閃蒸除霜系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)包括設(shè)置用于使制冷劑再循環(huán)通過(guò)冷凝器(2)、膨脹裝置(4)和蒸發(fā)器(5)的壓縮機(jī)(1)。為了使蒸發(fā)器快速恒溫有效除霜，來(lái)自冷凝器的熱的制冷劑在通過(guò)膨脹裝置(4)之前儲(chǔ)存在除霜接收器(6)中。在除霜階段，閥裝置(7-10)形成封閉的除霜回路，通過(guò)除霜閥(10)將蒸發(fā)器(5)連接至除霜接收器(6)以允許熱流體從除霜接收器流向蒸發(fā)器并且蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑通過(guò)排水閥(9)流到除霜接收器(6)。在預(yù)除霜階段，閥裝置關(guān)斷進(jìn)入蒸發(fā)器(5)的流體輸入并且壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以在蒸發(fā)器連接到除霜接收器之前部分地排空蒸發(fā)器，使得閃蒸蒸發(fā)器產(chǎn)生熱蒸汽。可以包括一種相變介質(zhì)(11)以儲(chǔ)存來(lái)自冷凝器輸出的熱并且在除霜期間將其返回蒸發(fā)器。可以提供額外的熱量給除霜液體以進(jìn)一步增加除霜速度。
【專利說(shuō)明】發(fā)器所需的額外能量。由此除霜過(guò)程的能量消耗最小。
[0022]在圖3所示的本發(fā)明的第二實(shí)施例中，液體儲(chǔ)存器3作為除霜接收器設(shè)置。蒸發(fā)器處于比接收器高的水平面，并且膨脹裝置4是能夠完全打開(kāi)以除去限制的類型，例如由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的膨脹閥。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)吸入管線上的隔離閥12打開(kāi)并且在其他時(shí)間隔離閥12關(guān)閉。除霜閥13將蒸發(fā)器的出口連接至接收器3的頂部并且在正常運(yùn)行期間關(guān)閉。當(dāng)除霜開(kāi)始時(shí)，膨脹閥4完全關(guān)閉一段時(shí)間以允許蒸發(fā)器通過(guò)吸入管線排空。接著壓縮機(jī)I停止并且閥12關(guān)閉。膨脹閥4完全打開(kāi)允許熱的液體流回液體接收器，并且閥13打開(kāi)允許來(lái)自接收器3頂部的蒸汽閃蒸進(jìn)入部分排空的蒸發(fā)器。由于蒸發(fā)器位于接收器上方并且通過(guò)膨脹閥4的來(lái)自接收器3的管線充滿液體，因此將建立起從蒸發(fā)器通過(guò)膨脹閥回到接收器3的流動(dòng)。蒸汽將繼續(xù)從接收器3流過(guò)除霜閥13到達(dá)蒸發(fā)器5，在蒸發(fā)器5中蒸汽將被冷凝，并且冷凝的液體接著將通過(guò)膨脹閥4流回接收器3。
[0023]在該實(shí)施例的變形中，包含相變介質(zhì)的換熱器14可以加在接收器3和膨脹閥4之間。這樣可以增加儲(chǔ)能容量并且使制冷費(fèi)用最小化?？蛇x的，如圖4所示，可以采用液-液形式的換熱器15。第二換熱器連接泵16，其循環(huán)封閉回路中來(lái)自分離罐17的防凍劑液體，因此起到增加除霜系統(tǒng)的儲(chǔ)熱容量的作用。
[0024]在具有多個(gè)由公共液體供給和吸入集管饋送的蒸發(fā)器的冷凍裝置中，例如那些用在超市陳列柜或儲(chǔ)冷設(shè)備中的冷凍裝置，可以采用圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施例。每個(gè)單獨(dú)的蒸發(fā)器5以及根據(jù)先前圖2中的描述構(gòu)造和運(yùn)行的相關(guān)聯(lián)的除霜回路連接到公共液體集管18和吸入集管19。應(yīng)該注意到在這種情況下每個(gè)蒸發(fā)器5與其自己的除霜接收器6相關(guān)聯(lián)以使得單個(gè)蒸發(fā)器的閃蒸除霜可以如所述的再次發(fā)生。
[0025]在上述實(shí)施例中，蒸發(fā)器5應(yīng)該高于由除霜接收器6和相變單元11 (如果提供的話)形成的儲(chǔ)熱模塊，以使得液態(tài)制冷劑在重力的作用下可以返回接收器6。圖6示出如何能夠通過(guò)增加與閥9串聯(lián)的泵20來(lái)避免該需求，串聯(lián)的閥9和泵20位于蒸發(fā)器5的液體出口和除霜接收器6之間。泵20將蒸發(fā)器5中的冷的液態(tài)制冷劑送回儲(chǔ)熱體6、11，在儲(chǔ)熱體11中冷的液態(tài)制冷劑可以蒸發(fā)并且作為蒸汽返回蒸發(fā)器。也應(yīng)該注意到，具有這種裝置時(shí)，閥9可以由單向閥替代，消除由制冷控制系統(tǒng)帶來(lái)的動(dòng)作需求。
[0026]雖然上述具體的實(shí)施例適用于在蒸發(fā)器出口保持不變過(guò)熱的直接膨脹式制冷系統(tǒng)，但是本發(fā)明也可以適用于浸沒(méi)式蒸發(fā)器和溢流式制冷系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，蒸發(fā)器由液態(tài)制冷劑供給并且充滿沸騰的制冷劑，從而使得液態(tài)制冷劑和制冷劑蒸汽的混合物從蒸發(fā)器排出。這需要在吸入管線上增加低壓儲(chǔ)液器使得液體可以從返回壓縮機(jī)的蒸汽中分離。假如到達(dá)儲(chǔ)液器的回流位于液體平面之上，在預(yù)除霜階段，當(dāng)液體停止供給蒸發(fā)器時(shí)，蒸發(fā)器中的所有液體應(yīng)該蒸發(fā)。閥裝置可能需要改變，但是通過(guò)閃蒸來(lái)自液體供給管線的熱制冷劑從而使蒸發(fā)器部分排空的基本原理將仍然適用。
[0027]在本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例中，從熱的液態(tài)制冷劑中吸收的熱能可以通過(guò)由電阻加熱器提供電功率的方式增加，電阻加熱器可位于除霜接收器中或者位于除霜接收器周圍以達(dá)到加速除霜過(guò)程的目的。
[0028]閥運(yùn)行的定時(shí)和先后順序、除霜接收器相對(duì)于蒸發(fā)器的尺寸和位置，以及通過(guò)采用相變材料、第二流體回路或電功率提高熱容量的使用可以被優(yōu)化用于使總的系統(tǒng)效率最大化。[0029]在上述制冷單元中可能采用的閥類型特別包括單向閥、電磁閥、膨脹閥和三通閥。
[0030]完成上述制冷系統(tǒng)運(yùn)行采用的控制系統(tǒng)基于由溫度和壓力傳感器提供的信息開(kāi)始和結(jié)束除霜過(guò)程，溫度和壓力傳感器設(shè)在制冷回路周圍重要的位置上。
[0031]盡管上面的描述強(qiáng)調(diào)領(lǐng)域，該領(lǐng)域被認(rèn)為是新的并且解決特定問(wèn)題，意味著這里公開(kāi)的特征可以用在能夠?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)提供新的和有用進(jìn)步的任何組合中。
【權(quán)利要求】
1.一種蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括設(shè)置用于使制冷劑再循環(huán)通過(guò)冷凝器(2)、膨脹裝置(4)和蒸發(fā)器(5)的壓縮機(jī)(I)，其中來(lái)自冷凝器的相對(duì)熱的制冷劑在通過(guò)膨脹裝置之前流過(guò)除霜接收器￠/3)，并且，在除霜階段，閥裝置(10/13，9，4)將蒸發(fā)器連接至除霜接收器以產(chǎn)生除霜回路，除霜回路允許熱流體從除霜接收器(6/3)流到蒸發(fā)器(5)并且允許蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑流到除霜接收器， 其特征在于，制冷系統(tǒng)如此構(gòu)造并且運(yùn)行以使得在預(yù)除霜階段，閥裝置(9，4)關(guān)斷進(jìn)入到蒸發(fā)器(5)的流體輸入并且壓縮機(jī)(I)運(yùn)轉(zhuǎn)以在蒸發(fā)器連接到除霜接收器(6/3)之前部分地排空蒸發(fā)器(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，來(lái)自冷凝器(2)的熱的制冷劑在通過(guò)膨脹裝置(4)之前儲(chǔ)存在除霜接收器(6/3)中，并且在除霜階段開(kāi)始時(shí)，儲(chǔ)存的制冷劑被容許通過(guò)除霜閥(10/13)進(jìn)入蒸發(fā)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，從冷凝器(2)得到的熱的液態(tài)制冷劑的能量?jī)?chǔ)存在與熱的液體接觸換熱的相變介質(zhì)(11/14)中，并且在除霜階段儲(chǔ)存的能量釋放到流過(guò)蒸發(fā)器(5)的除霜流體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，相變介質(zhì)(11)包含在除霜接收器(6)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，相變介質(zhì)(11)包括在除霜接收器⑶和膨脹裝置⑷之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，液-液換熱器(15)包括在除霜接收器(3)和膨脹裝置(4)之間并且儲(chǔ)熱流體循環(huán)通過(guò)第二換熱器到達(dá)儲(chǔ)存器(17)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置加熱裝置以向流動(dòng)來(lái)自冷凝器(2)的熱的制冷劑提供 額外的熱輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)蒸發(fā)器(5)并且其中每個(gè)蒸發(fā)器與各自的除霜接收器(6)關(guān)聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置泵(20)以便在除霜階段期間將來(lái)自蒸發(fā)器(5)的液態(tài)制冷劑返回除霜接收器(6)。
10.一種蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的除霜方法，包括設(shè)置用于使制冷劑再循環(huán)通過(guò)冷凝器(2)、膨脹裝置(4)和蒸發(fā)器(5)的壓縮機(jī)(I)，其中來(lái)自冷凝器的相對(duì)熱的制冷劑在通過(guò)膨脹裝置之前流過(guò)除霜接收器出/3)，并且，在除霜階段，閥裝置(10/13，9，4)將蒸發(fā)器連接至除霜接收器以允許熱流體從除霜接收器(6/3)流到蒸發(fā)器(5)并且允許蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑流到除霜接收器， 其特征在于，制冷系統(tǒng)如此構(gòu)造并且運(yùn)行以使得在預(yù)除霜階段，閥裝置(9，4)關(guān)斷進(jìn)入到蒸發(fā)器(5)的流體輸入并且壓縮機(jī)(I)運(yùn)轉(zhuǎn)以在蒸發(fā)器連接到除霜接收器(6/3)之前部分地排空蒸發(fā)器(5)。閃蒸除霜系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中用于蒸發(fā)器除霜的閃蒸除霜系統(tǒng)。如這里將更加全面地說(shuō)明，本發(fā)明適用于直接膨脹、浸沒(méi)式蒸發(fā)器和溢流式制冷系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的許多應(yīng)用中蒸發(fā)器用于冷卻空氣，特別是在冷凍室、超市冷凍陳列柜、家用冰箱和空氣源熱泵中。在這種應(yīng)用中，蒸發(fā)器的外表面在運(yùn)行期間由于大氣中的水蒸氣的冷凝和凍結(jié)而被冰覆蓋。冰的形成不利地影響傳熱性能，并且壓縮機(jī)的功耗升高以補(bǔ)償蒸發(fā)器效率的損失。因此所有這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)成定期給蒸發(fā)器除霜以恢復(fù)性能并且使運(yùn)行成本最小化。[0003]按除霜速度排序常見(jiàn)的除霜方法包括:停止制冷過(guò)程同時(shí)使用附于蒸發(fā)器的電加熱器融化并且除去積累的冰；停止制冷效果但是壓縮機(jī)仍然運(yùn)行，沿附加管線將熱氣輸出轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)器一段充足的時(shí)間以融化和除去冰；停止制冷效果并且采用環(huán)境空氣以融化冰。為了使制冷產(chǎn)品中的溫度上升最小化，除霜時(shí)間必須短，以致于在食品應(yīng)用中最常采用電除霜。然而，就額外使用的能量來(lái)說(shuō)，電除霜和熱氣除霜也會(huì)導(dǎo)致成本的損失。[0004]W02009034300A1公開(kāi)了一種制冰機(jī)，其包括具有多個(gè)蒸發(fā)器的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。來(lái)自冷凝器的相對(duì)熱的制冷劑通過(guò)蒸發(fā)器之前流過(guò)除霜接收器。單獨(dú)的蒸發(fā)器可以通過(guò)閥系統(tǒng)除霜，閥系統(tǒng)將蒸發(fā)器連接至除霜接收器以允許熱流體從除霜接收器恒溫地流至蒸發(fā)器并且蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑通過(guò)重力返回除霜接收器。然而，由于剩余的蒸發(fā)器將繼續(xù)運(yùn)行，在這種系統(tǒng)中除霜周期的長(zhǎng)度相對(duì)不重要。[0005]本發(fā)明試圖提供一種 新的并且具有創(chuàng)造性形式的除霜系統(tǒng)，其能夠提供比目前為止可能的蒸發(fā)器除霜更快并且更節(jié)能的蒸發(fā)器除霜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明提出一種蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，其包括設(shè)置用于將制冷劑再循環(huán)通過(guò)冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器的壓縮機(jī)，其中來(lái)自冷凝器的相對(duì)熱的制冷劑在通過(guò)膨脹裝置之前流過(guò)除霜接收器，并且在除霜階段，閥裝置將蒸發(fā)器連接至除霜接收器以產(chǎn)生除霜循環(huán)，除霜循環(huán)允許熱流體從除霜接收器流至蒸發(fā)器并且蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑流至除霜接收器，特征在于制冷系統(tǒng)如此構(gòu)造并運(yùn)行以使得在預(yù)除霜階段，閥裝置關(guān)斷進(jìn)入到蒸發(fā)器的流體輸入并且壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以在蒸發(fā)器連接到除霜接收器之前部分地排空蒸發(fā)器。[0007]在除霜階段開(kāi)始之前通過(guò)隔離蒸發(fā)器的輸入并且允許壓縮機(jī)移除來(lái)自蒸發(fā)器的制冷劑，除霜階段的開(kāi)始使熱制冷劑沸騰并且導(dǎo)致具有熱制冷蒸汽的蒸發(fā)器發(fā)生直接的閃蒸溢出。因此本發(fā)明提供一種蒸發(fā)器除霜方法，其采用來(lái)自系統(tǒng)最小量的凈能量并且也能夠在除霜周期內(nèi)顯著降低霜。因此在食品應(yīng)用中，本發(fā)明使產(chǎn)品的理想儲(chǔ)存溫度變化幅度最小化。[0008]附圖的簡(jiǎn)要描述[0009]以下描述以及這里參照的附圖是作為非限制性的例子的方式給出的，用以說(shuō)明本發(fā)明如何能夠投入實(shí)踐中。在圖中:[0010]圖1是本發(fā)明基于的蒸汽壓縮制冷循環(huán)的已知形式的示意圖；[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的包含除霜系統(tǒng)的第一種制冷循環(huán)的示意圖；[0012]圖3是根據(jù)本發(fā)明的包含除霜系統(tǒng)的第二種制冷循環(huán)的示意圖；[0013]圖4是圖3所示的制冷循環(huán)的改進(jìn)形式；[0014]圖5是圖2所示的制冷循環(huán)的改進(jìn)形式，其可以采用多個(gè)蒸發(fā)器；并且[0015]圖6示出應(yīng)用于圖5的制冷循環(huán)的進(jìn)一步的改進(jìn)。[0016]附圖的詳細(xì)描述[0017]圖1示出了可以適用本發(fā)明的廣泛采用的直接膨脹裝置，其包括封閉的制冷循環(huán)，其中壓縮機(jī)I加壓氣態(tài)制冷劑。離開(kāi)壓縮機(jī)的熱(高溫)的過(guò)熱氣體通向在其中發(fā)生減溫和過(guò)冷的冷凝器2。接著變暖的高壓液態(tài)制冷劑流至作為制冷劑儲(chǔ)存器的液體接收容器3。來(lái)自儲(chǔ)存器的液體供給到膨脹裝置4，在那里壓力快速下降產(chǎn)生具有冷蒸汽和液體的兩相流，接著兩相流進(jìn)入蒸發(fā)器5的底部。液相在蒸發(fā)器中全部蒸發(fā)以便達(dá)到所需的冷卻效率。來(lái)自蒸發(fā)器5的頂部出口的冷的過(guò)冷蒸汽接著通過(guò)壓縮機(jī)的吸入管線返回壓縮機(jī)I的進(jìn)口并且重復(fù)循環(huán)。[0018]現(xiàn)在將描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，在這種制冷系統(tǒng)達(dá)到蒸發(fā)器的快速節(jié)能除霜。在以下描述和圖中，圖1中采用的參考數(shù)字適用于制冷系統(tǒng)中相同的內(nèi)容。[0019]在圖2所述的第 一實(shí)施例中，除霜接收器6插入主液體儲(chǔ)存器3和膨脹裝置4之間的液體流中，膨脹裝置4可以是膨脹閥。截止閥7插入接收器3和除霜接收器6之間的流體路徑中，并且隔離閥8插入蒸發(fā)器5的出口和壓縮機(jī)I的進(jìn)口之間。排水閥9與膨脹閥4平行連接，并且除霜閥10連接在除霜接收器6的頂部和蒸發(fā)器5的出口之間。在正常運(yùn)行期間，膨脹閥4以及閥7和8打開(kāi)并且閥9和10關(guān)閉，從而構(gòu)造成基本與圖1所示相同的制冷流體循環(huán)。然而如先前所述的，由于大氣水蒸氣的冷凝，循環(huán)的正常運(yùn)行將導(dǎo)致蒸發(fā)器外部形成冰。[0020]當(dāng)蒸發(fā)器需要除霜時(shí)，膨脹閥4首先關(guān)閉以切斷蒸發(fā)器的流體進(jìn)口而壓縮機(jī)I繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)的吸入管線繼續(xù)吸入來(lái)自蒸發(fā)器5的制冷劑蒸汽使得蒸發(fā)器部分排空。充足的時(shí)間周期后，閥7和8關(guān)閉并且閥10打開(kāi)允許除霜接收器6中的高壓液態(tài)制冷劑閃蒸進(jìn)入壓力非常低的蒸發(fā)器5。(在這個(gè)階段壓縮機(jī)可以停止運(yùn)轉(zhuǎn)。)制冷劑蒸汽在蒸發(fā)器中冷凝釋放潛熱，并且在高傳熱效率下將它轉(zhuǎn)移直到蒸發(fā)器5和除霜接收器6中的壓力相等，就在那時(shí)，閥9打開(kāi)以允許蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑在重力的作用下流回接收器6。當(dāng)接收器6中的液體溫度降到預(yù)定水平，表明除霜完成，閥9和10關(guān)閉并且閥4、7和8打開(kāi)并且恢復(fù)制冷循環(huán)的正常運(yùn)行。[0021]在根據(jù)本發(fā)明的除霜系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)中，從熱的液態(tài)制冷劑中獲得并且可用于除霜的熱能可以通過(guò)包含在除霜接收器6中的相變單元11而增加。合適的相變介質(zhì)封裝在相變單元11中，以便在正常運(yùn)行期間熱的液態(tài)制冷劑流動(dòng)接觸相變單元的融化相變材料，并且將液態(tài)制冷劑流中的焓作為潛熱儲(chǔ)存起來(lái)。在除霜階段，儲(chǔ)存的熱能釋放到在封閉環(huán)路中循環(huán)的制冷劑流中，由此加快除霜過(guò)程。這種從熱的液態(tài)制冷劑流中提取熱的結(jié)果是通過(guò)更加有效的膨脹過(guò)程增加總的制冷循環(huán)的熱力學(xué)效率，其大量補(bǔ)償除霜后再次冷卻蒸
【文檔編號(hào)】F25B41/04GK103429974SQ201280008517
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月11日
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