本發(fā)明總體涉及空調(diào)和制冷系統(tǒng)，并且更具體地涉及能夠使用不可混溶的油的空調(diào)和制冷系統(tǒng)。

在蒸氣壓縮系統(tǒng)中，來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣由壓縮機(jī)抽取，所述壓縮機(jī)隨后將所壓縮的制冷劑遞送至冷凝器(或用于跨臨界應(yīng)用的氣體冷卻器)。在冷凝器中，熱量在二次流體(諸如空氣或水)與制冷劑之間交換。通常呈液態(tài)的制冷劑從冷凝器穿行到膨脹裝置，在所述膨脹裝置中將所述制冷劑膨脹至較低壓力和溫度，之后提供給蒸發(fā)器。在空調(diào)應(yīng)用中，熱量在蒸發(fā)器內(nèi)在制冷劑與空氣或另一種二次流體(例如像水、乙二醇或鹽水)之間交換，以調(diào)節(jié)空間的室內(nèi)空氣。

由于制冷劑壓縮機(jī)必要地涉及移動(dòng)零件，通常需要借助于與穿過壓縮機(jī)的制冷劑混合或夾帶在所述制冷劑中的潤滑油向這些零件提供潤滑。盡管潤滑劑正常地在除壓縮機(jī)之外的系統(tǒng)內(nèi)沒有用，但是其在系統(tǒng)中以較低濃度的存在在制冷劑在常規(guī)蒸氣壓縮循環(huán)下穿過系統(tǒng)時(shí)通常不會減弱制冷劑的流動(dòng)、熱傳遞和特性。

可將各種類型的熱交換器(例如像直接膨脹式熱交換器和溢流式熱交換器)可用作HVAC系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。在溢流式熱交換器中，制冷劑通常圍繞定位在殼體內(nèi)的管的外部，并且將要冷卻的二次流體(例如像水)流動(dòng)通過所述管。通過將溢流式熱交換器的管浸入“沸騰的”液體制冷劑內(nèi)，在制冷劑與冷凍的二次流體之間僅需要非常小的溫差(.5°K-1.5°K)，從而提高熱傳遞效率。在直接膨脹式熱交換器中，制冷劑在管內(nèi)膨脹，而冷凍的第二流體循環(huán)通過殼體。直接膨脹式熱交換器中的典型溫差在4°K與6°K之間，以確保在壓縮機(jī)吸入處為氣相。

由于環(huán)境的全球變暖潛勢問題，正在考慮新型的制冷劑用于空調(diào)應(yīng)用中。這些新制冷劑包括導(dǎo)致通過壓縮過程使氣相和液相共存的制冷劑，或者與常規(guī)制冷劑相比具有更低排出氣體溫度和與潤滑劑的更高可混溶性的制冷劑。這些新制冷劑的實(shí)例包括但不限于：氫氟烯烴(HFO)以及HFO和氫氟烴(HFC)的共混物，或具有類似性質(zhì)的通常稱為“濕制冷劑”的其他制冷劑和/或制冷劑共混物。

由于這些新的“濕制冷劑”較高的可混溶性，它們趨于吸收大量的油，從而使得油-制冷劑混合物的粘度要求難以實(shí)現(xiàn)。使用不與這些制冷劑混合的不可混溶的油將提高油的粘度；然而，與此同時(shí)，使用不可混溶的油顯著并持久地降低采用現(xiàn)代溢流型蒸發(fā)器的空調(diào)和制冷系統(tǒng)的性能。替代溢流式蒸發(fā)器，直接交換蒸發(fā)器的使用可允許在制冷系統(tǒng)中使用不可混溶的油。在此類情況下，油返回由制冷劑通過熱交換器管的速度驅(qū)動(dòng)。

發(fā)明簡述

根據(jù)本發(fā)明的方面，提供冷凍器系統(tǒng)，所述冷凍器系統(tǒng)包括由流體聯(lián)接的壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成的蒸氣壓縮回路。制冷劑循環(huán)通過蒸氣壓縮回路。蒸發(fā)器是直接交換熱交換器。在蒸發(fā)器的出口處提供的制冷劑是包含液體制冷劑和蒸氣制冷劑的兩相混合物。蒸氣制冷劑占兩相混合物的小于或等于85％。制冷劑間熱交換器流體聯(lián)接到回路。制冷劑間熱交換器被配置來將在蒸發(fā)器的出口處提供的制冷劑轉(zhuǎn)變成過熱蒸氣。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，制冷劑具有較低的全球變暖潛勢。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，制冷劑包括氫氟烯烴(HFO)和HFO共混物中的至少一種。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，冷凍器系統(tǒng)包括潤滑系統(tǒng)，所述潤滑系統(tǒng)具有大體布置在壓縮機(jī)下游的油分離器。油分離器被配置來將與制冷劑分離的油供應(yīng)至壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)部件。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，油是不可混溶的油。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供冷凍器系統(tǒng)，所述冷凍器系統(tǒng)包括由流體聯(lián)接的壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成的蒸氣壓縮回路。制冷劑循環(huán)通過蒸氣壓縮回路。蒸發(fā)器是直接交換熱交換器。在蒸發(fā)器的出口處提供的制冷劑是包含液體制冷劑和蒸氣制冷劑的兩相混合物。蒸氣制冷劑占兩相混合物的小于或等于85％。效率回路包括分離器，所述分離器被配置來將制冷劑的兩相混合物分離成液體制冷劑和蒸氣制冷劑。效率回路可操作地聯(lián)接到蒸發(fā)器的出口，并且被配置來使來自分離器的液體制冷劑再循環(huán)通過蒸發(fā)器，以提高蒸發(fā)器和冷凍器系統(tǒng)的效率。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，制冷劑具有較低的全球變暖潛勢。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，制冷劑包括氫氟烯烴(HFO)和HFO共混物中的至少一種。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，冷凍器系統(tǒng)包括潤滑系統(tǒng)，所述潤滑系統(tǒng)具有大體布置在壓縮機(jī)下游的油分離器。油分離器被配置來將與制冷劑分離的油供應(yīng)至壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)部件。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，油是不可混溶的油。

除了以上所述特征的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，分離器可操作地聯(lián)接到壓縮機(jī)并且被配置來向其供應(yīng)制冷劑蒸氣。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，效率回路還包括具有第一入口和第二入口的噴射器。噴射器大體定位在冷凝器的下游和分離器的上游。

除了以上所述特征的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，分離器的第一出口可操作地聯(lián)接到噴射器的第二入口，并且被配置來向其供應(yīng)液體制冷劑。

除了以上所述特征的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，分離器大體布置在蒸發(fā)器的下游和壓縮機(jī)的上游。

除了以上所述特征的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，噴射器大體定位在膨脹裝置的上游。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，蒸發(fā)器的出口可操作地聯(lián)接到噴射器的第二入口。

除了以上所述特征的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，分離器大體布置在噴射器的下游，并且大體布置在膨脹裝置的上游。

除了上述特征中的一個(gè)或多個(gè)之外，或者作為替代方案，在另外的實(shí)施方案中，冷凍器系統(tǒng)包括制冷劑間熱交換器，所述制冷劑間熱交換器流體聯(lián)接到蒸氣壓縮回路和效率回路。所述制冷劑間熱交換器被配置來將在蒸發(fā)器的出口處提供的蒸氣制冷劑轉(zhuǎn)變成過熱蒸氣。

這些和其他優(yōu)點(diǎn)和特征將從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述變得更加顯而易見。

附圖簡述

在本說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中具體指出并且明確要求保護(hù)被認(rèn)為是本發(fā)明的主題。本發(fā)明的前述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳述顯而易見，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的冷凍器制冷系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的圖1的冷凍器制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器的橫截面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的另一個(gè)冷凍器制冷系統(tǒng)的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的另一個(gè)冷凍器制冷系統(tǒng)的示意圖；并且

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的另一個(gè)冷凍器制冷系統(tǒng)的示意圖。

發(fā)明詳述

現(xiàn)在參照附圖，示出被配置用于與可混溶的或不可混溶的油一起使用的改進(jìn)的冷凍器制冷系統(tǒng)20。制冷劑R被配置來循環(huán)通過冷凍器系統(tǒng)20，使得制冷劑R在較低溫度和壓力下蒸發(fā)時(shí)吸收熱量，并在較高溫度和壓力下冷凝時(shí)釋放熱量。在一個(gè)實(shí)施方案中，制冷劑(例如像，氫氟烯烴(HFO)或HFO共混制冷劑)具有較低的全球變暖潛勢。在此冷卻器系統(tǒng)20內(nèi)，如箭頭所指示，制冷劑R沿逆時(shí)針方向流動(dòng)。壓縮機(jī)25接收來自蒸發(fā)器40的制冷劑蒸氣并且將所述制冷劑蒸氣壓縮至較高的溫度和壓力，并且然后相對較熱的蒸氣穿行到冷凝器30，在冷凝器30中通過與冷卻介質(zhì)(例如像空氣或水)的熱交換關(guān)系而將所述蒸氣冷卻并冷凝至液態(tài)。液體制冷劑R然后從冷凝器30穿行到膨脹閥35，其中制冷劑R在穿行到蒸發(fā)器40時(shí)會膨脹到低溫兩相的液體/蒸氣狀態(tài)。在蒸發(fā)器40中添加熱量之后，低壓蒸氣然后返回到壓縮機(jī)25，在所述壓縮機(jī)25中重復(fù)所述循環(huán)。壓縮機(jī)25、冷凝器30、膨脹裝置35和蒸發(fā)器40一起形成蒸氣壓縮回路。

在冷凍器系統(tǒng)20的示出的實(shí)施方案中，蒸發(fā)器40是直接膨脹式熱交換器。如圖2中所示，蒸發(fā)器40包括連接的第一殼體100a和第二殼體100b，以及聯(lián)接的第一多個(gè)管105a和第二多個(gè)管105b，所述第一多個(gè)管105a和所述第二多個(gè)管105b分別布置在殼體100a、100b中的每一個(gè)內(nèi)。然而，具有任意數(shù)量的殼體100a、100b的實(shí)施方案在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在蒸發(fā)器40包括多個(gè)殼體(例如像殼體100a和100b)的實(shí)施方案中，殼體相互流體聯(lián)接，并且每個(gè)相應(yīng)的殼體105a、105內(nèi)的管105a、105b流體聯(lián)接。多個(gè)大擋板107和小擋板109通常接收并支撐管105a、105b，以保持管105a、105b沿著殼體100a、100b的長度的位置。在一個(gè)實(shí)施方案中，大擋板107被配置來接收殼體100a、100b內(nèi)多個(gè)管105a、105b中的每一個(gè)，并且小擋板109被配置來僅接收殼體100a、100b內(nèi)多個(gè)管105a、105b的一部分(例如像，中心部分)。

冷凍器系統(tǒng)20的制冷劑被配置來從入口集管110穿行，通過一個(gè)或多個(gè)多個(gè)管105b、105a，并從出口集管115離開。類似地，將加熱介質(zhì)(例如像水)通過入口125泵送到殼體100的內(nèi)部120，通過一個(gè)或多個(gè)殼體100a、100b并且從出口130離開。在所示出的非限制性實(shí)施方案中，加熱介質(zhì)被配置來從第二殼體100b流動(dòng)到第一殼體100a，并且制冷劑被配置來從第一多個(gè)管105a流動(dòng)到第二多個(gè)管105b。所示出和描述的蒸發(fā)器40具有逆流配置以最大化加熱介質(zhì)與制冷劑之間的熱傳遞。在蒸發(fā)器40的出口集管115處提供的制冷劑可以是包含液體制冷劑和蒸氣制冷劑兩者的兩相混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，85％或更少的兩相混合物是蒸氣化的制冷劑。

再次參照圖1，系統(tǒng)20包括另外的熱交換器45，所述另外的熱交換器45被配置來接收第一制冷劑流和第二制冷劑流。熱交換器45可定位在系統(tǒng)20內(nèi)，使得第一制冷劑流從冷凝器30的出口提供。在示出的非限制性實(shí)施方案中，第一制冷劑流被配置來穿過熱交換器45，之后被供應(yīng)至膨脹閥35。熱交換器45內(nèi)的第二制冷劑流通常從蒸發(fā)器40的出口提供。第二制冷劑流被配置來穿過熱交換器45，之后被供應(yīng)至壓縮機(jī)25。通過將來自冷凝器30的暖的液體制冷劑與離開蒸發(fā)器40的制冷劑蒸氣或兩相混合物布置成熱傳遞關(guān)系，來自第一制冷劑流的熱量傳遞給第二制冷劑流。因此，從熱交換器45供應(yīng)至壓縮機(jī)25的第二制冷劑流通常是過熱蒸氣。

在50處示意性地示出的潤滑系統(tǒng)可集成到冷凍器系統(tǒng)20中。因?yàn)闈櫥瑒┰诖┻^壓縮機(jī)25時(shí)可變成夾帶于制冷劑中，所以油分離器55直接定位在壓縮機(jī)20的下游。在一個(gè)實(shí)施方案中，油分離器55與壓縮機(jī)25的出口整體形成。將由油分離器55分離的制冷劑提供給冷凝器30，并且將由油分離器55隔離的潤滑劑再循環(huán)給壓縮機(jī)25的移動(dòng)部分(未示出)(例如像再循環(huán)給旋轉(zhuǎn)軸承)，在所述移動(dòng)部分中潤滑劑變成夾帶于制冷劑R中，并且重復(fù)潤滑劑循環(huán)。

在圖3中示出的另一個(gè)實(shí)施方案中，冷凍器系統(tǒng)20另外包括回路58，所述回路58被配置來使在蒸發(fā)器40的出口115處提供的兩相混合物中的液體制冷劑再循環(huán)，以提高冷凍器系統(tǒng)20的效率?；芈?8包括被配置來使制冷劑的液相與氣相分離的閃發(fā)氣體制冷劑分離器60。在示出的非限制性實(shí)施方案中，分離器60大體布置在膨脹裝置35的下游和蒸發(fā)器40的上游，使得兩相制冷劑從膨脹裝置35穿行到分離器60中。泵65被配置來從分離器60的第一出口66抽取液體制冷劑并且將其供應(yīng)至蒸發(fā)器40。蒸發(fā)器40的出口也連接到分離器60并且被配置來向其供應(yīng)兩相制冷劑混合物。在分離器60內(nèi)，液體制冷劑與液體和蒸氣混合物分離，并且重復(fù)地再循環(huán)通過蒸發(fā)器40直到其被氣化。分離器60的第二出口68可操作地聯(lián)接到壓縮機(jī)25，使得向其直接供應(yīng)分離的氣化的制冷劑。在這種情況下，氣化的制冷劑繞過蒸發(fā)器40。在冷凍器系統(tǒng)20包括制冷劑間熱交換器45的實(shí)施方案中，來自分離器60的氣化的制冷劑可穿過熱交換器45，之后被供應(yīng)到壓縮機(jī)25。

現(xiàn)在參照圖4，在冷凍器系統(tǒng)20的另一個(gè)實(shí)施方案中，閃發(fā)氣體分離器60相對于制冷劑的流動(dòng)大體定位在蒸發(fā)器40的下游并且大體定位在壓縮機(jī)25的上游。在此類實(shí)施方案中，冷凍器系統(tǒng)20的另外的回路58還包括布置在冷凝器30與膨脹閥35之間的制冷劑流動(dòng)路徑內(nèi)的噴射器70。將來自冷凝器30的制冷劑提供給噴射器70的第一入口72。當(dāng)制冷劑流動(dòng)通過噴射器70時(shí)，所述流被加速并且所述流的壓力降低，使得供應(yīng)至膨脹裝置35的制冷劑大體是液體-蒸氣混合物。

在制冷劑穿過蒸發(fā)器40之后，制冷劑穿行到閃發(fā)氣體分離器60以用于分離成液體制冷劑和蒸氣制冷劑。分離器60的第一出口66流體連接到噴射器70的第二入口74。通過噴射器70的第一入口72的制冷劑流的高速度和壓降通過第二入口74將液體制冷劑從分離器60抽取到噴射器70中。因此，在蒸發(fā)器40的出口115處提供的任何液體制冷劑將重復(fù)地循環(huán)通過回路58和蒸發(fā)器40直到被氣化。分離器60的第二出口68被配置來將分離器60內(nèi)的氣化的制冷劑供應(yīng)至壓縮機(jī)25。在冷凍器系統(tǒng)20包括制冷劑間熱交換器45的實(shí)施方案中，來自冷凝器30的液體制冷劑可作為第一制冷劑流穿過熱交換器45，之后被供應(yīng)至噴射器70，并且在分離器60的第二出口68處提供的氣化的制冷劑可作為第二制冷劑流穿過熱交換器45，之后被供應(yīng)至壓縮機(jī)25。

在圖5中示出的另一個(gè)實(shí)施方案中，閃發(fā)氣體分離器60相對于制冷劑的流動(dòng)大體定位在冷凝器30的下游并且大體定位在膨脹裝置35的上游。在回路58的此類實(shí)施方案中，噴射器70相對于制冷劑的流動(dòng)大體布置在冷凝器30的下游并且大體布置在分離器60的上游。將來自冷凝器30的制冷劑提供給噴射器70的第一入口72，并且將來自蒸發(fā)器40的出口115的制冷劑提供給噴射器70的第二入口74。將液體-蒸氣制冷劑混合物從噴射器70供應(yīng)至分離器60，在所述分離器60中所述液體-蒸氣制冷劑混合物被分成液體制冷劑和蒸氣制冷劑。將分離器60內(nèi)的液體制冷劑通過分離器60中的第一出口66提供給膨脹裝置35。制冷劑在穿過膨脹裝置35和蒸發(fā)器40之后被提供給噴射器70的第二入口74。如前所述，通過噴射器70的制冷劑流的高速度和壓降通過噴射器70的第二入口74從蒸發(fā)器40抽取兩相制冷劑的混合物。制冷劑然后返回到分離器60，在所述分離器60中，將所述制冷劑分離成液體制冷劑和蒸氣制冷劑。因此，在蒸發(fā)器40的出口115處提供的液體制冷劑將繼續(xù)循環(huán)通過回路58和蒸發(fā)器40直到其完全被氣化。蒸氣壓縮循環(huán)還得益于這種配置的是噴射器70的放置降低了壓縮機(jī)25的壓縮比，從而增加了系統(tǒng)的性能系數(shù)。

分離器60的第二出口68被配置來將氣化的制冷劑供應(yīng)至壓縮機(jī)25。在這種情況下，氣化的制冷劑繞過膨脹裝置35和蒸發(fā)器40。在冷凍器系統(tǒng)20包括制冷劑間熱交換器45的實(shí)施方案中，來自冷凝器30的液體制冷劑可作為第一制冷劑流穿過熱交換器45，之后被供應(yīng)至噴射器70，并且在分離器60的第二出口68處提供的氣化的制冷劑可作為第二制冷劑流穿過熱交換器45，之后被供應(yīng)至壓縮機(jī)25。

本文所述的冷凍器系統(tǒng)20的各種實(shí)施方案具有至少等同于包括溢流式蒸發(fā)器的常規(guī)系統(tǒng)的效率或性能水平。此外，冷凍器系統(tǒng)20與不可混溶的油相容，這減少了系統(tǒng)所需的油量，并因此降低了成本。因此，可簡化潤滑系統(tǒng)50的設(shè)計(jì)。

盡管僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但應(yīng)容易理解，本發(fā)明不限于此類所公開的實(shí)施方案。相反，可對本發(fā)明進(jìn)行修改，以并入以上未描述但與本發(fā)明精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變化、改變、替代或等同布置。另外，盡管已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方案，但應(yīng)理解，本發(fā)明的方面可僅包括所描述的實(shí)施方案中的一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為受限于前述描述，而是僅受限于所附權(quán)利要求書的范圍。