CN107810330B - 使用R1233zd产生制冷的方法 - Google Patents

Abstract

一种产生制冷的方法，包括：在冷却器系统(10)内，在具有磁轴承(44,46,48)的压缩机(22)中对含有R1233zd的制冷剂组合物进行压缩。

Description

使用R1233zd产生制冷的方法

技术领域

本发明总体上涉及一种产生制冷的方法。更具体地说，本发明涉及使用含有R1233zd的制冷剂组合物产生制冷的方法。

背景技术

冷却器系统是从介质中移除热的制冷机器或设备。通常使用诸如水之类的液体作为介质，并且冷却器系统以蒸气压缩式制冷循环操作。这种液体可以接着循环经过热交换器以根据需要对空气或设备进行冷却。作为必要的副产品，制冷会产生必须排放到环境中或是为了更高的效率而回收以作加热目的的废热。常规冷却器系统常常使用通常被称为涡轮压缩机的离心式压缩机。因此，这种冷却器系统可以被称为涡轮冷却器。替代地，可以使用其它类型的压缩机，例如螺杆式压缩机。

在常规(涡轮)冷却器中，制冷剂在离心式压缩机中被压缩，并被送至在制冷剂与热交换介质(液体)之间发生热交换的热交换器中。这个热交换器因为制冷剂在该热交换器中冷凝而被称为冷凝器。其结果是，热量被传递到介质(液体)，从而使得介质被加热。离开冷凝器的制冷剂通过膨胀阀而膨胀，并被送到在制冷剂与热交换介质(液体)之间发生热交换的另一个热交换器。这个热交换器因为制冷剂在该热交换器中被加热(蒸发)而被称为蒸发器。其结果是，热量从介质(液体)传到制冷剂，从而使得液体被冷却。接着使来自蒸发器的制冷剂返回到离心式压缩机，并重复上述循环。所使用的液体通常是水。

常规的离心式压缩机主要包括壳体、入口导叶(inlet guide vane)、叶轮(impeller)、扩散器、马达、各种传感器和控制器。制冷剂依次流过入口导叶、叶轮和扩散器。因此，入口导叶联接到离心式压缩机的进气口，而扩散器联接到叶轮的出气口。入口导叶对进入叶轮的制冷剂气体的流率进行控制。叶轮增加制冷剂气体的速度，而通常不改变压力。扩散器在不改变速度的情况下增加制冷剂压力。马达使叶轮旋转。控制器控制马达、入口导叶和膨胀阀。以这种方式，制冷剂在常规的离心式压缩机中被压缩。入口导叶通常是可调节的，并且马达速度通常是可调节的，从而对系统的容量进行调节。另外，扩散器也可以是可调节的，以进一步对系统的容量进行调节。控制器控制马达、入口导叶和膨胀阀。控制器可以进一步对任何附加的可控元件，例如扩散器进行控制。

在使用常规压缩机的常规制冷机系统中使用的一种典型的制冷剂是R134A。最近，R1233zd已被用于冷却器应用。参见美国专利第8574451号。

发明内容

在全球环境保护方面，在HVACR固定式应用中，考虑使用诸如R1234ze、R1233zd等新型的、低GWP(全球变暖潜能值)制冷剂。低压制冷剂R1233zd是一种适用于离心式冷却器应用的候选产品，因为它与诸如R1234ze(目前的主要制冷剂R134a替代品)等其它候选产品相比，不易燃、无毒且具有高COP。

然而，由于R1233zd的化学稳定性稍差，因此，可能不容易为R1233zd找到合适的润滑油。由于R1233zd的化学稳定性稍差，因此，R1233zd比R1234ze更容易分解。R1233zd含有氯(-Cl)，导致化学稳定性稍差。因此，在使用R1233zd的常规离心式压缩机中，必须使用合适的润滑油和/或应使用迷宫式密封，以将马达和轴承侧(油侧)与入口导叶、叶轮和扩散器侧(压缩、非油侧)密封隔离。但是，由于低压操作，润滑油在使用时往往会经过迷宫式密封而被吸入，这会导致R1233zd制冷剂退化。

另外，即使在能使用合适的润滑油的情况下，当使用R1233zd时，因R1233zd的特性(R1233zd的沸点为19℃、R134a的沸点为-26℃、R1234ze的沸点为-19℃)，而使冷却器系统通常在蒸发器处以负压状态下工作，因此，存在有可能因来自大气的水分和/或污染物侵入而导致润滑剂退化的风险。

因此，本发明的一个目的是提供一种产生制冷的方法，该方法降低和/或消除了与润滑油和在压缩机中使用R1233zd相关联的上述风险中的任一个。

本发明的另一个目的是提供一种产生制冷的方法，该方法提供了一种环保、安全、可靠的产品。

上述目的中的一个或多个基本上可以通过提供根据本发明第一方面的产生制冷的方法来实现。第一方面的方法包括在冷却器系统内，在具有磁轴承的压缩机中对含有R1233zd的制冷剂组合物进行压缩。当使用磁轴承时，不再需要用于轴的润滑油。

在根据第一方面的第二方面的方法中，压缩机是离心式压缩机。在离心式压缩机中，在叶轮、入口导叶和扩散器以及其它部件之间没有接触区域。磁轴承提供非接触式转子支撑系统，具有极低的摩擦和磨损。常规的轴承(如滚柱轴承、流体膜轴承)与轴成物理接口连接并需要某种形式的润滑，而磁轴承将目标转子悬浮在磁场中，消除了接触磨损。因此，这些部件之间不需要润滑油，具有低摩擦和低磨损。

在根据第一方面和/或第二方面的第三方面的方法中，压缩机是密闭式压缩机。当压缩机是密闭式压缩机时，无论是否使用润滑油，都可以减少和/或消除因低压环境导致的污染物进入压缩机壳体。因此，R1233zd不易因进入壳体的污染物而退化。

在根据第一方面至第三方面中的任一方面的第四方面的方法中，压缩机不含润滑油。当压缩机不含润滑油时，R1233zd不易因润滑油或润滑油中含有的污染物而退化。

在根据第一至第四方面中的任一方面的第五方面的方法中，磁轴承是主动磁轴承。主动磁轴承利用非接触式位置传感器来监测轴的位置，并将这条信息反馈给控制系统。磁轴承控制器使用这个反馈来调节磁促动器保持适当转子位置所需的电流。当使用主动磁轴承时，相比于非主动磁轴承，可以进一步有利于低磨损和长寿命。

附图说明

现在参考形成这个原始公开的一部分的附图：

图1示出了根据本发明一实施例的冷却器系统；以及

图2是图1所示的冷却器系统的离心式压缩机的透视图，为了说明的目的，而具有被剖开并以截面图示出的部分。

具体实施方式

现在将参考附图解释所选择的实施例。本领域技术人员从本公开中将显而易见的是，提供以下实施例的描述仅用于说明，而不旨在限制由所附权利要求书及其等同物限定的本发明的目的。

首先，参考图1，示出了根据本发明实施例的冷却器系统10。冷却器系统10优选为以常规方式使用冷却水(cooling water)和冷水(chiller water)的水冷却器。这里所示的冷却器系统10是单级冷却器系统。然而，本领域技术人员从本公开中将显而易见的是，冷却器系统10可以是多级冷却器系统。冷却器系统10主要包括串联连接在一起以形成闭合制冷循环的冷却器控制器20、压缩机22、冷凝器24、膨胀阀26和蒸发器28。另外，各种传感器S和T如图1所示配置在整个回路中。除了冷却器系统使用包括R1233zd的制冷剂组合物和根据本发明的离心式压缩机22之外，冷却器系统10是常规的。

在所示实施例中，压缩机22是离心式压缩机。所示实施例的离心式压缩机22基本上包括壳体30、入口导叶32、叶轮34、扩散器36、马达38和磁轴承组件40以及各种常规传感器(未示出)。冷却器控制器20接收来自各种传感器的信号，并以常规方式对入口导叶32、马达38和磁轴承组件40进行控制，如下面更详细地解释。制冷剂依次流过入口导叶32、叶轮34和扩散器36。入口导叶32以常规方式控制进入叶轮34的制冷剂气体的流率。叶轮34增加制冷剂气体的速度，而通常不改变压力。马达速度决定了制冷剂气体速度的增加量。扩散器36增加制冷剂压力而不改变速度。马达38通过轴42使叶轮34旋转。磁轴承组件40磁性地支撑轴42。以这种方式，制冷剂在离心式压缩机22中被压缩。

除了离心式压缩机22使用R1233zd制冷剂、磁轴承组件40和壳体30之外，离心式压缩机是常规的。在所示实施例中，壳体30是不含润滑油的密闭壳体。R1233zd是一种低压、低GWP(全球升温潜能值)的制冷剂，不易燃、无毒、具有相对较高的COP值。但是，如上所述，R1233zd很难找到合适的润滑油。然而，在所示实施例中，使用磁轴承组件40，从而不需要润滑油。而且，在所示的实施例中，使用了部件之间不接触的离心式压缩机22。因此，离心式压缩机内部的磨损减少，从而减少了维修的可能性。考虑到这些要点，鉴于与上面讨论的R1233zd相关联的低压挑战，在所示实施例中，离心式压缩机22被构造成密闭离心式压缩机22。另外，由于离心式压缩机22是密闭式压缩机，因此，扩散器36优选是不可调节的。可调节的扩散器在本领域中是已知的，但可能相对复杂。

现在将与其它制冷剂比较来讨论R1233zd制冷剂的特性。R134a具有100的性能系数(COP)和100的制冷能力(CC)。与接下来讨论的制冷剂相比，这些值可以被认为是基线(100％)值。R1234yf具有97的COP和94的CC。R1234ze具有100的COP和75的CC。R1233zd具有106的COP但是仅具有23的CC。通过本公开，对于本领域技术人员来说显而易见的是，根据操作条件，COP和CC的值可能略有不同。R1234制冷剂也没有臭氧破坏特性，并且因缺乏(-Cl)而稳定。R1233zd的臭氧破坏非常低，但是也比R1234制冷剂的易燃性低。因此，在图示的实施例中使用R1233zd。由于R1233zd具有这样较低的CC，因此，马达38可以更快地旋转以获得更多的CC。但是，由于使用磁轴承组件40，因此，即使马达38的转速更高，也不会增加磨损。作为替代实施例，在不偏离本发明的情况下，可以使用R1336mzz来代替R1233zd。

磁轴承组件40是常规的，因此，将不在这里详细讨论和/或示出。相反，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的情况下，可以使用任何合适的磁轴承。如图2所示，磁轴承组件40优选地包括第一径向磁轴承44、第二径向磁轴承46和轴向(推力)磁轴承48。第一径向磁轴承44和第二径向磁轴承46设置在马达38的相对端。各种传感器(未示出)感测轴42相对于磁轴承44、46和48的径向和轴向位置，并以常规方式向冷却器控制器20发送信号。冷却器控制器20然后以常规方式控制发送到磁轴承44、46和48的电流，以将轴42保持在正确的位置。由于在本领域中诸如磁轴承组件40的磁轴承44、46、48这样的磁轴承及磁轴承组件的操作是公知的，因此，在此不再详细解释和/或示出磁轴承组件40。

磁轴承组件40优选地是主动磁轴承，其利用非接触位置传感器来监测轴42的位置并且将该信息反馈给冷却器控制器20。因此，磁轴承44、46和48中的每一个优选地是主动磁轴承。磁轴承控制部段使用这个反馈来调整磁促动器为保持正确的转子位置所需的电流。主动磁轴承在现有技术中是公知的，因此，在此不再详细解释和/或说明。

如上所解释，所示实施例中的压缩机22优选为密闭离心式压缩机22。现在将解释密闭式压缩机的一般特征。在不脱离本发明的情况下，压缩机22可以如下所说明的构造或使用任何其它常规结构/技术。在密闭式压缩机中，压缩机和马达被封闭在一个气密的壳体中，并且两者通过共同的轴连接。因此，密闭式压缩机被密闭地密封。这使整个压缩机和马达成为一个单元。密闭地密封的压缩机不同于传统的开放型压缩机，在开放型压缩机中，压缩机和马达是不同的实体，压缩机通过联轴器或皮带连接到马达。在密闭式压缩机中，在封闭式壳体的一侧设有压缩机的各个部件。在壳体的另一侧上是电绕组，马达的轴在电绕组内旋转。在密闭地密封的压缩机中，压缩机的曲轴和马达的旋转轴是共同的。马达的旋转轴延伸超出马达并形成密闭地密封的压缩机的曲轴。

密闭地密封的压缩机的所有这些部件都被组装并封闭在通常由焊接的钢壳制成的坚固且坚硬的壳体中。钢壳最简单的形式是包括两个半圆形的钢体，两个半圆形的钢体焊接在一起构成用于密闭地密封的压缩机的壳体。然而，在一些情况下，壳体的两半可以用螺栓连接在一起而不是焊接，这样在压缩机烧毁的情况下可以容易地打开壳体。而且，更复杂的两个以上的部件的构造也是可能的。无论如何，本领域众所周知的是如何制造密闭地密封的外壳，因此，所示实施例的这个特征将不在这里详细解释和/或说明。在图2中，为了方便起见，至少一个部件被示出为螺栓连接到另一个部件上，并且焊接没有详细示出，即，因为这样的结构在压缩机领域是众所周知的。在任何情况下，本领域技术人员从本公开中将显而易见的是，接缝可以彼此焊接和/或螺栓连接以便以常规方式形成密闭壳体30。

密闭地密封压缩机可以有内置的润滑系统，用于润滑压缩部件和曲轴。但是，如上所述，在本实施例中，封闭离心式压缩机22中不含润滑油。在外部，壳体具有分别连接到蒸发器和冷凝器的制冷剂吸入和排出连接部。还有用于各种电气部件的电气连接的插座(见图2)。与密闭地密封压缩机一起使用的典型冷凝器和蒸发器单元被称为密闭式冷凝器和蒸发器单元。密闭式压缩机对于诸如冷藏库这样的小型制冷应用是相当常见的。在这些应用中，破损的压缩机因尺寸和相对较低的成本，而可以只更换、不维修。然而，因高成本和维修内部零件的需求可能，密闭式压缩机通常不用于诸如离心式压缩机这样的大型应用。然而，在本实施例中，因为使用磁轴承组件40，所以维修内部零件的需求不大。另外，在离心式压缩机的情况下，部件之间缺少接触，使得磨损/维修的可能性降低。

冷却器控制器20包括磁轴承控制部段、变频驱动器、马达控制部段、入口导叶控制部段和膨胀阀控制部段。磁轴承控制部段、变频驱动器、马达控制部段和入口导叶控制部段形成与压缩机22的I/O接口50电耦接的离心式压缩机控制部分的一部分。因此，冷却器控制器20可以接收来自压缩机22的各种传感器(未示出)的信号，执行计算并将控制信号发送到压缩机22。类似地，冷却器控制器可以接收来自传感器S和T的信号，执行计算并发送控制信号到压缩机22和膨胀阀。控制部段和变频驱动器可以是单独的控制器，或者可以仅仅是冷却器控制器的部段，其被编程为执行在此描述的部件的控制。换句话说，对于本领域技术人员而言，根据本公开内容将显而易见的是，只要如本文所述，一个或多个控制器被编程为执行对冷却器系统10的部件的控制，则可以在不脱离本发明的情况下，改变控制部段、控制部分和/或冷却器控制器20的精确数量、位置和/或结构。

冷却器控制器20是常规的，因此，包括至少一个微处理器或CPU，输入/输出(I/O)接口、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、形成被编程为执行一个或多个控制程序以控制冷却器系统10的计算机可读介质。冷却器控制器20可选地包括用于接收来自用户的输入的诸如键盘的输入接口以及用于向用户显示各种参数的显示设备。部件和编程是常规的，因此，除了理解实施例所需要的之外，将不在此详细讨论。

磁轴承控制部段接收来自磁轴承组件40的各种传感器(未示出)的信号，并且将电信号传输到轴承44、46和48，以常规方式将轴42保持在期望的位置。更具体地说，磁轴承控制部段被编程为执行磁轴承控制程序，以常规方式将轴42保持在期望的位置。变频驱动器和马达控制部段接收来自至少一个马达传感器(未示出)的信号，并以常规方式控制马达38的转速以控制压缩机22的容量。更具体地说，变频驱动和马达控制部段被编程为执行一个或多个马达控制程序来控制马达38的转速，以常规方式控制压缩机22的容量。入口导叶控制部段接收来自至少一个入口导叶传感器(未示出)的信号并控制入口导叶32的位置以常规方式控制压缩机22的容量。更具体地，入口导叶控制部段被编程为执行入口导叶控制程序以控制入口导叶32的位置从而以常规方式控制压缩机22的容量。膨胀阀控制部段以常规方式控制膨胀阀26的开度以控制冷却器系统10的容量。更具体地，膨胀阀控制部段被编程为执行膨胀阀控制程序以控制膨胀阀26的开度从而以常规方式控制冷却器系统10的容量。马达控制部段和入口导叶控制部段与膨胀阀控制部段一起工作，以常规方式控制冷却器系统10的总容量。冷却器控制器20接收来自传感器S和可选的传感器T的信号，以常规方式控制总容量。可选的传感器T是温度传感器。传感器S优选为常规的压力传感器和/或以常规方式用于执行控制的温度传感器。

所示实施例的产生制冷的方法包括：在冷却器系统10内在具有磁轴承组件40的压缩机22中对含有R1233zd的制冷剂组合物进行压缩。然后，被压缩的制冷剂被送到冷凝器24，在那里热从制冷剂传到介质(在这种情况下是水)。在冷凝器24中被冷却的制冷剂然后被膨胀阀26膨胀并送到蒸发器28。在蒸发器28中，制冷剂从介质(在这种情况下是水)吸收热以冷却介质。因此，产生制冷。制冷剂然后被送回到压缩机22，并且以常规方式重复该循环。

如上所述，在所示的实施例中，压缩机22优选为离心式压缩机22。因此，压缩优选地在离心式压缩机22中进行。如上所述，压缩机22优选为密闭式压缩机22。因此，压缩优选地在离心式压缩机22中进行。如上所述，压缩机22优选地不含润滑油。因此，优选地在不含润滑油的压缩机22中进行压缩。如上所述，磁轴承优选是主动磁轴承。因此，在具有主动磁轴承的压缩机22中进行压缩。

条款的一般解释

在理解本发明的范围时，如本文所使用的术语“包括”及其派生词旨在是开放式术语，其指定所述特征、元件、零件、组、整体和/或步骤但是不排除其它未陈述的特征、元件、零件、组、整体和/或步骤的存在。前述内容也适用于具有类似含义的词语，如术语“包括”、“具有”及其派生词。此外，术语“部段”、“区段”、“部分”，“构件”或“元件”以单数使用时可具有单个部件或多个部件的双重含义。

在本文使用的用于描述由零件、部段、装置等执行的操作或功能的术语“检测”包括不需要物理检测的零件、部段、设备等，而是包括确定、测量、建模、预测或计算等来执行操作或功能。

这里用于描述设备的零件、部段或部件的术语“配置”包括被构造和/或编程为执行期望的功能的硬件和/或软件。

如本文所使用的诸如“基本上”，“约”和“近似”的程度的术语是指所修饰的术语的合理的偏差量，使得最终结果不会显著改变。

虽然仅选择了选定实施例来说明本发明，但是对于本领域技术人员来说，根据本公开内容将显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。例如，各种零件的尺寸、形状、位置或取向可以根据需要和/或期望而改变。直接连接或彼此接触的零件可以具有设置在它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个执行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。所有优点不一定同时出现在特定实施例中。现有技术中独特的每个特征，单独或与其它特征组合，也应被认为是申请人对进一步发明的单独描述，包括由这些特征所体现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述描述仅用于说明，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明的目的。

Claims (10)

1.一种产生制冷的方法，包括：

在冷却器系统内，在离心式的密闭压缩机中对含有R1233zd的制冷剂组合物进行压缩，从而即使在负压状况下操作，也能防止污染物进入所述密闭压缩机，所述密闭压缩机具有磁轴承并且不含润滑油，

离心式的所述密闭压缩机在使用压缩的R134a以旋转速度操作时，具有基线制冷能力，

离心式的所述密闭压缩机在使用压缩的含有R1233zd的所述制冷剂组合物以所述旋转速度操作时，具有较低的制冷能力，

在离心式的所述密闭压缩机中对含有R1233zd的所述制冷剂组合物进行压缩的期间，离心式的所述密闭压缩机比所述旋转速度更快地旋转，使得实际压缩能力高于所述较低的制冷能力,

所述磁轴承是主动磁轴承。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述密闭压缩机包括密闭壳体，马达配置于所述密闭壳体内。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述磁轴承配置于所述密闭壳体内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述密闭压缩机包括密闭壳体，所述磁轴承配置于所述密闭壳体内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

在离心式的所述密闭压缩机中对含有R1233zd的所述制冷剂组合物进行压缩的期间，离心式的所述密闭压缩机在所述负压状况下运转。

6.一种产生制冷的方法，包括：

在冷却器系统内，在离心式的密闭压缩机中对含有R1233zd的制冷剂组合物进行压缩，从而即使在负压状况下操作，也能防止污染物进入所述密闭压缩机，所述密闭压缩机具有磁轴承并且不含润滑油，

在离心式的所述密闭压缩机中对含有R1233zd的所述制冷剂组合物进行压缩的期间，离心式的所述密闭压缩机在所述负压状况下运转。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述磁轴承是主动磁轴承。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述密闭压缩机包括密闭壳体，马达配置于所述密闭壳体内。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述磁轴承配置于所述密闭壳体内。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述密闭压缩机包括密闭壳体，所述磁轴承配置于所述密闭壳体内。

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