CN104870912B - 高速填充停运制冷回路的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
使用包括至少一种第一制冷液(28,29)以及至少一种无机制冷剂(27)的制冷混合物填充停运制冷回路(1)的方法及相应设备。所述第一制冷液(28,29)包括至少一种氟化烃衍生物。所述方法包括如下步骤:通过提供液态的所述第一制冷液(28,29)以及在所述第一制冷液(28,29)中加入所述无机制冷剂(27)以获得均匀的制冷混合物,在混合装置(40)中原位制备所述制冷混合物,通过注入制备于所述混合装置(40)中的所述制冷混合物,填充所述制冷回路(1)。
Description
技术领域
本发明涉及制冷回路或冷却回路(如新制回路)的填充。其例如可应用于在装配线上对热泵等固定设备或汽车空调等移动设备的冷却回路进行填充。
背景技术
现今常用的制冷液例如包括用于汽车和热泵的R134a氟化烃衍生物,或用于制冷单元和热泵的R407和R410等氟化混合物。此类制冷剂既可以为单组分产品,也可以为低压条件(如小于5巴)下不会产生组分离析风险的混合物。
全球暖化法规(京都议定书)的演进驱使汽车空调回路制造商使用“全球升温潜能值(GWP)”小于或等于150的替代液。作为对比,R134a的GWP值为1300。
在汽车空调回路方面,氟化烃衍生物HFO1234yf被认为是R134a的其中一种替代液。然而,该替代液具有多个缺点,例如,其具有可燃性,价格比现有制冷剂高约100倍,而且供应量有限。
一种性价比更高的替代方案为将普通制冷液组合为GWP值符合新法规且价格更接近现有制冷剂的混合物,该混合物使用时无任何变质风险且可使汽车空调回路无需做重大改动便可保持至少同等的性能水平。
通常地,将两种或三种氟化烃衍生物相互混合,其尤适用于热泵。然而,为了保证一定的混合均匀性,这些混合物一般涉及热力学特性接近的流体。此外,此类流体还需满足不会产生相互离析的风险,以避免使混合物的特性发生变化,从而对使用该混合物的设备的制冷性能造成影响。
新型的混合物除上述之外还包含水、二氧化碳或氨等无机制冷剂。此类混合物一般在安全性方面可很好地替代丁烷、丙烷、戊烷等高可燃性单组分烷烃类制冷剂(这是因为这些混合物为非可燃性混合物)。此外,这些混合物还可很好地替代一般需使用高压(与现有汽车回路在物理上不兼容)的单组分无机制冷剂。由于在制冷剂的输送操作过程中,制冷剂的配比/组成必须保持不变,而由于此类混合物在存储时的均匀性不足,从而会造成其输送上的问题。
在本文的剩余部分中,为了简化本发明的描述,只涉及使用二氧化碳的应用。然而,需了解的是,本发明也涵盖使用氨等其他无机制冷剂的应用。
由此可见,通过使用混合物可在获得与HFO1234yf和R134a相近的热力学特性的同时,避免HFO1234yf的可燃性。这使得混合物类制冷剂在汽车行业格外受欢迎:即其可使设施免于SEVESO分类以及减少关于存储的行政和法规限制和关于运输的授权审批等。
此类混合物既可以为非共沸液,也可以为滑动液或共沸液(其行为类似于仅由单一组分组成的液体)。
这些混合物可由一种或多种氟化烃衍生物以及一种或多种无机化合物组成。
共沸混合物的极佳一例为两种氟化烃衍生物与二氧化碳的混合物。
使用此类混合物中的一个难点在于如何设计一种可将制冷液输送至制冷回路的方法以及实施该方法并可最终获得具有化学家所推荐配比和公差以及具有所需特性的均匀混合物的设备。
事实上,虽然液态氟化烃衍生物的混合物并不会造成太多输送上的困难(将该液体保持在低压即可:例如,对于R134a为7巴),然而,要在其中加入一小比例的二氧化碳,一般而言,加入比例小于10%的二氧化碳则使得所述输送操作变得更加复杂。而且,为了保证所输送混合物的质量,从而保证所使用回路的制冷性能,二氧化碳的加入要求极高的配量精确度。
此外,还要求所述设备能以高效使用的方式实现所述方法并可应用于移动装配,如汽车生产线中。
应当记得的是,在制冷回路中,制冷液(制冷剂)交替地处于气体状态和液体状态。此状态的改变使其可在所需位置处吸收或释放与其潜热对应的能量。
此种回路包括:压缩机,用于为所述制冷液的演化过程提供机械能;冷凝器,用于使所述制冷液在其中冷凝并向欲被加热的媒介释放能量;减压器,其可降低所述制冷液的沸点,以及蒸发器,用于使所述制冷液在其中蒸发并同时从欲被冷却的环境中带走蒸发所需的能量。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于解决上述问题并旨在使用不同种类液体的混合物,尤其是HFC和HFO等氟化烃衍生物液与二氧化碳(CO2或R744)的混合物,来实现高速填充停运的制冷回路,以最终获得以有限成本提供优良特性而且符合新的环保制约的均匀制冷混合物。
为了实现上述目标,所述混合物(氟化及无机)以原位方式高速制备。在此制备过程中,通过保持缓冲供应水平不变,获得化学家所要求的特性,从而可避免所述混合物由于相分离(液态/气态)等因素而变质。
因此,根据第一方面,本发明涉及一种使用包括至少一种氟化烃衍生物及至少一种无机制冷剂的不同性质的液体填充制冷回路,从而最终获得处于所需温度和压力下的均匀液相的制冷液的方法。
在本说明书的剩余部分中,可使用“第一制冷液”的表述指代所述氟化烃衍生物液。因此,当只使用一种氟化烃衍生物时,所述第一制冷液即对应该氟化烃衍生物,当使用多种氟化烃衍生物时,所述第一制冷液对应这些氟化烃衍生物的组合。
因此,更一般而言,本发明涉及一种使用制冷混合物填充停运制冷回路的方法,其中,所述制冷回路包括至少一种第一制冷液以及至少一种无机制冷液,所述第一制冷液包括至少一种氟化烃衍生物。
所述方法包括在混合装置中原位制备所述制冷混合物的步骤,其中:
·如果所述第一制冷液包括至少两种氟化烃衍生物,则按照获得所述制冷混合物所需的配比预先混合所述氟化烃衍生物,以获得预混物,
·所述第一制冷液处于液相,
·所述无机制冷液以液相或气相加入所述第一制冷液中,
从而获得均匀的制冷混合物。
其后,所述第一制冷液和无机制冷液的混合物被注入所述制冷回路中。
根据不同的实施方式,本发明的方法包括以下一种特征或在技术可实现范围内组合的多种特征。
在所述制冷混合物被注入制冷回路中之前,混合所述第一制冷液和无机制冷液。该混合过程通过将压力调至比所述混合物的饱和蒸气压力高数巴(优选为高约5巴)而完成。如此,所述无机制冷剂可快速稀释于所述混合物中。
通过使用具有加压功能(通过其调节)和循环系统的混合环路,用以促进上述稀释过程,从而获得均匀的液相混合物。
可在所述混合过程的同时,排空所述制冷回路,或在其中产生真空,以实现高填充速度。
如此,所述制冷回路在被填充前处于真空状态。
所述无机制冷剂在被加入所述第一制冷液中时,既可以处于气相,也可以处于液相。
根据本发明,所述无机制冷剂包括二氧化碳或氨,或者为二氧化碳或氨。
所述方法可用于新制回路或类似回路(已泄放排空的回路)。只有在所述制冷回路处于停运状态(非制冷状态),通常为在装配线上生产制冷单元或回路时,才可使用该方法。
根据第二方面,本发明还涉及一种使用不同性质的液体填充停运制冷回路的设备,以最终获得处于所需温度和压力下的均匀液相制冷液,该设备可实施上述方法。
因此,本发明涉及一种通过注入制冷混合物填充制冷回路的设备。其中,所述制冷混合物包括至少一种第一制冷液以及至少一种无机制冷液,所述第一制冷液包括至少一种氟化烃衍生物。
所述设备包括:混合装置,其可使第一制冷液和无机制冷液混合,从而获得均匀的液相制冷混合物;可向所述混合装置供应液相的所述第一制冷液的供应回路;可使所述无机制冷液加入所述混合装置中的液相的所述第一制冷液中的供应回路;以及填充回路,其可将所述混合装置连接至所述制冷回路,从而使所述均匀的制冷混合物可被注入所述制冷回路中。
根据不同的实施方式,本发明设备包括以下一种特征或在技术可实现范围内组合的多种特征。
用于液相的所述第一制冷液的供应回路包括至少一个用于供应一种氟化烃衍生物的回路以及至少一个用于供应另一种氟化烃衍生物的回路。
所述混合装置包括至少一个储槽,用于在所述制冷混合物被注入所述制冷回路之前,将气相的所述无机制冷剂溶解在液相的所述第一制冷液中,以及混合上述组分。
所述混合装置包括连接至所述储槽的再循环回路,其可通过调节所述制冷混合物的压力和温度,促进气态的所述无机制冷液在所述储槽中的溶解,从而在所述制冷混合物被注入所述制冷回路之前提高其均匀性。
所述再循环回路包括连接至调节装置的换热器和加压装置,以将所述制冷混合物分别保持在所需的温度和压力下。
所述混合装置包括压力传感器和温度传感器,所述压力传感器和所述温度传感器可向所述调节装置分别提供处于所述混合装置内的所述制冷混合物的压力和温度信息。
此外,还提供减压排空管路,其可使所述制冷回路在填充前被减压排空,从而使其中产生真空。
所述设备可包括多个填充回路,其可将所述混合装置连接至多个制冷回路,从而使得均匀的所述制冷混合物被注入所述制冷回路中。此外,还可在所述填充回路增加储槽,以保证可源源不断地提供所述混合物。
因此,所述设备可首先经质量计等计量仪注入由一种液相氟化烃衍生物或多种液相氟化烃衍生物的预混物组成的液相的所述第一制冷液,然后再经质量计等计量仪注入气相的所述无机制冷剂,如二氧化碳。
由于氟化烃衍生物通常具有相似的物理特性,获得或拥有由多种氟化烃衍生物的均匀混合物形成的第一制冷液一般并无困难。
两种(或多种)氟化烃衍生物的此类预混合(也称预混)可在其他操作的同时由专门设备现场完成。此外,其也可以由制冷液供应器以现成可用形式现场提供。
优选地,所述氟化衍生物供应回路包括非冷凝式分离器,以保证混合效果。
本发明技术方案具有多个优点。
具体地,在注入所述氟化烃衍生物之后才注入二氧化碳的方式可清扫供所述氟化烃衍生物预混物和二氧化碳交替环流的制冷液供应管路共用段,以及可使残留于所述共用段内的所述预混物被注入。其后,通过再次对该管路共用段进行减压的方式,达到优化后续循环的效果。
此外,还可使用一连接装置连接所述填充回路与制冷回路,在拆除所述连接装置时,由于向周围大气中释放出的是二氧化碳,不会造成任何问题(所述氟化烃已被二氧化碳清扫干净),因而无需在所述管路共用段内设置新的吸收液体。
以气相填充二氧化碳的方式还具有安全性方面的优点。这是由于此方式中的二氧化碳压力较低,而且当发生泄漏时,其不会发生可灼伤操作人员的液气相变。此外,使用低于20巴的有限压力的气态二氧化碳而非约90巴的高压液态二氧化碳还可减少压缩二氧化碳所需使用的能量以及免除需冷却液态二氧化碳以将其保持于临界温度(90巴的压力下为31℃)以下的工作,从而降低总体能耗。
使用本发明技术方案,可在所述制冷回路中直接将二氧化碳溶于所述氟化衍生物中。所得混合物在回路的运行过程中完全均匀化。此外,运行初期阶段的流体的非均匀性并不会造成任何问题。所述不同流体的配比由化学家选为可快速达到准均匀状态,并可使所述回路快速达到最佳性能(例如,对于汽车空调回路为小于一分钟)。
然而,当所需配量精确度较高且传输量较小时,本发明技术方案优选使用可使制冷回路与所述氟化液和二氧化碳供应回路的截止阀之间的无效空间较小的用于连接制冷回路的自动连接系统。这是因为,在上述情况下,所述无效空间与回路体积相比不可忽略。
本发明技术方案可免去对所述共用段内的液体进行预吸除的步骤,并且避免了对所述回路实施的具有可造成耗时、泄露和污染风险的多次连接/断开操作。
因此,用于所述第一制冷液和如二氧化碳等无机制冷剂的所述混合装置可包括缓冲储槽。
使用缓冲储槽可在对所述制冷回路进行减压排空的同时,实现二氧化碳在所述氟化衍生物内的溶解。
所述混合装置可包括第二缓冲储槽,从而使得所述混合物可在两个储槽之间以双向往复或单向持续方式环流。然而,为了获得一定的均匀性,针对不同混合物需设定具体的压力和温度,以使混合物保持在液相并可促进二氧化碳在混合物中的溶解。
此外,加入所述氟化烃衍生物的混合物的所述无机制冷液也可为液态而非气态。然而,此方式不太有利。例如,当使用二氧化碳时,液相二氧化碳的注入具有安全性和压力方面的制约。
当使用一个或两个缓冲储槽时,由于可在对所述制冷回路进行减压排空的同时,一步实现所述混合物在制备后的加压传输,因此可实现更快的节奏。
此外,还可在所述制冷回路中依次注入多种液相氟化烃衍生物的预混物以及液相无机制冷剂。
如上所述,使用液态二氧化碳等无机制冷剂时需要一定的预防措施,尤其是针对凝固风险以及约100巴的高压所造成风险的预防措施。因此,此类实施方式当中的某些不太有利,尤其当所述无机制冷剂为二氧化碳时。
在停运制冷回路中,所述制冷液虽然在组成成分的意义上是均匀的,然而却存在本来应处于回路液相部分的液态中产生回路气相部分中的气态的现象。在使用氟化烃衍生物的混合物与二氧化碳的情况下,当回路停运后,本来应处于回路的液相部分的二氧化碳将部分进入气态,并有部分二氧化碳向回路的气相部分逃逸。因此,在所述制冷回路的试运行阶段,所述液体需在制冷回路中实现快速混合,以快速达到所述混合物的热力学特性。事实上,只要二氧化碳未完成溶解且所述混合物未实现准均匀性,所述空气调节效果便会打折扣。
此外,二氧化碳分子比所述氟化烃衍生物的分子越小,则所述制冷回路所需的密封性越大。虽然实践中不存在绝对的密封性,但是当二氧化碳泄露较大时,其将导致所述混合物的组分配比随时间变化,从而影响该混合物的热力学特性。
此外,当所述混合物的组分配比随时间变化后,还将造成所述制冷回路再填充时的困难,尤其发生在经销商对汽车制冷回路进行再填充时。事实上,上述状况发生后,将难以获知制冷回路中剩留混合物的配比,从而便无法通过在回路中再填充一定剂量的二氧化碳和氟化烃衍生物配比调整后的混合物的方式最终在回路中获得原所使用配比。因此,更为简单的方式为先将回路清空,然而直接在其中填充具有正确配比的洁净制冷液。
一旦所述储槽变空,便会回收所述氟化衍生物,以便再次循环。与此同时,所述二氧化碳以及可选溶解的空气可被排入周围大气中(优选地,排至建筑物之外)。所述制冷回路的压缩机操作时有油质与所述制冷液同时溶入制冷回路中,而该油质在上述回收过程中可被部分驱入储槽。因此,为使所述制冷液可被再利用,有必要将所述油质从所述氟化衍生物中分离出去。此分离操作既可在将二氧化碳从所述混合物中分离之前进行,也可在其之后进行。如此,所述回收的制冷液便为清洁制冷液,并可重新注入机器内,无需进一步处理。
附图说明
通过参考附图阅读以下描述,本发明的所述特征和优点将变得显而易见。其中,以下描述只作为非限制性实施例,附图为根据本发明一个实施例的填充设备的示意图。该填充设备可将处于制冷回路1的上游的三种制冷液27,28,29混合,并在其后将其混合物注入该制冷回路1中。
具体实施方式
在所述实施例中,用于填充制冷回路1的所述混合物包括两种氟化烃衍生物液和一种无机液。
所述设备包括两路管路,用于供应相似的氟化烃液。每一路管路均可将所述设备与处于液态的所述氟化烃衍生物28,29的其中一种的供应源相连接。
在本说明书的剩余部分中,附图标记28a,29a和28,29分别用于标注所述两路可分别连接于所述两种处于液态的氟化烃衍生物的供应源的供应管路和所述氟化烃衍生物本身。
所述设备还包括一路用于供应无机液的管路,其可将所述设备与气态二氧化碳27的供应源相连接。
类似地,在本说明书的剩余部分中,参考符号27a和27分别用于标注可连接于气态二氧化碳供应源的所述供应管路和所述二氧化碳本身。
所述设备还包括减压排空管路30,用于在所述制冷回路1被填充前对其进行减压排空。
具体地,用于供应氟化烃衍生物28和29的每条管路28a和29a包括第一截止阀60、第一压力计63、第一质量流量计65以及第二截止阀67。
具体地,所述二氧化碳供应管路27a包括第三截止阀61、流率调节器62、第二压力计64、第二质量流量计66以及第四截止阀68。
在处于管路27a上游的二氧化碳供应网中还设有多个设备,用于将气态二氧化碳提升至填充制冷回路1所需的压力和温度。
同样地,在处于供应管路28a和29a上游的氟化烃衍生物液供应网中还设有多个设备,用于将液态的所述氟化烃衍生物液提升至填充制冷回路1所需的压力和温度。
供应管路27a至29a均连接至储槽31,在所述储槽中气态二氧化碳27将混合和溶解在液态氟化衍生物28,29中。
储槽31设有再循环回路32,用于对上述三个组分的混合进行控制。再循环回路32包括泵33、第五截止阀34、以及用于将所述混合物保持在所需温度的换热器35。储槽31还设有压力传感器36以及温度传感器37。
调节装置(未图示)接收分别来自所述压力传感器36和温度传感器37的压力和温度信息,且可对所述压力和温度进行调节。具体地,所述调节装置通过对泵33、第五截止阀34和换热器35施加作用而实现所述调节。
储槽31通过填充回路48连接至制冷回路1。具体地,填充回路48包括如下部件:第六截止阀38、第三质量流量计44、第三压力计45、过滤器46以及分配单元47。
第三质量流量计44的上游设有与排卸通道43连接的阀门42。
分配单元47和制冷回路1通过以下两个不同管道相连接:连接于制冷回路1高压部分的管道50,以及连接于制冷回路1低压部分的管道49。
管道49和50可根据制冷回路1的类型以及应用的范围,使用现有技术中的普通方式连接至制冷回路1。
用于将制备于混合装置40中的所述制冷混合物注入制冷回路1中的填充回路48也可与混合装置40相分离。
通过这种方式,可以不同步地进行所述混合物的制备和注入填充。
相应地,便可使用同一混合装置40为多个制冷回路制备欲注入的所述混合物。
在一个实施例中,本发明用于在装配线上填充车辆的空调回路。其中,每一车辆均具有填充回路48,而且每个填充回路48均连接至同一混合装置40。
上述方式尤其可减少所述设备需搭载于每一车辆上的部件。
此外,还可对每个将被填充的制冷回路1的缓冲储液(由混合装置40供应)进行调整,从而立即响应填充需求,而无须等到混合装置40完成对足量的所述混合物的制备。
应当记得的是,本发明并不局限于以上描述的制备包括两种氟化烃衍生物及一种无机液的混合物并使用该混合物填充制冷回路1的实施方式。
因此,本发明方法也可用于制备包括一种氟化烃衍生物或多于两种的预混或未预混氟化烃衍生物,以及/或者包括多种无机液的混合物,并在其后使用该混合物填充制冷回路1。
通过依照所需混合配比调整热力学参数,本发明方法和设备可将所述混合物的均匀度保持不变并实现高的填充速度。
Claims (17)
1.一种使用包括至少一种第一制冷液(28,29)以及至少一种无机制冷剂(27)的制冷混合物填充至少一个停运的制冷回路(1)的方法,所述第一制冷液(28,29)包括至少一种氟化烃衍生物,
其特征在于,所述方法包括如下步骤:
通过提供液相的所述第一制冷液(28,29)以及在所述第一制冷液(28,29)中加入所述无机制冷剂(27)的方式,在一混合装置(40)中原位制备所述制冷混合物,从而获得均匀的制冷混合物,
通过注入所述混合装置(40)中制备的所述制冷混合物来填充所述制冷回路(1)。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一制冷液(28,29)包括至少两种氟化烃衍生物,且在提供液态的所述第一制冷液(28,29)的步骤之前,通过原位或其他方式,使所述两种氟化烃衍生物以获得所述制冷混合物所需的配比相混合,从而获得一预混物。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述制备步骤包括将所述制冷混合物的压力调至比其饱和蒸气压力高至少2巴。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述制备步骤包括将所述制冷混合物的压力调至比其饱和蒸气压力高5巴。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述制备步骤包括对所述制冷混合物进行再循环的步骤,在该再循环步骤中,所述制冷混合物的压力和温度被调节。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在制备所述第一制冷液(28,29)和无机制冷剂(27)的混合物的同时,对所述制冷回路(1)进行减压和排空。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述无机制冷剂(27)在其加入至所述第一制冷液(28,29)中时为气相。
8.一种使用包括至少一种第一制冷液(28,29)以及至少一种无机制冷剂(27)的制冷混合物填充至少一个停运的制冷回路(1)的设备,所述第一制冷液(28,29)包括至少一种氟化烃衍生物,
其特征在于,所述设备包括:一混合装置(40),供所述第一制冷液(28,29)和无机制冷剂(27)混合,从而获得均匀的液相制冷混合物;用于向所述混合装置(40)供应液相的所述第一制冷液的第一供应回路(28a,29a);用于将所述无机制冷剂(27)加入所述混合装置(40)中的液相的所述第一制冷液(28,29)中的第二供应回路(27a);以及一填充回路(48),用于将所述混合装置(40)连接至所述制冷回路(1),从而使所述均匀的制冷混合物可被注入所述制冷回路(1)中。
9.如权利要求8所述的设备,其特征在于,用于供应液相的所述第一制冷液的所述第一供应回路(28a,29a)包括至少一个用于供应一种氟化烃衍生物的回路以及至少一个用于供应另一种氟化烃衍生物的回路。
10.如权利要求8和9中任何一项所述的设备,其特征在于,所述混合装置(40)包括至少一个储槽(31),用于在所述制冷混合物被注入所述制冷回路(1)之前,供气态的所述无机制冷剂(27)溶解在液相的所述第一制冷液(28,29)中,以及供所述无机制冷剂(27)和所述第一制冷液(28,29)混合。
11.如权利要求10所述的设备,其特征在于,所述混合装置(40)包括连接至所述储槽(31)的一再循环回路(32),用于通过调节所述制冷混合物的压力和温度,促进气态的所述无机制冷剂(27)在所述储槽(31)中的溶解,从而在所述制冷混合物被注入所述制冷回路(1)之前提高所述制冷混合物的均匀性。
12.如权利要求11所述的设备,其特征在于,所述再循环回路(32)包括连接至调节装置的换热器(35)和加压装置(33,34),以将所述制冷混合物分别保持在所需的温度和压力下。
13.如权利要求12所述的设备,其特征在于,所述混合装置(40)包括一压力传感器(36)和一温度传感器(37),用于向所述调节装置分别提供处于所述混合装置(40)内的所述制冷混合物的压力和温度信息。
14.如权利要求8所述的设备,其特征在于,包括一减压排空管路(30),用于使所述制冷回路(1)在填充前被减压和排空。
15.如权利要求8所述的设备,其特征在于,用于供应所述无机制冷剂(27)的所述第二供应回路(27a)为用于将气相的所述无机制冷剂(27)加入至液相的所述第一制冷液(28,29)中的供应回路。
16.如权利要求8所述的设备,其特征在于,包括多个所述填充回路(48),用于将所述混合装置(40)连接至多个所述制冷回路(1),从而使得所述均匀的制冷混合物被注入至多个所述制冷回路(1)。
17.如权利要求8或16所述的设备,其特征在于,所述填充回路(48)包括一储槽,用于保证所述制冷混合物源源不断地填充相应的制冷回路(1)。
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