹裝置提供液體制冷劑，使制冷劑在該設(shè)備中依次經(jīng)受兩級膨脹，以便產(chǎn)生按照給定質(zhì)量流速和給定線性流速將制冷劑蒸氣和液體混合物供應(yīng)到蒸發(fā)器盤管的入口的制冷劑蒸氣和液體混合物，所述混合物包括大量蒸氣，當(dāng)所述混合物通過蒸發(fā)器盤管時(shí)，基本所有的液體均轉(zhuǎn)變成蒸氣，所述給定線性流速以及在所述蒸發(fā)器盤管入口處的混合物中的蒸氣和液體之間的相對量足以使所述混合物與所述介質(zhì)之間沿所述盤管的基本整個(gè)長度進(jìn)行有效傳熱，由此大大減少蒸發(fā)器盤管上的結(jié)霜，與相同冷卻負(fù)荷以及相同蒸發(fā)溫度條件下運(yùn)行的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)比較，在大量增加制冷循環(huán)次數(shù)的前提下，所述蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)可在不需要進(jìn)行除霜循環(huán)的情況下運(yùn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述的介質(zhì)是空氣。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，與冷卻負(fù)荷相同、所用的蒸發(fā)器盤管尺寸相同以及介質(zhì)流過蒸發(fā)器的流速相同的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)相比，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的質(zhì)量流速至少比將膨脹裝置設(shè)置在離蒸發(fā)器入口非常近的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器的制冷劑流體的質(zhì)量流速大5％。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的質(zhì)量流速比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器入口的制冷劑的質(zhì)量流速約大5％-20％。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述蒸發(fā)器盤管入口處的所述制冷劑蒸氣和液體混合物的質(zhì)量流速比傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中供給蒸發(fā)器入口的制冷劑流體的質(zhì)量流速約大12％。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述給定線性速度至少為每分鐘400英尺。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述給定線性速度至少為每分鐘400-750英尺。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述按順序的兩級膨脹中的一級膨脹可以調(diào)節(jié)。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述按順序的兩級膨脹中的第一級膨脹可以調(diào)節(jié)。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，當(dāng)所述壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在任一制冷循環(huán)的部分循環(huán)期間，所述蒸發(fā)器盤管的所述出口處的混合物中有一些液體。
36.一種商用或工業(yè)用的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的運(yùn)行方法，該系統(tǒng)包括一個(gè)壓縮機(jī)，一個(gè)冷凝器，一個(gè)膨脹裝置，它們通過制冷劑回路彼此依次流體連通，其中使壓縮機(jī)和冷凝器離所述蒸發(fā)器較遠(yuǎn)，所述膨脹裝置離所述冷凝器比離所述蒸發(fā)器近，為所述蒸發(fā)器提供制冷劑蒸氣和液體的混合物，其改進(jìn)在于控制在所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間的制冷劑回路的大部分中的制冷劑蒸氣和液體混合物的流速，以便與相同冷卻負(fù)荷以及相同蒸發(fā)溫度條件下運(yùn)行的傳統(tǒng)商用或工業(yè)用的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)比較，使制冷劑的線性速度至少比這些傳統(tǒng)系統(tǒng)中的冷凝器和蒸發(fā)器之間的大部分制冷回路中制冷劑給料的線性速度快20％。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述膨脹裝置與所述蒸發(fā)器入口通過一個(gè)蒸發(fā)器給料管線流體連通，使所述蒸發(fā)器給料管線的大部分長度中的制冷劑蒸氣和液體混合物的線性速度至少為每分鐘400英尺。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述蒸發(fā)器給料管線的大部分長度中的制冷劑蒸氣和液體混合物的線性速度約為每分鐘400-750英尺。
全文摘要
一種蒸氣壓縮制冷和冷凍系統(tǒng)(10),它包括一個(gè)壓縮機(jī)(12),一個(gè)冷凝器(14);一個(gè)膨脹裝置和一個(gè)蒸發(fā)器(16),該蒸發(fā)器包括一個(gè)具有一個(gè)入口和一個(gè)出口的蒸發(fā)器盤管,該盤管與空氣介質(zhì)基本沿其整個(gè)長度進(jìn)行熱交換。蒸發(fā)器盤管入口與膨脹裝置出口通過一個(gè)蒸發(fā)器給料管線(28)流體連通。膨脹裝置可以包括一個(gè)多功能膨脹閥(18),該閥與蒸發(fā)器管線(28)匹配,以便向蒸發(fā)器盤管入口提供一定線速度的制冷劑蒸氣和液體混合物,蒸氣和液體的相對量足以使盤管幾乎所有長度上進(jìn)行有效傳熱,大大減少了蒸發(fā)器盤管上的結(jié)霜,與相同冷卻負(fù)荷以及相同蒸發(fā)溫度條件下運(yùn)行的傳統(tǒng)蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)比較,可以使系統(tǒng)的運(yùn)行循環(huán)的次數(shù)大為增加的情況下不需要進(jìn)行除霜循環(huán)。
文檔編號F25B47/02GK1343297SQ00804944
公開日2002年4月3日 申請日期2000年1月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月12日
發(fā)明者D·A·維特曼 申請人:Xdx有限公司