CN101663546A - 制冷剂凝固的预防 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

制冷剂凝固的预防
技术领域
本申请涉及使用CO2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。
背景技术
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使用的一些制冷剂(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(CO2)，R718(水)和R717(氨)得到了很多关注。CO2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。CO2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，CO2制冷剂可凝固。
如果CO2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，CO2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。
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CO2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CO2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CO2的凝固。
在另一个实施例中，接收器可包括附加CO2制冷剂装料，当制冷剂系统的工作接近CO2制冷剂可以凝固的情况时，所述附加CO2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CO2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。
附图说明
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CO2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CO2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CO2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，CO2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CO2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CO2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相关联的除霜线圈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。

Claims (32)

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缩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，所述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，并且所述除霜线圈由控制器致动。
17.一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CO2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，并且所述除霜线圈由控制器致动。
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