CN1065618C - 制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提出一种即使在用高压气体制冷剂对蒸发器进行除霜时也能稳定地利用液体喷射环路冷却压缩机的制冷系统。该系统包括一个压缩机；一个与压缩机的排气侧相连的冷凝器；一个与冷凝器的出口侧相连的贮罐；一个连接在贮罐和压缩机之间的蒸发器；一个将贮罐内气液分离后的气体制冷剂供给蒸发器除霜的除霜环路；和一个将贮罐内气液分离后的液体制冷剂供给压缩机的内部低压侧的液体喷射环路。

Description

制冷系统

本发明涉及一种制冷系统，该系统将一股高压气体制冷剂提供给蒸发器使其除霜，还将一股液体制冷剂通过一个液体喷射环路提供给压缩机内部的低压侧，以冷却压缩机。

至今为止，在超级市场或类似地方作为食品冷芷和冷库设备安装的冷芷陈列柜和冷库中已采用了一种利用一股从压缩机排出的高压气体制冷剂为作为制冷机的一个组成部分的蒸发器除霜的方法。还采用了一种所谓的液体喷射方法，在该方法中，液体制冷剂供给压缩机的内部并使这些液体在其内蒸发以冷却压缩机，其目的是防止从压缩机排出的气体温度升高。

图3至5是这种类型的常规制冷系统中的制冷循环图。图3表示一种这类制冷系统，其中，制冷剂通过空气的冷却而冷凝，除霜过程中从压缩机排出的高压气体制冷剂直接流过蒸发器。图4表示一种这类制冷系统，其中，制冷剂通过水的冷却而冷凝，类似于图3，在除霜过程中，从压缩机排出的高压气体制冷剂直接流过蒸发器。图5表示一种这类制冷系统，其中，制冷剂通过空气的冷却而冷凝，在除霜过程中，离开冷凝器的气液混合状态的制冷剂流入蒸发器。在这些图中，由相同参考标号显示的部分代表相同的部件。

首先参考图3，一根排气侧管2连接到螺杆压缩机或半封闭型压缩机的制冷剂排气侧1D上，排气侧管2的另一端连接到一个空气冷却的冷凝器3的制冷剂入口侧3A上。一根出口侧管4连接到冷凝器3的制冷剂出口侧3B上，其另一端连接到一个贮罐5的制冷剂入口侧5A上。一根出口侧管6连接到贮罐5的制冷剂出口侧5B上，出口侧管6上串连地连接有一个干燥器7，一个观察玻璃8，一个阀9和电磁阀10、11。电磁阀11通过一个膨胀阀12连接到一个蒸发器13上。

蒸发器13安装在冷芷陈列柜和冷库(未显示)的一条内部冷却空气通道中，蒸发器13的出口侧通过一个电磁阀14和一根低压侧管15连接到贮气筒16上。一个电磁阀18设置在一条穿通管17上，该旁通管17绕过电磁阀11和膨胀阀12，一根从电磁阀11和膨胀阀12之间分支的管19通过一个电磁阀20和一个膨胀阀21连接到一个蒸发器22上。该蒸发器22安装在一条冷芷的陈列柜和冷库的外部冷却空气通道内，它的出口侧连接到低压侧管15上。从蒸发器13和电磁阀14之间分支的管24通过一个止回阀25连接到电磁阀20的入口侧上。而且，连接在贮气筒16的出口侧上的吸气侧管26其另一端连接在压缩机1的吸气侧1S上。

一个液体喷射环路27从贮罐5的出口侧管6分支并通过一条毛细管28和一个电磁阀29连接在压缩机1内低压侧上的液体喷射入口1R上。从压缩机1的排气侧管2分支出的除霜管30通过一个电磁阀31连接到电磁阀10的出口侧上。而且，从排气侧管2分支出的管32通过一个电磁阀33和一个低压调节阀34连接到低压侧管15上。

现在说明图3中所示制冷系统的操作情况。在使用蒸发器13的正常冷却操作过程中，电磁阀10、11、14和29是打开的，而其它的电磁阀是关闭的。从压缩机1排出的高温和高压的气体制冷剂在冷凝器3中放出热量并冷凝，然后，气液混合状态的制冷剂流入贮罐5中，在贮罐5中制冷剂分离成气体和液体。存在于低部的液体制冷剂从出口侧5A流出，经过出口侧管6，再经过电磁阀10和11，然后通过膨胀阀12节流，之后进入蒸发器13，如图中的实线箭头所示。制冷剂在蒸发器13中蒸发，然后经过电磁阀14，再经过低压侧管15进入贮气筒16，在贮气筒16中，未蒸发的液体制冷剂被分离。只有气体制冷剂被引入压缩机1中。

这种冷却操作进行了一段预定的时间周期之后(例如3小时)，对蒸发器13进行一次除霜操作，但是，在起动除霜操作之前，电磁阀20被打开到一个比其先前状态更大的程度，这段时间仅持续一段预定的短周期(例如30秒)，由此使通过膨胀阀12节流的制冷剂也流入蒸发器22内进行蒸发，如图中虚线箭头所示。因此，陈列柜的内部通过分别用作内部和外部冷却空气通道的蒸发器13和22来冷却。完成这个冷却操作之后，电磁阀31、18，20、29和33被打开，而其它的电磁阀被关闭。结果，从压缩机1排出的高温和高压气体制冷剂通过除霜管30，电磁阀31和18(此时通过旁通管17绕过膨胀阀12)并进入蒸发器13，如图中的虚线箭头所示。因此，蒸发器13被加热并除霜。与此同时，在内部冷凝的制冷剂通过管24，止回阀25和电磁阀20，然后在膨胀阀21内节流，之后流入蒸发器22内并在其内蒸发。因此，即使在蒸发器13的除霜过程中，陈列柜的内部仍可以由蒸发器22来冷却。蒸发器22内已蒸发的制冷剂按上述相同的方式回到贮气筒16。此外，在除霜过程中，从压缩机1排出的高温高压气体制冷剂经过电磁阀33和低压调节阀34流入吸气侧管15，以便防止压缩机1的低压侧压力下降太多。

除霜结束时蒸发器13内的温度由一个传感器(未显示)感测，当蒸发器13的除霜完成时，只有电磁阀20和29打开一段预定的时间(例如，3分钟)，而其它的电磁阀被关闭，由此进行恢复存在于每个蒸发器13和22中的制冷剂的操作。

由于在上述各个操作循环过程中电磁阀29都保持打开，贮罐中存有的液体制冷剂通过液体喷射环路27，然后由毛细管28节流并流入压缩机1内，液体制冷剂在压缩机内汽化以冷却压缩机1中的油，已压缩过的制冷剂，电机线圈和其它的部件。

在图4中所示的制冷系统中，上述的冷凝器3不存在了，连接在压缩机1的排气侧1D上的排气侧管2其另一端通过一个干燥器36与贮罐5的制冷剂入口侧5A相连。另一方面，其内流过冷却水的水冷却管37引入贮罐5中。在贮罐5中的制冷剂由水冷却管37冷却和冷凝。进入管37内的水的流动由压缩机1的排气压力来控制，其方式是当压力升高时水流动，当压力降低时停止流动。其它一些结构上的和操作上的特点与图3中所示的一样。

在图5中所示的制冷系统中，冷凝器3的出口侧管4与贮罐5的制冷剂入口侧5A连接，除霜管30在冷凝器3和止回阀39之间的位置处从出口侧管4上分出。一个附加的贮气罐40设置在低压侧管15上。在这种情况下，在冷凝器3中除去热量并冷凝的气液混合制冷剂流入除霜管30内用于为蒸发器13除霜。其它一些结构上的和操作上的特点与图3中所示的一样。

在上述每一个制冷系统中，一种制冷剂，例如R-22或R-50的一个预定的量封装在制冷环路中，但是由于除霜管30绕过贮罐5，所以在蒸发器13除霜过程中，流入贮罐5内的制冷剂量减少了。特别是在图5所示的制冷系统中，离开冷凝器3的大部分气液混合的制冷剂流过除霜管30，结果在除霜过程中，存在于贮罐5中的液体制冷剂的量减少到1至2升。

但是，为了冷却压缩机1，需要将液体制冷剂以每分钟600CC左右的速度流过液体喷射环路27。因此，当蒸发器13除霜过程中贮罐5中的液体制冷剂将在其初期阶段中被用完，其结果是使供给液体喷射环路27的液体制冷剂短缺，造成压缩机1的温度升高。由于压缩机1的温度升高会引起压缩机1的损坏，所以，一个保护装置(未显示)动作以停止压缩机1的运转。

实际上，用一种封装在制冷系统中进行一些实验的制冷剂量很小，以致在观察玻璃8部分放出闪蒸气体。在图5所示的制冷系统中其结果是除霜过程中压缩机1的排出温度超过+120℃，并且保护装置动作停止压缩机的运转。一旦压缩机1的运转停止，出现的问题是蒸发器13的除霜也中断。

而且，在图3或图4中所示的制冷系统中，由于从压缩机1排出的高温高压气体制冷剂绕过贮罐5并流过除霜管30，所以流经液体喷射环路27的液体制冷剂的量不足，虽然压缩机的运行不会停止，但其排出温度也超过+120℃。在这种情况下，压缩机的操作变得极不稳定。

为了使用高压气体制冷剂为蒸发器除霜，也已推荐一种使用贮罐中气液分离后的气体制冷剂的方法，例如，日本专利公开NO．20022／74中公开的方法。

签于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能稳定地通过一个液体喷射环路冷却压缩机的制冷系统，即使在用高压气体制冷剂为蒸发器除霜的情况下也是如此。

在本发明的一种方式中，提供的制冷系统包括：一个具有制冷剂排气侧和制冷剂吸气侧的压缩机；一个与压缩机的排气侧相连的冷凝器；一个与冷凝器的制冷剂出口侧相连的贮罐；一个连接在贮罐的制冷剂出口侧和压缩机的吸气侧之间的蒸发器；一个将贮罐中通过气液分离获得的气体制冷剂提供给蒸发器除霜的除霜环路；以及一个将贮罐中通过气液分离获得的液体制冷剂提供给压缩机内部的低压侧的液体喷射环路。

在本发明的另一种方式中，提供的制冷系统包括：一个具有制冷剂排气侧和制冷剂吸气侧的压缩机；一个与压缩机的排气侧相连的贮罐；一个用于冷却贮罐的水冷却管；一个连接在贮罐的制冷剂出口侧和压缩机的吸气侧之间的蒸发器；一个将在贮罐中通过气液分离获得的气体制冷剂提供给蒸发器除霜的除霜环路；以及一个将在贮罐中通过气液分离获得的液体制冷剂提供给压缩机内部的低压侧的液体喷射环路。

本发明的上述和其它一些目的，特征和优点将从下面结合附图的说明中更清楚，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制冷系统的制冷循环图；

图2是根据本发明另一实施例的制冷系统的制冷循环图；

图3是一种这类常规制冷系统的制冷循环图，其中，制冷剂的冷凝是由空气冷却完成的，在除霜过程中，从压缩机排出的高压气体制冷剂直接流入蒸发器中；

图4是另一种这类常规制冷系统的制冷循环图，其中，制冷剂的冷凝是由水冷却完成的，在除霜过程中，从压缩机排出的高压气体制冷剂直接流入蒸发器中；

图5是再一种这类常规制冷系统的制冷循环图，其中，制冷剂的冷凝是由空气冷却完成的，在除霜过程中，离开冷凝器的气液混合制冷剂流入蒸发器中。

下面将参照附图对本发明的几个示范性实施例进行详细地说明。

在本发明的一种方式中，制冷系统包括：一个具有制冷剂排气侧和制冷剂吸气侧的压缩机；一个与压缩机的排气侧相连的冷凝器；一个与冷凝器的制冷剂出口侧相连的贮罐；一个连接在贮罐的制冷剂出口侧和压缩机的吸气侧之间的蒸发器；一个将在贮罐内气液分离后的气体制冷剂提供给蒸发器除霜的除霜环路；和一个将在贮罐中气液分离后的液体制冷剂提供给压缩机内的低压侧的液体喷射环路。在这种结构中，已从压缩机中排出并在冷凝器中冷凝的所有制冷剂一次流入贮罐中。那么，在蒸发器除霜时，在贮罐中气液分离后的气体制冷剂流入除霜环路中进行除霜。另一方面，贮罐中气液分离后的液体制冷剂留在同一贮罐中，由此，使通过用于冷却压缩机的液体喷射环路供给压缩机的制冷剂装在贮罐中。

在本发明的另一种方式中，制冷系统包括一个具有制冷剂排气侧和制冷剂吸气侧的压缩机；一个与压缩机的排气侧相连的贮罐；一个用于冷却贮罐的水冷管；一个连接在贮罐的制冷剂出口侧和压缩机的吸气侧之间的蒸发器；一个将在贮罐内气液分离后的气体制冷剂供给蒸发器除霜的除霜环路；和一个将在贮罐中气液分离后的液体制冷剂供给压缩机内的低压侧的液体喷射环路。在这种结构中，从压缩机排出的所有制冷剂一次流入贮罐中。那么，在蒸发器除霜时，在贮罐中通过水冷管冷凝和气液分离后的气体制冷却流入除霜环路中进行除霜。另一方面，在贮罐中气液分离后的液体制冷列留在同一贮罐中，由此使通过用于冷却压缩机的液体喷射环路供给压缩机的制冷剂被装在贮罐中。

本发明的一个实施例将参照图1进行说明，其中，与图3中相同的参考标号代表图3中所示的相同部件，因此在这里不再解释。

图1所示的制冷系统与图3所示的制冷系统的不同在于，在图3所示的制冷系统中，构成除霜环路的除霜管30和32从排气侧管2分出，而在图1所示的制冷系统中，没有分支管与排气侧管2和出口侧管4连接，但气体制冷剂出口5C形成在贮罐5的上部，除霜管30和32与管41连接，管41连接在气体制冷剂出口5C上。其它一些结构特点和前述的通过蒸发器13的冷却，通过蒸发器13和22的冷却，蒸发器13的除霜以及制冷剂的恢复的操作与图3所示制冷系统一样。

而且，在图1所示的制冷系统中，蒸发器13的除霜过程中，电磁阀31和33被打开，从压缩机1排出的高温高压气体制冷剂在冷凝器3中冷凝，之后所有的制冷剂一次流入贮罐5中。已进入贮罐5中的制冷剂的液体部分留在贮罐的下部，而气体部分被分离至贮罐的上部。贮罐5内的相对低温度的气体制冷剂流入除霜管30，用于为蒸发器13除霜。而且，这些气体制冷剂流过管32到达低压侧管15，以防止除霜过程中压缩机1的低压侧压力降低太多。由于与图3所示的制冷系统中的高温相比较，其温度是低的，所以有可能防止压缩机1的吸气侧温度变得太高。此外，通过使管32与管41连接，有可能与除霜管30一起结合成一个除霜环路。

因此，由于在贮罐5中气液分离之后的气体制冷剂用作蒸发器13的除霜制冷剂，从压缩机1排出的所有制冷剂流入冷凝器3，所得到的全部液体制冷剂留在贮罐5中，所以，在蒸发器除霜过程中，即使贮罐5中的液体制冷剂从制冷剂出口侧5B流出进入液体喷射环路27中，并被用于冷却压缩机1(此时电磁阀10关闭)，贮罐5中的液体制冷剂也决不会用尽，由此获得压缩机1的可靠冷却。

现在看图2，图中例出了根据本发明另一实施例的制冷系统中的一个制冷环路，其中，与图4中相同的参考标号代表与图4中相同的部件，这里将不再解释。

图2所示的制冷系统与图4中所示的制冷系统的不同在于，图4中的除霜管30和32从排气侧管2分出，而在图2所示的制冷系统中，没有分支管与那些管路连接，而是类似于图1所示的制冷系统，在贮罐5的上部形成气体制冷剂出口5C，除霜管30和32与管41连接，管41连接在气体制冷剂出口5C上。其它一些结构上的特点和前述的各种操作特点与图4所示系统一样。

在图2所示的制冷系统的蒸发器13除霜的过程中，电磁阀31和32被打开，所有从压缩机1排出的高温高压气体制冷一次流入贮罐5内。已进入贮罐5内的制冷剂由水冷却管37冷却，所得的液体制冷剂留在贮罐的底部，而气体制冷剂被分离在贮罐的上部。贮罐5内相对低温的气体制冷剂流入除霜管30内，用于为蒸发器13除霜。这些气体制冷剂也流过管32进入低压侧管15，以防止除霜过程中，压缩机的低压侧压力降低太多。而且，由于这些气体制冷剂的温度与图4所示制冷系统中的高温气体制冷剂比较是低的，所以有可能防止压缩机1的吸气侧温度变高。此外，通过将管32连接到管41上，有可能与除霜管30一起结合成一个除霜环路。

此外，与图1所示制冷系统相类似，由于贮罐5内气液分离后的气体制冷剂用作蒸发器13的除霜制冷剂，从压缩机1排出的所有制冷剂流入贮罐5中，而在贮罐5中冷凝得到的所有液体制冷剂留在贮罐5内，因此，当蒸发器13除霜时，即使贮罐5内的液体制冷剂从制冷剂出口侧5B流出并流入液体喷射环路27中，并被用于冷却压缩机1(此时电磁阀10关闭)，贮罐5中的液体制冷剂决不会用尽，由此，可实现压缩机1的可靠冷却。

实际上，即使在用一种封装在制冷系统中进行实验的制冷剂是如此的少，以致在观测玻璃8部分放出闪蒸的气体(制冷剂是R-22或R502)，除霜时，压缩机1的排气温度在图1或图2所示的制冷系统中约为+116℃，而且这个温度是稳定的，保护装置不会动作，即压缩机1的运转不会停止。

虽然在上述几个实施例中本发明被用于具有内和外冷却空气通道的冷芷陈列柜和冷库，但并不限制于此。例如，本发明作为冰箱或活动冷芷库的制冷装置也是有效的。而且对于所使用的制冷剂的种类和压缩机的种类都没有限制。

如上所述，根据本发明，贮罐中气液分离之后的气体制冷剂用于蒸发器的除霜，而贮罐中气液分离后的液体制冷剂留在该贮罐中，用于通过液体喷射环路冷却压缩机。因此，不仅压缩机可实现稳定的冷却，而且可实现可靠的蒸发器除霜，即使在蒸发器除霜过程中，供给液体喷射环路的液体制冷剂也不会耗尽。

对于熟悉本领域的人员应该认识到，上述说明针对本公开装置的较佳实施例，在不脱离本发明的精神和范围内可做出各种变化和变更型。

Claims (1)

1．一种制冷系统，该系统包括：

一个具有制冷剂排气侧和制冷剂吸气侧的压缩机；

一个与所述压缩机的排气侧相连的冷凝器；

一个连接在所述冷凝器的制冷剂出口侧上的、用于将来自上述冷凝器的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂的储罐；

一个连接在所述储罐的制冷剂出口侧和所述压缩机的吸气侧之间的蒸发器；

其特征在于，该系统还包括：

一个在上述蒸发器除霜时使上述压缩机运转的同时，将所述储罐内通过气液分离获得的气体制冷剂供给所述蒸发器的除霜环路；和

一个在蒸发器进行冷却以及除霜时将所述储罐内通过气液分离获得的液体制冷剂供给所述压缩机的内部低压侧的液体喷射环路。

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