CN101910758A - 压力释放装置在高压致冷系统中的固定 - Google Patents

Abstract

多个压力释放装置被布置在致冷回路内，每个压力释放装置均位于与周围空气流体连通的隔间内。每个压力释放装置被定向成使得从其释放的高压蒸汽被引导到隔间的后壁。进一步地，四侧式盖罩被布置在每个压力释放装置上，使得部分地包含任何被释放的蒸汽并且允许这些蒸汽仅沿一个方向排出。

Description

压力释放装置在高压致冷系统中的固定

技术领域

本发明一般涉及运输致冷系统，更具体地涉及用于将高压释放装置固定在CO₂致冷系统中的方法和设备。

背景技术

在运输致冷系统中，例如致冷卡车、卡车拖车或致冷集装箱(或称容器，container)中，在压缩机工作以对系统中的致冷剂进行压缩时，系统排出处(即高压侧)可累积相当大的压力。因此，蒸汽压缩回路被设计成安全地容纳这些压力。然而应意识到，可能出现这样的情况，即压力将倾向于超过被认为是安全的水平。因此，有必要提供在压力变得过量之前释放这些压力的设计特征。

根据一项已确立的规程，致冷系统的高压侧应设置三级安全防护。这三级安全防护被顺序地以如下优先级方式应用。第一级以软件方式实施并且是基于压力传感器读数进行的。也即，当感测到预定压力水平时，则采取动作以限制致冷剂流，关闭压缩机或系统，或者暂时关闭系统并且在压力降低到容忍范围内之后重启系统。

第二级通过利用机械压力开关来实施，该机械压力开关响应于第二压力来关闭系统或暂时关闭系统并且在一段时间后重启系统。

第三级通过利用机械释放装置来实施，该机械释放装置在超过指定压力水平的情况下响应性地打开以至少部分地允许致冷剂释放到大气中。

近年来，人们越来越关心通过泄漏等方式将常用致冷剂释放到大气中造成的环境影响。解决该问题的一种方法是使用更良性的致冷剂(CO₂)来代替诸如氟利昂之类的传统致冷剂。然而，在使用这种致冷剂的情况下，必须工作在足够高的压力下，因而压缩机也已被特别设计成用于压缩CO₂。在回路中存在这些较高压力的情况下，不断感测这些压力并且当它们变得过量时以安全的方式进行释放就显得甚至更加重要。为此目的，已发现上述的三级规程对于在系统工作期间控制高压侧上的工作压力是令人满意的。

在使用CO₂作为致冷剂的情况下，申请人认识到，除了系统工作期间出现过量压力之外，系统压力在运输和存储期间也可变得过量。也就是说，当处于闲置状态的已填充系统暴露于过度的周围温度条件下时，例如夏天时仓库中可能出现的情况或者当系统在中午暴露于直晒阳光时，压力可能升高到不期望的水平。在这些情况下，三级安全规程对于释放高压侧上的压力将是有用的，但是不同于这些情况中具有常规致冷剂的系统，CO₂系统还将易于受到低压侧上过量压力条件的影响。

已经想到了用一种方法和设备来解决此问题，如美国专利申请(案卷号210_1136PCT)中所描述的，该专利申请已被转让给本申请的受让人并且与本申请同时提交。

由于存在可打开压力释放装置的相对较高的压力(高至2500psi(17.2MPa))，因此对于所释放的高压蒸汽附近的人员而言是很危险的。也就是说，由于高压以及低温，人员可能遭受冻伤和/或眼睛或耳朵的损害。

因此，需要一种方法和设备，以便选择性地将这种压力释放装置定位在不可能对附近人员造成损害的位置和方向。

发明内容

根据本发明的一个方面，至少一个压力释放装置关键性地在系统内定位成使得当其打开时，在系统的任何部分中均没有致冷剂被捕获，而且致冷剂也没有可能逸出到周围大气中。

在下文描述的附图中，示出了一个实施例；然而，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可对其作出各种其他修改和替代性构造。

附图说明

图1是其内包含有本发明的CO₂蒸汽压缩系统的示意图。

图2是根据本发明的集装箱致冷系统的前部的透视图。

图3A-3C是根据本发明安装的各种释放装置的剖开图。

具体实施方式

现在参见图1，CO₂致冷剂蒸汽压缩系统10包括压缩装置11、致冷剂排热换热器13、致冷剂吸热换热器14，其中压缩装置11由电机12驱动并且与电机12可操作地相关联，致冷剂吸热换热器14在本文中也称为蒸发器，所有这些都通过各种致冷剂管道16、17和18以串联的致冷剂流布置形式连接在闭环致冷剂回路中。另外，致冷剂蒸汽压缩系统10包括过滤干燥器19、闪蒸罐接收器21和蒸发膨胀装置22，其中闪蒸罐接收器21布置在致冷剂回路的致冷剂管道4中致冷剂排热换热器13的致冷剂流的下游以及蒸发器14的致冷剂流的上游，蒸发膨胀装置22与蒸发器14可操作地相关联并且布置在致冷剂管道4内闪蒸罐21的致冷剂流的下游以及蒸发器14的致冷剂流的上游。

如下面将要详细讨论的，压缩装置11的功能是压缩致冷剂并且使致冷剂在致冷剂回路中循环。压缩装置11可以是单一的多级式压缩机，其至少具有第一低压压缩级11A和第二高压压缩级11B，例如涡旋式压缩机或往复式压缩机，如图1所示，其中被部分压缩的致冷剂在多级式压缩机11的压缩机构中从第一压缩级11A流向第二压缩级11B。然而应当理解的是，在另一个实施例中，压缩装置11可包括一对压缩机11A和11B，例如一对往复式压缩机或涡旋式压缩机，这一对压缩机具有将第一压缩机11A的排出端与第二压缩机11B的吸入端以致冷剂流体连通方式连接的致冷剂管道。在单一的多级式压缩机的情况下，两个压缩级将由单一电机12驱动，该单一电机12以驱动关系与压缩机11的压缩机构可操作地相关联。在一对压缩机组成压缩装置11的情况下，每个压缩机将独立于另一个由其自己的专用电机驱动，该专用电机以驱动关系与其压缩机构可操作地相关联。

致冷剂蒸汽压缩系统10进一步包括压缩机卸载回路23和卸载阀27，其中所述压缩机卸载回路23包括致冷剂管道24，致冷剂管道24将压缩过程中的中间压力位置与致冷剂回路的致冷剂管道18中蒸发器14致冷剂流下游和压缩装置11吸入口26致冷剂流上游的位置互连，所述卸载阀27布置在致冷剂管道24中并且可操作以控制流过压缩机卸载回路23的致冷剂管道24的致冷剂流。在图1所示致冷剂蒸汽压缩系统的示例性实施例中，其中压缩装置11是至少具有低压压缩级11A和高压压缩级11B的单一压缩机，压缩机卸载回路23的致冷剂管道24在位置28处接入压缩装置11并且在吸入压力处接入致冷剂管道18，其中所述位置28通向压缩过程的中间压力位置，该中间压力位置的致冷剂压力高于压缩装置11吸入口处的致冷剂压力，但低于压缩装置11排出口29处的致冷剂压力。

CO₂致冷剂蒸汽压缩系统10被设计成以亚临界循环进行工作。因此，致冷剂排热换热器13被设计成作为致冷剂冷凝换热器工作，从压缩装置11排出的热的高压致冷剂蒸汽穿过致冷剂排热换热器13与冷却介质处于换热关系，以将穿过致冷剂排热换热器13的致冷剂从致冷剂蒸汽冷凝到致冷剂液体。致冷剂排热换热器13(其在本文中也可称为气体冷却器或冷凝器)可包括翅片式管换热器，例如翅片和圆管换热线圈或者翅片和扁平小型通道管换热器。在运输致冷系统应用中，典型冷却介质是穿过冷凝器13借助与冷凝器13操作地关联的(一个或多个)风扇31而与致冷剂处于换热关系的周围空气。

蒸发器14构成了致冷剂蒸发换热器，其在一种形式中可以是常规翅片管换热器，例如翅片和圆管换热线圈或者翅片和小型通道扁平管换热器，已经通过了膨胀装置22的被膨胀的致冷剂穿过蒸发器14与加热流体处于换热关系，由此，致冷剂被蒸发并且通常是过热的。在蒸发器14中穿过与致冷剂处于换热关系的加热流体可以是借助与蒸发器14操作地关联的(一个或多个)风扇32而通过蒸发器14的空气，该空气将被冷却且通常被除湿并且被供应到气候受控环境，该气候受控环境可包括易腐败货物，例如放置在与运输致冷系统关联的存储区的被致冷或冰冻的食品。

在普通工作中，压缩装置11由电机12驱动以将CO₂气体通过第一级11A压缩到中间压力并且通过第二级11B压缩到高压。该高压处于300psi到2250psi(2MPa到15.5MPa)的普通范围内，并且在遍及整个高压侧均被维持，高压侧包括冷凝器13、过滤干燥器19和闪蒸罐21并且在膨胀阀22处终止，压力在膨胀阀22处充分降低。膨胀装置22和吸入口26之间的部分被称为低压侧并且包括蒸发器14和卸载阀27的下游侧。

通常为电膨胀阀的膨胀装置22工作起来以响应于压缩装置11吸入侧上的传感器(未示出)所感测的致冷剂吸入温度和压力来控制穿过致冷剂管道33流向蒸发器14的致冷剂流。设置了旁通阀34，用于当致冷系统需要更高的质量流时对穿过膨胀装置22的致冷剂流进行补充。

卸载阀27由控制装置(未示出)选择性地操作以控制穿过致冷剂管道12的致冷剂流。卸载阀27是固定流面积阀，例如固定开口螺线管阀，其响应于在排出口29处感测到的致冷剂排出温度和压力而选择性地工作。因此，压缩装置11可根据需要而被卸载，以通过选择性地打开或关闭卸载阀27来控制致冷蒸汽压缩系统10的致冷容量。当卸载阀27处于打开位置时，致冷剂蒸汽通过压缩机卸载旁通管道24流出压缩过程的中间级流向致冷剂管道18，而不是前进在高压压缩级11B中被进一步压缩。穿过卸载回路致冷剂管道24的致冷剂蒸汽直接返回到压缩装置11的吸入侧，因而绕过了高压缩级11B并由此对压缩装置11进行卸载。压缩机11通过压缩机卸载回路23的卸载可响应于高压缩机排出致冷剂温度而实施，或者为了降低容量或降低压缩机功率而实施。

在上面描述的这种工作中，通常应当采取措施防止在系统的高压侧上出现过度的压力。这通常是利用三级相继实施系统完成的，该三级相继实施系统首先包括软件方法，响应于感测到的不寻常高压来采取适当动作，例如关闭系统。如果由于某些原因而没有使得高压侧的压力适当降低，高压开关36发挥作用以响应性地采取适当动作，例如关闭系统。如果高压条件仍然持续，则通过释放阀37来实施安全措施的第三级，该释放阀37释放压缩机排出端29和膨胀阀22之间的高系统压力。释放装置通常具有破裂片或压力释放阀的形式，其简单地允许高压致冷剂蒸汽的一部分或全部逸出到周围。

应当意识到，系统工作期间将采取的三级措施仅涉及系统的高压侧，这是因为只要压缩装置11工作则低压侧一直维持在相对低压，即处于100psi到1055psi(0.7MPa到7.3MPa)的范围内。

然而，系统的低压侧出现一个问题，不是出现在工作期间，而是出现在系统关闭但暴露于相对高温条件时。

考虑各种部件的工作情况，特别是卸载阀27和膨胀装置22。

为了可靠性和安全性的目的，卸载阀27是常闭阀，使得当系统关闭时阀27是关闭的。与此同时在关闭期间，第一和第二级11A和11B均不可操作并且因此处于它们的关闭位置。这导致第一级11A和第二级11B之间的回路部分(包括卸载阀27的上游侧)是封闭区，CO₂致冷剂被封闭在该封闭区内并且承受上文关于图2和表1所述的高温现象。为了示例的目的，该部分由图1中的线38勾划。

现在考虑膨胀装置22及其旁通阀34，当系统关闭时，这两个部件处于关闭位置以防止致冷剂流到蒸发器线圈和压缩机的吸入侧，致冷剂流到蒸发器线圈和压缩机的吸入侧将影响可靠性并且降低压缩机使用寿命。因此，还有另一个部分现在是封闭区并且承受上文所述的高温现象，即膨胀装置和吸入口26之间的部分。为了示例的目的，该部分由线39勾划。最后，因为一端上排出口29的封闭条件以及另一端上膨胀装置22的封闭条件，它们之间由线40勾划的部分也是封闭部分并且在暴露于高温时易于受到温度升高的影响。然而应当意识到，这是高压侧，其已经包括高压开关36和释放装置37形式的用于释放高压的措施。因此，对于那个部分不需要采取特殊的措施。然而，线38和线39所示的部分却需要额外的普通情况下未包括的特征。因此，如图所示，高压释放装置41被放置在管道43内处于卸载阀27上游，并且高压释放装置42被放置在管道44内处于吸入口26上游。释放装置41和42可以是破裂片的形式，其在暴露于过度温度时将破裂并且将高压气体释放到大气中。这样，高压释放装置41将发挥作用以释放线38所示回路中的部分中任何过度的压力，而高压释放装置42将发挥作用以释放线39所示回路中的部分中任何可能存在的过度的压力。作为示例，释放装置41和42被设计成在适当的压力水平时打开，该适当的压力水平可在1300psi到2500psi(9MPa到17.2MPa)的范围内。

除了高压释放装置42之外，线39所示部分优选地还包括高压开关46，高压开关46可优先于释放装置42，使得高压开关46可在释放装置42打开之前打开。

应当意识到，在使用上述的三步骤规程时，第一和第二优选顺序步骤不涉及将CO₂致冷剂释放到大气中，而第三步骤即使用压力释放装置的那个步骤，将必然导致CO₂蒸汽从封闭回路系统释放出来。当这种情况发生时，可能会出现两个潜在的问题。第一，由于致冷剂回路的一些部分与集装箱界面连接(即，集装箱中的空气必然与致冷系统的蒸发器处于流体连通的关系)，所以如果从释放装置之一释放的CO₂蒸汽使得CO₂蒸汽流进入集装箱，则对于进入该集装箱的人员而言将面临危险的境地。而且，这种CO₂蒸汽的释放可对存放在集装箱中的货物有害。因此，人们希望的是促使从压力释放装置释放的任何CO₂蒸汽流到周围环境中而不是流到集装箱内。

第二，因为蒸汽处于这种相对的高压，并且因为释放优选地是快速完成而不是经过长时间完成的，所以高压蒸汽的实质容积将突然地以高速压力喷射排出，使得如果人员处于附近的话，则可能对该人员造成伤害。因此在本发明中，采取了措施来防止这种情况发生。

现在参见图2，示出了致冷系统47的一部分，该致冷系统47包括上文所述的蒸汽压缩系统10并且附接到待致冷的集装箱。从而，致冷系统47包括处于致冷系统47后部的冷凝器13和蒸发器14，因此这些部件未被示出。只需说的是，冷凝器的定位使得允许周围空气在其上循环以便于致冷剂蒸汽的冷凝，而蒸发器14的定位使得允许来自集装箱的空气在其上循环以便于冷却这些空气。

正如将要看到的，在致冷系统47的下部和前部存在隔间48，隔间48具有底壁49、顶壁51、侧壁52和53以及后壁54。隔间48从集装箱内部流体地隔离，但完全暴露于周围环境。也就是说，即使具有前盖罩(未示出)，隔间48仍被设计成允许周围空气自由流入隔间48或者允许空气或蒸汽从隔间48流向周围环境。

除了冷凝器13和蒸发器14，隔间48基本上包含图1所示的所有部件。所示压缩机11、闪蒸罐21和过滤干燥器19在隔间48内处于它们的安装位置。

如图1所示的三个压力释放装置37、41和42也位于隔间48内。这些压力释放装置在图2中不可见，因为它们被它们各自的盖罩56、57和58挡住，盖罩56、57和58在图2中示出并且分别在图3A、3B和3C中示出。正如将要看到的，盖罩56、57和58中的每一个以及它们关联的高压释放装置37、41和42均位于隔间48内。特别地，如图3A、3B和3C所示，盖罩56、57和58都如图所示安装到后壁54。因此，应当理解的是，从任何这些释放装置释放的任何CO₂蒸汽将被释放到隔间48，然后被允许流向周围环境。

应当意识到，盖罩56、57和58也被设计成容纳或限制来自释放装置的喷射流的范围。也就是说，盖罩56、57和58中的每一个均包括围绕它们各自释放阀的四个壁，使得只有释放阀下面的区域是开放的以便于蒸汽从该区域流出。为了示例的目的，所示盖罩56、57和58被移除了一个壁(即朝向观察者的那个壁)。

除了盖罩56、57和58的结构之外，还应当意识到，各自释放阀37、41和42的位置和方向使得阀的打开端取向朝向壁54、50，被释放蒸汽的喷射将被引导撞击后壁54。因此，例如，如果当一个或多个压力释放装置被致动时某人要面对图2所示打开的隔间54，逸出的气体将被引导而流动首先撞击壁54然后向下穿过相关联盖罩的底部开口。

尽管已经参照如附图所示的一个实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解的是，在不偏离如权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种详细的改变。

Claims (11)

1.一种蒸汽压缩系统，包括：

致冷剂回路，其具有呈串行流关系的压缩机、排热换热器、膨胀装置和吸热换热器，其中所述压缩机压缩作为致冷剂的CO₂蒸汽，所述吸热换热器布置成与从待致冷集装箱流动的空气呈换热关系；

布置在所述致冷剂回路中的至少一个压力释放装置，用于在所述致冷剂回路中的压力超过预定水平时释放所述压力，所述至少一个压力释放装置位于与周围空气流体连通的隔间内。

2.如权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述隔间包括上壁、下壁、侧壁和后壁，并且进一步地，其中所述至少一个压力释放装置被安装到所述后壁。

3.如权利要求2所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述至少一个压力释放装置被定向成使得当致冷剂蒸汽从所述至少一个压力释放装置释放时，所述致冷剂蒸汽被引导朝向所述后壁。

4.如权利要求2所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述至少一个压力释放装置在四侧被盖罩围绕，所述盖罩仅有底部对于从所述至少一个压力释放装置出来的蒸汽流是开放的。

5.如权利要求4所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述盖罩附接到所述后壁。

6.如权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述至少一个压力释放装置布置在压缩机的吸入口附近。

7.如权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述至少一个压力释放装置包括破裂片。

8.如权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述至少一个压力释放装置包括压力释放阀。

9.如权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述致冷回路包括具有阀的卸载回路，并且进一步地，其中所述至少一个压力释放装置被布置在所述阀与所述压缩机的中间级之间。

10.如权利要求9所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述阀是常闭阀。

11.如权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其特征在于，所述至少一个压力释放装置包括三个压力释放装置，所述三个压力释放装置均位于所述隔间内。

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