TWI302979B - Flash tank for economizer refrigeration systems - Google Patents

Description

1302979 九、發明說明： L發明戶斤屬之技術領域3 發明背景 本發明係有關於冷凍系統之能力與效率控制，且特別 5 係有關於一用以增強一冷凍系統之效能之閃蒸膨脹箱節能 器。如以下所述者，本發明係有關於一種使用内擋板系統 來產生冷凍劑液體之膨脹、所得冷凍劑氣體與剩餘冷凍劑 液體之分離、及在將該冷凍劑氣體與液體傳送至該冷凍系 統之其他組件之前暫時儲存它們兩者。 10 【先前才支冬好】 一典型壓縮冷凍系統係由以下組件構成：一蒸發器， 用以交換在一欲冷卻之介質與一冷柬劑之間的熱；一壓縮 機，係接收在該蒸發器中產生之低壓氣體冷凍劑且將該氣 體壓縮至一適當高壓者；一冷凝器，係有助於在該高壓冷 15 凍劑與另一流體(如室内空氣或水)之間的熱交換，使該高壓 氣體轉變成高壓液體者；一膨脹裝置，用以收納來自該冷 凝器之高壓液體且使該液體膨脹以產生低壓液體與某些低 壓冷凍劑氣體；及雙相管路，可將該膨脹裝置連接至一蒸 發器。 20 除了前述基本組件以外，該冷凍系統亦可包括其他欲 改善該系統之熱力學效率或效能之組件。如果是一多段壓 縮系統，且具有螺旋式壓縮機，則可包含一 “節能器”迴 路以改善該系統之效率並進行能力控制。節能器迴路係使 用在壓縮冷凍系統中以提供較佳之冷卻與加熱能力，使用 1302979 這種節能器迴路在先前技術中是眾所週知的。 一種節能器迴路可將冷凍劑氣體由壓縮循環之中壓階 « 段抽出以減少在下一個壓縮階段中受壓縮之氣體量，因此 可在下一個壓縮階段時增加馬達之效率。該中壓氣體通常 - 5 會回到吸引階段或一中間壓縮階段，此時它會稍微增加流 . 至該壓縮機之吸引氣體之壓力，且再減少該壓縮機所需之 壓縮量。 另一種節能器迴路則藉由將高壓冷凍劑由該冷凝器中 • 抽出且引導所抽出之冷凍劑通過一膨脹閥以降低該冷凍劑 10 之壓力與溫度，並且使所得到之中壓冷凍劑回到該冷凍迴 路中之各種地點來增加系統能力與效率。這第二種節能器 . 迴路通常被緊接著併入該冷凝器下游之高壓流動管線中， ^ 離開該冷凝器之冷凍劑的一部份係由該主流管線引流出 - 來，並且通過一節能器膨脹裝置。一如閃蒸膨脹箱之節能 15 器熱交換器接收離開該節能器膨脹裝置之冷凍劑，且在該 閃蒸膨脹箱内，該冷凍劑之一部份膨脹以形成中壓氣體， Φ 而該冷凍劑之剩餘部份則轉變成一中壓液相。較佳地，該 ' 中壓氣相在一多段壓縮機之中間壓縮階段處回到該壓縮 . 機，此時只需要較少之壓縮量便可達到一預定壓力，因此 20 增加壓縮機效率。該中壓液相則由該閃蒸膨脹箱在該主流 回到延伸至一蒸發器之主膨脹裝置之前的位置處先回到該 - 主流管線。在進入主流管線時，來自該節能器迴路膨脹裝 置之中壓液體冷凍劑冷卻冷凍劑之主流。因為到達該主膨 脹裝置之冷凍劑已預先冷卻，所以該蒸發器可具有較大之 1302979 冷卻效率。 使用在節能器迴路中之習知閃蒸膨脹箱具有相當複雜 之結構，例如，習知閃蒸膨脹箱具有由内擋板、浮子、相 分離篩網及其他組件構成之複雜結構。例如，在美國專利 * 5 第5,692,389號與美國專利第4,232,533號中所示與所述的閃 . 蒸膨脹箱包括由多數室、浮子、鐵絲篩網、擋板、套筒及 除霧過濾器構成之複雜結構。這些複雜結構在製造、保養 與修理方面是昂貴的且耗時的。 • 因此，所需要的是一種具有可提供極佳冷凍膨脹與相 10 分離之相當簡單内部結構與組件配置的閃蒸膨脹箱。 【發明内容3 1 · 發明概要 — 一種用於一節能器迴路中之閃蒸膨脹箱，且該閃蒸膨 ' 脹箱包括一大致呈圓柱形且具有實質上筆直之侧壁的殼 15 體。該殼體包括一上殼體段、一中間殼體段及一下殼體段， 且各段具有一大致圓柱形側壁，而各侧壁形成有至少一用 ® 以連接在另一段中之開口的開口。各殼體段包括一具有大 - 致圓形水平橫截面形狀之開口，且該上殼體段包括一位在 • 該側壁中之冷凍劑入口，及一大致圓柱形擋板。該擋板具 20 有一大致平行於該上段之側壁設置之側壁，且該擋板側壁 • 係相對該冷凍劑入口設置，以承接且引導經由該冷凍劑入 口加入該殼體中之高壓冷凍劑流。又，該上殼體段更包括 一位在封閉端部且相對該上段之開口設置之氣體出口。該 中間殼體段包括一位在該側壁之内側上之第二擋板，且更 7 1302979 =括一f㈣側壁奸之液位控難置。該下殼體段包括 位在糊壁巾切m㈣σ 殼體傳送至在—冷衫統中之另-組件。 一種用以在〜从处 5 10 15 20 劑氣體分離之方、冷料、統巾錄體冷_與冷束 節能器迫路/方法包括以下步驟：提供一設有-體之閃蒸膨勝伙、系充且°亥節旎态迴路包括一具有一殼 氣體出口、—二顺亚且該殼體包含—冷束劑入口、一冷來劑 板；將液體冷^冷;東劑出口、一圓柱形播板及一第二擒 體冷束劑由該收集在该冷;東系統之冷凝器中；使該液 線，且該冷^^凝器通過該節能器迴路之液體冷束劑管 至一閃蒸膨脹ίΓΓ具有—膨M置並且可連通地連接 該閃蒸_^/4劑人口；引導所承接之冷;東劑流至 冷凌劑^彳睛=職板上，且簡_大致位在與該 液相分離·、义，使該液體冷凍劑之氣相與該冷凍劑之 藉由k供一位在該殼體側壁上於一預定最大 液位上方之點處

义的罘二擋板，以防止再摻入冷凍劑氣體。 本發明之—I 率。 玫點是一壓縮冷凍系統之較佳操作與效 本發明之y _ π ^ 棱點是它具有一可以在一冷凍系統中可 罪且有效地操作 μ 、乍之間單結構，且可以便宜地且簡單地構成 與安具有1能ϋ迴路中。 器與優點是它提供在一壓縮冷㈣統之冷凝 間# 夕動之高壓冷凍劑的有效膨脹。 本毛明之其他特徵與優點可由配合藉由舉例說明本發 1302979 明之原理之附圖之以下較佳實施例的詳細說明而更加了 解。 ' 圖式簡單說明 ' 第1圖是顯示本發明之冷凍迴路之組件的系統圖。 ▲ 5 第2圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之垂直側橫截面 . 圖。 第3圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之上殼體段之垂 直側橫截面圖。 # 第4圖是沿第3圖之截面線4-4所截取之上殼體段的水 10 平俯視橫截面圖。 第5圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之中間殼體段之 . 垂直側橫截面圖。 ' 第6圖是沿第5圖之截面線6-6所截取之中間殼體段的 " 水平俯視橫截面圖。 15 第7圖是本發明之下擔板之俯視圖。 第8圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之下殼體段之垂 _ 錢橫截面圖。 • 第9圖是沿第8圖之截面線8-8所截取之下殼體段的水 - 平俯視橫截面圖。 20 第10圖是本發明之兩相鄰殼體段之一連接型態的橫截 面圖。 • 第11圖是本發明之兩相鄰殼體段之另一連接型態的橫 截面圖。 L實万包方式]1 1302979 發明之詳細說明 本發明所考量之標的物係有關於用以改善一使用節能 ' 器之效率與能力之系統與方法。該系統與方法可與任何一 " 種壓縮機一起使用，但特別適用於螺旋式壓縮機，因為螺 * 5 旋式壓縮機可以輕易地加入節能器。 . 首先請參閱第1圖，其中顯示一加入本發明之節能器迴 路之習知冷束系統100。如圖所示，該冷;東系統100包括一 壓縮機102、一馬達104、一冷凝器106、一蒸發器108及一 • 節能器閃蒸膨脹箱110。該習知冷凍系統100包括許多未顯 10 示在第1圖中之其他裝置，且這些裝置已特意刪去以簡化圖 式，以便於顯示。

壓縮機102壓縮一冷凍劑蒸氣且經由一排放管線將該 蒸氣傳送至該冷凝器106，並且較佳地，該壓縮機102是一 螺旋式壓縮機或其他多段式壓縮機。雖然一螺旋式壓縮機 15 理想地適用於此緊緻冷凍系統，本發明不限於單一種壓縮 機，且實務上，如離心式壓縮機之其他種類壓縮機可類似 地使用在本發明中。為了驅動該壓縮機102，該系統100包 括一壓縮機102用之馬達或驅動機構104。雖然對於該壓縮 機102用驅動機構所使用之用語是“馬達”，但是在此應了 20 解的是該用語“馬達”不限於一馬達且包含可配合驅動馬 達104使用之任何組件，例如一可變速驅動器與一馬達啟動 器。又，該馬達104可以是一感應馬達或一高速同步永久磁 鐵馬達。另一種如蒸汽或氣體渦輪及相關組件之驅動機構 亦可用來驅動壓縮機102，在本發明之較佳實施例中，該馬 10 1302979

ίο與一閃蒸膨脹箱110連接之膨脹裝置112。 劑通過該膨脹裝置112且進入該閃蒸膨脹箱11〇，並且該冷 床劑之一部份膨服且轉變成中壓氣體，而剩餘冷凍劑仍為 中壓之液體狀態或相。該中壓氣體經由一氣體出口 28被抽 至該壓縮機102之中間階段，且該中壓液體由該閃蒸膨脹箱 一冷凍劑管線， 出並將它傳送至一 。該冷凝液體冷凍 15 110回到該主管線107。該主管線107連接該冷凝器106與一 膨脹裝置112，且該膨脹裝置112向前連接至該蒸發器1〇8。 在一實施例，在該冷凝器1〇6中之冷凍劑蒸氣與流經一熱交 換盤管（圖未示）之流體熱交換。無論如何，在該冷凝器106 中之冷凍劑蒸氣將由於與該流體之熱交換而相變化成一冷 20 凍劑液體。 該蒸發器108可以是任一種已知的蒸發器，例如，該蒸 發器108可包括一具有一供應管線及一與冷卻負載連接之 返回管線的熱交換盤管（圖未示）。該熱交換盤管可包括多數 在該蒸發器108内之管束。一以水為佳之第二液體，但亦可 11 1302979 為乙烯、氣化鈣鹵水或氯化鈉鹵水之任何其他適當第二液 體，在該熱交換盤管中移動而經由一返回管線進入蒸發哭 108並且經由一供應管線離開該蒸發器。在該蒸發器中 之冷凍劑液體與在該熱交換盤管中之第二液體進行熱交 換，以降低在該熱交換盤管中之第二液體的溫度。在該蒸 發為108中之冷柬劑液體由於與在該熱交換盤管中之第一 液體之熱交換而相變化成一冷凍劑蒸氣，且在該蒸發器 中之低壓氣體冷凍劑離開該蒸發器108且藉由_吸弓I管HA 返回該壓縮機102。 10 15 20 雖然該系統100已利用該壓縮機102、馬達1〇4、、人t π xjxj 106及蒸發器108之較佳實施例說明過了，但是在此應了解 的是在該系統100中亦可使用這些組件之任何適當構型，只 要在冷凝器106與蒸發器⑽中之冷;東劑可得到適當之相變 化。 ‘ 在第1圖所示之實施例中，本發明之節能器迴路包含一 與在該冷凝器106與該膨脹裝置112之間之主管線107連通 的閃蒸膨脹箱no。較佳地，本發明之閃蒸膨服箱H0呈大 致圓柱形，且其尺寸可提供—適當内容積，以供冷束劑膨 脹至-所需壓力、分離所得料軸冷㈣奸、且 在將液相傳送至該主管線浙之前暫時料該等冷丑;東列 相。如該箱之所需高度、寬度及内部容積係依據如冷床劑 種類、壓縮機位移、所需李统能力 而乐、、死月匕力冷凍劑管線與i他;人 珠劑系驗件之能力、及發明關技術領域中具有通常知 識者已知的其他因素來決定。 12 1302979 第2圖顯示本發明之閃«Μ IK)之-實_ ’在這 實施例中’本發明之閃蒸膨M11G包括_包含三個殼體段 之殼體’卩卩上殼體段·—以—中間殼體段辦接以 形成一大致圓桎形殼體之下殼體段3〇。較佳地，各段加、 30、40係由具有大致均—厚度之低钱板以金屬=摔作 形成，且以由大約〇.375至大英奴厚度形成為佳。 但是’在此應了解的是該等段2〇、3〇、4〇可以由任何適當 之方法形成且可以具有任何適當之厚度。

如第2-3圖戶斤示，較佳地，該上殼體段2〇具有一半球形 10或碗形封閉端部27及一大致直線之側壁24。在另一實施例 中，該上殼體段20是-直徑大致一致且具有大致平坦板狀 封閉端部27之圓柱體。類似地，如第2與8圖所示，較佳地， 該下殼體段30具有大致半球形或碗形封閉端部如及一大致 直線之側壁34。又，該上殼體段2〇與該下殼體段％之大致 15直線側壁24、34各端接於一適於該中間殼體段40密封連接 的開口 22、32。各段2〇、3〇之大致圓柱形側壁24、％由對 應開口 22、32延伸至相對該開口 22、32設置之對應端部27、 36。較佳地，各側壁24、34之最大外徑係在大約1〇至大約 18英对之間。更佳地，各侧壁24、34之最大外徑係在大約 20 12至大約16英吋之間。最佳地，各侧壁24、34之最大外徑 係在大約13至大約15英忖之間。 如第2、5與6圖所示，該中間殼體段4〇呈一由大致圓柱 形側壁42所形成之大致圓柱形。該側壁42端接以形成兩相 對開口，即，一上開口44與一下開口 46。較佳地，該側壁 13 1302979 42之最大外徑與該等側壁24、34之最大外徑相匹配且係在 大約10至大約18英吋之間。更佳地，該側壁42之最大外徑 係在大約12至大約16英吋之間。最佳地，該側壁42之最大 外徑係在大約13至大約15英吋之間。 5 該中間殼體段之上開口 44可確實地結合該上殼體段20

之開口 22，且該下開口 46可以確實地結合下殼體段30之開 口 32。在一較佳實施例中，各開口 22、32可以套置或嵌合 在中間殼體段40之對應開口44、46内。更佳地，該等殼體 段20、30、40係藉由如熔接等永久且密封地連接，以形成 10 該殼體，但亦可使用其他適當的連接方法。

如第3-6與8-9圖所示，各段20、30、40之開口 22、32、 44、46大致具有一圓形水平橫截面形狀，且以可與相鄰殼 體段之開口形狀互相配合為佳。為達成此應用之目的，圓 形、橢圓形與似卵形亦可被視為是“大致圓形”。如前所 15 述，較佳地，各殼體段20、30、40之側壁24、34、42在轴 向上實質上是筆直或直線的。在本文中之該用語“大致筆 直”容許在大致一致之半徑上稍微向外或向内彎曲，只要 這彎曲是可接受的。一稍微向外彎曲之起始點可位在環繞 該殼體段側壁之任何周緣位置處，使該半徑可用來界定可 20 能有之該側壁的曲率。該半徑之長度可以是“大致一致” 的，且這表示在不偏離使該側壁稍微產生彎曲之觀念之情 形下，一側壁段之不同小段的半徑長度可以變化，以達成 如空間要求等之特定目的。在另一實施例中，各殼體段20、 30、40之側壁24、34、42亦可由該開口朝向其相對端向内 14 1302979 或向外一次或多次地，即連續地或藉由具有漸減或漸增直 傻之階部地形成“階狀”。例如，第10圖顯示以χ、丫與2表 示之階部，且這“階狀，，殼體壁觀念對於容許該閃蒸膨脹 箱110可嵌入一冷凍系統之有限空間區域内是常見的。或 5者，如第11圖所示，該等殼體可以藉由例如熔接等結合在 —起，使組裝完成之閃蒸膨脹箱110形成一平滑連接側壁結 構。 如弟2-3圖所示，該上殼體段2〇更包括多數增加與增強 该節能器迴路之效能的構件。特別地，該上殼體段2〇之端 10 15 20 部27包括用以將冷凍劑氣體傳送至該壓縮機1〇2之氣體出 口 28。較佳地，如果該上殼體段20殼體係構成為半球形或 另構成一具有大致平坦板狀封閉端部27之大致一致直徑圓 柱體，則該氣體出口28係位在該端部27之水平與垂直橫截 面成何中心處。更佳地，該端部27係呈半球形聽端部^ 之橫^面幾何中心形成該半球形之頂點。最佳地，該端部 27係呈半球形且該端部27之橫截面幾何中心形成該半球形 之頂點’並且該氣體出p28作為—在該端卿之橫截面幾 射心處之圓形孔，使得由該閃蒸膨脹箱產生之冷珠劑 ^體可沿該卿27之内表面以最小之移動輯進入該氣體 口 28。錢體“28可以是該端部27之壁之簡單 者可類似於第1〇圖所示之階狀壁構形地包括一 ==狀側橫截面輪廊。這些構形對於傳送 Π:體出口28連通之壓縮機返回管線是適當 的，或者’該氣體出口 28係一大致圓枝形管且 15 1302979 部27突入該桶110至少大約0.5⑻英吋為佳，並且以大約 0.700更佳。此外，該氣體出口 28可包括用以控制氣體流經 該氣體出口 28之裝置，例如一吸引閥。 又，如第2-3圖所示，該上殼體段20更包括一冷凍劑入 5 口 26，該冷珠劑入口 26可承接來自該冷凝器106之冷柬劑， 或來自由該冷凝器106延伸至該冷凍劑入口 26之液體管線 中之膨脹裝置112之冷凍劑。該冷凍劑入口 26係位在該側壁 24中，且以在該側壁24之大致直線垂直部份中為佳。較佳 地，該入口 26是一在該側壁24中之孔，且該孔具有一大致 10 垂直於該大致直線垂直側壁24之縱軸。較佳地，該孔大致 是圓形的或大致是圓柱形的並且其方向係可使膨脹冷凍劑 流垂直地進入一圓柱形擋板50之側壁中。較佳地，該冷凍 劑入口 26之縱軸大致垂直於該氣體出口 28之縱轴。 一膨脹裝置112係設置在入口 200之上游，且可安裝在 15 由該冷凝器106延伸出之液體冷凍劑管線中或緊臨該氣體 出口 28。較佳地，該膨脹裝置112是一電子控制膨脹閥，且 其孔開度係利用一如致動器或馬達之機械裝置來調節。該 膨脹裝置112之開口尺寸係依據一來自一控制器訊號來控 制，且該控制器接收來自該系統中多數不同點之資料。該 20 資料係利用一控制器處理以決定該膨脹裝置112與在該冷 凍系統中之其他閥之最適當設定值，以回應現有之操作條 件。該膨脹裝置112可使該高壓液體冷凍劑快速地膨脹至一 較低之中壓，且最好是在該冷凝器壓力與該蒸發器壓力之 間大約一半的壓力。 16 1302979 如第24圖所示，且如前所述，該閃蒸膨脹箱11〇更包 括一设置在σ亥上叙體4又20内且與該側壁24大致同心之圓柱 _ 觎 形擋板5〇。該擋板50亦可部份設置於該中間殼體段4〇中， 且較佳地，該擋板50大致呈圓柱形並且包含一大致圓柱形 - 5侧壁52。如第4圖所示，該閃蒸膨脹箱11〇之水平橫截面形 • 狀之直徑係由直徑Α-Α界定，而該擂板5〇之水平橫截面形狀 之直徑係由直徑Β-Β界定。沿該等軸之各直徑之相對比例係 尺寸wA與wB之比例，且該比例Wa/Wb#由大約12至大約 _ L6為佳。在較佳實施例中，該閃蒸膨脹箱110與擋板50之側 10壁形狀大致互相對應，即大致同心，因此該擋板5〇之側壁 52在該擋板50之整個圓周上沿該擋板5〇之軸向長度與該上 ， 殼體段20之側壁24保持大約等距。 . 該擋板5〇之側壁52端接而形成兩相對開口，即一上開 " 口 54與一下開口 56。較佳地，該上開口 54可確實地結合該 15 上殼體段20之端部27内表面。該側壁52沒有穿孔且其上端 密封抵靠於該上殼體段20之端部27内表面，使得所有氣體 ® 必須向上移動通過該擋板50之下開口 56並到達該氣體出口 - 28。例如，與該上開口 54相鄰之側壁52可以藉由跳焊等熔 - 接於該端部27之内表面上，而這可防止進入該冷凍劑入口 20 26之液體冷凍劑到達該氣體出口 28。 • 該擋板5〇之下開口 56可承接未被其他閃蒸膨脹箱11〇 • 組件阻擋之冷凍劑、氣體與殘留物。較佳地，該側壁52沿 轴C-C之軸長大於該大致直線側壁24之長度，因此該#板 之下開口 56可延伸入由該組裝完成閃蒸膨脹箱11〇之中間 17 1302979 殼體段40所形成之凹穴中。較佳地，該側壁52之轴長小於 或等於該大致®柱形上擋板觀最大水平橫截面内徑。更 佳地’該側壁52之轴長係該大致圓柱形上擔板5〇之最大水 平橫截面内徑之至少2〇%但小於100%。 5 如第2、5與6圖所示，該閃蒸膨脹箱110更包括一與該 圓柱t50起運作的第二擋板6〇，以提升該冷珠劑液體膨 脹成氣體、有效分離該冷;東劑氣體與液體、且將該冷束劑 乳體與氣體液體可靠地傳送至該冷柬系統内適當之欲到達 目的地。當冷㈣經由該冷;東劑人口26進人該閃蒸膨脹箱 10 110中日寺，該冷康劑衝擊該圓柱形擋板50且朝該閃蒸膨脹箱 110之底或下设體段3〇掉落。該液相聚集在該閃蒸膨脹箱之 底部30中且以-中壓形成一定量之冷束劑液體，且該冷柬 劑液體可通過一液體冷凍劑出口 38傳送至該蒸發器108。但 是，當該冷凍劑液體由該冷凍劑入口26掉落時，它可能會 U再摻入該氣態冷来劑中。該第二、下擋板60可防止朝液體 冷凍劑之下段30過度摻入該氣態冷凍劑，且如第2圖所示， 該擋板60係設置在該側壁42之内表面上位於一預定最大液 位上方的預定位置處。較佳地，該擋板6〇係位在該閃蒸膨 脹箱110之中間殼體段40之内側壁上，但是，該擋板6〇在該 2〇側壁42上之真正位置係依據一預定最大液位來決定，使該 下擋板60最好永遠不會浸入該閃蒸膨脹箱之液體冷凍劑 中。 如第5-7圖所示，較佳地，該下擋板6〇係如鋼或塑膠之 片大致平坦之材料，且由該側壁42大致垂直於該侧壁42 18 1302979 突入該閃蒸膨脹箱110之凹穴内。較佳地，該下播板6〇具有 一可連續接觸該側壁42之内表面之第_端62。例如，該第 一端62最好具有—大致與該側壁42配合之半徑。該下擋板 60具有一犬入該閃蒸膨脹箱11〇之凹穴之相對第二端，且 5較佳地，該擋板60係以一由該第一端62之中點或中心延伸 至該第二端64之中點或中心之縱向中心轴為中心呈對稱 狀。較佳地，該下擋板60之中心軸係切向地對齊該冷凍劑 入口 26，且亦對齊該冷凍劑液體出口 38。 該擔板60之第一端必須夠寬，以防止氣體被存在該液 1〇體出口 38中之液體的力量拉入該液體中。較佳地，以^表 示之第-端62寬度係可在該播板6〇連接於該側壁42内表面 時，使該擋板60橫跨環繞該大致圓形側壁42之内圓周之大 約15至大約150度。更佳地，該第一端62之寬度％係可在該 播板60連接於該側壁42内表面時，使該擔板6〇橫跨環繞該 I5大致圓形側壁42之内圓周之大約6〇至大約12〇度。最佳地， 該第一端62之寬度Wl係可在該擋板6〇連接於該側壁42内表 面且该擋板60之縱軸對齊該冷凍劑入口 ％與液體出口％ 時，使該擋板橫跨環繞該大致圓形側壁42之内表面圓周之 大約80至大約1〇〇度。 20 類似地，該下擋板60之縱向中心軸(C-C)具有足夠之長 度L，使該第二端64可突出該液體出口 38以防止氣體再摻入 或氣體經由該液體出口38逸出。該擋板6〇沿該縱向中心水 平中心轴(C-C)之長度L應為該第一端62所連接之該側壁 之大致圓柱形截面之最大水平橫截面内徑之至少2〇%，但 19 1302979 小於100%。更佳地，沿該縱向軸(C-C)之長度L·係在該第一 端62所連接之該側壁42之大致圓柱形截面之最大水平橫截 面内徑之大約20%至大約50%。較佳地，該第二端64係一與 該擋板60之縱軸C-C大致垂直對齊之大致直線邊緣，且該第 5二端64具有一在第7圖中以W2表示且與該長度成正比之 寬度。較佳地，該比例係在大約〇·25 ·· j至大約4 : i之範圍 内，且更佳地，該比例係在大約丨：i至大約3 : i。此外， w#w2之比例係在大約！ ： i至大約4 :工，且以在大約2 :工 至大約3 · 1為佳。該第一端62與該第二端64係以側緣66結 10合在一起，且較佳地’側緣66係大致呈直線狀並且以一角 度讀該第二端64接合。更佳地，該角度^是在大約3〇至 大約50度之間。 在該閃蒸膨脹箱110之下部30中之液體的液位係由數 b 2構件決定。首先，如前所述，—液體出口遞置在該下 15，體段30中，以將冷;東劑液體由該閃蒸膨服箱⑽專送至該 、、毛阳車乂佺地，如第8-9圖所示，該液體出口 38大致呈圓 旦形且田使用違組裝完成閃蒸膨脹箱训之總高度Η來測 量時係位在該閃蒸膨脹箱底部之2〇%之點處。該液體出口 2〇 /匕括如閥等衣置’以调節由該閃蒸膨脹箱11Q傳送至該 条發為之液體冷凍劑之速度與體積。 匕外林明提供—可調節液位<液位控制裝置70。 ^。亥液位控制裝置70使在該閃蒸膨脹箱中之液位保 ^致固定’藉此防止氣體進人該液體出口 ％，並確使液 歧不會到達職體出口28以避免破_壓縮機。如第2圖所 20 1302979 示，在一實施例中，該液位控制裝置70包含一穿過該側壁 42安裝之管狀結構，且該管狀結構可連通該閃蒸膨脹箱110 在最大液位下方之底部區域與該閃蒸膨脹箱110在該最大 液位上方之區域。該液位控制裝置70係一大致呈圓柱形管 5 狀結構，且具有兩由一中央通道76結合之相對端72、74。 較佳地，該裝置70之管狀段之内徑，及該等端72、74之直 徑係至少為0.5英吋，以防止在該裝置70中之液位管柱之熱 絕緣，並提高用以改變在該閃蒸膨脹箱中之液體冷凍劑之 液位之管柱中的快速反應性。各端具有一用以連通該閃蒸 10 膨脹箱110内部之兩區域之開口 78，且該裝置包括一用以連 接一設置在該側壁42中且位在該最大液位下方之第一液位 孔48的第一下端72，及一用以連接設置在該側壁42中之第 二孔47的相對第二端74。該液位控制裝置70亦包括一液位 债測器/感測器，且該液位债測器/感測器可與如一控制微處 15 理器之冷凍系統控制器連接，以發送接收有關在該液位控 制裝置70中之液位之資料，因此該微處理器可以操作在該 系統中閥或調整系統操作參數，以調整與控制該閃蒸膨脹 箱110中之液位。 本發明之完全組裝完成之節能器閃蒸膨脹箱的操作如 20 下。首先，收集在該冷凝器106中之液體冷凍劑通過一液體 管線而到達該閃蒸膨脹箱110之冷凍劑入口 26。在離開該冷 凍劑入口 26時，使該液體冷凍劑在該閃蒸膨脹箱110減壓或 膨脹至一所需溫度與壓力。在通過該冷凍劑入口 26進入該 閃蒸膨脹箱110時，立即引導膨脹之冷凍劑衝撞該圓柱形擋 21 1302979 板50 ’產生使該冷凍劑之溫度與壓力降低之擾流。該冷凍 劑擾流朝該閃蒸膨脹箱n 〇之底部3 〇掉落，且當該冷凍劑掉 落時’該氣態冷凍劑與該液體冷凍劑利用重力分離，且亦 利用由該圓柱形擋板50所產生之擾動力量分離。將該液體 5冷凍劑收集在該閃蒸膨脹箱11〇之底部30中，並將該氣體或 条氣相收集在該閃蒸膨脹箱11〇之半球形上段2〇。接著，使 收集在忒上段20中之氣體通過該氣體出口 28且藉由一返回 管線回到該壓縮機。在注入該壓縮機1〇2之前，該氣體可選 性地通過該壓職馬達，以另外地冷卻該馬達iG4。較佳 10地.亥氣體係由在壓縮機入口下游之壓縮室中壓力大約等 於保持在該節能器閃蒸膨脹箱110内之中壓處注入該室。 膨脹箱11 〇中之液體冷束劑^在位於該液位 1方之下擋板6G上，且接著慢慢地流人該液位。如此，該 下“板6〇可以防止该液位與掉落之液體冷來劑直接接觸與 15混合，藉此減少氣態冷束劑摻入該液位。接著，將收集在 _ / K t <㈣冷/東劑經由該液體出Π38抽出並在進入該 • 紐器⑽之前於此處利用如-膨關進行第二次膨脹，且 、=脹m相之壓力與溫度減少至該蒸發器⑽之壓力 X *過錢體出π38之液體可以利用如可變化該液 _ Μπ38之開度之閥等閥裝置來控制並因此可計測流入連 接至該之主f㈣7之料劑量。 ^㊆路所增加之處理能力可以藉由調節該冷;東 劑入口 ％、該液體出口 38及該氣體出口 28來控制。此外， 在该閃蒸膨脹箱110中之液位可以利用液位控制裝置70感 22 1302979 測並處理該感測資料以指示一控制器開啟與關閉在冷凍劑 入口 26與冷凍劑出口 38、28處之閥來調整，藉此保持在該 閃蒸膨脹箱中之相對固定液位。 雖然本發明已參照一較佳實施例說明過了，但是發明 5 所屬技術領域中具有通常知識者應了解在不偏離本發明之 範疇之情形下可進行各種變化且可以用等效物取代本發明 之元件。此外，在不偏離本發明之實質範疇之情形下可對 本發明之揭示進行許多種修改，以配合一特殊情況或材 料。因此，本發明不受限於以實施本發明之最佳模式所揭 10 露之特殊實施例，且本發明將包括所有落在以下申請專利 範圍之範疇内的實施例。 I：圖式簡單說明3 第1圖是顯示本發明之冷凍迴路之組件的系統圖。 第2圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之垂直側橫截面 15 圖。 第3圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之上殼體段之垂 直侧橫截面圖。 第4圖是沿第3圖之截面線4-4所截取之上殼體段的水 平俯視橫截面圖。 20 第5圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之中間殼體段之 垂直側橫截面圖。 第6圖是沿第5圖之截面線6-6所截取之中間殼體段的 水平俯視橫截面圖。 第7圖是本發明之下擋板之俯視圖。 23 1302979 第8圖是本發明之閃蒸膨脹箱節能器之下殼體段之垂 直侧橫截面圖。 第9圖是沿第8圖之截面線8-8所截取之下殼體段的水 平俯視橫截面圖。 ' 5 第1 〇圖是本發明之兩相鄰殼體段之一連接型態的橫截 • 面圖。 第11圖是本發明之兩相鄰殼體段之另一連接型態的橫 截面圖。 24 1302979 【主要元件符號說明】 20.. .上殼體段 22···開口 24.. .側壁 26…冷凍劑入口 27.. .封閉端部 28.. .氣體出口 30.. .下殼體段 32···開口 34.. .侧壁 36.. .封閉端部 38…液體出口 40.. .中間殼體段 42.. .側壁 44.. .上開口 46.. .下開口 47.. .第二孔 48…第一液位孔 50…擋板 52.. .侧壁 54.. .上開口 56.. .下開口 60.. .擋板 62···第一端 64.. .第二端 66.. .側緣 70.. .液位控制裝置 72,74.··相對端 76.. .中央通道 78···開口 100.. .冷凍系統 102.. .壓縮機 104.. .馬達 106.. .冷凝器 107.. .主管線 108.. .蒸發器 110.. .閃蒸膨脹箱 112…膨脹裝置 114.. .吸引管 25

Claims (1)

1302979 十、申請專利範圍： 1. 一種用於一節能器迴路中之閃蒸膨脹箱，且該閃蒸膨脹 箱包含： 一殼體，係大致呈圓柱形且具有一封閉端部及大致 5 圓柱形側壁，該殼體包括： 一上殼體段，具有一大致圓柱形側壁及一封閉 端部； 一中間殼體段，係與該上殼體段相鄰設置且具 有一大致圓柱形側壁；及 10 一下殼體段，係與該中間殼體段相鄰設置且具 有一大致圓柱形側壁及一封閉端部，並且各殼體段 具有一用以連接相鄰殼體段之開口； 一冷凍劑入口，係位在該上殼體段之側壁中； 一大致圓柱形擋板，具有一至少部份地設置在該上 15 殼體段中且大致平行於該上殼體段之侧壁的側壁，並且 該擋板側壁可引導經由該冷凍劑入口流入該殼體中之 高壓冷凍劑； 一氣體出口，係設置在該上殼體段之封閉端部中； 一第二擋板，係位在該中間殼體段之側壁内側上； 20 及 一液體冷凍劑出口，係設置在該下殼體段之側壁 中，以將該液體冷凍劑由該殼體傳送至該冷凍系統中之 另一組件。 2. 如申請專利範圍第1項之閃蒸膨脹箱，其中該圓柱形擋 26 1302979 板具有一與該上殼體段之封閉端部内表面連接之第一 端，及一與該第一端相對且具有一用以連通該氣體出口 與該中間殼體段之第二端。 3. 如申請專利範圍第1項之閃蒸膨脹箱，其中該圓柱形擋 5 板係設置成與該上殼體段之側壁大致同心。 4. 如申請專利範圍第1項之閃蒸膨脹箱，其中該圓柱形擋 板之側壁長度係該圓柱形擋板之水平橫截面内徑之至 少20%，且小於100%。 5. 如申請專利範圍第1項之閃蒸膨脹箱，其中該冷凍劑入 10 口包括一具有一縱軸之大致圓柱形孔，且該縱軸大致垂 直於該圓柱形擋板之側壁。 6. 如申請專利範圍第1項之閃蒸膨脹箱，其中該冷凍劑入 口與該液體冷凍劑出口係在該殼體之側壁上大致切向 地對齊。 15 7.如申請專利範圍第1項之閃蒸膨脹箱，其中該第二擋板 包含一片大致平坦之非多孔質材料。 8. 如申請專利範圍第1項之閃蒸膨脹箱，其中該第二擋板 包括一第一端與一相對第二端，且其中該第一端在位於 一預定最大液位上方之點處與該殼體之側壁内表面連 20 接。 9. 如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二擋板 之第一端之形狀係可與該殼體之側壁内表面連續地接 觸。 10. 如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二擋板 27 1302979 之第一端具有足以橫跨環繞該側壁内表面之周緣大約 50與大約150度之間的寬度。 11. 如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二擋板 係沿著一連接該第二擋板之第一端與第二端之中點之 5 中心轴大致呈對稱。 12. 如申請專利範圍第11項之閃蒸膨脹箱，其中該中心轴係 切向地對齊在該殼體側壁上之冷凍劑入口與液體冷凍 劑出口。 13. 如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二擋板 10 之相對第二端由該側壁大致垂直地突入該殼體之内凹 穴中。 14. 如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二擋板 沿該中心軸之長度係在該第二擋板之第一端所連接之 該殼體側壁之最大水平橫截面直徑之20%與50%之間。 15 15.如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第一端寬 度對該第二端寬度之比例係在大約2: 1與大約4: 1之間。 16.如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二端寬 度小於該第一端寬度，且其中該等第一與第二端係利用 一大致直線狀之側緣來連接。 20 17.如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二端大 致呈直線狀且大致垂直於該中心轴。 18.如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中該第二端寬 度對該第二擋板沿該中心軸之長度係在0.5 : 1與3:1之 間。 28 1302979 19. 如申請專利範圍第8項之閃蒸膨脹箱，其中一穿過該側 壁安裝之液位Μ制裝置具有一大致圓柱形内部，且該大 致圓柱形内部具有大致一致之内徑。 20. 如申請專利範圍第19項之閃蒸膨脹箱，其中該液位控制 5 裝置之内徑至少為0.5英吋。 21. —種用以在一節能器冷凍系統中使液體冷凍劑與冷凍 劑氣體分離之方法，該方法包含以下步驟： 提供一設有一節能器迴路之冷凍系統，且該節能器 迴路包括一具有一殼體之閃蒸膨脹箱，並且該殼體包含 10 一冷凍劑入口、一冷凍劑氣體出口、一液體冷凍劑出 口、一圓柱形擋板及一第二擋板； 將液體冷凍劑收集在該冷凍系統之冷凝器中； 使該液體冷凍劑由該冷凝器通過該節能器迴路之 液體冷凍劑管線，且該冷凍劑管線中具有一膨脹裝置並 15 且可連通地連接至一閃蒸膨脹箱之冷凍劑入口； 引導所承接之冷凍劑流至該閃蒸膨脹箱之圓柱形 擋板上，且該圓柱形擋板設置成與該冷凍劑入口實質上 相鄰； 使該液體冷凍劑之氣相與該冷凍劑之液相分離；及 20 藉由提供一位在該殼體側壁上於一預定最大液位 上方之點處的第二擋板，以防止再摻入冷凍劑氣體。 22. 如申請專利範圍第21項之方法，更包含藉由傳送該冷凍 劑氣體通過該圓柱形擋板内部且到達該氣體出口，並且 藉由將冷凍劑液體經由該液體冷凍劑出口傳送至一主 29 1302979 冷凍劑管線，以將在該閃蒸膨脹箱中之冷凍劑液體保持 在固定之液位的步驟。 23. —種冷;東系統，包含一壓縮機、一冷凝器及一蒸發器’ 且該等壓縮機、冷凝器及蒸發器互相連接以形成一封閉 5 冷凍迴路，並且該封閉冷凍迴路更包含一包括一閃蒸膨 脹箱之節能器迴路，而該閃蒸膨脹箱包含： 一殼體，係大致呈圓柱形且具有一封閉端部及大致 圓柱形側壁，該殼體包括： 一上殼體段，具有一大致圓柱形側壁及一封閉 10 端部， 一中間殼體段，係與該上殼體段相鄰設置且具 有一大致圓柱形側壁；及 一下殼體段，係與該中間殼體段相鄰設置且具 有一大致圓柱形側壁及一封閉端部，並且各殼體段 15 具有一用以連接相鄰殼體段之開口； 一冷凍劑入口，係位在該上殼體段之侧壁中； 一大致圓柱形擋板，具有一至少部份地設置在該上 殼體段中且大致平行於該上殼體段之侧壁的側壁，並且 該擋板側壁可引導經由該冷凍劑入口流入該殼體中之 20 高壓冷凍劑； 一氣體出口，係設置在該上殼體段之封閉端部中； 一第二擋板，係位在該中間殼體段之側壁内側上； 及 一液體冷凍劑出口，係設置在該下殼體段之側壁 30 1302979 . 中，以將該液體冷凍劑由該殼體傳送至該冷凍系統中之 _ 另一組件。 24. 如申請專利範圍第23項之冷凍系統，其中該冷凍劑入口 與該液體冷凍劑出口係在該殼體之側壁上大致切向地 5 對齊。 25. 如申請專利範圍第23項之冷凍系統，其中該第二擋板包 含一片大致平坦之非多孔質材料。 26. 如申請專利範圍第23項之冷凍系統，其中該第二擋板包 t 括一第一端與一相對第二端，且其中該第一端在位於一 10 預定最大液位上方之點處與該殼體之側壁内表面連接。 27. 如申請專利範圍第26項之冷凍系統，其中該第二擋板之 第一端具有足以橫跨環繞該側壁内表面之周緣大約50 與大約150度之間的寬度。

31