用于制冷系统的装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于降低制冷系统中的液相制冷剂的气体密度的装置以及相关的制冷系统。


背景技术：

2.多种制冷系统是已知的，并且一种常见的形式采用蒸气压缩制冷。这种系统使制冷剂流体循环通过压缩机、冷凝器、膨胀阀(或类似部件)和蒸发器，以便从蒸发器近侧的封闭空间移除热量。膨胀阀突然降低冷凝的液体制冷剂的压力，从而产生比封闭空间更冷的气-液流体混合物。当流体穿过蒸发器流向压缩机时，流体从周围的封闭空间吸收热量，在该压缩机中，流体被压缩并被驱动通过系统以再次开始循环。
3.制冷系统需要长时间连续运行，因此需要在提供高制冷效率的同时将能量消耗最小化。现有的最小化能量消耗的尝试通常集中在改进压缩机上，但是这些可能是昂贵的并且难以维护。
4.本发明旨在提供一种装置，该装置提高制冷系统的效率和制冷的质量，并且简单和易于维护。


技术实现要素：

5.根据本发明的第一方面，提供了一种用于降低制冷系统中的液相制冷剂的气体密度的装置，该装置包括：流体入口；第一出口；第二出口；将流体入口联接到第一出口和第二出口的导管；加速器，其在导管内布置在流体入口与第一出口和第二出口之间；以及挡板，其在导管内布置在加速器和第一出口之间；其中，加速器被配置为将来自流体入口的流体朝向出口加速，从而分离出流体中的饱和气体，以降低流体中的气体密度；并且挡板被配置为将较低气体密度流体的流动朝向第二出口引导，并允许较高气体密度的流体围绕挡板朝向第一出口传递。
6.以这种方式，该装置能够降低流体制冷剂的气体密度，并将其返回到与将从第二出口被引导到蒸发器的较高液体密度流体分开的压缩机(或制冷系统中的等效部件)。这减少了压缩机驱动流体通过制冷系统所需的功，从而提高了系统的能量效率。此外，该装置提高了制冷质量(因为蒸发器中的流体的液体密度将大于没有该装置的系统中的流体的液体密度)。
7.该装置的入口和出口的简单设计意味着它可以容易地引入到制冷系统，更换或拆除以用于维修。优选地，该装置没有移动部件，以便增加其使用寿命。
8.优选地，挡板是不允许流体穿过挡板的固体部件，从而更好地将挡板周围的流体重新导向到第一出口和/或第二出口。
9.优选地，该装置被配置为降低纯制冷剂(即没有污染物的制冷剂流体)的气体密度。
10.导管可以包括从挡板通向第二出口的分支通道。
11.加速器可以包括多个阀，其中第一阀的内径大于第二阀的内径，并且其中第一阀位于第二阀的上游。
12.使用一系列变窄的阀作为加速器允许流体以受控的方式加速，而不需要向系统引入额外的功。
13.该装置可以进一步包括多个挡板，所述多个挡板沿着导管顺序地布置在加速器和第一出口之间；其中所述多个挡板中的每个挡板被构造成将较低气体密度流体的流动朝向第二出口引导，并且允许较高气体密度流体围绕挡板朝向第一出口传递。
14.以这种方式，由于每个附加的挡板进一步分离流体的气体密度和液体密度，因此该装置可以提供更大程度的气体密度/液体密度分离。优选地，多个挡板中的每个挡板是固体部件，其不允许流体穿过所述每个挡板，从而更好地将多个挡板周围的流体重新引导到第一出口和/或第二出口。
15.当该装置包括多个挡板时，导管可以进一步包括：布置在多个挡板和第二出口之间的歧管；多个分支通道，其中多个分支通道的每个分支通道从多个挡板中的一个挡板通向歧管。
16.在被挡板分离后，歧管和分支通道助于防止较高气体密度的流体与流体的较低气体密度部分混合和重新组合。
17.第二出口可以包括内部导管和外部导管；其中外部导管围绕内部导管布置；并且内部导管的壁包括可渗透气体但不可渗透液体的膜。优选地，从导管或歧管流向第二出口的流体进入内部导管。当较高气体密度的流体靠近内部导管的边缘流动通过内部导管时，由于气体穿过膜进入外部导管，因此可以提供流体的额外的气体密度/液体密度分离。优选地，膜完全在内部导管的壁上(即，内部导管的壁的长度上和圆周上)延伸，这允许气体在内部导管的任何径向点处从内部导管传递到外部导管。该膜可以是自支撑的。在其他示例中，膜可以部分地布置在内部导管的壁上，其中壁的支撑部分增强了膜(例如，膜前面或后面的框架，或者支撑元件，比如邻近膜或相邻膜部分之间的梁)。
18.根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据第一方面的装置的制冷系统。
19.制冷系统还可以包括流体连接到装置的第一出口和第二出口的压缩机；布置在压缩机和装置的第二出口之间的蒸发器；其中，在使用中，来自第二出口的流体在进入压缩机之前穿过蒸发器，并且来自第一出口的流体在进入压缩机之前不穿过蒸发器。
20.蒸发器可以包括蒸发器管道系统，其中蒸发器管道系统包括内部导管和围绕内部导管布置的外部导管，内部导管的壁包括对气体是可渗透的且对液体是不可渗透的膜。优选地，蒸发器管道系统的膜完全地在蒸发器管道系统的内部导管的壁上(即，内部导管的壁的长度上和圆周上)延伸，这允许气体在内部导管的任何径向点处从内部导管传递到外部导管。该膜可以是自支撑的。在其他示例中，膜可以部分地布置在内部导管的壁上，其中壁的支撑部分加强了膜(例如，膜前面或后面的框架，或者支撑元件，比如邻近膜或相邻膜部分之间的梁)。
21.优选地，蒸发器被配置为使得在使用中，流体在内部导管中进入蒸发器管道系统，并且当流体流动通过管道系统时，则来自流体的气体穿过膜进入外部导管中。以这种方式，内部导管内的流体的液体密度保持较高，以提高制冷质量。
22.制冷系统可以进一步包括缓冲罐；其中缓冲罐被布置在压缩机和装置的第一出口
之间，并且缓冲罐被布置在压缩机和蒸发器之间。以这种方式，缓冲罐防止任何液体制冷剂进入压缩机。
23.制冷系统可以是封闭的制冷系统，使得流体无法离开制冷系统。这提供了比开放式制冷循环具有更高效率的封闭式制冷循环，并且避免了将更多制冷剂流体引入系统中的需要。
24.优选地，包含在制冷系统中的流体是纯制冷剂(即，没有污染物的制冷剂流体)。
附图说明
25.现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的各个方面，其中：
26.图1示出了根据本发明的装置的示例性配置；
27.图2是根据本发明的制冷系统的示意图，其中示出了系统中部件之间的循环制冷剂的流动方向；
28.图3示出了根据本发明的示例性配置的装置的一部分；以及
29.图4示出了根据本发明的示例性配置的蒸发器管道系统的一部分。
具体实施方式
30.参照图1，装置1具有导管5，以用于允许制冷剂流体从流体入口2通过导管5朝向第一出口3和第二出口4流动。制冷剂可以是二氧化碳、氨或任何其他适当的制冷剂。出于描述的目的，如果第一部件比第二部件更靠近流体入口2，则装置1的第一部件被称为第二部件的“上游”。继续这个示例，第二部件在第一部件的“下游”。
31.在使用中，装置1布置在膨胀阀(或等效部件)之后的制冷系统中，该膨胀阀突然降低冷凝的液体制冷剂的压力，从而产生通过入口2进入装置1的饱和的液气混合物。这种饱和的流体的密度可以用其液体密度和气体密度来描述。
32.加速器6在导管5内布置在流体入口2和出口3、4之间。加速器6被配置为加速从入口2通过导管5朝向出口3、4的饱和流体。由于流体中的气体的密度显著地低于液体的密度，因此这种加速导致气体密度和液体密度在流体内分离，流体的具有较高气体密度的部分比流体的具有较低气体密度的部分具有更高的速度。由于流体的这些较高气体密度部分在较低流体密度下比低气体密度部分(其具有相对高的液体密度)移动得更快，因此流体的较高气体密度部分移动到导管5的内边缘。也就是说，在流体已经穿过加速器6之后，流体的气体密度在导管5的内边缘处比在导管5的横截面的中心处更高。类似地，流体的液体密度在导管5的横截面的中心处比在导管5的内边缘处更高。
33.在图1的装置1中，加速器6包括具有减小的内径的一系列三个阀6。更具体地，每个阀6的内径小于其上游相邻阀6(即更靠近流体入口的最近侧阀6)的内径。例如，第一阀可以具有10mm的内径，下一个下游阀具有8mm的内径，随后的下游阀具有6mm的内径。
34.图1的装置1包括一系列挡板7，所述挡板沿着导管5顺序地布置在流体入口2和第一出口3之间。每个挡板7被构造成将较低气体密度流体(较高液体密度流体)的流动朝向第二出口4引导，并且允许较高气体密度流体在挡板7周围朝向第一出口3传递。以这种方式，该装置分离制冷剂流体中的气体密度和液体密度，从而降低装置的第二出口4处的制冷流体的气体密度。如图1所示，挡板7横跨导管5的横截面的中心布置，同时在挡板7的外边缘和
导管5的内壁之间提供间隙(或多个间隙)。在该示例中，较低气体密度流体冲击挡板7并被朝向第二出口4引导，而较高气体密度流体穿过挡板7周围的间隙朝向第一出口3流动。
35.利用一系列挡板7进一步改善了气体密度与流体的分离。如图1所示，第二挡板7b在导管5中布置在第一挡板7a下游。第一挡板7a将流体的一部分引导至第二出口4，并允许流体的另一部分(具有比流体的第一部分更高的气体密度)传递到第二挡板7b。在第一挡板7a的下游(朝向第一出口3)，流体的气体密度保持类似地分布，使得在导管5的内壁附近比在导管横截面的中心附近具有更高的气体密度。这意味着第二挡板7b可以以与第一挡板7a分离加速的制冷剂流体相同的方式，进一步将气体密度与在第一挡板7a周围经过的(已经增加的气体密度)流体分离。附加的挡板7可以被引入到装置1中，并且沿着导管5顺序地布置在加速器6和第一出口3之间，以进一步改善气体密度分离。
36.如图1所示，导管5的内径朝向第一出口3变窄。这保持了高的流体速度，使得气体密度在导管5的内壁附近保持相对较高，从而确保经过第一挡板7a的后续挡板7是有效的并且更多数量的挡板7导致更大量的气体密度分离。挡板7和内壁之间的间隙的尺寸可以调节，以控制由给定挡板7提供的气体密度的分离。间隙的尺寸应该相对于通过装置1的流体的速度来控制(即，气体密度在导管5的横截面上的分布)。
37.装置1包括从第一挡板7a通向第二出口4的分支通道8。第一挡板7a引导具有较低气体密度的流体通过分支通道8朝向第二出口4。如图1所示，当装置1包括多个挡板7时，该装置1优选地包括多个分支通道8，每个通道8对应于一个单独的挡板7。每个分支通道8从对应的挡板7通向设置在挡板7和第二出口3之间的歧管9，使得较低气体密度流体从挡板7、通过分支通道8被引导到歧管9中并引导到第二出口4。这种布置减少了流体的低气体密度部分与流体的较高气体密度部分的混合，从而改善了由装置1提供的气体密度分离。
38.图2示出了装置1如何在制冷系统100中实施，其中部件之间的箭头示出了运行期间制冷剂流动的方向。装置1被布置在膨胀阀150、蒸发器110和缓冲罐120之间。具体地，膨胀阀150流体连接到装置1的流体入口2，装置1的第一出口3流体连接到缓冲罐120，并且装置1的第二出口4流体连接到蒸发器110的入口(蒸发器110的出口流体连接到缓冲罐120)。这种布置意味着具有较高液体密度(即较低气体密度)的流体在到达缓冲罐120之前穿过蒸发器110，而具有较高气体密度(即较低液体密度)的流体被直接引导至缓冲罐120，而不进入蒸发器110。缓冲罐120位于压缩机130的上游并连接到该压缩机，该压缩机压缩气态制冷剂并驱动制冷剂流体通过系统100。
39.流体从第一出口3到压缩机130行进的距离显著小于流体从第二出口4到压缩机130行进的距离。当流体的一部分(较高气体密度流体)返回到压缩机130而不必被驱动通过蒸发器110时，压缩机130为了驱动制冷剂所需做的功减少，因此系统100的能量效率提高。
40.此外，蒸发器130中的流体的液体密度的增加(相对于没有装置1的系统)意味着流体将更慢地移动通过蒸发器130，并且将在蒸发器130内的较低温度下保持饱和状态，从而提高系统100的制冷质量。
41.缓冲罐120包括在图2所示的系统100中，以防止任何液相制冷剂(例如，从装置1的第一出口3离开的或者没有在蒸发器110中蒸发的)进入压缩机130。可以使用替代的气液分离部件来代替缓冲罐，以防止液体进入压缩机。如果装置1被配置为防止任何液体制冷剂流出第一出口3，并且蒸发器110被配置成蒸发所有的制冷剂流体，则在系统100中不需要缓冲
罐120或等效部件，在这样的系统中，第一出口3和蒸发器110都直接连接到压缩机130。
42.图3示出了装置1的示例的一部分，其中突出显示了第二出口4。在第二出口4处，导管5或歧管9(取决于装置1的构造)可以被认为是内部导管10，其中外部导管11围绕内部导管10布置。将内部导管10与外部导管11分隔开的内部导管10的壁包括膜12，该膜对气体是可渗透的且对液体是不可渗透的。这意味着到达第二挡板4的饱和流体中的气体(例如，在被挡板4引导到第二出口4之后)可以穿过内部导管10的膜12壁进入到外部导管11中，这是由于运动流体的较高气体密度部分靠近内部导管10的边缘而促进的。在本发明的一些实例中，膜12完全地在内部导管10的壁(即内部导管10壁的长度和圆周)上延伸，并且膜12是自支撑的。在其他示例中，膜12可以部分地布置在内部导管10的壁上，且壁的支撑部分加强膜12(例如，膜12前面或后面的框架，或者支撑元件，比如邻近膜12或膜12的相邻部分之间的梁)。在制冷系统100中，内部导管10流体连接到蒸发器110，而外部导管11流体连接到压缩机130，但不连接到蒸发器110。以这种方式，进入蒸发器110的流体的气体密度进一步降低，从而提高了制冷质量并减少了由压缩机130驱动流体所需的功。
43.如图4所示，内部导管10/外部导管11布置也可以设置在蒸发器110中。图4示出了蒸发器管道系统111的一部分，其中管道系统111包括内部导管10和围绕内部导管10布置的外部导管11，且内部导管10的壁包括对气体是可渗透的且对液体是不可渗透的膜12。在使用中，当液体制冷剂行进通过内部导管10时，该液体制冷剂蒸发(由于从包围蒸发器110的更高温度区域接收能量)并穿过膜12进入外部导管11中，从而进一步降低了内部导管10中的流体的气体密度。一旦在外部导管11中，气体加速通过蒸发器110流向压缩机130，而保留在内部导管10中的流体将由于其增加的液体密度而减速。这种管道系统111的配置提高了所提供的制冷质量，并减少了由压缩机130驱动系统100所需的功。如同在第二出口4处的内部导管10/外部导管11布置一样，包含在管道系统111中的膜12可以完全地在内部导管10的壁上(即，内部导管10壁的长度和圆周上)延伸，并且膜12是自支撑的。在其他示例中，膜12可以在内部导管10的壁上部分地布置，其中壁的支撑部分加强膜12(例如，膜12前面或后面的框架，或者支撑元件，比如邻近膜12或膜12的相邻部分之间的梁)。
44.如果蒸发器110和第二出口4都包括内部导管10和外部导管111，则第二出口4的内部导管10直接链接到蒸发器管道系统111的内部导管10，并且第二出口4的外部导管11可以直接链接到管道系统111的外部导管11。或者，在本发明的一些实例中，第二出口4的外部导管11不连接到管道系统111，而是连接到制冷系统100的另一部分(例如，缓冲罐120或压缩机130)。

技术特征：
1.一种用于降低制冷系统中的液相制冷剂的气体密度的装置，所述装置包括：流体入口；第一出口；第二出口；导管，其将所述流体入口联接到所述第一出口和第二出口；加速器，其在所述导管内布置在所述流体入口与所述第一出口和第二出口之间；以及挡板，其在所述导管内布置在所述加速器和所述第一出口之间；其中，所述加速器被配置为将来自所述流体入口的流体朝向所述出口加速，从而分离出所述流体中的饱和气体，以降低所述流体中的气体密度；并且所述挡板被配置为将较低气体密度流体的流动朝向所述第二出口引导，并允许较高气体密度流体围绕所述挡板朝向所述第一出口传递。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述挡板是不允许所述流体穿过所述挡板的固体部件。3.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述导管包括从所述挡板通向所述第二出口的分支通道。4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述加速器包括多个阀，其中第一阀的内径大于第二阀的内径，并且其中所述第一阀位于所述第二阀的上游。5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其进一步包括沿所述导管顺序地布置在所述加速器和所述第一出口之间的多个挡板；其中，所述多个挡板中的每个挡板被配置为将较低气体密度流体的流动朝向所述第二出口引导，并允许较高气体密度流体围绕所述挡板朝向所述第一出口传递。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述多个挡板中的每个挡板是不允许流体穿过所述每个挡板的固体部件。7.根据权利要求5或6所述的装置，其中，所述导管进一步包括：设置在所述多个挡板与所述第二出口之间的歧管；多个分支通道，其中所述多个分支通道中的每个分支通道从所述多个挡板中的挡板通向所述歧管。8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第二出口包括内部导管和外部导管；其中，所述外部导管围绕所述内部导管布置；并且所述内部导管的壁包括对气体是可渗透的且对液体是不可渗透的膜。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述膜在所述内部导管的壁的长度上和圆周上延伸。10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为降低纯制冷剂的气体密度。11.一种制冷系统，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的装置。12.根据权利要求11所述的制冷系统，其进一步包括：流体连接到所述装置的第一出口和第二出口的压缩机；布置在所述压缩机和所述装置的第二出口之间的蒸发器；
其中，在使用中，来自所述第二出口的流体在进入所述压缩机之前穿过所述蒸发器，并且来自所述第一出口的流体在进入所述压缩机之前不穿过所述蒸发器。13.根据权利要求12所述的制冷系统，其中，所述蒸发器包括蒸发器管道系统；其中，所述蒸发器管道系统包括内部导管和围绕所述内部导管布置的外部导管，所述内部导管的壁包括对气体是可渗透的且对液体是不可渗透的膜。14.根据权利要求13所述的制冷系统，其中，所述蒸发器管道系统的膜在所述蒸发器管道系统的内部导管的壁的长度上和圆周上延伸。15.根据权利要求12至14中的任一项所述的制冷系统，其进一步包括缓冲罐；其中，所述缓冲罐布置在所述压缩机和所述装置的第一出口之间，并且所述缓冲罐布置在所述压缩机和所述蒸发器之间。16.根据权利要求11至15中的任一项所述的制冷系统，其中，所述制冷系统是封闭的制冷系统，使得流体不能离开所述制冷系统。

技术总结
本发明提供了一种用于降低制冷系统中的液相制冷剂的气体密度的装置，该装置包括：流体入口；第一出口；第二出口；将流体入口联接到第一出口和第二出口的导管；以及挡板，其布置在导管内位于加速器和第一出口之间；其中，加速器被配置为将来自流体入口的流体朝向出口加速，从而分离出流体中的饱和气体，以降低流体中的气体密度；并且挡板被配置成将较低气体密度流体的流动朝向第二出口引导，并允许较高气体密度流体围绕挡板朝向第一出口传递。通过以这种方式提供装置，提高了制冷系统中的能量效率和制冷的质量。效率和制冷的质量。效率和制冷的质量。


技术研发人员：伯纳德
受保护的技术使用者：特里联合有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2023/10/20