具有集成冷凝器和膨胀的冷却系统

申请号 CN200680043519.1 申请日 2006-11-21 公开(公告)号 CN101317049A 公开(公告)日 2008-12-03
申请人 江森控制丹麦有限公司; 发明人 L·S·安德森;
摘要 本 发明 公开了一种具有集成 冷凝器 的(16)的冷却系统,该冷却系统具有至少一个 压缩机 (4),该压缩机通过至少一个压 力 出口可以引导第一冷却剂通过一管线到达至少一个冷凝器(16),从该冷凝器处,第一冷却剂流经至少一个膨胀 阀 (18)到达至少一个 蒸发 器 (22),从该 蒸发器 处,第一冷却剂(12)通过压缩机的吸入管线被吸回到压缩机,所述冷凝器和蒸发器均可被构造成为封闭容器(24,26),所述容器各容纳至少一个 热交换器 (28,30),第二冷却剂(34)流经蒸发器的热交换器,冷却介质(38)流经冷凝器的热交换器,冷却介质与周围环境进行热交换。包括冷凝器热交换器的容器还可以包括用于分离油的装置(54),该容器可以与膨胀阀(18)相关联。由此可以使得几乎所有的在同一压力 水 平下发生的冷却功能集成在一共用的 压力容器 中。
权利要求

1.一种冷却系统(2),该冷却系统包括至少一个压缩机(4),该 压缩机通过一压出口(8)引导第一冷却剂(12)通过管线(14)到达至 少一个冷凝器(16),从该冷凝器处,第一冷却剂(12)流经至少一个膨 胀(18)到达至少一个蒸发器(22),从该蒸发器处,经由压缩机的吸 入管线(10)第一冷却剂(12)被吸回到压缩机(4),所述冷凝器(16) 和蒸发器(22)都被构造成独立的封闭容器(24,26),其中包括冷凝器 (16)的容器还包括用于分离油的装置(54),并且该容器与至少一个膨 胀阀(18)相关联,所述容器(24,26)各包括至少一个热交换器(28, 30),第二冷却剂(34)流经蒸发器(22)的热交换器(28),并且冷却 介质(38)流经冷凝器(16)的热交换器(30),冷却介质(38)与周围 环境进行热交换,其特征在于,所述蒸发器(22)以及冷凝器(16)的热 交换器(28,30)具有基本上竖直的通道,冷却剂(12)流经所述通道。
2.根据权利要求1所述的冷却系统,其特征在于,液体冷却剂(12) 流经蒸发器(22)中的热交换器(28),冷却剂(12)通过与热交换器(28) 接触被加热至沸点,由此,气态的冷却剂(12)向上流过所述通道,冷却 剂气体从上面流经冷凝器(16)的热交换器(30)中的相应的通道,冷却 剂气体通过冷凝形成液滴,该液滴被下面的收集盘(46)收集。
3.集成冷凝器(16),该冷凝器(16)被设置在具有冷却剂进口和 出口的封闭容器中,该容器包括设计有冷却介质进口和出口的热交换器 (30),冷却介质流经所述热交换器(30)并且在封闭容器的外部被冷却, 其特征在于,所述集成冷凝器(16)包括基本上包围所述热交换器(30) 的最底部的收集盘(46),该收集盘(46)包括用于收集液体冷却剂(12) 的容积(48),所述集成冷凝器(16)包括油分离器(54),并且所述集 成冷凝器(16)与一膨胀阀(18)相关联。
4.根据权利要求3所述的集成冷凝器,其特征在于,所述冷凝器(16) 的热交换器(30)与下面的收集盘(46)相关联,该收集盘(46)形成用 于液体冷却剂的收集容积(48)。
5.根据权利要求3或4所述的集成冷凝器,其特征在于,所述收集 盘(46)的收集容积(48)包括至少一个浮子(50),所述浮子(50)与 至少一个膨胀阀(18)相关联,该膨胀阀(18)的打开程度通过浮子(50) 的位置来调节。
6.根据权利要求3或4所述的集成冷凝器,其特征在于,所述收集 盘(46)的收集容积(48)包括至少一个用于确定收集容积(48)中的冷 却剂实际液位的液位传感装置,所述液位传感装置的输出信号用于调节至 少一个膨胀阀的打开程度。
7.根据权利要求3-6之一所述的集成冷凝器,其特征在于,所述收 集盘(46)在其上边缘与油分离器(54)相关联,气态的冷却剂流经该油 分离器,被分离的油(60)沿着容器的内侧被引导,所述容器的底部用于 收集油,被收集的油从所述容器的底部返回至所述压缩机(4)。
8.根据权利要求3-7之一所述的集成冷凝器,其特征在于,高温的 气态冷却剂被引导进入容器内收集盘(46)外侧,该高温的冷却剂气体在 收集盘(46)周围流动并且沿着收集盘(46)的倾斜侧向上移动并进一步 向上通过油分离器(54)到达热交换器(30)的顶部侧,接着,冷却剂气 体通过在热交换器(30)中形成的基本上竖直的引导通道向下流经所述热 交换器(30),由此所述冷却剂气体冷凝成为液体冷却剂,该液体冷却剂 被收集在收集盘的收集容积中。

说明书全文

技术领域

发明涉及冷却系统,该冷却系统包括至少一个压缩机,该压缩机经 由压出口可以引导第一冷却剂通过一管线到达至少一个冷凝器,从该冷 凝器处,第一冷却剂流经至少一个膨胀到达至少一个蒸发器,从该蒸发 器处,第一冷却剂通过压缩机的吸入管线被抽回到压缩机,其中包括冷凝 器热交换器的冷凝器还包括用于分离油的装置,其中所述容器可以与膨胀 阀相关联(interact,相联接,相互作用),所述容器各包括至少一个热交 换器,第二冷却剂流过蒸发器的热交换器,冷却介质流过冷凝器的热交换 器,该冷却介质与周围环境进行热交换。

本发明还涉及一种集成冷凝器,该冷凝器可以设置在具有冷却剂进口 和出口的封闭容器中,所述容器包括设计有冷却介质进口和出口的热交换 器,所述冷却介质可以流经所述热交换器并在所述封闭容器的外部被冷却。

背景技术

WO 03060411 A1描述了具有集成热交换器的满液式蒸发器,该文公 开了设置在容纳有满液式蒸发器的压力容器中的蒸发器,该蒸发器被构造 成为完全被冷却剂淹没的板式热交换器。形成热交换器的板元件具有这样 的形状,即使得这些板元件的越过容器最底部较大部分的外侧沿着容器的 内壁。因此,尽可能地减少了淹没板堆叠件所需要的液体冷却剂的量。在 热交换器的板之间形成有大量通道,这些通道以Z字形的方式向上延伸至 热交换器的上边缘。冷却剂在热交换器中剧烈沸腾,由于气泡的形成促使 形成一股通过热交换器的向上流。可以在热交换器上方设置液体分离器, 从而可收集可能的液滴并使其返回至容器中,由此,从容器中抽吸出的冷 却剂中液体冷却剂含量非常有限。
GB 398 691公开了一种具有蒸发器的冷却系统,该蒸发器包括形状为 纵向管道的热交换器,盐流过这些纵向管道。在蒸发器的外部,完全包 围该蒸发器设置一冷凝器。该冷凝器包括由纵向管道形成的热交换器。冷 凝器中的管道具有流过其中的冷却水。在蒸发器和冷凝器之间设置有隔热 材料。冷凝器和蒸发器都具有用于分离油的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效并且紧凑的液体冷却系统,该系统形成 包括所有冷却功能的组装单元。
本发明的另一个目的是提供一种集成冷凝器,其中与冷凝器有关的多 个功能被集成在一共用的压力容器中。
如果蒸发器和冷凝器的热交换器都被构造成为具有其中流经冷却剂 的、基本上竖直的通道,那么第一个目的可以实现。
由此可以使得大体上所有的在同一压力水平下发生的冷却功能被集成 在一共用的压力容器中。这可以由两个不同的压力容器实现,因此,具有 大约为压缩机压力出口处存在的压力水平的容器包括冷凝、油分离以及膨 胀阀。在蒸发器侧,容器中的压力大约等于压缩机的吸入压力,因此,可 以设置高效满液式蒸发器和液体分离器的集成/组合。通过将两个压力容器 布置得相互较为靠近并且接近压缩机,冷却单元之间所需的管道连接可以 减至最少。因此,可以减少流失到周围环境中的能量,同时冷却系统本身 更加便宜。除了压缩机和可能的用于驱动压缩机的达,系统可包括对压 缩机马达进行电调节的电子控制和调节系统。这样,使得压缩机以不同的 转速工作成为可能,该转速可以被调整以适应实际冷却需求。
液体冷却剂可以流过蒸发器中的热交换器,通过与热交换器接触,冷 却剂被加热至沸点,由此,气态的冷却剂向上流经通道。冷却剂气体从上 面流经冷凝器的热交换器中的相应的通道,冷却剂气体通过冷凝形成液滴, 液滴被收集在下面的收集盘中。由此可以实现,在蒸发以及冷凝中,重力 确保热交换器中的通道内的最佳流动。在蒸发器侧,由于液体沸腾会出现 气泡。这些气泡将确保冷却剂向上流动通过通道。通过冷凝,形成液滴, 由于重力该液滴会快速地向下运动通过通道以便收集在下面的收集盘中。 使用收集盘具有下述优点,即可以减少液体冷却剂的总量,这是因为收集 盘可以引导液体冷却剂朝向收集单元并远离以最大可能的程度被气态冷却 剂包围的热交换器。通过致力于使冷凝器中的冷却剂减至最少,系统中填 充的总的冷却剂可以减少至最小。
集成冷凝器可有利地包括基本上包围热交换器的最底部的收集盘,该 收集盘可具有用于收集液体冷却剂的容积。该集成冷凝器还可以包含油分 离器,并且该集成冷凝器可以与膨胀阀相关联。由此,可以实现,该集成 冷凝器同时可以容纳多个在与冷凝器中的主要压力相同的压力下运行的另 外的组件。
冷凝器的热交换器可以与下面的收集盘相关联,其中收集盘形成用于 液体冷却剂的收集容积。由此,可以实现,冷凝的冷却剂可以被快速有效 地收集在专配置的收集容积/收集腔中,从而容纳在集成冷凝器中的液体 冷却剂的总量减至最小。
收集盘的收集容积可以包括至少一个与膨胀阀相关联的浮子,膨胀阀 的打开程度可以通过浮子的位置调节。由此,可以实现,收集盘的收集容 积可以总是被保持在上限以下。一旦收集容积中的液位上升,浮子将起作 用,打开膨胀阀。实践中,会产生平衡从而膨胀阀小幅度地打开,并且液 位总是保持在同一水平。系统冷却负载的任何变化都会引起液位的变化, 从而自动地改变膨胀阀的打开程度。因此,由于希望较大的冷却性能而增 加压缩机的容量会自动导致膨胀阀的打开程度改变,从而较大量的液体冷 却剂流入蒸发器中。这样,形成一个自调节式膨胀阀,该膨胀阀除了浮子 外没有任何其它移动部件。此处,膨胀阀可以被集成在容器中并且被布置 成与收集容积相关联。
在本发明的可选实施例中,收集盘的收集容积可以与至少一个用于确 定收集容积中的冷却剂实际液位的液位传感装置相关联,该液位传感装置 的输出信号用于调节至少一个膨胀阀的打开程度,由此,可以实现,可以 使用已知的电子控制膨胀阀。
在收集盘的上部边缘,收集盘可以与油分离器相关联,气态的冷却剂 流经该油分离器,被分离的油沿着容器的内侧被引导,其中容器的底部用 于收集油,所收集的油从容器的底部返回至压缩机。由此,可以实现,在 压缩机中已与冷却剂气体混合的、从压缩机流出的油在冷却剂的冷凝过程 中被直接分离。因此,完全避免了使用在大多数冷却设备中是标准组件的 单独的油分离器。
高温气态冷却剂可以被引导进入容器内收集盘下方,高温冷却剂气体 在收集盘周围流动,并沿着收集盘的倾斜侧向上移动,并进一步向上通过 油分离器到达热交换器的顶部侧,接着冷却剂气体通过在热交换器中形成 的基本上竖直的引导通道,向下流过热交换器,由此,冷却剂气体冷凝成 为液体冷却剂,该液体冷却剂被收集在收集盘中。由此实现冷却剂和流经 热交换器的冷却介质之间的非常高效的热交换。为了确保加压气体沿着正 确的道路通过冷凝器,在收集盘和热交换器之间设置纵向的密封带,从而 防止加压气体从底部侧与冷凝冷却剂逆流向上流进热交换器。单一的气体 流动方向确保热交换器有效地排空液体,从而使得最大可能的面积可用于 冷凝。
附图说明
图1示出冷却系统的截面图;
图2示出集成冷凝器的截面图;以及
图3示出第二实施例的截面图。

具体实施方式

图1示出冷却系统2的截面图,该冷却系统2包括驱动压缩机4的马 达3。压缩机4具有压力出口8,该压力出口8通过压力气体管线14与集 成冷凝器16连通。在图1中,冷凝器16包括膨胀阀18,该膨胀阀18通 过冷却剂管线19与集成蒸发器22连通,该集成蒸发器22通过吸入管线 10与压缩机4连通。冷凝器16被布置在包括热交换器30的容器24中, 其中所述热交换器30在其底部被收集盘46包围,所述收集盘46与收集容 积48连通。收集容积48容纳与膨胀阀18相关联的浮子50。蒸发器22也 被构造成使得其与另外的冷却组件集成在容器26中。容器26包括热交换 器28。热交换器28上方的空间设置液体分离器并且可根据需要安装除雾 垫或类似装置。
图1中以截面图示出的冷却系统2按下述方式运行:马达3驱动压缩 机4,使得高温的气态冷却剂12(图2)在高压下从压力出口8流经压力 气体管线14到达冷凝器16,其中所述压力气体管线14在剖视图中部分不 可见。因此,冷却剂12在高压和高温下流进容器24,容器24包括热交换 器30,其中在容器24的下半部分冷却剂流入,冷却剂在热交换器30的外 侧向上流至热交换器30的顶部,该热交换器包括多个以Z字形、但主要 沿向下的方向延伸通过热交换器30的通道。冷却介质也流经热交换器30, 与周围环境交换热量,从而冷却剂12(图2)在流过热交换器30的过程中 被冷却,由此产生冷凝,从而形成向下流过通道的液滴,所述液滴被下面 的与收集容积48连通的收集盘46收集。收集容积48具有与膨胀阀18相 关联的浮子50,这意味着当液位超过最小值时,液位的上升自动地致使膨 胀阀18打开。冷却剂流经膨胀阀18后,通过冷却剂管线19到达蒸发器 22。蒸发器也设置在容器26中,其中该容器26包括热交换器28。热交换 器28还具有主要沿向上的方向延伸的Z形通道。蒸发器22中的冷却剂12 的量使得热交换器28完全被液体淹没。热交换器28具有流经该热交换器 的第二冷却剂,该第二冷却剂通过将热释放给冷却剂12而被冷却,因此冷 却剂12开始沸腾。这种沸腾致使在热交换器28的通道中剧烈形成气泡, 这些气泡通过夹带液体增加了液体流通和蒸发器22的效率。吸入管线10 连接蒸发器的顶部与压缩机的吸入侧。
图2示出设置在容器24中的集成冷凝器16的截面图。容器24包括热 交换器30,该热交换器30在最底侧被与液体收集容积48连通的收集盘46 包围。容器24包括油分离器54,形式为液滴60的油从油分离器54流至 位于容器24底部的油收集容积,之后油从油收集容积排出并返回至压缩 机。
图2以下述方式运行:冷却剂12流进容器24,其中冷却剂12流经油 分离器54到达位于上面的空间,冷却剂12从该空间流经热交换器30-- 在该热交换器中冷却剂12被冷却,这是因为热交换器通过两条示出的支管 与冷却介质连通--其中冷却介质例如流至用于冷却的冷却塔并返回至热 交换器30。沿热交换器30中的Z形通道向下,发生冷凝并且由此形成液 滴,从而液滴向下流进下面的收集盘46。从这里,液体冷却剂向下流进收 集容器48,从收集容器48,冷却剂被引导通过包括膨胀阀的冷却剂连接件 并沿冷却回路向前。冷却剂12流经油分离器54,通过该分离器,可能的 油含量被分离出去,从而油60从油分离器54向下滴落在容器24的内侧上。 油60在容器24的底部被收集,在此处,油可以被排出,并且油可通过回 油管道系统返回至压缩机,由此,油可以被回收利用
图3示出设置在容器124中的集成冷凝器116的截面图。容器124包 括热交换器130,该热交换器在最底部侧被与液体收集容积148连通的收 集盘146包围。容器124的顶部是一油分离器154,其直接设置在加压气 体114的进口下方,冷却剂112在流进容器124的同时流经油分离器154。 从油分离器154处通过未示出的管道油返回至压缩机。
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