專(zhuān)利名稱(chēng)：液態(tài)制冷劑與儲(chǔ)液器的閃發(fā)氣體接觸進(jìn)行再冷卻的co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使CO2制冷劑沿預(yù)定流向循環(huán)的CO2制冷回路，它包括沿流動(dòng)方向的放熱換熱器、具有液體部和閃發(fā)氣體部的儲(chǔ)液器，和接著該儲(chǔ)液器的中溫回路和低溫回路，其中該中溫回路和低溫回路分別包括沿流動(dòng)方向的膨脹裝置、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)。該制冷循環(huán)還包括液體管路，將該儲(chǔ)液器的液體部與中溫和低溫回路的至少一個(gè)回路連接。本發(fā)明還涉及這種制冷回路的運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
在這種CO2制冷回路中，在儲(chǔ)液器中將產(chǎn)生閃發(fā)氣體，并且需要將閃發(fā)氣體從儲(chǔ)液器中抽出來(lái)，以便使CO2制冷循環(huán)能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。有種建議是讓閃發(fā)氣體返回中溫壓縮機(jī)的入口或吸氣端。然而，閃發(fā)氣體的壓力一般都高于壓縮機(jī)吸氣管上的吸氣壓力，并且閃發(fā)氣體需要膨脹到這么低的壓力，因此就會(huì)對(duì)制冷循環(huán)造成不必要的損失。
因此，一個(gè)目標(biāo)就是處理聚集在儲(chǔ)液器中的閃發(fā)氣體，并且與僅將閃發(fā)氣體膨脹進(jìn)入中溫壓縮機(jī)入口相比能夠提高制冷循環(huán)的制冷效率。
本申請(qǐng)人子公司Linde K ltetechnik GmbH & CO.KG的一份早期的、但在本申請(qǐng)申請(qǐng)日的未公開(kāi)申請(qǐng)DE102004038640.4，其公開(kāi)的內(nèi)容全部被引入本申請(qǐng)中，該申請(qǐng)中建議將閃發(fā)氣體流經(jīng)內(nèi)部換熱器與從儲(chǔ)液器流出的液體制冷劑保持熱交換關(guān)系，然后流到低溫回路通往中溫回路壓縮機(jī)的回管中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在用另外一種方案解決上述問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該問(wèn)題是這樣解決的，即在液體管路上有內(nèi)部換熱器，閃發(fā)氣體管路將該儲(chǔ)液器的閃發(fā)氣體部經(jīng)過(guò)該內(nèi)部換熱器連接到低溫壓縮機(jī)的入口，其中該內(nèi)部換熱器將流過(guò)液體管路的液體內(nèi)的有效熱量傳遞給流過(guò)該閃發(fā)氣體管路的閃發(fā)氣體。傳熱使液體管路內(nèi)的液體再冷，并使閃發(fā)氣體過(guò)熱。液體的再冷提高了液體制冷劑的制冷能力。同時(shí)，閃發(fā)氣體的過(guò)熱確保閃發(fā)氣體在進(jìn)入低溫壓縮機(jī)之前是干燥和過(guò)熱狀態(tài)。與DE102004038640.4的解決方案相比，該系統(tǒng)中的高溫差和高壓差使得制冷能力大幅提高。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在閃發(fā)氣體管路上設(shè)置閃發(fā)氣體閥。也可以用其它任何膨脹裝置來(lái)替換閃發(fā)氣體閥。閃發(fā)氣體閥控制閃發(fā)氣體流或不流到內(nèi)部換熱器和壓縮機(jī)中。閃發(fā)氣體的產(chǎn)生非常依賴(lài)于環(huán)境條件，特別是如果放熱換熱器在環(huán)境空氣中工作，并且已經(jīng)在“冬季模式”和“夏季模式”之間調(diào)節(jié)制冷循環(huán)。例如，在冬季模式下，產(chǎn)生的閃發(fā)氣體相對(duì)較少，如果設(shè)置有可調(diào)閃發(fā)氣體閥，那么可以更有效地關(guān)閉該閃發(fā)氣體閥或者調(diào)節(jié)到使閃發(fā)氣體流量很小的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，閃發(fā)氣體閥是控制閥。該控制閥可通過(guò)控制器自動(dòng)控制，例如通過(guò)該控制裝置在“夏季模式”和“冬季模式”之間切換。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，CO2制冷循環(huán)還包括設(shè)在閃發(fā)氣體管路上的監(jiān)測(cè)裝置，該裝置用來(lái)監(jiān)測(cè)運(yùn)行工況，也就是閃發(fā)氣體的過(guò)熱度。如果監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到的是兩相閃發(fā)氣體，就可以調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。監(jiān)測(cè)裝置可以包括壓力傳感器和/或溫度傳感器。壓力傳感器和溫度傳感器的組合是一種特別簡(jiǎn)單的、確定閃發(fā)氣體“性質(zhì)”的方法。也可以使用其它傳感器。最好給該監(jiān)測(cè)裝置連接一個(gè)控制器，即將該監(jiān)測(cè)信號(hào)提供給一個(gè)控制器，并將該控制器連接到該控制閥上，用來(lái)根據(jù)閃發(fā)氣體的狀態(tài)調(diào)節(jié)該控制閥。因此，可以根據(jù)閃發(fā)氣體的性質(zhì)來(lái)控制流過(guò)內(nèi)部換熱器的閃發(fā)氣體流量。因此，如果閃發(fā)氣體沒(méi)有過(guò)熱，即如果在閃發(fā)氣體管路上存在兩相狀態(tài)的閃發(fā)氣體，那么為了增加液體制冷劑傳遞給閃發(fā)氣體的熱量，可以減少閃發(fā)氣體的流量。應(yīng)當(dāng)注意到，提供一個(gè)控制閥并根據(jù)閃發(fā)氣體性質(zhì)控制該控制閥這種想法本身以及尤其是沒(méi)有獨(dú)立權(quán)利要求中要求保護(hù)的那些特征或僅有這些特征的一部分，應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是有創(chuàng)造性的。
CO2制冷回路可以包括位于放熱換熱器和儲(chǔ)液器之間的中間膨脹裝置。該中間膨脹裝置可以將放熱換熱器內(nèi)的100到120巴的高壓降低到約30到40巴，最好是約36巴的中間壓力?？梢越o制冷用戶(hù)端提供中間壓力的制冷劑，該用戶(hù)端包括用戶(hù)端膨脹裝置和用戶(hù)端蒸發(fā)器。由于壓縮機(jī)、放熱換熱器和儲(chǔ)液器通常相鄰放置，或者靠近一個(gè)單獨(dú)的機(jī)械室，因此制冷用戶(hù)端的管路可以有足夠的長(zhǎng)度。由于在這些管路上僅有壓力降，因此可以大大減少管路成本和各用戶(hù)端的密封費(fèi)用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，低溫壓縮機(jī)出口與中溫壓縮機(jī)入口連接。術(shù)語(yǔ)“低溫回路”和“中溫回路”通常各為封閉回路。但是，這兩個(gè)回路的某些部分可以與一個(gè)公共回路部分結(jié)合。這樣，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，中溫壓縮機(jī)可以構(gòu)成低溫回路的第二級(jí)壓縮機(jī)。其它部件比如放熱換熱器和/或中間膨脹閥和/或儲(chǔ)液器也可以構(gòu)成這些回路的公共部分。可選擇地，可以為低溫回路單獨(dú)提供一個(gè)低溫壓縮機(jī)或多級(jí)低溫壓縮機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種CO2制冷裝置，它包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CO2制冷回路。該制冷裝置可以是超市用制冷系統(tǒng)、工業(yè)用制冷系統(tǒng)，等等。在超市用制冷系統(tǒng)中，中溫制冷用戶(hù)端可以是展示柜等，比如奶制品、肉類(lèi)、蔬菜和水果，其制冷溫度為0度到10度以下。低溫制冷用戶(hù)端可以是制冷溫度為-20度以下的冷凍機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種CO2制冷回路的運(yùn)行方法，該回路使制冷劑按照預(yù)定流向循環(huán)，該CO2制冷回路包括沿流動(dòng)方向構(gòu)成的放熱換熱器、有液體部和閃發(fā)氣體部的儲(chǔ)液器，以及在儲(chǔ)液器之后的中溫回路和低溫回路，其中該中溫和低溫回路分別包括沿流動(dòng)方向的膨脹裝置，蒸發(fā)器和壓縮機(jī)，該制冷回路還包括液體管路，該液體管路將儲(chǔ)液器的液體與中溫和低溫回路中的至少一個(gè)回路連接，其中該方法包括下列步驟(a)從儲(chǔ)液器的閃發(fā)氣體部引出閃發(fā)氣體；(b)使閃發(fā)氣體和液體管路內(nèi)的液體呈換熱關(guān)系流動(dòng)，使液體內(nèi)的熱量傳遞給閃發(fā)氣體；(c)使閃發(fā)氣體按照接近低溫壓縮機(jī)入口的壓力的壓力水平返回低溫回路。
在步驟(c)中，可以使閃發(fā)氣體直接返回低溫壓縮機(jī)的入口，或者進(jìn)入通往低溫壓縮機(jī)的低溫吸氣管上，等等。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該方法還包括根據(jù)該CO2制冷回路的運(yùn)行工況，調(diào)節(jié)從儲(chǔ)液器引出的閃發(fā)氣體量即閃發(fā)氣體流量的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該方法還包括監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體狀態(tài)的步驟，即閃發(fā)氣體是過(guò)熱還是包括液態(tài)和氣態(tài)制冷劑的兩相狀態(tài)，根據(jù)閃發(fā)氣體狀態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)行熱交換的閃發(fā)氣體流量。最佳的是，為了保證壓縮機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，使低溫壓縮機(jī)入口的閃發(fā)氣體完全為氣態(tài)。如果過(guò)熱度提高到零過(guò)熱，則減小閃發(fā)氣體的流量是明智的，這樣可以增大傳熱。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體狀態(tài)的步驟包括檢測(cè)閃發(fā)氣體壓力和溫度的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體狀態(tài)的步驟是在執(zhí)行閃發(fā)氣體和液體制冷劑相互熱交換流動(dòng)步驟之后進(jìn)行。這樣只要簡(jiǎn)單地檢測(cè)閃發(fā)氣體的壓力和溫度，就可以很簡(jiǎn)單地監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體“性質(zhì)”，即完全干燥狀態(tài)。還可以監(jiān)測(cè)儲(chǔ)液器內(nèi)和/或閃發(fā)氣體管路內(nèi)的閃發(fā)氣體狀態(tài)，根據(jù)進(jìn)行熱交換的液體和氣體流量以及換熱量來(lái)計(jì)算閃發(fā)氣體的過(guò)熱度，等等。


下面參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中圖1僅示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制冷回路。
具體實(shí)施例方式
圖1示出使CO2制冷劑沿預(yù)定流動(dòng)方向循環(huán)的CO2制冷回路2。制冷回路2包括放熱換熱器4，其中有CO2制冷劑，該換熱器在超臨界運(yùn)行模式中作為氣體冷卻器，在低臨界模式中作為冷凝器。換熱器出口管路6將該放熱換熱器4經(jīng)由中間膨脹裝置8與儲(chǔ)液器10連接。當(dāng)放熱換熱器4和出口管路6中的制冷劑壓力可以高到120巴，在“夏季模式”下一般約為85巴，冬季模式下一般為45巴時(shí)，中間膨脹裝置8將壓力降低到30到40巴之間，最好是36巴，該中間壓力一般與“冬季模式”和“夏季模式”無(wú)關(guān)。儲(chǔ)液器10分別在液體部12和氣體部14收集液態(tài)和氣態(tài)制冷劑并使之分離。
液體管路16將儲(chǔ)液器10的液體部12與中溫回路20和低溫回路24的制冷用戶(hù)端18和22連接起來(lái)。具體地，液體管路16分成低溫支路17和中溫支路19。低溫和中溫回路20和24分別包括至少一個(gè)低溫和中溫制冷用戶(hù)端18，22。制冷用戶(hù)端18和22分別包括膨脹裝置26，28和蒸發(fā)器30，32。
中溫回路20通過(guò)吸氣管34和高壓管40構(gòu)成封閉回路，其中吸氣管連接到中溫回路20的壓縮機(jī)組36的壓縮機(jī)38的吸氣口，高壓管連接壓縮機(jī)38的出口和放熱換熱器4的入口。中溫回路壓縮機(jī)38的入口壓力一般在20到30巴之間，并且大約為26巴，這可以使中溫回路20制冷用戶(hù)端的制冷劑溫度約為-10度。
在低溫回路24中，低溫吸氣管42連接低溫制冷用戶(hù)端22與低溫回路壓縮機(jī)組44中的壓縮機(jī)46的入口。回管48使低溫回路制冷劑返回中溫回路壓縮機(jī)組36的入口。當(dāng)?shù)蜏鼗芈穳嚎s機(jī)組44入口壓力一般在8到20巴之間，最好約為12巴時(shí)，該壓力使低溫回路24的制冷用戶(hù)端的制冷劑溫度約為-37度，其出口壓力幾乎與中溫回路壓縮機(jī)組的入口壓力相等。低溫回路24然后通過(guò)與中溫回路20的公用回路部分構(gòu)成封閉回路，即中溫回路壓縮機(jī)組36，高壓管40，放熱換熱器4，中間膨脹閥8、儲(chǔ)液器10和液體管路16。
閃發(fā)氣體管路50連接到儲(chǔ)液器10的氣體部14。閃發(fā)氣體管路50將基本為飽和壓力即至少接近兩相狀態(tài)的閃發(fā)氣體引出來(lái)。閃發(fā)氣體管路50引導(dǎo)閃發(fā)氣體流過(guò)閃發(fā)氣體膨脹裝置例如閃發(fā)氣體閥52，和內(nèi)部換熱器54，該換熱器連接到液體管路16上，與液體制冷劑呈熱交換關(guān)系，并使閃發(fā)氣體返回低溫回路壓縮機(jī)組44的入口或吸入端。因此，儲(chǔ)液器內(nèi)具有約為36巴中間壓力的閃發(fā)氣體在低溫回路壓縮機(jī)46的入口膨脹到約12巴。相應(yīng)的冷卻能力，即從液體制冷劑傳遞的熱量，被傳給中間換熱器54內(nèi)的液體制冷劑，提高了它的冷卻或制冷能力。傳遞給閃發(fā)氣體制冷劑的熱量提高了氣體的溫度，并且保證了開(kāi)始為兩相狀態(tài)的閃發(fā)氣體在進(jìn)入低溫壓縮機(jī)吸氣端或入口之前被完全干燥和過(guò)熱。內(nèi)部換熱器54不但可以設(shè)在液體管路16上，從而提高中溫和低溫回路20和24的液體制冷能力，而且也可以設(shè)在分路17和19的任何位置上，從而就不僅是增加回路20或24的制冷能力。在閃發(fā)氣體管路50上還可以設(shè)置一個(gè)切換閥(未示)和一個(gè)可選擇的閃發(fā)氣體管路(未示)，切換閥接在中間換熱器54之后，可選擇的閃發(fā)氣體管路與切換閥連接并因此將該中間換熱器54連接到中溫壓縮機(jī)組36的入口或吸氣端。通過(guò)在使閃發(fā)氣體流到低溫壓縮機(jī)46的入口和流到中溫壓縮機(jī)38的入口之間的切換，可以在一個(gè)寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)制冷能力的增加。
閃發(fā)氣體閥52可以是熱力膨脹裝置，也可以是本領(lǐng)域公知的調(diào)節(jié)閥。具體地，可以是電控閥或機(jī)械控制閥?？梢允菬崃ε蛎涢yTXV或是電子膨脹閥EXV。
控制器60被設(shè)置用來(lái)控制閃發(fā)氣體閥52。該控制器可以是獨(dú)立的，也可以是整個(gè)制冷回路控制裝置的一部分。該控制器也可以與閃發(fā)氣體閥52作成一個(gè)整體。包括溫度傳感器70和壓力傳感器72的監(jiān)測(cè)設(shè)備56經(jīng)過(guò)管路58與控制器60連接?？刂破?0用來(lái)控制經(jīng)過(guò)中間換熱器54的閃發(fā)氣體流量，例如根據(jù)所需要的液體制冷劑提高的制冷能力或者根據(jù)閃發(fā)氣體的過(guò)熱工況?？刂破?0還可以控制上述切換閥。
還可以給放熱換熱器出口管6上的高壓制冷劑提供進(jìn)一步的再冷。因此，一部分制冷劑分流經(jīng)過(guò)高壓膨脹閥64和高壓換熱器62，使其余制冷劑再冷。管路68使該分流的制冷劑返回壓縮機(jī)66的入口。壓縮機(jī)66的入口可以與壓縮機(jī)組36的其它壓縮機(jī)38保持在基本相同的壓力等級(jí)，或者是不同的即較高的或者較低的壓力等級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種制冷劑沿預(yù)定流向循環(huán)的CO2制冷回路(2)，包括沿流動(dòng)方向的放熱換熱器(4)、具有液體部(12)和閃發(fā)氣體部(14)的儲(chǔ)液器(10)、和在儲(chǔ)液器(10)之后的中溫回路(20)和低溫回路(24)，其中中溫和低溫回路(22，24)分別包括有沿流動(dòng)方向的膨脹裝置(26，28)、蒸發(fā)器(30，32)和壓縮機(jī)(46，38)，制冷回路(2)還包括液體管路(16)和閃發(fā)氣體管路(50)，該液體管路將儲(chǔ)液器(10)的液體部(12)與中溫和低溫回路(20，24)中的至少一個(gè)連接，并有內(nèi)部換熱器(54)，該閃發(fā)氣體管路將儲(chǔ)液器(10)的閃發(fā)氣體部(14)經(jīng)由內(nèi)部換熱器(54)與低溫壓縮機(jī)(46)的入口連接，其中該內(nèi)部換熱器(54)將流過(guò)液體管路(16)的液體中的有用熱量傳遞給流過(guò)該閃發(fā)氣體管路(50)的閃發(fā)氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO2制冷回路(2)，其特征在于，在閃發(fā)氣體管路(50)中還包括閃發(fā)氣體閥(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CO2制冷回路(2)，其特征在于，該閃發(fā)氣體閥(52)是控制閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一所述的CO2制冷回路(2)，其特征在于，在閃發(fā)氣體管路(50)中還包括監(jiān)測(cè)裝置(56)，其用來(lái)監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CO2制冷回路(2)，其特征在于，該監(jiān)測(cè)裝置(56)包括壓力傳感器(72)和溫度傳感器(70)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的CO2制冷回路(2)，其特征在于，還包括與監(jiān)測(cè)裝置(56)和控制閥(52)連接的控制器(60)，用來(lái)根據(jù)閃發(fā)氣體的狀態(tài)調(diào)節(jié)該控制閥(52)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一所述的CO2制冷回路(2)，其特征在于，還包括位于放熱換熱器(4)和儲(chǔ)液器(10)之間的中間膨脹裝置(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一所述的CO2制冷回路(2)，其特征在于，低溫壓縮機(jī)(46)的出口與中溫壓縮機(jī)(38)的入口連接。
9.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一權(quán)利要求所述CO2制冷回路(2)的CO2制冷裝置(3)。
10.一種制冷劑按預(yù)定流向循環(huán)的CO2制冷回路(2)的運(yùn)行方法，該CO2制冷回路(2)包括沿流動(dòng)方向的放熱換熱器(4)、具有液體部(12)和閃發(fā)氣體部(14)的儲(chǔ)液器(10)、和在儲(chǔ)液器(10)之后的中溫回路(20)和低溫回路(24)，其中中溫和低溫回路(24)分別包括有沿流動(dòng)方向的膨脹裝置(26，28)、蒸發(fā)器(30，32)和壓縮機(jī)(46，38)，制冷回路(2)還包括液體管路(16)，該液體管路將儲(chǔ)液器(10)的液體部(12)與中溫和低溫回路(20，24)中的至少一個(gè)連接，其中該方法包括下列步驟(a)從儲(chǔ)液器(10)的閃發(fā)氣體部(14)引出閃發(fā)氣體；(b)使閃發(fā)氣體和液體管路(16)中的液體呈熱交換關(guān)系流動(dòng)，從而使液體中的熱量傳遞給該閃發(fā)氣體；(c)使該閃發(fā)氣體在低溫壓縮機(jī)(46)的入口附近的位置返回該低溫回路(24)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)從儲(chǔ)液器(10)引出的閃發(fā)氣體量的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，還包括監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體狀態(tài)并根據(jù)閃發(fā)氣體狀態(tài)調(diào)節(jié)閃發(fā)氣體量的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體的步驟包括檢測(cè)閃發(fā)氣體的壓力和溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)閃發(fā)氣體狀態(tài)的步驟是在閃發(fā)氣體和液體相互換熱之后進(jìn)行。
全文摘要
一種制冷劑沿預(yù)定流向循環(huán)的CO
文檔編號(hào)F25B9/00GK101040153SQ200580026747
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月9日
發(fā)明者蘇雷什·杜賴(lài)薩米 申請(qǐng)人:卡里爾公司