CN106595109A - 多蒸发冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冷却系统的技术领域，并且更特别的是用于居住应用的冷却系统，例如包括在不同温度的至少两个环境舱室的制冷设备。解决的问题：在多蒸发冷却系统中，当在仅仅一个蒸发路线中的热负荷较大地增加时，正常的是会发生离开这种蒸发路线的蒸发器的制冷剂温度的增加，因此增加形成蒸发路线的一部分的膨胀装置的节流。增加的流动节流产生两个主要相关的问题，包括：这种蒸发路线的蒸发器的制冷剂流体供给的逐渐减少，和由没有到达第一蒸发器的制冷剂流体的过剩造成的另一个蒸发路线的蒸发器的制冷剂流体的逐渐超载。因此，由于它增加的热负荷，如果一个蒸发器是“变暖”，可能的是该蒸发器被停止供给，并且反过来可能的是另一个蒸发器超载。解决方案：公开了多蒸发冷却系统，其中第一蒸发路线的中间换热器包括与第二排蒸发路线的至少一部分(优选地与在蒸发器和压缩机流体的吸入入口之间限定的部分)接触的物理地布置的膨胀装置的至少一区段，并且第二蒸发路线的中间换热器包括与第一蒸发路线的至少一个部分(优选地与在蒸发器和压缩机流体的吸入入口之间限定的部分)接触的物理地布置的至少一个膨胀装置的区段。考虑到第一蒸发路线的中间换热器的温度影响在膨胀装置的第二蒸发路线中流动的制冷剂的温度，并且第二蒸发路线的中间换热器的温度影响在膨胀装置的第一蒸发路线流动的制冷剂的温度，本发明的特征在于改变相应地膨胀装置的节流，并且因此改变不适当地阻止在至少两个单独的蒸发线路之间的制冷剂的质量传递。

Description

多蒸发冷却系统
技术领域
本发明的主题涉及一种多蒸发冷却系统，即具有至少两个功能上分离的蒸发器的冷却系统，其在不同的温度范围和压力下运行。
更具体地说，本发明的主题进一步涉及通过内部换热器集成的多蒸发冷却系统，内部换热器交叉地布置，即每个内部换热器设置成冷却单独的和不同的蒸发路线的属于相同的制冷剂流体。
背景技术
如本领域技术人员已知的，冷却系统通常包括压缩机、经过膨胀装置和蒸发器的冷凝器。这些构件流体地互相连接，以限定用于能改变整个冷却系统的状态和温度的制冷剂流体的循环回路。常规冷却系统的所有功能动态特性被本领域技术人员广泛认知，并且在专门的技术文献中广泛地公开。
本领域技术人员还已知的是，类似用于家用冰箱的某些常规的冷却系统，其包括膨胀装置是毛细管的传统装置，物理地接触(焊接或卷起)作为换热器的蒸发器的出口导管。
这种装置的总原则在于，通过在膨胀装置中流动的制冷剂的强制冷却而优化冷却系统的效率，这提供降低的流动节流，增加单位制冷能力并且导致增加系统冷却性能。
如本领域技术人员已知的，功能地示出的这种传统的装置是，离开蒸发器的制冷剂的温度比离开冷凝器的制冷剂的温度更低并且被送往膨胀装置。因此，在毛细管和蒸发器出口导管(内部换热器)之间的物理地接触产生冷却流入毛细管的制冷剂的条件。
在另一方面，也已知的是多蒸发冷却系统，或集成的冷却系统，至少一个压缩机、至少一个冷凝器、至少两个膨胀装置和至少两个蒸发器在不同的温度范围和压力独立地运行。这类冷却系统的功能动态特性是非常类似于常规冷却系统的功能动态特性。
通常，多蒸发冷却系统的建造方案和应用可能性是大量的并且在专利文件中已经很好的研究了。
根据建设性的观点，PCT/BR2011/000120描述了例如一种双重蒸发冷却系统，其特别地建造用于具有在单个压缩舱室上的两个吸入入口的双重吸入的往复压缩机，或在常规往复压缩机中的集成的双重蒸发器冷却系统，其进一步包括另外的方法、单个流体选择器装置，特别是布置成流体来自两个蒸发路线的选择器。PCT/BR2011/000120中提供的两种压缩机实现多蒸发冷却系统的结构。
多蒸发冷却系统的通常的示例在图1中示出。
这种系统基本上由冷凝器COND和在两个蒸发路线中延伸的供给器AL，由双重吸入往复压缩机COMP组成。
第一蒸发路线由毛细管(PDE其限定第一内部换热器PTCI)和第一蒸发器PEVAP组成。类似地，第二蒸发路线由毛细管SDE(其限定第二内部换热器STCI)和第二蒸发器SEVAP组成。
当然，每个路线和蒸发的运行原理类似于由如上所述的传统装置形成的常规冷却系统的功能原理。
然而当在多蒸发冷却系统上效仿这种传统装置时，可能发生严重的问题，并且更特别的是当观察到仅在一个蒸发器上增加大量热负荷时可能发生严重的问题。
这是因为，如本领域技术人员已知的，不论是围绕循环的制冷剂的温度，或通过外部热源，对毛细管流动的节流倾向于根据它的空间特性(通常是固定的)和根据在所述毛细管暴露处的温度(通常是可变的)而改变。通常，暴露的温度更热，毛细管的节流更大。
因此，回来参考图1，如果例如第一蒸发器PEVAP经受很大的热负荷的增加(当应用于冰箱时，当它受热或接受等量的食物时)，排出蒸发器的制冷剂发生升温是正常的。
而第一内部换热器PTCI基本上与排出蒸发器的制冷剂温度有关，预期在第一膨胀装置PDE中流动的制冷剂的加热。因此，预期对在所述第一PDE膨胀装置中的流动增加的节流。
由于它的暴露温度增加，对所述第一膨胀装置PDE的流动增加了节流，产生了两个重要的相互关联的问题，其是(I)由逐渐地增加对第一PDE膨胀装置流动的节流，造成供给第一蒸发器PEVAP的流体冷却剂逐渐的减少；和(II)通过由没有到达第一蒸发器的过剩制冷剂造成的冷却第二膨胀装置SDE，引起来自第二蒸发器SEVAP的制冷剂的逐渐的超载。
这种情况在图2中示意地示出了，其示出了内部换热器和STCI、PTCI的温度的比较图表，和膨胀装置(毛细管)PDE和EDS的节流的比较图表。如所见的，从在第一舱室蒸发器PEVAP中的热负荷(时间A)的引导，过热增加，使得第一内部换热器PTCI的温度增加。因此，第一PDE膨胀装置的节流增加，使得冷却剂转移到第二蒸发器SEVAP。第二蒸发器SEVAP倾向于是超载特征的，其中液体向前移动超过充满第二内部换热器STCI并且使得它的温度降低的蒸发器的出口。因此第二膨胀装置SDE的节流减少，制冷剂到第二蒸发器SEVAP的转移增加，并且由于缺乏冷却剂而增加第一蒸发器PEVAP的过热。
换句话说：如果由于它增加的热负荷，一个蒸发器是“暖的”，可能这个蒸发器被停止供给，并且反过来可能另一个蒸发器过载。所有这些的发生是由于制冷剂的重新分配，由于在蒸发器的出口温度和内部换热器之间的相互作用，其发生在蒸发路线之间。
由于膨胀装置的节流变化，蒸发器两者的冷却性能平衡地影响舱室的温度。在图1示出的系统的情况下，因为对第一膨胀装置PDE的较大的节流加强了蒸发器干燥使得换热有效性下降，所以第一蒸发器PEVAP的温度增加，彻底地降低它的性能。反过来，第二膨胀装置SDE的减少的节流需更增加蒸发温度，并且反过来增加舱室温度。
现有技术没有包括任何针对解决该问题的技术方案，并且基于产生所讨论的发明的这种方案。
发明内容
因此所讨论的发明的一个目的披露了多蒸发冷却系统，甚至包括内部换热器，其没有由需求的冷却变化而产生的上述问题。
更特别的是，发明的一个目的是提供多蒸发冷却系统，其通过被动和自动的装置，当蒸发器中的一个经受意外的冷却需求时，能够调谐和补偿在蒸发器中的制冷剂的流动。
发明主题的所有的目的通过多蒸发冷却系统实现，其包括至少一个压缩装置(往复压缩机具有至少两个吸入路径，或至少两个常规的往复压缩机并联以限定至少两个吸入路径)能以至少两个分离的蒸发路线而运行，第一蒸发路线由至少一个膨胀装置、至少一个蒸发器和至少一个中间换热器组成，并且第二蒸发路线由至少一个膨胀装置、至少一个蒸发器和至少一个中间换热器组成。
进一步，第一蒸发路线的膨胀装置和中间换热器还包括单个毛细管，并且第二蒸发路线的和膨胀装置和中间换热器包括相同的毛细管。
根据发明主题，第一蒸发路线的中间换热器包括至少一个膨胀装置区段，其物理地与第二排蒸发路线的至少一部分(优选地与在蒸发器和压缩机流体的吸入入口之间限定的第二蒸发路线的部分)接触地布置。而且，中间换热器第二蒸发路线包括至少物理地布置的膨胀装置的区段，其与第一蒸发路线的至少一部分(优选地与在蒸发器和压缩机流体的吸入入口之间限定的第一蒸发路线的区段)接触。
因此，强调的是，根据所讨论的发明，第一蒸发路线的所述中间换热器能够仅与第二排蒸发路线交换热量，并且第二蒸发路线的中间换热器能够单独地与第一蒸发路线交换热量。
这意味着，第一蒸发路线的中间换热器影响流入第二蒸发路线的膨胀装置的制冷剂的温度，并且第二蒸发的路线的中间换热器的温度影响流入第一蒸发路线的膨胀装置的制冷剂的温度，以防止在至少两个分离的蒸发路线之间的不适当的制冷剂的传质。
附图说明
现在根据图的列表详细地描述本发明，包括：
图1示意地示出了与当前现有技术有关的多蒸发冷却系统；
图2示出了与图1中示出的多蒸发冷却系统相关的图表，是处在第一蒸发器热负荷增加的情况；
图3A和3B示意地示出了根据本发明的多蒸发冷却系统的可能的实施例。
图4示出了与图3中示出的多蒸发冷却系统相关的图表，是处在第一蒸发器增加热负荷的情况。
具体实施方式
根据本发明，公开了多蒸发冷却系统，即使在仅仅一个蒸发器经受额外的冷却需求(加热蒸发器)的情况，自动地和稳定地发生该系统蒸发器的性能和效率的均衡或平衡。因此，总的思想是“交叉”内部换热器，即将蒸发冷却路线的内部换热器用于另一个蒸发路线，反之亦然。
本发明通过观察图3A和3B而变得更清楚，图3A和3B示出了两个多蒸发冷却系统，其中内部换热器“交叉”。
如图3A和3B示意地示出的，根据本发明的多蒸发冷却系统包括技术成熟的第一压缩装置，其用两个单独的蒸发路线Levap1和Levap2工作。
在图3A中，压缩装置1包括具有至少两个吸入路径11和12的往复压缩机。这类压缩机的例子在PCT/BR2011/000120中详细描述。在图3B中，压缩装置1包括两个并联连接的常规的往复压缩机，以限定至少两个吸入路径11和12。
因此，根据示出的优选实施例，压缩装置1包括两个分离的输入吸入口11和12，其中吸入入口11单独地连接到Levap1蒸发路线，并且输入吸入口12单独地连接到Levap2蒸发路线。
值得注意的是，虽然所讨论的本发明的优选实施例仅仅设想了两个蒸发路线(并且压缩机具有仅仅两个吸入入口)，此处公开的总的原则对于多蒸发路线(和具有两个或更多个吸入入口的一个或多个压缩机)也被认为是有效的。
现在论述的多蒸发冷却系统进一步包括冷凝器2、蒸发器路线的供给器3和蒸发路线Levap1和Levap2本身。
一般地，在线路中，第一蒸发路线Levap1包括膨胀装置41、蒸发器51和一个中间换热器61。第二蒸发路线Levap2又包括膨胀装置42、一个蒸发器52和中间换热器62。
优选地，并且如现有技术中出现的，膨胀装置41和中间换热器61，与膨胀装置42和中间换热器62两者，每个都包括毛细管装置。
这意味着，根据所讨论的本发明的优选实施例，中间换热器61和62包括能够布置成与吸入路线接触(外部侧接触或同心地在管之内)的毛细管的区段。
与如图1示例的当前的现有技术的多蒸发冷却系统不同的是，在本发明中公开的和在图3中示意地示出的多蒸发冷却系统包括有区别的总的方案。
在这种不同的方案中，源于第一蒸发路线Levap1中的中间换热器61，在蒸发器52和第一压缩装置的吸入入口12之间，由物理地布置(外部侧接触或同心地在管内部)在Levap2蒸发路线中的毛细管41的区段形成。
进一步，源于第二蒸发路线Levap2的中间换热器62，在蒸发器51和第一压缩装置的吸入入口11之间，由物理地布置(外部侧接触或同心地在管内部)在Levap1蒸发路线中的毛细管区段42形成。
这种“交叉”布置使得Levap1蒸发路线影响通过内部换热器62流入膨胀装置42中的制冷剂的温度，实际相互的是，Levap2蒸发路线又影响通过内部换热器61流入膨胀装置41中的制冷剂的温度。
这种布置对于在当其中一个蒸发器经受高的冷却需求时避免蒸发器的不平衡或不均衡和蒸发器的效率是非常重要的。
自动的和恒定的功能的原理，甚至可靠性可以通过考虑在蒸发器51中的冷却需求的假设的情况而解释，即假设的情况是蒸发器51被加热并且需要是被冷却，如图4示出的。
在这种情况下，由于在冷却需求上产生的热负荷(见图4中的时间间隔A′)增加了在吸入压缩装置1(吸入路线)的输出和输入11之间流动的制冷剂的温度，蒸发器51首先过热，并且因此增加中间换热器62的暴露温度，由于物质移动，则增加蒸发器52的超载趋势，来自蒸发器51的制冷剂倾向于冷却在它的压缩机装置1的吸入出口和入口12(吸入路线)之间流动的制冷剂，并且因此降低中间换热器61的暴露温度。
这意味着，中间换热器62温度的上升增加第二蒸发路线Levap2的膨胀装置42的节流，使得经过蒸发器51的流体冷却剂传递到蒸发器52是困难的。反过来，在内部换热器61中获得的低温度降低了提供在回路中增加流速的第一蒸发路线Levap1的膨胀装置61的节流。
相应地，到蒸发器52的制冷剂更少，保留在蒸发器51中的制冷剂的量就更大，其倾向于更迅速地被冷却回收它的冷却性能。
在任何情况下，并且考虑到蒸发器51没有遭受供给不足，可以预期它成为在标称的运行温度运行(见图4中的区间B和C)。
这种效果的组合自动地发生，根据“交叉”或“反向”内部换热器的装置，阻止(其本来将要发生)第一蒸发路线Levap1对于第二蒸发路线Levap2的不需要的冷却剂传质(但是在这种例子中，也适于蒸发器52经受高的热负荷的相对作用)。

Claims (5)

1.多蒸发冷却系统，包括：
至少一个压缩装置(1)，其能用至少两个单独的蒸发路线(Levap 1、Levap 2)工作；
第一蒸发路线(Levap 1)包括至少一个膨胀装置(41)、至少一个蒸发器(51)和至少一个中间换热器(61)；
第二蒸发路线(Levap 2)包括至少一个膨胀装置(42)、至少一个蒸发器(52)和至少一个中间换热器(62)；
膨胀装置(41)和中间换热器(61)包括相同毛细管；
膨胀装置(42)和中间换热器(62)包括相同毛细管；
所述多蒸发冷却系统包括：
第一蒸发路线(Levap 1)的中间换热器(61)包括膨胀装置(41)的至少一个区段，该膨胀装置(41)的至少一个区段布置成与第二蒸发路线(Levap 2)的至少一个部分物理接触；和
第二蒸发路线(Levap 2)的中间换热器(62)包括膨胀装置(42)的至少一个区段，该膨胀装置(42)的至少一个区段布置成与第一蒸发路线(Levap 1)的至少一个部分物理接触。
2.根据权利要求1的多蒸发冷却系统，其特征在于，所述压缩装置(1)包括具有至少两个吸入路径(11、12)的往复压缩机。
3.根据权利要求1的多蒸发冷却系统，其特征在于，所述压缩装置(1)包括至少两个并联相关的常规的往复压缩机以限定至少两个吸入路径(11、12)。
4.根据权利要求1的多蒸发冷却系统，其特征在于，第一蒸发路线(Levap 1)的中间换热器(61)包括膨胀装置(41)的区段，该膨胀装置(41)的区段物理地布置在包括在压缩装置(1)的吸入入口(12)和蒸发器(52)之间的部分上。
5.根据权利要求1的多蒸发冷却系统，其特征在于，第二蒸发路线(Levap 2)的中间换热器(62)包括膨胀装置(42)的区段，该膨胀装置(42)的区段物理地布置在包括在压缩装置(1)的吸入入口(11)和蒸发器(51)之间的部分上。
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