具有低温负载的冷却系统的制作方法

本公开大体涉及一种冷却系统，特别是一种具有低温负载的制冷系统。

背景技术：

制冷系统可被配置成二氧化碳增压器系统。该系统可使co2制冷剂循环以冷却使用制冷剂的空间。制冷剂可循环通过低温负载、低温压缩机、中温负载和中温压缩机。

技术实现要素：

根据一个实施例，根据本发明的系统包括高压侧热交换器、闪蒸罐、负载、第一压缩机、第二压缩机、制冷剂运送管线和闪蒸气体旁通管线。所述高压侧热交换器从制冷剂中移除热量。所述闪蒸罐储存来自所述高压侧热交换器的制冷剂。所述负载使用来自闪蒸罐的制冷剂来从靠近所述负载的空间中移除热量。所述第一压缩机压缩来自所述负载的制冷剂。所述制冷剂运送管线在所述闪蒸罐的液位线下方将来自所述第一压缩机的制冷剂运送至所述闪蒸罐。所述闪蒸气体旁通管线被连接至所述闪蒸罐，并将来自所述闪蒸罐的作为闪蒸气体的制冷剂传送至所述第二压缩机。所述第二压缩机压缩制冷剂，并将制冷剂传送至所述高压侧热交换器。

根据另一实施例，根据本发明的方法包括通过高压侧热交换器从制冷剂中移除热量，以及通过闪蒸罐储存来自所述高压侧热交换器的制冷剂。所述方法还包括通过负载使用来自所述闪蒸罐的制冷剂来从靠近所述负载的空间中移除热量，以及通过第一压缩机压缩来自所述负载的制冷剂。所述方法进一步包括通过制冷剂运送管线在所述闪蒸罐的液位线下方将来自所述第一压缩机的制冷剂运送至所述闪蒸罐，以及通过与所述闪蒸罐连接的闪蒸气体旁通管线将来自所述闪蒸罐的作为闪蒸气体的制冷剂传送至第二压缩机。所述方法还包括通过所述第二压缩机压缩制冷剂，以及通过所述第二压缩机将制冷剂传送至所述高压侧热交换器。

根据又一实施例，根据本发明的系统包括闪蒸罐、负载、第一压缩机、第二压缩机、制冷剂运送管线和闪蒸气体旁通管线。所述闪蒸罐储存制冷剂。所述负载使用来自所述闪蒸罐的制冷剂来从靠近所述负载的空间中移除热量。所述第一压缩机压缩来自所述负载的制冷剂。所述制冷剂运送管线在所述闪蒸罐的液位线下方将来自所述第一压缩机的制冷剂运送至所述闪蒸罐。所述闪蒸气体旁通管线被连接至所述闪蒸罐，并将来自所述闪蒸罐的作为闪蒸气体的制冷剂传送至所述第二压缩机。所述第二压缩机压缩制冷剂。

某些实施例可提供一个或多个技术优势。例如，根据本发明的实施例通过在闪蒸罐的液位线下方将来自低温压缩机的制冷剂运送至闪蒸罐并进而将来自闪蒸罐的闪蒸气体传送至中温压缩机来允许中温压缩机在co2增压器系统中不存在中温负载时安全运行。如另一示例，根据本发明的实施例通过在闪蒸罐的液位线下方将过热制冷剂运送至闪蒸罐来降低过热制冷剂的温度和/或压力。某些实施例可不包括、或者包括一些或所有上述技术优势。通过包括在本文中的附图、说明书和权利要求，一个或多个其他技术优势对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公开，现在结合附图参考以下说明，其中：

图1示出了示例性冷却系统；

图2示出了不具有中温负载的图1的示例性冷却系统；

图3示出了具有不平衡负载的图1的示例性冷却系统；以及

图4是示出了图2和图3的示例性冷却系统的运行方法的流程图。

具体实施方式

本公开的实施例及其优点通过参考附图中的图1至图4能够得到最好的理解，相同的附图标记用于表示各附图中相同和相应的部件。

诸如制冷系统的冷却系统可以配置在co2增压器配置下。这些系统可以使来自闪蒸罐的制冷剂循环通过低温负载和中温负载以冷却对应于所述负载的空间。例如，在杂货店中，低温负载可以是用于储存冷冻食品的冷冻机，中温负载可以是用于储存新鲜农产品的制冷货架。来自低温负载的制冷剂被传送通过低温压缩机，然后被压缩的制冷剂与来自中温负载的制冷剂以及来自闪蒸罐的制冷剂混合。然后该混合物被传送通过中温压缩机，进而循环回到冷凝器。

通过使来自低温压缩机的制冷剂与来自中温负载以及闪蒸罐的制冷剂混合，来自低温压缩机的制冷剂的温度可以在传送至中温压缩机之前下降。然而，当中温负载不存在和/或从制冷系统中移除时，混合物中不包括来自中温负载的制冷剂。因此，所述混合物的温度可能过高，从而导致中温压缩机不能安全操作。如果所述混合物被传送至中温压缩机，则可能导致不安全运行的情况出现(例如，中温压缩机过热和/或导致中温压缩机失效或者导致压缩机保护机构动作或出错从而使得系统所有者损失制冷剂)。

该问题还在中温负载与低温负载不平衡时发生。例如，低温负载可能比中温负载更活跃地运行。因此，中温负载可能不会传送足够的制冷剂以与来自低温压缩机的制冷剂混合。于是，由中温压缩机接收的制冷剂的温度可能过高，从而导致中温压缩机不能安全地压缩。

本公开预期一种降低不安全混合物的温度并且避免所述不安全运行情况的制冷系统的配置。在这种配置下，来自低温压缩机的制冷剂在被中温压缩机接收之前被运送通过闪蒸罐。如此，制冷剂可以在被传送至中温压缩机之前被闪蒸罐中的液体制冷剂冷却。

将使用图1至图4来更详细地叙述冷却系统和所述预期配置。图1显示了一种具有中温负载和低温负载的冷却系统。图2显示了配置成不具有中温负载的图1的冷却系统。图3显示了具有不平衡负载的图1的冷却系统。图4描述了图2和图3的系统的运行。

如图1中所提出，系统100包括高压侧热交换器105、膨胀阀110、闪蒸罐115、膨胀阀120、低温负载125、膨胀阀130、中温负载135、低温压缩机140、中温压缩机145和闪蒸气体旁通管线150。系统100可使制冷剂循环以从靠近低温负载125和中温负载135的空间中移除热量。

高压侧热交换器105可从制冷剂中移除热量。当热量从制冷剂中移除时，制冷剂被冷却。本公开预期使高压侧热交换器105作为冷凝器和/或气体冷却器来运行。当作为冷凝器运行时，高压侧热交换器105冷却制冷剂，从而制冷剂的状态由气态变为液态。当作为气体冷却器运行时，高压侧热交换器105冷却制冷剂，但制冷剂仍然为气态。在某些配置中，高压侧热交换器105被安放成使得从制冷剂中移除的热量可排放至空气中。例如，高压侧热交换器105可安放在屋顶，以使得从制冷剂中移除的热量可排放至空气中。如另一示例，高压侧热交换器105可安放在建筑物的外部和/或安放在建筑物的侧面。

膨胀阀110、120和130降低制冷剂的压力并因此降低其温度。膨胀阀110、120和130降低流入膨胀阀110、120和130的制冷剂的压力。于是，制冷剂的温度可随着压力降低而下降。因此，进入膨胀阀110、120和130的暖或热的制冷剂在离开膨胀阀110、120和130时会变冷。离开膨胀阀110的制冷剂被供给至闪蒸罐115中。膨胀阀120和130分别供给低温负载125和中温负载135。

闪蒸罐115可以储存通过膨胀阀110从高压侧热交换器105接收的制冷剂。本公开预期闪蒸罐115储存任意状态(例如液态和/或气态)下的制冷剂。离开闪蒸罐115的制冷剂通过膨胀阀120和130供给至低温负载125和中温负载135。在某些实施例中，闪蒸罐115被称为接收容器。

系统100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低的温度下运行。在一些制冷系统中，低温部分可以是冷冻系统，而中温系统可以是常规的制冷系统。在杂货店的情况下，低温部分可以包括用于保存冷冻食品的冷冻机，而中温部分可以包括用于保存农产品的制冷货架。制冷剂可以从闪蒸罐115流向制冷系统的低温部分和中温部分。例如，制冷剂可以流向低温负载125和中温负载135。当制冷剂到达低温负载125或中温负载135时，制冷剂从低温负载125或中温负载135周围的空气中移除热量。因此，空气被冷却。于是，被冷却的空气可以通过例如风扇来循环以冷却诸如冷冻机和/或制冷货架的空间。随着制冷剂通过低温负载125和中温负载135，制冷剂可以从液态变为气态。

制冷剂可以从低温负载125和中温负载135流动至压缩机140和145。本公开预期系统100包括任意数量的低温压缩机140和中温压缩机145。低温压缩机140和中温压缩机145均可被配置成增大制冷剂的压力。因此，制冷剂中的热量可变得集中并且制冷剂可变成高压气体。低温压缩机140可以压缩来自低温负载125的制冷剂并且将被压缩的制冷剂传送至中温压缩机145。中温压缩机145可以压缩来自低温压缩机140和中温负载135的制冷剂。进而，中温压缩机145可以将被压缩的制冷剂传送至高压侧热交换器105。

如果制冷剂的温度过高，那么中温压缩机145也许不能安全地压缩制冷剂。为了调节中温压缩机145所接收的制冷剂的温度，来自低温压缩机140的制冷剂在被中温压缩机145接收之前可以与来自中温负载135的更冷的制冷剂混合。来自低温压缩机140的制冷剂可以进一步经由闪蒸气体旁通管线150与来自闪蒸罐115的更冷的闪蒸气体混合。通过使来自低温压缩机140的制冷剂在其被中温压缩机145接收之前冷却可以允许中温压缩机145安全地压缩所接收的制冷剂。

闪蒸气体旁通管线150可被用于使来自低温压缩机140和中温负载135的制冷剂在所述制冷剂被中温压缩机145接收之前与来自闪蒸罐115的闪蒸气体混合。由闪蒸气体旁通管线150供应的闪蒸气体在所述制冷剂被中温压缩机145接收之前冷却所述制冷剂。闪蒸气体旁通管线150包括膨胀阀155。膨胀阀155可进一步冷却来自闪蒸罐115的闪蒸气体。

在特定实施例中，来自低温压缩机140的制冷剂(125°f-140°f)被来自中温负载135的制冷剂(25°f-35°f)和来自闪蒸气体管线150的制冷剂(21°f)、以约10％-15％来自低温负载140、45％-50％来自中温负载135以及30％-40％来自闪蒸气体旁通管线150的比例冷却。这允许中温压缩机145安全地运行。

如图1所示的系统100的运行可依赖于中温负载135提供足够的制冷剂以与来自低温压缩机140的制冷剂混合。如果中温负载135不存在或者未提供足够的制冷剂，那么中温压缩机145所接收的制冷剂可能温度过高从而导致中温压缩机145不能安全地压缩。本公开预期如下的系统100的配置，所述配置可以允许中温压缩机145在中温负载135不存在和/或未提供足够的制冷剂时安全地压缩所接收的制冷剂。图2和图3示出了备选配置。图4描述了备选配置的运行。

图2示出了移除了中温负载的图1的示例性冷却系统100。如图2所示，当中温负载被移除时，系统100可配置成具有制冷剂运送管线200。移除中温负载的结果是，不能将来自低温压缩机140的制冷剂与来自低温(中温)负载的制冷剂混合。因此，由中温压缩机145所接收的制冷剂可能过热，从而导致中温压缩机145不能安全地压缩。使用前述实施例的示例，因为系统100中不存在中温负载，所以来自低温压缩机140的制冷剂不与来自中温负载的制冷剂混合。因此，所得到的混合物(大约71°f)可包括大约60％的来自低温压缩机140的大约140°f的高温气体和大约40％的通过闪蒸气体旁通管线150来自闪蒸罐的大约21°f的蒸汽。因为中温压缩机145不可安全地处理65°f以上的制冷剂，所以该混合物通过中温压缩机145是不安全的。制冷剂运送管线200允许来自低温压缩机140的制冷剂被进一步冷却，以使得中温压缩机145能够安全地压缩制冷剂。

制冷剂运送管线200被连接至低温压缩机140和闪蒸罐115。制冷剂运送管线200将来自低温压缩机140的制冷剂运送至闪蒸罐115。制冷剂被运送至闪蒸罐115的处于闪蒸罐115的液位线205下方的部分。因为由制冷剂运送管线200运送的制冷剂通常为气态，所以制冷剂将上升通过闪蒸罐115中的液体制冷剂。随着制冷剂行进通过液体制冷剂，制冷剂被冷却，虽然制冷剂可仍然为气态。制冷剂可进一步与闪蒸罐115和/或闪蒸气体旁通线路150内的闪蒸气体混合，这进一步冷却制冷剂。在被冷却之后，制冷剂可进入闪蒸气体旁通管线150，并行进至中温压缩机145。通过将制冷剂运送通过闪蒸罐115，制冷剂可被充分地冷却，从而使中温压缩机145安全地压缩制冷剂。如此，制冷剂可被充分地冷却，即使其不与来自中温负载的制冷剂混合。

如图2所示，闪蒸气体旁通阀155被从系统100中移除。然而可以理解，即使包括闪蒸气体旁通阀155，系统100仍然可按照预期运行。

图3示出了具有不平衡负载的图1的示例性冷却系统100。当低温负载125与中温负载135不平衡时，中温负载135可能未提供足够的制冷剂以与来自低温压缩机140的制冷剂混合。因此，由中温压缩机145接收的制冷剂可能过热，从而导致不能安全地压缩。如图3所示，系统100可根据与图2的配置中所使用的相同的指导原理来配置以冷却由中温压缩机145接收的制冷剂。制冷剂运送管线200在闪蒸罐115的液位线205下方将来自低温压缩机140的制冷剂运送至闪蒸罐115。然后，制冷剂被闪蒸罐115中的制冷剂冷却，并通过闪蒸气体旁通管线150离开闪蒸罐115。而且，来自中温负载135的制冷剂与闪蒸气体旁通管线150中的制冷剂在所述制冷剂被中温压缩机145接收之前混合。因此，由中温压缩机145接收的制冷剂处于足够低的温度，以使得中温压缩机145能够安全地压缩制冷剂。如此，即使中温负载135与低温负载125不平衡，系统100也可安全地运行。

在一些实施例中，系统100包括连接至闪蒸气体旁通管线150和制冷剂运送管线200的热交换器300。所述热交换器将热量从制冷剂运送管线200中的制冷剂转移至闪蒸气体旁通管线150中的制冷剂。如此，由中温压缩机145接收的制冷剂的温度可以被进一步调节至最小温度以上。因此，所述热交换器可弥补因将制冷剂运送通过闪蒸罐115和/或闪蒸气体旁通阀155而导致的任何过度冷却。而且，任何液体制冷剂可在到达中温压缩机145之前蒸发，以使得中温压缩机145不会发生故障。尽管本公开在图3中示出了热交换器300，但可以理解，热交换器300也可以包括在图2的配置中。

在特定实施例中，系统100可包括第二高压侧热交换器，所述第二高压侧热交换器从制冷剂中移除热量。所述第二高压侧热交换器沿着制冷剂运送管线200在低温压缩机140和闪蒸罐115之间安放。所述第二高压侧热交换器可作为气体冷却器或冷凝器运行。所述第二高压侧热交换器可接收来自低温压缩机140的制冷剂、从制冷剂中移除热量、然后将制冷剂传送至闪蒸罐115。如此，在制冷剂被中温压缩机145接收之前，额外的热量可从制冷剂中移除。

在某些实施例中，制冷剂运送管线200的一部分可延伸至闪蒸罐115中。延伸至闪蒸罐115中的部分可包括多个管。制冷剂可通过这些管行进至闪蒸罐115中的液体制冷剂中。例如，可以在这些管中的一个或多个上穿孔，这允许气态制冷剂通过管中的孔逸出至闪蒸罐115中的液体制冷剂中。然后，气态制冷剂可冒泡上升通过液体制冷剂进入闪蒸气体旁通管线150中。对这些管进行穿孔可增大冒泡表面面积，这促进了从制冷剂中移除热量。

本公开预期以任何合适的方式配置制冷剂运送管线200和闪蒸罐115。例如，隔板可安放在制冷剂运送管线200和闪蒸气体旁通管线150之间。如另一示例，隔板可安放在闪蒸气体旁通管线150的入口处。隔板可以抑制气态制冷剂从制冷剂运送管线200流动至闪蒸气体旁通管线150。如此，气态制冷剂可在闪蒸罐115中度过更多的时间，从而进一步降低气态制冷剂的温度。

在不脱离本发明范围的情况下，可以对本公开进行修改、增加或省略。例如，系统100的部件可被结合或分开。

图4是示出了图2的示例性冷却系统的运行方法400的流程图。冷却系统的各个部件执行方法400的步骤。在特定实施例中，通过执行方法400，制冷剂的温度可在所述制冷剂被中温压缩机接收之前降低。

方法400可以通过步骤405中的高压侧热交换器从制冷剂中移除热量来开始。高压侧热交换器将制冷剂传送至闪蒸罐。在步骤410中，闪蒸罐储存制冷剂。闪蒸罐将制冷剂传送至负载。在步骤415中，负载使用制冷剂来从靠近负载的空间中移除热量。然后负载将制冷剂传送至第一压缩机。

在步骤420中，第一压缩机压缩制冷剂。第一压缩机将被压缩的制冷剂传送至制冷剂运送管线。在步骤425中，制冷剂运送管线在闪蒸罐的液位线下方将制冷剂运送至闪蒸罐。如此，制冷剂可被闪蒸罐中的液体制冷剂冷却。在被冷却后，制冷剂通过闪蒸气体旁通管线离开闪蒸罐。在步骤430中，闪蒸气体旁通管线将作为闪蒸气体的制冷剂传送至第二压缩机。在步骤435中，第二压缩机压缩制冷剂。然后在步骤440中，第二压缩机将制冷剂传送回高压侧热交换器。

可对图4中所示的方法400进行修改、增加或省略。方法400可包括更多、更少或其他的步骤。例如，步骤可以并行地或以任何合适的顺序执行。虽然叙述成冷却系统100的各个部件执行所述步骤，但是系统100的任何合适的部件或部件组合可执行所述方法的一个或多个步骤。

虽然本公开包括若干实施例，但是对于本领域技术人员来说可以提出各种改变、变化、备选、变形和修改，并且本公开意在包含落入所附权利要求的范围中的这些改变、变化、备选、变形和修改。