[发明专利]用于蒸发器的动态控制的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及一种用于动态控制蒸发器的操作的系统。此外，本发明还涉及一种用于动态控制蒸发器的操作的方法。

背景技术

本发明总地涉及一种包括蒸发器的系统，且尤其涉及采用板式热交换器形式的蒸发器。通常，蒸发器是针对用于例如空调、冷却系统、热泵系统等各种应用的流体，例如冷却剂的蒸发而设计的。因而蒸发器可用于一种双相系统，双相系统操纵液体形式以及气态或蒸发形式的流体。

在蒸发器是板式热交换器的情况下，作为示例，蒸发器可包括板组，其包括多个第一和第二热交换板。板永久地彼此连接起来，并且并排布置成使得在每对相邻的第一热交换板和第二热交换板之间形成第一板间隙，第一板间隙形成了第一流体通路，并且在每对相邻的第二热交换板和第一热交换板之间形成第二板间隙，第二板间隙形成了第二流体通路。第一板间隙和第二板间隙彼此分离，并且在板组中以交替的顺序并排设置。基本上每个热交换板具有至少第一端口孔和第二端口孔，其中第一端口孔形成通向第一板间隙的第一入口通道，并且第二端口孔形成离开第一板间隙的第一出口通道，而且板组包括用于每个所述第一板间隙的单独空间，该空间对于第二板间隙是关闭的。

在这种普遍现有技术的用于双相系统中的板式热交换器中，第一流体，例如冷却剂以液体形式引入到阀中，但当穿过阀时由于压力降而在第一入口通道的一端，即第一端口孔处膨胀成部分蒸发的流体，以便沿着第一入口通道进一步分布，并且在蒸发成蒸发形式期间进一步分布到每个单独的第一板间隙中。始终存在供给的流体的能量含量太高的风险，由此通过其入口端口供给入口通道的一部分流将遇到入口通道的后端，并以相反的方向进行反射。因此入口通道中的流是非常混乱的，并且难以预测和控制。

此外，冷却剂的压力降随着离第一入口通道的入口的距离的增加而增加，由此将影响第一流体在单独的板间隙之间的分布。已知的是，第一流体的微滴在从第一入口通道进入单独的板间隙时所必须经历的流角度变化会导致不均匀的分布。另一影响参数是在单独的第一板间隙之间的尺寸差异，其导致每个第一板间隙具有其独特的效率。已知的还有，单独的第一板间隙的操作和性能依赖于其在板组中的位置。板组每侧的最外面的第一板间隙倾向于与板组中间的那些具有不同的性能。

结果，非常困难或甚至不可能整体地优化蒸发器的操作和效率，从而确保供给蒸发器的所有流体在离开蒸发器的出口之前，尤其在到达压缩机的入口之前被完全蒸发，压缩机布置在蒸发器的出口的下游。实际上，对于蒸发器整体发生不充分蒸发而言，只要有一个故障的第一板间隙就足够了。作为示例，如果单个第一板间隙被淹没(flood)，即不能蒸发供给它的全部量的流体，那么在蒸发器出口的下游将产生微滴。通常，完全蒸发意味着蒸发的流体必须已经达到过热的温差，由此蒸发的流体只包括干燥的蒸发流体，即蒸发的流体应具有比通行压力下的饱和温度更高的温度。

不管操作任务如何，在尽可能接近过热设定点温度下操作蒸发器的目的对于获得尽可能高的利用率是很重要的。因而，其具有经济重要性。此外，其对于与蒸发器协作的其它构件，例如压缩机具有一定的影响，因为压缩机通常对液体含量是很敏感的。保留在蒸发的流体中的任何微滴在达到压缩机的入口时都可能损害压缩机。同样，在尽可能接近过热温差下操作蒸发器也具有经济利益，因为一旦流体已经达到过热温差，那么流体是完全干燥的，并且额外地提高温度基本没有增益。上面的过热温度设定点由系统制造商来确定，以便包含某一想要的安全裕度，以防液体接收到压缩机中的风险。当蒸发器的负载发生变化时，上面论述的问题变得更为显著。作为示例，这可为在使空调系统的操作任务从一个温度变化至另一温度时的情形，其意味着供给蒸发器的流体量发生了变化。

文献EP2156112B1和WO2008151639A1提供了一种方法，用于控制制冷剂在至少两个蒸发器之间的分布，使空气加热式蒸发器的制冷容量得到最大可能程度的利用。这通过在蒸发器的公共出口监视冷冻剂的过热来实现。此外，这通过修改穿过所选择的蒸发器的冷冻剂的质量流量，同时保持穿过所有蒸发器的冷冻剂的总的质量流量基本恒定不变来实现。流量受到单个阀的控制，该阀是膨胀阀。因而，这两个文献提供了一种解决方案来控制多个空气加热式蒸发器的操作，在该方法中，每个蒸发器作为一个完整单元进行评估，并且在该方法中，每个单元将基于布置在相同回路中的额外的蒸发器而进行控制。