制冷剂凝固的预防的制作方法

专利名称：制冷剂凝固的预防的制作方法
制冷剂凝固的预防技术领域本申请涉及使用C02作为制冷剂，并且实施预防措施来减少co2制冷剂转变成固体热力学状态的可能性的制冷剂系统。
技术背景通常，制冷剂系统被用来在制冷剂回路中循环制冷剂来调节被输 送到室内环境中的二次流体。作为一个例子，空调系统循环制冷剂来 调节被输送进入温控空间或区域的空气。近些年，对于全球变暖的高度关注，以及在一些情况下由最经常4吏用的一些制冷剂(如R22, R123， R134a， R410A和R404A )所导 致的臭氧消耗，迫使HVAC&R工业来寻找替代流体和制冷剂系统解 决方案。因此，所谓的自然制冷剂，如R744 (C02) ， R718(水) 和R717 (氨)得到了很多关注。C02是一种有前途的自然制冷剂， 具有零臭氧消耗潜势和极低的(一种)全球变暖潜势。因此，co2 被越来越广泛地作为传统HFC制冷剂的替代品来使用。然而，使用 co2作为制冷剂给制冷剂系统设计者带来了挑战。co2带来的一个挑 战是其能够在通常的制冷剂系统应用可能经历的压力下转变成固体 热力学状态。C02制冷剂具有相对较高的三相点。例如，在对应于饱 和温度为-69.8华氏度的大约75.1绝对压强的压力下，C02制冷剂可 凝固。如果C O 2制冷剂转变成固体热力学状态，制冷剂系统就会停止工 作。固体制冷剂可堵塞伸缩器、分配器和分配器配管、蒸发器制冷剂 热交换通道以及相关联的制冷剂管道。在其他的不理想的现象中，也 可导致压缩机损坏。由于制冷剂系统中的压力可以降低的可能性，在 某些情况下，低于75.1绝对压强，C02凝固的潜在性给制冷剂系统 设计者带来了挑战。例如，如果制冷剂系统失去足够量的装料、伸缩 器发生故障、蒸发器风扇已经停止正常工作、蒸发器热交换器被堵塞、 低压传感器发生故障、低压开关失效，等等，或者是这些的组合，则 这种情况可能发生。5发明内容在公开的本发明的实施例中，如果制冷剂系统接近co2制冷剂可 转变成固体热力学状态的条件，那么将采取各种不同的预防措施。在 一个实施例中， 一条旁路管线选择性地旁路蒸发器上游的热压缩制冷剂气体。这种设计构思将增加蒸发器中的压力和温度，预防C02制冷剂转变成固体热力学状态。在另一个实施例中，在跨临界应用中，如果蒸发器中的条件接近C02的凝固条件，那么将减小制冷剂系统高压侧压力。通过减小制冷剂排放(高压)侧的压力来影响通过该系统的制冷剂分配，导致蒸发器压力变化，从而预防C02的凝固。在另一个实施例中，接收器可包括附加C02制冷剂装料，当制冷 剂系统的工作接近C02制冷剂可以凝固的情况时，所述附加C02制冷剂装料能够被选择性地传送进入制冷剂系统中来增加蒸发器压力。 在又一个实施例中，如果条件表明制冷剂系统接近可能导致co2制冷剂凝固的条件，在蒸发器处将启动除霜操作，预防C02制冷剂转变成固体热力学状态。使用上述技术，制冷剂系统可仍然继续工作而不停机，不会发生 例如使用低压开关的制冷剂系统被停止时的情况，低压开关将会在吸 入压力减小到低于某个指定的压力极限时使制冷剂系统跳闸。本发明的这些和其他特征可通过接下来的说明书和附图来最好 地理解。接下来是附图的简要说明。


图1示出本发明的第一示意图。图2示出本发明的第二示意图。 图3示出本发明的第三示意图。 图4示出本发明的第四示意图。
具体实施方式
图1示出具有传送被压缩的制冷剂通过热交换器24的压缩机22 的制冷剂系统20。在临界点以上运行(超临界运行)时，热交换器 24通常称为气体冷却器，在临界点以下运行(次临界运行)时，热交换器24通常称为冷凝器。从热交换器24起，制冷剂被传送到伸缩 器26，然后到达蒸发器28。如所示出的，压力传感器30感测蒸发器 压力并将感测到的读数传递到控制器32。虽然压力传感器示出在蒸 发器处，但是其他合适的位置(如压缩机22的吸入线路或者吸入口 ) 也可使用，并且除压力以外的参数(例如冷却剂饱和吸入温度)可被 感测并且导出低压侧制冷剂压力。
在本发明中，如果控制器32感测到制冷剂系统可能接近C02制 冷剂可能凝固的条件，热气体旁路管线34将通过打开制冷剂流量控 制器(如阀36)来从压缩机排放管传送热制冷剂气体到蒸发器28的 上游位置。凝固的潜在位置包括蒸发器28和制冷剂系统伸缩器26的 出口附近。通过这种方式，蒸发器28中的低压情况将会避免，并且
C02制冷剂将不会凝固。
图2示出另一个实施例40，其中当传感器30感测到运行条件接 近C02制冷剂转变成固体热力学状态的条件时，控制器32通过控制 可变(可调节)阻尼阀232的开度来减小制冷剂系统40的高压侧压 力。当阀232的开度被策略性地改变时，制冷剂被重新分配通过制冷 剂系统从而使得蒸发器压力相应变化。因此，C02制冷剂凝固的可能 性被降低。
图3示出另一个实施例50,其中接收器52包括将要被选择性地 传送到制冷剂系统50中的附加制冷剂装料。如果由传感器30感测到 的条件表明制冷剂系统接近导致co2制冷剂凝固的潜在问题情况， 那么流量控制器(如阀54)被打开，并且附加制冷剂被传送到制冷 剂系统50中。通过这种方式，蒸发器28的压力升高，并且C02制 冷剂的凝固被避免。
图4示出又一个实施例60,其中如果条件表明C02制冷剂接近 凝固线，那么控制器32启动除霜循环。在图示的实施例中，与蒸发 器28相关联的除霜线圏62可被致动来提高蒸发器28中的温度和压 力。
应该指出的是许多不同的压缩机类型可使用在本发明中。例如， 涡旋式、螺杆式、回转式或往复式压缩机可被应用。
使用本发明的制冷剂系统可具有不同的选择和增强特征，例如， 串联组件、节能器分支、再热回路、中间冷却器热交换器，等等，并且可用于不同的应用，包括但不限于，空调系统、热泵系统、海运集 装箱单元、制冷卡车拖车单元、以及超市制冷系统。
虽然本发明的优选实施例已被公开，但本领域普通技术人员可认 识到某些修改将落入本发明的范围之内。基于这个原因，随附的权利 要求书应该被研究以确定本发明的真实范围和内容。
权利要求
1.一种制冷剂系统，包括用于压缩制冷剂并将其向下游传送到排热热交换器的压缩机，来自所述排热热交换器的制冷剂通过伸缩器，然后通过蒸发器，来自所述蒸发器的制冷剂回到所述压缩机；以及所述系统的控制器，如果所述制冷剂系统接近所述制冷剂可凝固的条件时，所述控制器实施校正动作。
2. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述控制器实施校正 动作来预防系统停机。
3. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述制冷剂系统填充C02制冷剂。
4. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述控制器利用传感 器感测所述制冷剂可凝固的条件来实施校正动作。
5. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述制冷剂可在所述 蒸发器中凝固。
6. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述条件是制冷剂的 压力。
7. 如权利要求6所述的制冷剂系统，其中所述压力在所述蒸发 器的相关联位置获取。
8. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述条件是制冷剂的 温度。
9. 如权利要求8所述的制冷剂系统，其中所述温度在所述蒸发 器的相关联位置获取。
10. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中热气体旁路管线被定 位以获取被所述压缩机压输的制冷剂的至少 一 部分并且将制冷剂的 该部分直接传送到所述蒸发器，并且如果所述制冷剂系统接近所述制 冷剂可凝固的条件，所述控制器操作所述热气体旁路管线上的阀来将 制冷剂的该部分膨胀到较低的压力。
11. 如权利要求10所述的制冷剂系统，其中制冷剂的所述部分 被传送到蒸发器的上游位置。
12. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中如果所述制冷剂系统 接近所述制冷剂可凝固的条件，所迷控制器改变制冷剂系统的高压侧压力。
13. 如权利要求12所述的制冷剂系统，其中所述高压侧压力通 过控制阀的开度来改变。
14. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述制冷剂系统进一 步包括用于存储附加制冷剂装料的接收器，以及在将所述接收器连通 到制冷剂系统中的管线上的阀，如果所述制冷剂系统接近所述制冷剂 可凝固的条件，所述控制器打开所述阀来将附加制冷剂传送到制冷剂 系统中。
15. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其中除霜循环与所述蒸发 器相关联，并且如果所述制冷剂系统接近所述制冷剂可凝固的条件， 所述控制器致动所述除霜循环。
16. 如权利要求15所述的制冷剂系统，其中除霜线圏与所述蒸 发器相关联来提供所述除霜循环，并且所述除霜线圏由控制器致动。
17. —种操作制冷剂系统的方法，包括步骤 提供用于压缩制冷剂并将其向下游传送到排热热交换器的压缩机，来自所述排热热交换器的制冷剂通过伸缩器，然后通过蒸发器， 来自蒸发器的制冷剂回到所述压缩机；以及提供所述系统的控制器，如果所述制冷剂系统接近所述制冷剂可 凝固的条件时，所述控制器实施校正动作。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述控制器实施校正动作 来预防系统停机。
19. 如权利要求17所述的方法，其中所述制冷剂系统填充C02 制冷剂。
20. 如权利要求17所述的方法，其中所述控制器利用传感器感 测所述制冷剂可凝固的条件来实施校正动作。
21. 如权利要求17所述的方法，其中所述制冷剂可在所述蒸发 器中凝固。
22. 如权利要求17所述的方法，其中所述条件是制冷剂的压力。
23. 如权利要求22所述的方法，其中所述压力在所述蒸发器的 关联位置获取。
24. 如权利要求17所述的方法，其中所述条件是制冷剂的温度。
25. 如权利要求24所述的方法，其中所述温度在所述蒸发器的关联位置获取。
26. 如权利要求17所述的方法，其中热气体旁路管线被定位以 获取被所述压缩机压缩的制冷剂的至少 一部分并且制冷剂的将该部 分直接传送到所述蒸发器，并且如果所述制冷剂系统接近所述制冷剂 可凝固的条件，所述控制器操作所述热气体旁路管线上的阀来将制冷 剂的该部分膨胀到较低的压力。
27. 如权利要求26所述的方法，其中制冷剂的所述部分被传送 到蒸发器的上游位置。
28，如权利要求17所述的方法，其中如果所述制冷剂系统接近 所述制冷剂可凝固的条件，所述控制器改变制冷剂系统的高压侧压 力。
29. 如权利要求28所述的方法，其中所述高压侧压力通过控制 阀的开度来改变。
30. 如权利要求17所述的方法，其中所述制冷剂系统进一步包 括用于存储附加制冷剂装料的接收器，以及在将所述接收器连通到制 冷剂系统中的管线上的阀，如果制冷剂系统接近所述制冷剂可凝固的 条件，所述控制器打开所述阀来将附加制冷剂传送到制冷剂系统中。
31. 如权利要求17所述的方法，其中除霜循环与所述蒸发器相 关联，并且如果所述制冷剂接近所述制冷剂可凝固的条件，所述控制 器致动所述除霜循环。
32. 如权利要求31所述的方法，其中除霜线圈与所述蒸发器相 关联来提供所述除霜循环，并且所述除霜线圏由控制器致动。
全文摘要
一种可使用CO₂作为制冷剂的制冷剂系统。如果感测到的运行条件表明制冷剂可能接近制冷剂可能凝固的条件，那么将会实施校正动作来预防制冷剂转变成固体热力学状态。在一个实施例中，来自压缩机排放的热气体被旁路到蒸发器的上游位置。在另一个实施例中，制冷剂系统的高压侧压力被调节。在又一个实施例中，在需要时将制冷剂的附加装料传送到制冷剂系统中。在另一个实施例中，在需要时启动除霜循环。这些实施例预防制冷剂接近其可能凝固的条件。
文档编号F25B41/00GK101663546SQ200780052086
公开日2010年3月3日 申请日期2007年3月9日 优先权日2007年3月9日
发明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申请人:开利公司