CN102538309A - 用于制冷剂系统的集成蒸发器和蓄压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制冷剂系统的集成蒸发器和蓄压器。一种用于飞机的节省空间的冷却系统可包括位于机壳内的蒸发器，该机壳包括积聚区域，用于保持液体制冷剂和润滑油的液体混合物。节省空间可以通过在单个机壳内整合的蒸发器功能和蓄压器功能而得以实现。热交换器可位于蒸发器和压缩机之间，用于加热从蒸发器中流出的制冷剂，以使液体制冷剂不能到达压缩机的入口。

Description

用于制冷剂系统的集成蒸发器和蓄压器

技术领域

本发明大体涉及制冷系统。尤其是，本发明涉及一种能够有利地应用于交通工具中的紧凑型制冷系统。

背景技术

在一些交通工具如飞机中，制冷系统可被用来实施多种冷却功能。在典型的飞机中，由于空间是有限的，构造占用体积尽可能小的机载制冷系统是有利的。同时，构造重量轻、效率高的飞机制冷系统是有利的。

已公知，在一个系统中装备液体制冷剂的蓄压器，可提高其效率和寿命。蓄压器能防止液击，液击是可能使压缩机损坏的常见故障。液体制冷剂稀释油料，并降低油料一制冷剂混合物的粘度。粘度下降往往会影响压缩机的使用寿命，并可能导致产生损伤。其次，压缩机入口处的液体可能会导致在固定排量设计中产生过大压力。

虽然蓄压器是制冷系统所希望具备的特征，但迄今为止其使用会过多增加了制冷系统的体积。通常情况下，有效的蓄压器必须具有一定的体积，所述体积大约等同于系统中蒸发器的体积。

可以看出，存在以下需求，即将蓄压器功能应用于飞机制冷系统，但仅仅增加其最小的体积。

发明内容

在本发明的一方面中，一种用于飞机的节省空间的冷却系统，包括：位于机壳内的蒸发器，该机壳包括能够保持液体制冷剂和润滑油的液体混合物的积聚区域；以及位于蒸发器和压缩机之间的热交换器，该热交换器用于加热从蒸发器中流出的制冷剂，以使液体制冷剂不能到达压缩机的入口。

在本发明的另一个方面中，蒸发器可包括：带有出口的机壳；位于机壳内的至少一个制冷剂通道；机壳内的冲击面；位于制冷剂通道的出口端和冲击面之间的蒸气流区域；位于冲击面下端的液体积聚区域；和邻近所述积聚区域的计量孔；所述液体积聚区域通过计量孔与出口相连通；和冲击面上端直接与出口相连通。

在本发明的再一方面中，一种在受约束的空间中实施制冷冷却的方法，可包括以下步骤：在机壳内的蒸发器中蒸发制冷剂；在同一机壳内积聚液体制冷剂；以及将计量的液体制冷剂以一定的速率从机壳中释放进入到压缩机内，所述速率不会造成压缩机的液击现象。

通过结合下文的附图、说明书和权利要求书，本发明的这些及其他特性、观点、优点将会变得更好理解。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的分布式冷却系统的方框图；

图2是根据本发明的一个实施例的可应用于图1的冷却系统中的制冷系统的示意图；

图3是根据本发明第一实施例的蒸发器的部分截面图；

图4是根据本发明的一个实施例的图4中的蒸发器的详细截面图；

图5是根据本发明第二实施例的蒸发器的部分截面图；

图6是根据本发明的一个实施例的图5中的蒸发器的详细截面图；和

图7是根据本发明的一个实施例的用于在受约束的空间中实施冷却制冷的方法流程图。

具体实施方式

下文详细描述本发明目前构想的最佳实施方式。描述的目的仅仅是为了阐述本发明的一般原则，但本发明并不仅限于所描述的内容，因为本发明的范围最终由所附权利要求书进行限定。

各种发明特征如下所述，均可以彼此独立使用或与其他特征相结合使用。

本发明大体上提供了一种冷却系统，该冷却系统使用节省空间的蒸发器，可在同一机壳内同时执行蒸发器功能和蓄压器功能。

现在参见附图1，分布式冷却系统10以方框图形式被显示。在本发明的一个典型实施例中，系统10可包括多个冷却储存箱12，其可被用在商用飞机(未显示)上，用来储存食物和饮料。在分布式冷却系统10中，来自箱12中的热量可被提取，通过充满流体的冷却回路14，被传送到蒸发器16。蒸发器16可从冷却回路14中提取热量。从储存箱12中提取的热量可从飞机上通过加热空气释放18被耗尽。

制冷剂回路20可通过穿过热交换器32的吸气管线20-1相互连接蒸发器16到压缩机22的入口侧22-1。在本发明的一个典型实施例中，压缩机22可以是涡旋压缩机。压缩机22可被交流电动机24驱动，该交流电动机24可通过连接到飞机的直流母线28的专用逆变器26提供电力。压缩机22可在出口侧22-2通过冷凝器30相互连接到蒸发器16。

现在参照附图2，示出了制冷剂回路20的一个典型实施例的示意图。回路20相互连接压缩机22、冷凝器30、接收器31、膨胀阀34和蒸发器16。在图2所示的典型实施例中，蒸发器16可提供充当作为液体制冷剂和润滑油的蓄压器的功能。

现在参照附图3和4，可以看到，蒸发器16可被构造为在同一机壳16-3内同时包括蒸发器功能和蓄压器功能。换句话说，蒸发器功能和蓄压器功能可被同时执行，以节省空间、合成一体的方式布置，其体积大致等于通常仅用作蒸发器功能的体积。当冷却系统10被安装在飞机或其他航空航天交通工具上时，如此节省空间的布置是非常有利的。

蒸发器16可包括机壳16-3，制冷剂通道16-4和冷却流体通道16-5。在制冷剂38由液态变为蒸气状态时，通道16-4用于输送制冷剂38通过蒸发器16。当装设处于运行模式时，制冷剂通道16-4可取向与重力方向正交。机壳16-3可具有端盖16-3-1。出口管16-6可被连接到端盖16-3-1。

从图4可以看出，用流线50表示的制冷剂蒸气，可通过制冷剂通道16-4进入蒸气流区域16-8中，再通过出口管16-6进入到达压缩机22(见图2)的吸气管线20-1中。进入制冷剂通道16-4的制冷剂38可与润滑油相混合。当制冷剂38通过蒸发器16，一些或全部制冷剂38可能会被气化。在某些工作条件下，一些制冷剂38从制冷剂通道呈液态流出。从蒸发器16内的制冷剂蒸气中分离出液体制冷剂和润滑油可能是有利的。

蒸发器16可设有挡板16-7，该挡板16-7从机壳16-3的底部16-3-2延伸，并且可能被定位与制冷剂通道16-4正交。当制冷剂38撞击挡板16-7时，制冷剂蒸气50可在挡板16-7的顶部16-7-3之上流过并进入蒸气流区域16-8。制冷剂蒸气50接着流入出口管16-6。润滑油40-1和液体制冷剂40-2的混合物，总体用附图标记40表示，可撞击挡板16-7的冲击面16-7-4，然后向下流向位于冲击面16-7-4底部16-7-4-1的液体积聚区域16-9。挡板16-7可设有孔16-7-1，液体40可穿过其流动。

可以看出，只要流体40从制冷剂通道16-4流出的速率高于通过孔16-7-1的流速，液体40就会在液体积聚区域16-9中积聚。积聚的流体40可通过孔16-7-1以受控或计量的速率被释放，其速率是孔的直径的函数。这在冷却系统10的一定的瞬态运行模式期间，是特别有利的。例如，在启动过程中，制冷剂38的一大部分从制冷剂通道16-4流出后成为液体制冷剂40-2。在这种情况下，挡板16-7可阻碍制冷剂液体40-2快速地流入到压缩机22中。系统10在稳态运行期间，大部分制冷剂38从制冷剂通道16-4流出后成为蒸气50。在这些稳态运行条件下，绝大部分从制冷剂通道16-4流出的液体40可以是润滑油40-1。孔16-7-1的大小可被设置为，允许流体流动的速率约等同于在稳态运行条件下润滑油40-1从制冷剂通道16-4流出的速率。所有可以在液体积聚区域16-9积聚的液体制冷剂40-2均可与润滑油40-1混合。液体40可以计量速率从孔60-7-1中流出，该计量速率允许液体制冷剂40-2随后在压缩机22的吸气管线20-1中被蒸发。如此，压缩机22可被提供适当的润滑，同时免遭液击。

现在参照附图5和6，可以看到本发明蒸发器160的典型的实施例。蒸发器160可被构造为在同一机壳内同时包括蒸发器功能和蓄压器功能。换句话说，蒸发器和蓄压器以节省空间、合成一体的方式布置，其体积大致等于通常仅用作蒸发器的体积。当冷却系统10被安装在飞机或其他航空航天交通工具上时，如此节省空间的布局是非常有利的。

蒸发器160包括机壳160-3，制冷剂通道160-4和冷却流体通道160-5。当装设处于运行模式时，制冷剂通道160-4可取向与重力方向正交。机壳160-3可设有端盖160-3-1。出口管160-6可被连接到端盖160-3-1。

在图6中可以看出，制冷剂蒸气50进入端盖160-3-1，并且通过出口管160-6进入压缩机22(见图2)的吸气管线20-1。进入制冷剂通道16-4的制冷剂38可与润滑油相混合。当制冷剂38通过蒸发器160，一些或全部制冷剂38可能会被气化。在某些工作条件下，一些制冷剂38可从制冷剂通道流出成为液体制冷剂40-2。从蒸发器160内的制冷剂蒸气50中分离出液体制冷剂40-2和润滑油40-1是有利的。当制冷剂38撞击端盖160-3-1上的冲击面160-7时，制冷剂蒸气50可在蒸气流区域160-8中向上流动，并进入出口管160-6。润滑油40-1和液体制冷剂40-2，总体用附图标记40表示，撞击冲击面160-7，然后向下流向位于蒸发器机壳160-3底部160-3-2的液体积聚区域16-9。出口管160-6可在两个位置与端盖160-3-1连接，即出口端口160-10位置和孔口160-7-1位置。

可以看出，当液体40从制冷剂通道160-4流出的速率高于通过孔口160-8的流量，液体40就会在液体积聚区域160-9积聚。积聚的流体40可通过孔口160-7-1以受控或计量的速率被释放，其速率是孔的直径的函数。这在冷却系统10的一定的瞬态运行模式期间，是特别有利的。例如，在启动过程中，通过蒸发器160的一大部分制冷剂可作为液体制冷剂40-2。在这种情况下，端盖160-3-1可阻碍制冷剂液体40-2快速地流入到压缩机22中。在系统10在稳态运行期间，绝大部分制冷剂38从制冷剂通道16-4流出成为蒸气50。在这些稳态运行条件下，绝大部分从制冷剂通道160-4流出的液体40可以是润滑油40-1。孔口160-8的大小被设置为，允许流体流动的速率约等同于在稳态运行条件下润滑油40-1从制冷剂通道160-4流出的速率。任何在液体积聚区域160-9聚集的液体制冷剂40-2均可与润滑油40-1混合。液体40可以计量速率通过孔口160-8流出，该速率允许液体制冷剂40-2随后在吸气管线20-1中被蒸发。如此，压缩机22可被提供适当的润滑，同时免遭液击。

现在参照附图7，典型的方法700被用于执行在受约束的空间中的制冷冷却。在步骤702中，制冷剂可在包含在机壳内的蒸发器中被蒸发(例如，制冷剂38可流经通过机壳16-3内的制冷剂通道16-4，并被冷却流体通道16-5中流经的流体传热加热)。在步骤704中，液体制冷剂38可在同一机壳内积聚(例如，制冷剂38可被释放到机壳16-3内的冲击面16-7-4上，从而使得制冷剂38撞击冲击面，液体制冷剂40-2向下流入机壳16-3内的积聚区域16-9。在步骤706中，计量的液体制冷剂以一定的速率从机壳中流出进入到压缩机内，该速率不会造成压缩机的液击(例如，流体混合物40可被允许从孔16-7-11中通过)。

当然，应当理解为，前文中的描述仅涉及本发明的典型的实施例，在不偏离由下列权利要求书限定的本发明的精神和范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (10)

1.一种蒸发器(16或者160)，包括：

带有出口(16-6或者160-6)的机壳(16-3或者160-3)；

位于所述机壳内的至少一个制冷剂通道(16-4或者160-4)；

位于所述机壳内的冲击面(16-7-4或者160-7)；

位于制冷剂通道的出口端和冲击面之间的蒸气流区域(16-8或者160-8)；

在冲击面下端(16-7-4-1或者160-7-2)的液体积聚区域(16-9或者160-9)；以及

邻近液体积聚区域的计量孔(16-7-1或者160-7-1)；

液体积聚区域通过计量孔与所述出口相连通，以及

冲击面上端(16-7-4-2或者160-7-4)直接与所述出口相连通。

2.如权利要求1所述的蒸发器(16)，其中所述冲击面包括挡板(16-7)。

3.如权利要求2所述的蒸发器(16)，其中所述计量孔(16-7-1)包括位于挡板(16-7)上的孔。

4.如权利要求2所述的蒸发器(16)，其中所述挡板被定位为与至少一个制冷剂通道的通道轴线正交。

5.如权利要求2所述的蒸发器(16)，其中所述冲击面(16-7-4)的下端(16-7-4-1)被连接到机壳(16-3)的底部(16-3-2)；且

其中所述冲击面的上端(16-7-4-2)与机壳的顶部(16-3-3)相距一段距离，以使制冷剂蒸气能够在挡板(16-7)的上端之上自由流动。

6.如权利要求2所述的蒸发器(16)，其中所述出口包括管(16-6)，所述管连接到与液体积聚区域(16-9)对齐的机壳上。

7.如权利要求1所述的蒸发器(160)，其中所述冲击面(160-7)包括机壳(160-3)端盖(160-3-1)的内表面。

8.如权利要求7所述的蒸发器(160)，其中所述计量孔(160-7-1)包括位于端盖(160-3-1)上的孔。

9.如权利要求7所述的蒸发器(160)，其中所述出口包括在出口端口(160-10)处连接到机壳上的管(160-6)，其不与液体积聚区域(160-9)对齐。

10.如权利要求9所述的蒸发器(160)，其中所述管在计量孔处也被连接到端盖上。

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