CN105650927A - 装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(1)，包括使制冷剂(R)、惰性物质(I)和吸收剂(A)在扩散-吸收循环中循环的发生器(5)、蒸发器(6)、吸收器(8)和冷凝器(9)。发生器(5)和蒸发器(6)布置在电控箱(2)中以从主电元件(3)和次电元件(4)接收热负荷。吸收器(8)和冷凝器(9)布置在电控箱(2)外部且在比蒸发器(6)更高的位置以从发生器(5)和蒸发器(6)接收流体，用于将来自接收到的流体的热散逸到周围环境。选择惰性物质(I)和制冷剂(R)使得惰性物质(I)比制冷剂(R)重以获得离开吸收器(8)的惰性物质(I)向下流动到蒸发器(6)并且离开蒸发器(6)的惰性物质(I)向上流动到吸收器(8)的流体循环。

Description

装置
技术领域
本发明涉及一种装置，更具体地，涉及一种利用扩散-吸收循环以便冷却电元件的装置。
背景技术
先前，已知具有在扩散-吸收循环中使制冷剂、惰性物质以及吸收剂循环的发生器、蒸发器、吸收器和冷凝器的装置。在该已知的解决方案中，可以在期望的位置提供冷却而不需要使用机械泵。
先前已知的解决方案的缺点在于装置的尺寸。在实践中，装置的元件需要被布置成装置的尺寸变得耗费空间，这导致了难于在一些应用中使用该装置的若干实际问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种装置，其中扩散-吸收循环可以被高效地利用并且装置的形状和尺寸不会限制该装置在各种应用中的使用。这个目的通过根据本发明的实施方式的装置来实现。
在该装置中，吸收器布置在比蒸发器更高的位置并且惰性物质和制冷剂被选择为使得惰性物质比制冷剂更重，使得可以在通过该装置获得的性能保持非常好的同时获得有利的装置的尺寸。
附图说明
在下文中，将借助示例并参考附图来更详细地描述该装置，其中图1和图2图示了装置的第一实施例。
具体实施方式
图1和图2图示了装置1的第一实施例。该装置包括电控箱2，电控箱2包围电控箱内的元件，与电控箱外部的周围环境分开。特别地，电控箱防止热在箱的内部和外部之间自由地传递。在实践中上，电控箱例如可以通过气密来防止空气在电控箱2的内部和外部之间自由地传递。
电控箱包含主电元件3和次电元件4。主电元件3具有比次电元件4更高的工作温度。图示的装置1例如可以是电机驱动器，换言之可以是控制对电动机馈电的装置。在这种情况下，主电元件3例如可以包括具有125℃至150℃的工作温度的高功率半导体元件，而次电元件4例如可以包括具有约65℃的工作温度的无源电元件。
在图示的示例中，主电元件3被附接到位于电控箱2中的发生器5，并且发生器5设置有流体通道，用于将从主电元件接收到的热传递到流体通道中的流体。替选地，发生器可以被布置成以一些其他方式从主电元件接收热负荷，诸如经由从主电元件传递到发生器的气流，而不是将主电元件附接到发生器5。
装置1包括位于电控箱2中的蒸发器6，其被布置成接收来自次电元件4的热负荷。在图示的示例中，蒸发器6经由风扇7产生的气流从次电元件4接收该热负荷。然而，替选地，所有或者一些次电元件4可以被附接到蒸发器6。蒸发器6设置有流体通道，用于将从次电元件接收到的热传递到流体通道中的流体。
在电控箱2的外部，装置1包括吸收器8和冷凝器9。此二者各自具有与位于电控箱2内的设备流体连通的流体通道。来源于主电元件和次电元件的热经由吸收器8和冷凝器9散逸到周围的空气。例如可以通过第二风扇11产生通过冷凝器9和吸收器8的气流10，以便增强从吸收器和冷凝器的热散逸。在图示的示例中，作为冷却气流的气流10还通过图示的示例中所包括的预冷器15和精馏器16。为了简便起见，有助于使气流弯转90°的导管或者壁并未在图中示出。如图所示，当冷凝器9和吸收器8首先接收到冷却气流10，并且仅在这之后同一气流被传递到诸如预冷器15和精馏器16的装置的其他元件(在需要的情况下)时，该装置的性能是优异的。然而，与图示的示例相比较，会存在一些实施例，其中流动是反向的。
图示的装置使以下三种不同的流体循环而不需要机械泵：吸收剂A、惰性物质I以及制冷剂R。吸收剂A和制冷剂R被选择为使得它们可以彼此混溶。惰性物质I被选择为使得其与吸收剂和制冷剂不可混溶或者少量混溶。
吸收剂A和制冷剂R的浓溶液(液态)离开吸收器8并且流到发生器5，其在发生器5中被来自主电元件3的热量加热。在图2的示例中，气泡泵12被布置在发生器5的顶部。气泡泵12可以被实现为具有毛细尺寸的一组通道。被认为是毛细的通道的直径取决于内部使用(沸腾)的流体。下面的公式例如可以被用于评估适合的直径：D＝(sigma/(g*(rhol-rhov)))^0.5，其中sigma是表面张力，g是重力加速度，rhov是气体密度而rhol是液体密度。通常这样的毛细通道的内部直径约为1.5mm。
一个替选实施例是使用多端口挤出管，其中每个管包含被纵向壁彼此隔开的多个通道。气泡泵12的通道从电控箱内部向电控箱2的外部延伸。一个替选实施例是给发生器配备气泡泵，换言之，将这些元件制造成单个元件。
当热被发生器5供给到吸收剂A和制冷剂R的浓液体溶液时，制冷剂R蒸发并且蒸汽气泡上升并进入气泡泵12，其中每个狭窄的气泡用作气体活塞并且将具有吸收剂A的液塞向上抬升。气泡泵12的上端设置有从气泡泵12的通道接收流体的歧管(manifold)13。该歧管13可以被实现为在气泡泵12的每个通道之间提供流体路径的管。容器14被设置为第二管，容器14与歧管13流体连通并且定位成低于歧管13。从而在上端离开气泡泵12的通道的液体和蒸汽因重力而分离。液态的制冷剂和吸收剂(主要是吸收剂A)的稀溶液因重力向下流动并且积累到容器14中，经由预冷器15从容器14传递到吸收器8。在图2的示例中通过利用弯曲的气泡泵实现了容器14中的液体的高效积累。包含制冷剂R和剩余的吸收剂A的蒸汽从歧管13传递到精馏器16，在精馏器16中剩余的吸收剂A被去除。
从精馏器16进入冷凝器9的蒸汽状态的几乎纯的制冷剂R在气冷冷凝器9中冷凝。液态的制冷剂R经由气体热交换器17从冷凝器9向下流动到蒸发器6。气体热交换器17与位于电控箱2内部的蒸发器6类似。然而，气体热交换器17可以具有在电控箱2内部的自身隔热的隔间。
蒸汽状态的浓惰性物质I经由热交换器17从吸收器8向下流动到蒸发器6。这迅速地降低了蒸发器6中的液态的制冷剂R的分压。结果，制冷剂R在相对低的温度蒸发，使得蒸发器可以冷却来自次电元件4，或者替选地来自直接附接到蒸发器6的任何次电元件4的气流。得到的制冷剂R和惰性物质I的蒸汽混合物经由气体热交换器17向上流动到吸收器8。气体热交换器17通过将热传输到朝向吸收器9移动的蒸汽制冷剂R和蒸汽惰性物质I的化合物来对朝向蒸发器6移动的液体制冷剂R和惰性物质I蒸汽进行预冷却。
主要包括从预冷器15传递到吸收器8的液体吸收剂A的稀溶液吸收从蒸发器6传递到吸收器的制冷剂R蒸汽。得到的液体吸收剂A和制冷剂R的浓溶液从吸收器8向下流动到发生器5。
为了便于吸收器8位于比蒸发器6更高的位置的图示装置中的上述流体循环，将流体选择为使得惰性物质I比制冷剂R重。从而，如先前说明的，来自吸收器出口的浓惰性气体将向下流动而来自蒸发器的蒸发的制冷剂R和惰性物质I蒸汽的混合物中的稀惰性气体将向上流动。这样的方案的优点在于，如图示的示例中的那样，吸收器可以布置在电控箱的顶盖的外部，换言之，可以在电控箱2的顶部将吸收器与冷凝器9、精馏器16和预冷器15布置在一起。这有助于使装置的宽度X和深度Y相对小，如图示示例中的那样，电控箱2具有足够的空间用于蒸发器6、发生器5以及气体热交换器17。例如在电控箱2的外侧不需要电控箱中的其他设备，，但是作为替代，其他设备可以布置在电控箱的顶部。这样的方案所获得的另外的优点在于装置的设备之间的管线的长度相对短，并且由于设备可以被布置成彼此相对接近，较低的压降使气流路径是短的，因而可以使用低功率的风扇。这降低了压降并有助于使用较小直径的管道。
在图示设备中使用的吸收剂A的示例包括：
–烷基乙酰胺，线状的或环状的，例如DMEU(二羟甲基-亚乙基-脲)或DMAC(二甲基乙酰胺)。
–碳酸酯，例如DMC(碳酸二甲酯)，以及。
–乙二醇醚，例如DMEDEG(二甲醚二甘醇)，DMETEG(二甲醚四甘醇)，DMETrEG(二甲醚三甘醇)。
如果惰性物质I被选择为氙(132g/mol)，则合适的制冷剂R可以是：
R134a或者1,1,1,2-四氟乙烷(102g/mol)。
R1233zd或者1-氯-3,3,3-三氟丙烯(130g/mol)。
R1234ze或者1,3,3,3-四氟-1-丙烯(114g/mol)。
R1234yf或者2,3,3,3-四氟丙烯(114g/mol)。
R152a或者1,1-二氟乙烷(66g/mol)。
如果惰性物质I选择为氪(82g/mol)，则合适的制冷剂R可以是：
R152a或者1,1-二氟乙烷(66g/mol)。
如图2中所图示，蒸发器6、精馏器16、预冷器15、吸收器8和冷凝器9可以全部实现为在相对端具有由歧管组成的流体通道、并且具有使流体在这些歧管之间流动的平行管道的热交换器。这有助于空气在管之间通过。为了增强热交换，散热片可以布置成在平行管道的壁之间延伸。制造这些热交换器的合适的材料包括铝、铜、碳钢、不锈钢以及钛。发生器5和气泡泵12可以被制造为具有与如上提及的热交换器类似的构造的一个元件。然而，可以给发生器配备具有槽的金属基板18来代替散热片，其中平行的管道至少部分地伸入槽中。
应理解，以上描述和附图仅意在说明本发明。对本领域技术人员明显的是可以在不脱离本发明的范围的情况下改变和修改本发明。

Claims (10)

1.一种装置(1)，包括：
使制冷剂(R)、惰性物质(I)和吸收剂(A)在扩散-吸收循环中循环的发生器(5)、蒸发器(6)、吸收器(8)和冷凝器(9)，所述装置的特征在于：
所述发生器(5)和所述蒸发器(6)被布置在电控箱(2)中，所述电控箱(2)将所述发生器(5)和所述蒸发器(6)与周围环境隔开，
所述发生器(5)被布置成从所述电控箱(2)中的主电元件(3)接收热负荷并且将所述热负荷传递给所述发生器(5)中的流体，用于通过来自所述主电元件(3)的热负荷蒸发流体的至少一部分，
所述蒸发器(6)被布置成从所述电控箱(2)中的次电元件(4)接收热负荷并且将所述热负荷传递给所述蒸发器(6)中的流体，用于通过来自所述次电元件的热负荷蒸发流体的至少一部分，所述次电元件(4)的工作温度低于所述主电元件(3)的工作温度，
所述吸收器(8)和所述冷凝器(9)被布置在所述电控箱(2)的外部并且处于比所述蒸发器(6)更高的位置以从所述发生器(5)和所述蒸发器(6)接收流体，并且用于将来自接收到的流体的热散逸到周围环境，以及
所述惰性物质(I)比所述制冷剂(R)重，从而离开所述吸收器(8)的惰性物质(I)向下流动到所述蒸发器(6)并且离开所述蒸发器(6)的惰性物质(I)向上流动到所述吸收器(8)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置设置有气泡泵(12)，所述气泡泵(12)包括从所述发生器(5)接收流体并且向所述吸收器(8)和所述冷凝器(9)提供来自所述发生器的流体的多个毛细尺寸通道。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述发生器(5)和所述气泡泵(12)被制造为一个单个元件。
4.根据权利要求2所述的装置，其中
所述气泡泵(12)的上端设置有歧管(13)和容器(14)，所述容器(14)位于所述歧管下方并且与所述歧管流体连通，用于将离开所述气泡泵(12)的蒸汽和液体彼此分开，以及
所述歧管(13)与所述冷凝器(9)流体连通，用于向所述冷凝器提供来自所述气泡泵的蒸汽，以及
所述容器(14)与所述吸收器(8)流体连通，用于向所述吸收器提供来自所述气泡泵的液体。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述装置包括：
精馏器(16)，所述精馏器(16)在所述歧管(14)和所述冷凝器(9)之间提供所述流体连通，以及
预冷器(15)，所述预冷器(15)在所述容器(14)和所述吸收器(8)之间提供所述流体连通。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括气体热交换器(17)，所述气体热交换器(17)被布置在所述电控箱(2)中以将来自从所述蒸发器(6)向所述吸收器(8)运送的流体的热传输到从所述吸收器(8)向所述蒸发器(6)以及从所述冷凝器(9)向所述蒸发器(6)运送的流体。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述吸收器(8)被布置在所述电控箱(2)的顶盖的外部。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括风扇(7)，所述风扇(7)被布置在所述电控箱(2)中，用于产生将热从所述次电元件(4)传递到所述蒸发器(6)的气流。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括风扇(11)，所述风扇(11)被布置在所述电控箱(2)的外部以产生至少通过所述冷凝器(9)和所述吸收器(8)的冷却气流(10)，所述气流(10)仅在已经通过所述冷凝器和所述吸收器之后到达所述装置(1)的其它元件。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述发生器(5)设置有基板(18)，所述主电元件(3)被附接到所述基板(18)，用于经由所述基板将热传导到所述发生器(5)中的流体。
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