[发明专利]同轴节能器组件和方法

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联邦赞助研发

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背景技术

本发明总地涉及用在具有至少两级压缩的制冷系统中的用于闪蒸冷却制冷剂流体的节能器，且具体地是与冷凝器或例如蒸发器的其它结构同轴布置的节能器。

制冷系统通常包括制冷回路以提供用于冷却指定建筑空间的冷却水。典型的制冷回路包括压缩制冷剂气体的压缩机、将压缩的制冷剂冷凝成液体的冷凝器、以及利用液体制冷剂来冷却水的蒸发器。然后将冷却水用管道送到所要冷却的空间。

一个这种制冷或空气调节系统使用至少一个离心式压缩机并称为离心式冷却器。离心式压缩涉及仅几个机械部件的纯转动运动。单个离心式压缩机冷却器，有时也称为单级冷却器，通常制冷量范围在100至2000冷吨以上。通常，离心式冷却器可靠性高，且需要较少维护。

离心式冷却器在商业上和其它有高冷却和/或加热要求的设施中消耗大量的能源。这种冷却器在某些情况下具有高达30年或更久的运行寿命。

离心式冷却器在用于例如建筑物、城市住宅(例如多层建筑物)或大学校园时提供一定的优点和效率。这些冷却器在包括中东条件在内的宽范围温度应用中是有用的。较低制冷量的螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或往复型压缩机通常用于例如基于水的冷却器应用。

现有冷却器中的一个部件是节能器。该节能器改进系统的运行效率。

节能器通常用在制冷系统的冷凝器与蒸发器之间以将制冷剂流体冷却到其离开冷凝器的温度以下。当制冷剂流体从冷凝器流过喷嘴、孔或其它降压装置进入压力较低的腔室时，通过制冷剂流体的一部分的蒸发来实现闪蒸冷却。闪蒸制冷剂通过在蒸发时吸收热量来冷却其余流体。在与冷却流体分离时，将制冷剂蒸气或闪蒸气体传送到以中间压力运行的压缩机级的入口。冷却的制冷剂流体从节能器流到蒸发器，制冷剂在蒸发器处与例如水的其它流体热交换而蒸发，从而满足冷却负荷。离开蒸发器的制冷剂蒸气通常以两级或多级压缩形式进行压缩。现有节能器已设计成分开的单元，与冷却器系统共有的冷凝器、压缩机和其它结构不同。

现有冷却器设计还通常将压缩机的第一级排放连接到第二级压缩机，并包括复杂的浇铸件和管道布置。这些设计有时称为两级串联(in-line)设计。

实质上，这些串联设计具有一系列连续浇铸件，允许将离开第一级压缩机的排放气体输送到第二级压缩机的入口内。第一级压缩机的叶轮机对所压缩的流体施加相当大的切向速度。具有切向速度的流体称为涡旋流动。当流体流过第一级压缩机的扩散器时，其穿过180°的U形弯曲件。在返回通道弯曲件内的一组轮叶通常用于在入口处力图将流体流动沿轴向方向引导到第二级压缩机。该涡旋流体流动与来自节能器的闪蒸气体流动组合以实质上内部冷却第一级压缩的涡旋气体。实践中，两种流动的混合并不像所要求那样彻底，且主要在流体流动路径下游足够远处进行，例如在第二级叶轮机内进行，仅得到适度的效率改进。

发明内容

根据本发明的较佳实施例，用在冷却器系统内的同轴节能器包括具有公共纵向轴线的内部壳体和外部壳体。外部壳体具有用于从多级压缩机的上游压缩机级接收流体的入口和用于将流体传送到多级压缩机的下游压缩机级的出口。流动室形成围绕内部壳体的流体流动路径。闪蒸室用于将液态流体闪蒸成气态。所述闪蒸室与流动室之间的流动通路将闪蒸气体从闪蒸室传送到流动室。从闪蒸室传送的闪蒸气体和从外部壳体的入口接收的流体沿朝向外部壳体出口的流体流动路径混合。

在本发明的又一较佳实施例中，一种使流体流过冷却器系统内同轴节能器的方法，包括以下步骤：将流体从多级压缩机的上游压缩机级接收到同轴节能器内；在同轴节能器的闪蒸室内将液体闪蒸成气体；使闪蒸室内的气体通过流动通路通入同轴节能器的流动室；以及使从闪蒸室传送的气体和从外部壳体的入口接收的流体沿流体流动路径混合和流动，并到达同轴节能器的出口。该方法的同轴节能器包括：具有公共纵向轴线的内部壳体和外部壳体，所述外部壳体具有用于从上游压缩机级接收流体的入口和用于向下游压缩机级传送流体的出口；流动室，该流动室形成围绕内部壳体的流体流动路径；闪蒸室，该闪蒸室用于将液态流体闪蒸成气态；以及所述闪蒸室与流动室之间的流动通路，该通路用于将闪蒸气体从闪蒸室传送到流动室；其中从闪蒸室传送的闪蒸气体和从外部壳体的入口接收的流体沿朝向外部壳体出口的流体流动路径混合。