專利名稱：用于限制雙壓縮機(jī)冷卻裝置中的壓力差的系統(tǒng)的制作方法
用于限制雙壓縮機(jī)冷卻裝置中的壓力差的系統(tǒng)相關(guān)申請的相互參引本申請要求于2009年6月29日提交的標(biāo)題為“System for Limiting PressureDifference in Dual Compressor Chillers”的第61/221，130號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)和利益，該美國臨時申請以參引的方式納入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體涉及一種用于限制雙壓縮機(jī)冷卻裝置(dual compressor chiller)中的壓力差的系統(tǒng)。某些制冷空調(diào)系統(tǒng)通常依賴于冷卻裝置來降低過程流體(process fluid)—典型 地，水一的溫度。然后在空氣處理器中空氣可穿過變冷的過程流體，并且在建筑物中循環(huán)。在典型的冷卻裝置中，通過蒸發(fā)器來冷卻該過程流體，所述蒸發(fā)器通過蒸發(fā)制冷劑來從該過程流體吸收熱。然后該制冷劑可在壓縮機(jī)中被壓縮，并且被傳遞至一個冷凝器。在液體冷卻的冷凝器中，制冷劑通常被次級過程流體冷卻，使得制冷劑冷凝為液體。然后該液體制冷劑可被傳遞回至蒸發(fā)器，以開始另一制冷循環(huán)?？赏ㄟ^將多個冷卻裝置以一種串流(series flow)配置連接在一起來提高制冷系統(tǒng)效率。例如，在一種雙冷卻裝置串流布置中，蒸發(fā)器過程流體順序穿過兩個冷卻裝置循環(huán)。該配置允許蒸發(fā)器過程流體以兩個分立的增量被冷卻。較暖的過程流體進(jìn)入第一或“在先(lead)”冷卻裝置的蒸發(fā)器中，并且以一初始量冷卻。然后，較冷的過程流體進(jìn)入所述第二或“在后(lag)”冷卻裝置的蒸發(fā)器中，使得該過程流體的溫度被進(jìn)一步降低。由于進(jìn)入所述在先蒸發(fā)器的過程流體較暖，因此相對于所述在后蒸發(fā)器，所述在先蒸發(fā)器將以較高的壓力運(yùn)行。所述較高的蒸發(fā)器壓力減少了壓縮機(jī)頭，產(chǎn)生了較高的效率。為了進(jìn)一步提高效率，來自冷卻塔的過程流體可循環(huán)穿過兩個冷凝器。在該配置中，較冷的過程流體首先進(jìn)入所述在后冷卻裝置的冷凝器。所述過程流體在該冷凝器中被加熱，之后流動至所述在先冷卻裝置的冷凝器。這種配置稱為冷卻裝置的逆流配置，并且由于在先冷卻裝置具有較高的蒸發(fā)器過程流體溫度和較高的冷凝器過程流體溫度而產(chǎn)生了較高的效率。較高的溫度導(dǎo)致了在先冷卻裝置的蒸發(fā)器和冷凝器中的較高的壓力，從而減少了壓縮機(jī)頭，并產(chǎn)生了較高的效率。串流冷卻裝置的一個不利之處在于，由于必須安裝額外的蒸發(fā)器、冷凝器和管道，導(dǎo)致它們通常更昂貴。此外，多個冷卻裝置要求大量空間，使得一些設(shè)施可能不能夠容納它們。這些約束條件可妨礙串流冷卻裝置的使用，并且迫使所述設(shè)施來采用較低效率的單個冷卻裝置系統(tǒng)。因而，單個冷卻裝置實現(xiàn)串流配置的效率優(yōu)勢將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括冷凝制冷劑的冷凝器。該制冷系統(tǒng)還包括蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器蒸發(fā)所述制冷劑，從而從過程流體提取熱。通過一個蒸發(fā)器隔板將該蒸發(fā)器分隔為第一蒸發(fā)器室和第二蒸發(fā)器室，其中所述第一蒸發(fā)器室在運(yùn)行時以第一壓力運(yùn)行，以及所述第二蒸發(fā)器室在運(yùn)行時以第二壓力運(yùn)行。此外，所述制冷系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)，其被聯(lián)接至所述第一蒸發(fā)器室，用于壓縮傳送至所述冷凝器的氣相制冷劑；以及，第二壓縮機(jī)，其被聯(lián)接至所述第二蒸發(fā)器室，用于壓縮傳送至所述冷凝器的氣相制冷劑。該制冷系統(tǒng)還包括用于限制所述第一壓力和所述第二壓力之間的差的裝置。本發(fā)明還涉及一種運(yùn)行雙壓縮機(jī)冷卻裝置的方法，包括壓縮第一壓縮機(jī)中的制冷齊 ，其中所述第一壓縮機(jī)與冷凝器的第一室流體連通。該方法還包括冷凝所述冷凝器的第一室中的制冷劑，其中所述冷凝器的第一室與蒸發(fā)器的第一室流體連通；以及，蒸發(fā)所述蒸發(fā)器的第一室中的制冷劑，其中所述蒸發(fā)器的第一室與所述第一壓縮機(jī)流體連通。此外，該方法包括壓縮第二壓縮機(jī)中的制冷劑，其中所述第二壓縮機(jī)與所述冷凝器的第二室流體連通；冷凝所述冷凝器的第二室中的制冷劑，其中所述冷凝器的第二室與所述蒸發(fā)器的第二室流體連通；以及，蒸發(fā)所述蒸發(fā)器的第二室中的制冷劑，其中所述蒸發(fā)器的第二室與所述第二壓縮機(jī)流體連通。該方法還包括將來自所述蒸發(fā)器的第一室的制冷劑與所述來自蒸發(fā)器的第二室的制冷劑組合。


圖I示出了采用液體冷卻的冷卻裝置的商用HVAC系統(tǒng)的一個示例實施方案。圖2是采用壓力平衡閥的一個示例液體冷卻的冷卻裝置的方框圖。圖3是采用公共液體管線的一個示例液體冷卻的冷卻裝置的方框圖。圖4是采用平衡管線的一個示例液體冷卻的冷卻裝置的方框圖。圖5是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例蒸發(fā)器的橫截面視圖，其中通過肋狀物和加強(qiáng)桿來支撐一個隔板。圖6是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例蒸發(fā)器的橫截面視圖，其中采用了一個彎曲隔板。圖7是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例蒸發(fā)器的橫截面視圖，其中采用了一個鋸齒形隔板。圖8是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例滿液式蒸發(fā)器的橫截面視圖。圖9是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例降膜式蒸發(fā)器的橫截面視圖。圖10是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例逆流式蒸發(fā)器的方框圖。圖11是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例冷凝器的前視橫截面圖。圖12是可被用在圖2至圖4所示的冷卻裝置中的一個示例冷凝器的后視橫截面圖。
具體實施例方式圖I示出了用于建筑物環(huán)境管理的暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的一個示例應(yīng)用。在該實施方案中，通過制冷系統(tǒng)來冷卻建筑物10。制冷系統(tǒng)可包括冷卻裝置12和冷卻塔14。如所示出的，冷卻裝置12位于地下室中，冷卻塔14定位在屋頂上。然而，冷卻裝置12可位于其他設(shè)備間中，和/或冷卻塔14可與建筑物10相鄰。冷卻裝置12可以是獨(dú)立單元，或者可以是單個整套單元的一部分，所述單個整套單元包括其他設(shè)備，例如鼓風(fēng)機(jī)和/或一體式空氣處理器。來自冷卻裝置12的冷過程流體可通過管道16在建筑物10中循環(huán)。管道16被送至空氣處理器18，所述空氣處理器18可位于建筑物10的單個樓層上或在多個區(qū)(section)內(nèi)。空氣處理器18被聯(lián)接至適于在空氣處理器之間分配空氣的管道網(wǎng)路20，并且可接收來自外部入口(未示出)的空氣?？諝馓幚砥?8包括熱交換器，所述熱交換器循環(huán)來自冷卻裝置12的冷過程流體循環(huán)，以提供冷卻空氣?？諝馓幚砥?8內(nèi)的風(fēng)扇通過熱交換器抽出空氣，并且將經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣引導(dǎo)至建筑物10內(nèi)的環(huán)境(例如房間、隔間或辦公室)，從而將該環(huán)境保持在指定溫度處。當(dāng)然，其他設(shè)備可被包括在該系統(tǒng)中，例如調(diào)節(jié)過程流體流動的控制閥，以及感測過程流體的溫度和壓力的壓力和/或溫度換能器或開關(guān)，等等。 圖2是采用壓力平衡閥的一個示例冷卻裝置的方框圖。圖2中描繪的冷卻裝置具有一個蒸發(fā)器22、一個冷凝器24和多個壓縮機(jī)26。制冷劑以氣相離開蒸發(fā)器22，并且經(jīng)過吸入管線28流至壓縮機(jī)26。然后，制冷劑在壓縮機(jī)26內(nèi)被壓縮，并且穿過排出管線30行進(jìn)至冷凝器24。制冷劑在冷凝器24內(nèi)被冷卻塔供應(yīng)的過程流體所冷卻。在冷凝器24內(nèi)，熱從制冷劑傳遞至過程流體，使得過程流體的溫度升高。然后，暖過程流體行進(jìn)回至冷卻塔，在冷卻塔中該暖過程流體被外部空氣冷卻。隨著所述制冷劑冷卻，其從蒸氣冷凝為液體，然后經(jīng)液體管線32流動至膨脹裝置34，例如恒溫膨脹閥(TXV)或孔口。這些膨脹裝置34通過限制流經(jīng)液體管線32的制冷劑來控制冷凝器24內(nèi)的壓力。然后該液體制冷劑流入蒸發(fā)器22，在該蒸發(fā)器22中，第二過程流體被蒸發(fā)制冷劑冷卻。如前面所討論的，變冷的過程流體(典型地，水)流動至使建筑物內(nèi)的空氣冷卻的空氣處理器。圖2中描繪的蒸發(fā)器被蒸發(fā)器隔板36分隔為兩個室。同樣，冷凝器24被冷凝器隔板38分隔為兩個室。每一隔板36和38形成所述室之間的密封，這可阻止各個室之間的制冷劑流動。這種密封可允許蒸發(fā)器22和冷凝器24中的每一個室都保持不同的壓力。如圖2中所描繪的，這些室是兩個獨(dú)立的制冷劑回路的部件。第一回路包括蒸發(fā)器室El和冷凝器室Cl。第二回路包括蒸發(fā)器室E2和冷凝器室C2。此外，每個制冷劑回路具有獨(dú)立的吸入管線28、壓縮機(jī)26、排出管線30、液體管線32和膨脹裝置34。這些獨(dú)立的制冷劑回路有效地允許本實施方案的制冷系統(tǒng)在沒有多個蒸發(fā)器和冷凝器所增加的復(fù)雜性的情況下能夠以串流配置運(yùn)行。例如，第一制冷劑回路(包括室El和Cl)可在高于第二制冷劑回路(包括室E2和C2)的溫度和壓力的溫度和壓力下運(yùn)行。在該配置中，通過使過程流體在一個室中變冷之后進(jìn)入第二室來獲得串流的優(yōu)勢。如圖2中描繪的，來自空氣處理器的暖過程流體可首先進(jìn)入蒸發(fā)器室E1。隨著室El中的制冷劑蒸發(fā)，過程流體被冷卻。然后該過程流體可進(jìn)入室E2，在室E2中該過程流體的溫度被進(jìn)一步降低。在該布置中，蒸發(fā)器室El可以高于蒸發(fā)器室E2溫度的溫度運(yùn)行，這是因為進(jìn)入室El的過程流體暖于進(jìn)入室E2的過程流體。室El的較高的運(yùn)行溫度可導(dǎo)致較高的室壓力。圖2中描繪的過程流體的流動模式被稱為雙行程配置(two-pass configuration)，因為過程流體流經(jīng)蒸發(fā)器22兩次，每一次穿過每一個室。類似地，過程流體可以以雙行程配置流經(jīng)冷凝器24。例如，冷凝器室Cl可在高于冷凝器室C2壓力的壓力下運(yùn)行。如圖2中所示，來自冷卻塔的冷過程流體可進(jìn)入室C2，之后進(jìn)入室Cl。隨著所述冷過程流體流動穿過室C2，由于制冷劑冷凝，熱從制冷劑傳遞至過程流體。所述熱傳遞使得過程流體溫度升高。然后，所述較暖的過程流體進(jìn)入室Cl，并且從室Cl內(nèi)的冷凝制冷劑提取熱。由于進(jìn)入室Cl的過程流體的溫度高于進(jìn)入室C2的過程流體的溫度，因此室Cl中的制冷劑溫度可高于室C2的制冷劑溫度。對于蒸發(fā)器室，較高溫度的制冷劑可在室Cl內(nèi)形成較高的運(yùn)行壓力。在圖2中描繪的配置中，可通過單個蒸發(fā)器和單個冷凝器來實現(xiàn)串流系統(tǒng)的優(yōu)勢。由于室El和Cl都以高壓運(yùn)行，所以連接這些室的壓縮機(jī)26的容量被減小，這是因為這些室之間的壓力差減小。類似地，由于室E2和C2都以較低壓力運(yùn)行，所以連接這兩個室的壓縮機(jī)26的容量可被減小。由于每一壓縮機(jī)26都可以以減小的容量運(yùn)行，所以制冷系 統(tǒng)的效率可大于相似的采用單個制冷劑回路的系統(tǒng)。蒸發(fā)器隔板36和冷凝器隔板38必須保持蒸發(fā)器22和冷凝器24的各室之間的壓力差。換句話說，如果所述室之間的壓力差超過所述隔板的結(jié)構(gòu)限制時，則所述隔板可失效。因而，可采用一種配置來限制制冷劑回路之間的壓力差。在圖2中描繪了一種所述配置。在該實施方案中，可采用壓力平衡閥40來限制蒸發(fā)器的室之間的壓力差。壓力平衡閥40可與蒸發(fā)器室El和E2流體連通。如所示出的，閥40被直接聯(lián)接至室El和E2。在替代實施方案中，閥40可被聯(lián)接至蒸發(fā)器22的上游的吸入管線28。在正常運(yùn)行期間，該閥可保持閉合，以實現(xiàn)上文所描述的雙制冷劑回路的優(yōu)勢。然而，該閥可響應(yīng)于升高的壓力差而被手動或者被自動系統(tǒng)打開。例如，在制冷劑系統(tǒng)的正常運(yùn)行期間，由于室El和E2中每一室內(nèi)的過程流體的溫度相似，室El和E2之間的壓力差會很小。然而，在系統(tǒng)維修期間，可能有必要從一個制冷劑回路移除填充物(charge)。如果在該過程期間壓力平衡閥40保持閉合，則填充室和未填充室之間的壓力差可能會不期望地升高。因而，壓力平衡閥40可在所述情況下被打開，以便于系統(tǒng)維護(hù)而不影響所述隔板。類似地，圖2中示出的制冷系統(tǒng)可被配置，使得一個制冷劑回路可運(yùn)行而另一個未被啟動。在一個壓縮機(jī)未運(yùn)行時，該系統(tǒng)以所述配置運(yùn)行是有利的，因為該系統(tǒng)可以以較低容量連續(xù)運(yùn)行。此外，當(dāng)僅要求較低容量時，一個壓縮機(jī)可被關(guān)閉，以降低該制冷系統(tǒng)的功耗。由于一個壓縮機(jī)未運(yùn)行，可在蒸發(fā)器22和冷凝器24的室之間形成相當(dāng)大的壓力差。為了補(bǔ)償該壓力差，壓力平衡閥40可被打開，以允許制冷劑從一個回路流至另一回路。此夕卜，用于未運(yùn)行回路的膨脹裝置34可被閉合，以進(jìn)一步便于制冷劑的混合。為了避免壓力平衡閥40未被打開時大的壓力差，內(nèi)部泄壓閥42可被啟動。內(nèi)部泄壓閥42可被配置為響應(yīng)于制冷劑回路之間的壓力差而自動打開。例如，內(nèi)部泄壓閥42可被聯(lián)接至蒸發(fā)器室El和E2。當(dāng)室El和E2之間的壓力差超過預(yù)期水平時，閥42可自動打開，以平衡所述室之間的壓力。當(dāng)所述閥打開時，可失去串流運(yùn)行的效率優(yōu)勢。然而，當(dāng)壓力返回至預(yù)期限制以內(nèi)的水平時，閥42可自動閉合，使該系統(tǒng)返回至正常運(yùn)行。此外，還可采用外部泄壓閥44。例如，圖2示出了兩個泄壓閥44，一個附接至蒸發(fā)器22的一個室。隨著蒸發(fā)器22內(nèi)的壓力升高，閥44可打開以排放制冷劑。所述排放可降低蒸發(fā)器22內(nèi)的壓力。在該配置中，由于一個外部泄壓閥44被用于一個室，因此每一個閥44都可僅被要求處理用于保護(hù)蒸發(fā)器22所必須的總流動的一半。此外，打開外部泄壓閥44所要求的壓力可大于打開內(nèi)部泄壓閥42所要求的壓力。在該配置中，一個室中的過度的制冷劑壓力將首先流至另一室，然后僅當(dāng)達(dá)到較高的壓力閾值時排放至外部。在冷凝器24上可單獨(dú)使用相似的內(nèi)部泄壓系統(tǒng)和外部泄壓系統(tǒng)，或者與蒸發(fā)器22的泄壓系統(tǒng)結(jié)合使用。圖3描繪了便于制冷劑從一個回路流動至另一回路的另一配置。該配置包括一個公共液體管線32和公共膨脹裝置34。制冷劑可在這些公共部件內(nèi)混合，從而限制制冷劑回路之間的壓力差。在該配置中，隨著制冷劑離開冷凝器室Cl和C2，制冷劑在公共液體管線32中混合，之后進(jìn)入公共膨脹裝置34。然后混合的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器室El和E2。在圖3描繪的流動布置中，冷凝器室和蒸發(fā)器室可尤其被配置為保持制冷劑回路之間的壓力差。如果制冷劑被允許從高壓冷凝器室Cl穿過公共液體管線32流動至低壓冷凝器室C2，則可失去串流運(yùn)行的優(yōu)勢。類似地，如果來自高壓蒸發(fā)器室El的制冷劑被允許 流入低壓蒸發(fā)器室E2，則該系統(tǒng)的效率可被降低。因而，蒸發(fā)器22和冷凝器24都可采用系統(tǒng)來保持所述室之間的壓力差。例如，高壓蒸發(fā)器室El可采用一個比低壓蒸發(fā)器室E2更有限制性(restrictive)的液體分配器。蒸發(fā)器室的壓力基本上由進(jìn)入每一室的過程流體的溫度所確定。在圖3中描繪的配置中，較暖的過程流體進(jìn)入室E1，以及較冷的過程流體進(jìn)入室E2。因而，室El內(nèi)的壓力可大于室E2內(nèi)的壓力。如果每一室內(nèi)的液體分配器有同樣的限制性，則更多的來自公共液體管線32的制冷劑將進(jìn)入低壓室E2。這種制冷劑流動可導(dǎo)致該系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑的不平衡，導(dǎo)致效率降低。通過將低壓蒸發(fā)器室E2內(nèi)的液體分配器配置得比高壓蒸發(fā)器室El內(nèi)的液體分配器更有限制性，則使得盡管有壓差，但等體積的制冷劑可進(jìn)入每一室。對于給定的液體分配器配置，僅有一個制冷劑壓力將確保相等的制冷劑流入兩個蒸發(fā)器室。然而，如果液體分配器被調(diào)整為提供用于正常運(yùn)行壓力的相等的流動，則該狀況的微小改變對于制冷系統(tǒng)的效率可以僅具有小的影響。類似地，盡管以不同壓力運(yùn)行，但冷凝器室可被配置為將相似量的制冷劑排至公共液體管線32中。對于蒸發(fā)器22，冷凝器室內(nèi)的壓力由進(jìn)入該室的過程流體的溫度確定。例如，圖3中描繪的配置示出了從冷卻塔進(jìn)入冷凝器室C2的較冷的過程流體。過程流體在室C2內(nèi)被加熱，并且在進(jìn)入室Cl之前變得更暖。因而，室Cl內(nèi)的壓力可大于室C2內(nèi)的壓力。在沒有任何冷凝器室流動限制的情況下，更多的制冷劑被高壓室Cl排出。因而，高壓室Cl可被配置為具有比低壓室C2更大的流動限制?？赏ㄟ^改變穿過每個冷凝器室內(nèi)的子冷卻裝置的制冷劑的流動來實現(xiàn)該布置。子冷卻裝置是冷凝器24的一個區(qū)域，在該區(qū)域中，制冷劑在被冷凝之后其溫度被進(jìn)一步降低。通過限制穿過子冷卻裝置的液體制冷劑的流動，可減少由高壓室Cl所排出的制冷劑的量。例如，高壓冷凝器室Cl內(nèi)的子冷卻裝置可被配置為排出與低壓冷凝器室C2相同體積的制冷劑。這樣，對于冷凝器24的兩個室，進(jìn)入公共液體管線32的制冷劑體積可以相同。然而，對于蒸發(fā)器22，該配置僅對于一個冷凝器壓力完全有效。因而，子冷卻裝置可被配置為在正常運(yùn)行狀態(tài)時排出等量的制冷劑。圖4描繪了一個相似的實施方案，其中采用了兩個液體管線32和兩個膨脹裝置34，但是一個平衡管線46連接膨脹裝置34下游的兩個液體管線32。在該配置中，每一冷凝器室具有不同的子冷卻裝置限制可以是不必要的，這是因為膨脹裝置34可被調(diào)整控制冷凝器室外部的液體制冷劑流動。例如，如果冷凝器室Cl以高于冷凝器室C2的壓力運(yùn)行，則聯(lián)接至離開室Cl的液體管線32的膨脹裝置34可以比聯(lián)接至離開室C2的液體管線32的膨脹裝置34更有限制性。與前一實施方案的子冷卻裝置限制相似，該配置可便于等體積制冷劑進(jìn)入膨脹裝置34下游的液體管線32。此外，可通過允許制冷劑穿過平衡管線46在液體管線32之間流動來限制該系統(tǒng)內(nèi)的壓力。本實施方案的一個優(yōu)勢是可基于冷凝器室的壓力來改變穿過膨脹裝置34的流速。因而，對于非正常(off-nominal)運(yùn)行狀態(tài)，等量的制冷劑可進(jìn)入膨脹裝置34下游的液體管線32。在圖2至圖4所呈現(xiàn)的每一實施方案中，蒸發(fā)器22和冷凝器24都被分隔為兩個室。然而，其他配置可采用單個蒸發(fā)器室或單個冷凝器室，即，沒有隔板分開所述室。例如，當(dāng)期望高流速的過程流體穿過冷凝器24時，單行程(single-pass)配置可優(yōu)選于圖2至圖4中描繪的雙行程布置。在單行程配置中，可采用單個冷凝器室。因為制冷劑可被允許在所述單個冷凝器室內(nèi)混合，因此在圖2中描繪的壓力平衡閥40或圖4中示出的平衡管線46對于利于壓力差限制可以是不必要的。在單行程配置中，可采用公共液體管線32或單獨(dú)的液體管線32。然而，如之前所描述的，低壓蒸發(fā)器室E2內(nèi)的液體分配器可以比高壓蒸發(fā)器室El內(nèi)的液體分配器更有限制性，以保持各室之間的壓力差。
類似地，某些實施方案可采用單個蒸發(fā)器室。這些實施方案可利用公共液體管線32或雙液體管線32，但是可以不需要壓力平衡閥40或平衡管線46來限制冷凝器室之間的壓力差。為了保持冷凝器室之間的壓力差，冷凝器24可采用具有不同流動限制的子冷卻裝置。在具有兩個冷凝器室的實施方案中，第二壓力平衡閥(未示出)可被聯(lián)接至每個冷凝器室。在某些實施方案中，制冷劑可在冷凝器室24中被隔離，使得維修可在壓縮機(jī)26上執(zhí)行，而不需要將制冷劑從整個系統(tǒng)排出。然而，由于制冷劑在冷凝器24中被隔離，先前描述的壓力平衡系統(tǒng)可能會失效。因而，第二壓力平衡閥可被打開，以釋放冷凝器隔板38上的壓力。圖5至圖7呈現(xiàn)了蒸發(fā)器22的正視圖，示出了各種隔板配置。盡管所述圖描述的是蒸發(fā)器隔板36，但是所述設(shè)計也可用于冷凝器隔板38。如前文所討論的，隔板用作這些室之間的屏障，以允許每一室都以不同的壓力運(yùn)行。因而，隔板可被配置為在運(yùn)行期間抵抗所述壓力差。圖5中示出了可支撐隔板的一個實施方案。在該配置中，隔板支撐肋狀物48可被聯(lián)接至隔板36，以增大其硬度。例如，如果室El內(nèi)的壓力大于室E2內(nèi)的壓力，則隔板36可趨于朝向室E2變形。通過提供額外的結(jié)構(gòu)支撐，肋狀物48可有助于阻止這種變形。盡管圖5中僅示出了兩個肋狀物48，但是額外的肋狀物可被聯(lián)接至隔板36，例如沿著蒸發(fā)器22的縱向軸線?；诰唧w的隔板設(shè)計，可改變肋狀物的數(shù)目、肋狀物的間距和這些肋狀物的附接點(diǎn)。類似地，隔板加強(qiáng)桿50可被聯(lián)接至隔板36和蒸發(fā)器22的內(nèi)壁。加強(qiáng)桿50可進(jìn)一步支撐隔板36并且阻止變形?？苫诟舭逶O(shè)計來改變加強(qiáng)桿50的厚度。此外，在蒸發(fā)器中22的縱向軸線的下方可采用多個加強(qiáng)桿。圖6示出了可增大結(jié)構(gòu)硬度的另一隔板設(shè)計。在該配置中，隔板36是彎曲的。例如,如果室El中的壓力大于室E2中的壓力，則隔板36可在室E2的方向上彎曲。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的，彎曲表面可以比平坦表面更能抵抗更高的壓力。通過在低壓室E2的方向上彎曲隔板36，隔板36可以在高壓室El內(nèi)支撐更大的壓力。類似地，圖7中描繪的隔板36被配置為鋸齒樣式。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的，該配置可比平坦隔板提供更大的結(jié)構(gòu)硬度。由于增大的隔板強(qiáng)度，這些配置都可允許這些室之間更大的壓力差。如前面所討論的，該壓力差可使制冷系統(tǒng)的效率增大。
圖8和圖9呈現(xiàn)了可在上述實施方案中采用的兩種蒸發(fā)器配置。圖8描繪了滿液式蒸發(fā)器的一個正視圖。在該配置中，攜帶過程流體的多個管道52位于蒸發(fā)器22內(nèi)，并且沿著其縱向軸線行進(jìn)。隨著每一蒸發(fā)器室內(nèi)的液體制冷劑54蒸發(fā)，可降低過程流體的溫度。因而，離開每一蒸發(fā)器室的過程流體可處于比該過程流體進(jìn)入相應(yīng)室時更低的溫度?？苫谡舭l(fā)器的需要來改變蒸發(fā)器22內(nèi)的管道52的尺寸和數(shù)目。此外，室El中的管道52的尺寸和數(shù)目可不同于室E2。圖9描繪了一種稱為降膜式蒸發(fā)器的替代蒸發(fā)器配置的正視圖。在該配置中，通過噴嘴56將液體制冷劑噴射在過程流體管道52上。與滿液式蒸發(fā)器相似，隨著制冷劑蒸發(fā)，管道52內(nèi)的過程流體可被冷卻。圖10是先前討論的蒸發(fā)器22的逆流配置的圖解視圖。在該配置中，制冷劑穿過液體管線32進(jìn)入蒸發(fā)器室E1，并且流動穿過該室至吸入管線28。類似地，制冷劑穿過液體 管線32流入室E2，并且向上流至吸入管線28。在每一室中，過程流體與制冷劑的流動方向相反。在圖10描繪的實施方案中，室El以高于室E2的溫度和壓力運(yùn)行。暖過程流體首先進(jìn)入室E1，在室El中它在制冷劑的相反方向上流動，并且以第一量被冷卻。然后過程流體在水箱58中改變方向，且進(jìn)入室E2，在室E2中其以第二量被冷卻。由于較暖的流體進(jìn)入室E1，室El以較高的溫度和壓力運(yùn)行。該配置允許過程流體的溫度在兩個階段中降低，提高了該制冷系統(tǒng)的效率。圖10中描繪的過程流體流動模式表示雙行程流動配置。在本發(fā)明的其他實施方案中可實施其他的流動模式。例如，蒸發(fā)器可采用四行程流動配置。與圖10中示出的布置相似，過程流體可在蒸發(fā)器22的第一端部處進(jìn)入室El并且流動至第二端。然而，代替穿過水箱58流動至室E2，過程流體被引回至室El中，在室El中它以相反的方向流動。這時，過程流體可在蒸發(fā)器22的第一端部處被引導(dǎo)穿過水箱至室E2中，并且流動穿過室E2至第二端部。最后，過程流體可被再引導(dǎo)轉(zhuǎn)回穿過室E2，離開蒸發(fā)器22的第一端部。這樣，過程流體流動通過每個室兩次，總共四個行程。所述雙行程和四行程配置僅是可被實施的以將熱從制冷劑傳遞至蒸發(fā)器22中的過程流體的示例流動模式?？苫谥评湎到y(tǒng)的具體設(shè)計要求來采用這些和其他配置。圖11和圖12示出了可在上述實施方案中采用的冷凝器24的一個示例配置。圖11示出了冷凝器24的一個正視圖，該冷凝器24包括第一冷凝區(qū)域60、第二冷凝區(qū)域62和兩個子冷卻區(qū)域64。圖12呈現(xiàn)了同一示例冷凝器24的后視圖。在這些圖所描繪的配置中，來自冷卻塔的冷過程流體可穿過兩個子冷卻區(qū)域64進(jìn)入冷凝器24。如圖12中所描繪的，過程流體離開這些子冷卻區(qū)域64并且進(jìn)入第二冷凝區(qū)域62。這種流體的傳遞使得流體流動的方向在第二冷凝區(qū)域62內(nèi)反向。然后過程流體離開第二冷凝區(qū)域62，并且進(jìn)入第一冷凝區(qū)域60，如圖11所描繪的。與先前的流體傳遞相似，這種傳遞導(dǎo)致過程流體方向的另一改變。最后，如圖12中所示，過程流體穿過第一冷凝區(qū)域60離開冷凝器24且返回至冷卻塔。由于過程流體在進(jìn)入子冷卻裝置64時最冷，所以子冷卻裝置64以最低溫度運(yùn)行。在該子冷卻裝置64內(nèi)，隨著熱從次冷卻裝置64內(nèi)的制冷劑傳遞至過程流體，過程流體的溫度升高。因而，當(dāng)過程流體進(jìn)入第二冷凝區(qū)域62時，該過程流體比其進(jìn)入子冷卻裝置64時暖。類似地，當(dāng)過程流體進(jìn)入第一冷凝區(qū)域60時，該過程流體比其進(jìn)入第二冷凝區(qū)域62時暖。由于低溫子冷卻裝置64的設(shè)置，冷凝器24的兩個室都實現(xiàn)最大化的制冷溫度降低，因此該配置可提高制冷系統(tǒng)效率。另外，第一冷凝區(qū)域60的較高溫度使得室Cl能夠以高于室C2的壓力運(yùn)行，所述室C2包含較冷的第二冷凝區(qū)域62。如前面所討論的，這一壓力差減少了壓縮機(jī)頭，并且提高了效率。圖11和圖12描繪的過程流體的流動模式表示了三行程配置。其他流動配置也可在冷凝器24內(nèi)被實施。例如，在四行程配置中，過程流體可從冷凝器24的第一端部進(jìn)入室C2的子冷卻區(qū)域。然后過程流體可流動至冷凝器24的第二端部，并且被再引導(dǎo)進(jìn)第二冷凝區(qū)域62中。此時，過程流體可在冷凝器24的第一端部處被再引導(dǎo)進(jìn)室Cl的子冷卻區(qū)域中。過程流體可流動至第二端部，在第二端部其被再引導(dǎo)進(jìn)第一冷凝區(qū)域60中。最后，過程流體則可穿過第一冷凝區(qū)域60離開冷凝器24的第二端部。這樣，過程流體流過每一室兩次，總共是四個行程。還可采用其他四行程布置。 此外，類似于圖10中關(guān)于蒸發(fā)器22描繪的雙行程布置可被實施用于冷凝器24。在該配置中，過程流體可在冷凝器24的第一端部處進(jìn)入室C2，流動至第二端部，并且穿過水箱被再引導(dǎo)進(jìn)室Cl中。然后過程流體可穿過室Cl流動回至冷凝器24的第一端部，并離開冷凝器24?？苫诶淠鞯木唧w設(shè)計要求來選定上文所描述的流動模式。盡管僅示出和描述了本發(fā)明的某些特征和實施方案，但是在實質(zhì)上不背離權(quán)利要求中所引用的主題的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)勢的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可想到許多改型和改變(例如，尺寸、維度、結(jié)構(gòu)、形狀和各種元件的比例、參數(shù)值(例如，溫度、壓力等)、安裝布置、材料的使用、顏色、取向等的變化)。根據(jù)替代實施方案，任何過程或方法步驟的次序或順序可被改變或重新排序。因而，應(yīng)理解，隨附的權(quán)利要求旨在包括落入本發(fā)明的實質(zhì)精神內(nèi)的所有改型和改變。此外，為了提供對示例實施方案的簡潔描述，可能未描述實際實施方式的所有特征(即，那些與當(dāng)前考慮的執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式不相關(guān)的，或者那些實現(xiàn)所要求保護(hù)的發(fā)明不相關(guān)的特征)。應(yīng)理解，任何所述實際實施方式的開發(fā)，如在任何工程或設(shè)計項目中，可做出多種實施方式具體的決定。所述開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時的，但是對于得益于本公開文本的普通技術(shù)人員來說僅為常規(guī)的設(shè)計、制造和生產(chǎn)的例行任務(wù)，無需過多實驗。
權(quán)利要求
1.一種制冷系統(tǒng)，包括 冷凝器，其被配置為冷凝制冷劑； 蒸發(fā)器，其被配置為使制冷劑蒸發(fā)，以從過程流體中提取熱，所述蒸發(fā)器被一個蒸發(fā)器隔板分隔為第一蒸發(fā)器室和第二蒸發(fā)器室，所述第一蒸發(fā)器室在運(yùn)行時以第一壓力運(yùn)行，以及所述第二蒸發(fā)器室在運(yùn)行時以第二壓力運(yùn)行； 第一壓縮機(jī)，其被聯(lián)接至所述第一蒸發(fā)器室，用于壓縮傳送至所述冷凝器的氣相制冷劑； 第二壓縮機(jī)，其被聯(lián)接至所述第二蒸發(fā)器室，用于壓縮傳送至所述冷凝器的氣相制冷劑；以及 用于限制所述第一壓力和所述第二壓力之間的差的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器包括第一冷凝器室和第二冷凝器室，所述第一冷凝器室和第二冷凝器被一個冷凝器隔板彼此分開且在運(yùn)行時以不同的壓力運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一蒸發(fā)器室經(jīng)由所述第一壓縮機(jī)與所述第一冷凝器室流體連通，以及所述第二蒸發(fā)器室經(jīng)由所述第二壓縮機(jī)與所述第二冷凝器室流體連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，包括用于限制所述第一冷凝器室和所述第二冷凝器室之間的壓力差的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器是雙行程熱交換器，所述雙行程熱交換器包括在所述第一冷凝器室中的第一過程流體行程，以及在所述第二冷凝器室中的第二過程流體行程。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一冷凝器室和所述第二冷凝器室中的每一個都被再分為相應(yīng)的冷凝區(qū)和子冷卻區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝區(qū)和子冷卻區(qū)被配置為限定一個多行程熱交換器，在該多行程熱交換器中，第二過程流體并行流動穿過所述第一冷凝器室和所述第二冷凝器室的所述子冷卻區(qū)，然后組合，之后流動穿過第一室的冷凝區(qū)，然后穿過第二室的冷凝區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一壓力高于所述第二壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是雙行程熱交換器，所述雙行程熱交換器包括在所述第一蒸發(fā)器室中的第一過程流體行程，以及在所述第二蒸發(fā)器室中的第二過程流體行程。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中用于限制所述第一壓力和所述第二壓力之間的差的裝置包括一個閥，所述閥在所述第一蒸發(fā)器室和所述第二蒸發(fā)器室之間流體連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中用于限制所述第一壓力和所述第二壓力之間的差的裝置包括在所述蒸發(fā)器上游的一個公共的制冷劑管道。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中用于限制所述第一壓力和所述第二壓力之間的差的裝置包括一個壓力平衡管道，所述壓力平衡管道在所述蒸發(fā)器上游的制冷劑管道之間流體連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，包括至少一個泄壓閥，所述泄壓閥至少與所述第一蒸發(fā)器室或所述第二蒸發(fā)器室流體連通。
14.一種制冷系統(tǒng),包括 冷凝器，其被配置為冷凝制冷劑，所述冷凝器被一個冷凝器隔板分隔為第一冷凝器室和第二冷凝器室，所述第一冷凝器室在運(yùn)行時以第一壓力運(yùn)行，以及所述第二冷凝器室在運(yùn)行時以第二壓力運(yùn)行； 蒸發(fā)器，其被配置為使所述制冷劑蒸發(fā)，以從過程流體提取熱； 第一壓縮機(jī)，其被聯(lián)接至所述蒸發(fā)器，用于壓縮傳送至所述第一冷凝器室的氣相制冷劑； 第二壓縮機(jī)，其被聯(lián)接至所述蒸發(fā)器，用于壓縮傳送至所述第二冷凝器室的氣相制冷劑；以及 用于限制所述第一壓力和所述第二壓力之間的差的裝置。
15.—種制冷系統(tǒng),包括 冷凝器，其具有一個冷凝器隔板，該冷凝器隔板使所述冷凝器分隔為第一冷凝器室和第二冷凝器室； 蒸發(fā)器，其具有一個蒸發(fā)器隔板，該蒸發(fā)器隔板使所述蒸發(fā)器分隔為第一蒸發(fā)器室和第二蒸發(fā)器室，其中所述第一蒸發(fā)器室與所述第一冷凝器室流體連通，以及所述第二蒸發(fā)器室與所述第二冷凝器室流體連通； 第一壓縮機(jī)，其與所述第一冷凝器室和所述第一蒸發(fā)器室流體連通； 第二壓縮機(jī)，其與所述第二冷凝器室和所述第二蒸發(fā)器室流體連通； 其中所述第一冷凝器室、所述第一蒸發(fā)器室和所述第一壓縮機(jī)包括第一制冷劑回路，以及所述第二冷凝器室、所述第二蒸發(fā)器室和所述第二壓縮機(jī)包括第二制冷劑回路，所述第一制冷劑回路被配置為以第一壓力和第一溫度運(yùn)行，以及所述第二制冷劑回路被配置為以高于所述第一壓力和第一溫度的第二壓力和第二溫度運(yùn)行； 以及，該制冷系統(tǒng)還包括一制冷劑互連，該制冷劑互連在所述第一制冷劑回路和所述第二制冷劑回路之間流體連通，并被配置為限制所述第一壓力和所述第二壓力之間的壓力差。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，包括一個內(nèi)部泄壓閥，其與所述第一蒸發(fā)器室和所述第二蒸發(fā)器室流體連通，并且被配置為當(dāng)所述第一蒸發(fā)器室和所述第二蒸發(fā)器室之間的壓力差超過一預(yù)定值時打開。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，包括一個或多個外部泄壓閥，其被配置為當(dāng)所述制冷劑壓力超過一預(yù)定值時排放制冷劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述制冷劑互連包括一個壓力平衡閥，該壓力平衡閥與所述第一蒸發(fā)器室和所述第二蒸發(fā)器室流體連通。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述制冷劑互連包括一個公共的液體管線，該液體管線與所述第一蒸發(fā)器室、所述第二蒸發(fā)器室、所述第一冷凝器室和所述第二冷凝器室流體連通。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述制冷劑互連包括 第一液體管線，其將所述第一蒸發(fā)器室連接至所述第一冷凝器室； 第二液體管線，其將所述第二蒸發(fā)器室連接至所述第二冷凝器室；以及一個平衡管線，其將所述第一液體管線連接至所述第二液體管線。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器隔板、所述冷凝器隔板或它們的組合是彎曲的，或者形成鋸齒樣式。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器隔板、所述冷凝器隔板或它們的組合包括至少一個隔板支撐肋狀物、至少一個隔板加強(qiáng)桿或它們的組合。
23.一種運(yùn)行雙壓縮機(jī)冷卻裝置的方法，包括 壓縮第一壓縮機(jī)中的制冷劑，所述第一壓縮機(jī)與冷凝器的第一室流體連通； 冷凝所述冷凝器的第一室中的制冷劑，所述冷凝器的第一室與蒸發(fā)器的第一室流體連通； 蒸發(fā)所述蒸發(fā)器的第一室中的制冷劑，所述蒸發(fā)器的第一室與所述第一壓縮機(jī)流體連通； 壓縮第二壓縮機(jī)中的制冷劑，所述第二壓縮機(jī)與所述冷凝器的第二室流體連通；冷凝所述第二冷凝器的第二室中的制冷劑，所述冷凝器的第二室與所述蒸發(fā)器的第二室流體連通； 蒸發(fā)所述蒸發(fā)器的第二室中的制冷劑，所述蒸發(fā)器的第二室與所述第二壓縮機(jī)流體連通；以及 將來自所述蒸發(fā)器的第一室的制冷劑與來自所述蒸發(fā)器的第二室的制冷劑組合。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中組合所述制冷劑包括打開壓力平衡閥，所述壓力平衡閥與所述蒸發(fā)器的第一室和所述蒸發(fā)器的第二室流體連通。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中組合所述制冷劑包括在一個公共液體管線中混合所述制冷劑，所述公共液體管線與所述冷凝器的第一室、所述冷凝器的第二室、所述蒸發(fā)器的第一室和所述蒸發(fā)器的第二室流體連通。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中組合所述制冷劑包括在一個平衡管線中混合所述制冷劑，所述平衡管線與第一液體管線和第二液體管線流體連通，所述第一液體管線與所述冷凝器的第一室和所述蒸發(fā)器的第一室流體連通，所述第二液體管線與所述冷凝器的第二室和所述蒸發(fā)器的第二室流體連通。
全文摘要
提供了用于限制雙壓縮機(jī)冷卻裝置中的壓力差的系統(tǒng)。為了在單個單元內(nèi)實現(xiàn)串流冷卻裝置的效率優(yōu)勢，蒸發(fā)器(22)和/或冷凝器(24)可被隔板(36，38)分隔為單獨(dú)的室。然后過程流體流過所述蒸發(fā)器和/冷凝器中的一個室，之后進(jìn)入另一個室。該配置在所述室之間形成壓力差，這可減少壓縮機(jī)頭并且產(chǎn)生較高的冷卻裝置效率。然而，為了保持所述蒸發(fā)器和/或冷凝器隔板的結(jié)構(gòu)整體性，可采用一種用于限制所述壓力差的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在單獨(dú)的液體管線之間包括一個蒸發(fā)器壓力平衡閥(40)、一個公共液體管線(32)或一個平衡管線(46)。還提供了使用這些系統(tǒng)來運(yùn)行雙壓縮機(jī)冷卻裝置的方法。
文檔編號F25B1/00GK102803864SQ201080028898
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者J·A·科勒, M·A·亞當(dāng)斯 申請人:江森自控科技公司