CN102077039A

CN102077039A - 热气除霜工艺

Info

Publication number: CN102077039A
Application number: CN2009801243671A
Authority: CN
Inventors: F·张; J·张
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-05-25
Also published as: WO2009158612A3; CN102865702A; WO2009158612A2; EP2313712A2

Abstract

公开了一种用于给制冷系统的蒸发器除霜的热气除霜工艺。在示例性实施例中，所述热气除霜工艺包括在向所述蒸发器供应热制冷剂蒸气之前使用液体制冷剂灌满要被除霜的所述蒸发器的步骤。在示例性实施例中，所述热气除霜工艺包括在终止向所述蒸发器供应热制冷剂蒸气后紧接着抽吸降低要被除霜的所述蒸发器内的制冷剂压力的步骤。

Description

热气除霜工艺

相关申请的交叉引用

本国际专利申请要求于2008年6月27日提交的美国临时申请61/076,236的优先权和权益。

技术领域

本发明总地涉及制冷系统，尤其涉及用于给商用制冷系统的蒸发器除霜的热气除霜工艺。

背景技术

商用制冷系统，例如超级市场中的中央制冷系统，包括位于中央的向多个蒸发器提供制冷剂的多个制冷剂蒸气压缩机。通常，蒸发器可位于商店中与多个冷藏陈列柜和甚至可进人的冷却室和冷冻柜相关的各个位置，；冷藏陈列柜用于陈列冷藏产品，例如日用品、新鲜的家禽、鱼、肉产品和家产品，或冷冻产品，例如冷冻的鱼、家禽、肉产品、冰激凌、冷冻糖果或其它冷冻产品。

这类制冷系统包括下列基本部件：多个制冷剂蒸气压缩机、至少一个冷凝器、多个蒸发器，上述压缩机、冷凝器和蒸发器在制冷剂回路中互相连接，膨胀装置与每个蒸发器操作地相关联。操作中，热压缩制冷剂蒸气从压缩机排入制冷剂回路，并通过与冷却介质（通常为大气）成热交换关系的冷凝器。在通过冷凝器时，制冷剂蒸气冷凝为液体。然后温的高压液体制冷剂分配到多个蒸发器。在进入各自的蒸发器之前，温的高压液体穿过与各自蒸发器操作地相关联的膨胀装置并经历膨胀至较低压力的蒸气或液体/蒸气混合物。该较低温度较低压力的液体或液体/蒸气混合物接着流过蒸发器，并从空气吸收热量，从而空气变冷，制冷剂蒸发，其中蒸发器与跟蒸发器相关联的制冷空间的空气成热交换关系。这样，离开蒸发器的低压蒸气返回压缩机的吸入口或供应多个压缩机的吸入歧管。

随着时间的过去，在各蒸发器的各自热交换线圈上累积了霜和/或冰。如果所述累积过多，那么由于空气流通道变得越来越受限制，所以流过蒸发器的空气流会减少，从而引起制冷能力损失。因此，常常根据需要或隔一定时间进行各蒸发器的热交换线圈的除霜，以融化累积在热交换线圈上的霜和冰。已知常用来给蒸发器的热交换线圈除霜的一种方法是热气除霜。

在热气除霜方法中，从压缩机排出的热制冷剂蒸气被改向至要被除霜的蒸发器，而不是通过冷凝器。该改向的热制冷剂蒸气沿相反方向通过要被除霜的蒸发器热交换线圈。热交换线圈上累积的霜和/或冰融化，热制冷剂蒸气冷却并在离开蒸发器之前冷凝成液体。

发明内容

在一方面，本发明涉及一种用于具有要除霜的蒸发器的制冷系统的热气除霜工艺，所述工艺的特征在于，在向所述蒸发器供应热制冷剂蒸气之前使用液体制冷剂灌满要被除霜的所述蒸发器的步骤。

在一方面，本发明涉及一种用于具有要被除霜的蒸发器的制冷系统的热气除霜工艺，所述工艺特征在于，在终止向所述蒸发器供应热制冷剂蒸气之后紧接着抽吸降低要被除霜的所述蒸发器内的制冷剂压力的步骤。

在一方面，本发明涉及一种用于制冷系统的热气除霜工艺，所述制冷系统具有布置在制冷剂回路中的冷凝器、至少一对压缩机和至少一对蒸发器，所述热气除霜工艺包括如下步骤：使用液体制冷剂灌满要被除霜的至少一个蒸发器；向被液体灌满的蒸发器供应热制冷剂蒸气；在终止向要被除霜的蒸发器供应热制冷剂蒸气后紧接着抽吸降低蒸发器内的制冷剂压力；以及将制冷系统重置为用于以冷却模式运行的状态。

在一方面，本发明涉及一种制冷系统，包括布置在制冷剂回路中的冷凝器、至少一对压缩机和至少一对蒸发器，所述制冷系统能选择性地以冷却运行模式和除霜运行模式运行。所述制冷系统包括布置在所述制冷回路中的多个流动控制阀，所述流动控制阀能选择性地定位在打开位置和关闭位置。所述多个流动控制阀中的一个布置将所述压缩机中的第一个的制冷剂抽吸管路与所述压缩机中的第二个的制冷剂抽吸管路互连成流体流动连通的制冷剂管路中。

在本发明的一方面，一种制冷系统，包括相对于制冷剂流以并联关系布置的第一压缩机和第二压缩机、冷凝器、相对于制冷剂流以并联关系布置的第一蒸发器和第二蒸发器，所述压缩机、冷凝器和蒸发器连接在制冷剂回路中、与冷凝器操作地相关联的冷凝器风扇、与第一蒸发器操作地相关联的第一蒸发器风扇、与第二蒸发器操作地相关联的第二蒸发器风扇、与第一蒸发器操作地相关联的第一膨胀装置和与第二蒸发器操作地相关联的第二膨胀装置、以及用于将制冷系统选择性地以冷却运行模式和蒸发器除霜运行模式运行的控制系统。所述控制系统包括：第一流动控制阀，其布置于制冷剂回路中，位于第一和第二压缩机的制冷剂流的下游且位于冷凝器的制冷剂流的上游；第二流动控制阀，其在制冷剂回路中布置在将多个蒸发器互连至第一压缩机吸入口的第一压缩机抽吸管路中；第三流动控制阀，其布置于这样的制冷剂管路中，该制冷剂管路相对于具有第一和第二压缩机的制冷剂流以并联关系从第一压缩机的抽吸管路中的位于第二流动控制阀的制冷剂流上游的位置延伸；第四流动控制阀，其布置于这样的制冷剂管路中，该制冷剂管路在第一压缩机的抽吸管路中的第二流动控制阀上游的位置将第二压缩机的抽吸管路互连至第一压缩机的抽吸管路。所述制冷系统还包括：第五流动控制阀，其在制冷剂回路中布置在位于冷凝器的制冷剂流的下游且位于多个蒸发器的制冷剂流的上游；第六流动控制阀，其布置在绕过第一膨胀装置的制冷剂分支管路中位于第一蒸发器的制冷剂流的上游；以及第七流动控制阀，其布置在绕过第二膨胀装置的制冷剂分支管路中位于第二蒸发器的制冷剂流的上游。所述控制系统还包括控制器，控制器操作以控制各个流动控制阀的每一个的打开和关闭，控制第一压缩机和第二压缩机的运行，冷凝器风扇的运行，并控制第一蒸发器风扇和第二蒸发器风扇的运行。

附图说明

图1为示出配备有根据本发明的热气除霜系统的制冷系统的示例性实施例的示意图；

图2为示出图1中所示制冷系统内各个阀及其它部件在本发明热气除霜工艺各步骤的状态的表格；

图3为图1中所示制冷系统的示例性实施例的示意图，示出了在以冷却模式运行期间制冷系统内各个阀及其它部件的状态；

图4为图1中所示制冷系统的示例性实施例的示意图，示出了在除霜模式第一步骤的操作期间制冷系统内各个阀及其它部件的状态；

图5为图1中所示制冷系统的示例性实施例的示意图，示出了在除霜模式第二步骤的操作期间制冷系统内各个阀及其它部件的状态；

图6为图1中所示制冷系统的示例性实施例的示意图，示出了在除霜模式第三步骤的操作期间制冷系统内各个阀及其它部件的状态；以及

图7为图1中所示制冷系统的示例性实施例的示意图，示出了在除霜模式第四步骤的操作期间制冷系统内各个阀及其它部件的状态。

具体实施方式

首先参考图1，示出了制冷系统100的示例性实施例，包括一对制冷剂蒸气压缩机101和102、冷凝器120、以及多个蒸发器131、132和133，压缩机、冷凝器和蒸发器以传统方式连接在制冷回路中。如传统的实践中，每个蒸发器131、132、133都分别与膨胀装置151、152、153操作地相关联。为示意性而非限制性目的，每个膨胀装置151、152、153都可为传统的恒温膨胀阀。每个蒸发器131、132、133还都分别与蒸发器风扇141、142、143操作地相关联，以便使待冷却并要被供应到气候受控的空间的空气通过与该风扇相关联的与制冷剂回路的制冷剂成热交换关系的蒸发器，气候受控的空间例如是商品陈列柜或冷冻室的展示区等，由此空气被冷却，并且制冷剂被蒸发。设置与冷凝器120操作地相关联的一个或多个冷凝器风扇，用于使环境空气通过与从压缩机101、102排出的热高压制冷剂成热交换关系的冷凝器，由此热高压制冷剂被冷却，并冷凝成高压液体。

制冷系统100还包括布置在制冷回路中多个位置的多个流动控制阀10、20、30、40、50、60-1和60-2，用以选择性地打开或关闭制冷剂从其流过的制冷剂回路的所选分支。第一流动控制阀10布置在制冷剂回路的制冷剂管路2中，处在相对于从第一压缩机101和第二压缩机102的排出口流出的制冷剂流汇合点的制冷剂流的下游，并处在相对于冷凝器120的制冷剂流的上游。第二流动控制阀20布置在制冷剂抽吸管路5中，处在相对于第一压缩机101的吸入口的制冷剂流的上游。第三流动控制阀30布置在制冷剂蒸气管路8中。如图1中所示，制冷剂蒸气管路8相对于具有第一和第二压缩机的制冷剂流以并联关系从第一压缩机101的抽吸管路5中的位于第二流动控制阀20的制冷剂流上游的位置延伸。第四流动控制阀40布置在与和第一压缩机101流动连通的抽吸管路5互相连接的抽吸管路6中，抽吸管路6与跟第二压缩机102流动连通的抽吸管路7流体流动连通。第五流动控制阀50布置在与冷凝器120的制冷剂出口互相连接的制冷剂管路4中，制冷剂管路4与蒸发器131和132的各自的制冷剂入口制冷剂流动连通。第六流动控制阀60-1布置在第五流动控制阀50与蒸发器131中间的制冷剂管路分支4-1中。第七流动控制阀60-2布置在第五流动控制阀50与蒸发器132中间的制冷剂管路分支4-2中。制冷剂管路分支4-1提供绕过膨胀阀151的流动路径，制冷剂管路分支4-2提供绕过膨胀阀152的流动路径。另外的流动控制阀80可布置在膨胀阀153上游的制冷剂分支管路4-3中。每个前述流动控制阀10、20、30、40、50、60-1、60-2和80都可包括具有流体可通过阀的打开位置和流体无法通过阀的关闭位置。

根据图2中所示表格中列出的状态表，通过多个阀10、20、30、40、50、60-1和60-2的选择性定位、以及第一压缩机101、第二压缩机102、蒸发器风扇141和142以及一个或多个冷凝器风扇122的选择性操作，制冷系统100的运行可从冷却模式变换为除霜模式，在冷却模式中，蒸发器131和132冷却被供应到温度受控空间的空气，在除霜模式中，热气用于给蒸发器131和132除霜。制冷系统100可包括与各前述阀、以及系统的其它部件（包括第一压缩机101和第二压缩机102、蒸发器风扇141、142和143、以及冷凝器122）操作地相关联的控制器200，例如微处理器控制器，以选择性地控制各个阀的定位和各系统部件的操作状态，从而基于与相应蒸发器131和132操作地相关联的除霜传感器105的信号的处理来实施热气除霜工艺。

在图2所示的表格中，应当理解：“Comp 1”指的是第一压缩机101；“Comp 2”指的是第二压缩机102；“Y1”指的是第一流动控制阀10；“Y2”指的是第二流动控制阀20；“Y3”指的是第三流动控制阀30；“Y4”指的是第四流动控制阀40；“Y5”指的是第五流动控制阀50；“Y6-1”指的是第六流动控制阀60-1；“Y6-2”指的是第七流动控制阀60-2；“Cond Fan”指的是一个或多个冷凝器风扇122；“Evap Fan”指的是分别与蒸发器131和132相关联的蒸发器风扇141和142。另外，在图3-7中，其中所示的附图标记指代与那些相应附图标记在图1中所指代的并在前文中参考图1描述的相同部件。如图2中所示表格和整个申请中所使用的，“ON（开启）”意味着目标部件在运行中；“OFF（关停）”意味着目标部件未在运行中；“OPEN（打开）”意味着目标阀定位成允许流体从其流过；“CLOSED（关闭）”意味着目标阀定位成阻止流体从其流过。

现在特别参考图2和3，在处于冷却模式的制冷系统100的运行中（图2中的时刻t0），第一压缩机101和第二压缩机102都开启，一个或多个冷却器风扇122开启，蒸发器风扇141、142开启，流动控制阀10、20、50打开，并且流动控制阀30、40、60-1、60-2关闭。由于流动控制阀10打开和流动控制阀30关闭，从第一和第二压缩机101、102排出的热高压制冷剂蒸气经由制冷剂管路2通过冷凝器。由于流动控制阀4关闭，第一压缩机101通过抽吸管路5被供应来自蒸发器131、132的抽吸压力制冷剂，第二压缩机102通过抽吸管路7被供应来自蒸发器133的抽吸压力制冷剂。因此，在冷却模式中，压缩机101、102排放至共用制冷剂管路2和共用的冷凝器120，其中第一压缩机101、冷疑器120和蒸发器131、132在第一制冷剂循环中被连接成制冷剂流动连通，而第二压缩机102、冷凝器120和蒸发器133在第二制冷剂循环中被连接成制冷剂流动连通。

现在特别参考图2和4，在制冷系统10以除霜模式运行的步骤1（图2中的时刻t1）中，第一压缩机101关停，第二压缩机102开启，蒸发器风扇141和142关停，冷凝器风扇122开启，流动控制阀10、50、60-1、60-2打开，流动控制阀20、30、40关闭。在该模式中，蒸发器131、132灌满流过制冷剂管路4和绕过膨胀阀151和152的分支4-1和4-2的来自冷凝器120的液体制冷剂，流动控制阀50、60-1和60-2处于其打开位置。

现在特别参考图2和5，在制冷系统10以除霜模式运行的步骤2（图2中的时刻t2）中，热气，即来自第二压缩机102的热制冷剂蒸气沿反方向通过蒸发器131、132。在除霜模式的该步骤中，第一压缩机101保持关停，第二压缩机102开启，一个或多个冷凝器风扇122和蒸发器风扇141、142都关停，流动控制阀10、20、40关闭，流动控制阀30、50、60-1和60-2打开。由于流动控制阀10关闭和流动控制阀30打开，从第二压缩机102排出的热制冷剂蒸气通过制冷剂蒸气管路8和通过蒸发器131、132内各自的热交换表面，以融化累积在蒸发器热交换表面上的霜和冰。在该步骤中，第一流动控制阀10用作压力阀。当与蒸发器131相关联的除霜传感器105感测的温度达到终止温度时，流动控制阀60-1将关闭。类似地，当与蒸发器132相关联的除霜传感器105感测的温度达到终止温度时，流动控制阀60-2将关闭。

现在特别参考图2和6，在制冷系统10以除霜模式运行的步骤3（图2中的时刻t3）中，通过将流动控制阀30定位在关闭位置而终止热气的流动。另外，流动控制阀10和流动控制阀40都定位在其各自的打开位置。第一压缩机101保持关停，第二压缩机开启，一个或多个冷凝器风扇122被开启，而蒸发器风扇141、142保持关停。在除霜工艺的该步骤中，流动控制阀10、40、60-1、60-2打开，流动控制阀20、30、50关闭。通过制冷系统100这样构造，第二压缩机102从所有的蒸发器抽取制冷剂，包括蒸发器131、132以及关闭的流动控制阀50与蒸发器131、132之间的制冷剂管路4中残留的所有制冷剂。

现在特别参考图2和7，在制冷系统10以除霜模式运行的步骤4（图2中的时刻t4）中，制冷系统100从热气除霜模式转换回冷却模式。在该步骤中，第二压缩机102保持开启，第一压缩机101变回开启。一个或多个冷凝器风扇开启。蒸发器风扇141、142在步骤4期间的最初几分钟内保持关停，然后变回开启，以便蒸发器131、132以冷却模式运行。流动控制阀10、20打开，流动控制阀30、40、60-1、60-2关闭。流动控制阀50在步骤4期间的最初几分钟内保持在其关闭位置，然后当蒸发器风扇141、142开启时返回其打开位置。在该转换步骤结束时，除霜工艺循环已经完成，制冷系统100返回冷却模式，流动控制阀的定位状态和其它系统部件的操作状态都重置，用以制冷系统100以冷却模式运行。

因此，热气除霜工艺包括四个步骤：步骤1为用液体灌满要被除霜的一个或多个蒸发器；步骤2为热气（热制冷剂蒸气）排到要被除霜的一个或多个蒸发器；步骤3为滴下时间及压力降至已经被除霜的一个或多个蒸发器的抽吸压力；和步骤4为冷却模式重新启动。在除霜工艺开始时要被除霜的一个或多个蒸发器的液体灌满使用温制冷剂液体灌满要被除霜的一个或多个蒸发器的一个或多个热交换线圈，以备热制冷剂蒸气排入那些线圈。当除霜传感器105感测的制冷剂管路温度达到终止温度时，终止将热制冷剂蒸气排到要被除霜的一个或多个蒸发器的一个或多个热交换线圈。此时，制冷剂被吸出已被除霜的一个或多个蒸发器，将其中的制冷剂压力返回至抽吸压力，并且在制冷系统100返回冷却模式中的操作时，允许液体制冷剂滴下以保证不潮湿运行。

Claims

1. 一种用于具有要被除霜的蒸发器的制冷系统的热气除霜工艺，所述工艺特征在于，在向所述蒸发器供应热制冷剂蒸气之前使用液体制冷剂灌满要被除霜的所述蒸发器的步骤。

2. 一种用于具有要被除霜的蒸发器的制冷系统的热气除霜工艺，所述工艺特征在于，在终止向所述蒸发器供应热制冷剂蒸气之后抽吸降低要被除霜的所述蒸发器内的制冷剂压力的步骤。

3. 一种用于制冷系统的热气除霜工艺，所述制冷系统具有布置在制冷剂回路中的冷凝器、至少一对压缩机和至少一对蒸发器，所述热气除霜工艺包括如下步骤：

使用液体制冷剂灌满要被除霜的至少一个蒸发器；

向被液体灌满的蒸发器供应热制冷剂蒸气；

在终止向要被除霜的蒸发器供应热制冷剂蒸气后紧接着抽吸降低蒸发器内的制冷压力；以及

将制冷系统重置为用于以冷却模式运行的状态。

4. 一种制冷系统，包括布置在制冷剂回路中的冷凝器、至少一对压缩机和至少一对蒸发器，所述制冷系统能选择性地以冷却运行模式和除霜运行模式运行，所述制冷系统包括布置在所述制冷剂回路中的多个流动控制阀，所述流动控制阀能选择性地定位在打开位置和关闭位置，所述制冷系统的特征在于，所述多个流动控制阀中之一被布置在将所述至少一对压缩机中的第一个的制冷剂抽吸管路与所述至少一对压缩机中的第二个的制冷剂抽吸管路互连成流体流动连通的制冷剂管路中。

5. 一种制冷系统，包括相对于制冷剂流以并联关系布置的第一压缩机和第二压缩机、冷凝器、相对于制冷剂流以并联关系布置的第一蒸发器和第二蒸发器，所述压缩机、冷凝器和蒸发器连接在制冷剂回路中、与冷凝器操作地相关联的冷凝器风扇、与第一蒸发器操作地相关联的第一蒸发器风扇、与第二蒸发器操作地相关联的第二蒸发器风扇、与第一蒸发器操作地相关联的第一膨胀装置和与第二蒸发器操作地相关联的第二膨胀装置、以及用于将制冷系统选择性地以冷却运行模式和蒸发器除霜运行模式运行的控制系统，其特征在于所述控制系统包括：

第一流动控制阀，其布置于制冷剂回路中，处于第一和第二压缩机的制冷剂流的下游且处于冷凝器的制冷剂流的上游；

第二流动控制阀，其在制冷剂回路中布置于将多个蒸发器互连至第一压缩机吸入口的第一压缩机抽吸管路中；

第三流动控制阀，其布置于这样的制冷剂管路中，该制冷剂管路相对于具有第一和第二压缩机的制冷剂流以并联关系从第一压缩机的抽吸管路中位于第二流动控制阀的制冷剂流上游的位置延伸；

第四流动控制阀，其布置于这样的制冷剂管路中，该制冷剂管路在第一压缩机的抽吸管路中位于第二流动控制阀上游的位置将第二压缩机的抽吸管路互连至第一压缩机的抽吸管路。

6. 如权利要求5所述的制冷系统，其特征在于所述控制系统还包括：

第五流动控制阀，其布置在制冷剂回路中，位于冷凝器的制冷剂流的下游且位于多个蒸发器的制冷剂流的上游；

第六流动控制阀，其布置在绕过第一膨胀装置的制冷剂分支管路中位于第一蒸发器的制冷剂流的上游；以及

第七流动控制阀，其布置在绕过第二膨胀装置的制冷剂分支管路中位于第二蒸发器的制冷剂流的上游。

7. 如权利要求6所述的制冷系统，其特征在于所述控制系统还包括控制器，该控制器操作以控制第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七流动控制阀的每一个的打开和关闭、控制第一压缩机和第二压缩机的运行、控制冷凝器风扇的运行并控制第一蒸发器风扇和第二蒸发器风扇的运行。

8. 如权利要求7所述的制冷系统，其中当制冷系统以冷却模式运行时，所述控制器操作以驱动第一压缩机和第二压缩机、冷凝器风扇、第一和第二蒸发器风扇，打开第一、第二和第五流动控制阀，并关闭第三、第四、第六和第七流动控制阀。

9. 如权利要求7所述的制冷系统，其中当制冷系统从冷却模式转换到除霜模式时，所述控制器操作以关停第一压缩机及第一和第二蒸发器风扇，驱动第二压缩机和冷凝器风扇，打开第一、第五、第六和第七流动控制阀，并关闭第二、第三和第四流动控制阀，从而将第一和第二蒸发器灌满液体制冷剂。

10. 如权利要求7所述的制冷系统，其中当制冷系统以除霜模式运行时，所述控制器操作以驱动第二压缩机，关停第一压缩机、冷凝器风扇及第一和第二蒸发器风扇，打开第三、第五、第六和第七流动控制阀，并关闭第一、第二和第四流动控制阀，从而来自第二压缩机的热气被引导通过第一和第二蒸发器。

11. 如权利要求7所述的制冷系统，其中当制冷系统以除霜模式运行时，所述控制器操作以驱动第二压缩机和冷凝器风扇，关停第一压缩机及第一和第二蒸发器风扇，打开第一、第四、第六和第七流动控制阀，并关闭第二、第三和第五流动控制阀，从而终止到第一和第二蒸发器的热气流，并从第一和第二蒸发器抽出制冷剂以抽吸降低第一和第二蒸发器中的制冷剂压力。