專利名稱：用于具有微通道冷凝器和再熱循環(huán)的制冷系統(tǒng)的啟動程序的制作方法
用于具有微通道冷凝器和再熱循環(huán)的制冷系統(tǒng)的啟動程序相關(guān)申請
本申請要求2008年6月13日提交的美國臨時專利申請61/061142的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
制冷系統(tǒng)利用制冷劑來調(diào)節(jié)輸送至氣候受控空間的二次流體(例如空氣)。在基礎(chǔ) 制冷系統(tǒng)中，制冷劑在壓縮機(jī)中壓縮，并向下游流到亞臨界制冷劑循環(huán)中的冷凝器中，或者 流到跨臨界制冷劑循環(huán)中的氣體冷卻器中，其中在與周圍環(huán)境相互作用的熱傳遞過程中， 熱量通常從制冷劑被排斥到該周圍環(huán)境。然后，制冷劑流經(jīng)膨脹裝置，在那里，制冷劑膨脹 到較低的壓力和溫度，并且制冷劑流到蒸發(fā)器，在那里，在與二次流體(例如，室內(nèi)空氣)相 互作用的熱傳遞過程中，制冷劑蒸發(fā)并通常為過熱的，而同時冷卻并通常減濕該二次流體。近年來，對于制冷系統(tǒng)的換熱器(冷凝器和蒸發(fā)器)的有效操作匯聚了很多關(guān)注和 設(shè)計努力。換熱器技術(shù)中的一個相對新近的進(jìn)步是開發(fā)和應(yīng)用了平行流或所謂的微通道或 小通道換熱器(這兩個術(shù)語在全文中是可交換使用的)，來作為冷凝器和蒸發(fā)器。這些換熱器具有典型地為非圓形的多個平行換熱管，制冷劑分布在這些管中并以 平行方式流動。換熱管基本上垂直于進(jìn)口、中間和出口歧管中的制冷劑流動方向大致定向， 該進(jìn)口、中間和出口歧管與換熱管流體連通。換熱管典型地具有多通道構(gòu)造，制冷劑分布在 該多通道中并以平行方式在這些多通道內(nèi)流動。熱傳遞鰭片內(nèi)置于換熱管之間并剛性附接 到換熱管。采用平行流換熱器(其一般具有鋁的爐銅焊構(gòu)造)的主要原因與其優(yōu)越性能、高 緊湊性、結(jié)構(gòu)剛度、較輕重量、較少制冷劑容量和增強(qiáng)的耐腐蝕性有關(guān)。與利用微通道換熱器有關(guān)的也涉及其優(yōu)點的問題在于其低的內(nèi)部體積。因為低內(nèi) 部體積，微通道換熱器由于遍及制冷劑回路的制冷劑流中的瞬時變化而更容易受到制冷劑 壓力變化的影響。微通道換熱器還對于制冷劑容量是非常敏感的，其中，即使系統(tǒng)中很小 量的額外制冷劑容量將導(dǎo)致比希望的排放操作壓力和瞬時壓力尖峰更高。這些問題在啟 動期間是特別顯著的。如果排放壓力尖峰超過預(yù)定可允許安全極限(典型地，對于預(yù)定次 數(shù))，控制軟件基于高壓警報或例如高壓開關(guān)的機(jī)械安全設(shè)備產(chǎn)生的緊急停機(jī)能夠?qū)е轮?冷系統(tǒng)操作的損害性中斷，這導(dǎo)致了完全不能操作制冷系統(tǒng)。結(jié)果，這將導(dǎo)致無法將氣候受 控環(huán)境保持在希望的溫度和濕度范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致占用者的不舒適和責(zé)任主張(liability claim)。在一定情況下，短時間周期內(nèi)的重復(fù)啟動和停機(jī)會潛在地導(dǎo)致壓縮機(jī)故障。另一制冷劑循環(huán)組成部分是再熱循環(huán)，其利用遍及主制冷劑回路循環(huán)的主制冷 劑。在再熱循環(huán)中，至少一部分制冷劑經(jīng)過再熱換熱器，該再熱換熱器放置在流過蒸發(fā)器的 空氣路徑中。再熱換熱器典型地放置在蒸發(fā)器下游的空氣路徑中。在再熱循環(huán)被致動的情 況下，空氣能夠在蒸發(fā)器中被冷卻到正常希望的溫度之下，允許從空氣流中除去更大量的 濕氣。然后，空氣在再熱換熱器上經(jīng)過并被朝向目標(biāo)溫度往回加熱。典型地，再熱循環(huán)具有 制冷劑流控制裝置(例如三通閥)，其在希望再加熱時能夠選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制 冷劑經(jīng)過再熱換熱器。再熱循環(huán)在系統(tǒng)啟動時沒有被操作，以便防止高壓尖峰和損害性制 冷系統(tǒng)停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
—種制冷系統(tǒng)具有壓縮機(jī)，其將壓縮的制冷劑輸送至冷凝器。來自冷凝器的制冷 劑經(jīng)過膨脹裝置和蒸發(fā)器。制冷劑從蒸發(fā)器返回壓縮機(jī)。冷凝器為微通道換熱器。再熱循 環(huán)包括制冷劑流控制裝置，其用于選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過再熱換熱器。 再熱換熱器定位在蒸發(fā)器上經(jīng)過的空氣路徑中。制冷系統(tǒng)的控制設(shè)備(control)選擇性地 致動開關(guān)以在系統(tǒng)啟動時路由引導(dǎo)制冷劑經(jīng)過再熱換熱器。在一個實施例中，當(dāng)預(yù)期將出現(xiàn)高壓尖峰時，再熱循環(huán)還可在一定環(huán)境和操作條 件下被致動。例如，這些條件可包括高周圍溫度，可變速壓縮機(jī)的更高操作速度和更高數(shù)量 的活動串聯(lián)壓縮機(jī)。這些環(huán)境和操作條件可被預(yù)編程并存儲在制冷系統(tǒng)控制器的存儲器 中。通過下列描述和附圖，本發(fā)明的這些和其他特征將能夠得到最好的理解，下面是


。

圖IA示出了第一實施例示意圖。圖IB示出了替代實施例。圖2A示出了示例性微通道換熱器。圖2B是經(jīng)過圖2A的一部分的剖面。圖3是示出了利用所公開方法的啟動的曲線圖。
具體實施例方式制冷系統(tǒng)20在圖IA中示出并包括將制冷劑輸送至排放管路的壓縮機(jī)22，排放管 路通向冷凝器24。冷凝器M是平行流換熱器，并且在一個公開實施例中是微通道或小通道 換熱器。如上所述，這些術(shù)語在此處可交換地使用。熱量在冷凝器M中從制冷劑傳遞至二次流體，例如周圍空氣。高壓、減溫的、壓縮 的和通常過冷的制冷劑從冷凝器M通入膨脹裝置38，在那里，制冷劑膨脹成較低的壓力和 溫度。在膨脹裝置38下游，制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器36并回到壓縮機(jī)22。眾所周知，換熱器M 在亞臨界應(yīng)用中作為冷凝器工作并在跨臨界應(yīng)用中作為氣體冷卻器工作。然而，盡管兩種 應(yīng)用都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但換熱器M在全文中將指的是冷凝器。再熱循環(huán)結(jié)合到制冷系統(tǒng)20中。眾所周知，制冷劑流控制裝置(例如三通閥30) 選擇性地路由引導(dǎo)冷凝器M下游的至少一部分制冷劑并經(jīng)過再熱換熱器32?？諝馔苿友b 置(例如風(fēng)扇34)將空氣吹過蒸發(fā)器36，并吹過再熱換熱器32。也就是說，再熱換熱器32 與蒸發(fā)器36—起放置在室內(nèi)并相對于空氣流放置在蒸發(fā)器36的下游。如上所述，本質(zhì)上， 再熱循環(huán)通過(全部或部分地)打開三通閥30而選擇性致動以當(dāng)希望在氣候受控環(huán)境X中 除濕時引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過再熱換熱器32。在這些情況下，制冷系統(tǒng)被控制成使得 蒸發(fā)器36將空氣冷卻到低于待調(diào)節(jié)環(huán)境X中希望的溫度，這允許從輸送至受調(diào)節(jié)環(huán)境X的 空氣中除去額外的濕氣量。當(dāng)空氣在再熱換熱器32上經(jīng)過時，其朝向目標(biāo)溫度被再加熱。 結(jié)果，在氣候受控環(huán)境X中實現(xiàn)了溫度和濕度控制。
在再熱換熱器32下游，具有可選的止回閥40。此外，如所示的，冷凝器旁通管 路26選擇性地使至少一部分制冷劑旁通繞過冷凝器M并包括制冷劑流控制裝置，例如 閥觀。這允許實現(xiàn)可變除濕能力或可變顯熱比。閥觀可以是可調(diào)節(jié)的(通過調(diào)制或脈動 (pulsation))或者為開/關(guān)類型。圖IB示出了替代實施例，其中，再熱循環(huán)三通閥42放置在冷凝器M上游并輸送 至少一部分制冷劑經(jīng)過再熱制冷劑管路44到再熱換熱器(未示出)。為了本應(yīng)用的目的，三 通閥42和再熱換熱器32的精確位置不是決定性的，只要它們都位于制冷系統(tǒng)20的高壓 側(cè)。而且，眾所周知，三通閥30和42可由執(zhí)行相同制冷劑路由引導(dǎo)功能的一對常規(guī)閥代替。如圖2A所示，壓縮機(jī)22下游的進(jìn)口管路146將制冷劑輸送至第一排平行換熱管 148中，然后通過冷凝器芯到中間歧管結(jié)構(gòu)133的第一腔室。制冷劑從中間歧管結(jié)構(gòu)133往 回經(jīng)過第二排平行換熱管150到歧管147中的中間腔室。制冷劑然后經(jīng)過另一排平行換熱 管152，返回中間歧管133。制冷劑從中間歧管133經(jīng)過另一排換熱管IM返回到歧管147 和出口制冷劑管路。當(dāng)然，這是一個簡單示出的實施例。應(yīng)注意到的是，在實踐中，可具有 比四個示出的通程(pass) 148、150、152和154更多或更少的制冷劑通程。此外，應(yīng)理解的 是，盡管為了簡單目的，每個制冷劑通程由單個換熱管表示，但在每個通程內(nèi)典型地具有很 多換熱管，制冷劑在通程內(nèi)流動的同時分布在這些管中。在冷凝器應(yīng)用中，每排內(nèi)的換熱管 的數(shù)量可相對于制冷劑流在下游方向上減小。例如，在第一排中可具有12個換熱管，在第 二排中可具有8個換熱管，在第三排中可具有5個換熱管，而在最后第四排中可具有僅2個 換熱管。分離器板143放在歧管133和147內(nèi)以分開放置在相同歧管結(jié)構(gòu)內(nèi)的腔室。如圖2B所示，管排148、150、152和154內(nèi)的換熱管可由多個平行通道100組成， 該多個平行通道100由壁101分開。圖2B是圖2A中示出的換熱管的剖視圖。通道100允 許增強(qiáng)的熱傳遞特征并協(xié)助改善換熱器的結(jié)構(gòu)剛性。通道100的剖面可采取不同形式，并 且盡管在圖2B中示出為矩形，但是其可為例如三角形、梯形、橢圓形或圓形構(gòu)造。微通道換 熱器中的通道100的尺寸是相當(dāng)小的。如所公開的，通道可具有小于或等于5 mm的液力直 徑，并且更窄地，可具有小于或等于3 mm的液力直徑。值得注意的是，“液力直徑”的使用并 不意味著通道是圓形的。如上所述，當(dāng)微通道換熱器用作冷凝器時，可尤其在制冷系統(tǒng)啟動時觀察到的壓 力尖峰能夠給制冷系統(tǒng)設(shè)計者提供挑戰(zhàn)。微通道換熱器的一個令人關(guān)心的問題在于它們的 內(nèi)部體積是相對小的，并且因此它們是特別容易受到壓力尖峰影響的并且對制冷劑容量是 極為敏感的。盡管壓力尖峰在制冷系統(tǒng)啟動時是特別顯著的，它們還可在操作條件變化時 被觀察到，例如，壓縮機(jī)速度陡增或激活大量串聯(lián)壓縮機(jī)，以便滿足受調(diào)節(jié)空間X中的熱負(fù) 載需求。在本發(fā)明中，再熱回路在制冷系統(tǒng)啟動時被致動。現(xiàn)在，當(dāng)制冷劑經(jīng)過冷凝器M 并經(jīng)過再熱換熱器32時，在制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)上存在更大的組合內(nèi)部空間，由此減小了壓 力尖峰的幅度。在一些情況中，所有制冷劑均可經(jīng)過再熱換熱器32。如圖3所示，在常規(guī)啟動S而不致動再熱回路的情況下，壓力尖峰可為相對較高 的，并且可超過安全極限Y。利用本申請并在圖3中如Z所示，由于換熱器M和32的組合 內(nèi)部體積，大大減小了壓力尖峰的幅度。以此方式，壓力尖峰可較好地低于安全極限Y，并 且控制軟件基于高壓警報的操作或例如高壓開關(guān)的機(jī)械安全設(shè)備產(chǎn)生的損害性停機(jī)能夠被避免。這提供了對氣候受控環(huán)境中的希望范圍內(nèi)和占用者舒適的溫度和濕度的不間斷控 制。此外，短時間周期內(nèi)的制冷系統(tǒng)的重復(fù)啟動和停機(jī)將被避免，導(dǎo)致了改善的壓縮機(jī)可靠 性和受調(diào)節(jié)空間中的溫度/濕度變化減小。再熱換熱器32可以為任意類型的換熱器，包括標(biāo)準(zhǔn)換熱器或微通道換熱器。用于制冷系統(tǒng)的控制設(shè)備110可為任意適合的電子控制設(shè)備類型，如本領(lǐng)域已知 的?？刂圃O(shè)備將典型地控制所有系統(tǒng)部件，不僅是可以是可調(diào)節(jié)的(通過調(diào)制或脈動)或者 為開/關(guān)類型的三通閥30。當(dāng)很可能發(fā)生高壓尖峰時，控制設(shè)備110能夠在一定環(huán)境和操 作條件時致動再熱循環(huán)。這種條件可包括例如，高周圍溫度、可變速壓縮機(jī)的更高操作速度 和更高數(shù)量的活動串聯(lián)壓縮機(jī)。這些環(huán)境和操作條件可被預(yù)編程并存儲在制冷系統(tǒng)控制設(shè) 備110的存儲器中。此外，在一些環(huán)境和操作條件下，可能的情況是，在系統(tǒng)啟動時出現(xiàn)壓 力尖峰的可能性較小。因此，控制設(shè)備可被編程以在這些情況下不致動再熱循環(huán)。另外，在制冷系統(tǒng)啟動之后的一定時間段后，三通閥30被停用以阻止制冷劑流經(jīng) 再熱換熱器32，除非希望操作的除濕模式。該時間段可以是15秒到3分鐘的量級。盡管公開了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到一定的修改將落入本發(fā)明 的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)研究所附權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)，其用于將壓縮的制冷劑輸送至冷凝器，制冷劑從所述冷凝器經(jīng)過膨脹裝置，并 從所述膨脹裝置經(jīng)過蒸發(fā)器，并從所述蒸發(fā)器返回所述壓縮機(jī)；以及所述冷凝器為微通道換熱器；再熱循環(huán)，其包括制冷劑流控制裝置，其用于選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng) 過再熱換熱器，所述制冷劑流控制裝置被定位成路由弓I導(dǎo)至少一部分制冷劑從所述壓縮機(jī) 和所述膨脹裝置之間的位置經(jīng)過所述再熱換熱器，并且所述再熱換熱器放置在所述蒸發(fā)器 上經(jīng)過的空氣路徑上；以及用于所述系統(tǒng)的控制設(shè)備，其選擇性地致動所述開關(guān)以在制冷系統(tǒng)啟動時路由引導(dǎo)至 少一部分制冷劑經(jīng)過所述再熱換熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述控制設(shè)備還在啟動、壓縮機(jī)速度變化、串 聯(lián)壓縮機(jī)激活或高周圍溫度條件中的至少一個發(fā)生時路由引導(dǎo)所述至少一部分制冷劑經(jīng) 過所述再熱換熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述條件被編程在所述控制設(shè)備中以識別何 時選擇性地致動所述制冷劑流控制裝置，以路由引導(dǎo)制冷劑經(jīng)過所述再熱換熱器。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，在所述冷凝器周圍提供旁路以選擇性地使至 少一部分制冷劑旁通繞過所述冷凝器。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述制冷劑流控制裝置從所述壓縮機(jī)和所述 膨脹裝置之間并且在所述壓縮機(jī)下游的位置路由引導(dǎo)所述至少一部分制冷劑。
6.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，在所述條件被識別之后，所述制冷劑流控制裝 置被致動以選擇性地允許制冷劑流經(jīng)所述再熱換熱器并持續(xù)至少預(yù)定時間段。
7.如權(quán)利要求6所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定時間段優(yōu)選地從15秒到3分鐘。
8.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述制冷劑流控制裝置是可通過調(diào)制或脈動 調(diào)節(jié)的類型或開/關(guān)類型中的一種。
9.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述微通道換熱器包括多個換熱管，每個換熱 管具有多個平行制冷劑通道。
10.如權(quán)利要求9所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述微通道換熱器具有流動通道，所述流動 通道的液力直徑小于或等于5 _。
11.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所有制冷劑均經(jīng)過所述再熱換熱器。
12.—種操作制冷系統(tǒng)的方法，包括以下步驟a)將壓縮的制冷劑輸送至冷凝器，制冷劑從所述冷凝器經(jīng)過膨脹裝置，并從所述膨脹 裝置經(jīng)過蒸發(fā)器，并從所述蒸發(fā)器返回所述壓縮機(jī)；b)所述冷凝器為微通道換熱器；c)選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑從所述壓縮機(jī)和所述膨脹裝置之間的位置經(jīng) 過再熱換熱器，并且當(dāng)空氣在所述蒸發(fā)器上經(jīng)過之后使至少一部分空氣在所述再熱換熱器 上經(jīng)過；以及d)選擇性地致動制冷劑流控制裝置以在系統(tǒng)啟動時路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過 所述再熱換熱器。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在啟動、壓縮機(jī)速度變化、串聯(lián)壓縮機(jī)激活或高周圍溫度條件中的至少一個發(fā)生時，路由引導(dǎo)所述至少一部分制冷劑經(jīng)過 所述再熱換熱器。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在制冷系統(tǒng)啟動之后，選擇性地 允許制冷劑流經(jīng)所述再熱換熱器并持續(xù)至少預(yù)定時間段。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所有制冷劑均經(jīng)過所述再熱換熱器。
全文摘要
一種制冷系統(tǒng)具有微通道設(shè)計和構(gòu)造的冷凝器并包括再熱循環(huán)。再熱循環(huán)包括制冷劑流控制裝置(例如三通閥)，用于選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑從壓縮機(jī)和膨脹裝置之間的位置經(jīng)過再熱換熱器。用于制冷系統(tǒng)的控制設(shè)備選擇性地致動該制冷劑流控制裝置以在系統(tǒng)啟動時路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過再熱換熱器。
文檔編號F25B49/02GK102066853SQ200980122017
公開日2011年5月18日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者B. 弗雷澤 E., F. 塔拉斯 M. 申請人:開利公司