CN105937815A - 用于co2制冷系统的闪蒸气体旁路的调整的超大压缩机配置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种使用二氧化碳制冷剂流的制冷系统。该制冷系统可包括一个闪蒸罐，多个用于温吸气循环的温吸气式压缩机，以及一个设置在所述闪蒸罐和所述循环压缩机之间的闪蒸气体旁路系统。所述闪蒸气体旁路系统可包括一个或多个超大闪蒸气体压缩机以便在所述温吸气循环和闪蒸罐吸气循环之间交替。

Description

用于CO2制冷系统的闪蒸气体旁路的调整的超大压缩机配置

技术领域

本申请及由此产生的专利通常涉及制冷系统，并且尤其涉及对跨临界二氧化碳制冷系统中的闪蒸气体旁路使用经调整的多个超大压缩机以在降低总体成本的情况下提高效率。

背景技术

目前的制冷趋势促使采用二氧化碳和其他类型的天然制冷剂而非惯常的基于氟烃的制冷剂。虽然这些基于二氧化碳的制冷系统被认为更具有环境友好性，但这些系统在效率上略有欠佳。具体而言，相较于惯常的制冷循环，在热损失和热吸收过程中，如果临界点越低并且因此节流损失越大，基于二氧化碳的制冷系统会要求使用更多的总体功率。

在跨临界二氧化碳制冷系统中，气态制冷剂可在气体冷却器中被冷却到仍高于临界点的温度。二氧化碳制冷剂随后可被排放到闪蒸罐，在那里所述制冷剂可被膨胀并被分成液体和蒸气。但是，这类跨临界点的二氧化碳制冷系统在较温暖的月份由于在闪蒸罐内的膨胀过程期间的过量蒸气或闪蒸气体的产生而具有缺陷。适应这种过量闪蒸气体的产生会降低整体制冷系统的效率和/或需要使用额外的组件并需要相关的费用。

因此希望一种具有改进效率的制冷系统，其使用诸如二氧化碳之类的天然制冷剂。优选的，这种改进的制冷系统会对环境友好，但具有降低的总体运转及维护上的需求及成本。

发明内容

本申请及由此产生的专利因此提供一种使用二氧化碳制冷剂流的制冷系统。该制冷系统可包括一个闪蒸罐、用于温吸气式循环(temperaturesuction cycle)的多个温吸气式压缩机(temperature suctioncompressors)，和设置在所述闪蒸罐和所述多个循环压缩机之间的一个闪蒸气体旁路系统。所述闪蒸气体旁路系统可包括一个或多个超大闪蒸气体压缩机以便在所述温吸气式循环和闪蒸罐吸气循环间交替(alternate)。

本申请及由此产生的专利还提供一种操作制冷系统的方法。该方法可包括如下步骤：通过借助一个或多个超大闪蒸气体压缩机压缩吸气流对吸气循环进行操作，以及通过借助所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机压缩闪蒸气体流对闪蒸罐吸气循环进行操作。所述制冷系统随后可返回所述吸气循环。

本申请及由此产生的专利进一步提供一种使用二氧化碳制冷剂流的制冷系统。所述制冷系统可包括一个闪蒸罐、多个中间温度循环压缩机和设置在所述闪蒸罐和多个中间温度循环压缩机之间的一个闪蒸气体旁路系统。所述闪蒸气体旁路系统可包括一个或多个超大闪蒸气体压缩机，所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机具有比一个中间温度循环压缩机多至少约百分之五十(50％)的制冷量。

一经结合附图及所附权利要求书阅读下面详细的说明书，本申请及由此产生的专利的这些和其他特征及改进将对本领域技术人员是显而易见的。

附图说明

图1是跨临界二氧化碳制冷系统的示意图。

图2是本文描述的使用用于闪蒸气体旁路的经调整的超大压缩机的跨临界二氧化碳制冷系统的示意图。

具体实施方式

现在参照附图，在所有这些图中相同的数字指代相同的元件。图1示出跨临界二氧化碳制冷系统100的一个例子。跨临界二氧化碳制冷系统100可包括二氧化碳制冷剂110的流。其他类型的制冷剂可在此使用。跨临界二氧化碳制冷系统100可被用来对在例如超市、冷储存等中使用的任何类型的室进行冷却。跨临界二氧化碳制冷系统100也可应用于其他类型的加热、通风和空气调节应用和/或不同类型的商业和/或工业应用。整体跨临界二氧化碳制冷系统100可具有任何合适的尺寸、形状、配置或制冷量。其他类型的制冷系统、制冷循环和制冷组件也可在此使用。

通常来说，跨临界二氧化碳制冷系统100可包括气体冷却器120。气体冷却器120在约90巴左右接收二氧化碳制冷剂110的气态流并将制冷剂110冷却到仍在临界点之上的温度。气体冷却器120可以是惯常设计并可具有任何合适的尺寸、形状、配置或容量。其他温度、其他压力和其他类型的操作参数可在此使用。

二氧化碳制冷剂110的流随后可通往闪蒸罐130。闪蒸罐130的压力可保持在约40巴左右以使部分二氧化碳制冷剂110分离并液化。闪蒸罐130可具有任何合适的尺寸、形状、配置或容量。高压膨胀阀140可被设置在气体冷却器120和闪蒸罐130之间。高压膨胀阀140可控制从气体冷却器120至闪蒸罐130的二氧化碳制冷剂110的流。高压膨胀阀140可以是惯常设计并可具有任何合适的尺寸、形状、配置或容量。

跨临界二氧化碳制冷系统100也可包括低温循环150和中间温度循环160。低温循环150和中间温度循环160可通过用于液体制冷剂110流动的液体管线165与闪蒸罐130连通。低温循环150可包括低温膨胀阀170、一个或多个低温蒸发器180和多个低温压缩机190。多个低温压缩机190可以并联配置或其他方式进行设置。低温循环150的组件可以是惯常设计并可具有任何合适的尺寸、形状、配置或容量。同样，中间温度循环160可包括中间温度膨胀阀200、一个或多个中间温度蒸发器210和多个中间温度压缩机220。多个中间温度压缩机220可以并联配置或其他方式进行设置。虽然示出四(4)个中间温度压缩机220，但可使用任何数量的这种压缩机。中间温度循环160的组件可以是惯常设计并可具有任何合适的尺寸、形状、配置或容量。其他组件及其他配置可以在此使用。

低温压缩机190及中间温度压缩机220可以串联配置或其他方式被安排。中间温度压缩机220可通过吸气管线225在约30巴左右的情况下接收作为吸入流的制冷剂流110。中间温度压缩机220可压缩制冷剂流110并将该流送回到气体冷却器120以便重复该制冷循环。

闪蒸罐130也可通过蒸气管线230与多个中间温度压缩机220连通。如上所述，闪蒸罐130会经历在较温暖的月份蒸气制冷剂110或闪蒸气体235的过度产生。跨临界二氧化碳制冷系统100因此可包括闪蒸气体旁路系统240。闪蒸气体旁路系统240可包括闪蒸气体旁路阀250。闪蒸气体旁路阀250可设置在蒸气管线230上。闪蒸气体旁路系统240也可包括一个或多个闪蒸气体压缩机260。虽然示出一个闪蒸气体压缩机260，但任何数量的这种压缩机可在此使用。多个闪蒸气体压缩机260可以并联配置或其他方式设置。闪蒸气体压缩机260可专用于闪蒸气体235的流。闪蒸气体压缩机260可以是惯常设计或具有任何合适的尺寸、形状、配置或容量。

如果在闪蒸罐130内有过量闪蒸气体产生，闪蒸气体旁路系统240的闪蒸气体旁路阀250可被起动，以使得闪蒸气体235被导向闪蒸气体压缩机260。然而，闪蒸气体旁路系统240的使用会将压力降低到中间温度的水平并因此降低整体系统的效率。此外，所述专用闪蒸气体压缩机260会在较冷月份由于较低的蒸气产生而闲置。闪蒸气体旁路系统240因此会在效率和总体成本方面有问题。本文描述的跨临界二氧化碳制冷系统100和闪蒸气体旁路系统240仅作举例之用。

图2示出本文描述的跨临界二氧化碳制冷系统300的一个例子。跨临界二氧化碳制冷系统300可包括多个与上文描述过的跨临界二氧化碳制冷系统100相类似的组件。例如，跨临界二氧化碳制冷系统300可包括二氧化碳制冷剂110的流，气体冷却器120，闪蒸罐130、高压膨胀阀140、闪蒸气体235及类似组件。跨临界二氧化碳制冷系统300也可包括从闪蒸罐130延伸至低温循环150及其组件以及延伸至中间温度循环160及其组件的液体管线165。其他组件和其他配置可在此使用。

跨临界二氧化碳制冷系统300还可使用经调整的超大闪蒸气体旁路系统310。该经调整的超大闪蒸气体旁路系统310可包括一个或多个超大闪蒸气体压缩机320。与上文描述的中间温度压缩机220和闪蒸气体压缩机260相比，超大闪蒸气体压缩机320可具有使制冷量整体增加约百分之五十(50％)、约百分之一百(100％)或更高的超量泵送量。这里可结合使用不同容量的多个超大闪蒸气体压缩机320。多个超大闪蒸气体压缩机320可以并联配置或以其他方式进行设置。使用一个或多个超大压缩机320可比向压缩机支架上增加额外的独立单元便宜。具体地，用一个超大闪蒸气体压缩机320可替代一个或多个中间温度压缩机220和一个或多个闪蒸气体压缩机260。其他组件和其他配置可在此使用。

经调整的超大闪蒸气体旁路系统310还可包括经调整的闪蒸气体旁路阀330。经调整的闪蒸气体旁路阀330可以是惯常的计量阀及类似物。经调整的闪蒸气体旁路阀330可设置在旁路管线340上。旁路管线340可与闪蒸罐130下游的蒸气管线230连通并与来向的(incoming)吸气管线225连通。经调整的闪蒸气体旁路阀330的使用可以是可选的。其他组件和其他配置可在此使用。

经调整的闪蒸气体旁路系统320可包括多个端口阀(port valves)。在该例子中，可使用第一端口阀350和第二端口阀360。端口阀350、360可以是惯常的电磁阀或其他类型的开启关闭型阀。其他类型的阀可在此使用。第一端口阀350可被设置在蒸气管线230上。第二端口阀360可被设置在吸气管线225上。在此可对任何数量的超大压缩机320使用任何数量的阀。多个超大压缩机320可单独地被多个端口阀及一个旁路阀控制或者作为一组被集体控制。经调整的闪蒸气体旁路阀330和端口阀350、360可按需要调整从其通过的多个流。其他组件和其他配置可在此使用。

使用中，跨临界二氧化碳制冷系统300可按照，例如，惯常的50/50工作循环(duty cycle)操作。在中间温度吸气循环中，蒸气管线230上的第一端口阀350可被关闭，而吸气管线225上的第二端口阀360可打开。超大压缩机320于是可运行一预定量的时间以便为处于约30巴的那个压缩机320提供比所需多约百分之一百(100％)的容量。超大压缩机320因此可与中间温度压缩机220并联工作。在闪蒸罐吸气循环中，第二端口阀360可被关闭，且第一端口阀350可被打开。超大压缩机320于是可运行一预定量的时间以便为处于约40巴的那个压缩机320提供比所需多约百分之一百(100％)的闪蒸气体移除。经调整的超大闪蒸气体旁路系统310随后可返回中间温度吸气循环。超大压缩机320可具有变速马达以使得马达速度可在各个循环中改变。

为实现150kW的制冷工作循环，一种现有的系统可使用，例如，处于中间温度吸气工况的相当于75kW的三(3)个压缩机以及处于闪蒸罐吸气工况(假定在闪蒸罐状态下50％的蒸气分率)的相当于75kW的两(2)个压缩机。所述多个闪蒸压缩机260因此可以37.5kW按50/50拼合并且所述多个中间温度压缩机可以25kW按40/30/30拼合。跨临界二氧化碳制冷系统300代之可使用超大压缩机320并可在上述两个循环间转换。因此，超大压缩机320可比在闪蒸罐工况下所需的37.5kW多出约80％的制容量，带来约67.5kW的制容量。超大压缩机320在闪蒸罐吸气工况下可消耗约百分之五十五(55％)的工作循环，并在中间温度工况下消耗约百分之四十五(45％)的工作循环，以匹配25kW的要求，在这种情况下压缩机的实际制冷量将必须是约55.55kW。如果压缩机的制冷量在全速时大于上述所需的55.55kW，那么会采用其他制冷量控制的方法，例如部分闪蒸气体旁路(partial flash gas bypass)或使用变速驱动来控制超大压缩机320的运转频率。

经调整的超大闪蒸气体旁路系统310因此可通过端口阀350、360在中间温度吸气循环和闪蒸罐吸气循环间进行调整。每种吸气压力水平上的主动运行时间可被设定以使由压力波动造成的对整体制冷系统的冲击最小化。同样，经调整的闪蒸气体旁路阀330和端口阀350、360可共同对从其通过的流进行调整。经调整的超大闪蒸气体旁路系统310因此在显著降低成本并具有极大灵活性的情况下提供并联的压缩。

此外，经调整的闪蒸气体旁路阀330还提供对从其通过的流的控制。整体系统因此通过提供将被调整的非一致的多个压缩机而提供更好的容制冷量步进。此外，总体的制冷量控制也可被提供。当需要时，多个超大压缩机320可被用作一个“备用”压缩机以用于并联压缩。类似地，如果该系统仅需要约70％的负载，上述备用制冷量可在此提供进一步的并联压缩。经调整的超大闪蒸气体旁路系统310因此可提供制冷量上的显著增加而成本增幅不明显。

显然，上文仅涉及本申请及由此产生的专利的某些实施方式。在不脱离下面的权利要求及其等同方式所限定的本发明的一般精神及范围的情况下，本领域技术人员可在此作出多种改变和改进。

Claims (15)

1.一种使用二氧化碳制冷剂流的制冷系统，包括：

一个闪蒸罐；

用于温吸气式循环的多个温吸气式压缩机；和

设置在所述闪蒸罐和所述多个温吸气式压缩机之间的一个闪蒸气体旁路系统；

所述闪蒸气体旁路系统包括一个或多个超大闪蒸气体压缩机；

其中所述超大闪蒸气体压缩机在所述温吸气式循环和闪蒸罐吸气循环间交替。

2.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机包括比一个温吸气式压缩机多至少约百分之五十(50％)的制冷量。

3.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机包括并联配置。

4.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述闪蒸罐和所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机通过蒸气管线连通。

5.如权利要求4所述的制冷系统，进一步包括与所述多个温吸气式压缩机和所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机连通的吸气管线。

6.如权利要求5所述的制冷系统，进一步包括在所述蒸气管线和吸气管线之间延伸的旁路管线上设置的旁路阀。

7.如权利要求5所述的制冷系统，进一步包括在所述蒸气管线上的且在所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机上游的第一端口阀。

8.如权利要求7所述的制冷系统，进一步包括在所述吸气管线上的且在所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机上游的第二端口阀。

9.如权利要求8所述的制冷系统，其中所述第一端口阀和第二端口阀包括电磁阀。

10.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述多个温吸气式压缩机包括并联配置。

11.如权利要求1所述的组制冷系统，其中所述多个温吸气式压缩机包括多个中间温度吸气循环压缩机。

12.如权利要求1所述的制冷系统，进一步包括设置在所述多个温吸气式压缩机和所述闪蒸罐之间的气体冷却器。

13.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述闪蒸罐包括与低温循环和中间温度循环连通的液体管线。

14.一种操作制冷系统的方法，包括：

操作吸气循环；

其中所述吸气循环包括通过一个或多个超大闪蒸气体压缩机压缩吸气流；以及

操作闪蒸罐吸气循环；

其中所述闪蒸罐吸气循环包括通过所述一个或多个超大闪蒸气体压缩机压缩闪蒸气体流。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：调整所述吸气流和/或所述闪蒸气体流。