CN105556220B - 具有热回收模块的制冷回路 - Google Patents

Abstract

一种被配置用于使制冷剂循环的制冷回路(1)在所述制冷剂的流动方向上包括：至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)；至少一个热回收热交换器(4)；至少一个气体冷却器/冷凝器(10)；至少一个蒸发器关联的膨胀装置(18)；至少一个接收器(14)；以及至少一个蒸发器(20)。所述制冷回路(1)还包括气体/液体分离器(8)，所述气体/液体分离器(8)具有：制冷剂入口管线(7)，其流体地连接到所述至少一个热回收交换器(4)的出口侧；气相出口管线(9)，其流体地连接到所述至少一个气体冷却器/冷凝器(10)的入口侧；以及液相出口管线(13)，其流体地连接到所述接收器(14)。

Description

具有热回收模块的制冷回路

在循环制冷剂的流动方向上包括压缩机、气体冷却器/冷凝器、膨胀装置以及蒸发器的制冷回路在现有技术发展水平下是已知的。还已知的是，在制冷回路中提供热回收模块以便回收用于对制冷剂进行压缩和加热的能量中的至少一些。

从热力学的观点来看，此类热回收模块在最大的性能下适用于非常宽的范围(高温加热、低温加热……)。由于宽范围的适用性需要许多不同的零件，尤其是储备以便在所述模块中使用的用于循环制冷剂与外部热回收流体之间的热交换的不同尺寸的热交换器(例如，钎焊板式换热器“BPHE”)，所述模块非常昂贵，有时对于客户来说太过昂贵。

因此，将有益的是，提供具有廉价的热回收模块的冷却系统，所述热回收模块仅包括单个热交换器而不是两个或甚至更多个热交换器，同时允许如常见宽范围模块中那样来调整由热回收模块提供的热传递，这避免了与仅使用单个热交换器相关的问题，所述问题可包括在热回收模块的出口处出现部分冷凝的问题。

根据本发明的示例性实施方案的被配置用于使制冷剂循环的制冷回路在制冷剂的流动方向上包括：至少一个压缩机；至少一个热回收热交换器；气体/液体分离器；至少一个气体冷却器/冷凝器；至少一个接收器；以及至少一个蒸发器，其中蒸发器关联的膨胀装置流体地连接在所述至少一个蒸发器上游。气体/液体分离器包括：制冷剂入口，其流体地连接到至少一个热回收交换器的出口侧；气相出口，其流体地连接到至少一个气体冷却器/冷凝器的入口侧；以及液相出口，其流体地连接到接收器。

根据本发明的操作制冷回路的示例性方法包括以下步骤：

对制冷剂进行压缩；

提供压缩的制冷剂与外部热回收流体之间的热交换；

将压缩的制冷剂分成气体成分和液体成分，其中气体成分被气体冷却和/或冷凝并且被递送到接收器中；并且液体成分在被气体冷却和/或冷凝之前直接被递送到接收器中；以及

使从接收器中取得的液化制冷剂膨胀并蒸发。

代替如常见宽范围模块中的两个或甚至更多个BPHE，根据本发明的示例性实施方案的方法和制冷回路允许使用单个BPHE，与恒速泵结合来使外部热回收流体回路流过BPHE，以便考虑对较廉价型式的热回收模块的需要。

当仅使用具有恒定热传递能力的单个热交换器时，已穿过热交换模块的制冷剂可能发生部分冷凝。然而，根据本发明的气体/液体分离可靠地避免了与热回收热交换器内或其下游的制冷剂部分冷凝相关的问题，因为根据本发明的示例性实施方案，制冷剂的液体成分与气体成分分离并且绕过气体冷却器/冷凝器直接被递送到接收器。具体地，这避免了冷凝的制冷剂被递送到气体冷却器/冷凝器中，否则它将降低气体冷却器/冷凝器的性能。这进一步避免了将液体制冷剂提升到冷凝器/气体冷却器的水平面处的需要，所述冷凝器/气体冷却器可能提供在显著高于压缩机和热回收模块的水平面的水平面处。

以下参照附图对本发明的示例性实施方案进行更加详细描述，在附图中：

图1示出根据本发明的一个示例性实施方案的包括制冷回路的冷却系统的示意图；并且

图2示出包括在图1所示的冷却系统中的气体/液体分离器的放大视图。

图1示出具有制冷回路1的冷却系统的示例性实施方案的示意图，所述制冷回路1在制冷剂(其在制冷回路1内循环，如箭头A所指示)的流动方向上包括：彼此并联连接的压缩机2a、2b、2c、2d的组2；热回收热交换器4；气体/液体分离器8；气体冷却器或冷凝器10；高压膨胀装置12，其被配置成使制冷剂从高压到低中压膨胀；接收器(制冷剂收集器)14；任选的闪蒸气体热交换器16；蒸发器关联的膨胀装置18，其被配置成使制冷剂从中压到低压膨胀；以及蒸发器20。蒸发器20的出口侧流体地连接到压缩机2a、2b、2c、2d的吸入(入口)侧，从而完成制冷剂循环。

因此，图1所示的制冷回路1的示例性实施方案采用了通过并联连接的压缩机2a、2b、2c、2d实现的一级压缩和通过高压膨胀装置12和随后的蒸发器关联的膨胀装置18实现的连续膨胀的二级膨胀。这种二级膨胀具体地在使用CO₂作为制冷剂时采用。然而，本领域技术人员将容易理解，本发明还可应用于这样的制冷回路1：其采用仅通过布置在蒸发器20上游的蒸发器关联的膨胀装置18实现的单级膨胀并且其中省略了高压膨胀装置12。

任选的闪蒸气体分流(tapping)管线21将接收器14的上部部分14a流体地连接到压缩机2a、2b、2c、2d的入口侧，从而允许聚集在接收器14的上部部分14a中的闪蒸气体绕过蒸发器20。闪蒸气体膨胀装置22布置在闪蒸气体分流管线21中，以便使从接收器14递送的闪蒸气体膨胀。任选的闪蒸气体热交换器16提供在所述闪蒸气体膨胀装置22下游，以便通过与从接收器14供应到蒸发器关联的膨胀装置18的制冷剂的热交换来冷却膨胀的闪蒸气体。

虽然图1所示的示例性实施方案仅包括相应的单个气体冷却器/冷凝器10、单个中压阀18和单个蒸发器20，但是对于本领域技术人员来说明显的是，可以将彼此相应地并联连接的每一个所述部件10、18、20都提供多个以便提供增强的冷凝和/或冷却能力。在这种情况下，可以提供额外的可切换阀，以允许选择性地启动和停止多个所述部件中的一个或多个，从而根据实际需要来调整冷凝和/或冷却能力。

类似地，代替如图1所示的多个压缩机2a、2b、2c、2d的组2，可以仅提供单个压缩机。所述单个压缩机或多个压缩机2a、2b、2c、2d中的至少一个可以是变速压缩机，从而允许通过控制所述压缩机的速度来控制由制冷回路1提供的冷却能力。

在操作中，离开压缩机2a、2b、2c、2d的组2的压缩制冷剂经过热回收热交换器4的制冷剂回路侧4a以便将来自制冷剂的热传递给在热回收流体回路6内循环并且流过热回收热交换器4的热回收流体回路侧4b的外部热回收流体。加热的外部热回收流体可以用于例如对建筑物进行加热和/或提供热水。

取决于从循环制冷剂传递到外部热回收流体的热的量，制冷剂的至少一部分可以在热回收热交换器4内或其下游冷凝。因此，制冷剂液体气体混合物存在于热回收热交换器4的制冷剂回路侧4b的出口管线7中。

然而，进入气体冷却器/冷凝器10的液体制冷剂将降低气体冷却器/冷凝器10的性能，并且当气体冷却器/冷凝器10安装在显著较高的水平面处、即相对于制冷回路1的其他部件在高达20m的垂直距离d处时，制冷剂的液体成分可能不能够完全转移到气体冷却器/冷凝器10的出口侧，这将进一步降低制冷回路1的性能和效率。

因此，在热回收热交换器4的制冷剂回路侧4b下游提供气体/液体分离器8，以便将离开热回收热交换器4的制冷剂的液体部分与其气体成分分离。

图2示出这种气体/液体分离器8的放大视图。

气体/液体分离器8可以由与热回收热交换器4的出口管线7(其还形成气体/液体分离器8的入口管线7)相比具有显著更大的横截面/直径的容器或管道形成，以便大幅减小制冷剂的速度，从而允许制冷剂的液体成分与制冷剂的气体成分分离并且聚集在气体/液体分离器8的底部8a处。在示例性实施方案中，气体/液体分离器8的横截面或直径比出口管线7的直径大四到五倍，并且制冷剂的速度从在压缩机2a、2b、2c、2d的出口处的约9m/s减小至在气体/液体分离器8的容器或管道内的约0,3m/s。

制冷剂的气体成分通过气体/液体分离器8的气相出口管线9离开气体/液体分离器8，所述气相出口管线9将气体/液体分离器8的顶部8b流体地连接到气体冷却器/冷凝器10的入口侧。制冷剂的气体成分在气体冷却器/冷凝器10内被气体冷却和/或冷凝，通过流体地连接到气体冷却器/冷凝器10的出口侧的高压膨胀装置12进行膨胀并且被递送到接收器14中，所述接收器14流体地连接到高压膨胀装置12的出口侧。

气体/液体分离器8的液相出口管线13流体地连接到气体/液体分离器8的底部8a，从而允许将已聚集在气体/液体分离器8的底部8a处的液体制冷剂转移到接收器14中。

至少一个可切换阀24布置在液相出口管线13中，从而允许选择性地打开和关闭气体/液体分离器8与接收器14之间的流体连接。

气体/液体分离器8进一步提供有液面传感器26，所述液面传感器26被配置用于感测收集在气体/液体分离器8的底部8a处的液体制冷剂的水平面。液面传感器26功能性地连接到控制单元28，所述控制单元28被配置用于：当收集在气体/液体分离器8中的液体制冷剂的水平面超过第一预定水平面时打开至少一个可切换阀24，以及当收集在气体/液体分离器8中的液体制冷剂的水平面低于第二预定水平面时关闭至少一个可切换阀24，所述第二预定水平面等于或低于第一预定水平面。关闭至少一个可切换阀24避免了：如果收集在气体/液体分离器8的底部8a处的液体制冷剂的水平面过低以致于允许气体制冷剂进入液相出口管线13，气体制冷剂可能通过液相出口管线13绕过气体冷却器/冷凝器10。

液面传感器26可以是机械或机电嵌入式流体指示器或电子水平面传感器。

在第一实施方案中，可切换阀24可以是简单的开/关阀，仅具有关闭状态和单一打开状态。

在替代的实施方案中，可切换阀24可具有两种或更多种不同的打开状态，以便提供至少两个不同的打开横截面，从而允许更准确地调节从气体/液体分离器8到接收器的液体制冷剂流动。在另一个实施方案中，可以连续地控制可切换阀24的打开横截面，以允许更精细地控制离开气体/液体分离器8的液体制冷剂流动。

在又一个实施方案中，至少一个额外的可切换阀25并联连接到可切换阀24。提供并联连接的两个或更多个可切换阀24、25允许通过选择性地打开所述可切换阀24、25中的一个或多个来控制流出气体/液体分离器8的液体制冷剂的量。可切换阀24、25可具有相同或不同的打开横截面(Kv值)。

在一个实施方案中，制冷回路包括被配置用于选择性地打开和关闭气体/液体分离器的液体出口的至少一个可切换阀。制冷回路还包括：液面传感器，所述液面传感器被配置用于检测存在于气体/液体分离器中的液体制冷剂的量；以及控制单元，所述控制单元被配置用于基于由液面传感器检测到的液体制冷剂的量来操作至少一个可切换阀。控制单元可以与液面传感器或可切换阀整合在一起，或者可以提供为分开的单元。

基于收集在气体/液体分离器内的液体制冷剂的水平面来控制至少一个可切换阀允许液体制冷剂从气体/液体分离器流到接收器中，但是避免了气体制冷剂绕过气体冷却器/冷凝器从气体/液体分离器流到接收器中。

在一个实施方案中，可切换阀可在关闭状态与至少两种不同的打开状态之间切换。提供具有至少两种不同打开状态的可切换阀允许更准确地控制从气体/液体分离器到接收器中的液体制冷剂流动。在一个实施方案中，可以连续地控制可切换阀，这允许更精细地控制从气体/液体分离器到接收器中的液体制冷剂流动。

在一个实施方案中，制冷回路包括并联连接的至少两个可切换阀。选择性地打开和关闭至少两个可切换阀中的一个或多个允许更准确地控制从气体/液体分离器到接收器中的液体制冷剂流动。可切换阀可具有相同或不同的打开横截面/Kv值。提供具有不同的打开横截面/Kv值的可切换阀提供了用于调节制冷剂流动的额外选项。

在一个实施方案中，至少一个气体冷却器/冷凝器布置在高于热回收热交换器的水平面的水平面处，以便改善流过气体冷却器/冷凝器的空气流动，这将增强气体冷却器/冷凝器的气体冷却能力。具体地，气体冷却器/冷凝器可以布置在高于热回收热交换器的水平面多达约20米的位置处，例如，在容纳制冷回路的建筑物顶上。

在一个实施方案中，制冷回路包括流体地连接在气体冷却器/冷凝器与接收器之间的至少一个额外的(高压)膨胀装置，以便与布置在蒸发器上游的蒸发器关联的膨胀装置结合来提供二级膨胀，从而提高制冷回路的性能和效率。

在一个实施方案中，制冷回路包括将接收器的上部部分流体地连接到至少一个压缩机的入口侧的闪蒸气体分流管线。闪蒸气体膨胀装置可以布置在闪蒸气体分流管线内。旁路管线还可包括布置在闪蒸气体膨胀装置下游的闪蒸气体热交换器，所述闪蒸气体热交换器被配置用于闪蒸气体与从接收器流到蒸发器的制冷剂的热交换。这种闪蒸气体分流管线可有助于提高制冷回路的性能和效率。

在一个实施方案中，至少一个压缩机被配置为变速压缩机，从而允许通过控制所述压缩机的速度来控制由制冷回路提供的冷却能力。

虽然已参照示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以使用等效物来替代其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以做出许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教义。因此，本发明并不意图限制于所公开的具体实施方案，但是本发明将会包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

附图标记

1 制冷回路

2 压缩机组

2a、2b、2c、2d 压缩机

4 热回收热交换器

4a 热回收热交换器的制冷剂回路侧

4b 热回收热交换器的热回收流体回路侧

6 热回收流体回路

7 气体/液体分离器的入口管线/热回收热交换器的出口管线

8 气体/液体分离器

8a 气体/液体分离器的底部

8b 气体/液体分离器的顶部

9 气体/液体分离器的气相出口管线

10 气体冷却器/冷凝器

12 高压膨胀装置

13 气体/液体分离器的液相出口管线

14 接收器

14a 接收器的上部部分

16 闪蒸气体热交换器

18 蒸发器关联的膨胀装置

20 蒸发器

21 闪蒸气体分流管线

22 闪蒸气体膨胀装置

24 可切换阀

25 额外的可切换阀

26 液面传感器

28 控制单元。

Claims (13)

1.致冷回路(1)，其被配置用于使致冷剂循环，并且在所述致冷剂的流动方向上包括：

至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)；

至少一个热回收热交换器(4)；

气体/液体分离器(8)；

至少一个气体冷却器/冷凝器(10)；

接收器(14)；以及

至少一个蒸发器(20)，其中至少一个蒸发器关联的膨胀装置(18)流体地连接在所述至少一个蒸发器(20)上游；

其中所述气体/液体分离器(8)包括

制冷剂入口管线(7)，所述制冷剂入口管线(7)流体地连接到所述至少一个热回收热交换器(4)的出口侧；

气相出口管线(9)，所述气相出口管线(9)流体地连接到所述至少一个气体冷却器/冷凝器(10)的入口侧；以及

液相出口管线(13)，所述液相出口管线(13)流体地连接到所述接收器(14)；

所述致冷回路(1)还包括至少一个可切换阀(24)，所述至少一个可切换阀(24)被配置用于选择性地打开和关闭所述气体/液体分离器(8)的所述液相出口管线(13)；

所述致冷回路(1)还包括：液面传感器(26)，所述液面传感器(26)被配置用于检测存在于所述气体/液体分离器(8)中的液体制冷剂的量；以及控制单元(28)，所述控制单元(28)被配置用于基于由所述液面传感器(26)检测到的液体制冷剂的所述量来操作所述至少一个可切换阀(24)。

2.如权利要求1所述的致冷回路(1)，其中所述可切换阀(24)可在关闭状态与至少两种不同的打开状态之间切换。

3.如权利要求1所述的致冷回路(1)，其包括并联连接的至少两个可切换阀(24、25)。

4.如权利要求1所述的致冷回路(1)，其中所述至少一个气体冷却器/冷凝器(10)布置在高于所述热回收热交换器(4)的水平面的水平面处。

5.如前述权利要求中任一项所述的致冷回路(1)，其包括流体地连接在所述气体冷却器/冷凝器(10)与所述接收器(14)之间的至少一个高压膨胀装置(12)。

6.如权利要求1所述的致冷回路(1)，所述致冷回路(1)包括将所述接收器(14)的上部部分流体地连接到所述至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)的入口侧的闪蒸气体分流管线(21)。

7.如权利要求6所述的致冷回路(1)，其中闪蒸气体膨胀装置(22)布置在所述闪蒸气体分流管线(21)内。

8.如权利要求7所述的致冷回路(1)，其中所述闪蒸气体分流管线(21)包括闪蒸气体热交换器(16)，所述闪蒸气体热交换器(16)布置在所述闪蒸气体膨胀装置(22)下游并且被配置用于所述闪蒸气体与从所述接收器(14)流到所述蒸发器(20)的制冷剂的热交换。

9.操作如权利要求1或权利要求6所述的制冷回路(1)的方法，其包括以下步骤：

对制冷剂进行压缩；

提供所述压缩的制冷剂与外部热回收流体之间的热回收热交换；

将所述压缩的制冷剂分成气体成分和液体成分，其中

所述气体成分被冷却和/或冷凝并且被递送到接收器(14)中；并且

所述液体成分直接被递送到所述接收器(14)中；以及

使从所述接收器(14)中取得的液化制冷剂膨胀并蒸发。

10.如权利要求9所述的操作制冷回路(1)的方法，其中所述将所述压缩的制冷剂分成气体成分和液体成分的步骤是在气体/液体分离器(8)内执行的，所述液体成分被收集在所述气体/液体分离器(8)内并且所述方法还包括确定收集在所述气体/液体分离器(8)内的液体制冷剂的量的步骤。

11.如权利要求10所述的操作制冷回路(1)的方法，其中所述方法还包括以下步骤：当收集在所述气体/液体分离器(8)内的液体制冷剂的液面超过预定水平面时，将液体制冷剂从所述气体/液体分离器(8)转移到所述接收器(14)。

12.如权利要求9至11中任一项所述的操作制冷回路(1)的方法，其还包括以下步骤

将来自所述接收器(14)的气体制冷剂分流；

使所述分流的气体制冷剂膨胀；和/或

提供所述膨胀的分流气体制冷剂与从所述接收器(14)递送的液体制冷剂之间的热交换。

13.如权利要求9至11中任一项所述的操作制冷回路(1)的方法，其中所述冷却的和/或冷凝的制冷剂在被递送到所述接收器(14)中之前被部分地膨胀。