制冷劑系統(tǒng)的壓力控制的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本公開寬泛地涉及制冷劑系統(tǒng)，并且更具體地，涉及制冷劑系統(tǒng)內(nèi)的壓力控制系統(tǒng)和方法。
[0002]制冷劑被用于在流體之間傳遞熱量并且可以應(yīng)用于多種應(yīng)用，例如加熱，通風(fēng)，空氣調(diào)節(jié)以及制冷(HVAC&R)系統(tǒng)，熱泵，或者在有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)中發(fā)電。制冷劑通常在制冷劑管道系統(tǒng)內(nèi)被運送，制冷劑管道系統(tǒng)包括管道，管道配件，閥門等等。制冷劑管道系統(tǒng)在HVAC&R系統(tǒng)內(nèi)的各個容器和設(shè)備之間運送制冷劑，例如壓縮機(jī)，渦輪機(jī)，泵，蒸發(fā)器，冷凝器等等?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在制冷劑管道系統(tǒng)，容器，或者設(shè)備中存在的泄露可能使空氣進(jìn)入HVAC&R系統(tǒng)，由此如果這種泄露發(fā)生在制冷劑回路中壓力低于大氣壓力的部分則會降低HVAC&R系統(tǒng)的效率和操作性。這種泄露可能發(fā)生在熱泵或ORC系統(tǒng)中，尤其是在系統(tǒng)沒有運行的時候。此外，空氣中的水分可能腐蝕HVAC&R系統(tǒng)，使泄露加重。
【附圖說明】
[0003]圖1為依據(jù)本技術(shù)的各個方面的具有的制冷劑管道系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；
[0004]圖2為依據(jù)本技術(shù)的各個方面的圖1的熱泵系統(tǒng)的第一部分的一個實施例的示意圖；
[0005]圖3a為依據(jù)本技術(shù)的各個方面的圖1的熱泵系統(tǒng)的第二部分的一個實施例的示意圖；
[0006]圖3b為依據(jù)本技術(shù)的各個方面的圖1的熱泵系統(tǒng)的第二部分的一個實施例的示意圖；
[0007]圖4為依據(jù)本技術(shù)的各個方面的圖1的熱泵系統(tǒng)的第三部分的一個實施例的示意圖；并且
[0008]圖5為依據(jù)本技術(shù)的各個方面的圖2-4的制冷劑管道系統(tǒng)和熱泵部分內(nèi)的壓力控制方法的流程圖的一個實施例。
【具體實施方式】
[0009]本公開涉及制冷劑系統(tǒng)的壓力控制系統(tǒng)和方法。如這里使用的，術(shù)語“制冷劑系統(tǒng)”包括任意的使用工作流體(例如，制冷劑)來吸收和/或傳遞能量的熱力系統(tǒng)。因此，制冷系統(tǒng)可以為HVAC&R系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)，ORC系統(tǒng)，等等。
[0010]如之前所述，在制冷劑系統(tǒng)的制冷劑管道系統(tǒng)，容器，或設(shè)備中存在的泄露可能會導(dǎo)致空氣進(jìn)入，尤其是當(dāng)制冷劑壓力低于環(huán)境壓力時。空氣進(jìn)入降低了制冷劑系統(tǒng)的效率和操作性并且可能引起制冷劑管道系統(tǒng)，容器，和/或設(shè)備的腐蝕。此外，當(dāng)空氣進(jìn)入制冷劑回路時，希望能夠把空氣排出制冷劑系統(tǒng)。不幸的是，排出空氣可能引起不希望的制冷劑從制冷劑系統(tǒng)泄露出去。
[0011]現(xiàn)在已經(jīng)意識到的是可以對制冷劑壓力進(jìn)行控制以減少空氣進(jìn)入制冷劑系統(tǒng)的可能性。也就是說，制冷劑壓力可以維持在環(huán)境壓力之上，由此減少空氣進(jìn)入制冷劑系統(tǒng)的驅(qū)動力。具體地，制冷劑系統(tǒng)包括一個或多個設(shè)計成收集液體制冷劑的低點。例如，重力可以拉動液體制冷劑朝向制冷劑系統(tǒng)的該一個或多個低點?？梢圆捎眉訜嵩磥砑訜崾占谠撘粋€或多個低點中的液體制冷劑，由此使制冷劑壓力維持在環(huán)境壓力之上并且減小空氣進(jìn)入制冷劑系統(tǒng)的可能性。
[0012]現(xiàn)在參照附圖，圖1示出具有配置成減小空氣進(jìn)入熱泵系統(tǒng)10的可能性的壓力控制系統(tǒng)12的一個制冷劑系統(tǒng)(例如，熱泵系統(tǒng)10)的實施例。該制冷劑系統(tǒng)包括壓縮機(jī)16 (例如，螺桿式壓縮機(jī))和與壓縮機(jī)16的運行相關(guān)聯(lián)的其它設(shè)備，例如油分尚器18和/或過熱器60。應(yīng)該注意到的是熱泵系統(tǒng)10僅僅是給出示例方式，本公開可以應(yīng)用于多種制冷劑系統(tǒng)，例如有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)，冷卻器，等等。此外，熱泵系統(tǒng)10的部件可以視具體情況而定(implementat1n-specific)。也就是說，熱交換器的流動結(jié)構(gòu)和類型，壓縮機(jī)的數(shù)量和類型，泵，閥門等等在不同實施例中可以在較寬的范圍內(nèi)變化。
[0013]熱泵系統(tǒng)10包括制冷劑管道系統(tǒng)14，其在熱泵系統(tǒng)10的各個部件之間運送工作流體(例如，制冷劑，例如R_245fa或者R-236fa)。例如，制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)16，其壓縮和加壓制冷劑。加壓后的制冷劑接著流入油分離器18，其使制冷劑從壓縮機(jī)16的潤滑油中分離。應(yīng)該注意到的是熱泵系統(tǒng)10的某些實施例可以不包括壓縮機(jī)16。例如，有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)可以采用泵替代壓縮機(jī)16來加壓和運送液體制冷劑。此外，某些實施例可以不采用油分離器18。換句話說，制冷劑可以從壓縮機(jī)16的出口直接流入到閥22或冷凝器32而不經(jīng)過油分離器18。
[0014]如圖所示，油分離器18被設(shè)置在熱泵系統(tǒng)10的低點20。也就是說，油分離器18設(shè)置在壓縮機(jī)16和閥22之間的局部最低位。因此，液體制冷劑通過重力流動被排放到油分離器18中，尤其在熱泵系統(tǒng)沒有運行時。如前面討論的，需要監(jiān)控并且控制低點20內(nèi)的制冷劑的壓力以減小空氣進(jìn)入熱泵系統(tǒng)10的可能性。
[0015]在潤滑油被分離出去以后，制冷劑流過閥22到達(dá)冷凝器32，制冷劑在這里被冷凝成液相。冷凝器32也被設(shè)置在位于閥22和過熱器60之間的熱泵系統(tǒng)10中的低點46。當(dāng)需要時，可以采用控制器30來控制對收集在冷凝器32(即，低點46)內(nèi)部的液體制冷劑的加熱。如圖所示，冷凝器32包括管束34，其被連接到冷卻劑管道系統(tǒng)36。冷卻劑管道系統(tǒng)36從水源38向回水40運送冷卻劑(例如，水)。例如，水從水源38流過管34，在這里水從制冷劑吸收熱量，由此使得制冷劑冷凝成液相。接著，溫水流到回水40，在這里溫水流向下游設(shè)備，例如冷卻塔等等。
[0016]冷凝的制冷劑離開冷凝器32并且流過過熱器60，閥62，以及熱膨脹閥64，其為一個計量裝置。膨脹閥64計量冷凝后的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器66的流量，蒸發(fā)器66使制冷劑蒸發(fā)成氣相。然而，某些實施例可以不包括熱膨脹閥64。制冷劑可以從冷凝器32自由地流向蒸發(fā)器66是可取的。例如，ORC系統(tǒng)可以包括設(shè)置在蒸發(fā)器66和冷凝器32之間的渦輪機(jī)，而沒有熱膨脹閥64。
[0017]如圖所示，蒸發(fā)器66也設(shè)置在膨脹閥64和過熱器60或截止閥78之間的熱泵系統(tǒng)10中的低點68。可以意識到的是，在熱泵系統(tǒng)10的正常運行中，蒸發(fā)器66的運行條件可以使制冷劑維持在氣相。然而，當(dāng)熱泵系統(tǒng)10不運行時，制冷劑的溫度會逐漸降低，導(dǎo)致制冷劑冷凝成為液相。液體制冷劑可以通過重力流動排放到蒸發(fā)器66和低點68中。再一次，需要對低點68中的制冷劑的壓力進(jìn)行監(jiān)控和控制以減小空氣進(jìn)入熱泵系統(tǒng)10的可能性，尤其是當(dāng)熱泵系統(tǒng)10沒有運行時(例如，由于過程混亂引起的短期或在關(guān)閉時的較長時期)。
[0018]如圖所示，蒸發(fā)器66包括管束70，其被連接到附加的冷卻劑管道系統(tǒng)72。蒸發(fā)器66的冷卻劑管道系統(tǒng)72與冷凝器32的冷卻劑管道系統(tǒng)36類似。也就是說，冷卻劑管道系統(tǒng)72從水源74運送冷卻劑(例如水)通過管道70，在這里水向制冷劑排放熱量，由此使制冷劑蒸發(fā)。冷卻的水接著流到回水76，在這里冷卻后的水流向下游的設(shè)備，例如空調(diào)器等等。
[0019]來自蒸發(fā)器66的蒸發(fā)的制冷劑流動進(jìn)入過熱器60，在這里蒸發(fā)制冷劑被來自冷凝器32的冷凝后的制冷劑加熱。過熱的制冷劑接著流過吸入閥78到達(dá)壓縮機(jī)16，在這里熱泵循環(huán)基本上可以再次開始。應(yīng)該注意到的是，熱泵系統(tǒng)10的某些實施例可以不包括過熱器60。也就是說，蒸發(fā)的制冷劑可以從蒸發(fā)器66的出口直接流到吸入閥78或壓縮機(jī)16而不經(jīng)過過熱器60。
[0020]如圖所示，閥22，62和78可以被用于將熱泵系統(tǒng)10分割成三個部分80，82和84。部分80，82和84中的每一個均被設(shè)計成具有至少一個低點(例如，低點20，46和68)來通過重力流動收集液體制冷劑。盡管油分離器18，冷凝器32，以及蒸發(fā)器66被示出作為各自的低點20，46和68，然而熱泵系統(tǒng)10可以被設(shè)計成在其它位置具有低點，例如過熱器60，壓縮機(jī)16，或者熱泵系統(tǒng)10內(nèi)部其它指定的液體容器。例如，制冷劑管道系統(tǒng)14可以包括被設(shè)計成通過重力流動收集液體制冷劑的U形容器。控制器30可以被用于控制低點20，46和68中的液體制冷劑的加熱。
[0021]如圖所示，控制器30包括執(zhí)行邏輯來加熱液體制冷劑的各種部件。具體地，控制器30包括一個或多個處理器86和/或其它數(shù)據(jù)處理線路，例如存儲器88，來執(zhí)行能夠選擇性地加熱收集在低點20，46和68中的液體制