带有高速旋转式压力交换器的制冷系统的制作方法

背景技术：

1、这部分旨在为读者介绍可能与以下所描述和/或限定的本发明的各方面相关的技术的各方面。相信此讨论有助于为读者提供背景信息以便于更好理解本发明的各方面。因此，应当理解的是，这些陈述应以此而非作为对现有技术的认可来阅读。

2、随着政府环境机构的强制执行，世界上很大一部分地区现在正被迫转变为零全球变暖制冷系统，如跨临界二氧化碳制冷。跨临界二氧化碳系统在相对较冷的气候中工作良好，如欧洲和北美的大部分地区，但在炎热的气候中面临缺点，因为它们的性能系数(效率的度量)会随着周围环境温度的升高而降低，导致每单位冷却的电力成本更高。这是因为与基于氢氟碳化合物/氟氯化碳的系统(约1,379－2,068.4kpa(200－300psi)相比，跨临界二氧化碳系统需要在大得多的压力(约10,342kpa(1500psi)或更大)下操作。为了使制冷剂高于临界压力，使用了非常高差压的压缩机。压缩机上的大压力比会消耗更多的电能。该问题在较热的气候中被夸大，因为冷却器入口处的制冷剂温度需要增加到足够高的温度，以能够将热量排放到周围较热的环境中。这是通过将压缩机上的压力比增加得更高来实现的，从而使压缩机产生更大的电力需求，并且进而增加了所执行的每单位冷却的电力成本。制冷系统(例如，跨临界二氧化碳制冷系统)效率的提高可以降低制冷设备的运行成本，并提高其可用性，同时有助于减少全球变暖。

技术实现思路

1、以下概括了在范围上与所公开的主题相称的某些实施例。这些实施例不旨在限制本公开的范围，而是这些实施例仅旨在提供某些公开实施例的简要概述。事实上，本公开可以包含与下面阐述的实施例相似或不同的各种形式。

2、在一实施例中，提供了一种制冷系统。该制冷系统包括高压支路，用于使高压制冷剂循环通过它。该制冷系统还包括沿着高压支路设置的气体冷却器或冷凝器，其中，该高压支路构造成经由该气体冷却器或冷凝器将热量从高压制冷剂排放到周围环境，并且该高压制冷剂处于超临界状态或亚临界状态。该制冷系统包括低压支路，用于使低压制冷剂循环通过它。该制冷系统还包括沿着低压支路设置的蒸发器，其中该低压支路构造成经由该蒸发器将来自周围环境的热量吸收到低压制冷剂中，并且该低压制冷剂处于液态、蒸气态或液体和蒸气的两相混合物。该制冷系统还包括压缩机或泵，该压缩机或泵构造成将制冷剂的压力从低压增加到高压。该制冷系统甚至还包括旋转式压力交换器，该旋转式压力交换器流体联接到低压支路和高压支路，其中，该旋转式压力交换器构造成接收来自高压支路的高压制冷剂，接收来自低压支路的低压制冷剂，并且交换该高压制冷剂与该低压制冷剂之间的压力，并且其中，来自该旋转式压力交换器的第一流出流包括处于超临界状态或亚临界状态的高压制冷剂，并且来自该旋转式压力交换器的第二流出流包括处于液态或液体和蒸气的两相混合物的低压制冷剂。

3、在一实施例中，提供了一种制冷系统。该制冷系统包括高压支路，用于使高压制冷剂循环通过它。该制冷系统包括沿着高压支路设置的气体冷却器或冷凝器，其中，该高压支路构造成经由该气体冷却器或冷凝器将热量从高压制冷剂排放到周围环境，并且该高压制冷剂处于超临界状态或亚临界状态。该制冷系统还包括低压支路，用于使低压制冷剂循环通过它。该制冷系统进一步包括沿着低压支路设置的第一蒸发器，其中，该第一蒸发器构造成以第一温度运行，其中，该低压支路构造成经由蒸发器将来自周围环境的热量吸收到低压制冷剂中，并且该低压制冷剂处于液态、蒸气态或液体和蒸气的两相混合物。该制冷系统进一步包括第一中间压力支路，用于使第一中间压力制冷剂循环通过它。该制冷系统还进一步包括沿着第一中间压力支路设置的第二蒸发器，其中，该第二蒸发器构造成以大于第一温度的第二温度运行。该制冷系统又进一步包括第二中间压力支路，用于使第二中间压力制冷剂循环通过它。其中，该第一中间压力支路中的制冷剂的第一中间压力在低压支路和第二中间压力支路中的制冷剂的相应压力之间，该第一中间压力支路中的制冷剂的第一中间压力等于第二蒸发器处的饱和压力，并且该第二中间压力支路中的制冷剂的相应压力在高压支路和第一中间压力支路中的制冷剂的相应压力之间。该制冷系统还进一步包括：闪蒸罐，该闪蒸罐构造成在第二中间压力下运行，并将处于液体和蒸气的两相混合物的制冷剂分离成纯液体和纯蒸气；以及旋转式压力交换器，该旋转式压力交换器流体联接到第二中间压力支路和高压支路，其中，该旋转式压力交换器构造成接收来自高压支路的高压制冷剂，接收来自第二中间压力支路的处于蒸气态、液态或液体和蒸气的两相混合物的第二中间压力制冷剂，并且交换该高压制冷剂与该第二中间压力制冷剂之间的压力，并且其中，来自该旋转式压力交换器的第一流出流包括处于超临界状态或亚临界状态的高压制冷剂，并且来自该旋转式压力交换器的第二流出流包括处于液态或液体和蒸气的两相混合物的第二中间压力制冷剂。

4、在一实施例中，提供了一种制冷系统。该制冷系统包括高压支路，用于使高压制冷剂循环通过它。该制冷还包括沿着高压支路设置的气体冷却器或冷凝器，其中，该高压支路构造成经由该气体冷却器或冷凝器将热量从高压制冷剂排放到周围环境，并且该高压制冷剂处于超临界状态或亚临界状态。该制冷系统进一步包括第二低压支路，用于使低压制冷剂循环通过它。该制冷系统还进一步包括沿着低压支路设置的第一蒸发器，其中，该第一蒸发器构造成以第一温度运行，其中，该低压支路构造成经由蒸发器将来自周围环境的热量吸收到低压制冷剂中，并且该低压制冷剂处于液态、蒸气态或液体和蒸气的两相混合物。该制冷系统甚至进一步包括中间压力支路，用于使中间压力制冷剂循环通过它。该制冷系统还进一步包括沿着中间压力支路设置的第二蒸发器，其中，该第二蒸发器构造成以大于第一温度的第二温度运行。中间压力支路中的制冷剂的中间压力在高压支路和低压支路中的制冷剂的相应压力之间，该中间压力支路中的制冷剂的中间压力等于第二蒸发器处的饱和压力。该制冷系统还进一步包括闪蒸罐，该闪蒸罐构造成在中间压力下运行，并将处于液体和蒸气的两相混合物的制冷剂分离成纯液体和纯蒸气。该制冷系统又进一步包括旋转式压力交换器，该旋转式压力交换器流体联接到中间压力支路和高压支路，其中，该旋转式压力交换器构造成接收来自高压支路的高压制冷剂，接收来自中间压力支路的处于蒸气态、液态或液体和蒸气的两相混合物的中间压力制冷剂，并且交换高压制冷剂与中间压力制冷剂之间的压力，并且其中，来自该旋转式压力交换器的第一流出流包括处于超临界状态或亚临界状态的高压制冷剂，并且来自该旋转式压力交换器的第二流出流包括处于液态或液体和蒸气的两相混合物的中间压力制冷剂。

技术特征：

1.一种制冷系统，包括：

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷剂包括二氧化碳。

3.根据权利要求1或2所述的制冷系统，其特征在于，所述旋转式压力交换器构造成使得所接收的处于蒸气态或液体和蒸气的两相混合物的低压制冷剂能够压缩成处于超临界状态或亚临界状态的高压制冷剂，并且使得所接收的处于超临界状态或亚临界状态的高压制冷剂能够膨胀成处于液体和蒸气或液体状态的两相混合物的低压制冷剂。

4.根据权利要求3所述的制冷系统，其特征在于，所述蒸发器设置在所述旋转式压力交换器的下游，并且其中，所述蒸发器构造成接收处于所述液体和蒸气的两相混合物的所述低压制冷剂，并且使得所述液体和蒸气的两相混合物能够转化为饱和蒸气或过热蒸气。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括流体联接到所述低压支路和所述高压支路的所述压缩机。

6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，所述蒸发器构造成向所述旋转式压力交换器提供处于所述蒸气态的所述低压制冷剂的第一部分，并向所述压缩机提供处于所述蒸气态的所述低压制冷剂的第二部分，其中，处于所述蒸气态的所述低压制冷剂的所述第一部分和所述第二部分包括过热蒸气。

7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的制冷系统，其特征在于，所述旋转式压力交换器构造成经由等熵或接近等熵膨胀，将处于超临界状态的所述高压制冷剂膨胀成处于液体和蒸气的两相混合物的所述低压制冷剂。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的制冷系统，其特征在于，所述旋转式压力交换器用于代替焦耳－汤姆逊膨胀阀，以增加所述制冷系统的冷却能力并降低所述压缩机的做功要求。

9.一种制冷系统，包括：

10.根据权利要求9所述的制冷系统，其特征在于，包括位于所述闪蒸罐和所述第一蒸发器的下游的第一压缩机，所述第一压缩机以所述第一温度运行，并且所述第一压缩机构造成接收来自所述第一蒸发器的处于蒸气态或液体和蒸气的两相混合物的制冷剂，并将所述制冷剂加压到所述第一中间压力。

11.根据权利要求10所述的制冷系统，其特征在于，包括位于所述第一压缩机和所述第二蒸发器的下游的第二压缩机，所述第二压缩机以所述第二温度运行，并且所述第二压缩机构造成接收来自所述第一压缩机和所述第二蒸发器的处于蒸气态或液体和蒸气的两相混合物的制冷剂，并且将所述制冷剂加压到所述高压。

12.根据权利要求9－11中任一权利要求所述的制冷系统，其特征在于，包括第一阀，所述第一阀构造成调节来自所述闪蒸罐的分离的液体制冷剂的流量，以在所述分离的液体制冷剂达到所述低压之后流到所述第一蒸发器。

13.根据权利要求12所述的制冷系统，其特征在于，包括第二阀，所述第二阀构造成在所述分离的液体制冷剂达到所述第一中间压力之后调节所述分离的液体制冷剂从所述闪蒸罐到所述第二蒸发器的流量。

14.根据权利要求13所述的制冷系统，其特征在于，包括第三阀，所述第三阀构造成调节在所述第二中间压力下从所述闪蒸罐到所述旋转式压力交换器的入口的分离的蒸气制冷剂的流量。

15.根据权利要求9－14中任一权利要求所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷剂包括二氧化碳。

16.一种制冷系统，包括：

17.根据权利要求16所述的制冷系统，其特征在于，包括低差压压缩机，所述低差压压缩机构造成接收离开所述旋转式压力交换器的处于超临界状态或亚临界状态的所述制冷剂，并将所述制冷剂加压到所述高压。

18.根据权利要求17所述的制冷系统，其特征在于，包括位于所述闪蒸罐和所述第一蒸发器的下游的压缩机，所述压缩机以所述第一温度运行，并且所述压缩机构造成接收来自所述第一蒸发器的处于蒸气态或液体和蒸气的两相混合物的制冷剂，并且将所述制冷剂加压到用于所述旋转式压力交换器的所述中间压力。

19.根据权利要求18所述的制冷系统，其特征在于，包括阀，所述阀构造成在所述中间压力下调节从所述闪蒸罐到所述旋转式压力交换器的入口的分离的蒸气制冷剂的流量。

20.根据权利要求16－19中任一权利要求所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷剂包括二氧化碳。

技术总结
一种制冷系统，包括流体联接到低压支路和高压支路的旋转式压力交换器。该旋转式压力交换器构造成接收来自高压支路的高压制冷剂，接收来自低压支路的低压制冷剂，并且在高压制冷剂与低压制冷剂之间交换压力，并且其中，来自旋转式压力交换器的第一流出流包括处于超临界状态或亚临界状态的高压制冷剂，并且来自旋转式压力交换器的第二流出流包括处于液态的低压制冷剂或液体和蒸气的两相混合物。

技术研发人员：A·M·萨特
受保护的技术使用者：能量回收股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13