CN101248321A - 对制冷电路中蒸发器进行除霜的方法 - Google Patents

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CN101248321A CNA2005800513707A CN200580051370A CN101248321A CN 101248321 A CN101248321 A CN 101248321A CN A2005800513707 A CNA2005800513707 A CN A2005800513707A CN 200580051370 A CN200580051370 A CN 200580051370A CN 101248321 A CN101248321 A CN 101248321A
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Abstract

用于对按照预定流向循环制冷剂的制冷电路(2)中的蒸发器进行除霜的方法，所述制冷电路(2)按照流向包括压缩机单元(4)、散热热交换器(6)、膨胀器件(12)和蒸发器(14)，其中所述蒸发器(14)包括至少两个制冷剂导管(42；44)，并且所述方法包括以下步骤：(a)在正常冷却模式下操作所述制冷电路(2)，其中，从所述散热热交换器(6)流出的所述制冷剂流过所述膨胀器件(12)和所述蒸发器(14)，并流向所述压缩机单元(4)；(b)通过中断从所述散热热交换器(6)流出的所述制冷剂流入所述蒸发器(14)，来终止所述冷却模式；以及(c)将热气制冷剂引导通过所述蒸发器(14)的制冷剂导管(42；44)的仅仅一部分，以对所述蒸发器(14)进行除霜。

Description

对制冷电路中蒸发器进行除霜的方法
技术领域
本发明涉及一种对制冷电路中蒸发器进行除霜的方法，用于使制冷剂按照预定流向循环，该制冷电路按照流向包括：压缩机单元、散热热交换器、膨胀器件和蒸发器。本发明进一步地涉及一种对应的制冷电路以及在这种制冷电路内部的与这种方法相结合使用的蒸发器。
背景技术
制冷电路中蒸发器结冰现象是常见问题。在普通冷却模式下，来自环境空气的蒸汽凝缩并冻结在蒸发器的热交换表面上，并且随时间增长而形成持续增大的冰层。众所周知，这种冰层降低了蒸发器的传热性能，导致制冷系统效率降低以及运行成本增加。
普通的蒸发器包括至少一个用于将制冷剂引导通过蒸发器的导管，并且通常包括用于增大蒸发器热交换表面的散热片。导管经常是带有多个通过蒸发器的通道的迂回管，而散热片是具有开口的片状元件，开口供导管的各个通道或各个部分延伸通过。散热片和导管部分通过例如压配合进行相互固定，从而相互提供所需的结构稳定性。
一般通过对蒸发器进行除霜来消除蒸发器上的积冰。典型的除霜方法是中断正常的冷却操作来对蒸发器进行除霜。给蒸发器加热则有可能使得除霜周期缩短。在许多应用中，蒸发器的环境温度是很严格的。比如，如果制冷电路是超市制冷系统的一部分，那么蒸发器通常在陈列冷藏柜内部，而在任何情况下都应当避免在除霜操作过程中突然升高这种陈列冷藏柜中食物温度。因此，应当在很短的时间内完成除霜操作，而这样则需要在很短时间内提供大量的热量。另一方面，由于空间要求和经济上的原因，应该避免采用任何额外的除霜装置。
发明内容
本发明的目标之一是提供一种对制冷电路中蒸发器进行除霜的简便方法，这种方法允许在很短时间内提供大量热量，这样避免了对蒸发器环境加热，而且不增加操作成本。
根据本发明的实施例，提供一种用于对制冷电路中的蒸发器进行除霜的方法，该方法包括下列步骤：
(a)在正常冷却模式下操作制冷电路，其中，从散热热交换器流出的制冷剂流过膨胀(expansion)器件和蒸发器，并流向压缩机；
(b)通过中断从散热热交换器流出的制冷剂流入蒸发器，来终止冷却模式；以及
(c)将热气制冷剂引导通过蒸发器的制冷剂导管的仅仅一部分，以对蒸发器进行除霜。
以热气制冷剂形式提供所需热量。可以从制冷电路供应热气制冷剂。为了提供用于除霜的热量，这种热气制冷剂被导入蒸发器。热气制冷剂可以通过蒸发器的核心部分(即，通常是除霜周期中待清除的冰层之内的部分)。冰层将热气与蒸发器的环境相隔离，并且避免产生任何较大的温度变化。在最好的情况下，一旦冰完全融化，就终止将热气制冷剂流向蒸发器，以便在蒸发器的环境中基本上观察不到温度升高。
用来除霜的热气可以从制冷电路的压缩机单元的出口或者出口附近导入。气体相应地以高压和高温离开压缩机单元并进入散热热交换器。
可以引导热气制冷剂通过蒸发器的制冷剂导管。蒸发器可以包含两个或更多制冷剂导管，并且制冷剂导管优选地具有不同的属性(比如具有不同的长度等)，以便允许高温高压的气体制冷剂通过蒸发器。高温高压的制冷剂将仅在除霜操作期间通过那些导管，该操作可以维持热气制冷剂的高压、高温等。在正常冷却模式期间，可以将从散热热交换器流出的制冷剂通过全部导管，而与导管特性(比如强度等)无关。这样，在正常冷却模式期间使用了蒸发器内部的全部导管，从而增强了蒸发器的性能。也可以提供带有充分特性的全部导管。也可以在正常冷却模式期间将从散热热交换器流出的制冷剂通过仅仅部分的导管。
可以提供传感器(例如，温度传感器等)来检测蒸发器的结冰状态。如果存在传感器，该方法可以包括一旦检测到预定结冰状态就自动开始除霜操作的步骤，和/或一旦检测到预定除霜状态就自动终止除霜操作的步骤。这样允许一旦该系统已经确定了对蒸发器进行除霜的需求，就自动检查蒸发器的结冰状态并且自动对蒸发器进行除霜。可以提供一种仅在特定时间进行除霜操作的定时装置，对于例如超市的制冷系统仅在晚上或者仅在没有顾客或者顾客稀少时进行除霜操作。这可能是优选的，因为在没有顾客接触陈列冷藏柜时，冷却的需求通常较少，从而避免在除霜模式下陈列冷藏柜中食物温度过度升高。在热气制冷剂超高压(比如带有CO2制冷电路)的情况下，这种定时除霜操作可能更有益处。利用这种系统，可以避开在某些情况下被视为危险的超市顾客区中的高压热气制冷剂。在这样的条件下，流向蒸发器的热气制冷剂可以被阻挡在超市顾客区之外(比如在制冷电路的机房中，特别是紧挨着压缩机单元本身)。终止除霜操作之后，除霜管道中的高压热气制冷剂可以被排干(比如排到制冷系统中任意特定位置)。因此，在超市营业时间内，顾客区中不存在高压。
在除霜操作期间从蒸发器流出的热气制冷剂可以被排干或者流回到制冷电路的液体供给管道中。
在除霜操作的准备过程中，尤其在恰好让热气制冷剂流入和通过蒸发器之前，在中断从散热热交换器流出的制冷剂流向蒸发器的正常流动之后提供排空蒸发器的步骤可能是有益的。可以通过压缩机单元排空蒸发器。一旦完成排空，则可以关闭与压缩机单元的连接，甚至可以关闭压缩机单元。如果没有排空蒸发器，压缩机单元也可以与蒸发器断开连接。在这种情况下，可以关闭压缩机单元。可选地，比如在每次对多个蒸发器中仅单个或者几个蒸发器进行除霜操作的情况下，压缩机单元可以继续工作。
在除霜操作之后，可以停止热气制冷剂流向蒸发器。在返回到正常操作之前，即在让从散热热交换器流出的制冷剂流过蒸发器之前，可以在终止热气制冷剂流动之后排空蒸发器。
本发明还涉及一种按照预定流向对制冷剂进行循环的制冷电路，该制冷电路按照流向包括：压缩机单元、散热热交换器、膨胀器件和蒸发器，其中制冷电路还包括通向蒸发器的热气管路和位于热气管路中的除霜器阀门。热气管线可以从压缩机单元出口延伸到蒸发器入口。热气管线也可以从其他多个热气制冷剂源延伸到蒸发器入口。热气管线可以连接到仅一个蒸发器的制冷剂导管或者仅连接到蒸发器制冷剂导管的一部分。蒸发器内部的单独制冷剂导管在物理上可以完全相互分离。如果在蒸发器的制冷剂导管之间存在连接，那么可以在这种连接管路或者桥接管路中提供阀门。该阀门可以与除霜器阀门以物理或者电子等的方式设置，以便每次能打开除霜器阀门和该阀门中的仅仅一个。
可以提供入口桥接管路，其连接两个或更多制冷剂导管的入口并且包括入口阀门。可以提供出口桥接管路，其连接两个制冷剂导管的出口并且包括出口阀门。
该制冷电路可用于工业冷却系统、超市制冷系统等等。该制冷电路可以提供不同的冷却温度水平，比如为用于冷冻食品的陈列冷藏柜提供低度温度冷却，为鱼、奶产品等提供中度温度冷却。用于比如低温电路除霜的热气可以源于中温电路，反之亦然。在除霜之后，制冷剂也可以流回到相应的其他电路中。
本发明还涉及根据本发明的实施例的制冷电路的蒸发器，包括两个制冷剂导管，其中一个制冷剂导管的强度高于另一个制冷剂导管的强度。
附图说明
参考附图，本发明的实施例在下文中得以详细说明，在附图中：
图1显示根据本发明的制冷电路；
图2显示根据本发明的蒸发器，与其相关的管道和阀门处于正常冷却模式中；
图3显示图2中的蒸发器处于正常冷却模式和除霜模式之间的中间模式；
图4显示图2的蒸发器处于除霜模式中；
图5显示图2中的蒸发器处于除霜模式和正常冷却模式之间的中间模式；
图6显示根据本发明的带有不同管道的蒸发器；以及
图7显示与图2中的蒸发器相类似的蒸发器。
具体实施方式
图1显示用于按照预定流向对制冷剂进行循环的制冷电路2。制冷电路2按照流向包括压缩机单元4、散热热交换器6、接收器8、包括膨胀器件12和蒸发器14的至少一个制冷用电装置10。
压缩机单元可以包括一个或者多个相互串联或者并联的压缩机16。
如果使用普通的制冷剂，则散热热交换器6可以是凝汽器。在使用诸如CO2等“超临界”制冷剂的情况下，即如果制冷电路2至少在特定运行条件下以超临界模式工作，那么散热热交换器6的类型被称为气体冷却器。
接收器或者液体/流体分离器8接收从散热热交换器6流出的制冷剂。液体制冷剂聚集在接收器8的下部18，而气态的制冷剂出现在接收器8的上部。闪发气体(flash gas)管路20将接收器8上部与压缩机单元4(在本实施例的情况下为分离的压缩机22)相连。分离的压缩机22可以被单独控制，以便(尤其在经济运行方面)优化压缩闪发气体的步骤。
高压管路24将压缩机单元4的出口26与接收器8的进口28相连。在制冷电路2用于超市制冷系统的中等温度冷却(即制冷用电装置10将用于肉、奶产品、鱼等的陈列冷藏柜冷却到稍高于0度)的典型应用中，高压管路24中的压力可以达到120巴，而在“夏季模式”下通常约为85巴，在“冬季模式”下通常约为45巴。高压管路24中的制冷剂温度约为120℃。
在散热热交换器中，制冷剂温度通常降低到约35℃，而制冷剂压力基本维持不变。高压连接管路30连接散热热交换器6的出口32和接收器8的进口34。中间的膨胀器件36位于高压连接管路30中。在上述中等温度冷却的实例中，中间的膨胀器件36将压强减少到30巴到40巴之间，并且优选为36巴，而这种中等压力通常与“冬季模式”和“夏季模式”无关。在中间的膨胀器件36之后的对应温度约为0℃到5℃。
液体管路38连接接收器8的液体部分18和制冷用电装置10。制冷用电装置10的膨胀器件12通常可将压强降到20巴到30巴之间，并且压强约为26巴会导致蒸发器14中的温度约为-10℃。流出蒸发器14的制冷剂经由吸入管路40引入到压缩机单元4中。
由于每个制冷用电装置10的蒸发器14与环境空气相接触，它通常包括类似于散热片之类的表面扩展装置。在运行期间与环境空气相接触，导致从环境空气到蒸发器14热交换器表面的水分冻结，从而在这些表面上积冰。蒸发器结冰引起性能急剧下降。为了除冰，本发明在蒸发器中提供至少两个制冷剂导管42、44，提供用于除霜目的的供应热气制冷剂的热气制冷剂管路46，并提供用于使制冷剂流回到制冷电路2的主要部分的除霜回流管路48。
参考图2，描述制冷电路2中蒸发器14的管道。除霜器阀门50位于热气管路中。液体供给阀门52位于液体管路38中，优选地按照流向位于膨胀器件12之前。为了分别控制蒸发器的温度和制冷性能，膨胀器件12优选为可控膨胀器件。液体供给阀门52和膨胀器件12可以相互组合，也可以相互间集成。
入口桥接管路54将热气管路46与液体管路38、不同的制冷剂导管42和44相应地相互连接。类似的，出口桥接管路56将吸入管路40分别与回流管路48、制冷剂导管42和44相应地相互连接。入口阀门58可以存在于入口桥接管路54中，而出口阀门60位于出口桥接管路56中。回流阀门62可以位于回流管路48中。
制冷剂导管42、44具有不同的特性。具体地，热气制冷剂导管44具有允许热的高压高温气体通过的特性。因此，制冷剂导管44优选地具有比制冷剂导管42更高的强度，优选地具有比制冷剂导管42更厚的壁厚。制冷剂导管44还可以由具有良好热特性的材料制成，允许与热气相接触，并且进一步地在除霜操作器件可以承受高温差。
热气制冷剂导管44和制冷剂导管42可以利用回流部分64在几个通道中通过蒸发器14，以便每个制冷剂导管42、44(优选包括多个导管)来回地通过蒸发器14。连接到制冷剂42、44的是本领域中公知的散热片66。
蒸发器14内部热气制冷剂导管44和制冷剂导管42的设置可为了特定应用而进行优化。优选地，蒸发器14内部的热气制冷剂导管44的分布可以设置成使在蒸发器内进行均匀的除霜操作，以便在蒸发器内部的任意位置大致同时地完成除霜操作。
传感器68可以用于检测蒸发器的结冰情况。传感器68可以是普通的温度传感器，比如热偶等。任何其他的传感器，比如光学传感器、物理传感器等，均可用于检测结冰情况。传感器信息可以被提供给控制除霜操作的控制器(未显示)。一旦自上次除霜周期算起已经经过了一定时间，这种控制就可以开启除霜模式。可选地，传感器也提供用于开启除霜模式的信息。可选地，在经过了某个预定时间之后，这种控制可以停止除霜操作。可选地，一旦传感器用信号通知充分的除冰状态，那么这种控制可以停止除霜周期。在采用温度传感器的情况下，如果相邻蒸发器14的热交换表面的温度明显超过融点(优选在5℃到20℃之间的温度，以及优选约10℃到15℃的温度)，则可保证充分的除冰状态。
如图1所示，热气管路46可以连接到压缩机单元4的出口26。热气阀门50可以优选地相邻于压缩机单元4，从而在没有进行除霜的情况下，则不发生损耗。回流管路48优选地连接到液体管路38，并且可以连接到接收器8等等。每个制冷用电装置10优选地具有对应的除霜系统。单独的除霜系统可以用于每个制冷用电装置10。然而，优选具有单个热气管路46，并且优选具有连接到相应的制冷用电装置10的除霜系统的单个回流管路48。优选地，用于每个单独的制冷用电装置10的除霜操作可以独立于另一个制冷用电装置10进行，以便每次仅有一个或者有限数量的制冷用电装置进行除霜。为了实现此效果，热气管路46和可能的回流管路48提供通向单独的制冷用电装置的相应的分支管路。可以在单独的分支管路中提供阀门，从而连接相应的制冷用电装置或断开与其的连接。可以提供相应的主要热气阀门和/或相应的主要回流阀门，用于将除霜系统与全部制冷用电装置10断开连接。
参考图2到图5，公开了一种用于对蒸发器14进行除霜的方法。在图2中显示用于正常冷却模式的操作。具体地，如阀门中“X”所表示的，管路46中的热气阀门50关闭，而如引导通过阀门52的管路38所示，液体管路38中的液体供给阀门52打开。因此，液体反应物经由打开的入口阀门58流经膨胀器件52和入口桥接管路54，进入制冷剂导管42、44，并且随后通过出口桥接管路56和打开的出口阀门60，通过吸入管路40到达压缩机单元4。在转换到除霜模式的过程中，如图3所示，液体供给阀门52和入口阀门58关闭。来自两个制冷剂导管42、44的蒸汽被吸入压缩机单元4并达到预定的时间。随后，阀门60关闭，因此制冷剂导管42和热气导管44相互隔离。此后，热气阀门50和回流阀门62打开。高压热气立刻进入热气制冷剂导管44，然后开始对蒸发器散热片66进行快速除霜(图4)。
在可以采用各种常用方法(比如利用传感器68)进行检测的除霜周期的末尾(图5)，热气阀门50和回流阀门48关闭。随后，出口阀门60打开，以迅速降低热气制冷剂导管44中的压力。
然后(图2)液体供给阀门52和入口阀门58打开，以返回到普通冷却模式。
上述引用的方法和管道允许在正常冷却模式期间使用全部制冷剂导管42、44。相应的阀门要么利用这种控制，或者经过物理设置，以便热气管路46仅可连接到热气制冷剂导管44，而不能连接到制冷剂导管42。
图6的实施例基本上对应于图1到图5所公开的实施例。然而，热气制冷剂导管44和制冷剂导管42无法相互连通。相应地，在普通冷却操作期间不使用仅用做除霜目的的热气制冷剂导管44。
图7的实施例非常类似于图2的实施例。主要区别在于入口阀门58按照流向设置在膨胀器件12和13之前。这种结构的优点在于，单相液体制冷剂总是存在于图7实施例中的入口阀门58处。在图2到图5的实施例中，入口阀门58处也可以存在两相制冷剂流。这需要高质量阀门，以免具有两相流的阀门腐蚀并导致密封性能降低。图7的实施例具有两个分别用于低压部分和高压部分的分离的膨胀阀门12、13，并且入口阀门58处于液体管路38上。本领域技术人员可以理解图7实施例的操作类似于图2到图5所中公开的操作。

Claims (19)

1、一种用于对按照预定流向使制冷剂循环的制冷电路(2)中的蒸发器(14)进行除霜的方法，所述制冷电路(2)按照流向包括压缩机单元(4)、散热热交换器(6)、膨胀器件(12)和蒸发器(14)，其中所述蒸发器(14)包括至少两个制冷剂导管(42；44)，并且所述方法包括以下步骤：
(a)在正常冷却模式下操作所述制冷电路(2)，其中，从所述散热热交换器(6)流出的所述制冷剂流过所述膨胀器件(12)和所述蒸发器(14)，并流向所述压缩机单元(4)；
(b)通过中断从所述散热热交换器(6)流出的所述制冷剂流入所述蒸发器(14)来终止所述冷却模式；以及
(c)将热气制冷剂引导通过所述蒸发器(14)的制冷剂导管(44)的仅仅一部分，以对所述蒸发器(14)进行除霜。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(c)包括将从所述压缩机单元(4)流出的所述热气制冷剂引导进入所述蒸发器(14)。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中，所述蒸发器(14)包括两个制冷剂导管(42；44)，并且其中，在步骤(c)中所述热气制冷剂被引导通过仅一个导管(44)。
4、如权利要求1到3中任何一项权利要求所述的方法，其中，所述蒸发器(14)包括两个制冷剂导管(42；44)，并且其中，在步骤(a)中从散热热交换器(6)流出的所述制冷剂被引导通过所述导管(42；44)中的至少一个导管。
5、如权利要求1到4中任何一项权利要求所述的方法，还包括在所述除霜周期的末尾终止所述除霜操作并返回到正常的冷却操作。
6、如权利要求1到5中任何一项权利要求所述的方法，还包括用于检测所述蒸发器(14)结冰状态的传感器(68)，并且包括以下步骤：
一旦检测到预定的结冰状态就自动开始所述除霜操作，并且一旦检测到预定的除霜状态就自动终止所述除霜操作。
7、如权利要求1到6中任何一项权利要求所述的方法，还包括以下步骤：
使在除霜操作期间从所述蒸发器(14)流出的热气制冷剂流回到所述液体供给管路(16)中。
8、如权利要求1到7中任何一项权利要求所述的方法，还包括以下步骤：
在步骤(b)之后排空所述蒸发器(14)。
9、如权利要求1到8中任何一项权利要求所述的方法，还包括以下步骤：
在步骤(b)之后断开所述压缩机单元(4)与所述蒸发器(14)的连接。
10、如权利要求1到9中任何一项权利要求所述的方法，还包括以下步骤：
在步骤(c)之后终止热气制冷剂流向所述蒸发器(14)，并且随后在返回到步骤(a)的所述正常操作之前排空所述蒸发器(14)。
11、一种用于按照预定流向使制冷剂循环的制冷电路(2)，按照流向包括压缩机单元(4)、散热热交换器(6)、膨胀器件(12)和具有至少两个制冷剂导管(42；44)的蒸发器(14)，其中，所述制冷电路(2)还包括通向所述蒸发器(14)的热气管路(46)以及位于所述热气管路(46)中的除霜器阀门(50)。
12、如权利要求11所述的制冷电路(2)，其中，所述热气管路(46)从所述压缩机单元(4)的出口(26)延伸到所述蒸发器(14)的入口。
13、如权利要求12所述的制冷电路(2)，其中，所述蒸发器(14)包括两个制冷剂导管(42；44)，并且其中，所述热气管路(46)可连接到所述制冷剂导管(44)中的仅一个导管。
14、如权利要求11到13中任何一项权利要求所述的制冷电路(2)，其中，至少部分的所述制冷剂导管(42；44)具有与其余导管(42；44)不同的特征。
15、如权利要求14所述的制冷电路(2)，其中，可连接到所述热气管路(46)的所述制冷剂导管(44)具有比其余制冷剂导管(42)更高的强度。
16、如权利要求11到15中任何一项权利要求所述的制冷电路(2)，还包括连接两个制冷剂导管(42；44)的入口的入口桥接管路(54)，并且包括入口阀门()。
17、如权利要求11到16中任何一项权利要求所述的制冷电路(2)，还包括连接所述两个制冷剂导管(42；44)的出口的出口桥接管路(56)，并且包括出口阀门(60)。
18、一种用于如权利要求11到16中任何一项权利要求所述的制冷电路(2)的蒸发器(14)，包括至少两个制冷剂导管(42；44)，其中一部分制冷剂导管(42；44)具有与其余制冷剂导管(42；44)不同的特征。
19、如权利要求18所述的蒸发器(14)，其中，所述部分制冷剂导管(42；44)具有比其余制冷剂导管(42；44)更高的强度。
CNA2005800513707A 2005-06-23 2005-06-23 对制冷电路中蒸发器进行除霜的方法 Pending CN101248321A (zh)

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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