專利名稱：用于具有微通道冷凝器和再熱循環(huán)的制冷系統(tǒng)的啟動(dòng)程序的制作方法
用于具有微通道冷凝器和再熱循環(huán)的制冷系統(tǒng)的啟動(dòng)程序相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2008年6月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/061142的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
制冷系統(tǒng)利用制冷劑來(lái)調(diào)節(jié)輸送至氣候受控空間的二次流體(例如空氣)。在基礎(chǔ) 制冷系統(tǒng)中，制冷劑在壓縮機(jī)中壓縮，并向下游流到亞臨界制冷劑循環(huán)中的冷凝器中，或者 流到跨臨界制冷劑循環(huán)中的氣體冷卻器中，其中在與周圍環(huán)境相互作用的熱傳遞過(guò)程中， 熱量通常從制冷劑被排斥到該周圍環(huán)境。然后，制冷劑流經(jīng)膨脹裝置，在那里，制冷劑膨脹 到較低的壓力和溫度，并且制冷劑流到蒸發(fā)器，在那里，在與二次流體(例如，室內(nèi)空氣)相 互作用的熱傳遞過(guò)程中，制冷劑蒸發(fā)并通常為過(guò)熱的，而同時(shí)冷卻并通常減濕該二次流體。近年來(lái)，對(duì)于制冷系統(tǒng)的換熱器(冷凝器和蒸發(fā)器)的有效操作匯聚了很多關(guān)注和 設(shè)計(jì)努力。換熱器技術(shù)中的一個(gè)相對(duì)新近的進(jìn)步是開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了平行流或所謂的微通道或 小通道換熱器(這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)在全文中是可交換使用的)，來(lái)作為冷凝器和蒸發(fā)器。這些換熱器具有典型地為非圓形的多個(gè)平行換熱管，制冷劑分布在這些管中并以 平行方式流動(dòng)。換熱管基本上垂直于進(jìn)口、中間和出口歧管中的制冷劑流動(dòng)方向大致定向， 該進(jìn)口、中間和出口歧管與換熱管流體連通。換熱管典型地具有多通道構(gòu)造，制冷劑分布在 該多通道中并以平行方式在這些多通道內(nèi)流動(dòng)。熱傳遞鰭片內(nèi)置于換熱管之間并剛性附接 到換熱管。采用平行流換熱器(其一般具有鋁的爐銅焊構(gòu)造)的主要原因與其優(yōu)越性能、高 緊湊性、結(jié)構(gòu)剛度、較輕重量、較少制冷劑容量和增強(qiáng)的耐腐蝕性有關(guān)。與利用微通道換熱器有關(guān)的也涉及其優(yōu)點(diǎn)的問(wèn)題在于其低的內(nèi)部體積。因?yàn)榈蛢?nèi) 部體積，微通道換熱器由于遍及制冷劑回路的制冷劑流中的瞬時(shí)變化而更容易受到制冷劑 壓力變化的影響。微通道換熱器還對(duì)于制冷劑容量是非常敏感的，其中，即使系統(tǒng)中很小 量的額外制冷劑容量將導(dǎo)致比希望的排放操作壓力和瞬時(shí)壓力尖峰更高。這些問(wèn)題在啟 動(dòng)期間是特別顯著的。如果排放壓力尖峰超過(guò)預(yù)定可允許安全極限(典型地，對(duì)于預(yù)定次 數(shù))，控制軟件基于高壓警報(bào)或例如高壓開(kāi)關(guān)的機(jī)械安全設(shè)備產(chǎn)生的緊急停機(jī)能夠?qū)е轮?冷系統(tǒng)操作的損害性中斷，這導(dǎo)致了完全不能操作制冷系統(tǒng)。結(jié)果，這將導(dǎo)致無(wú)法將氣候受 控環(huán)境保持在希望的溫度和濕度范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致占用者的不舒適和責(zé)任主張(liability claim)。在一定情況下，短時(shí)間周期內(nèi)的重復(fù)啟動(dòng)和停機(jī)會(huì)潛在地導(dǎo)致壓縮機(jī)故障。另一制冷劑循環(huán)組成部分是再熱循環(huán)，其利用遍及主制冷劑回路循環(huán)的主制冷 劑。在再熱循環(huán)中，至少一部分制冷劑經(jīng)過(guò)再熱換熱器，該再熱換熱器放置在流過(guò)蒸發(fā)器的 空氣路徑中。再熱換熱器典型地放置在蒸發(fā)器下游的空氣路徑中。在再熱循環(huán)被致動(dòng)的情 況下，空氣能夠在蒸發(fā)器中被冷卻到正常希望的溫度之下，允許從空氣流中除去更大量的 濕氣。然后，空氣在再熱換熱器上經(jīng)過(guò)并被朝向目標(biāo)溫度往回加熱。典型地，再熱循環(huán)具有 制冷劑流控制裝置(例如三通閥)，其在希望再加熱時(shí)能夠選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制 冷劑經(jīng)過(guò)再熱換熱器。再熱循環(huán)在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有被操作，以便防止高壓尖峰和損害性制 冷系統(tǒng)停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
—種制冷系統(tǒng)具有壓縮機(jī)，其將壓縮的制冷劑輸送至冷凝器。來(lái)自冷凝器的制冷 劑經(jīng)過(guò)膨脹裝置和蒸發(fā)器。制冷劑從蒸發(fā)器返回壓縮機(jī)。冷凝器為微通道換熱器。再熱循 環(huán)包括制冷劑流控制裝置，其用于選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過(guò)再熱換熱器。 再熱換熱器定位在蒸發(fā)器上經(jīng)過(guò)的空氣路徑中。制冷系統(tǒng)的控制設(shè)備(control)選擇性地 致動(dòng)開(kāi)關(guān)以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)路由引導(dǎo)制冷劑經(jīng)過(guò)再熱換熱器。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)預(yù)期將出現(xiàn)高壓尖峰時(shí)，再熱循環(huán)還可在一定環(huán)境和操作條 件下被致動(dòng)。例如，這些條件可包括高周圍溫度，可變速壓縮機(jī)的更高操作速度和更高數(shù)量 的活動(dòng)串聯(lián)壓縮機(jī)。這些環(huán)境和操作條件可被預(yù)編程并存儲(chǔ)在制冷系統(tǒng)控制器的存儲(chǔ)器 中。通過(guò)下列描述和附圖，本發(fā)明的這些和其他特征將能夠得到最好的理解，下面是


。

圖IA示出了第一實(shí)施例示意圖。圖IB示出了替代實(shí)施例。圖2A示出了示例性微通道換熱器。圖2B是經(jīng)過(guò)圖2A的一部分的剖面。圖3是示出了利用所公開(kāi)方法的啟動(dòng)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式制冷系統(tǒng)20在圖IA中示出并包括將制冷劑輸送至排放管路的壓縮機(jī)22，排放管 路通向冷凝器24。冷凝器M是平行流換熱器，并且在一個(gè)公開(kāi)實(shí)施例中是微通道或小通道 換熱器。如上所述，這些術(shù)語(yǔ)在此處可交換地使用。熱量在冷凝器M中從制冷劑傳遞至二次流體，例如周圍空氣。高壓、減溫的、壓縮 的和通常過(guò)冷的制冷劑從冷凝器M通入膨脹裝置38，在那里，制冷劑膨脹成較低的壓力和 溫度。在膨脹裝置38下游，制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器36并回到壓縮機(jī)22。眾所周知，換熱器M 在亞臨界應(yīng)用中作為冷凝器工作并在跨臨界應(yīng)用中作為氣體冷卻器工作。然而，盡管兩種 應(yīng)用都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但換熱器M在全文中將指的是冷凝器。再熱循環(huán)結(jié)合到制冷系統(tǒng)20中。眾所周知，制冷劑流控制裝置(例如三通閥30) 選擇性地路由引導(dǎo)冷凝器M下游的至少一部分制冷劑并經(jīng)過(guò)再熱換熱器32?？諝馔苿?dòng)裝 置(例如風(fēng)扇34)將空氣吹過(guò)蒸發(fā)器36，并吹過(guò)再熱換熱器32。也就是說(shuō)，再熱換熱器32 與蒸發(fā)器36—起放置在室內(nèi)并相對(duì)于空氣流放置在蒸發(fā)器36的下游。如上所述，本質(zhì)上， 再熱循環(huán)通過(guò)(全部或部分地)打開(kāi)三通閥30而選擇性致動(dòng)以當(dāng)希望在氣候受控環(huán)境X中 除濕時(shí)引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過(guò)再熱換熱器32。在這些情況下，制冷系統(tǒng)被控制成使得 蒸發(fā)器36將空氣冷卻到低于待調(diào)節(jié)環(huán)境X中希望的溫度，這允許從輸送至受調(diào)節(jié)環(huán)境X的 空氣中除去額外的濕氣量。當(dāng)空氣在再熱換熱器32上經(jīng)過(guò)時(shí)，其朝向目標(biāo)溫度被再加熱。 結(jié)果，在氣候受控環(huán)境X中實(shí)現(xiàn)了溫度和濕度控制。
在再熱換熱器32下游，具有可選的止回閥40。此外，如所示的，冷凝器旁通管 路26選擇性地使至少一部分制冷劑旁通繞過(guò)冷凝器M并包括制冷劑流控制裝置，例如 閥觀。這允許實(shí)現(xiàn)可變除濕能力或可變顯熱比。閥觀可以是可調(diào)節(jié)的(通過(guò)調(diào)制或脈動(dòng) (pulsation))或者為開(kāi)/關(guān)類型。圖IB示出了替代實(shí)施例，其中，再熱循環(huán)三通閥42放置在冷凝器M上游并輸送 至少一部分制冷劑經(jīng)過(guò)再熱制冷劑管路44到再熱換熱器(未示出)。為了本應(yīng)用的目的，三 通閥42和再熱換熱器32的精確位置不是決定性的，只要它們都位于制冷系統(tǒng)20的高壓 側(cè)。而且，眾所周知，三通閥30和42可由執(zhí)行相同制冷劑路由引導(dǎo)功能的一對(duì)常規(guī)閥代替。如圖2A所示，壓縮機(jī)22下游的進(jìn)口管路146將制冷劑輸送至第一排平行換熱管 148中，然后通過(guò)冷凝器芯到中間歧管結(jié)構(gòu)133的第一腔室。制冷劑從中間歧管結(jié)構(gòu)133往 回經(jīng)過(guò)第二排平行換熱管150到歧管147中的中間腔室。制冷劑然后經(jīng)過(guò)另一排平行換熱 管152，返回中間歧管133。制冷劑從中間歧管133經(jīng)過(guò)另一排換熱管IM返回到歧管147 和出口制冷劑管路。當(dāng)然，這是一個(gè)簡(jiǎn)單示出的實(shí)施例。應(yīng)注意到的是，在實(shí)踐中，可具有 比四個(gè)示出的通程(pass) 148、150、152和154更多或更少的制冷劑通程。此外，應(yīng)理解的 是，盡管為了簡(jiǎn)單目的，每個(gè)制冷劑通程由單個(gè)換熱管表示，但在每個(gè)通程內(nèi)典型地具有很 多換熱管，制冷劑在通程內(nèi)流動(dòng)的同時(shí)分布在這些管中。在冷凝器應(yīng)用中，每排內(nèi)的換熱管 的數(shù)量可相對(duì)于制冷劑流在下游方向上減小。例如，在第一排中可具有12個(gè)換熱管，在第 二排中可具有8個(gè)換熱管，在第三排中可具有5個(gè)換熱管，而在最后第四排中可具有僅2個(gè) 換熱管。分離器板143放在歧管133和147內(nèi)以分開(kāi)放置在相同歧管結(jié)構(gòu)內(nèi)的腔室。如圖2B所示，管排148、150、152和154內(nèi)的換熱管可由多個(gè)平行通道100組成， 該多個(gè)平行通道100由壁101分開(kāi)。圖2B是圖2A中示出的換熱管的剖視圖。通道100允 許增強(qiáng)的熱傳遞特征并協(xié)助改善換熱器的結(jié)構(gòu)剛性。通道100的剖面可采取不同形式，并 且盡管在圖2B中示出為矩形，但是其可為例如三角形、梯形、橢圓形或圓形構(gòu)造。微通道換 熱器中的通道100的尺寸是相當(dāng)小的。如所公開(kāi)的，通道可具有小于或等于5 mm的液力直 徑，并且更窄地，可具有小于或等于3 mm的液力直徑。值得注意的是，“液力直徑”的使用并 不意味著通道是圓形的。如上所述，當(dāng)微通道換熱器用作冷凝器時(shí)，可尤其在制冷系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)觀察到的壓 力尖峰能夠給制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供挑戰(zhàn)。微通道換熱器的一個(gè)令人關(guān)心的問(wèn)題在于它們的 內(nèi)部體積是相對(duì)小的，并且因此它們是特別容易受到壓力尖峰影響的并且對(duì)制冷劑容量是 極為敏感的。盡管壓力尖峰在制冷系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)是特別顯著的，它們還可在操作條件變化時(shí) 被觀察到，例如，壓縮機(jī)速度陡增或激活大量串聯(lián)壓縮機(jī)，以便滿足受調(diào)節(jié)空間X中的熱負(fù) 載需求。在本發(fā)明中，再熱回路在制冷系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)被致動(dòng)?，F(xiàn)在，當(dāng)制冷劑經(jīng)過(guò)冷凝器M 并經(jīng)過(guò)再熱換熱器32時(shí)，在制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)上存在更大的組合內(nèi)部空間，由此減小了壓 力尖峰的幅度。在一些情況中，所有制冷劑均可經(jīng)過(guò)再熱換熱器32。如圖3所示，在常規(guī)啟動(dòng)S而不致動(dòng)再熱回路的情況下，壓力尖峰可為相對(duì)較高 的，并且可超過(guò)安全極限Y。利用本申請(qǐng)并在圖3中如Z所示，由于換熱器M和32的組合 內(nèi)部體積，大大減小了壓力尖峰的幅度。以此方式，壓力尖峰可較好地低于安全極限Y，并 且控制軟件基于高壓警報(bào)的操作或例如高壓開(kāi)關(guān)的機(jī)械安全設(shè)備產(chǎn)生的損害性停機(jī)能夠被避免。這提供了對(duì)氣候受控環(huán)境中的希望范圍內(nèi)和占用者舒適的溫度和濕度的不間斷控 制。此外，短時(shí)間周期內(nèi)的制冷系統(tǒng)的重復(fù)啟動(dòng)和停機(jī)將被避免，導(dǎo)致了改善的壓縮機(jī)可靠 性和受調(diào)節(jié)空間中的溫度/濕度變化減小。再熱換熱器32可以為任意類型的換熱器，包括標(biāo)準(zhǔn)換熱器或微通道換熱器。用于制冷系統(tǒng)的控制設(shè)備110可為任意適合的電子控制設(shè)備類型，如本領(lǐng)域已知 的。控制設(shè)備將典型地控制所有系統(tǒng)部件，不僅是可以是可調(diào)節(jié)的(通過(guò)調(diào)制或脈動(dòng))或者 為開(kāi)/關(guān)類型的三通閥30。當(dāng)很可能發(fā)生高壓尖峰時(shí)，控制設(shè)備110能夠在一定環(huán)境和操 作條件時(shí)致動(dòng)再熱循環(huán)。這種條件可包括例如，高周圍溫度、可變速壓縮機(jī)的更高操作速度 和更高數(shù)量的活動(dòng)串聯(lián)壓縮機(jī)。這些環(huán)境和操作條件可被預(yù)編程并存儲(chǔ)在制冷系統(tǒng)控制設(shè) 備110的存儲(chǔ)器中。此外，在一些環(huán)境和操作條件下，可能的情況是，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)壓 力尖峰的可能性較小。因此，控制設(shè)備可被編程以在這些情況下不致動(dòng)再熱循環(huán)。另外，在制冷系統(tǒng)啟動(dòng)之后的一定時(shí)間段后，三通閥30被停用以阻止制冷劑流經(jīng) 再熱換熱器32，除非希望操作的除濕模式。該時(shí)間段可以是15秒到3分鐘的量級(jí)。盡管公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到一定的修改將落入本發(fā)明 的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)研究所附權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)，其用于將壓縮的制冷劑輸送至冷凝器，制冷劑從所述冷凝器經(jīng)過(guò)膨脹裝置，并 從所述膨脹裝置經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器，并從所述蒸發(fā)器返回所述壓縮機(jī)；以及所述冷凝器為微通道換熱器；再熱循環(huán)，其包括制冷劑流控制裝置，其用于選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng) 過(guò)再熱換熱器，所述制冷劑流控制裝置被定位成路由弓I導(dǎo)至少一部分制冷劑從所述壓縮機(jī) 和所述膨脹裝置之間的位置經(jīng)過(guò)所述再熱換熱器，并且所述再熱換熱器放置在所述蒸發(fā)器 上經(jīng)過(guò)的空氣路徑上；以及用于所述系統(tǒng)的控制設(shè)備，其選擇性地致動(dòng)所述開(kāi)關(guān)以在制冷系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)路由引導(dǎo)至 少一部分制冷劑經(jīng)過(guò)所述再熱換熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述控制設(shè)備還在啟動(dòng)、壓縮機(jī)速度變化、串 聯(lián)壓縮機(jī)激活或高周圍溫度條件中的至少一個(gè)發(fā)生時(shí)路由引導(dǎo)所述至少一部分制冷劑經(jīng) 過(guò)所述再熱換熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述條件被編程在所述控制設(shè)備中以識(shí)別何 時(shí)選擇性地致動(dòng)所述制冷劑流控制裝置，以路由引導(dǎo)制冷劑經(jīng)過(guò)所述再熱換熱器。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，在所述冷凝器周圍提供旁路以選擇性地使至 少一部分制冷劑旁通繞過(guò)所述冷凝器。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述制冷劑流控制裝置從所述壓縮機(jī)和所述 膨脹裝置之間并且在所述壓縮機(jī)下游的位置路由引導(dǎo)所述至少一部分制冷劑。
6.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，在所述條件被識(shí)別之后，所述制冷劑流控制裝 置被致動(dòng)以選擇性地允許制冷劑流經(jīng)所述再熱換熱器并持續(xù)至少預(yù)定時(shí)間段。
7.如權(quán)利要求6所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定時(shí)間段優(yōu)選地從15秒到3分鐘。
8.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述制冷劑流控制裝置是可通過(guò)調(diào)制或脈動(dòng) 調(diào)節(jié)的類型或開(kāi)/關(guān)類型中的一種。
9.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述微通道換熱器包括多個(gè)換熱管，每個(gè)換熱 管具有多個(gè)平行制冷劑通道。
10.如權(quán)利要求9所述的制冷系統(tǒng)，其中，所述微通道換熱器具有流動(dòng)通道，所述流動(dòng) 通道的液力直徑小于或等于5 _。
11.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，所有制冷劑均經(jīng)過(guò)所述再熱換熱器。
12.—種操作制冷系統(tǒng)的方法，包括以下步驟a)將壓縮的制冷劑輸送至冷凝器，制冷劑從所述冷凝器經(jīng)過(guò)膨脹裝置，并從所述膨脹 裝置經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器，并從所述蒸發(fā)器返回所述壓縮機(jī)；b)所述冷凝器為微通道換熱器；c)選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑從所述壓縮機(jī)和所述膨脹裝置之間的位置經(jīng) 過(guò)再熱換熱器，并且當(dāng)空氣在所述蒸發(fā)器上經(jīng)過(guò)之后使至少一部分空氣在所述再熱換熱器 上經(jīng)過(guò)；以及d)選擇性地致動(dòng)制冷劑流控制裝置以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過(guò) 所述再熱換熱器。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在啟動(dòng)、壓縮機(jī)速度變化、串聯(lián)壓縮機(jī)激活或高周圍溫度條件中的至少一個(gè)發(fā)生時(shí)，路由引導(dǎo)所述至少一部分制冷劑經(jīng)過(guò) 所述再熱換熱器。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在制冷系統(tǒng)啟動(dòng)之后，選擇性地 允許制冷劑流經(jīng)所述再熱換熱器并持續(xù)至少預(yù)定時(shí)間段。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所有制冷劑均經(jīng)過(guò)所述再熱換熱器。
全文摘要
一種制冷系統(tǒng)具有微通道設(shè)計(jì)和構(gòu)造的冷凝器并包括再熱循環(huán)。再熱循環(huán)包括制冷劑流控制裝置(例如三通閥)，用于選擇性地路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑從壓縮機(jī)和膨脹裝置之間的位置經(jīng)過(guò)再熱換熱器。用于制冷系統(tǒng)的控制設(shè)備選擇性地致動(dòng)該制冷劑流控制裝置以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)路由引導(dǎo)至少一部分制冷劑經(jīng)過(guò)再熱換熱器。
文檔編號(hào)F25B49/02GK102066853SQ200980122017
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者B. 弗雷澤 E., F. 塔拉斯 M. 申請(qǐng)人:開(kāi)利公司