CN107923663A - 低容量、低gwp的hvac系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统(20；300)包括：蒸气压缩环路(38；338)；低压或中压制冷剂，所述低压或中压制冷剂处在所述环路中；离心压缩机(42)，所述离心压缩机沿着所述蒸汽压缩环路并包括：外壳(120)；入口(44)；出口(46)；叶轮(140)；电动机(122)，所述电动机联接到所述叶轮以便驱动所述叶轮的旋转；以及一个或多个制冷剂润滑的轴承(130、132)。

Description

低容量、低GWP的HVAC系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年8月11日提交且标题为“Low-Capacity，Low-GWP，HVAC System”的美国专利申请号62/203,861的权益，所述美国专利申请的公开内容如同全文列出一样，以引用方式整体并入本文。
背景
本公开涉及采暖、通风和空调(HVAC)系统。更具体地，本公开涉及小容量系统，诸如住宅空调(AC)或热泵系统。
小容量住宅HVAC系统的常见配置是分体式单环路系统，其中户外单元包括压缩机和户外热交换器(在冷却/空调模式下是排热热交换器)以及相关联风扇。户内单元包括户内热交换器(在冷却/空调模式下是吸热热交换器或蒸发器)和相关联风扇。户内单元可与管道相关联用于将空气递送到整个建筑物。示例性压缩机是可同步电驱动的旋转式或涡旋式压缩机。示例性制冷剂是R410A。
在冷却/AC模式下，在户外热交换机中冷却的制冷剂通过制冷剂管线传送到蒸发器。膨胀装置可位于户内单元中以便在制冷剂经过户内热交换器之前进一步降低制冷剂温度。升温的制冷剂蒸气然后从户内单元传送回到压缩机。
十多年来，一直努力开发使用低全球变暖潜能(GWP)制冷剂的系统。低GWP制冷剂的一个实例是R1233zd(E)(下文简称为“R1233zd”)。R410A具有2088的直接GWP，而R1233zd具有小于1.0的直接GWP。由于更低的排放温度和更低的膨胀损失，R1233zd还具有比R410A更高的循环效率(例如，约10％至15％)。然而，R1233zd存在是低压制冷剂的困扰。低压制冷剂由美国环境保护署(EPA)定义为在104°F(40℃)下具有小于45psia(310kPa)的饱和压力(R1233zd具有31psia(214kPa)的饱和压力)。低压制冷系统通常在小于大气压或环境压力(可能因天气、海拔等而稍微不同于1ATM)的蒸发器压力(因此也是压缩机抽吸压力)下操作。
R410A(在104°F下饱和压力为352psia(2.43MPa))是高压制冷剂(在104F下饱和压力为170psia(1.17MPa)至355psia(2.45MPa))。R134a(在104°F下饱和压力为147psia(1.01MPa))是中压制冷剂(在104°F下饱和压力为45psia(310kPa)至170psia(1.17MPa))。
R1233zd还具有不可燃且无毒的益处(在ASHRAE标准34-2007下评级为A1；“A”指示无毒，并且“1”指示不可燃)。
实际上，R1233zd的适用性一直限于大容量系统，所述大容量系统往往对尺寸和封装问题不太敏感并且往往对前期硬件成本不太敏感。
概述
本公开的一个方面涉及一种系统，所述系统包括：蒸气压缩环路；低压或中压制冷剂，所述低压或中压制冷剂处在所述环路中；以及离心式压缩机，所述离心式压缩机沿着所述蒸气压缩环路。所述压缩机包括：外壳；入口；出口；叶轮；电动机，所述电动机联接到所述叶轮以便驱动所述叶轮的旋转；以及一个或多个制冷剂润滑的轴承。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述叶轮在出口处具有不超过5.0英寸(12.7cm)的直径。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述制冷剂包括R1233zd(E)。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述蒸气压缩环路中的流体包括所述制冷剂和按重量计不超过1000ppm的润滑剂。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述系统还包括：户内热交换器；以及户外热交换器。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述户外热交换器沿着所述蒸气压缩环路。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述户外热交换器沿着传热环路。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述户内热交换器沿着户内传热环路。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述制冷剂是低毒性、低可燃性的制冷剂，诸如ASHRAE评级A1的制冷剂。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述制冷剂在104°F(40℃)下具有不超过170psia(1.17MPa)的饱和压力。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述104°F(40℃)下饱和压力小于45psia(310kPa)。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述制冷剂具有小于150的直接GWP。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，一种使用所述系统的方法包括以至少20,000rpm的速度驱动所述叶轮。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述方法还包括利用以低于大气压的压力进入所述压缩机的制冷剂操作。
本公开的另一个方面涉及一种用于操作系统的方法，所述系统包括：蒸气压缩环路；离心式压缩机，所述离心式压缩机沿着所述蒸气压缩环路并包括：外壳；入口；出口；叶轮；以及一个或多个轴承。所述方法包括以至少20,000rpm的速度运行所述压缩机以驱动制冷剂沿着所述蒸气压缩环路的流动，以便：传送所述制冷剂的流动以润滑所述一个或多个轴承；以及提供以低于大气压的压力进入所述压缩机的制冷剂。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述压缩机是单级压缩机。
本公开的另一个方面涉及一种系统，所述系统包括：蒸气压缩环路；户内单元；以及户外单元。所述户内单元包括：离心式压缩机，所述离心式压缩机沿着所述蒸气压缩环路(并包括：外壳；入口；出口；叶轮)；环路间热交换器，所述环路间热交换器被定位以在所述蒸气压缩环路与传热环路之间提供热交换；以及户内空气热交换器，所述户内空气热交换器沿着所述传热环路。所述户外单元包括户外空气热交换器，所述户外空气热交换器沿着所述蒸气压缩环路或与所述蒸气压缩环路热连通。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述系统还包括以下一个或多个：低压或中压制冷剂，所述低压或中压制冷剂处在所述环路中；以及一个或多个制冷剂润滑的轴承。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述叶轮在出口处具有不超过5.0英寸(12.7cm)的直径。
在任何前述实施方案中的一个或多个实施方案中，所述户外空气热交换器沿着第二传热环路；并且所述户外单元包括第二环路间热交换器，所述第二环路间热交换器被定位以在所述蒸气压缩环路与所述第二传热环路之间提供热交换。
一个或多个实施方案的细节在附图和以下描述中阐明。其他特征、目标和优点从描述和附图以及权利要求书中将是显而易见的。
附图简述
图1是HVAC系统的示意图。
图2是HVAC系统的压缩机的纵剖面图。
图3是第二HVAC系统的示意图。
各图中的相同参考数字和标号指示相同元件。
详述
如以下所论述的，系统配置、压缩机配置、尺寸和操作参数以及制冷剂的组合可用于提供使用低直接GWP制冷剂的可行系统。以下所示的系统配置涉及特定多环路配置。压缩机相关的考虑事项包括使用离心式压缩机，更具体地，小型高速离心式压缩机。制冷剂考虑事项包括使用低压、低GWP的制冷剂和在不含油或制冷剂润滑轴承的情况下使用它。示例性基本上不含油的情况涉及在传送到轴承(以及总体)的流体中油浓度小于5000ppm，更具体地，小于1000ppm或小于500ppm或小于200ppm。其余物质基本上将是制冷剂，任选地具有少量添加剂(例如，腐蚀抑制剂)和污染物(例如，水)。示例性聚集无油添加剂浓度不超过5.0重量％，更具体地不超过2.0％、或不超过1.0％、或不超过5000ppm、或不超过1000ppm、或不超过500ppm、或不超过200ppm、或不超过100ppm。因此，递送到轴承的示例性流体可包括至少95重量％的纯制冷剂，或至少98％、或至少99％、或至少99.5％。
如以上指出的，特定低GWP制冷剂是反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯(E-HFO-1233zd，或者标识为R1233zd(E)或简称为R1233zd)。R1233zd之外的制冷剂的更广泛的表征是具有小于150GWP或小于20GWP或小于5GWP的直接GWP的制冷剂。
图1示出被定位以调节建筑物24的内部22的HVAC系统20。系统20包括建筑物内部的户内单元26和户外的户外单元28。户内单元可具有外壳27，并且户外单元可具有外壳29。示例性系统具有高达20吨制冷(TR)(70.3kW)的容量，或对于示例性分体式住宅系统，为3(TR)至TR(10.6kW至17.6kW)或2TR至6TR(7.0kW至21.2kW)的容量。商用单元，具体地非分体式封装单元具有更宽分布，诸如对于屋顶单元为5TR至20TR(17.6kW至70.3kW)，或对于更小的此类单元为5TR至12TR(17.6kW至42.2kW)。
户内单元26包括热交换器32。户外单元28包括热交换器34。在冷却模式下，户内热交换器32是吸热热交换器，并且户外热交换器34是排热热交换器。在加热模式下(如果提供的话；相关联流动换向硬件未示出)，户内热交换器32是排热热交换器，并且户外热交换器34是吸热热交换器。
示例性系统20是双环路系统，其中第一环路36包括热交换器32，并且第二环路38包括热交换器34。示例性第一环路36仅仅是户内环路；而示例性第二环路38跨越户内和户外位置和单元。两个环路通过热交换器(环路间热交换器)40处于彼此热交换的关系。示例性第二环路是使用低GWP制冷剂(例如，1233zd)的蒸气压缩环路或循环。示例性第一环路36仅是再循环热管环路而不是蒸气压缩循环。
示例性第二环路38包括压缩机42，所述压缩机42沿着由第二环路38限定的再循环制冷剂流动路径具有入口或吸入口44和出口或排放口46。压缩机提供低GWP制冷剂的流动，所述低GWP制冷剂从排放口下游流动到热交换器34的制冷剂入口48并离开制冷剂出口50。示例性热交换器34是制冷剂-空气热交换器，其中风扇52跨热交换器驱动空气流54以便在正常冷却模式下从制冷剂吸收热量。因此热交换器34可具有其自身的空气入口和出口，并且总户外单元28可类似地沿着户外空气流动路径具有入口和出口。在正常冷却模式下，在热交换器34中冷却的制冷剂沿着环路38向下游传送到膨胀装置60(例如，膨胀阀，诸如热力膨胀阀(TXV)或电子膨胀阀(EEV或EXV))或孔口。膨胀装置60中的制冷剂的膨胀进一步降低制冷剂温度用于进入热交换器40的第二环路入口66。在热交换器40中，第二环路的制冷剂在正常冷却模式下从第一环路中的流体吸收热量并离开制冷剂出口68，而后返回到压缩机的吸入口44。热交换器40不是制冷剂-空气热交换器。根据户内环路流体的性质，热交换器40可被标识为制冷剂-制冷剂热交换器或标识为制冷剂-水热交换器(例如，其中第一环路流体可仅是传热流体，诸如盐水或其他含水溶液)。
示例性第一环路36特征在于流体以再循环方式从第一环路入口70传送穿过热交换器40并从第一环路出口72离开。制冷剂从第一环路出口最终传送到热交换器32的流体入口76并离开流体出口78。示例性热交换器32也是制冷剂-空气热交换器，其具有驱动空气流84的风扇82。示例性空气流84是再循环内部建筑物空气流，并且可经过供应和返回管道(未示出)。各种实现方式可添加附加的新鲜空气交换等。
为了沿着第一环路36驱动流体流动，示例性第一环路包括泵90，泵90在热交换器40的出口72与热交换器32的入口76之间。因此，在这个实例中，冷却流体沿着环路36作为液体离开热交换器40并由泵90泵送到热交换器32中。在热交换器32中，流体可在从空气流84吸收热量时至少部分地蒸发。蒸气(和任何残留液体)返回到热交换器40的入口70，此时排热到第二环路38允许第一环路流体冷凝回液体。第一环路36中的示例性流体可以是不可燃流体，诸如二氧化碳(或按重量计主要是二氧化碳)。
如以上指出的，水或盐水是用于第一环路的替代流体。其他替代方案涉及向此类液体中添加相变固体(例如，包封的石蜡)。在这种情况下，包含固体的液体可传送到热交换器32，此时固体可至少部分地熔化以增加从空气流84的热吸收。至少部分地熔化的固体在热交换器40中至少部分地固化以便接着重复循环。
两个环路，更具体地如第一环路36具有相变的传热环路的使用通过减少所需蒸气压缩环路(第二环路38)压降来帮助减轻R1233zd的低压性质。
示例性第二环路38压缩机42是离心式压缩机。示例性离心式压缩机是单级的、高速离心式压缩机(例如，操作速度超过20,000rpm或以下论述的其他速度)。示例性叶轮相对较小(例如，小于或等于5.0英寸(12.7cm)、或小于或等于4.0英寸(10.2cm)或示例性地1.0英寸(2.5cm)至3.0英寸(7.6cm))。叶轮尺寸被测量为径向出口处的直径(图2)。替代表征可涉及叶轮入口直径或总直径(例如，扩散器外部直径)。图2还示出总压缩机长度L。
示例性此类压缩机是直接驱动、电机驱动的压缩机。
图2将压缩机42的进一步细节示为包括外壳或壳体组件120，其包括吸入口44和排放口46。壳体容纳电动机122。电动机具有固定到壳体的定子124和安装用于由一个或多个轴承系统130、132绕轴线500旋转的转子126。示例性轴承系统将轴134安装到电动机转子可安装或另外整合的位置。轴130进一步安装叶轮140，叶轮140具有轴向入口142和径向出口144。叶轮具有轮毂146，轮毂146具有安装到轮毂的多个轮叶148。任选地，轮毂可支撑整体护罩或可敞开(壳体的护罩部分充当护罩功能)。进入吸入口44的流动传送到叶轮入口142并径向地向外驱动/压缩。离开径向出口144后，流动径向地传送穿过扩散器150(例如，管式扩散器、无叶扩散器等)到收集器152中并从其离开出口46。
示例性电动机122是高速电动机，所述电动机122在正常冷却模式下可具有至少20,000rpm的峰值操作速度，或至少25,000rpm、或至少30,000rpm、或至少40,000rpm、或至少50,000rpm，并且可能地高达200,000rpm。尽管示例性轴承是滚动元件轴承(例如，在一端是提供推力和径向定位的滚珠轴承并且在另一端是止推滚子轴承)，替代组合可涉及混合轴承(例如，其中磁性轴承提供推力定位并且滚动元件轴承提供径向定位)。
为了供应制冷剂以润滑轴承，供应管线180可从环路38(例如，膨胀装置60的上游)分路以便形成供应流动路径。供应管线可包括泵182、过滤器184、控制阀(未示出)等。供应管线(或其分支，诸如所示的)可延伸到压缩机上的端口188，进而，与压缩机内的内部管线190连通到轴承处的端口。返回管线或排泄管线192可从压缩机的排泄口194延伸并再接合低侧上的环路38，诸如在环路间热交换器40处或环路间热交换器与吸入口之间。
图1进一步示出任选控制器200。控制器可从输入装置(例如，开关、键盘等)和传感器(未示出，例如各个系统位置处的压力传感器和温度传感器)接收用户输入。控制器可通过控制线路(例如，硬连线或无线通信路径)联接到传感器和可控制系统部件(例如，阀、轴承、压缩机电机、轮叶致动器等)。控制器可包括一个或多个：处理器；存储器(例如，用于存储供处理器执行来进行操作方法的程序信息，并且用于存储由程序使用或生成的数据)；以及用于与输入/输出装置和可控制系统部件对接的硬件接口装置(例如，端口)。
可使用其他常规的或尚在开发的材料和技术来制造所述系统及其部件。
可将控制例程编程或以其他方式配置到控制器中。例程可与基线系统相同(例如，使用涡旋式压缩机)或可提供超过基线系统的附加功能并可叠加在控制器的正常编程/例程上(例如，提供添加了附加控制例程的基线系统的基本操作)。大多数小型系统具有非常有限的控制特征。典型住宅系统甚至可能不具有住宅恒温器的传感器之外的任何传感器。其依赖于恒温器来使它接通和断开。燃气炉中的单个控制板还可在从恒温器请求时接通AC。
如以下所论述的，一种附加能力和相关联控制例程涉及可变速操作。在这种系统中，可提供附加控制特征以改变所基于的速度。恒温器可提供需求信号，诸如与感测温度与设置温度之间的差成比例，而不是简单的通断(冷却-不冷却)输出。控制器可基于恒温器需求和操作压力改变电动机速度。例如，更热的外部温度将需要更高的速度。大型离心式压缩机通常还具有用于附加等级的容量/压力控制的入口导流叶片，并且可具有可变扩散器。然而，小型压缩机可省略这些。
使环路间热交换器40紧接压缩机吸入口允许两者之间非常低的压降并因此增加效率。这不同于远程压缩机情况(例如，户外单元中的压缩机由户内单元中的热交换器进给)，其中需要一个或多个无效。在油润滑系统中，需要热交换器(如果是单环路系统的话是户内热交换器，或如果是多环路系统的话是环路间热交换器)与压缩机之间的高速流动以便适当地夹带油。为了提供这个高速流动，将需要压降，由此影响了效率。可替代地，在具有制冷剂润滑的压缩机(不需要油夹带)的远程压缩机情况下，可以通过在热交换器与压缩机之间具有适当大直径的管道来避免压降。然而，这个管道导致了材料成本。因此，这些考虑事项可与有助于将压缩机带入户内单元的其他因素协同。
典型现有技术的小容量系统使用旋转式或涡旋式压缩机。此类压缩机存在一些问题。一个问题是尺寸相对较大。如果使用R1233zd替代R410A，尺寸甚至将进一步增加。小型离心式压缩机的高速电动机可允许比R410A涡旋式压缩机更紧凑的构造。
其他问题涉及效率。存在与油润滑降低热交换器的效率相关联的效率问题。因此，利用离心式压缩机替换涡旋式压缩机可呈现若干优点中的一个或多个，包括紧凑性、一般效率和采用不含油配置时的效率。尽管大型离心式压缩机仍可比涡旋式压缩机或其他正排量式压缩机更安静，但它们对于户内使用仍然存在问题。以高速运行的小型离心式压缩机可产生高频噪声，这种高频噪声很容易通过添加护板而衰减。示例性护板涉及两层。内层(与振动压缩机外壳紧邻)由吸声材料(诸如开孔泡沫或玻璃纤维)制成。外层是柔性、阻尼、加权材料(例如，质量加权乙烯基)并且可比侧层更薄。内层具有两个功能：耗散困在护板内部的声音；以及使振动外壳从外层脱离。外层功能是通过向内反射困住由外壳发出的声音。
协同效应还涉及制冷剂与压缩机配置和操作参数之间的关系。由于更低的排放温度和更低的膨胀损失，R1233zd具有比R410A更高的循环效率。在涡旋式压缩机中直接使用R1233zd将需要非常大的压缩机，因为R1233zd的体积流量在给定容量下将是R410A的约十倍。尽管示例性制冷剂是R1233zd，但这不意味着排除可开发的具有与R1233zd类似特性(低压、低GWP、无毒且不可燃)的其他制冷剂。R1233zd是氢氯氟烯烃。当前商业化的所开发其他烯烃基化合物是低GWP的，但是中压且可燃的。将来开发的制冷剂可能满足全部四个标准。
另外的考虑事项涉及压缩机的动力提供(powering)。高速离心式压缩机需要高速逆变器。这不同于涡旋式压缩机的同步动力提供。高速逆变器硬件自身形成可变速驱动的基础。因此，一旦高速逆变器到位，就能够在较小或无附加成本的情况下实现可变速操作。这允许更高效率的操作，尤其是针对季节性变化的调整。
图3示出作为三环路系统形成的替代系统300，其中第一环路36基本上与图1中的相同(为了便于说明而未示出轴承制冷剂供应和返回/排泄部件，但以其他方式类似于图1)。然而，添加了附加环路(户外环路)302，其特征在于户外热交换器并与蒸气压缩环路热连通，以便在正常冷却模式下从蒸气压缩环路338吸收热量。在分体式单元的实例中，户内-户外分体与图1类似，即户内单元26包括蒸气压缩系统压缩机、膨胀装置和用于与户内环路连通的环路间热交换器40。用于与户外环路连通的环路间热交换器340如图1的户外热交换器，位于外壳329中作为户外单元328的一部分。同样，户外环路中的相变可帮助降低蒸气压缩环路所需的压降。
其中的变化是对于热管环路36、328，消除了泵90、390从而依赖于重力操作。例如，在户内环路36中，在不具有泵的情况下，环路间热交换器40可以是管壳式热交换器，其具有携带户内环路的流体的竖直取向管。
在户内(在冷却模式下吸热)热交换器32中，二相流体(例如，以上所论述的CO2)进入管阵列的底部并通过来自户内空气流的热传递而升温/沸腾，从而使得蒸气从顶部出来并流回到环路间热交换器40。该蒸气进入管阵列的顶部，在管阵列中蒸气将热量排放给环路间热交换器40的壳内的制冷剂并冷凝。当流体冷凝时，它向下流动并累积在环路间热交换器40的底部处。户内热交换器32可位于比环路间热交换器40更低的高度处，从而使得冷凝的流体在重力作用下流动到户内热交换器32(因为液柱比蒸气柱更重)。
在无泵户外环路中，户外热交换器334可具有竖直取向的管，流体从管阵列的顶部进入，并且环路间热交换器340可以是具有竖直管的管壳式热交换器，流体从管阵列的底部进入。
尽管示出分体式系统，但替代系统可以是“封装的”，诸如在屋顶系统中那样。在如屋顶系统的这种系统的实例中，所有部件，包括另外将是户内热交换器的部件，都在户外封装包中并且可处在单个外壳中。供应和返回管道可将该户内热交换器联接到建筑物内部。
描述中和所附权利要求书中的“第一”、“第二”以及类似词语的使用仅仅是为了在权利要求内进行区别，而不一定指示相对或绝对的重要性或时间顺序。类似地，在权利要求中标识为“第一”(或诸如此类)的一个元件并不排除此类“第一”元件去标识在另一个权利要求或在描述中被称为“第二”(或诸如此类)的元件。
在测量值以英制单位给出(随后在括号里加上国际单位或其他单位)的情况下，括号里的单位是转换形式，并且不应暗示在英制单位中未发现精确程度。
已描述了一个或多个实施方案。然而，应理解，可以做出各种修改。例如，当应用于现有基本系统时，此类配置或其相关联用途的细节可能影响特定实现方式的细节。因此，其他实施方案也处于所附权利要求书的范围内。

Claims (21)

1.一种系统(20；300)，其包括：
蒸气压缩环路(38；338)；
低压或中压制冷剂，所述低压或中压制冷剂处在所述环路中；以及
离心式压缩机(42)，所述离心式压缩机沿着所述蒸气压缩环路并包括：
外壳(120)；
入口(44)；
出口(46)；
叶轮(140)；
电动机(122)，所述电动机联接到所述叶轮以便驱动所述叶轮的旋转；以及
一个或多个制冷剂润滑的轴承(130、132)。
2.如权利要求1所述的系统，其中：
所述叶轮在出口处具有不超过5.0英寸(12.7cm)的直径。
3.如任何前述权利要求所述的系统，其中：
所述制冷剂包括R1233zd(E)。
4.如任何前述权利要求所述的系统，其中：
所述蒸气压缩环路中的流体包括所述制冷剂和按重量计不超过1000ppm的润滑剂。
5.如任何前述权利要求所述的系统，其还包括：
户内热交换器(32)；以及
户外热交换器(34；334)。
6.如权利要求5所述的系统，其中：
所述户外热交换器(34)沿着所述蒸气压缩环路(38)。
7.如权利要求5所述的系统，其中：
所述户外热交换器(334)沿着传热环路(302)。
8.如权利要求5至权利要求7中任一项所述的系统，其中：
所述户内热交换器沿着户内传热环路(36)。
9.如任何前述权利要求所述的系统，其中：
所述制冷剂是低毒性、低可燃性制冷剂。
10.如权利要求9所述的系统，其中：
所述制冷剂是ASHRAE评级A1制冷剂。
11.如任何前述权利要求所述的系统，其中：
所述制冷剂在104°F(40℃)下具有不超过170psia(1.17MPa)的饱和压力。
12.如权利要求12所述的系统，其中：
所述104°F(40℃)下饱和压力小于45psia(310kPa)。
13.如任何前述权利要求所述的系统，其中：
所述制冷剂具有小于150的直接GWP。
14.一种使用任何前述权利要求所述的系统的方法，所述方法包括：
以至少20,000rpm的速度驱动所述叶轮。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括：
利用以低于大气压的压力进入所述压缩机的制冷剂操作。
16.一种用于操作系统(20；300)的方法，所述系统包括：
蒸气压缩环路(38；338)；
离心式压缩机(42)，所述离心式压缩机沿着所述蒸气压缩环路并包括：
外壳(120)；
入口(44)；
出口(46)；
叶轮(140)；以及
一个或多个轴承(130、132)，
其中：
所述方法包括以至少20,000rpm的速度运行所述压缩机以驱动制冷剂沿着所述蒸气压缩环路的流动，以便：
传送所述制冷剂的流动以润滑所述一个或多个轴承；以及
提供以低于大气压的压力进入所述压缩机的制冷剂
17.如权利要求16所述的方法，其中：
所述压缩机是单级压缩机。
18.一种系统(20；300)，其包括：
蒸气压缩环路(38；338)；
户内单元(26)，其包括：
离心式压缩机(42)，所述离心式压缩机沿着所述蒸气压缩环路并包括：
外壳(120)；
入口(44)；
出口(46)；
叶轮(140)；
环路间热交换器(40)，所述环路间热交换器被定位以在所述蒸气压缩环路与传热环路(36)之间提供热交换；以及
户内空气热交换器(32)，所述户内空气热交换器沿着所述传热环路；以及
户外单元(28；328)，其包括：
户外空气热交换器(34；334)，所述户外空气热交换器沿着所述蒸气压缩环路或与所述蒸气压缩环路热连通。
19.如权利要求18所述的系统，其还包括以下中的一者或多者：
低压或中压制冷剂，所述低压或中压制冷剂处在所述环路中；以及
一个或多个制冷剂润滑的轴承(130、132)。
20.如权利要求18所述的系统，其中：
所述叶轮在出口处具有不超过5.0英寸(12.7cm)的直径。
21.如权利要求18所述的系统，其中：
所述户外空气热交换器沿着第二传热环路；并且
所述户外单元包括第二环路间热交换器(340)，所述第二环路间热交换器被定位以在所述蒸气压缩环路与所述第二传热环路之间提供热交换。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462992A (zh) * 2017-03-24 2019-11-15 江森自控科技公司 用于冷却器马达的液体喷射喷嘴

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190128713A (ko) 2017-03-24 2019-11-18 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 냉각 유동 경로를 갖는 칠러 모터
CN114876825A (zh) 2017-03-24 2022-08-09 江森自控泰科知识产权控股有限责任合伙公司 磁性轴承马达压缩机
MX2019015060A (es) * 2017-06-21 2020-08-03 Honeywell Int Inc Sistemas y métodos de refrigeración.
US11306950B2 (en) 2017-07-28 2022-04-19 Carrier Corporation Lubrication supply system
US11486618B2 (en) 2019-10-11 2022-11-01 Danfoss A/S Integrated connector for multi-stage compressor
US11841031B2 (en) 2020-03-13 2023-12-12 Honeywell International Inc. Compressor sensor mount
US11635091B2 (en) 2020-03-13 2023-04-25 Honeywell International Inc. Compressor with integrated accumulator

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003072946A1 (en) * 2002-02-28 2003-09-04 Turbocor Inc. A centrifugal compressor
CN103842745A (zh) * 2011-09-30 2014-06-04 开利公司 高效率制冷系统
US20140260376A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Johnson Controls Technology Company Subcooling system with thermal storage
WO2014158468A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Carrier Corporation Compressor bearing cooling
WO2014158329A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Carrier Corporation Compressor bearing cooling
WO2014179032A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Carrier Corporation Compressor bearing cooling via purge unit
CN104254744A (zh) * 2011-12-21 2014-12-31 维纳斯系统公司 离心式制冷剂蒸气压缩机

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3960468A (en) * 1946-07-16 1976-06-01 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Fluid lubricated bearing assembly
US4626168A (en) * 1985-05-15 1986-12-02 Dresser Industries, Inc. Diffuser for centrifugal compressors and the like
JP3716061B2 (ja) * 1996-10-25 2005-11-16 三菱重工業株式会社 ターボ冷凍機
JPH10131889A (ja) * 1996-10-25 1998-05-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 冷凍機用圧縮機
EP1473465B2 (en) * 2003-04-30 2018-08-01 Holset Engineering Company Limited Compressor
WO2005067555A2 (en) 2004-01-14 2005-07-28 E.I. Dupont De Nemours And Company 1,1,1,3,3-pentafluorobutane refrigerant or heat transfer fluid compositions comprising hydrofluorocarbon and uses thereof
GB0403869D0 (en) * 2004-02-21 2004-03-24 Holset Engineering Co Compressor
US7413675B2 (en) 2004-06-29 2008-08-19 E.I. Dupont De Nemours And Company Hydrocarbon refrigerant compositions and uses thereof
JP2008531975A (ja) 2005-03-04 2008-08-14 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー エンジン排ガス駆動タービンを動力源とする冷凍／空気調節装置
US20060245944A1 (en) 2005-03-21 2006-11-02 Leck Thomas J Cooling apparatus powered by a ratioed gear drive assembly
US20060266976A1 (en) 2005-05-27 2006-11-30 Minor Barbara H Compositions comprising bromofluoro-olefins and uses thereof
US8574451B2 (en) 2005-06-24 2013-11-05 Honeywell International Inc. Trans-chloro-3,3,3-trifluoropropene for use in chiller applications
WO2008112569A2 (en) 2007-03-09 2008-09-18 Johnson Controls Technology Company Refrigeration system
ES2656411T3 (es) * 2008-03-07 2018-02-27 Arkema, Inc. Uso del R-1233 en enfriadores de líquidos
JP2010024410A (ja) 2008-07-24 2010-02-04 Sanden Corp 冷凍回路
US20130091843A1 (en) 2008-12-05 2013-04-18 Honeywell International Inc. Fluoro olefin compounds useful as organic rankine cycle working fluids
MY160233A (en) 2009-09-16 2017-02-28 Du Pont Composition comprising cis-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-butene and trans-1,2-dichloroethylene, apparatus containing same and methods of producing cooling therein
TWI386611B (zh) * 2010-02-10 2013-02-21 Ind Tech Res Inst 無油潤滑離心式冷媒壓縮機及其潤滑方法
KR102037782B1 (ko) 2010-04-16 2019-10-29 더 케무어스 컴퍼니 에프씨, 엘엘씨 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 1,1,1,2-테트라플루오로에탄을 포함하는 조성물, 이를 함유하는 칠러, 및 그 안에 냉각을 생성하는 방법
US20120207585A1 (en) * 2011-02-07 2012-08-16 Robert Anderson Centrifugal Compressor
US20140360210A1 (en) * 2011-12-06 2014-12-11 Trane International Inc. Rolling element bearings for an oil-free liquid chiller
TW201413192A (zh) 2012-08-01 2014-04-01 Du Pont Ｅ－１，１，１，４，４，４－六氟－２－丁烯在熱泵的使用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003072946A1 (en) * 2002-02-28 2003-09-04 Turbocor Inc. A centrifugal compressor
CN103842745A (zh) * 2011-09-30 2014-06-04 开利公司 高效率制冷系统
CN104254744A (zh) * 2011-12-21 2014-12-31 维纳斯系统公司 离心式制冷剂蒸气压缩机
US20140260376A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Johnson Controls Technology Company Subcooling system with thermal storage
WO2014158468A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Carrier Corporation Compressor bearing cooling
WO2014158329A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Carrier Corporation Compressor bearing cooling
WO2014179032A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Carrier Corporation Compressor bearing cooling via purge unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462992A (zh) * 2017-03-24 2019-11-15 江森自控科技公司 用于冷却器马达的液体喷射喷嘴

Also Published As

Publication number Publication date
CN107923663B (zh) 2021-05-11
US10648702B2 (en) 2020-05-12
US20180224168A1 (en) 2018-08-09
WO2017027701A1 (en) 2017-02-16
EP3334984A1 (en) 2018-06-20

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