空调和制冷系统的制作方法

本发明总体上涉及一种空调和制冷系统，特别是二氧化碳增压系统中的空调和制冷系统。

背景技术：

空调系统和制冷系统可以集成在二氧化碳增压系统中。该集成系统可以循环制冷以便使用空调来冷却空间并且使用制冷来冷却空间。然而，该系统的某些结构可能缺乏对空调管线中的制冷剂流的控制。某些结构还可能导致制冷剂管线中的高的压降。此外，某些结构可能导致油积聚在空调系统中。

技术实现要素：

根据一个实施例，一种系统，包括高压侧热交换器、调节阀、闪蒸罐和制冷单元。高压侧热交换器被构造为从制冷剂去除热量。调节阀被构造为控制制冷剂从高压侧热交换器到第二热交换器和闪蒸罐的流动。闪蒸罐被构造为储存来自第二热交换器和来自高压侧热交换器的制冷剂。制冷单元被构造为从闪蒸罐接收制冷剂。

根据另一实施例，一种系统，包括调节阀、电机和控制器。调节阀控制制冷剂到热交换器和闪蒸罐二者的流动。电机调节调节阀。控制器判定调节阀是否应将制冷剂引导到热交换器。响应于调节阀应将制冷剂引导到热交换器的判定，控制器控制电机以调节调节阀，以将制冷剂引导到热交换器和闪蒸罐。响应于调节阀应当引导制冷剂离开热交换器的判定，控制器控制电机以调节调节阀，以引导流过调节阀的所有制冷剂到闪蒸罐。

根据另一实施例，一种方法，包括判定调节阀是否应将制冷剂引导到热交换器。调节阀控制制冷剂从高压侧热交换器到热交换器和闪蒸罐二者的流动。该方法还包括响应于调节阀应引导制冷剂离开热交换器的判定，调节调节阀以引导制冷剂到闪蒸罐。该方法还包括响应于调节阀应当引导制冷剂到热交换器的判定，调节调节阀以引导制冷剂到热交换器和闪蒸罐二者。闪蒸罐储存来自热交换器和来自高压侧热交换器的制冷剂。闪蒸罐还释放制冷剂到制冷单元。

某些实施例可以提供一个或多个技术优点。例如，实施例可以允许控制空调系统中的制冷剂流动，这可能会减少高压侧热交换器和闪蒸罐之间的制冷剂管线中的压降。作为另一示例，实施例可以减少空调系统中的油积聚，这可能提高空调系统的效率和寿命。某些实施例可以不包括上述技术优点或包括上述技术优点中的一些或全部。根据本文包括的附图、说明书和权利要求，一个或多个其它技术优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了示例的空调和制冷系统；

图2示出了图1的系统的示例的空调支路；和

图3示出用于控制图1的系统的空调支路的示例方法的流程图。

具体实施方式

通过参考附图1至3，可以最佳地理解本发明的实施例及其优点，不同附图的相同和相应的部件使用相同的附图标记。

集成的空调和制冷系统可以用于商店的空调和制冷需求，例如杂货店。集成系统的空调部分可以运行以冷却商店的零售空间以向客户提供舒适。该系统的制冷支路可以用于运行保持产品冷冻和/或冷藏的制冷单元。空调系统和制冷系统可以使用二氧化碳(co2)增压系统集成。co2增压系统具有能够保持制冷剂的闪蒸罐。

在co2增压系统中，制冷剂可以从闪蒸罐流动到制冷系统，使得制冷系统可以用于冷却产品。制冷剂可以从制冷系统流到一个或多个压缩机。制冷剂可以从压缩机流到高压侧热交换器。

空调系统可以以多种方式配置。例如，空调系统可以配置为干式膨胀(dx)结构。在dx结构中，空调系统可以位于高压侧热交换器和闪蒸罐之间。制冷剂可以从高压侧热交换器流到空调系统的蒸发器和/或热交换器，然后流到闪蒸罐。在该结构中，不控制制冷剂从高压侧热交换器到空调系统，然后到闪蒸罐的流动。结果，在高压侧热交换器和闪蒸罐之间的制冷剂管线中可能存在显着的压降。

作为另一实施例，空调系统能以溢流结构配置。在这种结构中，空调系统可以以这样的方式定位：使得重力将制冷剂从闪蒸罐拉到空调系统。制冷剂可循环通过空调系统并返回闪蒸罐。溢流结构可能导致空调系统中的油积聚。当制冷剂通过空调系统的蒸发器和/或热交换器时，制冷剂可以包括少量的油。蒸发的制冷剂可能在蒸发器和/或热交换器上留下油残留。随着时间的推移，油可能积聚在蒸发器和/或热交换器上，这可能需要维护或清洁空调系统。

本发明构想一种在co2增压系统中的空调系统的结构，其减少了与dx结构相关的高压侧热交换器和闪蒸罐之间的制冷剂管线中的压降，并且减少了与溢流结构相关的空调系统中的油积聚。在构想的结构中，空调系统位于连接到高压侧热交换器的高压膨胀阀和类似dx结构的闪蒸罐之间。然而，调节阀位于高压膨胀阀和空调系统之间。调节阀的输入可以连接到高压膨胀阀。调节阀的输出可以连接到空调系统和闪蒸罐。调节阀可以控制制冷剂到空调系统和到闪蒸罐的流动。例如，调节阀可以将制冷剂引导到空调系统。作为另一示例，调节阀可以将制冷剂引导到闪蒸罐。作为又一示例，调节阀可以将制冷剂的一部分引导到空调系统，并将剩余部分引导到闪蒸罐。以这种方式，可以控制流到空调系统的制冷剂的量，这可以减少高压侧热交换器和闪蒸罐之间的制冷剂管线中的压降。此外，因为重力没有用于将制冷剂从闪蒸罐拉入空调系统中，所以这种结构还可以减少空调系统中的油积聚。

将利用图1至3更详细地讨论所构想的结构。图1将总体地讨论该结构。图2将更详细地讨论该结构。图3将描述运行该构想的结构的方法。

图1示出了示例空调和制冷系统100。系统100可以构造为co2增压系统。如图1所示，系统100可以包括高压侧热交换器105、高压膨胀阀110、调节阀115、热交换器120、闪蒸罐125、低温蒸发器130、中温蒸发器135、低温压缩机140、中温压缩机145和并联压缩机150。制冷剂可以在系统100的各种部件之间和之中流动。在具体实施例中，系统100可以减少高压侧热交换器105和闪蒸罐125之间的制冷剂管线中的压降。在某些实施例中，系统100可以减少热交换器120中积聚的油量。

高压侧热交换器105可以从系统100的其它部件去除热量和/或使制冷剂循环到系统100的其它部件。高压侧热交换器105可以从制冷剂中去除热量并且使该热量循环离开系统100。例如，高压侧热交换器105可以使热量循环到空气和/或水中。在特定实施例中，高压侧热交换器105可作为气体冷却器操作并从气态制冷剂中去除热量而不改变制冷剂的状态。在一些实施例中，高压侧热交换器105可以作为冷凝器工作，并将气态制冷剂的状态改变为液态。在某些实施例中，高压侧热交换器105中的制冷剂可以在每平方英寸面积承受1400磅重的表压(psig)。

高压膨胀阀110可以耦接到高压侧热交换器105的输出。制冷剂可以从高压侧热交换器105流动到高压膨胀阀110。高压膨胀阀110可以降低流入高压膨胀阀110的制冷剂的压力。结果，制冷剂的温度可以随着压力的降低而下降。结果，进入高压膨胀阀110的暖或热制冷剂在离开高压膨胀阀110时可能是冷的。离开高压膨胀阀110的制冷剂可被供给到热交换器120和/或闪蒸罐125中。

调节阀115可以耦接到高压膨胀阀110的输出。制冷剂可以从高压膨胀阀110流入调节阀115。在特定实施例中，调节阀115可以被控制以将制冷剂流引导到热交换器120和/或闪蒸罐125。例如，如果系统100的空调系统应该运行以冷却一个空间，则调节阀115可以引导制冷剂流到热交换器120。作为另一实施例，如果空调系统不应当运行，则调节阀115可以引导制冷剂流到闪蒸罐125。取决于空调系统要去除的热量，调节阀115可被构造为引导一部分制冷剂流到热交换器120，而制冷剂的剩余部分流到闪蒸罐125。本发明构想了一种以任何适当的方式被控制的调节阀115。例如，调节阀115可以由电机和/或控制器(如自动调温器)控制。在某些实施例中，调节阀115可以定位成尽可能靠近高压膨胀阀110的出口。以这种方式，可以使制冷剂的流动分离最小化，并且可以调节均匀的流动。

虽然本发明将调节阀115示为三通调节阀，但是本发明构想调节阀115也可以是二通调节阀。在该结构中，当二通阀打开时，制冷剂可以流到热交换器120。当二通阀关闭时，到热交换器120的制冷剂管线可以被阻塞，并且制冷剂基本上可以溢流到闪蒸罐125。

热交换器120可以被包括在系统100的空调系统中。热交换器120可以被构造为接收制冷剂。当制冷剂穿过热交换器120时，制冷剂可以从冷却剂(例如水)中去除热量，该冷却剂也流过热交换器120。结果，该冷却剂可以被冷却。然后，冷却剂可以流到空调系统的其他部分以从空气中去除热量。随着从空气中除去热量，空气被冷却。然后，冷却的空气可以通过例如风扇循环通过空间以冷却该空间。在制冷剂从冷却剂中去除热量之后，制冷剂可变得更热。较热的制冷剂可离开热交换器120并流入闪蒸罐125。

在特定实施例中，热交换器120可组合有液体分离器和板式热交换器。热交换器120可以配置为co2溢流蒸发器结构。以这种方式，可以减少跨过热交换器120的制冷剂管线中的压降。此外，可以提高热交换器120的效率。

闪蒸罐125可以从调节阀115和/或热交换器120接收制冷剂。闪蒸罐125可被构造为保持处于部分液态和部分气态的制冷剂。在某些实施例中，闪蒸罐125可保持制冷剂在大约535psig。闪蒸罐125中的制冷剂可以流到系统100的其他部分，例如制冷系统。

制冷系统可以包括低温部分和中温部分。低温部分可以在比中温部分更低的温度下运行。在一些制冷系统中，低温部分可以是冷冻器系统，而中温系统可以是常规冷藏系统。在杂货店设置中，低温部分可以包括用于保持冷冻食品的冷冻器，而中温部分可以包括用于保持产品的冷藏架。制冷剂可以从闪蒸罐125流到制冷系统的低温部分和中温部分二者。例如，制冷剂可以流到低温蒸发器130和中温蒸发器135。当制冷剂到达低温蒸发器130或中温蒸发器135时，制冷剂从低温蒸发器130或中温蒸发器135周围的空气去除热量。结果，空气被冷却。然后，冷却的空气可以例如通过风扇循环，以冷却诸如例如冷冻器和/或冷藏架的空间。当制冷剂穿过低温蒸发器130和中温蒸发器135时，制冷剂可以从液态变为气态。

在特定实施例中，膨胀阀可以定位在闪蒸罐125与低温蒸发器130和中温蒸发器135之间。例如，低温膨胀阀可以位于低温蒸发器130和闪蒸罐125之间的制冷剂管线中，而中温膨胀阀可以位于闪蒸罐125和中温蒸发器135之间的制冷剂管线中。这些膨胀阀可以减小离开闪蒸罐125的制冷剂的压力，这可以降低制冷剂的温度。然后，较冷的制冷剂可以由低温蒸发器130和中温蒸发器135使用以用于冷却空气。

制冷剂可从低温蒸发器130和中温蒸发器135流到压缩机。系统100可以包括低温压缩机140和中温压缩机145。本发明构想了一种包括任何数量的低温压缩机140和中温压缩机145的系统100。低温压缩机140和中温压缩机145都可以被构造为增加制冷剂的压力。结果，制冷剂中的热量可能变得集中，并且制冷剂可能变成高压气体。低温压缩机140可以将制冷剂从200psig压缩至420psig。中温压缩机145可以将制冷剂从420psig压缩至1400psig。低温压缩机140的输出可以耦接到中温压缩机145的输入。中温压缩机145的输出可以耦接到高压侧热交换器105。

因为闪蒸罐125保持部分是气态的制冷剂，所以气态制冷剂可以被传递到压缩机而不是制冷系统。并联压缩机150可以从闪蒸罐125接收气态制冷剂并压缩气态制冷剂。例如，并联压缩机150可以将气体从535psig压缩至1400psig。并联压缩机150可将压缩的气态制冷剂传递到高压侧热交换器105。本发明构想一种包括任何数量的并联压缩机150的系统100。

在特定实施例中，系统100可以减少高压膨胀阀110和闪蒸罐125之间的制冷剂管线中的压降。例如，通过引导制冷剂离开热交换器120，制冷剂可以直接从高压膨胀阀110流到闪蒸罐125，借此保持制冷剂管线中的压力。此外，在某些实施例中，系统100可以减少热交换器120中的油积聚。例如，通过将热交换器120放置在高压侧热交换器105和闪蒸罐125之间，可以减少热交换器120中的油积聚。图2和图3将更详细地描述系统100的运行。

图2示出了图1的系统100的示例空调支路。如图2所示，空调支路可以包括调节阀115、热交换器120和闪蒸罐125。制冷剂可以从调节阀115流到热交换器120和/或闪蒸罐125。调节阀115可以被控制以将制冷剂流引导到热交换器120和/或闪蒸罐125，这在特定实施例中可以减少跨过空调支路的制冷剂管线中的压降并且其可减少在热交换器120中的油积聚。为了清楚起见，系统100的某些元件没有在图2中示出。然而，它们的省略不应被解释为它们从系统100中去除。

调节阀115可以耦接到电机200。电机200可以控制调节阀115的状态。例如，电机200可以使调节阀115处于第一状态，在第一状态中制冷剂可以从调节阀115流到热交换器120。作为另一个示例，电机200可以使调节阀115处于第二状态，第二状态中制冷剂从调节阀115流到闪蒸罐125。作为又一个示例，电机200可以使调节阀115处于第三状态，第三状态中制冷剂的一部分从调节阀115流动到热交换器120，而制冷剂的剩余部分从调节阀115流动到闪蒸罐125。电机200可以是电动机、气动机或用于改变调节阀115状态的任何其它合适的电机。在特定实施例中，调节阀115和电机200可被包括在同一壳体中。

调节阀115的状态也可以由控制器205控制。如图2所示，控制器205可以耦接到电机200。在特定实施例中，控制器205可以控制电机200以调节调节阀115的状态。在其他实施例中，控制器205可以直接耦接到调节阀115，并且可以直接控制调节阀115的状态。在某些实施例中，控制器205可以被包括在与电机200和/或调节阀115相同的壳体中。控制器205可以包括被构造为执行本文所述的控制器205的任何运行的存储器和处理器。

处理器可以执行存储在存储器上的软件以执行本文所述的控制器205或电机200的任何功能。处理器可以通过处理从系统100的其他部件接收的信息来控制控制器205或电机200的运行和管理。处理器可以包括运行以控制和处理信息的任何硬件和/或软件。处理器可以是可编程逻辑设备、微控制器、微处理器、任何合适的处理设备或前述的任何合适的组合。

存储器可以永久地或临时地存储用于处理器的数据、可运行软件或其他信息。存储器可以包括适于存储信息的易失性或非易失性本地或远程设备中的任何一个或其组合。例如，存储器可以包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、磁存储设备、光学存储设备或任何其他合适的信息存储设备或这些设备的组合。软件代表被包含在计算机可读存储介质中的任何合适的指令集、逻辑或代码。例如，软件可以体现在存储器、磁盘、cd或闪存驱动器中。在特定实施例中，软件可以包括可由处理器执行以实现本文描述的功能中的一个或多个的应用。

控制器205可以基于空调系统的测量特性来调节调节阀115的状态。例如，控制器205可以是接收由空调系统冷却的空间中的空气的测量温度的自动调温器。基于该空气温度，控制器205可以调节调节阀115以将制冷剂引导至热交换器120或远离热交换器120至闪蒸罐125。作为另一示例，控制器205可以接收热交换器120中的冷却剂的测量温度。冷却剂的温度可以指示从由空调系统冷却的空间中去除的热量。如果冷却剂太热，则控制器205可以调节调节阀115以将更多的制冷剂引导到热交换器120。作为又一示例，控制器205可以接收热交换器120中的气体的测量压力。与所测量的温度一样，205可基于所测量的气体压力调节调节阀115以将制冷剂引导到热交换器120或远离热交换器120。

如前所述，热交换器120可以使用制冷剂以从冷却剂中去除热量。冷却的冷却剂然后可以用于冷却可以在整个空间循环的空气。闪蒸罐125可以以气态和液态存储制冷剂。在特定实施例中，因为制冷剂到热交换器120的流动可以通过调节阀115控制，所以可以减少跨过热交换器120的制冷剂管线中的压降。在某些实施例中，因为制冷剂到热交换器120的流动可以通过调节阀115控制，所以在热交换器120中的油积聚可以减少。

在特定实施例中，通过调节调节阀115的状态，可以降低从高压侧热交换器105到闪蒸罐125的制冷剂管线中的压降。例如，通过引导制冷剂远离热交换器120到闪蒸罐125，可以保持制冷剂管线中的压力。此外，在某些实施例中，通过将热交换器120放置在高压侧热交换器105和闪蒸罐125之间，可以减少热交换器120中的油积聚。

图3是示出用于控制图1的系统100的空调支路的示例方法300的流程图。在特定实施例中，控制器205可以执行方法300。

控制器205可以通过在步骤305中接收温度设置开始。例如，控制器205可以从自动调温器接收温度设置。用户可以调节自动调温器上的温度设置。在步骤310中，控制器205可以接收测量温度。测量温度可以是由空调系统冷却的空间的空气的温度。在某些实施例中，测量温度可以是用于从由空调系统冷却的空气中去除热量的冷却剂的温度。本发明还构想了一种控制器205，其接收空调系统中的冷却剂的测量温度或空调系统中的气体的测量压力。

在步骤315中，控制器205可以判定是否应该调节调节阀以将制冷剂引导到空调系统。在某些实施例中，控制器205可以基于温度设置和测量温度进行该判定。例如，如果测量的温度高于温度设置，则控制器205可以判定空调系统应该被打开。控制器205然后可以判定调节阀应该被调节以将制冷剂引导到空调系统。如果测量温度小于温度设置，则控制器205可以判定调节阀应当被调节以将制冷剂引导离开空调系统。如果控制器205判定调节阀应当被调节以将制冷剂引导离开空调系统，则控制器205可以在步骤320中进行该调节。结果，制冷剂将流到闪蒸罐。

如果控制器205判定调节阀应当被调节以将制冷剂引导到空调系统，则控制器205可以在步骤325中确定调节阀的位置。所确定的位置可以影响多少制冷剂被引导到空调系统。例如，如果测量温度和温度设置之间的差低，则控制器205可以确定调节阀的位置是仅引导制冷剂的一小部分流向空调系统。如果温度设置和测量温度之间的差很大，则控制器205可以判定制冷剂流的大部分或全部应被引导到空调系统。在步骤330中，控制器205可以将调节阀调节到所确定的位置。以这种方式，可以基于空调的需要来调节被引导到空调系统的制冷剂的量。例如，如果空调器关闭，则制冷剂可以被引导远离空调器到达闪蒸罐。结果，可以降低从高压侧热交换器到闪蒸罐的压降。此外，可以减少空调器中的油积聚。

可以对图3中描绘的方法300进行修改、添加或省略。方法300可以包括更多、更少或其他步骤。例如，步骤可以并行或以任何合适的顺序执行。而作为执行步骤的控制器205进行讨论，系统100的任何合适的部件，例如调节阀115和/或电机200，可以执行该方法的一个或多个步骤。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行修改、添加或省略。例如，系统100的部件可以是集成的或分离的。作为另一示例，控制器205和电机200可以被集成。作为又一示例，调节阀115、电机200和/或控制器205可以被集成。

尽管本发明包括若干实施例，但是可以向本领域技术人员建议大量的改变、变化、替换、转化和修改，并且本发明旨在涵盖这样的改变、变化、替换、转化和修改落入所附权利要求的范围内。