專利名稱：利用液體中固體顆粒所形成懸浮液的致冷系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種利用由液體中的固體顆粒所形成的懸浮液作為致冷劑的致冷系統(tǒng)。顆粒應(yīng)當(dāng)基本上不溶于該液體，并且能夠在致冷系統(tǒng)的升華器(蒸發(fā)器)中所采用的溫度和壓力條件下升華。
DE-A-3004114描述了一種采用固態(tài)二氧化碳和松節(jié)油作為傳輸液的致冷系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，液態(tài)二氧化碳(脫水碳酸)在三相點(diǎn)下擴(kuò)張，轉(zhuǎn)化為二氧化碳顆粒(雪狀)和蒸氣。二氧化碳顆粒與松節(jié)油混合，所形成的懸浮液泵入到一個(gè)升華器(蒸發(fā)器)中，二氧化碳顆粒在這里至少部分升華，從而使升華器(蒸發(fā)器)冷卻，這可以用來(lái)對(duì)空氣致冷，例如，可以將食品冷凍和儲(chǔ)存在低達(dá)約-60度到-80度的低溫之下。
從蒸發(fā)器/升華器中出來(lái)的流液包含有松節(jié)油、二氧化碳蒸氣和剩余的二氧化碳顆粒，將它們進(jìn)行分離，使二氧化碳蒸氣能夠被吸入到一個(gè)壓縮機(jī)中，并在冷凝器中轉(zhuǎn)化到液體狀態(tài)。此后將液態(tài)二氧化碳返回到混合罐中進(jìn)行新的致冷循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)主要目的在于提高現(xiàn)有技術(shù)中升華系統(tǒng)的操作可靠性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提高這種改進(jìn)系統(tǒng)的效率。
通過下面的描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)顯而易見。
本發(fā)明提供一種致冷系統(tǒng)，它包括盛裝由液體中的可升華固態(tài)顆粒所形成的懸浮液的混合罐，所述混合罐具有第一和第二入口、以及一個(gè)出口；升華器，它帶有一個(gè)入口，一個(gè)出口，以及數(shù)個(gè)連接入口和出口的內(nèi)部通道；
第一管道，它將混合罐的出口連接到升華器的入口上，以便向升華器供應(yīng)由液體中的固體顆粒所形成的懸浮液；具有入口以及頂部和底部出口的分離器；第二管道，它將升華器的出口連接到分離器的入口上，以便將升華后的顆粒以及由液體中的仍然處于固體顆粒所形成的懸浮液從升華器中返回到分離器中，分離器的底部出口連接到混合罐的第一入口上，以便將液體中的固體顆粒所形成的懸浮液送回到混合罐中，分離器的頂部出口將升華的顆粒噴出；連接到混合罐的第二入口上的裝置用于補(bǔ)充從分離器的頂部出口噴出的升華固體顆粒；還包括用于連續(xù)攪拌混合罐中的懸浮液的裝置。
通過對(duì)混合罐中的懸浮液持續(xù)地?cái)嚢瑁构腆w顆粒粘結(jié)在一起的主要因素被消除。
盡管根據(jù)本發(fā)明的致冷系統(tǒng)可以由重力驅(qū)動(dòng)，但是仍然可以將一個(gè)泵插入到第一管道中，以便將混合罐中的懸浮液泵入到升華器中，并通過該升華器。
根據(jù)本發(fā)明，該致冷系統(tǒng)最好還包括位于從泵到升華器之間管道中的非下降部分，以及數(shù)個(gè)位于升華器中的非下降通道，從而避免了固體顆粒從泵的出口到升華器的出口之間的粘結(jié)。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，混合罐帶有一個(gè)連接到攪拌介質(zhì)源的入口，攪拌介質(zhì)最好是從第一管道中的泵出口流出的懸浮液本身。
固體顆粒最好由二氧化碳組成，液體最好是d-檸檬烯。這樣就可能產(chǎn)生改進(jìn)，使得致冷器更小，致冷速度更快，致冷容量更高，并且在升華器溫度下致冷容量可調(diào)。此外升華器/蒸發(fā)器的低溫減少了上面著霜，并且使系統(tǒng)停止而除霜的時(shí)間間隔延長(zhǎng)。
附圖簡(jiǎn)介

圖1顯示了本發(fā)明的致冷系統(tǒng)的最佳實(shí)施例的簡(jiǎn)圖；圖2-4示意了分離器的其他實(shí)施例。
最佳實(shí)施例在如圖所示的系統(tǒng)中，利用二氧化碳作為致冷劑，d-檸檬烯作為傳輸介質(zhì)，然而應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明并不局限于這些物質(zhì)，也可以采用具有相應(yīng)性質(zhì)的其他物質(zhì)，例如，第一組分不溶于液體的第二組分，并且它在合適的致冷溫度下能夠升華，而第二組分在第一組分的升華溫度下仍然為液態(tài)的。
參看圖1，本發(fā)明的致冷系統(tǒng)包括一個(gè)混合和分離罐1、一個(gè)泵2、一個(gè)升華器/蒸發(fā)器盤管3、將混合和分離罐1的底部出口5通過泵2的入口和出口連接到蒸發(fā)器盤管的入口6上的一個(gè)管道4、還有一個(gè)將升華器/蒸發(fā)器盤管3的出口8與混合和分離罐1的入口9連接起來(lái)的管道7。
壓縮機(jī)10有一個(gè)入口11和一個(gè)出口14，入口11通過管道13連接到混合和分離罐1的頂部出口12，出口14與冷凝器15相連，冷凝器15再連接到接收器16上，接收器16本身又通過閥18和管道19連接到混合和分離罐的底部入口17上。
熱交換器20插入在管道13和19中，這樣流過管道13的二氧化碳蒸氣就被流過管道19的液態(tài)二氧化碳所加熱了。對(duì)二氧化碳?xì)怏w的這種過加熱使得壓縮機(jī)10的花費(fèi)大大減小。
還可以有選擇地提供一個(gè)供應(yīng)罐21，根據(jù)需要額外供應(yīng)液態(tài)二氧化碳，液態(tài)二氧化碳通過閥22進(jìn)入到管道19中，通過閥18達(dá)到混合和分離罐1的底部入口17。最好是從供應(yīng)罐21所供應(yīng)的液態(tài)二氧化碳只是在所要求的液態(tài)二氧化碳的量大于壓縮機(jī)的容量時(shí)才進(jìn)行供應(yīng)，例如在升華器/蒸發(fā)器的最大荷載時(shí)才供應(yīng)。
管道23通過閥25將泵2的出口與混合和分離罐1的底部入口24連接起來(lái)。
所述致冷系統(tǒng)操作如下混合和分離罐1裝有由液體d-檸檬烯中的固體二氧化碳顆粒所形成的懸浮液。泵2通過混合和分離罐1的底部出口5從罐1中吸出懸浮液，這樣將懸浮液通過管道4，流向升華器/蒸發(fā)器盤管3的入口6，通過線圈3到達(dá)出口8，再通過管道7流回到混合和分離罐1的出口9處。
用風(fēng)扇將空氣吹向蒸發(fā)器盤管3，使得夾帶在d-檸檬烯傳輸流體中的固態(tài)二氧化碳顆粒在通過升華器/蒸發(fā)器盤管3時(shí)，升華成二氧化碳蒸氣。根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)入到蒸發(fā)器盤管3中的致冷劑也即在d-檸檬烯傳輸液體中的二氧化碳顆粒所形成的懸浮液中的固態(tài)二氧化碳的濃度非常高，以至于從升華器/蒸發(fā)器盤管3的出口8中流出的流體中仍然存在有過量的固態(tài)二氧化碳顆粒。這些多余的固態(tài)二氧化碳顆粒確保了升華器/蒸發(fā)器盤管3在整個(gè)內(nèi)部區(qū)域的致冷效率。
在本發(fā)明中，使得通過泵2流向并通過蒸發(fā)器的致冷劑通道呈上升或起碼水平狀，或者說(shuō)非下降狀態(tài)，就完全避免了固態(tài)二氧化碳粘結(jié)的危險(xiǎn)。這樣從泵2流向并通過升華器/蒸發(fā)器盤管3的過程中懸浮液的流動(dòng)應(yīng)當(dāng)一直是向上的，或者起碼是水平的。
此外，固態(tài)二氧化碳顆粒在混合和分離罐1中聚集的危險(xiǎn)也可以通過部分懸浮液連續(xù)攪拌來(lái)消除，該部分懸浮液是通過泵2經(jīng)管道23和閥25回流到混合和分離罐1的底部入口24中的。
應(yīng)當(dāng)理解這種攪動(dòng)過程可以通過其他攪拌媒介以及如機(jī)械攪拌裝置之類的其他攪拌裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
從升華器/蒸發(fā)器盤管3經(jīng)管道7和入口9返回到混合和分離罐1中的致冷劑的組成為液態(tài)d-檸檬烯、固體二氧化碳顆粒和二氧化碳蒸氣。入口9的位置最好在混合和分離罐1中懸浮液表面的上方，并恰好相切，這樣，二氧化碳蒸氣就通過直接向上的路徑流向混合和分離罐1的頂部出口12，而d-檸檬烯液體和固態(tài)二氧化碳顆粒被噴射到該罐1中的懸浮液中。
壓縮機(jī)10將基本干燥的二氧化碳蒸氣從混合和分離罐1的頂部出口12經(jīng)過管道13吸入到它的入口11中，二氧化碳?xì)怏w在熱交換器20進(jìn)行了過加熱，例如到達(dá)最起碼50度，從而使壓縮機(jī)10能夠在合理的時(shí)間內(nèi)安全操作。此外，這種過加熱還可以使得壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。從接收器16通過管道19和閥18并經(jīng)過入口17返回的液態(tài)二氧化碳可以在熱交換器20中作為加熱介質(zhì)。另一種方法是，在預(yù)冷卻冷凝器15階段使用的氨也可以作為熱交換器20中的加熱介質(zhì)。
混合和分離罐1的入口7最好是一個(gè)底部入口，這樣當(dāng)液態(tài)二氧化碳從該處噴射并且轉(zhuǎn)化為固態(tài)二氧化碳蒸氣中時(shí)，它能夠用作由液態(tài)檸檬烯中的固態(tài)二氧化碳所形成的懸浮液的激烈的攪拌介質(zhì)。此外，由于液態(tài)二氧化碳的噴射可以是不連續(xù)的，這種噴射可以在其它位置進(jìn)行，攪拌可以如上所述由其他攪拌機(jī)械來(lái)完成。應(yīng)當(dāng)注意到，大部分液態(tài)二氧化碳在導(dǎo)入到混合和分離罐1中時(shí)，已經(jīng)轉(zhuǎn)化成驟發(fā)氣體形式了，這種驟發(fā)氣體使得混合和分離罐1出口12處的壓力上升。為了使壓縮機(jī)10不至于過載，將閥26連接到出口12上，這樣，當(dāng)壓力超過預(yù)定值時(shí)，就會(huì)從混合和分離罐1中將二氧化碳蒸氣泄入大氣中。
此外，在混合和分離罐1中的蒸氣壓力的瞬時(shí)值可以用來(lái)對(duì)閥18進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得該壓力不超過預(yù)定限值。這樣在混合和分離罐1中的壓力值能夠用作PID調(diào)節(jié)器的輸入值，用于通過電機(jī)控制閥18的打開。
在混合和分離罐1中的致冷劑的二氧化碳濃度能夠使得泵入到升華器/蒸發(fā)器3中的致冷劑帶有較多的二氧化碳，從而高效地冷卻升華器的所有內(nèi)表面。
供入到升華器/蒸發(fā)器3的懸浮液中固態(tài)二氧化碳的濃度可以通過一個(gè)光敏裝置27來(lái)控制，它產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)指示所述的濃度，也就間接地表示懸浮液的混濁度，以便通過一個(gè)合適的控制系統(tǒng)28調(diào)節(jié)閥18，從而調(diào)節(jié)供應(yīng)到混合罐1中的液態(tài)二氧化碳的流速。
作為另一種方法，升華器/蒸發(fā)器3的入口6和出口8之間的溫差和/或壓差可以作為控制系統(tǒng)28的控制輸入，以便調(diào)節(jié)供入到混合罐1中的二氧化碳的流速。
在圖1中，混合和分離罐1其上部包含有分離器，其下部用于混合固體二氧化碳顆粒和傳輸這些顆粒的液態(tài)鹽水。然而這種分離和混合的功能可以采用基本分離的容器完美地進(jìn)行，如圖2-4所示。
在圖2中混合和分離罐1’具有一個(gè)內(nèi)漏斗形分隔壁29，它形成了上分離部分30的底部，它還具有一個(gè)底部出口31浸入在下部混合部分32的懸浮液中。通過入口17導(dǎo)入的液態(tài)二氧化碳大部分被蒸發(fā)，分隔壁29還帶有一個(gè)切向出口33，用于平衡較低部分32和較高部分30之間的壓力。這樣在較低部分32處產(chǎn)生的驟發(fā)氣體，通過噴嘴形的出口33，這樣蒸氣就在漏斗形上部30中切向加速。這樣，在較低部分32中的懸浮液就被來(lái)自入口17的液態(tài)二氧化碳攪動(dòng)，所形成的二氧化碳蒸氣在通過頂部出口12返回到壓縮機(jī)10之前就與所含的鹽水滴離心分離了。
如圖3所示，上部30中的直接出口33也可以用管34替代，管34有一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器35，從而使得在下部32和上部30之間可以存在一個(gè)預(yù)定的壓差，從而將懸浮液從出口5推向泵2。當(dāng)然，這個(gè)壓差必須低于從上部30的漏斗形底部所流出的懸浮液柱產(chǎn)生的壓力。
在圖4所示的另一個(gè)實(shí)施例中，在第一分離容器36中，用于分離從升華器/蒸發(fā)器3經(jīng)入口9回流的致冷劑，第二分離器37用于將固態(tài)二氧化碳顆粒和低溫氨混合在一起。在圖4中，出于與圖3相同的目的，管道34和壓力調(diào)節(jié)器35將第一管道和第二分離器36和37連接起來(lái)。
可以理解，在不背離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的前提下，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、替代或改變。上述的描述及附圖是示意性的，而非限定性的。
權(quán)利要求
1.一種致冷系統(tǒng)，它包括混合罐(1、32、37的下部)，用于盛裝由液體中的固體、可升華顆粒所形成的懸浮液，所述混合罐帶有第一入口(在上部和下部1、31、之間)和第二入口(17)以及出口(5)；升華器(3)，帶有一個(gè)入口(6)、一個(gè)出口(8)以及連接入口(6)和出口(8)的多個(gè)內(nèi)部通道；第一管道(4)，用于將混合罐(1、32、37的下部)的出口(5)與升華器(3)的入口(6)連接起來(lái)，用于向升華器供應(yīng)由液體中固體顆粒所形成的懸浮液；分離器(1、30、36的上部)，它具有一個(gè)入口(9)和頂部(12)、底部出口(在1、31的上部和下部之間)；第二管道(7)，它將升華器(3)的出口(8)連接到分離器(1、30、36的上部)的入口(9)上，用于將包含有升華顆粒以及由液體中仍殘留的固體顆粒所形成的懸浮液從升華器(3)返回到分離器中，分離器的底部出口(在1、31的底部和上部之間)連接到混合罐(1、32、37的下部)的第一入口(在1、31、31、31、31的上部和下部之間傳輸)，用于將由液體中的殘余固體顆粒所形成的懸浮液返回到混合罐中，分離器的頂部出口(12)將已升華顆粒形成的氣體噴出；連接到混合罐(1、32、37的下部)的第二入口(17)上的裝置(10、11、14-16、20)補(bǔ)充以氣體形式從分離器(1、30、36的上部)的頂部出口(12)噴出的升華固體顆粒；還包括裝置(23-25)，用于持續(xù)攪拌混合罐(1、32、37)中的懸浮液。
2.如權(quán)利要求1所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，混合罐(1、32、37)的下部還有一個(gè)位于懸浮液平面下的入口(24)，它與攪拌介質(zhì)源(2)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種致冷系統(tǒng)，還包括位于第一管道(4)中的泵(2)，用于將懸浮液從混合罐(1、32、37)的下部抽往并通過升華器(3)，所述泵形成了所述攪拌介質(zhì)源(2)，它有一個(gè)出口，該出口連接到混合罐(1、32、37的下部)的所述入口(24)上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，所述固體顆粒由二氧化碳組成，液體為低溫鹽水。
5.如權(quán)利要求4所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，液體為d-檸檬烯。
6.如權(quán)利要求4所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，二氧化碳流入到混合罐(1、32、37的下部)中的流速是根據(jù)升華器(3)的入口(6)處的懸浮液溫度與升華器出口(8)處的懸浮液溫度之差來(lái)控制的。
7.如權(quán)利要求4所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，二氧化碳流入到混合罐(1、32、37的下部)中的流速是根據(jù)升華器(3)的入口(6)處的懸浮液壓力與升華器出口(8)處的懸浮液壓力之差來(lái)控制的。
8.如權(quán)利要求6所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，二氧化碳流入到混合罐(1、32、32、37的下部)中的流速是根據(jù)升華器(3)的入口(6)處的懸浮液壓力與升華器出口(8)處的懸浮液壓力的差值來(lái)控制的。
9.如權(quán)利要求3所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，在升華器(3)的入口(6)和泵(2)之間的第一管道(4)沒有下降部分。
10.如權(quán)利要求1所述的一種致冷系統(tǒng)，還包括一個(gè)壓縮機(jī)(10)，它帶有一個(gè)連接到分離器(1、30、36的上部)的頂部出口(12)上的一個(gè)入口，以及一個(gè)連接到混合罐(1、32、37的下部)的第二入口(17)上的一個(gè)出口。
11.如權(quán)利要求1所述的一種致冷系統(tǒng)，還包括一個(gè)液態(tài)二氧化碳供應(yīng)罐(21)，它連接到混合罐(1、32、37的下部)的第二入口(17)。
12.如權(quán)利要求11所述的一種致冷系統(tǒng)，還包括一個(gè)閥(22)，用于根據(jù)液態(tài)二氧化碳高于壓縮機(jī)(10)容量的需求量來(lái)控制液態(tài)二氧化碳從供應(yīng)罐(21)中的流速。
13.如權(quán)利要求12所述的一種致冷系統(tǒng)，還包括位于泵(2)的出口上的固體二氧化碳濃度感測(cè)器(27)，用于控制供應(yīng)到混合罐(1、32、37)的液態(tài)二氧化碳的流速。
14.如權(quán)利要求1所述的一種致冷系統(tǒng)，懸浮液中固體二氧化碳過量，從而使得從升華器(3)中流出的流體中也含有固體二氧化碳顆粒。
15.如權(quán)利要求1所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，分離器位于混合罐中(圖1)。
16.如權(quán)利要求15所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，分離器的底部出口浸入在混合罐中的懸浮液中(圖2-4)。
17.如權(quán)利要求16所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，分離器(30、36)有一個(gè)漏斗形的底部(29)。
18.如權(quán)利要求17所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，漏斗形底部(29)形成位于分離器和混合罐之間的分隔壁(圖2和3)。
19.如權(quán)利要求15所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，分離器由混合罐的上部形成(圖1)。
20.如權(quán)利要求1所述的一種致冷系統(tǒng)，其特征在于，分離器與混合罐的上部氣體連通(圖4)。
21.如權(quán)利要求4所述的一種致冷系統(tǒng)，還包括一個(gè)位于第一管道(4)中的泵(2)，用于將懸浮液從混合罐(1、32、37的下部)泵入到并通過升華器(3)，還包括一個(gè)壓縮機(jī)(10)，它有一個(gè)連接到分離器(1、30、30、36的上部)的頂部出口(12)上的入口以及一個(gè)連接到混合罐的第二入口(17)上的出口。
22.如權(quán)利要求21所述的一種致冷系統(tǒng)，還包括一個(gè)位于泵(2)的出口處的固體二氧化碳濃度感測(cè)器(27)，用于控制供應(yīng)到混合罐(1、32、37的下部)的液態(tài)二氧化碳的流速。
全文摘要
一種致冷系統(tǒng)包括一個(gè)盛裝由液態(tài)中帶固體顆粒所形成的懸浮液的混合罐(1、32、37)，所述混合罐具有一個(gè)第一和第二入口以及一個(gè)出口。升華器(3)具有一個(gè)底部入口、一個(gè)頂部出口以及連接該入口和出口的多個(gè)內(nèi)部通道，所述內(nèi)部通道沒有下降部分。第一管道(4)將混合罐(1、32、37)的出口通過一個(gè)泵(2)連接到升華器(3)的底部入口上，在泵和升華器(3)的入口之間沒有下降部分。分離器(1、30、36)具有一個(gè)入口，以及頂部和底部出口。第二管道(7)將升華器(3)的出口與分離器(1、30、36)的入口連接，分離器(1、30、36)的底部出口與混合罐(1、32、37)的第一入口相互連接。壓縮機(jī)(10)帶有入口和出口，以及將分離器(1、10、36)的頂部出口與壓縮機(jī)(10)的入口連接的管道，以及將壓縮機(jī)(10)的出口連接到混合罐(1、32、37)的第二入口上的通道。
文檔編號(hào)F25D17/02GK1238036SQ9719976
公開日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1997年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月15日
發(fā)明者約翰·R·斯特朗, 加里·W·呂姆, 羅杰·P·克拉斯克 申請(qǐng)人:弗里戈斯堪迪亞設(shè)備公司