CN107238225B - 具有集成再冷却功能的冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种系统包括高侧换热器、闪蒸罐、容器、负载、以及压缩机。高侧换热器从制冷剂移除热量。闪蒸罐存储来自高侧换热器的制冷剂。所述容器包括由外部壳体限定的腔室和定位在腔室内的管道。热量从循环通过这个管道且来自闪蒸罐的液体制冷剂移除。负载使用来自管道的制冷剂从靠近负载的空间移除热量。负载将制冷剂传送到外部壳体和管道之间的腔室中。压缩机从外部壳体和管道之间的腔室接收制冷剂且压缩制冷剂。

Description

具有集成再冷却功能的冷却系统

技术领域

本申请总体涉及一种冷却系统，尤其涉及一种具有集成再冷却功能的冷却系统。

背景技术

冷却系统可配置在二氧化碳增压器系统中。这个系统可循环CO₂制冷剂以冷却空间。制冷剂可循环通过低温负载、低温压缩机(一个或多个)、中温负载、以及中温压缩机(一个或多个)。所述系统也可包括再冷却器和积聚器。再冷却器进一步冷却液体制冷剂且积聚器防止任何液体制冷剂从负载(一个或多个)流到压缩机(一个或多个)中。

发明内容

根据一个实施方式，一种系统包括高侧换热器、闪蒸罐、容器、负载、以及压缩机。高侧换热器从制冷剂移除热量。闪蒸罐存储来自高侧换热器的制冷剂。所述容器包括由外部壳体限定的腔室和定位在腔室内的管道。热量从循环通过这个管道且来自闪蒸罐的液体制冷剂移除。负载使用来自管道的制冷剂以从靠近负载的空间移除热量。负载将制冷剂传送到相同容器的外部壳体和管道之间的腔室中。压缩机从外部壳体和管道之间的腔室接收制冷剂且压缩制冷剂。

根据另一实施方式，一种方法包括利用高侧换热器从制冷剂移除热量且利用闪蒸罐存储制冷剂。所述方法也包括将来自闪蒸罐的制冷剂传送到容器的管道。管道从制冷剂移除热量。所述容器包括由外部壳体限定的腔室。管道定位在腔室内。所述方法也包括利用制冷剂从靠近负载的空间移除热量且将来自负载的制冷剂传送到外部壳体和管道之间的腔室中。所述方法还包括将制冷剂从外部壳体和管道之间的腔室传送到压缩机。压缩机压缩制冷剂。

根据又另一实施方式，一种系统包括容器、负载、以及压缩机。所述容器包括由外部壳体限定的腔室和定位在腔室内的管道。管道从来自闪蒸罐的制冷剂移除热量。负载使用来自管道的制冷剂从靠近负载的空间移除热量。负载将制冷剂传送到外部壳体和管道之间的腔室中。压缩机从外部壳体和管道之间的腔室接收制冷剂且压缩制冷剂。

特定实施方式可提供一种或多种技术优点。例如，一实施方式通过将再冷却器和积聚器集成在单一容器中而增加在冷却系统架上的可用空间量。作为另一示例，一实施方式通过将再冷却器和积聚器集成在单一容器中和增加系统效率而减少冷却系统的压降。特定实施方式可不包括以上技术优点、或包括以上技术优点中的一些或全部。通过包括在此的附图、说明书、和权利要求，一种或多种其它技术优点对于本领域技术人员易于是明显的。

附图说明

为了更完整的理解本申请，现在结合附图参考以下说明内容，其中：

图1示出示例性冷却系统；

图2示出图1的冷却系统的各种示例性容器；以及

图3是示出图1的操作示例性冷却系统的方法的流程图。

具体实施方式

本申请的实施方式及其优点通过参照附图中的图1至3最佳地理解，相同的附图标记用于各个视图的相同和对应部分。

诸如制冷系统等的冷却系统利用制冷剂从空间移除热量。这些系统可使制冷剂循环通过低温负载和中温负载，以冷却与那些负载对应的空间。例如，在杂货店中，低温负载可以是用于存储冷冻食品的冷冻箱，且中温负载可以是用于存储新鲜产品的冷藏架。来自低温负载的制冷剂被传送通过低温压缩机，而后被压缩的制冷剂混合于来自中温负载的制冷剂来自闪蒸罐的制冷剂。所述混合物继而传送通过中温压缩机，而后循环回到高侧换热器。

许多冷却系统包括在负载之前的再冷却器。再冷却器在将制冷剂传送到负载之前进一步冷却制冷剂。以这种方式，负载能够将空间高效地冷却到较低温度。例如，较冷制冷剂可帮助冷冻箱将空间保持在适当温度以用于冷冻食品。许多冷却系统也包括在负载和压缩机之间的积聚器。积聚器操作以防止液体制冷剂流到压缩机中。当液体制冷剂流到压缩机中时，所述液体制冷剂可引起压缩机损坏和故障。因此，通过利用积聚器，压缩机的使用寿命可增加。

利用再冷却器和积聚器将特定问题引入冷却系统中。例如，通过将再冷却器和积聚器两者包括在冷却系统中，将消耗在冷却系统架上的更多空间。因此，在所述架上存在更少的空间用于冷却系统的其它构件。作为另一示例，通过利用再冷却器和积聚器两者，跨越冷却系统的压降增加。因此，冷却系统中的压缩机使用更多的能量以将制冷剂压缩最多达到用于高侧换热器的特定压力。

本申请构思的是具有集成再冷却器和积聚器的冷却系统。集成容器包括限定腔室的外部壳体。管道定位在腔室内。管道用作使制冷剂再冷却的换热器。在制冷剂被负载使用之后，制冷剂在传送到压缩机之前通过容器的腔室传送返回。随着制冷剂穿过容器，任何液体制冷剂通过重力沉淀在容器的底部处。因此，液体制冷剂不传到压缩机。在具体实施方式中，通过将再冷却器和积聚器集成在单一容器中，在冷却系统架上的可用空间量增加。而且，通过集成再冷却器和积聚器，跨越冷却系统的压降减小。冷却系统将利用图1至3更详细地描述。图1总体示出冷却系统。图2示出集成容器的各种示例。图3示出操作示例性冷却系统的方法。

本申请使用配置在具有低温和中温负载以及压缩机的增压器构型中的示例性冷却系统。然而，本申请构思的是利用以任何适当方式配置的任何适当冷却系统。例如，本申请构思的是利用无闪蒸罐且仅一种类型的负载和压缩机的空调系统或制冷系统。而且，本申请构思的是包括在示例性冷却系统中使用的任何构件中的一个或多个的系统。

图1示出示例性冷却系统100。如图1所示，冷却系统100包括高侧(高压侧)换热器(high side heat exchanger)105、膨胀阀110、闪蒸罐(flash tank)115、膨胀阀120、集成容器125、低温负载130、低温压缩机135、膨胀阀140、中温负载145、以及中温压缩机150。集成容器125将再冷却器和积聚器集成在一个容器中。在具体实施方式中，通过利用集成容器125，在用于冷却系统100的架上可用的空间量增加。而且，跨越冷却系统100的压降减小。

高侧换热器105从制冷剂移除热量。当热量从制冷剂移除时，制冷剂被冷却。本申请构思的是高侧换热器105被操作为冷凝器和/或气体冷却器。当操作为冷凝器时，高侧换热器105冷却制冷剂，以使得制冷剂的状态从过热气体改变成液体或从过热气体变成冷却气体。当操作为气体冷却器时，高侧换热器105冷却制冷剂但是制冷剂仍然是气体。在特定构型中，高侧换热器105定位成使得从制冷剂移除的热量可排放到空气中。例如，高侧换热器105可定位在屋顶上，使得从制冷剂移除的热量可排放到空气中。作为另一示例，高侧换热器105可定位在建筑物的外部和/或建筑物的侧部上。

膨胀阀110、120、和140减小压力且因此制冷剂的温度。膨胀阀110、120、和140减小来自流到膨胀阀110、120、和140中的制冷剂的压力。制冷剂的温度继而可随着压力减小而下降。因此，进入膨胀阀110、120、和140的温或热的制冷剂在离开膨胀阀110、120、和140时更冷。离开膨胀阀110的制冷剂被供给到闪蒸罐115中。膨胀阀120和140分别供给低温负载125和中温负载135。

闪蒸罐115存储通过膨胀阀110从高侧换热器105接收的制冷剂。本申请构思的是闪蒸罐115以比如液体状态和/或气体状态的任何状态存储制冷剂。离开闪蒸罐115的制冷剂通过膨胀阀120和140被供给到低温负载125和中温负载135。

所述系统100包括低温部分和中温部分。低温部分可以按比中温部分更低的温度操作。在一些制冷系统中，低温部分可以是冷冻系统且中温系统可以常规制冷系统。在杂货店布置中，低温部分可包括用于保持冷冻食品的冷冻箱且中温部分可包括用于保持产品的冷藏架。制冷剂可从闪蒸罐115流到制冷系统的低温和中温部分两者。例如，制冷剂可流到低温负载130和中温负载145。当制冷剂到达低温负载130或中温负载145时，制冷剂从围绕低温负载130或中温负载145的空气移除热量。因此，空气被冷却。冷却空气可继而比如通过风扇循环以冷却比如冷冻箱和/或冷藏架的空间。随着制冷剂穿过低温负载130和中温负载145，制冷剂可从液体状态改变到气体状态。

制冷剂从低温负载130和中温负载145流到压缩机135和150。本申请构思的是所述系统100包括任何数量的低温压缩机135和中温压缩机150。低温压缩机135和中温压缩机150增加制冷剂的压力。因此，制冷剂中的热量变得集中且制冷剂变成高压气体。低温压缩机135压缩来自低温负载130的制冷剂且将被压缩的制冷剂传送到中温压缩机150。中温压缩机150压缩来自低温压缩机135和中温负载145的制冷剂。中温压缩机150继而将被压缩的制冷剂传送到高侧换热器105。

许多冷却系统包括在闪蒸罐115和低温负载130之间的再冷却器。再冷却器在制冷剂被低温负载130使用之前从存储在闪蒸罐115中的所述液体制冷剂移除热量。通过使制冷剂冷却，再冷却器制备制冷剂以供低温负载130使用。当低温负载130使用较冷制冷剂时，低温负载130更好地冷却靠近低温负载130的空间。许多冷却系统也包括在低温负载130和低温压缩机135之间的积聚器。积聚器操作以防止液体制冷剂流到低温压缩机135中。当液体制冷剂进入低温压缩机135时，液体制冷剂损坏低温压缩机135且可引起低温压缩机135故障或损坏。因此，积聚器增长低温压缩机135的使用寿命。

当再冷却器和积聚器都在冷却系统100中作为分离的容器使用时，在用于冷却系统100的架上的可用空间量减少。而且，通过使再冷却器和积聚器分离，跨越冷却系统100的压降增加。由于压降，低温压缩机135和中温压缩机150更多地运行以将制冷剂压缩到用于高侧换热器105的适当压力。

集成容器125将再冷却器和积聚器集成在单一容器中。在具体实施方式中，集成容器125包括限定腔室的外部壳体和定位在腔室内的管道。管道接收来自闪蒸罐115的制冷剂，且在制冷剂传送到低温负载130之前从所述制冷剂移除热量。因此，集成容器125通过从闪蒸罐115移除热量而用作再冷却器。在制冷剂被低温负载130使用以冷却空间之后，低温负载130将制冷剂传送回到集成容器125。制冷剂在被传送到低温压缩机135之前穿过在外部壳体和管道之间的集成容器125的腔室(部位)。随着制冷剂穿过集成容器125，制冷剂中的任何液体通过重力沉淀在腔室的底部处或也可通过从在容器125内侧的管道(一个或多个)吸收热量而蒸发。因此，液体制冷剂在所述制冷剂被传送到低温压缩机135之前被转换成气体制冷剂。因此，集成容器125也操作为积聚器。

如先前描述的，本申请构思的是在任何适当的冷却系统中利用集成容器125。例如，本申请构思的是在不包括闪蒸罐115和/或中温部分和低温部分的空调系统或制冷系统中利用集成容器125。实际上，空调系统可包括具有负载和压缩机的仅一个部分。而且，本申请构思的是将多个集成容器125结合在系统100中。例如，第二集成容器可被包括在闪蒸罐115和中温负载145之间。第二集成容器在制冷剂到达中温负载145之前使制冷剂再冷却，且在制冷剂到达中温压缩机150之前积聚制冷剂。

在具体实施方式中，冷却系统100包括在中温负载145和中温压缩机150之间的积聚器。积聚器防止液体制冷剂流到中温压缩机150中。中温负载145通过积聚器将制冷剂传送到中温压缩机150。在一些实施方式中，低温压缩机135通过积聚器将制冷剂传送到中温压缩机150。

在具体实施方式中，通过利用集成容器125，在用于冷却系统100的架上的可用空间量增加。而且，跨越冷却系统100的压降减小，因为再冷却器和积聚器集成为单一容器。因此，低温压缩机135的使用寿命增长。将利用图2更详细地描述集成容器125。将利用图3描述操作冷却系统100的方法。

图2示出图1的冷却系统100的各种示例性容器125。如图2所示，容器125可以按数种不同的方式配置。本申请构思的是容器125以任何适当方式配置以执行再冷却器和积聚器的功能。

容器125的第一示例包括外部壳体200、腔室205、以及管道210。外部壳体200用于包含容器125的构件和制冷剂。外部容器200也限定腔室205。本申请构思的是外部壳体200由诸如金属的任何适当材料制造。

腔室205允许容器125的构件定位在腔室205内。而且，腔室205允许制冷剂流过腔室205。腔室205可以是由外部壳体200限定的容器125内的腔体。例如，腔室205可以是由外部壳体200包封的整个空间。

管道210定位在容器125内。例如，管道210定位在外部壳体200内。管道210允许制冷剂流过管道210。在具体实施方式中，管道210操作为换热器。例如，管道210从流过管道210的制冷剂移除热量。制冷剂通过管道210从闪蒸罐流到负载。因此，管道210在制冷剂被负载使用之前进一步冷却来自闪蒸罐的制冷剂。因此，管道210操作为再冷却器。

在负载使用来自管道210的制冷剂以冷却靠近负载的空间之后，负载将制冷剂传送回到容器125。制冷剂在其到压缩机的路上在外部壳体200和管道210之间穿过腔室205。随着制冷剂穿过腔室205，任何液体制冷剂通过重力沉淀在腔室205的底部处。因此，液体制冷剂被防止流到压缩机中。因此，容器125也操作为积聚器。

在具体实施方式中，从管道210中的制冷剂移除的热量用于蒸发已经通过重力沉淀在腔室205的底部处的液体制冷剂。当所述液体制冷剂蒸发时，气体制冷剂被允许流到压缩机。以这种方式，通过重力沉淀在腔室205的底部处的液体制冷剂将不会溢流到压缩机中。

本申请构思的是容器125包括任何数量的管道。在容器125的第二示例中，容器125包括外部壳体215、腔室220、和多个管道225。如图2所示，容器125的截面在第二示例中呈现。外部壳体215限定围绕管道225的腔室220。类似于第一示例，来自负载的制冷剂在其到压缩机的路上流过腔室220。任何液体制冷剂通过重力沉淀在腔室220的底部处。在腔室220的底部处存在充足的空间以保持液体制冷剂。因此，液体制冷剂被防止流到低温压缩机中。

所述多个管道225用于在制冷剂被负载使用之前从来自闪蒸罐的制冷剂移除热量。随着制冷剂流过管道225中的每个，热量从制冷剂移除。因此，负载接收较冷的制冷剂，这允许负载更高效地冷却空间。在负载使用制冷剂之后，负载将制冷剂传送回到容器125。类似于容器125的第一示例，制冷剂不流出管道225进入腔室220。实际上，管道225被包含在腔室220内且来自闪蒸罐的制冷剂流过管道225，同时来自负载的制冷剂在外部壳体215和管道225之间流过腔室220。

在具体实施方式中，通过利用容器125，在用于冷却系统100的架上的可用空间量增加，因为再冷却器和积聚器被结合在一个容器中。而且，通过将再冷却器和积聚器结合在一个容器中，跨越系统100的压降量减小。

图3是示出操作图1的示例性冷却系统100的方法300的流程图。在具体实施方式中，冷却系统100的各种构件执行方法300的步骤。

在步骤305中，高侧换热器105从制冷剂移除热量。高侧换热器105继而将制冷剂传送到闪蒸罐115。在步骤310中，闪蒸罐115存储制冷剂。继而，闪蒸罐115将制冷剂传送到容器125。

在步骤315中，容器125从制冷剂移除热量，这冷却制冷剂。继而，容器125将制冷剂传送到低温负载130。在步骤320中，低温负载130利用制冷剂从空间移除热量。继而，低温负载130将制冷剂传送回到容器125。在步骤325中，容器125积聚制冷剂，这会移除液体制冷剂且防止液体制冷剂流到压缩机中。继而，容器125将制冷剂传送到低温压缩机135。在步骤330中，低温压缩机135压缩制冷剂。

以这种方式，容器125用作再冷却器和积聚器两者。容器125通过在步骤315中从制冷剂移除热量而用作再冷却器。而且，容器125通过在步骤325中积聚制冷剂而用作积聚器。例如，液体制冷剂可通过重力沉淀在容器125的底部处，由此防止液体制冷剂流到低温压缩机135中。因此，低温压缩机135的使用寿命增长。

可对在图3中描绘的方法300做出修改、增加、或省略。所述方法300可包括更多、更少、或其它步骤。例如，步骤可并列或以任何合适的顺序执行。虽然讨论的是冷却系统100的各种构件执行步骤，但是系统100的任何合适的构件或构件的结合可执行方法的一个或多个步骤。

虽然本申请包括数个实施方式，但是可对本领域技术人员建议各种改变、变化、变更、转化、以及修改，且旨在本申请包含这些改变、变化、变更、转化、以及修改，如落在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种冷却系统，包括：

配置成从制冷剂移除热量的高侧换热器；

配置成存储来自高侧换热器的制冷剂的闪蒸罐；

容器，其包括由外部壳体限定的腔室、以及定位在腔室内的管道，其中，热量被从来自闪蒸罐且位于管道中的制冷剂移除；

负载，其配置成使用来自管道的制冷剂从靠近负载的空间移除热量，其中，负载还配置成将制冷剂传送到外部壳体和管道之间的腔室中；

第二负载，其配置成使用来自闪蒸罐的制冷剂从靠近第二负载的第二空间移除热量；

压缩机，其配置成从外部壳体和管道之间的腔室接收制冷剂、以及压缩制冷剂；

积聚器；和

第二压缩机，第二负载还配置成通过积聚器将制冷剂传送到第二压缩机。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中：

压缩机还配置成将制冷剂传送到第二压缩机；以及

第二压缩机还配置成将制冷剂传送到高侧换热器。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，压缩机还配置成通过积聚器将制冷剂传送到第二压缩机。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，容器还包括定位在腔室内的多个管道，所述多个管道中的每个管道配置成从来自闪蒸罐的制冷剂移除热量。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，液体制冷剂通过重力沉淀在腔室的底部处。

6.一种方法，包括：

利用高侧换热器从制冷剂移除热量；

利用闪蒸罐存储制冷剂；

将制冷剂从闪蒸罐传送到容器的管道，所述容器包括由外部壳体限定的腔室，所述管道定位在腔室内，其中，热量被从来自闪蒸罐且位于管道中的制冷剂移除；

利用制冷剂从靠近负载的空间移除热量；

利用来自闪蒸罐的制冷剂从靠近第二负载的第二空间移除热量；

将制冷剂从负载传送到外部壳体和管道之间的腔室中；

将制冷剂从外部壳体和管道之间的腔室传送到压缩机，压缩机配置成压缩制冷剂；以及

通过积聚器将制冷剂从第二负载传送到第二压缩机。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

将制冷剂从压缩机传送到第二压缩机；以及

将制冷剂从第二压缩机传送到高侧换热器。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括通过积聚器将制冷剂从压缩机传送到第二压缩机。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，容器还包括定位在腔室内的多个管道，所述多个管道中的每个管道配置成从来自闪蒸罐的制冷剂移除热量。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，液体制冷剂通过重力沉淀在腔室的底部处。

11.一种冷却系统，包括：

容器，其包括由外部壳体限定的腔室、以及定位在腔室内的管道，其中，热量被从位于管道中的制冷剂移除；

负载，其配置成利用来自管道的制冷剂从靠近负载的空间移除热量，其中，负载还配置成将制冷剂传送到外部壳体和管道之间的腔室中；

第二负载，其配置成使用来自闪蒸罐的制冷剂以从靠近第二负载的第二空间移除热量；

压缩机，其配置成从外部壳体和管道之间的腔室接收制冷剂、以及压缩制冷剂；

积聚器；和

第二压缩机，第二负载还配置成通过积聚器将制冷剂传送到第二压缩机。

12.根据权利要求11所述的冷却系统，其中：

压缩机还配置成将制冷剂传送到第二压缩机；以及

第二压缩机还配置成将制冷剂传送到高侧换热器。

13.根据权利要求11所述的冷却系统，其中，压缩机还配置成通过积聚器将制冷剂传送到第二压缩机。

14.根据权利要求11所述的冷却系统，其中，容器还包括定位在腔室内的多个管道，所述多个管道中的每个管道配置成从来自闪蒸罐的制冷剂移除热量。

15.根据权利要求11所述的冷却系统，其中，液体制冷剂通过重力沉淀在腔室的底部处。

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