本發(fā)明涉及工業(yè)制冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)的工業(yè)制冷系統(tǒng)，例如用于冷藏倉庫的制冷系統(tǒng)，特別是氨基制冷系統(tǒng)，是高度分隔的。蒸發(fā)器盤管經(jīng)常安裝在制冷空間的天花板上，或者收集在制冷空間的屋頂上的屋頂室中，冷凝器盤管和風(fēng)扇通常安裝在包含所述制冷空間的建筑物的屋頂上的單獨空間中，并且壓縮機(jī)、接收罐、油分離罐和其它機(jī)械系統(tǒng)通常收集在遠(yuǎn)離公共空間的單獨的機(jī)房中。由于氨對人類的毒性、由人為錯誤或機(jī)械完整性引起的釋放的影響以及恐怖主義的威脅，含有大量氨的氨基工業(yè)制冷系統(tǒng)受到高度調(diào)節(jié)。含有超過10,000lbs氨的系統(tǒng)需要EPA的風(fēng)險管理計劃(Risk Management Plan，RMP)和OSHA的過程安全管理計劃(OSHA′s Process Safety Management Plan)，并可能導(dǎo)致聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的檢查。加利福尼亞州對含有超過500lbs氨的系統(tǒng)有額外的限制/要求。導(dǎo)致100磅或更多的氨排放的任何制冷系統(tǒng)泄漏，必須報告給EPA。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一種封裝式泵送液體循環(huán)制冷系統(tǒng)，其每噸制冷容量的致冷劑充量為10lbs或更少。本發(fā)明是一種低充量封裝式制冷系統(tǒng)，其中壓縮機(jī)和相關(guān)部件位于預(yù)封裝式模塊化機(jī)房中，并且其中冷凝器緊密地聯(lián)接到預(yù)封裝式模塊化機(jī)房。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以用安放在預(yù)封裝式模塊化機(jī)房中的液體-蒸汽分離結(jié)構(gòu)/裝置替代用于分離從蒸發(fā)器離開的致冷劑蒸汽和致冷劑液體并且存儲備用致冷劑液體的、現(xiàn)有技術(shù)的大型接收器容器。根據(jù)一個實施例，液體-蒸汽分離結(jié)構(gòu)/裝置可以是單相或雙相氣旋分離器。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能器容器(其收集來自冷凝器的液體)還可以任選地由也安放在預(yù)封裝式模塊化機(jī)房中的單相或雙相回旋分離器替換。蒸發(fā)器盤管優(yōu)選地形成有內(nèi)部增強(qiáng)，以改進(jìn)致冷劑液體通過管道的流動，增強(qiáng)熱交換并減少致冷劑充量。根據(jù)一個實施例，冷凝器可以由優(yōu)選地形成有內(nèi)部增強(qiáng)的盤管構(gòu)成，所述內(nèi)部增強(qiáng)改進(jìn)通過管道的致冷劑蒸汽的流動，增強(qiáng)熱交換并減少致冷劑。根據(jù)更優(yōu)選實施例，蒸發(fā)器管增強(qiáng)和冷凝器管增強(qiáng)彼此不同。名稱為“Internally Enhanced Tubes for Coil Products(用于盤管產(chǎn)品的內(nèi)部增強(qiáng)管)”的共同未決臨時申請62/188,264的全部內(nèi)容通過引用并入本文。根據(jù)替代實施例，冷凝器系統(tǒng)可以采用微通道熱交換器技術(shù)。冷凝器系統(tǒng)可以是本領(lǐng)域中已知的用于將致冷劑蒸汽冷凝成液體致冷劑的任何類型。

根據(jù)各種實施例，所述系統(tǒng)可以是液體過量供給系統(tǒng)或直接膨脹系統(tǒng)，但是最優(yōu)選具有過量供給率(進(jìn)入蒸發(fā)器的液體致冷劑質(zhì)量流率與產(chǎn)生冷卻效果所需的蒸汽質(zhì)量流率相比的比率)的非常低充量或“臨界充注”系統(tǒng)，其中過量供給率為1.05∶1.0至1.8∶1.0，優(yōu)選的過量供給率為1.2∶1。為了保持這種低過量供給率，例如在美國專利申請14/221,694和14/705,781(該兩個申請的全部內(nèi)容均通過引用并入本文)中描述的那些電容傳感器可以設(shè)置在系統(tǒng)中的各個點處，以確定液體和蒸汽的相對量，從而可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種傳感器優(yōu)選地位于液體-蒸汽分離裝置的入口處和/或蒸發(fā)器的出口處，和/或位于蒸發(fā)器的出口和液體-蒸汽分離裝置之間的致冷劑管線中的某處和/或壓縮機(jī)的入口處和/或在液體-蒸汽分離裝置的蒸汽出口和壓縮機(jī)之間的致冷劑管線中的某處。

另外，冷凝器系統(tǒng)和機(jī)房優(yōu)選地緊密聯(lián)接到蒸發(fā)器。在其中蒸發(fā)器位于制冷空間上方的“屋頂室”室中的屋頂室蒸發(fā)器布置的情況下，機(jī)房優(yōu)選地連接到預(yù)制的屋頂室蒸發(fā)器模塊。在制冷空間中的天花板安裝式蒸發(fā)器的情況下，集成冷凝器系統(tǒng)和模塊化機(jī)房安裝在蒸發(fā)器單元正上方的地板或屋頂上(所謂的“分離系統(tǒng)”)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本文所述的特征的組合提供了非常低充量的制冷系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明構(gòu)造成每噸制冷容量需要少于6磅的氨。根據(jù)優(yōu)選實施例，本發(fā)明每噸制冷可需要少于4磅的氨。根據(jù)最優(yōu)選的實施例，本發(fā)明可以以每噸制冷容量小于2磅而有效地操作。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)的“棒式建造”系統(tǒng)的每噸制冷需要15-25磅氨，并且現(xiàn)有技術(shù)的低充量系統(tǒng)需要大約10磅/噸制冷。因此，對于50噸制冷系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)的棒式建造系統(tǒng)需要750-1,250磅的氨，現(xiàn)有技術(shù)的低充量系統(tǒng)需要大約500磅的氨，而本發(fā)明需要小于300磅的氨，并且優(yōu)選小于200磅的氨，更優(yōu)選小于100磅的氨，EPA的報告閾值(假設(shè)系統(tǒng)中的所有氨都泄漏出來)。實際上，根據(jù)本發(fā)明的50噸制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)中的全部量的氨可以排放到周圍區(qū)域，而不會對人類或環(huán)境造成顯著損害或傷害。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的制冷系統(tǒng)的示意圖。

圖2是圖1的左上部分的放大圖。

圖3是圖1的左下部分的放大圖。

圖4是圖1的右下部分的放大圖。

圖5是圖1的右上部分的放大圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的組合式蒸發(fā)器模塊和預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的三維透視圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的組合式蒸發(fā)器模塊和預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的三維透視圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的預(yù)封裝式模塊化機(jī)房和冷凝器單元的內(nèi)部的三維透視圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的預(yù)封裝式模塊化機(jī)房和冷凝器單元的內(nèi)部的三維透視圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的組合式蒸發(fā)器模塊和預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的三維透視圖。

圖11示出了組合式蒸發(fā)器模塊和預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的三個不同實施例的三維透視圖，其中左側(cè)的實施例包括頂部安裝的空氣冷卻冷凝器系統(tǒng)。

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的內(nèi)部的三維剖視圖。

圖13示出了組合式屋頂室蒸發(fā)器模塊和預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的內(nèi)部的三維剖視圖。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的低充量封裝式制冷系統(tǒng)的工藝和儀表圖。圖1的四個四分之一部分的放大圖分別示于圖2至圖5中。該系統(tǒng)包括分別包括蒸發(fā)器盤管4a、4b的蒸發(fā)器2a和2b、冷凝器8、壓縮機(jī)10、膨脹裝置11a和11b(其可以以閥、計量孔或其它膨脹裝置的形式提供)、泵16、液體-蒸汽分離裝置12和節(jié)能器14。根據(jù)一個實施例，液體-蒸汽分離裝置12可以是再循環(huán)容器。根據(jù)其它實施例，液體-蒸汽分離裝置12和節(jié)能器14中的一者或兩者均可以以單相或雙相回旋分離器的形式提供。前述元件可以使用標(biāo)準(zhǔn)致冷劑配管以圖1-5所示的方式連接。如本文所使用的，除非另有說明，術(shù)語“連接到”或“經(jīng)由…連接”意指直接或間接連接。可選的除霜系統(tǒng)18包括乙二醇罐20、乙二醇泵22、乙二醇冷凝器盤管24和乙二醇盤管6a、6b，它們也使用致冷劑配管根據(jù)圖1所示的布置而連接到彼此以及系統(tǒng)中的其它元件。根據(jù)其它可選的替代實施例，可以提供熱氣或電除霜系統(tǒng)。還可以提供蒸發(fā)器進(jìn)料泵/再循環(huán)器16，以提供迫使液體致冷劑通過蒸發(fā)器熱交換器所需的額外能量。

根據(jù)圖1-5所示的實施例，低壓液體致冷劑(“LPL”)由泵16通過膨脹裝置11供應(yīng)到蒸發(fā)器。致冷劑從制冷空間接受熱，作為低壓蒸汽(“LPV”)和液體離開蒸發(fā)器，并且被輸送到液體-蒸汽分離裝置12(其可以可選地是回旋分離器)，液體-蒸汽分離裝置12將液體與蒸汽分離。液體致冷劑(“LPL”)返回到泵16，并且蒸汽(“LPV”)被輸送到壓縮機(jī)10，壓縮機(jī)10使蒸汽聚集并將高壓蒸汽(“HPV”)發(fā)送到冷凝器8，冷凝器8將高壓蒸汽壓縮成高壓液體(“HPL”)。高壓液體(“HPL”)被輸送到節(jié)能器14，其以下述方式提高了系統(tǒng)效率：將高壓液體(“HPL”)減少到中間壓力液體“IPL”，然后將中間壓力液體輸送到液體-蒸汽分離裝置12，液體-蒸汽分離裝置12向泵16供應(yīng)低壓液體致冷劑(“LPL”)，從而完成致冷劑循環(huán)。在圖1-5中還示出了乙二醇流動路徑(在任選的乙二醇除霜系統(tǒng)的情況下)和壓縮機(jī)油流動路徑，但是不需要在這里更詳細(xì)地討論，除了要指出本低充量封裝式制冷系統(tǒng)可以可選地包括在封裝系統(tǒng)內(nèi)的完全除霜和壓縮機(jī)油再循環(huán)子系統(tǒng)。圖1-5還包括用于系統(tǒng)的監(jiān)測和控制的許多控制閥、隔離閥和安全閥以及溫度和壓力傳感器(也稱為指示器或計量器)。此外，可選的傳感器26a、26b可以位于所述蒸發(fā)器2a、2b的下游，在液體-蒸汽分離裝置12的入口的上游，用以測量離開蒸發(fā)器的致冷劑的蒸汽/液體比。根據(jù)替代實施例，可選的傳感器26c可以位于液體-蒸汽分離裝置12的出口與壓縮機(jī)10的入口之間的致冷劑管線中。傳感器26a、26b和26c可以是在美國序列號14/221,694和14/705,781中公開的類型的電容傳感器，該兩個文獻(xiàn)的公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的組合式屋頂室蒸發(fā)器模塊和預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的示例。根據(jù)該實施例，蒸發(fā)器安放在蒸發(fā)器模塊中，并且圖1-5中所示的系統(tǒng)的其余部件安放在機(jī)房模塊中。根據(jù)本發(fā)明可采用的冷凝器系統(tǒng)的各種實施例包括具有可選內(nèi)部增強(qiáng)管的蒸發(fā)冷凝器、具有可選內(nèi)部增強(qiáng)的空氣冷卻翅片和管式熱交換器、空氣冷卻微通道熱交換器和水冷式熱交換器。在空氣冷卻冷凝器系統(tǒng)的情況下，冷凝器盤管和風(fēng)扇可以安裝在機(jī)房模塊的頂部上，以用于完全獨立的屋頂系統(tǒng)。其它類型的冷凝器系統(tǒng)可以位于機(jī)房的內(nèi)部。根據(jù)該實施例，整個系統(tǒng)完全自包含在兩個屋頂模塊中，使得整個系統(tǒng)使用例如平床允許裝載非護(hù)送車輛(flat bed permit load non-escort vehicle)，非常容易在公路上運輸?shù)桨惭b地點。屋頂室和機(jī)房模塊可以分離用于運輸和/或最終放置，但是根據(jù)最優(yōu)選的實施例，屋頂室和機(jī)房模塊彼此相鄰安裝以最大化致冷劑充量的減少。根據(jù)最優(yōu)選實施例，屋頂室模塊和機(jī)房模塊集成到單個模塊中，但蒸發(fā)器空間與機(jī)房空間分離并絕熱，以符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。圖7、10和11示出了相鄰的屋頂室蒸發(fā)器模塊和機(jī)房模塊的其它示例。

圖8、9和12是根據(jù)本發(fā)明實施例的預(yù)封裝式模塊化機(jī)房和冷凝器單元的內(nèi)部的三維剖面透視圖，其中低充量封裝式制冷系統(tǒng)的所有元件除蒸發(fā)器之外被包含在集成單元中。如本文所討論的，蒸發(fā)器可以安放在屋頂室模塊中，或者其可以懸置在制冷空間中，優(yōu)選地在機(jī)房模塊的位置的正下方。根據(jù)這些實施例，蒸發(fā)器被構(gòu)造為直接冷卻制冷空間中的或者供應(yīng)到制冷空間的空氣。

根據(jù)替代實施例(例如，其中最終用戶不希望冷卻空氣與含氨部分/配管接觸)，蒸發(fā)器可以構(gòu)造為熱交換器以冷卻輔助非揮發(fā)性流體，例如水或水/乙二醇混合物，所述輔助非揮發(fā)性流體用于冷卻制冷空間中的空氣。在這種情況下，蒸發(fā)器可以安裝在機(jī)房的內(nèi)部。

圖13是組合式屋頂室蒸發(fā)器模塊和預(yù)封裝式模塊化機(jī)房的內(nèi)部的剖面三維透視圖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本文所述的特征的組合提供了非常低充量的制冷系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明構(gòu)造成每噸制冷容量需要少于6磅的氨。根據(jù)優(yōu)選實施例，本發(fā)明的每噸制冷可需要少于4磅的氨。根據(jù)最優(yōu)選的實施例，本發(fā)明可以以小于2磅/噸制冷量有效地操作。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)“棒式建造”系統(tǒng)每噸制冷需要15-25磅的氨，并且現(xiàn)有技術(shù)的低充量系統(tǒng)每噸制冷需要大約10磅。因此，對于50噸制冷系統(tǒng)，現(xiàn)有技術(shù)的棒式建造系統(tǒng)需要750-1,250磅的氨，現(xiàn)有技術(shù)的低充量系統(tǒng)需要大約500磅的氨，而本發(fā)明需要小于300磅的氨，并且優(yōu)選小于200磅氨，更優(yōu)選小于100磅氨，EPA的報告閾值(假設(shè)系統(tǒng)中的所有氨都泄漏出來)。實際上，根據(jù)本發(fā)明的50噸制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)中的全部量的氨可以排放到周圍區(qū)域，而不會對人類或環(huán)境造成顯著損害或傷害。

盡管本發(fā)明主要在其中氨是致冷劑的制冷系統(tǒng)的上下文中進(jìn)行了描述，但是預(yù)期本發(fā)明將同樣適用于使用其它天然致冷劑(包括二氧化碳)的制冷系統(tǒng)。

本發(fā)明的描述本質(zhì)上僅是示例性的，因此不偏離封裝式(一個或兩個模塊的集成緊湊系統(tǒng))低致冷劑充量(即，每噸制冷容量小于10磅的致冷劑)制冷系統(tǒng)的構(gòu)思的變化意圖包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。以其它方式構(gòu)成封裝式泵送液體循環(huán)制冷系統(tǒng)且其中每噸制冷容量具有10lbs或更少的致冷劑的、相對本文描述具體實施例的任何變化不應(yīng)被視為偏離在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。