具体实施方式

在本文中参考附图而通过示例而非限制的方式来提出所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。如下所述，公开了一种用于操作蒸汽压缩系统100的系统和方法，蒸汽压缩系统100具有吸热换热器(例如，蒸发器30)，吸热换热器构造有内部挡板系统34和邻近的膨胀阀组件40，以在可变(包括低)压缩机负载下操作，该系统和方法允许蒸发器30内的减小的传热表面，同时改进制冷剂量的系统等效性并且提供在总体上更高的系统效率。

图1图示根据本公开的实施例的蒸汽压缩系统100。蒸汽压缩系统100可以包括为了附图的简单性而未描绘的许多其它常规特征。蒸汽压缩系统100涉及制冷系统，并且可以包括冷冻机系统和具有多级压缩机布置的系统。本领域普通技术人员将容易地理解，本发明的实施例和特征构思成不仅包括并且适用于单级压缩机/冷冻机，而且还包括并且适用于多级压缩冷冻机。如所示出的，蒸汽压缩系统100包括压缩机10、排热换热器(在下文中，“冷凝器”)20、膨胀阀组件40以及吸热换热器(在下文中，“蒸发器”)30，并且，它们串联地连接，以形成半密闭或全密闭、闭合环路式制冷系统。

在所描绘的实施例中，蒸发器30可以是图1和图2中所图示的诸如壳管型泛滥式蒸发器之类的一种类型的泛滥式蒸发器。蒸发器30可以在HVAC或制冷系统的各种构造中实施，并且可以在冷冻机单元内体现，该冷冻机单元可以在这样的系统中实施。然而，将意识到，所公开的实施例能够应用于可以在HVAC和/或制冷系统的无数的构造中采用的各种其它换热器。

蒸汽压缩系统100可以使工作流体循环，以控制空间(诸如，房间、住宅或建筑)中的温度。可以使工作流体循环，以吸收并且去除来自该空间的热，并且随后可以向别处排热。工作流体可以是制冷剂或制冷剂和非制冷剂(例如，油)的混合物或制冷剂和非制冷剂的处于气相、液相或多个相的掺合物(在下文中，“制冷剂”)。

示例性的压缩机10可以是具有带有以变化的速度操作的能力(例如，VSD能力)并且因而带有在变化的负载条件下操作的能力的马达(未示出)的螺杆式压缩机。备选的压缩机10可以包括离心式压缩机、涡旋式压缩机、往复式压缩机或利用滑阀式容量调整的螺杆式压缩机。压缩机10还可以包括单级压缩机和/或多级压缩机。压缩机10具有吸入入口端口62和排出端口63。在操作中，压缩机10使制冷剂压缩，以驱动再循环的制冷剂流通过蒸汽压缩系统100。

与压缩机10处于流体连通的冷凝器20通过入口端口64接收蒸汽制冷剂。冷凝器20从制冷剂除热，并且传热到在单独的系统22中快速移动通过冷凝器20的传热流体(例如，水、空气或流体混合物)。例如，从冷却塔(未示出)返回的水经由处于27 °C的典型的温度的入口端口22a来进入冷凝器20。在发生换热之后，水经由处于32 °C的典型的温度的出口端口22b来从冷凝器20排出。在换热过程期间，制冷剂经历从蒸汽到液体的相变，并且作为高压液体而流过出口端口65。冷凝器20可以包括充当膨胀装置的浮阀(未示出)。备选的实施方式可以包括备选的膨胀装置。

蒸发器30位于自冷凝器20起的下游，蒸发器30通过设置于冷凝器20与蒸发器30之间的膨胀阀组件40接收两相制冷剂。图1和图2示出进一步详细说明蒸发器30和膨胀阀组件40的示例性的布置和取向的蒸发器30的实施例。将意识到，蒸发器30是简化的图示，并且未示出端板、管板、回油管路以及可以在典型的蒸发器中使用的其它常见的构件。在冷却循环中，水在蒸发器30中被冷冻到6°C的典型的温度，并且经由出口端口39a来从蒸发器30排出。经冷冻的水典型地使用例如一个或多个空气处置单元来遍及将被冷却的(一个或多个)空间而分布。经冷冻的水从将被冷却的空间吸收热，并且经由处于12 °C的典型的温度的入口39b来返回到蒸发器30，其中，可以重复进行经冷冻的水循环。制冷剂从返回的水接收热，从而引起制冷剂中的一些经历相变(从液体到蒸汽)，从而容许蒸汽流过出口端口68并且流动到压缩机10的吸入入口62。

参考图1，在一个非限制性实施例中，蒸发器30包括：壳32；挡板系统34，其具有形成下文中所讨论的至少两个或更多个室(例如，35a、35b、35c)的一个或多个挡板，每个室与相应的入口端口(例如，36a、36b、36c)处于流体连通；以及蒸发器30，其进一步包括设置于其中的管束38。

壳32大体上是圆柱形形状的容器，但可以具有任何形状。壳32已在其中设置有沿着壳32的长度纵向地快速移动的管束38。管束38包括多个管，传热流体(例如，水或流体混合物或空气)可以在如下文中所讨论的另一闭合环路系统39中流过所述多个管。壳32还包括一个或多个入口端口，例如，36a、36b、36c，所述一个或多个入口端口可操作地联接到下述的膨胀阀组件40，这容许两相制冷剂进入蒸发器30的一个或多个室35a、35b、35c。

挡板系统34可以包括将壳32划分成两个或更多个室(例如，35a、35b、35c)的一个或多个挡板。每个挡板大体上垂直(例如，90度)于纵向地穿过壳32的X轴线。挡板具有下部部分和上部部分。挡板的下部部分可操作地联接到壳32的下部部分，从而在挡板的下部部分与邻近的室之间(例如，在室35a与室35b之间)形成密封。管束38的多个管可以穿过紧密接触的挡板，以抑制液体制冷剂从一个室到邻近的室的流动。每个挡板的上端延伸到壳32中的大体上位于管束38上方的点。每个挡板的上端不加接到壳32，由此形成容许可以在换热过程期间形成的任何蒸汽流过出口端口68的一个或多个室35a、35b、35c。液体制冷剂将依然位于室中，直到液体制冷剂与管束38的管接触而蒸发为止。

可以意识到，挡板系统34可以具有形成两个室的单个挡板或形成多个室35(n+1)的多个挡板34(n)。挡板的数量(n)可以由各种各样的因素确定，包括蒸汽压缩系统100、压缩机10、壳32的容量以及诸如压缩机速度和负载、制冷剂在其循环通过蒸汽压缩系统100时的温度和压力之类的操作度量以及体积优化和制造成本。

挡板可以由刚性材料(诸如，金属或金属合金)或半刚性或柔性材料(诸如，塑料)制造。挡板可以基本上为平面的，具有带有用于接纳来自管束38的多个管的多个孔口或开口(未示出)的大体上平坦的表面。在一些实施例中，在来自管束38的管定位于孔口中时，可以在管与孔口之间形成完全密封或部分密封，以便抑制制冷剂从挡板的一侧到挡板的相反侧的流动。在部分密封的情况下，一些制冷剂可能通过孔口从一个室泄漏到邻近的室。通过示例的方式，参考图2，室35a容纳通过图示的该部分而部分地由多个“点”示出的液体制冷剂。室35b将容纳蒸汽制冷剂，并且可以容纳通过不存在“点”并且仅图示管束38而描绘的最少的量的液体制冷剂。如果液体制冷剂从室35a泄漏到室35b，则室35b中的制冷剂将随时间蒸发，但尤其在制冷剂接触管束的干燥部分时蒸发，由此使制冷剂在室35b中的积聚最小化。

在一个非限制性实施例中，如图1和图2中所图示的，膨胀阀组件40可以邻近于蒸发器30。膨胀阀组件40可以包括用于将制冷剂流通过入口端口36a指引到至少第一室(例如，35a)的第一阀(例如，40a)。第一阀40a可以包括用于使制冷剂减压的膨胀阀。膨胀阀组件40可以包括第二阀(例如，40b)，第二阀沿着管道42定位于第一阀40a与入口端口36b之间，以便将液体制冷剂流指引到第二室(例如，35b)。膨胀阀组件40可以包括第三阀(例如，40c)，第三阀沿着管道42定位于第一阀40a与入口端口36c之间，以便将液体制冷剂流指引到第三室(例如，35b)。在一些实施例中，第二阀(例如，40b)和第三阀(例如，40c)中的至少一个可以从由膨胀阀或电磁阀组成的群组选择。可以意识到，膨胀阀组件40可以具有用于将液体制冷剂指引到相等数量(n)的室(例如，35n)中的同样多的(n)数量的阀。如上文中所讨论的，阀的数量(n)可以取决于与室的数量相同的因素。

在一个非限制性实施例中，如图1中所图示的，第二阀40b和第三阀40c可以沿着管道42与定位于自管道42起的下游的第一阀40a串联地连接。在另一非限制性实施例中，所有阀(例如，40a、40b、40c)都可以沿着管道42与例如定位于汇接点42a处的阀40c并联地连接。在该构造中，阀40a、40b、40c可以包括可调整开口类型的膨胀阀。在一些实施例中，阀40a在压缩机操作期间始终保持开放，但可以在不同程度上开放。例如，如果阀40a是膨胀阀，则开口可以可取决于操作条件而调整。

在一些实施例中，膨胀阀组件40可以包括具有存储器和耦合到存储器的处理器的控制装置(例如，基于微处理器)70。控制装置70可以配置成至少部分地基于压缩机10的所确定的输出而以多个可变的速度操作压缩机10。

控制装置70还可以配置成从各种传感器接收输入信号，以便控制蒸汽压缩系统100和/或膨胀阀组件40。例如，控制装置70可以与膨胀阀组件40和压缩机10的至少一个阀(例如，40a)通信。在一个非限制性实施例中，控制装置70可以配置成部分地基于可以包括上限和/或下限和/或范围的多个预确定操作条件而操作膨胀阀组件40(例如，阀40a、40b、40c)。在一个非限制性实施例中，控制装置70可以配置成存储具有用于确定何时打开、关闭(或部分地打开/关闭)和/或调整至少两个或更多个阀(例如，40a、40b、40c)的至少一个上限和至少一个下限的至少一个预确定操作条件或范围。在另一非限制性实施例中，控制装置70可以配置成存储如下的操作条件极限范围：其中，从多个操作条件选择的多个输入可以用于动态地确定何时打开、关闭或调整至少两个或更多个阀。操作条件可以包括压缩机操作级容量、制冷剂贯穿制冷剂循环在不同位置处的温度和/或压力、所吸收的电功率、系统效率。

转到图2，示出根据本公开的实施例的蒸汽压缩系统100。在图2中，蒸发器30在所有材料方面都与图1相同，并且图示蒸发器30在阀40b、40c关闭时的状况。在该示例中，两相制冷剂被容许通过第一阀(例如，40a)流动到一个室，例如，35a。如图2中所图示的，室35a中的“点”表示存在两相制冷剂，而在室35b、35c中不存在“点”表示不存在(或存在最少的量的)液体制冷剂。

室35a中的制冷剂将与流过管束38的穿过室35a的该部分的水处于换热关系。形成对照的是，由于在该示例中，阀40b和阀40c关闭，因而室40b和/或阀40c中的液体制冷剂的液位低于所有管束38。结果，室35b、35c中的位于管束38周围和管束38上方的体积将被蒸汽制冷剂占据，蒸汽制冷剂可能流过出口端口68或大部分保持静止，因为，在那些室中不存在强制循环。在该示例中，阀40b、40c保持关闭，直到控制装置70接收指示预确定操作条件的改变的信号为止。例如，控制装置70可以配置成诸如在冷凝器负载容量从低负载容量改变成中等负载容量或改变成高负载容量时，取决于冷凝器负载容量的改变而对阀40b和/或阀40c进行致动(打开)。应当意识到，控制装置70可以配置成以变化的速率和/或在变化的条件下打开和/或关闭或部分地打开或关闭阀40a、40b、40c。还应当意识到，在一定范围的操作条件下进行打开阀和关闭阀的各种组合是可能的，如室何时可以全部地或部分地以两相制冷剂填充和填充达多少容量的许多组合。

参考图3，根据本公开的实施例，示出控制蒸汽压缩系统的方法，蒸汽压缩系统具有压缩机10、可操作地联接到膨胀阀组件40的吸热换热器(例如，蒸发器)30，并且，压缩机10和膨胀阀组件40中的每个与控制装置70通信。

在操作性的蒸汽压缩系统100中，压缩机10将处于蒸汽相的工作流体(在下文中，“制冷剂)在返回到压缩机10以完成制冷剂循环之前指引通过排热换热器(诸如，冷凝器20)、通过膨胀阀组件40并且指引到蒸发器30。压缩机10可以包括螺杆式压缩机。备选的压缩机10可以包括离心式压缩机、涡旋式压缩机或往复式压缩机。压缩机10还可以包括单级和/或多级压缩机冷冻机。压缩机10可以配置成以可变的速度和负载操作。例如，压缩机10可以具有带有以变化的速度操作的能力(例如，VSD能力)并且因而带有在变化的负载条件下操作的能力的马达(未示出)。

蒸发器30可以是如下的一种类型的泛滥式蒸发器(诸如，如图1中所图示的壳管型蒸发器)：进一步具有形成至少两个或更多个室(例如，35a、35b、35c)的一个或多个挡板，每个室与相应的入口端口(例如，36a、36b、36c)处于流体连通。蒸发器30进一步包括设置于其中的管束38。一个或多个入口端口(例如，36a、36b、36c)可操作地联接到下述的膨胀阀组件40，膨胀阀组件40容许两相制冷剂进入蒸发器30的一个或多个室35a、35b、35c。

膨胀阀组件40可以包括用于将制冷剂流通过入口端口36a指引到至少第一室(例如，35a)的第一阀(例如，40a)。第一阀40a可以包括用于使制冷剂减压的膨胀阀。膨胀阀组件40可以包括第一阀40a与入口端口36b之间的第二阀(例如，40b)，以便将液体制冷剂流指引到第二室(例如，35b)。膨胀阀组件40可以包括第一阀40a与入口端口36c之间的第三阀(例如，40c)，以便将液体制冷剂流指引到第三室(例如，35c)。

蒸汽压缩系统100可以包括与压缩机10和膨胀阀组件40通信的控制装置70。具有存储器和耦合到存储器的处理器的控制装置(例如，基于微处理器)70可以配置成从各种传感器接收表示用于控制蒸汽压缩系统100和/或膨胀阀组件40的多个操作条件的多个输入信号。

如在下文中更全面地描述的，在一个非限制性实施例中，控制装置70可以配置成在存储器中存储有可以包括可以用于操作膨胀阀组件40的上限和/或下限或范围的多个预确定操作条件。在另一非限制性实施例中，控制装置70可以配置成接收表示多个操作条件的多个输入信号，并且根据这样的输入而动态地控制膨胀阀组件40的操作，以实现在总体上改进的蒸汽压缩系统100操作。

大体上，该方法使用控制装置70来响应于来自蒸汽压缩系统100的压缩机10或其它构件的信号而打开、关闭(部分地打开或关闭)和/或调整至少两个或更多个阀(例如，40a、40b、40c)，以容许两相制冷剂流动到蒸发器30的一个或多个室中。应当意识到，在一定范围的操作条件下进行打开阀和关闭阀的各种组合是可能的，如室何时可以全部地或部分地以制冷剂填充和填充达多少容量的许多组合。由于对控制装置70的多个输入可以用于确定膨胀阀组件40的操作，因而各种方法可以用于实现允许制冷剂通过膨胀阀组件40流动到蒸发器的一个或多个室中的相同结果。

该方法从步骤302开始，其中，操作控制装置70来操作压缩机10以使工作流体(例如，制冷剂)循环。该方法的步骤302包括操作控制装置70来确定蒸汽压缩系统100(诸如，压缩机10)的操作条件。操作条件可以包括压缩机操作级容量、压缩机负载、制冷剂在制冷剂循环中在各种位置处的温度和/或压力、所吸收的电功率、系统效率。

在步骤306中，该方法包括操作控制装置70来将操作条件与多个预确定操作条件比较。例如，控制装置70可以将压缩机10的操作条件(诸如，负载容量)与多个预确定操作条件极限比较，所述多个预确定操作条件极限还可以包括压缩机负载容量，但还可以包括如上文中所讨论的其它预确定操作条件极限。

该方法的步骤308包括至少部分地基于压缩机10的操作条件而操作膨胀阀组件40来允许工作流体流动到蒸发器30内的多个室中的至少一个中。

大体上，控制装置70确定操作条件是否会导致动作，例如，部分地基于将蒸汽压缩操作条件(例如，压缩机操作条件)与多个预确定操作条件极限或范围比较而对阀进行打开、关闭、调整等等。

在一个非限制性实施例中，操作膨胀阀组件40包括在压缩机操作条件小于或等于第一预确定操作条件时打开第一阀。通过示例的方式，第一预确定操作条件可以是压缩机操作负载何时等于或小于最大操作负载容量的25%。在该示例中，该方法可以包括将制冷剂通过第一阀40a指引到蒸发器30的第一室35a中。

在另一非限制性实施例中，该方法可以包括在压缩机操作条件大于第一预确定条件并且小于或等于第二预确定条件时，打开第一阀40a和第二阀40b。通过示例的方式，压缩机操作条件可以大于最大操作负载容量的25%，但小于或等于最大压缩机操作负载容量的35%。在该示例中，该方法可以包括将制冷剂通过第一阀40a指引到第一室35a中并且指引通过第二阀40b并且指引到蒸发器30的第二室35b中。

在又一非限制性实施例中，该方法可以包括在压缩机操作条件大于第二预确定条件时，打开第一阀40a、第二阀40b以及第三阀40c。在该示例中，在压缩机操作负载大于最大操作负载容量的35%时，该方法可以包括将工作流体通过第一阀40a指引到第一室35a中、通过第二阀40b指引并且指引到第二室35b中并且指引通过第三阀40c并且指引到蒸发器30的第三室35c中。

虽然已参考(一个或多个)示例性实施例而描述本公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以作出各种改变，并且，等同体可替代其元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以作出许多修改，以使特定情形或材料适于本公开的教导。因此，旨在本公开不限于作为对于实施本公开而构思的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。