專利名稱：在壓縮級之間具有冷凝中間冷卻的蒸汽壓縮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及具有多重壓縮級的蒸汽壓縮系統(tǒng)，且更具體
地，涉及到在制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)中的上游壓縮級和下游壓縮級之間通 過的制冷劑蒸汽的冷卻。
背景技術(shù)：
制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，并常被用于 調(diào)節(jié)二次流體，諸如將供應(yīng)給住宅、辦公樓、醫(yī)院、學(xué)校、餐館或其它設(shè) 施內(nèi)的氣候控制適宜范圍(climate controlled comfort zone )的空氣。 制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)也通常在用于制冷供給到貨車、拖車、集裝箱、陳 列拒或類似物的溫度受控空間的空氣的運(yùn)輸和靜止制冷應(yīng)用中使用以保 存易腐爛的物品。傳統(tǒng)地，這些制冷蒸汽壓縮系統(tǒng)中大多數(shù)在亞臨界制 冷劑壓力下運(yùn)行，并通常包括壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹裝置。一 般地，膨脹裝置相對于制冷劑流布置在蒸發(fā)器的上游和冷凝器的下游。 這些基礎(chǔ)制冷系統(tǒng)構(gòu)件是由閉合的制冷劑回路中的制冷劑管路而相互連 接的，并被配置成與已知的制冷劑蒸汽壓縮循環(huán)一致，且在使用的特定 制冷劑的亞臨界壓力范圍內(nèi)運(yùn)行。在亞臨界范圍中運(yùn)行的制冷劑蒸汽壓 縮系統(tǒng)一般充滿了碳氟化合物制冷劑，諸如但不限于氟氯烴化合物 (HCFCs),比如R22,且更普遍的是氟代烷烴(HFCs)，比如R134A、 R410A和R407C。盡管HFC制冷劑比它們所替代的含氯HCFC制冷劑更加環(huán)保， "自然的，，制冷劑諸如二氧化碳開始在空調(diào)和制冷系統(tǒng)中使用以代替HFC 制冷劑。然而，因為二氧化碳具有低臨界點(diǎn)，充滿了二氧化碳來作為制 冷劑的極大多數(shù)制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)被設(shè)計用于在跨臨界循環(huán)中運(yùn)行。 在跨臨界循環(huán)內(nèi)運(yùn)行的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)中，散熱換熱器在高于臨界 點(diǎn)的制冷劑壓力下運(yùn)行，同時蒸發(fā)器在亞臨界范圍內(nèi)在制冷劑壓力下運(yùn) 行。另外，利用了低臨界點(diǎn)制冷劑諸如二氧化碳的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng) 經(jīng)常應(yīng)用多級壓縮系統(tǒng)，多個壓縮機(jī)相對于制冷劑流配置成串聯(lián)流布置 或者單個的壓縮機(jī)具有至少兩個壓縮級。典型地，從壓縮系統(tǒng)末級釋放的制冷劑蒸汽的壓力即一般被稱為排氣壓力或高側(cè)壓力，；UL夠高的以 使得制冷劑蒸汽在橫穿散熱換熱器時不冷凝。因此，關(guān)于在跨臨界循環(huán) 中運(yùn)行的系統(tǒng)，該散熱換熱器一般是指、并作為氣體冷卻器，而非冷凝 器。蒸汽壓縮機(jī)領(lǐng)域中的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很好理解的是，理 想情況是，將中間冷卻器插入到在制冷劑回路中、介于充滿低臨界點(diǎn)制 冷劑(諸如二氧化碳)的多級壓縮系統(tǒng)中的各壓縮級之間。當(dāng)蒸汽橫穿 中間冷卻器、由此冷卻蒸汽來改進(jìn)循環(huán)性能并降低制冷劑排出溫度時， 從上游壓縮級的排出口流到下游壓縮級的吸入口的蒸汽以與冷卻介質(zhì)進(jìn)
行熱交換的關(guān)系而流動。在應(yīng)用了中間冷卻器的常規(guī)跨臨界蒸汽壓縮系 統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)通常是該系統(tǒng)以外的二次冷卻流體，諸如冷卻水或環(huán)境 空氣、或一部分從制冷劑回路內(nèi)的其它地方轉(zhuǎn)移的冷系統(tǒng)制冷劑。美國專利第6， 658， 888披露了充滿二氧化碳制冷劑、并具有 在多級壓縮機(jī)的各級之間的中間冷卻器的多級壓縮制冷劑蒸汽壓縮系 統(tǒng)。在各壓縮級之間經(jīng)過的制冷劑蒸汽橫穿中間冷卻器，在其中它散熱 給先前已經(jīng)過了接收從壓縮機(jī)排放的制冷劑蒸汽的熱量的氣體冷卻器的 同樣的冷卻流體介質(zhì)。當(dāng)橫穿該中間冷卻器之后，該受熱后的冷卻流體 介質(zhì)退出系統(tǒng)。取決于應(yīng)用，該冷卻流體介質(zhì)可以是室內(nèi)空氣、自來水 或循環(huán)水。美國專利第6， 698， 234也披露了充滿二氧化碳、且在多級壓 縮系統(tǒng)的級間具有中間冷卻器的多級壓縮制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)。在該處 披露的實施例中，在氣體冷卻器下游處的一部分冷的制冷劑迂回繞過系 統(tǒng)蒸發(fā)器、并被轉(zhuǎn)移以經(jīng)過與流經(jīng)各壓縮級之間的制冷劑蒸汽成熱交換 關(guān)系的中間冷卻器。所轉(zhuǎn)移的制冷劑在經(jīng)過中間冷卻器之前，被膨脹到 較低壓力和溫度。隨著兩種制冷劑在中間冷卻器內(nèi)以熱交換關(guān)系經(jīng)過， 所轉(zhuǎn)移的制冷劑流被加熱、且流經(jīng)各壓縮級之間的制冷劑蒸汽被冷卻。 該受熱的轉(zhuǎn)移制冷劑返回到系統(tǒng)蒸發(fā)器下游處的制冷劑回路的吸入側(cè)。應(yīng)注意到，常規(guī)的亞臨界多級蒸發(fā)器壓縮系統(tǒng)也受益于中間 冷卻器，盡管這些好處對于亞臨界系統(tǒng)并不顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了包括用于冷卻經(jīng)過各壓縮級之間的蒸汽的中間冷卻器的多級蒸汽壓縮系統(tǒng)，該中間冷卻器使用蒸發(fā)器冷凝水 作為中間冷卻器中的冷卻介質(zhì)。本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)包括將制冷劑壓縮到第一壓 力的第一壓縮裝置、將制冷劑從第一壓力進(jìn)一步壓縮到第二壓力的第二 壓縮裝置、受熱(heat accepting)換熱器(例如蒸發(fā)器)、和中間冷 卻器；該受熱換熱器用于4吏與含水分氣體(moisture bearing gas)(例 如空氣)成熱交換關(guān)系的制冷劑通過、并由此將熱量從該氣體轉(zhuǎn)移到制 冷劑，且含水分氣體中至少一定數(shù)量的濕氣被冷凝以形成冷凝物(水)； 該中間冷卻器中，冷凝物與從所述第一壓縮裝置通過(傳遞)到第二壓 縮裝置的制冷劑進(jìn)行熱量交換并從該制冷劑接收熱量。在一個實施例中，第一壓縮裝置是笫一壓縮機(jī)，且第二壓縮
裝置是第二壓縮機(jī)，且第一壓縮機(jī)的排出口通過制冷劑管路與第二壓縮 機(jī)的吸入口成制冷劑流動連通。將第一壓縮機(jī)的排出口連接到笫二壓縮 機(jī)的吸入口的該制冷劑管路穿過該中間冷卻器。在另一實施例中，第一 壓縮裝置是壓縮機(jī)的第一壓縮級，且笫二壓縮裝置是同一壓縮機(jī)的第二 壓縮級。被壓縮在壓縮機(jī)內(nèi)的制冷劑在從第一壓縮級到第二壓縮級通過
時橫穿中間冷卻器。在一個實施例中，中間冷卻器包括具有外部換熱表面的制冷 劑輸送通道(該制冷劑輸送通道可以通過本領(lǐng)域已知技術(shù)之一加以改進(jìn) 而進(jìn)行更好的熱傳遞)、和噴射從含水分氣體冷凝到該制冷劑輸送通道 的外部換熱表面上的冷凝物的至少一個噴嘴。替代地，換熱器構(gòu)造可以 凈皮提供給中間冷卻器，其優(yōu)選地具有配置于逆流構(gòu)造中的濕氣和制冷劑 流。冷凝物收集器可以被設(shè)置成與受熱換熱器可操作的相互聯(lián)結(jié)，用于 收集從含水分氣體冷凝的冷凝物。如果冷凝物收集器被布置到比中間冷 卻器更高的高度處，冷凝物可以是利用重力而從冷凝物收集器自流進(jìn)給 到一個或若干噴嘴。替代地，可以裝設(shè)泵來將冷凝物從冷凝物收集器供 應(yīng)到中間冷卻器。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種方法，通過經(jīng)與冷凝物的 熱交換來冷卻介于第一壓縮級和第二壓縮級之間的制冷劑，用于增加制 冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的容量。本發(fā)明的此方法包括這些步驟在第一壓縮 級中將制冷劑壓縮到第一壓力、并在第二壓縮級中將制冷劑壓縮到第二 壓力，使得與含水分氣體成熱交換關(guān)系的制冷劑通過、由此該制冷劑接受來自該氣體的熱量且至少一部份濕氣從該氣體冷凝以形成冷凝物，并 經(jīng)由與冷凝物的熱交換而冷卻在第一壓縮級和第二壓縮級之間的制冷 劑。經(jīng)由與冷凝物的熱交換而冷卻在第一壓縮級和第二壓縮級之間通過
的制冷劑的步驟，可以包括經(jīng)由蒸發(fā)至少一部份冷凝物來冷卻介于第 一壓縮級和第二壓縮級之間的制冷劑。該方法可以包括這些步驟即使 得在第 一壓縮級和第二壓縮級之間流過的制冷劑通過制冷劑輸送通道， 該制冷劑輸送通道可以具有或者不具有內(nèi)部及外部增強(qiáng)換熱表面，和將 冷凝物噴射到制冷劑輸送通道上。制冷劑傳輸可以借助于重力或諸如冷 凝泵的機(jī)械裝置而完成。在本發(fā)明的另一方面，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)包括將制冷劑 壓縮到笫一壓力的第一壓縮機(jī)、進(jìn)一步將制冷劑壓縮到第二壓力的第二 壓縮機(jī)、制冷劑回路(該制冷劑回路包括經(jīng)過其它制冷劑系統(tǒng)構(gòu)件并 將第一壓縮機(jī)吸入口與第二壓縮機(jī)排出口連接成制冷劑流動連通的第一 制冷劑管路、和將第二壓縮機(jī)吸入口與第一壓縮機(jī)排出口相連的第二制 冷劑管路。)、被布置在相對于所述第二壓縮機(jī)排出口的制冷劑流的第 一制冷劑管路下游內(nèi)散熱換熱器、被布置在相對于散熱換熱器的制冷劑 流的第一制冷劑管路下游內(nèi)的受熱換熱器(用于通過與含水分氣體成熱 交換關(guān)系的制冷劑，由此該制冷劑從該氣體吸收熱量、且該氣體中的濕 氣至少部分地冷凝以形成冷凝物)、可操作以使通過第一制冷劑管路從 散熱換熱器到受熱換熱器的制冷劑膨脹的膨脹裝置、和被布置在第二制 冷劑管路中(其中從第一壓縮機(jī)到第二壓縮機(jī)通過的制冷劑與冷凝物交 換熱量，則由此從第一壓縮機(jī)到第二壓縮機(jī)通過的制冷劑被冷卻)的中 間冷卻器，


為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的這些及其它目的，將聯(lián)系附圖、參 考待閱讀的本發(fā)明的下列詳細(xì)說明，其中圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的第一具體實 施例的示意圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的第二具體實 施例的示意圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的第三具體實施例的示意圖；和現(xiàn)參見圖1-4,如在常規(guī)系統(tǒng)中，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10 包括壓縮裝置30、制冷劑散熱換熱器40 (本文中也被稱為氣體冷卻器或 冷凝器(取決于應(yīng)用))、制冷劑吸熱換熱器50 (本文中也被稱為蒸發(fā) 器)、膨脹裝置55 (圖示為膨脹閥，其可操作地與蒸發(fā)器50相關(guān)聯(lián))、 以及在常規(guī)的制冷劑回路中連接若干前述構(gòu)件的多條制冷劑管路60A、 60B、 60C和60D。壓縮裝置30用作壓縮并循環(huán)制冷劑使之貫穿制冷劑回 路，如將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)說明的。該壓縮裝置30可以是渦旋式壓縮 機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)、活塞往復(fù)壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)、離心壓縮機(jī)或任何 其它類型的壓縮機(jī)或多個任意的這樣的壓縮機(jī)。壓縮裝置30，如圖l-4 中所示，具有第一壓縮級30-1和第二壓縮級30-2。壓縮裝置30可以是 一對壓縮機(jī)30-1和30-2，例如串聯(lián)的一對渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮 機(jī)、活塞往復(fù)壓縮機(jī)或旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，它們具有將第一壓縮機(jī)30-1 (其構(gòu) 成第一壓縮級)排出口與第二壓縮機(jī)30-2 (其構(gòu)成第二壓縮級)吸入口 連接成制冷劑流動連通的制冷劑管路60D。替代地，壓縮裝置30可以是 具有第一壓縮級和第二壓縮級的單個制冷劑壓縮機(jī)，例如具有至少一對 分級壓縮腔30-l、 30-2的渦旋式壓縮機(jī)或螺桿式壓縮機(jī)、或者具有若 干汽缸的第一汽缸組(bank) 30-1和第二氣釭組(bank) 30-2的活塞往 復(fù)壓縮機(jī)。還有，應(yīng)理解到，盡管在圖1-4中僅有兩個壓縮級30-1和 30-2 ,iUrp以描述，任意數(shù)目的串聯(lián)的壓縮級是屬于此發(fā)明范疇內(nèi)的，且 可以受益于本發(fā)明。另外， 一個或多個壓縮級可以是由配置成所謂的串 聯(lián)布置中的兩個或多個壓縮機(jī)構(gòu)成，此所謂的串聯(lián)結(jié)構(gòu)即壓縮機(jī)并行運(yùn) 行且具有至少一個共有歧管。本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)可以是在亞臨界循環(huán)中、或跨 臨界循環(huán)中操作。在亞臨界循環(huán)中運(yùn)行的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)內(nèi)，制冷 劑散熱換熱器40構(gòu)成制冷劑冷凝換熱器，從壓縮裝置30-2排放的熱的 高壓制冷劑蒸汽穿過該制冷劑冷凝換熱器、與二次冷卻介質(zhì)(最常見的 是在空調(diào)系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)中的環(huán)境空氣)成熱交換關(guān)系而經(jīng)過。在跨臨界循環(huán)中運(yùn)行的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)內(nèi)，該制冷劑散熱換熱器40組成氣 體冷卻器換熱器，從壓縮裝置30-2排放的超臨界制冷劑蒸汽與二次冷卻 介質(zhì)(最常見的又是在空調(diào)系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)中的環(huán)境空氣)成熱交換關(guān) 系通過該氣體冷卻器換熱器。在任一種情況下，當(dāng)經(jīng)過該換熱器40的制 冷劑與二次冷卻流體(通常是被諸如與換熱器40可操作地關(guān)聯(lián)的一個或 多個風(fēng)扇42的空氣傳送機(jī)傳送通過制冷劑輸送通道44的環(huán)境空氣)成 熱交換關(guān)系而通過時，該制冷劑散熱。不論系統(tǒng)IO是在亞臨界或跨臨界循環(huán)中運(yùn)行，離開散熱換熱 器40的制冷劑穿過制冷劑管路60B到達(dá)蒸發(fā)器50。這樣做時，制冷劑橫 穿膨脹裝置55并膨脹到較低壓力，由此該制冷劑通常作為較低溫度、較 低壓力的液體和蒸汽的混合物而進(jìn)入蒸發(fā)器50。該蒸發(fā)器50構(gòu)成制冷劑 蒸發(fā)換熱器，液態(tài)制冷劑與加熱流體成熱交換關(guān)系而穿過該制冷劑蒸發(fā) 換熱器，由此該液態(tài)制冷劑被蒸發(fā)且通常被過度加熱。在蒸發(fā)器50中與 制冷劑成熱交換關(guān)系而通過的加熱流體(或待冷卻的流體)，可以是被 諸如一個或多個風(fēng)扇52的空氣傳送機(jī)傳遞通過蒸發(fā)器外表面、并在其后 被供應(yīng)給氣候控制環(huán)境(諸如與空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的適宜范圍、或與制冷劑 單元相關(guān)的易腐壞產(chǎn)品存儲范圍)。隨著空氣通過制冷劑輸送通道54和 與蒸發(fā)器50的通道54相關(guān)聯(lián)的其它換熱增強(qiáng)元件(未示出)，包含在 空氣中的至少一部份濕氣冷凝到蒸發(fā)器的外表面上，且被稱為冷凝物16 的冷凝濕氣隨后排放進(jìn)入冷凝收集裝置20例如泄放盤。退出蒸發(fā)器50的較低壓力制冷劑蒸汽通過制冷劑管路60D回 到壓縮裝置30-1的吸入口 。膨脹裝置55可以是常規(guī)的恒溫膨脹閥(TXV ) 或電子膨脹閥(EXV)或固定節(jié)流裝置(restriction device )諸如管孔、
(accurator)、毛細(xì)管等。如在常規(guī)的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)中，精密膨 脹設(shè)備接收由與蒸發(fā)器50的出口相關(guān)聯(lián)的溫度傳感元件(未示出)所感 測的、指示制冷劑溫度的信號(該溫度傳感元件可以是常規(guī)的溫度傳感
(感測)元件，諸如用于TXV的燈泡、和常與壓力傳感器結(jié)合用于EXV 的熱敏電阻或熱電偶，并計量流經(jīng)制冷劑管路60C的制冷劑流動、以維 持離開蒸發(fā)器50的制冷劑蒸汽的理想程度的過熱。如同在常規(guī)做法中， 吸入式蓄液器(suction accumulator )(未示出)可以是被布置在相對 于蒸發(fā)器50的制冷劑流動的制冷劑管路60C的下游及相對于壓縮裝置 30-1的制冷劑流動的上游，以去除和存儲經(jīng)過制冷劑管路60C的任意液體制冷劑，由此確保液體制冷劑不傳到壓縮裝置30-1的吸入口。如已知 的，吸入式蓄液器通常用在熱泵應(yīng)用中，并與固定節(jié)流膨脹裝置協(xié)同應(yīng) 用。另外，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10包括布置在第一壓縮裝置30-1 和第二壓縮裝置30-2之間的制冷劑回路中的中間冷卻器24。從蒸發(fā)器 50經(jīng)制冷劑管路60C通過的制冷劑蒸汽進(jìn)入第一壓縮裝置30-1的吸入 口，其中該制冷劑蒸汽被壓縮到較高的中間壓力。制冷劑蒸汽隨后從第 一壓縮裝置30-1的排出口經(jīng)制冷劑管路60D通過而進(jìn)入第二壓縮裝置 30-2的吸入口，其中該制冷劑蒸汽在從第二壓縮裝置30-2的排出口傳入 制冷劑管路60A之前被壓縮到更高的排出壓力。隨著制冷劑蒸汽經(jīng)過制 冷劑管路60D，制冷劑蒸汽橫穿中間冷卻器24,其中穿過中間冷卻器24 的該制冷劑蒸汽通過散熱給蒸發(fā)器冷凝物16而冷卻.在圖1中所示的本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10的實施例 中，泵22從蒸發(fā)器泄放盤中抽取收集在該處內(nèi)的冷凝物16，并將冷凝物 16通過冷凝物管路21傳送到噴嘴26的組。該噴嘴26被排列為與形成中 間制冷器24的制冷劑輸送盤管或通道25成可操作的關(guān)聯(lián)，以將穿過冷 凝物管16接收的冷凝物16噴灑到盤管25的外表面上。如本領(lǐng)域中已知 的，盤管或通道25的外表面可以延展并加以改進(jìn)而進(jìn)行更好的熱傳遞。 從笫一壓縮裝置30-1到第二壓縮裝置30-2經(jīng)過制冷劑管路60D的同時 橫穿盤管25的制冷劑蒸汽，在其散熱到換熱器、并蒸發(fā)噴射到盤管25 外部上的至少一部份冷凝物16時被冷卻。為改進(jìn)蒸發(fā)冷卻效果，噴嘴可 以包括噴霧器，諸如霧化噴嘴或旋轉(zhuǎn)噴霧器，其產(chǎn)生相對小尺寸的冷凝 物液滴的霧到盤管25外部上。在圖2中所示的本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10的實施例 中，泵22收回收集在蒸發(fā)器泄放盤20中的冷凝物16，并傳送冷凝物16 通過冷凝物管路21到達(dá)中間冷卻器24并和穿過與流經(jīng)中間冷卻器24的 制冷劑成熱交換關(guān)系。隨著制冷劑蒸汽橫穿中間冷卻器24，制冷劑蒸汽 在其散熱到冷凝物16時被冷卻。該中間冷卻器24可以包括板式換熱器、 筒中筒換熱器、浸沒盤管換熱器或任何其它類型換熱器，其中該制冷器 蒸汽與蒸發(fā)器冷凝物相隔開但成熱交換關(guān)系地被傳導(dǎo)。隨著冷凝物與制 冷劑蒸汽成熱交換關(guān)系通過，冷凝物16被加熱和/或蒸發(fā)。如上所述， 如本領(lǐng)域中已知的，中間冷卻器24的外表面和內(nèi)表面可以被改進(jìn)以提供更好的熱傳遞特性。還應(yīng)注意到，在此情況下，如果有需要的話，中間
冷卻器盤管25可以被整體集成到泄放盤20的構(gòu)造中。在圖3中所示的本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10的實施例 中，通過去除泵22并將蒸發(fā)器50及其相關(guān)聯(lián)的冷凝物泄放盤20布置在 比中間冷卻器24更高的高度處，來對該系統(tǒng)加以簡化。收集在蒸發(fā)器泄 放盤20中的冷凝物16在重力之下從該處穿過冷凝物管路21到多個噴嘴 26。如在圖1中的實施例中，噴嘴26在此被排列為與形成中間冷卻器24 的制冷劑輸送盤管或通道25成操作關(guān)聯(lián)，來將經(jīng)過冷凝物管路21接收 的冷凝物16噴射到盤管25的各管的外表面上。從第一壓縮裝置30-1到 第二壓縮裝置30-2經(jīng)過制冷劑管路60D的同時橫穿盤管25的制冷劑蒸 汽，在其散熱到換熱器、并至少部分蒸發(fā)噴射到盤管25外部上的冷凝物 16時被冷卻。為改進(jìn)蒸發(fā)冷卻效果，噴嘴可以包括噴霧器，諸如霧化噴 嘴或旋轉(zhuǎn)噴霧器，其產(chǎn)生相對小尺寸的冷凝物液滴的霧到盤管25外部上。在圖4中所示的本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10的實施例 中，中間冷卻器24是浸沒在冷凝物盤20中所收集的冷凝物16中的制冷 劑輸送盤管或通道25。如前所述，形成中間冷卻器24的盤管或通道25 的外表面可以延展并加以改進(jìn)而進(jìn)行更好的熱傳遞。從第一壓縮裝置 30-1到第二壓縮裝置30-2經(jīng)過制冷劑管路60D的同時經(jīng)過中間冷卻器 24的制冷劑蒸汽，在其散熱到換熱器、并蒸發(fā)收集在冷凝物盤20中的至 少一部份冷凝物16時^L冷卻。在此實施例中，所蒸發(fā)的冷凝物必須被泄 放到周圍環(huán)境，以確保所蒸發(fā)的冷凝物不再次進(jìn)入調(diào)節(jié)后的、離開蒸發(fā) 器50的空氣流。盡管本發(fā)明已經(jīng)參考如在附圖中所圖示的優(yōu)選模式而被具體 示出和說明，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)理解到，其中可以實施各種細(xì)節(jié) 變化而不離開由權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的宗旨和范疇。例如，本領(lǐng)域 的熟練技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以對本文中說明的具體實施例做出許多變 型，而同時仍然使用蒸發(fā)器冷凝物的冷卻能力來冷卻在串行配置的若干 壓縮機(jī)或壓縮機(jī)壓縮級之間經(jīng)過的制冷劑蒸汽，由此利用了本可能被浪
費(fèi)的冷卻能力。
權(quán)利要求
1、一種制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，包括至少一個壓縮裝置，其具有將制冷劑壓縮到第一壓力的第一壓縮級、和進(jìn)一步將制冷劑從第一壓力壓縮到第二壓力的第二壓縮級；受熱換熱器，其用于使與含水分氣體成熱交換關(guān)系的制冷劑通過，由此熱量被轉(zhuǎn)移到制冷劑來冷卻含水分氣體，且含水分氣體中的濕氣至少部分地被冷凝以形成冷凝物；和中間冷卻器，其中冷凝物與從第一壓縮級通過到第二壓縮級的制冷劑進(jìn)行熱量交換并從該制冷劑接收熱量。
2、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，第一壓 縮級包括第一壓縮機(jī)，且第二壓縮級包括第二壓縮機(jī)，第一壓縮機(jī)具有 通過制冷劑管路以制冷劑流動連通的方式連接到第二壓縮機(jī)吸入口的排 出口。
3、 如權(quán)利要求2所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，將笫一 壓縮機(jī)的排出口連接到第二壓縮機(jī)的吸入口的制冷劑管路穿過中間冷卻 器。
4、 如權(quán)利要求l所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，第一壓 縮級包括壓縮機(jī)的第一壓縮級，且第二壓縮級包括同一壓縮機(jī)的第二壓 縮級，在壓縮機(jī)中被壓縮的制冷劑從第一壓縮級通過到第二壓縮級。
5、 如權(quán)利要求4所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，從第一 壓縮級通過到第二壓縮級的制冷劑穿過中間冷卻器。
6、 如權(quán)利要求l所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括與受熱 換熱器可操作地相關(guān)聯(lián)的冷凝物收集器，用于收集從含水分氣體冷凝的 冷凝物。
7、 如權(quán)利要求6所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括泵，來 將冷凝物從冷凝物收集器供應(yīng)到中間冷卻器。
8、 如權(quán)利要求l所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述中 間冷卻器包括制冷劑輸送通道，具有外部換熱表面；和至少一個噴嘴，將從含水分氣體冷凝的冷凝物噴射到制冷劑輸送通 道的外部換熱表面上。
9、 如權(quán)利要求8所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個噴嘴包括霧化噴嘴。
10、 如權(quán)利要求8所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，該至少一個噴嘴包括旋轉(zhuǎn)噴霧器。
11、 如權(quán)利要求8所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可操 作地與受熱換熱器相關(guān)聯(lián)的冷凝物收集器，用于收集從含水分氣體冷凝 的冷凝物。
12、 如權(quán)利要求ll所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括泵， 用來將冷凝物從冷凝物收集器供應(yīng)到至少 一個噴嘴。
13、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，制冷 劑是二氧化碳。
14、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述 中間冷卻器包括結(jié)合了具有與冷凝物相接觸的外部換熱表面的制冷劑輸 送通道的換熱裝置。
15、 如權(quán)利要求14所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，中間 冷卻器換熱裝置選自包括板式換熱器、管狀換熱器和浸沒盤管換熱器的 組中。
16、 如權(quán)利要求14所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可操 作地與受熱換熱器相關(guān)聯(lián)的冷凝物收集器，用于收集從含水分氣體冷凝 的冷凝物。
17、 如權(quán)利要求16所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括泵， 用來將冷凝物從冷凝物收集器供應(yīng)到中間冷卻器。
18、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，中間 換熱器包括可操作地與受熱換熱器相關(guān)聯(lián)的冷凝物收集器，用于收集從 含水分氣體冷凝的冷凝物，且中間冷卻器換熱裝置是浸沒在所述冷凝物 收集器的冷凝物中的制冷劑輸送通道。
19、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述 第一和笫二壓縮級中的至少一個包括布置在串聯(lián)壓縮機(jī)構(gòu)造中的至少一對壓縮機(jī)。
20、 一種改進(jìn)制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)性能的方法，包括以下步驟 在第一壓縮級中將制冷劑壓縮到第一壓力，且在笫二壓縮級中將制冷劑壓縮到第二壓力；使與含水分氣體成熱交換關(guān)系的制冷劑通過，由此制冷劑從氣體接收熱量而冷卻氣體，且至少一部分濕氣從氣體冷凝以形成冷凝物；和。通過與冷凝物的熱交換，冷卻介于第一壓縮級和第二壓縮級之間的 制冷劑。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在第一壓縮級中將制 冷劑壓縮到第一壓力、和在第二壓縮級中將制冷劑壓縮到第二壓力的步 驟，包括在第一壓縮機(jī)中將制冷劑壓縮到第一壓力和在第二壓縮機(jī)中 將制冷劑壓縮到第二壓力，第二壓縮機(jī)接收來自第一壓縮機(jī)的、基本上 處于第一壓力的制冷劑。
22、 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在第一壓縮級中將制 冷劑壓縮到第一壓力和在第二壓縮級中將制冷劑壓縮到第二壓力的步 驟，包括在壓縮機(jī)的第一級中將制冷劑壓縮到第一壓力，和在同一壓 縮機(jī)的第二級中將制冷劑壓縮到第二壓力。
23、 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，通過與冷凝物的熱交 換、冷卻在第一壓縮級和第二壓縮級之間通過的制冷劑的步驟，包括蒸 發(fā)至少一部分冷凝物。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在第 一壓縮級和笫二壓縮級之間流過的制冷劑通過至少 一條制冷劑 輸送通道；和將冷凝物噴射到該至少 一個制冷劑輸送通道上。
25、 如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 在第一壓縮級和第二壓縮級之間流過的制冷劑通過浸沒在冷凝物中的至少 一條制冷劑輸送通道。
26、 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，制冷劑是二氧化碳。
27、 一種制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，包括將制冷劑壓縮到第一壓力的笫一壓縮機(jī)，所述第一壓縮機(jī)具有吸入 口和糸一出口；進(jìn)一步將制冷劑壓縮到第二壓力的第二壓縮級，該第二壓縮機(jī)具有 吸入口和排出口；制冷劑回路，其包括將所述第二壓縮機(jī)的排出口與所述第一壓縮機(jī) 的吸入口連接成制冷劑流動連通的第一制冷劑管路，和將所述第一壓縮 機(jī)的排出口與所述第二壓縮機(jī)的吸入口相連接的第二制冷劑管路；散熱換熱器，其用于使與冷卻流體成熱交換關(guān)系的制冷劑通過，由此制冷劑散熱到冷卻流體，所述散熱換熱器相對于所述第二壓縮機(jī)的排出口的制冷劑流動被布置在笫一制冷劑管路下游；受熱換熱器，其用于使與含水分氣體成熱交換關(guān)系的制冷劑通過， 由此制冷劑從氣體接收熱量以冷卻氣體，且氣體中的濕氣至少部分地冷 凝以形成冷凝物，所述受熱換熱器相對于所述受熱換熱器的制冷劑流動 被布置在笫 一制冷劑管路下游中；膨脹裝置，其相對于所述散熱換熱器的制冷劑流動被布置在制冷劑 回路下游，且相對于所述受熱換熱器的制冷劑流動被布置在制冷劑回路 上游，所述膨脹裝置可操作地膨脹到較低壓力和溫度，制冷劑從所述散 熱換熱器經(jīng)過第一制冷劑管路到達(dá)所述受熱換熱器；和中間冷卻器，其被布置在第二制冷劑管路中，其中從所述笫一壓縮 機(jī)通過到第二壓縮機(jī)的制冷劑與冷凝物交換熱量，由此從所述第一壓縮 機(jī)通過到所述第二壓縮機(jī)的制冷劑被冷凝物冷卻。
28、 如權(quán)利要求27所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，制冷 劑是二氧化碳.
29、 如權(quán)利要求27所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述 中間冷卻器包括結(jié)合了具有與冷凝物相接觸的外部換熱表面的制冷劑輸 送通道的換熱裝置。
30、 如權(quán)利要求29所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，中間 冷卻器換熱裝置選自包括板式換熱器、管狀換熱器和浸沒盤管換熱器的 組中。
31、 如權(quán)利要求27所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括可操 作地與受熱換熱器相關(guān)聯(lián)的冷凝物收集器，用于收集從含水分氣體冷凝 的冷凝物。
32、 如權(quán)利要求27所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括泵， 用來將冷凝物從冷凝物收集器供應(yīng)到中間冷卻器。
33、 如權(quán)利要求27所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其特征在于，中間冷卻器包括可操作地與受熱換熱器相關(guān)聯(lián)的冷凝物收集器，用于收集從 含水分氣體冷凝的冷凝物，且中間冷卻器換熱裝置是浸沒在所述冷凝物 收集器內(nèi)的冷凝物中的制冷劑輸送通道。
全文摘要
一種制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其包括相對于制冷劑流動以串聯(lián)關(guān)系布置在制冷劑回路中的第一壓縮裝置和第二壓縮裝置、適于冷卻從第一壓縮裝置到第二壓縮裝置經(jīng)過的制冷劑的中間冷卻器。蒸發(fā)器被裝設(shè)在制冷劑回路中，其中制冷劑從含水分氣體諸如空氣接收熱量。從氣體冷凝出的濕氣所形成的冷凝物被收集并供應(yīng)到中間冷卻器用于冷卻從第一壓縮裝置流到第二壓縮裝置的制冷劑。
文檔編號F25B1/10GK101292127SQ200680039231
公開日2008年10月22日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司