CN1480697A - 一种致冷系统的分离器 - Google Patents

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Abstract

一种致冷系统包括每个都具有一个出口和一个入口的压缩器(1)、冷凝器(2)、接收器(3)和蒸发器(4)，以及一个具有一个入口和第一及第二出口的分离器(5)，上述装置以传统方式相互连接。分离器(5)位于蒸发器(4)的侧部，比压缩器(11)离蒸发器(4)要近。控制器(26)通过调节来自接收器(3)的液态致冷剂的供给速度，使分离器(5)按要求的比例将致冷剂供给蒸发器(4)，从而能确保蒸发器(4)的过量供给。分离器(5)包括具有两个出口(7、8)和一个入口(6)的圆筒形容器(19)，用以分离液态和气态致冷剂。入口(6)切向导入圆筒形容器(19)，一个带孔的隔板(23)位于容器(19)的内侧，入口(6)朝容器(19)内侧表面的下方向内延伸，用以相互限定容器(19)的中部空间和周边空间。

Description

一种致冷系统的分离器
本发明关于致冷系统，该系统包括压缩装置、冷凝和接收装置，以及一个蒸发器，每个装置均具有一个进口和一个出口；分离器具有一个进口和一个第一及一个第二出口。
更具体地说，本发明关于一个具有过量进给的蒸发器的冷凝系统，亦即供给蒸发器的液态致冷剂在致冷剂不会完全在蒸发器的出口蒸发的速度上供给蒸发器。
本发明还关于用于这种致冷系统中的小体积的分离器。
在这种传统的过量进给的致冷系统中，采用常与致冷泵联合的大体积的分离器，该分离器由长管道与蒸发器连接，将分离出的液态致冷剂送到蒸发器的入口，并从蒸发器的出口接收液态和气态的致冷剂，分离器的一个出口连到压缩装置的入口，用以输送分离的气态致冷剂气体。因此，在传统系统中致冷剂的总体积比在蒸发器中最大蒸发时的致冷剂的体积要大。
传统系统中的压力损失也较大，这就使它难于达到蒸发器可能达到的低温，同时还要求使用高能压缩机。另外通常需要一个泵来将液态致冷剂传送到蒸发器，由于致冷剂的低温和载荷的升降很容易使泵中出现气穴，温度降低还将进一步增大泵中出现气穴的危险，同时也会导致湿的返回吸力管线中的压力损失增大。
本发明的一个目的在于减小采用过量进给蒸发器的致冷系统中所要求的致冷剂的总体积。
本发明的另一目的在于减少这种致冷系统中的压力损失，因此增加系统的性能。
这些目的可由一种致冷系统达到，该系统包括压缩装置、冷凝和接收装置，及一个蒸发器，每个装置均具有一个入口和一个出口；一个分离器具有一个入口和一个第一及一个第二出口；
其中分离器的第一出口连接到蒸发器的入口，蒸发器的出口连接到分离器的入口，分离器的第二出口连接到压缩装置的入口，压缩装置的出口连接到冷凝和接收装置的入口，冷凝和接收装置的出口连接到分离器的入口；
其中分离器放置在蒸发器侧部，并比压缩装置更靠近蒸发器；和
其中控制装置保证蒸发器的过量供给，它通过调节从冷凝和接收装置到分离器的液态致冷剂的供给速度，使分离器按要求的比例将液态致冷剂供给蒸发器，从而确保所要求的过量供给。
控制装置最好包括一个用以探测分离器中液态致冷剂的水平面的传感器，一个位于管线中的膨胀阀，它连接冷凝和接收装置的出口和分离器的入口；一个控制装置，用来按照由传感器探测到的水平面来调节流过膨胀阀的液态致冷剂的流量。
控制装置还包括一温差探测装置，用于探测蒸发器的温度和由蒸发器冷却的在蒸发器的任意一侧的介质温度之间的温差，或者用于探测由蒸发器冷却的介质入口和出口之间的温差，控制装置按照由温差探测装置探测到的温差来调节通过上述膨胀阀的液态致冷剂的流量。
本发明还有一个目的在于去掉将致冷剂供到蒸发器中的需要一个泵的要求。
该目的由控制装置达到，在系统操作期间，控制装置使分离器中的液态致冷剂保持在位于蒸发器出口下方的上限和位于蒸发器入口上方的下限之间。
本发明还有一个目的在于提供一种分离器，该分离器能基本完全地分离来自蒸发器的气态和液态致冷剂。
该目的由一个分离器达到，该分离器包括一个基本为圆筒形的容器，该容器具有顶部和底部出口及位于它们之间的入口，用以分离来自致冷系统蒸发器的气态和液态致冷剂，将它们分别送到顶部和底部出口，上述入口按切线方向导入圆筒形容器。
其中一个宽度比容器要小的带小孔的基本为筒形的隔板设在容器的内侧，朝上述入口下方和上述容器内表面的里面延伸，以相互限定容器的中部空间和周向空间。
该分离器最好放在蒸发器冷却的空间中，这样将能更有效地利用致冷剂。
该致冷系统还可以包括一个进一步的控制装置，用来使分离器中液态致冷剂的水平面调节到位于最大上限以下，该最大上限位于从蒸发器到分离器的返回管线的下方或与管线一样的水平面上。通常，这种进一步的控制装置仅在致冷系统起动时工作，宜用于减小压缩机的容量，因此降低上述上部最大上限的分离器中液态致冷剂的水平面。
在一个优选实施例中，通过一根连接蒸发器出口和分离器入口的管子将冷凝和接收装置的出口连到分离器的入口，由此来自冷凝和接收装置的液态致冷剂流支持从蒸发器流出的气态和液态致冷剂流。
为了使来自蒸发器的气态和液态致冷剂完全分离，分离器的入口可装有增加进入分离器的致冷剂的流速的限流器。
在本发明分离器的一个优选实施例中，带小孔的基本为圆筒形的部件也伸到上述入口的上方，该部件可包括一个由尺寸为0.2～5.0mm的小孔构成的网。
简言之，本发明通过有效地分离蒸发器中的液态制冷剂而高效率地利用了致冷剂。这将对通到压缩装置中的干的返回气体有利，并有利于装载少量的致冷剂，亦即可大大减小致冷剂的总的体积。在一个示例性的工厂中，总体积减小75％。另外，由于不再需要大体积的分离器，就可大大减小系统的尺寸。
由于在系统的优选实施例中设有致冷剂泵，所以本发明的致冷系统具有非常高的可靠性。
下面将参照附图更详细的描述本发明。
图1概略示出本发明的一个优选实施例的致冷系统，
图2是本发明致冷系统中采用的分离器的剖视图，
图3是沿图2中III-III线的剖视图，
图4是沿图2中IV-IV线的剖视图。
图1所示的致冷系统包括压缩机1、冷凝器2、接收器3和蒸发器4，每个都具有一个出口和一个入口。该致冷系统还包括一个分离器5，它具有一个入口6和第一及第二出口7和8。
分离器5的第一出口7连接到蒸发器4的入口9，蒸发器4的出口10连接到分离器5的入口6。分离器5的第二出口8连接到压缩机1的入口11，压缩机1的出口12连接到冷凝器2的入口13，冷凝器2的出口14连接到接收器3的入口15，最后接收器3的出口16通过一根连接蒸发器4的出口10和分离器5的入口6的管17连接到分离器5的入口6。
分离器5最好位于蒸发器冷却的空间中，这就消除了对隔离分离器的要求。
图2所示的分离器5包括一个容器19，它做成基本为圆筒形的壳20，并带有圆形的端盖21和22。在其中部具有构成入口6的第一管，在底端盖21上具有构成第二出口7的第二管，在顶端盖22上具有构成第三出口8的第三管。
正如图1所示，第一进口管6可通过管17连接到蒸发器4的出口10，从而接收从它出来的致冷剂的气态和液态混合物。另外，入口管6切向导入容器19，这样进来的气态和液态致冷剂的混合物将按螺旋形线路流动。在容器19的筒形内壁具有带孔的隔板23，最好是具有若干小孔、开孔或通孔的金属网。这个带小孔的隔板的宽度或直径比容器19的要小，从而在隔板23和容器19的内壁之间具有小的间隙。
在操作中，来自蒸发器4的气态和液态致冷剂朝带孔隔板23的内侧喷入分离器5。液体流过螺旋形通路穿过带孔隔板23。然后在容器19的内表面和带孔隔板23之间的间隙中朝下流动，致冷剂的气态部分不穿过带孔隔板23但在容器19中形成螺旋形向上的气流，并通过顶部出口管排出，由此就可能对从蒸发器排出的气态和液态致冷剂进行最有效的分离。
在入口管开口的上方安装了一块防溅板24，用以防止液滴不是向下落入分离器5而是向上溅起。
在容器9的底部出口7的上方及其中的液态致冷剂所要求的水平面的下方，装有一个涡流限制器25，以此来减小将气态致冷剂引入容器19下段中的液态致冷剂中的危险。
致冷剂最好采用NH3，也可采用氟利昂替代品。
在操作中，来自蒸发器4的气态和液态致冷剂混合物以一定的最小速度贴靠着隔板23送入，并具有确保所需要的分离的必要的离心力。隔板23的开口的尺寸、液态致冷剂的粘度以及隔板23和容器内表面之间的距离都是另外的设计参数，这些参数将会影响分离效率。
结果是液态致冷剂在容器19的内表面和隔板之间的间隙中滴下，同时气态致冷剂将螺旋式上升通过容器19的中部。由螺旋气流携带的液滴将被离心力抛向位于分离器5的入口6上方的隔板23部分，由隔板捕获落入隔板23和容器19内表面之间的间隙中。
最好具有网格形式的涡流限制器25能减小循环液态致冷剂的涡流，因此简化了对分离器5中液态致冷剂水平面的控制。另外，很重要的一点是为了确保将液态致冷剂均匀地供给到蒸发器，应避免在分离器的底部产生涡流。因为涡流会减小驱动力，在极端状态下会危及蒸发器的功能。
该致冷系统还包括控制装置26，它用于接收来自传感器27的探测容器19中液态致冷剂水平面的信号，该控制装置将水平面调节在位于蒸发器出口下方的上限和位于蒸发器入口上方的下限之间。更确切地说，控制装置26按照水平面传感器27探测到的水平面来控制管线29中的膨胀阀28，管线29连接接收器3的出口16和分离器5的入口6，这样使液态致冷剂的水平面保持在正常操作条件下的上、下限之间。
可与控制装置26装在一起的进一步的控制装置30用以确保新鲜的致冷液响应已蒸发的致冷液而对分离器的供给，以此防止在任何装载情况下太多的致冷液累积在分离器5中。
这种控制装置30至少连接到三个温度传感器31～33的两个上，上述温度传感器用于分别传感在蒸发器4出口侧由蒸发器冷却的介质的温度，在蒸发器4内的液态致冷剂的温度，以及在蒸发器的入口处由蒸发器冷却的介质的温度。更确切地说，传感器31和33放置在流动的冷却介质中，而传感器32放置在蒸发器4上、出口和返回管上或蒸发器内的液面下方。
控制装置30探测传感器31和32、32和33或31和33的温差，控制管线29中的膨胀阀28，这样以减小液流来减小温差。
可与控制装置26装在一起的控制装置、也可是一个单独的装置、该装置用以使分离器5的液态致冷剂的水平面保持预定的上限以下，它是通过减小和增加压缩机1的容量、亦即减小和增大压缩机1的转动速度来做到的。这个最大限度上方的最大上限位于与从蒸发器4到分离器5的返回管线同样水平面上或在其下方。通常，该控制装置仅在起动致冷系统时工作，宜于减小压缩机1的容量。它会导致分离器5内的压力增大，因此使分离器5中的液态致冷剂水平面降到上述上限以下。
应该注意，供入分离器5的新鲜致冷剂是通过管线17内管线29开口端供给到分离器5的入口的。因此新鲜致冷剂中的任何气态致冷剂将与从蒸发器4返回的混合物中的气态致冷剂一样进行分离。新鲜致冷剂还有助于蒸发器4和分离器5之间的循环。
上述优选实施例可以各种方式进行修改。
例如：冷凝和接收装置的出口可通过位于液态致冷剂水平面上方的单独入口直接连接到分离器上，该出口甚至还可连入从分离器的第一出口到蒸发器的入口的管线中。
在图1中，冷凝和接收装置构成一级致冷系统，然而对本专业技术人员来说，采用两级致冷系统也是显而易见的。另外冷凝和接收装置可以包括一个封闭或一个敞开的节油器，因此压缩装置及冷凝和接收装置的结构可在本发明的范围内进行变化。
另外，蒸发器可采用各种形式，并可用于冷却如空气之类的气体及液体的各种流体。冷却的流体可用于冷冻，如食品冷冻厂的冷冻，也可用来冷却，如空调系统的冷却。
因此应该看到，本发明可以在所附权利要求的范围内作出与上述特例不同的实施例。

Claims (6)

1.一种分离器，包括基本为圆筒形的容器，容器具有顶部和底部出口，以及位于它们之间的入口，用以分离来自预冷系统中蒸发器的气态和液态致冷剂，将它们分别送到顶部和底部出口，上述入口切向导入圆筒形容器，
其中一个宽度小于容器的带孔的基本为圆筒形的隔板放置在容器的内侧，并朝上述容器内表面的下方向内延伸，从而相互限定容器的中部空间和周边空间。
2.按照权利要求1的分离器，其中基本为圆筒形的带孔的隔板还在上述入口的上方延伸。
3.按照权利要求1的分离器，其中隔板包括一个网。
4.按照权利要求1的分离器，其中带孔的隔板包括尺寸为0.2～5.0mm的孔。
5.按照权利要求1的分离器，还包括位于容器底部出口上方的涡流限制器。
6.按照权利要求5的分离器，其中涡流限制器包括至少一个轴向和径向延伸的带孔的隔板。
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