CN85108065A

CN85108065A - 制冷系统用的冷凝过冷却器

Info

Publication number: CN85108065A
Application number: CN198585108065A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·W·亚当斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1985-10-28
Publication date: 1986-04-10
Also published as: JPS61114057A; EP0180151A2; PT81383A; EP0180151A3; PT81383B

Abstract

本发明提供了一种用于制冷系统的固定的机械式冷凝过冷却器，可以提高系统的效率。过冷却器包括构成腔室的外壳，外壳中装有喷射杆，高压液体冷冻剂通过喷射杆排出，减低其压力以便冷却液体冷冻剂。过冷却器放置在诸阀如膨胀阀的量器前面的高压液体管道上。

Description

本发明涉及闭合循环制冷系统，该系统具有量器（metering device）如膨胀阀、冷凝器、压缩机和蒸发器。本发明特别涉及用于制冷系统的过冷却器，在液体管道的液体冷冻剂流过量器以前，过冷却器可以使液体进一步冷却，并使蒸汽冷凝。

在美国，制冷系统消耗了很大部分的电能。因为制冷系统必须在不同环境温度下工作，它们很少能在最有效的水平下工作。因此，相当大量的能量被浪费掉了。

引起效率低的部分原因之一是在冷凝器和量器之间的液体冷冰剂管道内形成了蒸汽。在很多系统中，在冷凝器和量器之间有一长段的管子。如果环境温度高，当液体冷冻剂流过这段管子时，就会吸收热量形成蒸汽。另外，由于管道中的磨擦造成的压力降或者冷冻剂从压缩机和冷凝器进一步流动时压力头的减少都会促使蒸汽的形成。因为量器的尺寸设计通常只能使液体通过，管道中的蒸汽存在，减少了通过量器流向蒸发器的液体量，从而大大降低了系统的效率。

人们已经研究和使用了各种解决措施来克服形成蒸汽的问题。一种措施是把液体冷冻剂管道中的压力提高到某种程度，使得系统在可能遇到的大部分或者全部工作条件下都不会形成蒸汽。然而，这就需要比通常情况下更大的压缩机，结果就需要更大的能量来使压缩机运转。

另一种措施是由沃伊特（Vocgt）在第4，259，848号美国专利中所公开的内容。在该系统中，把暴露在环境条件下的液体冷冻剂管道中形成的蒸汽从储存器中用双吸管压缩机抽吸出来，把趋近膨胀阀的冷冻剂在热交换器中绝热冷却，使从回路高压部分抽吸出来的蒸汽全部液化。虽然这种系统在某些环境下可以工作，它仍然有许多缺点。例如，它不能有效地应用于某些采用热气除霜的制冷系统中。此外，在储存器和压缩机之间需要使用复杂的阀装置来控制蒸发的冷冰剂的流动，使其从高压管道返回压缩机。同样地，在该系统中的量器必须是一种膨胀阀。

因此，提供一种固定的机械式冷凝过冷却器在此技术领域是有显著优点的。该过冷却器可以使用于闭合循环制冷系统中，在冷冻剂通过量器以前使液体冷冻剂进一步冷却，并使高压液体管道中形成的蒸汽冷凝。提供一种结构简单操作容易并且是高效的制冷系统是特别有利的。这样一种制冷系统在这里公开并申请专利权。

本发明提供一种固定的机械式冷凝过冷却器。在闭合循环制冷系统中，液体冷冻剂进入量器（例如膨胀阀）以前，使冷却器使蒸发的冷冻剂冷凝，并使液体冷冻剂进一步冷却。该过冷却器包括一个外壳，外壳构成一个腔室，具有入口和出口，过冷却器放置在按流动方向紧接量具前面的液体冷冻剂管道的地方。入口处包含有减低液体冷冻剂压力的装置以便完成冷却作用，使系统中存在的所有蒸汽冷凝。在一种最佳实施例中，压力减低装置包括一段连接在外壳入口上的管子，上述管子有许多喷射口，冷冻剂通过喷射口排入外壳内腔中。在过冷却器内保持一定的液面高度，把出口连接在低于液面的地方，使蒸汽不能通过出口进入量器中。

因为本发明使液体冷冻剂管道中形成的蒸汽在液体冷冻剂就要进入量器以前冷凝，就可以使用减少填充量的冷冻剂。使系统可以在标准设计温度和压力以下工作。因此，一定量的冷冻剂流过蒸发器时能产生较大的冷冻效果。因此，本发明的制冷系统比起传统来说，可以用较少的能量消耗来获得同样的冷却效果。

图1是本发明的过冷却器的一种最佳实施例在水平安装位置时的剖视图。

图2是图1所示的实施例沿2-2线的横剖视图。

图3是包含本发明装置的制冷循环的原理图。

图4是图1所示的实施例在垂直安装位置时的剖视图。

图5是本发明的第二种最佳实施例的剖视图。

本发明的目标在于一种用于闭合循环制冷系统的固定的机械式冷凝器过冷却器。该过冷却器放置在液体冷冻剂管道中紧接在量器前面的地方，该量器可能是传统的膨胀阀或者毛细管装置。过冷却器把液体冷冻剂在进入量器以前进一步冷却，以便提高系统的效率，同时把液体管道中形成的蒸汽进行冷凝，这是通过降低冷凝器和量器之间的压力头来吸收该段液体管道周围的热量来实现的。

首先参考图3。图3示意地说明了传统的制冷系统，并用标号10来冷指。这里面包括了本发明的过冷却器12。

制冷系统10包含了量器14，量器14可以是膨胀阀、毛细管或者用于制冷回路的任何其他传统形式的量器。低压液体管道16从量器14伸向蒸发器18，在蒸发器18中冷冻剂能够蒸发并吸收热量。蒸发的冷冻剂从蒸发器通过管道20流向压缩机装置22。压缩机装置22包括用马达26驱动的压缩机24。离心式压缩机或者容积式压缩机都可以使用到本发明的回路中去。

高压的蒸发冷冻剂从压缩机装置通过管道28流向冷凝器30，在冷凝器30中被冷凝。虽然图中所示的冷凝器30为一种气冷式冷凝器，应该知道，该系统还可采用水冷式冷凝器或者任何其他传统形式的冷凝器。

液化的冷冻剂从冷凝器通过管道32流向储存器34。后面将详细说明，应用本发明时，制冷系统中可以省去储存器34。

液化的冷冰剂从储存器34通过管道36流向过冷却器12。冷冻剂流过管道32和管道36时形成的蒸汽，在过冷却器12中被冷凝以后再流入量器14中。

其次再参考图1。图1表示了过冷却器12的一种最佳实施例的剖视图。过冷却器12包含有外壳40。外壳40具有入口，和来自储存或冷凝器的管道36连接，还具有出口，和伸向量器的管道38连接。在图示的实施例中，外壳40由圆柱形管42构成，有两个端盖44和46。外壳40限定了一个腔室，装了部分液体冷冻剂，形成了流面56和蒸汽空间55。

在图示的实施例中，管道36的一部分插入外壳40内，并且被弯成U形形状形成嘴射杆48，嘴射杆48放置在蒸汽空间55内。喷射杆48的端部有一个盖或管塞50。沿着喷射杆48的部分长度上开有许多个喷射口52它们起喷嘴的作用。液体冷冻剂54从喷射口52喷出时，它的压力降低并产生冷却效应。这个冷却作用使管道中的蒸汽冷凝成液体。

过冷却器12底部的液体冷冻剂56通过出口58被吸入到管道38去，然后再流入量器中。如果过冷却器12按适当的尺寸来制造，储存器34（见图3）就可以从制冷回路中被省去，而过冷却器12的外壳40所构成的腔室可以起储存器的作用。

在图示的实施例中，平板60位于外壳48内喷射杆48和液体56之间。平板60上有许多小孔62，液体冷冻剂能够通过这些小孔，平板60可以避免由喷射54所引起的液体56的飞溅。然而，平板60对过冷却器12的运转不是主要的，需要时可以除去。

喷射杆48上的喷射口52，其数目和尺寸可以调节，使得冷冻剂穿过冷却器12时的压力降为每平方英寸3至6磅。在采用例如12，22，500，502，或者F-11等牌号的冷冻剂时，最理想的压力约为每平方英寸5磅已发现这个压力降足以凝结液体管路中发生成的任何蒸汽。因为蒸汽被冷凝，从过冷却器12排出的只有液体冷冻剂，因此有可能减少冷冻剂的充填量，并减低制冷系统的操作压力和温度。这就使给定体积的冷冻剂在流过量器下游的蒸发器时，产生更大的冷却效应。因此，制冷系统效率更高，可以较少的能量取得相同的冷却效果。

再参照图4，图中说明了图1和图2所示的实施例在垂直安装位置时的运行情况，把入口管道36从外壳40的顶部插入，出口58放置在外壳40的底部。液体56的液面通常都调节到低于小孔52的位置。如果液面上升，盖住底部的大部分小孔52，过冷却器仍然会运行，但其冷却能力则会降低。

现在参考图5，它说明了本发明的第二种最佳实施例的剖视图。过冷却器112包含有外壳140，外壳140是由一节圆柱形管142构成的，两端有端盖144和146。管道36穿过上端盖144，用T形接头和喷射杆148连接。喷射杆148上有许多喷射口152，液体冷冻剂154通过喷射口152嘴射出。

液体冷冻剂156在外壳140的底部保持一液面高度，可以通过管道38流出。

从上文可以看到，本发明提供了一种新颖的固定的机械式冷凝器，它基本上可以加进到任何制冷系统中以降低所需要的额定能量。过冷却器使得从冷凝器连接到量器的管道中所形成的蒸汽冷凝，因此，可以减少冷冻剂的填充量。

虽然，本发明是根据其最佳实施例来进行描述，应该懂得，本发明是可以进行改进及变化而不脱离其范围及其主要特性的。举例来说，图5中所示的实施例，可以采用多根喷射杆，也可以使其形成圆盘形并带有许多小孔。也可以改过变过冷却器的外壳形状。另外，系统可以在喷射杆和液体冷冻剂之间装上平板或不装上平板的情况下运行。因此，所有包括在权利要求书的目的和范围中所作的各种改变和改进都包括在本发明所属的范围内。

Claims

1、一种用于闭合循环制冷系统的冷凝器的过冷却器(12)，其特征为它包括：

外壳(40)，它构成一个腔室，具有入口和出口(58)，

压力减低装置，和上述入口连接，以接收高压液体冷冻剂，使流过的液体冷冻剂减低压力，以便使蒸发的冷冻剂冷凝，并使液体冷冻剂过冷。

2、如权利要求1的用于制冷系统的冷凝器的过冷却器（12），其特征为上述压力减低装置包括喷射杆（48），其上有许多喷射口（52）。

3、如权利要求2的用于制冷系统的冷凝器的过冷却器（12），其特征为上述喷射口（52）的数目和尺寸应使冷冻剂流过上述过冷却器（12）时，能有效地产生约为每平方英寸3至6磅的压力降。

4、如权利要求3的用于制冷系统的冷凝器的过冷却器（12），其特征为上述喷射口（52）的数目和尺寸应使冷冻剂流过上述过冷却器（12）时，能有效地产生约每平方英寸5磅的压力降。

5、如权利要求1的用于制冷系统的冷凝器的过冷却器（12），其特征为上述过冷却器（12）旋转在量器（14）上游的高压液体冷冻剂管道上，而上述外壳（40）按垂直位置安装。

6、如权利要求1的用于制冷系统的冷凝器的过冷却器（12），其特征为上述过冷却器（12）放置在量器（14）上游的高压液体冷冻剂管道上，而上述外壳（40）按水平位置安装。

7、一种闭合循环液体制冷系统，其特征为它包括：

液体量器（14），用于减低液体冷冻剂的压力，

-蒸发器（18），

-压缩机（24），

-冷凝器（30），

-机械式过冷却器（12）它邻近上述量器（14），用于在上述液体冷冻剂进入上述量器（14）以前使上述液体冷冻剂中的蒸汽冷凝。

8、如权利要求7的闭合循环液体制冷系统，其特征为上述量器（14）包括一膨胀阀。

9、如权利要求7的闭合循环液体制冷系统，其特征为上述过冷却器（12）包含有外壳（40），外壳（40）限定了一个腔室和压力减低装置。

10、如权利要求9的闭合循环液体制冷系统，其特征为上述压力减低装置包括喷射杆（48），喷射杆（48）上有喷射口，液体冷冻剂在压力下通过喷口排出。

11、如权利要求10的闭合循环液体制冷系统，其特征为上述喷射杆（48）上具有多个喷射口（52）。

12、如权利要求10的闭合循环液体制冷系统，其特征为上述过冷却器（12）还包含有平板（60），安放在上述喷射杆（48）和上述过冷却器（12）的上述腔室内的液体冷冻剂液面（56）之间。

13、一种减低闭合循环液体制冷系统所需能量的方法，该系统具有量器（14），蒸发器（18），压缩机（24），冷凝器（30）以及减少的液体冷冻剂填充量，其特征为上述方法包括以下步骤：

把高压液体冷冻剂在其进入量器（14）以前，使其通过机械式过冷却器（12），

使上述液体冷冻剂在上述机械式过冷却器（12）中减低压力，使进入的冷冻剂中的蒸汽冷凝，并使进入的冷冻剂进一步冷却，

把减低压力的液体冷冻剂从机械式过冷却器（12）送到量器（14）中去。

14、如权利要求13的降低闭合循环液体制冷系统所需要能量的方法，其特征为液体冷冻剂压力的减少是通过把液体冷冻剂经过喷射杆（48）而获得的，喷射杆（48）安装在构成上述机械式过冷却器（12）的腔室内。