專利名稱：低溫制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深度低溫制冷系統(tǒng)的加熱/除霜循環(huán)，尤其涉及一種改進(jìn)的結(jié)合除霜供應(yīng)回路和除霜返回旁通回路的加熱循環(huán)，該回路用于優(yōu)化加熱/除霜循環(huán)，防止制冷過程過載(過壓)從而使除霜循環(huán)連續(xù)運(yùn)行，和縮短加熱/除霜和制冷運(yùn)行模式之間的恢復(fù)周期，以及用于受控流動(dòng)，其中在開環(huán)模式下制冷或加熱期間的溫度變化率是受控制的。
背景技術(shù)：
制冷系統(tǒng)從二十世紀(jì)初就已經(jīng)存在，當(dāng)時(shí)開發(fā)出了密封的制冷系統(tǒng)。從那時(shí)起，制冷技術(shù)上的改進(jìn)已經(jīng)證明了制冷系統(tǒng)可用于家用和工業(yè)裝置。尤其是，當(dāng)今的低溫制冷系統(tǒng)的工業(yè)用途主要在生物制藥領(lǐng)域、低溫電子、涂漬操作和半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。在這些許多應(yīng)用中，制冷系統(tǒng)不但需要提供低溫而且要承受系統(tǒng)被帶入大大高于0℃的除霜循環(huán)。開發(fā)這種可以在該溫度范圍內(nèi)運(yùn)行的制冷系統(tǒng)并且擁有相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的公司一直可以獲得豐厚利潤。
提供溫度低于-50℃的制冷有許多重要應(yīng)用，尤其是在工業(yè)制造和試驗(yàn)應(yīng)用中。本發(fā)明涉及提供的制冷溫度范圍從-50℃到-250℃的制冷系統(tǒng)。包含在該范圍的溫度是指名稱不同的低溫、超低溫和深冷。對本專利來說，術(shù)語“深度低溫”或非常低溫度是指-50℃到-250℃的溫度范圍。
在許多在真空條件下實(shí)施的制造過程中，因?yàn)楦鞣N原因，需要加熱系統(tǒng)的元件。這種加熱過程就是除霜循環(huán)。加熱會(huì)提高制造系統(tǒng)的溫度，使系統(tǒng)各部件接通大氣并且通風(fēng)而不會(huì)引起空氣中水分的凝結(jié)。整個(gè)除霜循環(huán)和隨后的產(chǎn)生深度低溫的恢復(fù)時(shí)間越長，制造系統(tǒng)的產(chǎn)量越低。能快速除霜和快速恢復(fù)真空室內(nèi)低溫抽氣表面的冷卻是有益的。所需要的是一種提高真空作業(yè)的產(chǎn)量的方法。
許多真空作業(yè)都需要這種深度低溫度冷卻。主要用途是為真空系統(tǒng)提供水蒸氣低溫泵。深度低溫表面以高于水蒸氣釋放速率的速率捕獲和保持水蒸氣分子。有效效果是迅速并且顯著地降低容器的水蒸氣分壓力。另一個(gè)應(yīng)用是關(guān)于熱輻射屏蔽。在該應(yīng)用中，大的面板被冷卻到深度低溫。這些冷卻了的面板截?cái)嗔藖碜哉婵帐冶砻婧图訜崞鞯妮椛錈?。這可以減少被冷卻表面的熱負(fù)荷，該被冷卻表面正被冷卻到低于面板的溫度。又一個(gè)用途就是去除被制造的物體上的熱量。在某些情況下，該物體是用于計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器的鋁盤，用于集成電路的硅片，或者用于平板顯示的材料。在這些情況下，該深度低溫提供一種比其他裝置更快地從這些物體除去熱量的裝置，即使工序終了物體的終溫可能比室溫還高。另外，包括硬盤驅(qū)動(dòng)媒體，硅片，或平板顯示材料的某些應(yīng)用涉及材料在這些物體上的沉淀。在這些情況中，因?yàn)槌恋懋a(chǎn)生的熱量從物體上釋放出來，當(dāng)物體要保持在規(guī)定溫度時(shí)必須要除去這些熱量。冷卻例如壓板這樣的表面是從這種物體中除去熱量的典型裝置。在所有這些情況下，應(yīng)當(dāng)明白的是，當(dāng)提供深度低溫的冷卻時(shí)，蒸發(fā)器表面是制冷劑除去這些用戶應(yīng)用產(chǎn)生熱量的場合。
在許多制冷應(yīng)用中，需要長期的高溫以顧及到被加熱物體有緩慢響應(yīng)時(shí)間。對于延長的除霜時(shí)間，常規(guī)系統(tǒng)會(huì)因范圍從為300到500psi的高的排氣壓力而超負(fù)荷并停止工作。這種系統(tǒng)的壓縮機(jī)的排氣壓力需要被限制，以防止過高的排氣壓力，否則，下游的部件就會(huì)過壓。通常，在應(yīng)有的位置設(shè)置安全開關(guān)或壓力釋放閥以防止排氣壓力過高；但是，這限制了除霜循環(huán)。所需要的是一種增加制冷系統(tǒng)的除霜時(shí)間而不超過其工作極限的方法。
在許多應(yīng)用中，可能需要逐漸加熱或冷卻。比如，半導(dǎo)體晶片制造過程中的陶瓷卡盤中產(chǎn)生的迅速溫度變化不能超過某種極限，該極限根據(jù)卡盤具體材料特性而變化。如果該速率過高，卡盤就會(huì)破裂。所需要的是一種提供可調(diào)節(jié)的加熱和冷卻系統(tǒng)的方法。
常規(guī)的深度低溫制冷系統(tǒng)的除霜時(shí)間通常為2到4分鐘，對于大盤管多到7分鐘。對于這些除霜時(shí)間，制冷系統(tǒng)因高的排氣壓力而受到限制，因此在制冷繼續(xù)之前需要5分鐘的恢復(fù)時(shí)間，因此延長了整個(gè)除霜循環(huán)。所需要的是一種縮短制冷系統(tǒng)的整個(gè)除霜循環(huán)的方法。
烘趕過程是在真空室暴露在大氣中后(比如當(dāng)打開該室進(jìn)行保養(yǎng)時(shí))，加熱真空室內(nèi)的所有表面以除去該室內(nèi)的水蒸氣。進(jìn)行烘干過程的常規(guī)技術(shù)包括用加熱器加熱該表面，加熱器使真空室部件暴露于200℃以上溫度并維持一段延長的時(shí)間以促進(jìn)從容器表面去除水蒸氣。如果冷卻表面在使用該方法的被加熱的容器內(nèi)，剩余的制冷劑和潤滑油就會(huì)分解，因此降低了制冷過程的可靠性。所需要的是一種在烘干過程中保持該過程的流體的化學(xué)穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)讓給Carrier Corporation(Syracuse，NY)的美國專利No.6112534“制冷和加熱循環(huán)的系統(tǒng)和方法(refrigeration andheating cycle system and method)”描述了一種改進(jìn)的制冷系統(tǒng)和加熱/除霜循環(huán)。用于加熱循環(huán)的空氣和給一個(gè)封閉區(qū)域除霜的該系統(tǒng)包括制冷劑，和使用該制冷劑加熱該循環(huán)空氣的蒸發(fā)器，以及用來接收來自蒸發(fā)器的制冷劑并將該制冷劑壓縮到更高溫和更高壓的壓縮機(jī)。為了增加制冷劑和循環(huán)空氣之間的溫差，為了提高系統(tǒng)效率，以及為了優(yōu)化加熱和除霜循環(huán)中的系統(tǒng)性能，該系統(tǒng)還包括以下三者組合件，即放置于壓縮機(jī)和蒸發(fā)器之間用于形成部分膨脹了的制冷劑的膨脹閥，和用于檢測系統(tǒng)參數(shù)的控制器，以及根據(jù)控制器響應(yīng)的機(jī)構(gòu)。
轉(zhuǎn)讓給Dube，Serge(Quebec，Canada)的美國專利No.6089033“高速蒸發(fā)器除霜系統(tǒng)(High-speed evaporator defrost system)”描述了一種高速蒸發(fā)器除霜系統(tǒng)，它包括除霜管道回路，該回路連接到一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)的排出管上，并且經(jīng)過一個(gè)可以儲(chǔ)存制冷系統(tǒng)的全部制冷劑的輔助貯液器返回吸氣集管。輔助貯液器處于低壓，并且當(dāng)液態(tài)制冷劑聚集到預(yù)定水平時(shí)可以自動(dòng)注入主貯液器中。除霜回路的輔助貯液器在蒸發(fā)器的制冷盤管上產(chǎn)生壓差，甚至在壓縮機(jī)低排氣壓力下該壓差足以使排出管路中的熱的高壓制冷劑氣體加速經(jīng)過蒸發(fā)器的制冷盤管，使制冷盤管迅速除霜，其中盤管兩端的壓差在從30到200psi范圍內(nèi)。
轉(zhuǎn)讓給Praxair Technology，Inc.(Danbury，CT)的美國專利No.6076372“深冷用的可變負(fù)荷制冷系統(tǒng)(Variable loadrefrigeration system particularly for cryogenictemperature)”描述了一種用來產(chǎn)生制冷的方法，特別是在包括深冷在內(nèi)的寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行制冷，其中，從限定的部件形成一種無毒、不易燃和低或無臭氧損耗的混合物，并且通過制冷循環(huán)的壓縮、冷卻、膨脹和加熱步驟以變負(fù)荷的形式保持在系統(tǒng)中。
轉(zhuǎn)讓給Redstone Engineering(Carbondale，CO)的美國專利No.5749243“帶有溫度控制的低溫制冷系統(tǒng)(Low-temperaturerefrigeration system with precise temperature control)”描述了一種低溫制冷系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)通過在一段時(shí)間內(nèi)改變加熱輸出用于將儀器(11)維持在一個(gè)基本恒定的預(yù)定低溫下。制冷系統(tǒng)(10)通過精確調(diào)節(jié)與儀器(11)相關(guān)的換熱界面(12)處的冷卻劑壓力來控制儀器(11)的溫度。通過利用一個(gè)或兩個(gè)循環(huán)回路和/或一個(gè)包括加熱器(32)的非機(jī)械式流量調(diào)節(jié)器(24)來調(diào)節(jié)冷卻劑的壓力和流量?？紤]到相對于冷源(14)提供的冷量來改變系統(tǒng)(10)的冷量輸出，制冷系統(tǒng)還提供一個(gè)熱容器(16)。
轉(zhuǎn)讓給General Cryogenics Incorporated(Dallas，TX)的美國專利No.5396777“除霜控制器(Defrost controller)”，描述了一種冷卻間隔室內(nèi)的空氣的方法和裝置，其中液體CO2經(jīng)過第一主換熱器被輸送，這樣就有足夠的熱量被吸收使液體二氧化碳蒸發(fā)形成高壓蒸汽。高壓蒸汽在一個(gè)燃?xì)饧訜崞髦斜患訜嵋苑乐垢邏憾趸紲p壓時(shí)凝固，二氧化碳蒸汽經(jīng)過氣動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)減壓絕熱膨脹后進(jìn)入第二換熱器。當(dāng)CO2蒸汽通過電機(jī)膨脹時(shí)，風(fēng)扇電機(jī)入口的噴嘴和風(fēng)扇電機(jī)管線上的電磁閥使蒸汽增壓，這時(shí)加熱器提供足夠熱量防止其固化。在進(jìn)入換熱器之前，CO2蒸汽從第二換熱器循環(huán)流到并冷卻除濕機(jī)內(nèi)的表面以冷凝空氣流中的水分。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種受控的深度低溫制冷系統(tǒng)，其使用單個(gè)蒸發(fā)器并具有長期在-150℃低到低溫下冷卻和長期在高達(dá)+130℃高溫下加熱的能力。在延長的除霜模式下，本發(fā)明的深度低溫制冷系統(tǒng)不允許除霜?dú)怏w持續(xù)地返回到其制冷過程單元。本發(fā)明的深度低溫制冷系統(tǒng)而是提供一個(gè)返回旁通回路，以防止制冷過程的超負(fù)荷(過壓)，從而使除霜循環(huán)連續(xù)運(yùn)行。但是，在冷卻模式下，當(dāng)冷卻表面被冷卻下來時(shí)，利用該除霜返回旁路，從而縮短恢復(fù)周期。因?yàn)楸景l(fā)明的深度低溫制冷系統(tǒng)在每個(gè)除霜循環(huán)后的恢復(fù)周期更短，所以縮短了總的過程時(shí)間。另外，本發(fā)明的深度低溫制冷系統(tǒng)還有受控流，其中以開環(huán)(即沒有控制器反饋)的方式控制冷卻或加熱期間的溫度變化率。此外，本發(fā)明的深度低溫制冷系統(tǒng)利用系統(tǒng)可以在全溫度范圍下運(yùn)行，在受控方式下可以提供恒定或可調(diào)節(jié)的制冷劑供應(yīng)和/或返回溫度。
為了正確理解本發(fā)明的受控的深度低溫制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，下面簡要敘述一下常規(guī)的深度低溫制冷系統(tǒng)。
通常，常規(guī)深度低溫制冷系統(tǒng)有將諸如盤管或不銹鋼壓板之類的蒸發(fā)器表面在幾分鐘之內(nèi)加熱到室溫的除霜功能。短的除霜循環(huán)，通常2到4分鐘，會(huì)增加產(chǎn)品的價(jià)值，因?yàn)閺睦鋮s到暖熱需要更短的時(shí)間使用戶更好地利用設(shè)備，即可以提高產(chǎn)量。
在典型的除霜循環(huán)中，蒸發(fā)器中的制冷劑只是被加熱到室溫，這只是適合于盤管但是不適合于其他形式的表面(即不銹鋼壓板)，其中蒸發(fā)器表面(即壓板面)和制冷劑之間沒有大的熱接觸面。其次，不銹鋼壓板的響應(yīng)時(shí)間長。因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間長，即使進(jìn)行除霜循環(huán)并且從不銹鋼壓板返回的制冷劑為室溫或更高，壓板仍然很冷。其結(jié)果為，只有板子的一部分變暖，除霜循環(huán)完成后，板子仍然比能接受的更冷。因此需要的除霜循環(huán)時(shí)間變長。但是，因?yàn)橛捎谂艢鈮毫μ叨瓜到y(tǒng)過載而停機(jī)，目前設(shè)計(jì)的制冷系統(tǒng)受限制并且不能延長除霜時(shí)間。通常，在排出管上設(shè)置一個(gè)安全開關(guān)或壓力釋放閥，以防止排氣壓力過高和需要可能的損壞。因此，在常規(guī)的深度低溫制冷系統(tǒng)工作極限的限制內(nèi)，不可能(利用傳統(tǒng)方法)延長除霜時(shí)間。
本發(fā)明提供延長除霜運(yùn)行并且防止系統(tǒng)出現(xiàn)排出壓力過高的裝置。為實(shí)現(xiàn)此目的，采用一種使暖的返回制冷劑氣體流繞過制冷過程而旁通的方法。該方法的目的是在該旁通支路上采用標(biāo)準(zhǔn)件。但是，這種標(biāo)準(zhǔn)件不是為用于極低溫流體而設(shè)計(jì)的。由于一些合金在低溫下工作會(huì)變脆，這些部件在極低溫下工作將會(huì)導(dǎo)致彈性密封失效，并導(dǎo)致保證閥和壓縮機(jī)外殼的額定壓力的重要機(jī)械特性的喪失。本發(fā)明描述如何使用這些標(biāo)準(zhǔn)件以至于不暴露在深度低溫下。
另一極端方面，溫度過高也會(huì)損壞部件。當(dāng)蒸發(fā)器與制冷系統(tǒng)連接時(shí)，明確的是在某種程度上制冷劑和壓縮機(jī)油一直存在于蒸發(fā)器內(nèi)。在烘干真空室時(shí)，蒸發(fā)器暴露在200℃或更高溫度下。這超過了制冷劑和油的最大暴露溫度。暴露在該溫度下的時(shí)間延長將引起這些分子的化學(xué)分解。為此的產(chǎn)品中包含有酸，酸會(huì)使主要系統(tǒng)部件比如壓縮機(jī)的壽命縮短。在除霜模式下，使得制冷劑在+130℃或更低溫度下循環(huán)經(jīng)過蒸發(fā)器，就能保證蒸發(fā)器中的制冷劑和油保持在能夠防止任何化學(xué)分解的溫度范圍內(nèi)。
發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)也在具體說明中體現(xiàn)出來。
因此本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)、元件組合和部件布置方面的特征，這些特征將在下面的闡明的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行具體舉例說明，發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書中予以指明。


為了更好地理解本發(fā)明，下面聯(lián)系附圖進(jìn)行說明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有旁通回路的深度低溫制冷系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于圖1中的制冷系統(tǒng)的制冷過程單元的局部示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于圖1中的制冷系統(tǒng)的除霜旁通回路的局部示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于圖1中的制冷系統(tǒng)的除霜旁通回路的局部示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于圖1中的制冷系統(tǒng)的另一個(gè)除霜旁通回路的局部示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的帶有可變分流閥的制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)側(cè)的局部示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的帶有換熱器的制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)的局部示意圖；和圖8是根據(jù)本發(fā)明的圖1中的制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)的另一個(gè)實(shí)施例的局部示意圖；具體實(shí)施方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的深度低溫制冷系統(tǒng)100。制冷系統(tǒng)100包括連接到可供選擇的油分離器108的入口的壓縮機(jī)104，油分離器再經(jīng)排出管路110連接到冷凝器112。冷凝器112然后連接過濾干燥器114，過濾干燥器經(jīng)過液體管路輸出116連接到制冷過程118的第一輸入端。制冷過程118的進(jìn)一步詳細(xì)描述在圖2中說明。當(dāng)不用油循環(huán)來潤滑壓縮機(jī)時(shí)可以不要油分離器。
制冷過程118設(shè)置了制冷劑管路輸出120，其連接進(jìn)給閥122入口。進(jìn)給閥122出來的制冷劑是低溫高壓制冷劑，溫度通常為-50℃到-250℃。流量調(diào)節(jié)裝置(FMD)124與冷卻閥128串聯(lián)布置。同樣地，F(xiàn)MD126與冷卻閥130串聯(lián)布置。FMD124和冷卻閥128的串聯(lián)組合與FMD126和冷卻閥130的串聯(lián)組合進(jìn)行并聯(lián)布置，這里的FMD124和126的入口一起連接到由進(jìn)給閥122出口連接的節(jié)點(diǎn)上。此外，冷卻閥128和130的出口一起連接到連接低溫隔離閥132的入口的節(jié)點(diǎn)上。低溫隔離閥132的出口提供蒸發(fā)器供應(yīng)管路輸出134，該輸出管路連接到為用戶安裝的(一般地)的蒸發(fā)器盤管136。
蒸發(fā)器136的另一端設(shè)置了蒸發(fā)器回流管路138，其連接低溫隔離閥140的入口。低溫隔離閥140的出口通過內(nèi)部返回管路142連接深度低溫流量開關(guān)152的入口。低溫流量開關(guān)152的出口供給回流閥44的入口。回流閥144的出口供給止回閥146的入口，止回閥經(jīng)制冷劑返回管路148連接制冷過程118的第二輸入端(低壓)。
溫度開關(guān)(TS)150與止回閥146和制冷過程118之間的制冷劑回流管路148熱偶連接。另外，多個(gè)具有不同斷路點(diǎn)的溫度開關(guān)沿內(nèi)部回流管路142熱偶連接。TS158，TS160和TS162在低溫隔離閥140和回流閥144之間的中間返回管路142上熱偶連接。
從制冷過程118的返回出口經(jīng)過壓縮機(jī)吸入管路164到壓縮機(jī)104入口的制冷回路是封閉的。位于壓縮機(jī)104入口附近的壓力開關(guān)(PS)196氣動(dòng)地連接到壓縮機(jī)吸入管路164上。另外，油分離器108的回油管路109連接壓縮機(jī)吸入管路164。制冷系統(tǒng)100還包括連接到壓縮機(jī)吸入管路164的膨脹箱192。FMD194布置在膨脹箱192的入口和壓縮機(jī)吸入管路164之間的管路上。
制冷系統(tǒng)100的除霜供應(yīng)回路(高壓)由以下形成進(jìn)給閥176的入口連接在位于排氣管路110的節(jié)點(diǎn)A上。除霜閥178與FMD 182串聯(lián)布置；同樣地，除霜閥180與FMD 184串聯(lián)布置。除霜閥178和FMD182的串聯(lián)組合與除霜閥180和FMD184串聯(lián)組進(jìn)行并聯(lián)布置，這里除霜閥178和180的入口一起連接到與進(jìn)給閥176的出口連接的節(jié)點(diǎn)B上。此外，F(xiàn)MD182和184的出口一起連接到節(jié)點(diǎn)C，節(jié)點(diǎn)C與冷卻閥128和低溫隔離閥132之間的節(jié)點(diǎn)D之間的管路使除霜供應(yīng)回路封閉。
制冷系統(tǒng)100中的制冷劑返回旁通(低壓)回路由以下形成位于低溫流量開關(guān)152和回流閥144之間的節(jié)點(diǎn)E連接旁通管路186。旁通閥188與檢修閥190在旁通管路186中串聯(lián)連接。檢修閥190的出口連接到位于制冷過程118和壓縮機(jī)之間的壓縮機(jī)吸入管路164上的節(jié)點(diǎn)F上，從而使得制冷劑返回旁通回路完整。
除了TS150，TS158，TS160和TS162之外，制冷系統(tǒng)100中的所有部件都是機(jī)械式或液壓式地連接。
安全電路198提供了設(shè)置于制冷系統(tǒng)100中的多個(gè)諸如壓力和溫度開關(guān)之類的控制裝置的控制，并且接收其的反饋。PS196，TS150，TS158，TS160和TS162是這種裝置的實(shí)例；然而，制冷系統(tǒng)100中還設(shè)置有其他的傳感裝置，為了簡化起見圖1中沒有示出。壓力開關(guān)，包括PS196是典型的氣壓式連接，而溫度開關(guān)，包括TS150，TS158，TS160和TS162是典型的熱偶式地連接到制冷系統(tǒng)100的流路中。安全電路198的控制本質(zhì)上是電氣的。同樣的，各個(gè)傳感裝置給安全電路198的反饋本質(zhì)上也是電氣的。
制冷系統(tǒng)100是深度低溫制冷系統(tǒng)，其基本作用，即除去熱量和加熱都是本領(lǐng)域所公知的。本發(fā)明的制冷系統(tǒng)100使用純的或混合制冷劑，例如美國臨時(shí)專利申請No.60/214562中描述的混合制冷劑。
除了低溫隔離閥132和140，制冷系統(tǒng)100中的所有部件都是本領(lǐng)域熟知的(例如，壓縮機(jī)104，油分離器108，冷凝器112，過濾干燥器114，制冷過程118，進(jìn)給閥122，F(xiàn)MD124，冷卻閥128，F(xiàn)MD126，冷卻閥130，蒸發(fā)盤器管136，回流閥144，止回閥146，TS150，TS158，TS160，TS162，進(jìn)給閥176，除霜閥178，F(xiàn)MD182，除霜閥180，F(xiàn)MD184，旁通閥188，檢修閥190，膨脹箱192，F(xiàn)MD194，PS196和安全電路198)。另外，低溫流量開關(guān)152在美國臨時(shí)專利申請No.60/214562中進(jìn)行了完整的描述。然而為了清楚起見，下面對這些部件作簡要敘述。
壓縮機(jī)104是接收低壓、低溫制冷劑氣體，并將它們壓縮為高壓、高溫氣體并供應(yīng)給油分離器108的普通壓縮機(jī)。
油分離器108是常規(guī)的油分離器，其中，來自壓縮機(jī)104的壓縮過的質(zhì)量流進(jìn)入一個(gè)降低流速的較大分離腔室中，從而形成霧化了的油滴，油滴聚集在撞擊網(wǎng)表面或者一個(gè)聚集元件上。當(dāng)油滴聚集成大顆粒時(shí)，就會(huì)落到油分離器的貯液底部并經(jīng)壓縮機(jī)吸入管路164返回壓縮機(jī)104。從油分離器108出來的且除去了油的質(zhì)量流繼續(xù)流向節(jié)點(diǎn)A并且向前流向冷凝器112。
來自壓縮機(jī)104的熱高壓氣體經(jīng)過油分離器108然后經(jīng)過冷凝器112。冷凝器112是常規(guī)的冷凝器，并且是通過冷凝作用將熱量排出的系統(tǒng)的部件。熱氣經(jīng)過冷凝器112時(shí)，被經(jīng)過或越過的空氣或水冷卻。當(dāng)熱的制冷劑氣體冷卻時(shí)，在盤管內(nèi)形成制冷劑液滴。最終，當(dāng)氣體到達(dá)冷凝器112的末端時(shí)，已經(jīng)被部分地冷凝下來；也就是說，存在液體和氣體制冷劑。為了使冷凝器112正常工作，經(jīng)過或越過冷凝器的空氣或水必須比系統(tǒng)的工作流體更冷。對于某些特殊的應(yīng)用，調(diào)節(jié)制冷劑混合物的組合使得冷凝器中不會(huì)發(fā)生冷凝。
來自冷凝器112的制冷劑向前流向過濾干燥器114。過濾干燥器114的作用是吸收系統(tǒng)中的致污物，比如可以產(chǎn)生酸的水，并進(jìn)行物理過濾。來自過濾干燥器114的制冷劑然后供應(yīng)給制冷過程118。
制冷過程118是任何制冷系統(tǒng)或過程，比如單一制冷劑系統(tǒng)，混合制冷劑系統(tǒng)，通常的制冷過程，復(fù)疊式制冷過程的單獨(dú)一級，自動(dòng)制冷復(fù)疊式循環(huán)，或者Klimenko循環(huán)。為了說明的目的，根據(jù)本發(fā)明的制冷過程118示于圖2，它是自動(dòng)制冷復(fù)疊式循環(huán)的一個(gè)簡化形式，也可以是被Klimenko描述的。
圖2所示的制冷過程118可以有幾個(gè)基本變型。制冷過程118可以是復(fù)疊式系統(tǒng)的一級，其中冷凝器112中制冷劑的初級冷凝可以由制冷系統(tǒng)的另一級的低溫制冷劑提供。同樣地，制冷過程118產(chǎn)生的制冷劑可以用來冷卻或液化更低溫度的復(fù)疊式過程的制冷劑。另外，圖1示出了單級壓縮機(jī)。應(yīng)當(dāng)明白的是，可以用兩臺并聯(lián)壓縮機(jī)達(dá)到相同的壓縮效果，或者通過串聯(lián)壓縮機(jī)或者兩級壓縮機(jī)將該壓縮過程分為多級。所有這些可能的變型都在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)。
還有，圖1到圖8中僅與一個(gè)蒸發(fā)器盤管136有關(guān)。原則上，該方法可以用于被單一制冷過程118冷卻的多個(gè)蒸發(fā)器盤管136。在這種結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)獨(dú)立受控制的蒸發(fā)器盤管136需要單獨(dú)的一套閥和FMD，以控制制冷劑的供給(即除霜閥180，F(xiàn)MD184，除霜閥178，F(xiàn)MD 182，F(xiàn)MD126，冷卻閥130，F(xiàn)MD124和冷卻閥128)，并且還需要控制旁通回路的閥(即止回閥146和旁通閥188)。
進(jìn)給閥176和檢修閥190是標(biāo)準(zhǔn)的隔膜閥或者比例閥，比如Superior Packless Valve(Washington，PA)，如果需要可以為隔離部件提供一些服務(wù)功能。
膨脹箱192是制冷系統(tǒng)中常規(guī)的貯液器，可以容納因加熱蒸發(fā)和膨脹而引起體積增加的制冷劑氣體。在這種情況下，當(dāng)制冷系統(tǒng)100停止運(yùn)行時(shí)，制冷劑蒸汽通過FMD194進(jìn)入膨脹箱192。
冷卻閥128，冷卻閥130，除霜閥178，除霜閥180和旁通閥188是標(biāo)準(zhǔn)的電磁閥，比如Sporlan(Washington，MO)models xuj，B-6和B-19閥。或者，冷卻閥128和130是帶閉合回路反饋的比例閥，或者熱膨脹閥。
止回閥146是常規(guī)的允許流體單向流動(dòng)的止回閥。止回閥146基于施加于其上的制冷劑壓力而響應(yīng)執(zhí)行打開和關(guān)閉。(下面是關(guān)于止回閥的另外的描述)。由于這種閥暴露在極低溫下，因此必須由與這種溫度相配的材料制成。另外，該閥必須有合適的額定壓力。此外，優(yōu)選為，閥沒有允許制冷劑泄露到環(huán)境中的密封。因此應(yīng)當(dāng)通過銅焊或焊接連接。單向閥的一個(gè)例子是來自Check-All Valve(West DesMoines，IA)的UNSW系列止回閥。
FMD124，F(xiàn)MD126，F(xiàn)MD182，F(xiàn)MD184和FMD196是常規(guī)的流量調(diào)節(jié)裝置，比如毛細(xì)管，孔口，帶反饋的比例閥，或者任何控制流量的節(jié)流元件。
進(jìn)給閥122，低溫隔離閥132和140和回流閥144都是典型的標(biāo)準(zhǔn)隔膜閥，例如由Superior Valve Co.制造的閥。但是，因?yàn)槁菁y中積聚有少量的冰，從而阻止運(yùn)行，標(biāo)準(zhǔn)隔膜閥在深度低溫下難以工作。或者，Polycold(San Rafael，CA)已經(jīng)開發(fā)出一種改良的極低溫截止閥，可以用做深度低溫制冷系統(tǒng)100中的低溫隔離閥132和140。下面描述低溫隔離閥132和140的一個(gè)替代實(shí)施例。低溫隔離閥132和140有一個(gè)裝入充有氮?dú)饣蚩諝獾拿芊獾牟讳P鋼管內(nèi)的可延伸軸。布置軸的暖端有壓縮式接頭和O形環(huán)在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)提供密封。其結(jié)果為，低溫隔離閥132和140的軸即使在深度低溫下也可轉(zhuǎn)動(dòng)。該軸布置提供了熱隔離，從而阻止了結(jié)霜。
被加熱或冷卻的蒸發(fā)器表面由蒸發(fā)盤管136表示。為用戶安裝的蒸發(fā)盤管136的示例為金屬管的盤管或者某種類型的壓板，比如有管子熱連接于其上的不銹鋼臺，或者內(nèi)部有加工成形的制冷劑流動(dòng)通道的臺。蒸發(fā)器不是本發(fā)明的新穎之處。因此不管蒸發(fā)器是“為用戶安裝的”還是為另外設(shè)置的對權(quán)利要求不重要。
圖2是制冷過程118的一個(gè)示例。在此公開文本中為了說明本發(fā)明的目的，制冷過程118是作為一種自動(dòng)制冷復(fù)疊式循環(huán)示于圖2中。然而，深度低溫制冷系統(tǒng)100的制冷過程118可是任何制冷系統(tǒng)或過程，比如單一制冷劑系統(tǒng)，混合制冷劑系統(tǒng)，通常的制冷過程，復(fù)疊式制冷過程的單獨(dú)一級，自動(dòng)制冷復(fù)疊式系統(tǒng)，Klimenko循環(huán)等。
更具體地，制冷過程118可以是Pilycold系統(tǒng)(即自動(dòng)制冷復(fù)疊式過程)，帶有單個(gè)膨脹裝置的APD Cryogenics(Allentown，PA)系統(tǒng)(即沒有相分離的單極低溫冷卻機(jī)，Longsworth No.5441658)，Missmer型循環(huán)(即，自動(dòng)制冷復(fù)疊式循環(huán)，Missimer專利3768273)，Klimenko型(即單相分離器系統(tǒng))。制冷過程118也可以是在諸如Forrest專利4597267和Missiimer專利4535597描述的過程上進(jìn)行的變型。
對于本發(fā)明重要的是，使用的制冷過程必須包括在除霜模式下至少有一個(gè)流過該制冷過程制冷劑流裝置。對于單個(gè)膨脹裝置的冷卻器或者單個(gè)制冷系統(tǒng)的情況下，需要一個(gè)閥(未示出)和FMD(未示出)使制冷劑從高壓側(cè)流過該制冷過程到低壓側(cè)。這保證了制冷劑流過冷凝器112以便將熱量從系統(tǒng)中排出去。這也保證了除霜期間來自制冷過程118的低壓制冷劑與來自管路186的返回的除霜制冷劑混合。對于那些不需要這種內(nèi)部制冷流路就可以達(dá)到要求的制冷效果的制冷過程(系統(tǒng)一般具有單個(gè)FMD)，在穩(wěn)定的冷卻模式下，可以關(guān)閉該閥以制止從高側(cè)到低側(cè)的內(nèi)部流。
圖2的制冷過程118包括熱交換器202，相分離器204，熱交換器206，和熱交換器208。在供應(yīng)流路上，制冷劑流入液體管路116中以供應(yīng)給換熱器202，換熱器連接相分離器204，相分離器連接換熱器206，換熱器206連接換熱器208，換熱器208連接制冷劑供給管120。在返回流路，制冷劑返回管路148連接熱交換器208，換熱器208連接熱交換器206。由相分離器分離的液體部分由FMD210膨脹到低壓狀態(tài)。制冷劑從FMD210流出然后與來自熱交換器208的低壓制冷劑混合供應(yīng)給換熱器206?；旌狭鞴?yīng)給換熱器206，然后供應(yīng)給換熱器202，隨后供應(yīng)給壓縮機(jī)吸入管164。換熱器交換高壓制冷劑和低壓制冷劑之間的熱量。
如Missimer和Forrest所描述，在更復(fù)雜的自動(dòng)制冷復(fù)疊式系統(tǒng)中，制冷過程118中可以采用另外的分離級。
熱交換器202，206和208是工業(yè)上所公知的裝置，用來將一種物質(zhì)的熱量傳給另一種物質(zhì)。相分離器204是工業(yè)上公知的用來分離液相的制冷劑和氣相的制冷劑的裝置。圖2示出一個(gè)相分離器，然而，通常為多于一個(gè)的相分離器。
繼續(xù)參見圖1和2，深度低溫制冷系統(tǒng)100的運(yùn)行如下來自壓縮機(jī)104的熱的高壓氣體經(jīng)過可選擇的油分離器108然后經(jīng)過冷凝器112，在其中氣體被經(jīng)過或越過的空氣或水冷卻。當(dāng)氣體到達(dá)冷凝器112的末端時(shí)，已被部分地冷凝成為液態(tài)和氣態(tài)制冷劑的混合物。
來自冷凝器112的液體和氣體制冷劑流過過濾干燥器114，然后供應(yīng)給制冷過程118。深度低溫制冷系統(tǒng)100的制冷過程118通常有一個(gè)從高壓到低壓的內(nèi)部制冷劑流路。制冷過程118在高壓下產(chǎn)生非常冷的制冷劑(-100到-150℃)，該制冷劑經(jīng)過制冷劑供應(yīng)管120流動(dòng)到冷氣進(jìn)給閥122。
冷的制冷劑流出進(jìn)給閥122并供應(yīng)給FMD124和全流的冷卻閥128的串聯(lián)組合，它們與FMD126和節(jié)流冷卻閥130的串聯(lián)組合進(jìn)行并聯(lián)布置，這里冷卻閥128和130的出口在節(jié)點(diǎn)D連在一起，再連接低溫隔離閥132的入口。
用戶在作為截止閥的低溫隔離閥132和低溫隔離閥140之間連接蒸發(fā)盤管136。更具體地說，低溫隔離閥132連接蒸發(fā)器供應(yīng)管路134，供給管路134與被加熱或冷卻的蒸發(fā)器表面即蒸發(fā)盤管136連接。被加熱或冷卻的蒸發(fā)器表面即蒸發(fā)器盤管136的相反一端與蒸發(fā)器返回管路138連接，蒸發(fā)器返回管路連接低溫隔離閥140的入口。
從蒸發(fā)盤管136返回的制冷劑流過低溫隔離閥140至深度低溫流量開關(guān)152。
從低溫流量開關(guān)152出口流出的回流制冷劑經(jīng)過回流閥144然后至止回閥146。止回閥146是裝有彈簧承載的低溫止回閥，具有在1和10psi之間標(biāo)準(zhǔn)的必需的開啟壓力。也就是說止回閥146兩端的壓差必須超過開啟壓力才能使允許流動(dòng)?？蛇x擇地，止回閥146是低溫開/閉閥，或者是足夠尺寸使壓降減小到最小的低溫比例閥。止回閥146的出口通過制冷劑返回管路148連接到制冷過程118。止回閥146在本發(fā)明的制冷系統(tǒng)100的運(yùn)行中起主要作用。
應(yīng)當(dāng)注意到，進(jìn)給閥122和止回閥144是可供選擇的，分別對于低溫隔離閥132和低溫隔離閥140來說是有點(diǎn)多余的。但是，如果檢修系統(tǒng)時(shí)需要的話，進(jìn)給閥122和止回閥144確實(shí)可以提供隔離部件的維修功能。
深度低溫制冷系統(tǒng)100不同于常規(guī)制冷系統(tǒng)之處主要在于它的延長的除霜循環(huán)(即烘干)。深度低溫制冷系統(tǒng)100與常規(guī)制冷系統(tǒng)的具體區(qū)別特征是，在制冷過程118的返回通路上設(shè)置一個(gè)止回閥146，以及設(shè)置從節(jié)點(diǎn)E到F的返回旁通回路以旁通繞過制冷過程118。
在常規(guī)的沒有止回閥146的制冷系統(tǒng)中，返回的制冷劑氣體直接進(jìn)入制冷過程118(冷卻或除霜模式)。然而，在除霜循環(huán)中，當(dāng)?shù)竭_(dá)制冷過程118的返回制冷劑溫度達(dá)到+20℃時(shí)，制冷過程118通常被中止，+20℃一般是除霜循環(huán)結(jié)束的溫度。在該點(diǎn)，+20℃的制冷劑與制冷過程118內(nèi)的深度低溫的制冷劑進(jìn)行混合。因?yàn)橛刑嗟臒崃勘患尤耄评溥^程118變?yōu)檫^載之前，只能短時(shí)間內(nèi)允許房間溫度和制冷過程118內(nèi)的深度低溫的制冷劑進(jìn)行混合。當(dāng)暖的返回制冷劑加入時(shí)，阻止了制冷過程118產(chǎn)生極低溫制冷劑，并且制冷劑壓力最終將超過其的工作極限，從而為了保護(hù)制冷過程118，安全電路198使制冷過程118停止運(yùn)行。其結(jié)果為，常規(guī)制冷系統(tǒng)中的除霜循環(huán)被限制到2到4分鐘的時(shí)間，最高的制冷劑返回溫度為+20℃。
但是與之相反的是，深度低溫制冷系統(tǒng)100在向制冷過程118返回的流路上設(shè)有止回閥146，并圍繞制冷過程118設(shè)有從節(jié)點(diǎn)E到F返回旁通回路，該流路經(jīng)過旁通管186、旁通閥188和檢修閥190，從而使得在除霜循環(huán)中對暖制冷劑的返回做出不同響應(yīng)。正如進(jìn)給閥122和回流閥144一樣，檢修閥190不是必須的，但是如果檢修需要的話，可以用來隔絕部件。
在除霜循環(huán)中，當(dāng)由于暖的制冷劑與冷的制冷劑混合而引起制冷過程118內(nèi)的返回制冷劑溫度達(dá)到比如-40℃或更高時(shí)，從節(jié)點(diǎn)E到F的圍繞制冷過程118的旁通管路被打開。其結(jié)果為，暖的制冷劑被允許流進(jìn)壓縮機(jī)吸入管路164然后流到壓縮機(jī)104。旁通閥188和檢修閥190由于TS158，TS160和TS162的作用被打開。例如，TS158是“除霜加開關(guān)”，具有大于-25℃的設(shè)定點(diǎn)。TS160(可選擇的)是“除霜終止開關(guān)”，設(shè)定點(diǎn)＞42℃。TS162是“冷卻返回限制開關(guān)”，設(shè)定點(diǎn)＞-80℃。一般地，TS158，TS160和TS162基于返回管路制冷劑的溫度和運(yùn)行模式(即除霜或冷卻模式)而響應(yīng)，以便控制各閥的打開/關(guān)閉從而控制制冷系統(tǒng)100的加熱或冷卻速率。某些應(yīng)用場合需要連續(xù)的除霜運(yùn)行。在這些情況下，由于需要連續(xù)運(yùn)行該模式，因此不需要TS160終止除霜。
對于運(yùn)行重要的是，當(dāng)流體流過旁通閥188和檢修閥190時(shí)，節(jié)點(diǎn)E和F之間不得不存在的壓差以至于止回閥146兩端的壓差不能超過其開啟壓力(即5到10psi)。這很重要，因?yàn)榱黧w本質(zhì)上經(jīng)過阻力最小的通路；因此，必須正確地平衡流動(dòng)。如果允許經(jīng)過旁通閥188和檢修閥190的壓力超過止回閥146的開啟壓力，那么制冷劑就會(huì)流過止回閥146。這是不希望的，因?yàn)樵谂闹评鋭┻M(jìn)入壓縮機(jī)吸入管路164和進(jìn)入壓縮機(jī)104的同時(shí)，暖的制冷劑還會(huì)開始回注入制冷過程118。同時(shí)流過止回閥146和從節(jié)點(diǎn)E到F的旁通回路會(huì)引起制冷系統(tǒng)100不穩(wěn)定，并且產(chǎn)生失控模式，其中，每個(gè)部件將更熱，排氣壓力(壓縮機(jī)排氣)變得更高，吸氣壓力更高，從而引起更多的流體流進(jìn)制冷過程118內(nèi)，E點(diǎn)的壓力甚至更高，最終引起制冷系統(tǒng)100停機(jī)。
如果采用諸如PS196那樣的裝置可以防止出現(xiàn)這種情況，如果吸入壓力值超過預(yù)定值，PS196切斷熱氣進(jìn)入制冷過程。由于制冷系統(tǒng)100的質(zhì)量流量基本上由吸氣壓力控制，因此這是一種將流量限制在安全范圍的有效方法。當(dāng)吸入壓力低于預(yù)定極限，使PS196復(fù)位并再次恢復(fù)除霜過程。
因此，為了在制冷系統(tǒng)100的除霜循環(huán)中適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，需要精確控制旁通閥188和檢修閥190與止回閥146之間的流動(dòng)平衡，以提供適當(dāng)?shù)牧髯杵胶狻@流動(dòng)平衡問題的設(shè)計(jì)參數(shù)包括管尺寸、閥尺寸和每個(gè)閥的流量系數(shù)。另外，經(jīng)過制冷過程118吸氣側(cè)(低壓)的壓降在不同的過程之間也不同，并且需要被確定。制冷過程118中的壓降加上止回閥146的開啟壓力是從節(jié)點(diǎn)E到F的除霜返回旁通管路可以允許的最大壓力。
進(jìn)入除霜循環(huán)時(shí)，并不立即打開旁通閥188和檢修閥190。旁通流動(dòng)開始的時(shí)間由TS158、TS160和TS162的設(shè)定點(diǎn)決定，從而延遲旁通流路直到返回制冷劑溫度達(dá)到一個(gè)更正常值為止，因此允許使用更標(biāo)準(zhǔn)的部件，部件的設(shè)計(jì)溫度一般為-40℃或更高，并且不需要使用額定溫度低于-40℃的更昂貴的部件。
在TS158，TS160和TS162的控制下，可以設(shè)定了返回到壓縮機(jī)吸入管路164的節(jié)點(diǎn)F的制冷劑溫度和與來自制冷過程118的吸氣回氣混合的制冷劑溫度。隨后混合的制冷劑流進(jìn)壓縮機(jī)104。期望的壓縮機(jī)104制冷劑的返回溫度一般是-40℃或更高；因此，節(jié)點(diǎn)E處可接受的流體溫度為-40℃，并且在壓縮機(jī)104的工作極限內(nèi)。當(dāng)選擇TS158，TS160和TS162的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，這是要考慮的另一個(gè)因素。
選擇TS158，TS160和TS162的設(shè)定點(diǎn)有兩個(gè)限制。其一，選擇的除霜旁通返回的制冷劑溫度不能過高以至于會(huì)因排氣壓力太高而使制冷過程118自停止。其二，除霜旁通返回制冷劑溫度不能過低以至于流經(jīng)旁通管路186的返回制冷劑溫度低于旁通閥188和檢修閥190可以承受的溫度。在節(jié)點(diǎn)F與制冷過程118的返回流混合后，返回的制冷劑也不能低于壓縮機(jī)104的工作極限。節(jié)點(diǎn)E處的轉(zhuǎn)換溫度在-40℃到+20℃之間。
總之，連續(xù)除霜循環(huán)期間，制冷系統(tǒng)100中除霜循環(huán)的回流不允許除霜?dú)怏w連續(xù)地返回到制冷過程118中。而是使制冷系統(tǒng)100返回旁通(節(jié)點(diǎn)E到F)阻止制冷過程118的過載，從而除霜循環(huán)可以連續(xù)運(yùn)行。TS158，TS160和TS162控制打開從節(jié)點(diǎn)E和F之間的除霜返回旁通的時(shí)刻。冷卻模式下，一旦達(dá)到極低溫，不允許打開節(jié)點(diǎn)E到F之間的除霜返回旁通。
上面已經(jīng)討論了制冷系統(tǒng)100的除霜返回通路，下面繼續(xù)參見圖1討論除霜循環(huán)供給通路。除霜循環(huán)期間，來自壓縮機(jī)104的熱的高壓氣體經(jīng)過排氣管110位于可供選擇的油分離器108的下游的節(jié)點(diǎn)A。節(jié)點(diǎn)A處的熱氣溫度通常在80℃到130℃之間。
節(jié)點(diǎn)A處的除霜用的熱氣將制冷過程118旁通繞過，并不進(jìn)入冷凝器112，通過打開電磁除霜閥178或電磁除霜閥180，并將閥128和130置于關(guān)閉位置使氣流轉(zhuǎn)移。如圖1所示，除霜閥178與FMD182串聯(lián)布置，同樣的，除霜閥180與FMD184串聯(lián)布置。，除霜閥178和FMD 182的串聯(lián)組合與除霜閥180和FMD184的串聯(lián)組合在節(jié)點(diǎn)B和C之間進(jìn)行并聯(lián)布置。除霜閥178或除霜閥180及其關(guān)聯(lián)的FMD可以根據(jù)流量的需要并聯(lián)運(yùn)行或者單獨(dú)運(yùn)行。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，當(dāng)打開節(jié)點(diǎn)A到D的旁通時(shí)，旁通氣流不應(yīng)將全部的壓縮機(jī)的熱量帶到蒸發(fā)盤管136。因此，將到達(dá)節(jié)點(diǎn)A的一部分高溫壓縮機(jī)排氣必須經(jīng)過冷凝器112是必要的。一部分壓縮機(jī)的排出在冷凝器中被冷凝，然后經(jīng)由位于制冷過程118內(nèi)的內(nèi)部節(jié)流單元返回壓縮機(jī)。該內(nèi)部節(jié)流單元使冷凝器排出來自壓縮機(jī)的熱量，為了圖面清楚起見圖中沒有示出該節(jié)流單元。否則，因?yàn)閴嚎s機(jī)作的功會(huì)繼續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)中，系統(tǒng)很快會(huì)過熱。
重要的是注意到，在制冷系統(tǒng)100節(jié)點(diǎn)B和C之間的并聯(lián)通路的數(shù)量不限于圖1所示的兩個(gè)，其中每個(gè)通路具有串聯(lián)的除霜閥和FMD。節(jié)點(diǎn)B和C之間可以有幾個(gè)流路，其中，通過選擇并聯(lián)通路的組合可以確定所需要的流量。例如，可以是10％的流路，20％的流路，30％的流路等等。假如節(jié)點(diǎn)E到節(jié)點(diǎn)F經(jīng)過旁通閥188的的返回旁通回路存在的話，從節(jié)點(diǎn)C的流動(dòng)然后指向節(jié)點(diǎn)D，隨后經(jīng)過低溫隔離閥132到達(dá)用戶的蒸發(fā)盤管136內(nèi)，在所需要的持續(xù)時(shí)間。從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)D的除霜供應(yīng)回路是常規(guī)制冷系統(tǒng)中采用的標(biāo)準(zhǔn)除霜回路。然而，除霜閥178、除霜閥180和相關(guān)的FMD的加入是制冷系統(tǒng)100的用來使得流動(dòng)的獨(dú)特特性。或者，除霜閥178和180本身就是節(jié)流裝置的話，因此就不需要另外的流量調(diào)節(jié)裝置，即FMD182和FMD184。
上面已經(jīng)討論了制冷系統(tǒng)100的除霜循環(huán)，下面繼續(xù)參見圖1討論在冷卻循環(huán)期間采用除霜返回旁通回路。冷卻模式下，旁通閥188一般是關(guān)閉的；因此，熱的制冷劑從節(jié)點(diǎn)E流過制冷過程118到節(jié)點(diǎn)F。然而，當(dāng)節(jié)點(diǎn)E的制冷劑的溫度為高但是在下降時(shí)，在冷卻模式的最初階段，可以通過監(jiān)控制冷劑返回管路142上的制冷劑溫度來打開旁通閥188。在此期間，可以借助除霜返回旁通回路來避免制冷過程118的進(jìn)一步加載。當(dāng)節(jié)點(diǎn)E的制冷劑溫度達(dá)到前面討論的轉(zhuǎn)換溫度時(shí)(即-40℃或更高)，旁通閥188關(guān)閉。利用冷卻模式與加熱除霜的設(shè)定點(diǎn)而打開旁通閥188。
還是與冷卻模式有關(guān)，利用一般周期約為1分鐘的“斷路器”電路(未示出)使冷卻閥128和130脈動(dòng)。這對于在冷卻模式期間限制變化率是有用的。冷卻閥128和冷卻閥130有不同尺寸的FMD。因此當(dāng)經(jīng)過冷卻閥128的流動(dòng)限制與經(jīng)過冷卻閥130的流動(dòng)限制不同時(shí)，可以以開環(huán)方式調(diào)節(jié)流動(dòng)。按需要隨后選擇通路?；蛘?，一個(gè)流路可以完全打開，另一個(gè)流路則是脈動(dòng)的，等。
下面描述的實(shí)施例2到6說明了根據(jù)本發(fā)明的關(guān)于除霜旁通返回功能的制冷系統(tǒng)100的變型。
在第二個(gè)實(shí)施例中(未示出)，在節(jié)點(diǎn)E和旁通閥188之間的旁通管186上(圖1)安放一個(gè)附加加熱器或換熱器。該附加加熱器幫助進(jìn)一步控制制冷劑溫度，這樣可以防止旁通管186上制冷劑溫度低于旁通閥188和/或檢修閥190的工作極限。換熱器利用任何其他工作流體包括冷卻水進(jìn)行熱交換。利用冷卻水的情況下，必須控制水不能凍結(jié)。
在第三個(gè)實(shí)施例中(未示出)，旁通閥188和檢修閥190不用標(biāo)準(zhǔn)的二位(開/關(guān))閥或比例閥(圖1)，旁通閥188和檢修閥190采用額定溫度為低溫的閥。低溫閥的一個(gè)實(shí)例是BadgemeterResearch閥。這種比例閥以開啟和關(guān)閉模式工作。或者，當(dāng)由比例控制器控制時(shí)可以按比例方式工作。
在第四個(gè)實(shí)施例中(未示出)，如上述第三實(shí)施例中描述的低溫旁通閥188(圖1)和低溫檢修閥190可以與一個(gè)常規(guī)流量調(diào)節(jié)閥串聯(lián)使用，例如毛細(xì)管，節(jié)流孔，帶反饋的比例閥，或者任何控制流量的節(jié)流元件。不論在FMD184或是在FMD182，流量調(diào)節(jié)過程極慢，所以流過除霜返回旁通回路的流體在節(jié)點(diǎn)F處發(fā)生的混合可以在壓縮機(jī)104的極限內(nèi)。來自除霜返回旁通回路的制冷劑流動(dòng)可以很小，以至于對節(jié)點(diǎn)F處降低的溫度幾乎沒有影響。
在第五個(gè)實(shí)施例中(未示出)，可以采用如第三個(gè)實(shí)施例中描述的低溫旁通閥188(圖1)和低溫檢修閥190。另外，為了使返回的制冷劑加溫，在節(jié)點(diǎn)F和檢修閥102之間的壓縮機(jī)吸入管路164上放置了加熱器或換熱器。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的制冷系統(tǒng)300的除霜返回旁通回路的第六個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，呈現(xiàn)一個(gè)回流閥排列，這樣除霜制冷劑流可以返回到制冷過程118中的幾個(gè)可能位置的其中之一。
作為一個(gè)示例，圖3中的制冷系統(tǒng)300包括旁通閥302，旁通閥304，和旁通閥306，它們的入口一起液壓式連接到旁通管路186上，旁通管路186沿旁通閥188連到接節(jié)點(diǎn)E。旁通閥302，304和306的出口基于返回制冷劑的溫度連接到制冷過程118的不同位置點(diǎn)。雖然未在圖3中示出，檢修閥可以插在有旁通閥302，304和306的管路中。圖3未示出的系統(tǒng)的部分與圖1中的一樣。
旁通閥302，304和306的這種布置可以使返回氣體在能被制冷過程118處理的合適的溫度下注入回制冷過程118內(nèi)。制冷過程118運(yùn)行的溫度覆蓋了完整溫度范圍，一般是-150℃到室溫。該流動(dòng)返回到制冷過程118中的一個(gè)可能位置之一，該位置與旁通制冷劑流的溫度匹配。這樣，可以根據(jù)旁通制冷劑溫度選擇性地打開旁通閥302，304和306，或者旁通閥188。其結(jié)果為，壓縮機(jī)吸入管路164的節(jié)點(diǎn)F的返回制冷劑的溫度維持在壓縮機(jī)104的合適工作范圍內(nèi)。
第六個(gè)實(shí)施例優(yōu)于第五個(gè)實(shí)施例，因?yàn)樗昧爽F(xiàn)有的換熱器。制冷系統(tǒng)300的該實(shí)施例不需要第五個(gè)實(shí)施例中的附加加熱器或換熱器。
閥的這種布置也可以用在完全除霜后的冷卻過程中。通過將返回的制冷劑送到溫度相同的制冷過程118的一部分中，可以減小制冷系統(tǒng)100的熱負(fù)荷。這使得比沒有閥302，304和306的圖1中的將蒸發(fā)器盤管136冷卻的更快。
下面描述的實(shí)施例7到14說明了與常見除霜供應(yīng)功能有關(guān)的制冷系統(tǒng)100的變型。
圖4(第七個(gè)實(shí)施例)示出了制冷系統(tǒng)100的除霜供應(yīng)回路的變型。在該實(shí)施例中，圖4中的制冷系統(tǒng)400包括附加的換熱器402，它插入在節(jié)點(diǎn)C和D之間的管線上。換熱器402是常規(guī)的換熱器或加熱器。
在一些應(yīng)用場合中，向?yàn)橛脩舭惭b的蒸發(fā)器盤管136供給的制冷劑需要保持一個(gè)明確的最小升高的溫度。但是，除霜閥178、除霜閥180及其相關(guān)的FMD182和184因膨脹氣體而引起制冷劑溫度下降。其結(jié)果為，供給蒸發(fā)器盤管136供給的制冷劑溫度下降，一般約為10℃。為了補(bǔ)償，換熱器402插入在節(jié)點(diǎn)C和D之間使氣體再熱。如果換熱器402沒有控制裝置它僅僅在壓縮機(jī)104的排氣管110和來自FMD182或FMD184的氣體之間進(jìn)行換熱，使除霜?dú)怏w加熱。如果換熱器402是加熱器用控制裝置來調(diào)節(jié)離開加熱器的溫度。
圖5(第八個(gè)實(shí)施例)是制冷系統(tǒng)100的除霜供應(yīng)回路的另一個(gè)變型。在該實(shí)施例中，圖5的制冷系統(tǒng)500包括與在第七個(gè)實(shí)施例中的換熱器402并聯(lián)的旁通閥502。旁通閥502一般為比例閥。
與第七個(gè)實(shí)施例的不帶控制的用來加熱氣體的換熱器402的不同，旁通閥502提供一種調(diào)節(jié)與壓縮機(jī)104排氣的換熱量的方法，以達(dá)到要求的制冷劑溫度。使制冷劑經(jīng)過旁通閥502將換熱器402旁通成為受控流，從而調(diào)節(jié)制冷劑溫度?；蛘撸酝ㄩy502可以是在不同的時(shí)間脈動(dòng)地開或關(guān)的“斷路器”閥。
圖6示出了制冷系統(tǒng)100的另一個(gè)變型600(第九個(gè)實(shí)施例)，其中，可變分流閥602插入于壓縮機(jī)104的排氣管110和壓縮機(jī)吸入管164之間。
該實(shí)施例中，調(diào)節(jié)壓縮吸入溫度作為排氣溫度的控制?？勺兎至鏖y602使排氣轉(zhuǎn)向直接返回到連接壓縮機(jī)104壓縮機(jī)吸入管路164上。來自除霜供應(yīng)回路的FMD182或FMD184的溫度傳感器(未示出)給可變分流閥602提供反饋以控制流量。
當(dāng)結(jié)合實(shí)施例7和8使用該實(shí)施例時(shí)，那么要控制的溫度就是排氣溫度本身，因?yàn)閷?shí)施例7和8中的換熱器402與通常溫度范圍在80℃到130℃之間的排氣進(jìn)行換熱。因此在節(jié)點(diǎn)D從除霜供應(yīng)回路出來并且隨后流入蒸發(fā)器盤管136的制冷劑溫度將高到80℃到130℃。
圖7示出了制冷系統(tǒng)100的另一個(gè)變型(第十個(gè)實(shí)施例)。該實(shí)施例中，不是將來自壓縮機(jī)104的排氣而是將直接來自制冷過程118的混合制冷劑的混合物供應(yīng)給除霜供應(yīng)回路。
作為一個(gè)示例，圖7中的制冷系統(tǒng)700包括換熱器702，其與制冷過程118的相分離器204供給。進(jìn)給閥176的入口不再與排出管路110的節(jié)點(diǎn)A連接。而是將換熱器702的出口連接到進(jìn)給閥176的入口，從而向除霜供應(yīng)回路提供直接來自制冷過程118的預(yù)熱的混合制冷劑的混合物。
換熱器702不帶控制機(jī)構(gòu)其只是在壓縮機(jī)104的排出管路110和來自制冷過程118的制冷劑之間進(jìn)行換熱以加熱它。
第十個(gè)實(shí)施例優(yōu)于實(shí)施例7，8和9，其中，混合制冷劑具有改善了的熱力特性，更適合為用戶安裝的蒸發(fā)器盤管136。這種改善了的熱力性能包括引起更少含量的可結(jié)凍的制冷劑和具有更少含量的油的制冷劑。
總之，供應(yīng)給進(jìn)給閥122的熱氣來源是壓縮機(jī)104的排出管路110。然而，進(jìn)給閥122也可能由處于高壓的系統(tǒng)中的任何制冷劑混合物供給，然后經(jīng)過換熱器702與壓縮機(jī)104的排出管路110換熱而被加熱，使制冷劑溫度升高到要求的溫度。
在第十一個(gè)實(shí)施例700中，第十個(gè)實(shí)施例中的換熱器702由圖7所示的制冷過程118內(nèi)的一個(gè)來源供給。然而，利用控制器控制溫度傳感器和閥，由此選擇與之換熱的任何位置，換熱器702在制冷系統(tǒng)700內(nèi)的不同位置進(jìn)行換熱。
圖8示出了制冷系統(tǒng)100的另一個(gè)變型800(第十二個(gè)實(shí)施例)。該實(shí)施例中，不是將壓縮機(jī)104的排氣而是將直接來自制冷過程118的混合制冷劑的混合物供應(yīng)給除霜供應(yīng)回路。
作為一個(gè)示例，圖8中的制冷系統(tǒng)800包括一個(gè)換熱器702，其由制冷過程118的幾個(gè)可能位置中的一個(gè)位置供給。進(jìn)給閥176的入口不再與排出管路110的節(jié)點(diǎn)A連接。而是將換熱器702的出口連接到進(jìn)給閥176的入口，從而向除霜供應(yīng)回路提供直接來自制冷過程118的預(yù)熱的混合的制冷劑的混合物。
與第十一個(gè)實(shí)施例中的換熱器702具有單個(gè)制冷劑來源的不同，換熱器702有多個(gè)來源。圖8中的制冷系統(tǒng)800包括閥802，閥804和閥806，它們的入口與制冷過程118內(nèi)的幾個(gè)排出口中的一個(gè)進(jìn)行液壓式連接。
在一些應(yīng)用，隨時(shí)間有改變供給為用戶安裝的蒸發(fā)器盤管136的制冷劑的需要，而不是以恒定的溫度供給。
由于制冷過程118的溫度跨越了完整的溫度范圍，一般是-150℃到室溫(15℃到30℃)，所以閥802，804和806的布置可以使從制冷過程118的高壓側(cè)的幾個(gè)排出口引出的制冷劑保持在一個(gè)合適溫度下，在任何給定時(shí)間內(nèi)該溫度是為用戶安裝的蒸發(fā)器盤管136中所要求的溫度。使用控制器來控制溫度傳感器和閥，從而選擇供應(yīng)給換熱器702的來源和溫度。在除霜循環(huán)中，供應(yīng)給換熱器702的制冷劑來源對換熱器的供應(yīng)可以在不同時(shí)間里從一個(gè)位置變換到另一個(gè)位置。例如，在除霜循環(huán)期間，對換熱器702的供應(yīng)可以在一個(gè)冷點(diǎn)開始并繼續(xù)至更暖的溫度。
在一些情況中不需要換熱器702。當(dāng)蒸發(fā)器盤管136溫暖時(shí)，從閥806，804和802中選擇逐漸變熱的流。另外，可以采用除霜閥180或除霜閥182來提供熱的制冷劑流。
在第十三個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合了實(shí)施例11和12的原理和部件并將它們用在制冷系統(tǒng)700和800的變型中。
在一些應(yīng)用中，需要供應(yīng)給用戶使用的蒸發(fā)器盤管136的制冷劑具有特定的溫度，然而，由于氣體膨脹的緣故，除霜閥178、除霜閥180以及相關(guān)的FMD182和184都會(huì)引起溫度下降。其結(jié)果為，供給蒸發(fā)器盤管136的制冷劑溫度下降，一般約為10℃。在第十四個(gè)實(shí)施例中，為了補(bǔ)償，利用“斷路器”電路使除霜閥178和除霜閥180脈動(dòng)以調(diào)節(jié)為用戶安裝的蒸發(fā)器盤管136的流量從而限制加熱變化率。這些閥的循環(huán)時(shí)間的范圍通常從幾秒到幾分鐘。
或者，除霜閥178和180可以用比例閥代替，控制比例閥以調(diào)節(jié)加溫的變化率。
本發(fā)明的特點(diǎn)總之，本發(fā)明的第一個(gè)特點(diǎn)在于一種受控的深度低溫制冷系統(tǒng)，具有在-250℃的低溫下長期制冷并且在+130℃高的溫度下長期加熱的能力。
本發(fā)明的第二個(gè)特點(diǎn)在于一種深度低溫制冷系統(tǒng)，具有延長的除霜模式，該模式不允許所有除霜?dú)怏w返回到其的制冷過程中。相反，本發(fā)明的深度低溫制冷系統(tǒng)用防止制冷過程超負(fù)荷的返回旁通，從而使得除霜循環(huán)持續(xù)進(jìn)行。然而，在冷卻模式下，一旦來自蒸發(fā)器的制冷劑已經(jīng)達(dá)到深度低溫，絕不允許除霜返回旁通。
本發(fā)明的第三個(gè)特點(diǎn)在于一種具有受控流的深度低溫制冷系統(tǒng)，其中，以開環(huán)(即沒有控制器反饋)模式控制在冷卻和加溫期間的溫度變化率。
本發(fā)明的第四個(gè)特點(diǎn)在于一種深度低溫制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)利用可以在全溫度范圍工作的優(yōu)點(diǎn)，在受控制方式下提供恒定或可變的制冷劑供應(yīng)和/或返回溫度。
本發(fā)明的第五個(gè)特點(diǎn)在于一種深度低溫制冷系統(tǒng)，除霜循環(huán)后的恢復(fù)周期更短，從而減少了整個(gè)處理時(shí)間，并且能夠在完全除霜或烘干后迅速地冷卻蒸發(fā)器。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它可以內(nèi)在地加熱制冷系統(tǒng)的盤管。常規(guī)的系統(tǒng)利用外部熱源來加熱制冷系統(tǒng)的盤管。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的蒸發(fā)溫度可以在-150℃到+130℃范圍內(nèi)。常規(guī)系統(tǒng)的溫度范圍小得多。另外，本發(fā)明和背景技術(shù)專利的區(qū)別在于本發(fā)明在除霜模式下可以連續(xù)運(yùn)行。
其可以增加真空系統(tǒng)的產(chǎn)量，該系統(tǒng)需要由本發(fā)明的制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的深度低溫以開始制造過程。其可以增加制冷系統(tǒng)的除霜運(yùn)行時(shí)間而不超過系統(tǒng)的工作極限。其提供一種可變的加熱和冷卻系統(tǒng)。其縮短了制冷系統(tǒng)的整個(gè)除霜循環(huán)。
在烘烤過程中保持加工流體的化學(xué)穩(wěn)定性。
在冷卻或者加溫模式下提供受控的溫度變化率。
在其設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)使用了本身性能非常可靠的標(biāo)準(zhǔn)部件。
獨(dú)特的結(jié)合使用的標(biāo)準(zhǔn)部件，以允許在混合的制冷劑系統(tǒng)中進(jìn)行冷卻和除霜循環(huán)。
保持了額定的系統(tǒng)參數(shù)，比如化學(xué)穩(wěn)定性，壓縮機(jī)的工作極限，所有部件的額定工作壓力和溫度。
本發(fā)明提供了用戶可以調(diào)節(jié)各種控制參數(shù)，比如斷路定時(shí)器的開/關(guān)循環(huán)，不同過程發(fā)生的溫度，冷卻時(shí)間，制冷時(shí)間等。
本發(fā)明不需要制冷劑返回通路上使用非常大又昂貴的低溫閥。
提供了除霜循環(huán)后更短的恢復(fù)周期，從而使總處理時(shí)間減少。
權(quán)利要求
1.一種在冷卻和除霜模式下長期連續(xù)地運(yùn)行的制冷系統(tǒng)，其包括具有入口和出口的壓縮單元，并且在上述入口接收處于低壓的制冷劑并在上述出口排出高壓的制冷劑；具有高壓回路和低壓回路的制冷過程單元，上述高壓回路接收來自上述壓縮單元的上述高壓的制冷劑，上述低壓回路將上述低壓的制冷劑輸送到上述壓縮單元的上述低壓回路，在上述高壓和低壓的回路之間發(fā)生熱交換；具有入口和出口的主節(jié)流單元，上述主節(jié)流單元的入口接收來自上述制冷過程單元的上述高壓回路的高壓的制冷劑并且在上述主節(jié)流單元的出口排出低壓的制冷劑；具有入口和出口的用于選擇性地冷卻或加熱負(fù)荷的蒸發(fā)單元，上述蒸發(fā)單元接收來自上述主節(jié)流單元的低壓制冷劑，并且來自上述蒸發(fā)單元的出口的制冷劑流向上述制冷過程單元的上述低壓回路；在上述主節(jié)流單元和上述制冷過程單元的上游的冷凝單元，上述冷凝單元將來自上述壓縮機(jī)單元的處于上述高壓的上述制冷劑的熱量除去并將該熱量從上述制冷系統(tǒng)中向外排出；第一旁通回路，其包括至少一個(gè)用于使制冷劑流旁通繞過上述制冷過程單元高壓回路的高壓支回路；第二旁通回路，其包括至少一個(gè)用于使制冷劑流旁通繞過上述制冷過程單元低壓回路的低壓支回路；以及控制系統(tǒng)，其用于按照選擇的順序?qū)⑸鲜鲋评鋭?dǎo)入在上述壓縮單元和上述蒸發(fā)單元之間的經(jīng)選擇的封閉循環(huán)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述第二旁通回路中的上述一分支包括可以在第一溫度范圍內(nèi)連續(xù)地適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行而不損壞的部件，并且在低于上述第一溫度范圍的第二溫度范圍內(nèi)，上述部件在連續(xù)運(yùn)行時(shí)經(jīng)受不適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行和損壞中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于只是當(dāng)保持上述第二旁通回路的上述一分支中的制冷溫度使得不會(huì)發(fā)生不適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行和損壞時(shí)，上述控制系統(tǒng)才將上述低壓制冷劑連續(xù)導(dǎo)入上述一分支。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述控制系統(tǒng)在上述第二旁通回路中具有第一可控制的裝置以調(diào)節(jié)通過上述第二旁通回路的制冷劑的流動(dòng)，上述第一可控制裝置具有開/關(guān)運(yùn)行和可變流運(yùn)行中的至少一個(gè)，上述控制系統(tǒng)還具有與上述制冷過程單元的上述低壓回路串聯(lián)的第一阻斷裝置，當(dāng)上述第一可控制裝置允許流動(dòng)時(shí)，上述第一阻斷裝置阻擋返回的制冷劑流通過上述制冷過程單元的上述低壓回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)上述制冷過程單元低壓回路中的溫度等于或超過選定的溫度時(shí)，上述第一可控制的裝置允許制冷劑流通過上述第二旁通回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述選定溫度是上述第二溫度范圍的上限值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述第一旁通回路包括至少一個(gè)分支，每個(gè)分支具有各自的除霜節(jié)流單元以降低經(jīng)過上述第一旁通回路的制冷劑中的壓力，上述分支為并聯(lián)和串聯(lián)/并聯(lián)布置的其中之一，上述控制系統(tǒng)在每個(gè)上述分支上具有與上述除霜節(jié)流單元串聯(lián)的第二阻斷裝置，上述第二阻斷裝置為制冷劑流向上述蒸發(fā)單元至少提供開/關(guān)運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述第一阻斷裝置是僅允許制冷劑從上述蒸發(fā)單元流向上述壓縮單元的所述入口的壓力止回閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述主節(jié)流單元和上述除霜節(jié)流單元分別包括至少下列中之一毛細(xì)管、孔口、帶反饋的比例閥、多孔元件和任何其他可以控制流動(dòng)的節(jié)流元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述壓縮單元包括至少下列中之一單臺壓縮機(jī)、兩臺并聯(lián)的壓縮機(jī)、串聯(lián)的壓縮機(jī)、兩級壓縮機(jī)、帶有相應(yīng)的串聯(lián)、并聯(lián)和串/并聯(lián)布置的壓縮機(jī)的各個(gè)支路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述冷凝單元包括至少氣體和液體冷卻的冷凝器中之一，至少一個(gè)上述冷凝器布置在并聯(lián)、串聯(lián)和串/并聯(lián)回路的其中之一中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述蒸發(fā)單元包括具有金屬管的蒸發(fā)盤管和金屬板中的至少一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其還包括位于上述壓縮單元高壓出口和上述冷凝單元入口之間的油分離器。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述第一溫度范圍的上述下端在大約-50℃到-40℃的范圍內(nèi)，以及上述第二溫度范圍的下端在-250℃到-150℃的范圍內(nèi)，其上端在-40℃到-50℃的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述制冷過程單元包括至少下列中之一單一制冷劑系統(tǒng)、混合制冷劑系統(tǒng)、通常的制冷過程、復(fù)疊式制冷過程中的單級、自動(dòng)制冷復(fù)疊式循環(huán)和Klimenko循環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其還包括在上述第二旁通回路中的加熱裝置，其用來調(diào)節(jié)流過該回路的制冷劑的溫度并且保護(hù)上述第二旁通回路中的閥部件。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述第二旁通回路包括一個(gè)流量調(diào)節(jié)裝置，從而可以控制通過上述第二旁通回路的流量。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于其還包括一個(gè)用來加熱返回制冷劑的熱源，該熱源位于與上述壓縮機(jī)入口連接的低壓制冷劑管線上并且在上述第二旁通回路的上游。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于其還包括至少一個(gè)輔助旁通回路，至少一個(gè)上述輔助旁通回路的一端連接到上述制冷過程單元的低壓回路的上游，另一端連接到在上述制冷過程單元內(nèi)的上述低壓制冷過程回路，上述至少一個(gè)輔助回路包括用于調(diào)節(jié)通過上述輔助旁通回路的流動(dòng)的旁通閥，當(dāng)上述輔助旁通回路內(nèi)制冷劑流的溫度與在上述輔助旁通回路和上述制冷過程單元的上述低壓回路之間的連接處的制冷過程單元內(nèi)的溫度相同時(shí)，上述輔助旁通回路由上述控制系統(tǒng)激活，上述輔助旁通流路減少冷卻上述蒸發(fā)單元所需的時(shí)間。
20.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述第一旁通回路包括位于上述除霜節(jié)流單元的下游和上述蒸發(fā)單元輸入的上游的熱源以加熱來自上述至少一個(gè)分支的上述制冷劑流。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于一個(gè)旁通閥使得至少一部分被上述熱源加熱的上述制冷劑流旁通，上述旁通閥由上述控制系統(tǒng)控制以控制輸送到上述壓縮機(jī)單元入口的制冷劑溫度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述旁通閥是斷路器式閥，其對于上述控制系統(tǒng)確定的不同時(shí)間脈動(dòng)地打開和關(guān)閉。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)可變流動(dòng)閥，所述閥在上述壓縮機(jī)出口和上述壓縮機(jī)入口之間分流，通過調(diào)節(jié)上述可變分流閥來控制壓縮機(jī)高壓排氣溫度。
24.一種在冷卻和除霜模式下長期連續(xù)運(yùn)行的制冷系統(tǒng)，其包括具有入口和出口的壓縮單元，并且在上述入口接收處于低壓的制冷劑并在上述的出口排出高壓的制冷劑；具有高壓回路和低壓回路的制冷過程單元，上述高壓回路接收來自上述壓縮單元的上述高壓的制冷劑，上述低壓回路將上述低壓的制冷劑輸送到上述壓縮單元的上述低壓回路，在上述高壓和低壓的回路之間發(fā)生熱交換；具有入口和出口的主節(jié)流單元，上述主節(jié)流單元的入口接收來自上述制冷過程單元的上述高壓回路的高壓的制冷劑并且在上述主節(jié)流單元的出口排出低壓的制冷劑，該出口用于與選擇性地冷卻或加熱負(fù)荷的蒸發(fā)單元連接，并返回上述制冷過程單元的上述低壓回路；在上述主節(jié)流單元和上述制冷過程單元的上游的冷凝單元，上述冷凝單元將來自上述壓縮機(jī)單元的處于上述高壓的上述制冷劑的熱量除去并將該熱量從上述制冷系統(tǒng)中向外排出；第一旁通回路，其包括至少一個(gè)用于使制冷劑流旁通繞過上述制冷過程單元高壓回路的下流部分的高壓支回路；第二旁通回路，其包括至少一個(gè)用于使制冷劑流旁通繞過上述制冷過程單元低壓回路的低壓支回路；以及用于按照選擇的順序?qū)⑸鲜鲋评鋭?dǎo)入包括上述壓縮單元間的經(jīng)選擇的封閉循環(huán)中的控制系統(tǒng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述制冷過程單元包括依次地在上述高壓回路和上述低壓回路之間進(jìn)行熱量交換的多個(gè)換熱器，位于一對上述換熱器之間的制冷劑氣/液分離器；來自上述相分離器的高壓制冷劑氣體供應(yīng)給上述第一旁通回路，換熱器位于來自上述液/氣分離器的上述高壓管線上和上述第一旁通回路的上述至少一個(gè)分支上。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于還包括多個(gè)并聯(lián)的制冷劑管線，每個(gè)所述管線被連接到上述制冷過程單元的上述高壓回路中的不同位置，流動(dòng)控制閥位于每個(gè)上述管線上，其還包括換熱器，換熱器的一端并連到上述并聯(lián)的管線上，另一端連接到上述第一旁通回路，上控制系統(tǒng)控制上述流動(dòng)控制閥。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于上述控制系統(tǒng)基于制冷系統(tǒng)中的溫度選擇流動(dòng)路線。
28.一種在冷卻和除霜模式下可以長期連續(xù)運(yùn)行的制冷系統(tǒng)，其包括具有入口和出口的壓縮單元，并且在上述入口接收處于低壓的制冷劑并在上述出口排出高壓的制冷劑；具有高壓回路和低壓回路的制冷過程單元，上述高壓回路接收來自上述壓縮單元的上述高壓的制冷劑，上述低壓回路將上述低壓的制冷劑輸送到上述壓縮單元的上述低壓回路，在上述高壓和低壓的回路之間發(fā)生熱交換；具有入口和出口的主節(jié)流單元，上述主節(jié)流單元的入口接收來自上述制冷過程單元的上述高壓回路的高壓的制冷劑并且在上述主節(jié)流單元的出口排出低壓的制冷劑，該出口用于與選擇性地冷卻或加熱負(fù)荷的蒸發(fā)單元連接，并返回上述制冷過程單元的上述低壓回路；在上述主節(jié)流單元和上述制冷過程單元的上游的冷凝單元，上述冷凝單元將來自上述壓縮機(jī)單元的處于上述高壓的上述制冷劑的熱量除去并將該熱量從上述制冷系統(tǒng)中向外排出；第一旁通回路，其包括至少一個(gè)用于使制冷劑流旁通繞過上述制冷過程單元高壓回路的高壓支回路；第二旁通回路，其包括至少一個(gè)用于使制冷劑流旁通繞過上述制冷過程單元低壓回路的低壓支回路。用于按照選擇的順序?qū)⑸鲜鲋评鋭?dǎo)入包括上述壓縮單元間的經(jīng)選擇的封閉循環(huán)中的控制系統(tǒng)。
全文摘要
一種具有除霜供應(yīng)回路(176,178,180)和除霜返回旁通回路(186,188,190)的深度低溫制冷系統(tǒng)(100)的加熱/除霜結(jié)構(gòu),以優(yōu)化該加熱/除霜循環(huán),和防止其制冷過程過載(過壓)以及保護(hù)部件免于破壞性的溫度。當(dāng)需要時(shí)該除霜循環(huán)連續(xù)運(yùn)行,并在加熱/除霜和冷卻運(yùn)行模式之間提供更短的恢復(fù)期。以一種開環(huán)模式通過旁通回路(178,190)中的受控的制冷劑流動(dòng)來控制冷卻和預(yù)熱期間的溫度的變化率。
文檔編號F25B47/02GK1380965SQ01801539
公開日2002年11月20日 申請日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月30日
發(fā)明者K·P·弗林, P·H·哈爾 申請人:Igc珀利克爾德系統(tǒng)公司