[发明专利]热气旁通方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种热气旁通方法，特别是有关于多级压缩离心式冰水机的一种热气旁通方法。

背景技术

由于离心式冰水机具有高能源效率(C.O.P.)的特性，可以说是大型空调机组中的最佳选择，因此成为大型空调系统及工业制程冷却系统中的必要组件。离心式制冷设备的特性有别于容积式压缩机制冷设备，现有离心式冰水机组容量的控制方式，主要是以控制离心式压缩机吸入口的吸气导叶(Inlet GuideVane)的开度来因应负载的变化，达到冰水机组容量控制的目的。但是离心式冰水机在低负载条件下运转时或高低压差增加时，由于所运送的气态冷媒质量流率无法克服高低压压差，冷媒气流便无法压送至高压端而停止送出，此时高压端的气体便产生逆流回低压端，当低压端压力升高时，高低压力差减小，压缩机叶轮回复可压送的能力范围，冷媒气流回复至正常的流动方向；然后高低压力差再度上升，高低压力差又再增加超过叶轮的压送能力范围，高压端的气态冷媒又再度逆流回低压端，如此现象反复发生即所谓的喘振。

喘振为离心式机械的特有现象。一般而言，为防止离心式冰水机发生喘振现象，最常使用的方法为利用高压气体旁通至低压侧，使离心式冰水机组能在低负载的条件能继续运转而不会发生喘振的现象，对压缩机本体产生损害。然而，在进行大量气体的旁通作业时，除了机组运转的效率严重下降外，机组的噪音与振动以及压缩机长时间在吸入过热气态冷媒的条件下运转造成吐出温度升高，对压缩机本体亦可能造成损害。

图1A、1B是分别表示已知单级压缩离心式冰水机组热气旁通装置的示意图与其压-焓图(P-h diagram)，图2A、2B是分别表示已知二级压缩离心式冰水机组热气旁通装置的示意图与其压-焓图。

就已知单级压缩离心式冰水机组热气旁通装置的旁通方法，一压缩机吐出口与一压缩机吸入口是分别连接于一冷凝器与一蒸发器，并且利用具有一控制阀SV的一旁通管路B0连接于冷凝器与蒸发器之间，经由旁通管路B0所传输的气态冷媒的流动受控于控制阀SV。

以大同公司所提出的中国台湾专利第200634264号案为例，该200634264号揭露了有关于冰水机热气旁通控制的一种热气旁通热交换器。在一冷冻循环系统中，在压缩机与凝结器之间旁通出一第一中间管路、并进入一中间热交换器后再连接至凝结器与膨胀阀之间，且再由凝结器与膨胀阀之间旁通出一第二中间管路、并进入前述中间热交换器后再连接至蒸发器与压缩机之间，如此可达成热交换与热中和的功用，且通过前述结构，可减少压缩机的启动次数以降低压缩机的故障率并节省电量，并且利用中间热交换器的设置可以达到系统负载容量的变化控制，并因此改变系统冷媒的高低压力比，进而提升系统的效率。

虽然如该专利宣称的功效，但是多设置一热交换器，在机组尺寸增大与成本增加，尤其对于大型的离心式冰水机系统而言，要应付低负载防止喘振的容量控制需求，该热交换器尺寸可能需要冰水器尺寸的1/3以上，在大型系统的实施上困难度很高。

以YORK公司所提出的关于热气旁通的控制的美国专利第6427464、6402431号案为例子，第6427464号案揭露了一种Hot gas bypass control forcentrifugal chillers，第6402431号案揭露了一种Adaptive hot gas bypass controlfor centrifugal chillers，其热气旁通是直接在压缩机出口，经由控制阀的控制直接将过热的气态冷媒旁通至压缩机吸入口，其宣称的专利范围为控制方法与策略，就如同已知热气旁通方式(如图1A-1B、2A-2B所示)，将使压缩机吸入口与吐出口的冷媒过热度增加，也可能造成低压端压力变化，而使制冰水能力不足，甚至比图1A-1B所示的系统更加严重，因图1A-1B、2A-2B所示的系统是旁通冷凝器内饱和的气态冷媒，而不是压缩机吐出口过热的气态冷媒，所以系统在压-焓图上的状态点a1’与a2’会更向右侧移动(如箭头所示)。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种适用于多级压缩离心式冰水机的热气旁通方法，以解决上述已知技术所产生的问题。