CN101443608B - 用于制冷剂系统的闭环除湿回路 - Google Patents

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Abstract

从主制冷剂回路分离的闭环再加热回路提供为制冷剂系统的一部分。在闭环再加热回路中，制冷剂流动通过辅助热交换器，制冷剂在辅助热交换器处将热量传递到主回路内的制冷剂，在进入蒸发器之前增加制冷剂的冷却和除湿能力。闭环回路还包括放置在已经经过蒸发器的空气流的至少一部分的路径内的再加热热交换器。在已经在蒸发器内从空气移除足够的量的湿气以提供舒适的湿度水平之后，再加热热交换器将供应到调节的空间的空气再加热到希望的温度。通过利用闭环再加热回路，用于总的制冷剂系统的控制复杂度降低并且更加灵活，并且制冷剂系统操作更加可靠并且满足各种环境状况和潜在的应用。还披露了分离的再加热回路构思的各种特征和选择。

Description

用于制冷剂系统的闭环除湿回路
技术领域
本发明涉及制冷剂系统，其中，闭环除湿回路包括到系统原理图中。
背景技术
制冷剂系统用于控制要调节的各种室内环境内的空气的温度和湿度。在以冷却模式操作的典型的制冷剂系统中，制冷剂在压缩机内被压缩并且被输送到冷凝器(或在此情况中室外的热交换器)。在冷凝器中，热量在外部环境空气和制冷剂之间交换。制冷剂从冷凝器传送到膨胀设备，制冷剂在膨胀设备处膨胀到更低的压力和温度，并且随后到达蒸发器(或在此情况中室内的热交换器)。在蒸发器中，热量在制冷剂和室内空气之间交换，以调节室内空气。当制冷剂系统操作时，蒸发器冷却正在被供应到室内环境的空气。另外，由于室内空气的温度降低，湿气通常也被从空气取出。以此方式，也能够控制室内空气的湿度水平。
在一些情况中，为了在调节的空间内提供舒适度使得空气达到的温度水平可能需要高于提供理想的湿度水平的温度。这向制冷剂系统设计者提出挑战。解决这样的挑战的一个方法为利用包括再加热线圈的各种原理。在许多情况中，放置在蒸发器后面的室内空气流内的再加热线圈用于在供应到调节的空间的空气已经在蒸发器内被冷却并且湿气已经被移除之后再加热供应到调节的空间的空气。
将这些再加热回路集成到制冷剂系统内的一个挑战为，再加热回路需要连接到与特定的流量控制设备关联的主制冷剂环路。诸如三通阀、止回阀或其它阀系统的流量控制设备可以需要附加的控制功能性并且经常存在可靠性和制冷剂迁移问题。例如，如已知的，制冷剂将迁移到制冷剂系统内的最冷的地点。最冷的地点将根据操作模式改变。在传统的冷却模式中，制冷剂将自然地迁移到未发挥作用的再加热线圈，并且在再加热模式中，典型地将发生相反的现象。在制冷剂系统内的此制冷剂再分布影响流动通过主制冷剂环路的制冷剂的量，这又可以导致严重的系统故障和可靠性问题。另外，因为再加热环路接近地联结到主制冷剂回路，用于再加热功能和传统的冷却的系统控制变得比希望的更加复杂。换句话说，此复杂性起因于制冷剂实质上在主制冷剂环路和再加热回路之间分享的事实。与利用主回路制冷剂的再加热构思相关的另一个问题与制冷剂系统的操作灵活性受到损害的事实关联。因此，满足宽范围的操作和环境状况和潜在的应用变得特别困难。
在过去，分开的闭环制冷剂回路已经用于各种目的，然而，它们不曾结合制冷剂系统使用并且提供除湿。从而，需要具有分离的制冷剂回路的可靠的制冷剂系统以满足市场需要并且提供操作灵活性。
发明内容
在本发明中，闭环再加热回路结合主制冷剂系统使用。闭环再加热回路包括一对热交换器，其中，再加热热交换器通过放置在已经经过蒸发器的空气流的至少一部分的路径内提供有效的再加热功能。如已知的，此再加热热交换器将趋向于再加热空气，使得在蒸发器内能够将空气冷却到低于其希望的舒适的温度，以移除足够的量的湿气，并且从而提供舒适的湿度水平。空气随后经过再加热热交换器，在那里空气的温度增加以获得通过要调节的环境的占据者设定的希望的温度。如已知的，在再加热热交换器中，热量从制冷剂传递到空气以再加热空气。
另一个热交换器为辅助热交换器，其中，由于热传递相互作用，闭环再加热回路内的制冷剂冷却主制冷剂回路内的制冷剂。换句话说，在辅助热交换器中，热量从主回路制冷剂传递到循环通过再加热环路的制冷剂。因此，加热闭环再加热回路内的制冷剂，同时主制冷剂回路内的制冷剂将在其到达蒸发器时具有增加的冷却能力。闭环再加热回路内的制冷剂离开辅助热交换器并且返回再加热热交换器。
在一个披露的实施例中，包括液体泵以驱动制冷剂通过闭环再加热回路。更进一步地，液体泵可以提供有能够用于获得再加热热交换器内的可变的制冷剂流量并且从而获得可变的容量的变速驱动器或诸如可调的阀的外部流量控制设备。
在另一个实施例中，本发明可以与围绕冷凝器旁路制冷剂的至少一部分以获得蒸发器内的可变的冷却能力的选择一起使用。此控制特征可以与变速液体泵或/和与可调的再加热回路阀分开地或结合地使用。
在再一个实施例中，与通过主回路循环的制冷剂不同的制冷剂用于闭环再加热回路。更进一步地，再加热回路内的制冷剂成分能够配制为遍及回路维持液相或在再加热热交换器内从气相变为液相并且在辅助热交换器内从液相回到气相。
在再一个实施例中，代替通过液体泵的强制流体流动，使用自然对流或热虹吸循环制冷剂通过再加热回路。明显地，在此实施例中，将需要制冷剂相改变。
能够通过下面的说明书和附图最佳地理解本发明的这些和其它特征，下面是简要描述。
附图说明
图1A示出了本发明的第一原理图。
图1B示出了图1A所示的原理图的替代的原理图。
图2A示出了本发明的第二原理图。
图2B示出了图2A所示的原理图的替代的原理图。
具体实施方式
图1A示出了制冷剂系统20，制冷剂系统20包括压缩机22，压缩制冷剂并且输送制冷剂通过冷凝器24。风扇26在冷凝器24上方运动空气。通过诸如阀30的流量控制设备控制通过旁路线路28的制冷剂流。另一个可选择的阀25可以定位在冷凝器24上游(但是在旁路线路28的转换点的下游)，以帮助制冷剂发送通过冷凝器24和旁路线路28。控制器21能够控制阀30和25以选择地围绕冷凝器24旁路制冷剂的至少一部分。典型地，当在再加热操作模式中不需要制冷剂系统20的全部冷却容量时使用这样的旁路。上述两个制冷剂流在冷凝器24下游结合。当然，控制器21控制制冷剂系统20的其它部件，诸如压缩机22和风扇26和48。
辅助热交换器32定位在冷凝器24下游的液体制冷剂线路上。膨胀设备34定位在辅助热交换器32下游，并且蒸发器36定位在膨胀设备34下游。制冷剂系统20的主回路内的制冷剂流动通过辅助热交换器32，通过膨胀设备34到达蒸发器36并且随后返回压缩机22。
闭环再加热回路38也包括到制冷剂系统20中。闭环再加热回路内的制冷剂流动通过再加热热交换器42。如图所示，风扇48在蒸发器36上方吹空气，并且随后在再加热热交换器42上方吹空气。如已知的，再加热功能允许蒸发器受控以将空气冷却到比空气被输送到其中的环境所希望的温度更低的温度。这允许移除足够的量的湿气(显著地多于否则给定希望的温度可以实现的)并且从而在要调节的环境内提供舒适的湿度水平。一旦空气已经经过蒸发器36，其接下来遇到再加热热交换器42。再加热热交换器42内的制冷剂再加热此空气，使得当空气接近要调节的环境时，其将处于希望的温度。在再加热热交换器42内的此热传递相互作用期间，热量从再加热环路内的制冷剂传递到调节的空气。
液体泵44从再加热热交换器42循环制冷剂通过闭环再加热回路38，通过诸如阀43的可选择的流量控制设备，通过辅助热交换器32并且随后将其返回再加热热交换器42。在再加热热交换器42内，热量从再加热回路内的制冷剂传递到调节的空气，并且在辅助热交换器32内，热量从主回路内的制冷剂传递到再加热回路内的制冷剂(在此情况中，以冷却主回路内的制冷剂)。必须指出，辅助热交换器32内的优选的流动配置为逆流设置。
因为再加热回路38从主回路物理地分离(回路之间的连通分别通过热交换器32和42内的直接的和间接的热传递相互作用进行)，再加热回路内的制冷剂流量能够通过系统控制器21通过可调的阀43或通过用于液体泵44的变速驱动器46独立地控制。因此，能够控制再加热容量。循环通过热交换器32和42的再加热回路的制冷剂的可变的流量能够结合控制旁路阀30和阀25的控制器21使用，以获得离开再加热热交换器42并且供应到调节的空间的空气的希望的温度。阀30和25将控制进入辅助热交换器32的制冷剂的次冷却的量，并且从而在很大程度上控制其在下游蒸发器内的冷却能力。例如，如果需要用更低的冷却进行湿度控制，那么，如已知的，增加旁路冷凝器24的制冷剂的量。包括液体泵44和上游阀43的再加热回路子系统也能够放置在再加热热交换器42上游(辅助热交换器32下游)。在此情况中，流动通过整个再加热回路38的制冷剂必须为液相。此位置以X处的虚线示出。
更进一步地，在图1A所示的原理图中，再加热回路内的制冷剂能够经历相转换并且在辅助热交换器32内从液体变为蒸气并且在再加热热交换器42内从蒸气变为液体。在此情况中，(如下面解释的)可以需要附加的膨胀设备，并且应该防止在液体泵44的入口处的气穴现象，以确保可靠的操作。
另外，因为再加热回路从主回路物理地分离，再加热回路内的制冷剂可以性质不同，具有不同的组成和/或成分并且可以具有大致上不同的操作参数(诸如通过制冷剂充量控制的压力)。
图1B所示的另一个原理图120具有定位在主制冷剂回路内的冷凝器24上游的辅助热交换器132。在此情况中，辅助热交换器132内的热传递相互作用发生在再加热回路138内的制冷剂和排放线路制冷剂蒸气(与图1A所示的液体线路制冷剂对比)之间。如前面提到的，如果再加热回路制冷剂改变相(在液体和蒸气之间)，可以需要再加热回路膨胀设备47，并且在液体泵44的入口处维持液体制冷剂的状态，以防止气穴现象。在所有其它方面中，此实施例与图1A所示的实施例相同。
图2A示出了另一个实施例50，其中，通过自然对流现象或所谓的热虹吸作用代替通过图1A和1B所示的液体泵44提供的再加热回路3 8内的制冷剂的强制流动。因此，在此情况中，不再需要液体泵44，但是，为了此构思正确地发挥作用，再加热回路内的制冷剂应该在液体和蒸气之间改变相。在此实施例中，闭环再加热回路52包括截流阀54、辅助热交换器32、和再加热热交换器58。如前所述，再加热热交换器58放置在通过风扇56在蒸发器36上方吹的空气流的至少一部分的路径内。再加热回路52内的制冷剂由于重力循环。制冷剂在再加热热交换器58内冷凝并且由于重力自然地向下流动。此制冷剂随后被抽到辅助热交换器32，在那里，此制冷剂蒸发并且由于密度差异上升。随后，制冷剂再次进入再加热热交换器58并且该循环本身重复。以此方式，完成遍及再加热回路52的自然循环。
图2B示出了另一个实施例150。此实施例与实施例50相似，除了再加热热交换器158利用主回路的排放线路内的制冷剂蒸气作为用于再加热回路152内的制冷剂的热量源。
本发明提供作为从主制冷剂回路分离的分开的闭环回路的再加热功能。这样的系统的控制比用于选择地从主制冷剂回路分接制冷剂以提供再加热功能的制冷剂系统的控制复杂度更低并且更加灵活。由于改变环境状况和制冷剂迁移问题，已知系统的控制和操作的可靠性更低并且经常需要附加的部件。通过利用分开的闭环再加热回路，消除了这些顾虑，并且系统更好地适用于各种环境和潜在的应用。
本领域中的普通技术人员应该理解，某些修改属于本发明的范围。因此，应该研究接下来的权利要求书以确定本发明的真正的范围和内容。

Claims (23)

1.制冷剂系统，包括：
主制冷剂回路，包括压缩机、冷凝器、辅助热交换器、膨胀设备、和蒸发器；
闭环再加热回路，所述闭环再加热回路传送制冷剂通过所述辅助热交换器和再加热热交换器；
在所述蒸发器上方运动空气的空气运动设备；和
所述再加热热交换器定位为使得已经经过所述蒸发器的空气的至少一部分随后经过所述再加热热交换器。
2.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述辅助热交换器定位在冷凝器下游。
3.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述辅助热交换器定位在冷凝器上游。
4.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，在所述闭环再加热回路内包括液体泵以驱动制冷剂。
5.根据权利要求4所述的制冷剂系统，其中，为所述液体泵提供变速驱动器。
6.根据权利要求4所述的制冷剂系统，其中，在所述闭环再加热回路内包括膨胀设备。
7.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，在所述闭环再加热回路内包括流量控制设备。
8.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，旁路线路连接到所述冷凝器的上游和下游两侧，从而允许绕过所述冷凝器将所述主制冷剂回路内的制冷剂的至少一部分有选择地旁路。
9.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述主制冷剂回路内的制冷剂和所述闭环再加热回路内的制冷剂不同。
10.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述主制冷剂回路内的制冷剂和所述闭环再加热回路内的制冷剂具有相同的组成。
11.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述闭环再加热回路内的制冷剂遍及该闭环再加热回路保持液体状态。
12.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述闭环再加热回路内的制冷剂经历在液相和气相之间的相转换。
13.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，当闭环再加热回路内的制冷剂从辅助热交换器和再加热热交换器之间流过时，所述闭环再加热回路内的制冷剂和所述主制冷剂回路内的制冷剂没有相互混合。
14.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其中，所述闭环再加热回路内的制冷剂不通过所述冷凝器及所述蒸发器、也不回到所述压缩机。
15.制冷剂系统的方法，包括：
在压缩机处压缩制冷剂并且通过主流动线路将制冷剂输送到下游的冷凝器；
提供辅助热交换器，和在所述辅助热交换器下游的蒸发器；
所述主流动线路内的压缩的制冷剂传送到所述冷凝器、所述辅助热交换器、所述蒸发器、并且回到所述压缩机；
提供闭环再加热回路，所述闭环再加热回路传送制冷剂通过所述辅助热交换器，并且随后到达再加热热交换器；
空气运动设备在所述蒸发器上方运动空气；和
所述再加热热交换器定位为使得已经经过所述蒸发器的空气的至少一部分随后经过所述再加热热交换器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，液体泵驱动制冷剂通过所述闭环再加热回路。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，变速驱动器改变所述液体泵的速度。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，旁路线路连接到所述冷凝器的上游和下游两侧，从而允许选择地绕过所述冷凝器旁路来自所述主制冷剂线路的制冷剂。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述辅助热交换器定位在冷凝器下游。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述辅助热交换器定位在冷凝器上游。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述闭环再加热回路内的制冷剂遍及该闭环再加热回路保持液体状态。
22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述闭环再加热回路内的制冷剂经历在液相和气相之间的相转换。
23.根据权利要求15所述的方法，其中，所述闭环再加热回路内的制冷剂不通过所述冷凝器及所述蒸发器、也不回到所述压缩机。
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