CN108779940A - 低gwp级联制冷系统 - Google Patents

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M.彼得森
A.塞蒂
G.波特克
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Abstract

公开的是用于提供位于在正常使用过程中被人类或其它动物占据或将会暴露于人类或其它动物的外壳中的空气的冷却的级联制冷系统，其中系统包括：(1)第一相对低温传热环路，其具有位于所述外壳之内的第一蒸发器和在所述低温传热环路中的第一传热流体；(2)包含第二传热流体的基本位于所述外壳外的第二传热环路；(3)充当低温环路中的冷凝器的热交换器，其通过将热量排出到第二传热流体中而与高温环路热耦合；和(4)在高温回路中的热交换器，其从离开高温冷凝器的第二传热流体向通往压缩机吸入侧的那部分第二传热流体传输热量。

Description

低GWP级联制冷系统
对相关申请的交叉引用
本申请要求2016年3月25日提交的临时申请62/313,177的优先权，其全文经此引用并入本文。
本申请也是2017年3月24日提交的美国申请No. 15/468,292的继续申请案并要求其优先权权益，其全文经此引用并入本文。
本申请也是2017年1月6日提交的美国申请No. 15/400,891的部分继续申请案，该申请目前待审，其又要求2016年1月6日提交的临时申请62/275,382的优先权权益，各自全文经此引用并入本文。
本申请也是2017年2月16日提交的美国申请No. 15/434,400的部分继续申请案，该申请目前待审，其又要求2016年2月16日提交的62/295,731的优先权权益，各自的整个内容经此引用并入本文。
技术领域
本发明涉及高效、低全球变暖潜势("低GWP")空调和/或制冷系统和安全有效的提供冷却的方法。
背景技术
在典型的空调和制冷系统中，使用压缩机将传热蒸气从较低压力压缩到较高压力，这进而向该蒸气增加热量。这种增加的热量通常在常被称作冷凝器的热交换器中排出。将进入冷凝器的传热蒸气冷凝以产生在相对高的压力下的液体传热流体。通常冷凝器使用周边环境中大量可得的流体，如环境外部空气，作为热汇(heat sink)。一旦其已冷凝，高压传热流体经历基本上等焓的膨胀，这将通过使该流体经过膨胀装置或阀发生，在此其膨胀至较低压力，这进而导致该流体发生温度降低。来自膨胀操作的较低压力、较低温度的传热流体然后通常送往蒸发器，在此其吸收热量并由此蒸发。该蒸发过程进而导致意图冷却的流体或主体(body)冷却。在许多典型的空调和制冷应用中，冷却的流体是要冷却的区域中包含的空气，如打开空调的住宅中的空气或步入式冷藏室(walk-in cooler)或超级市场冷藏柜或冷冻柜(supermarket cooler or freezer)内部的空气。在该传热流体在蒸发器中在低压下蒸发后，将其送回压缩机，在此循环再次开始。
因素和要求的复杂和相互关联的组合与形成高效、有效和安全并同时环境友好，即具有低GWP影响和低臭氧消耗("ODP")影响两者，的空调系统相关联。对于效率(efficiency)和效能(effectiveness)，传热流体在空调和制冷系统中以高效率水平和高相对容量运行是重要的。同时，由于传热流体有可能随时间流逝逸出到大气中，所述流体具有低GWP值和低ODP值两者是重要的。
申请人已经认识到，尽管某些流体能够实现高水平的效率和效能两者和同时能够实现低水平的GWP和ODP两者，但许多满足该要求组合的流体受困于具有安全相关缺陷的缺点。例如，否则可能可接受的流体可能由于可燃性性质和/或毒性问题而不受欢迎。申请人已经认识到，具有这样的性质的流体的使用在典型的空调中和在许多制冷系统中尤其不合意，因为这样的可燃的和/或有毒的流体可能不经意释放到被冷却的住宅、步入式冷藏室、冷藏箱(cold-box)、冷却器(chiller)、冷冻柜或运输制冷箱(transport refrigerationbox)中，因此使其占用者暴露于或可能暴露于危险状况下。申请人也已经认识到，对于相对小的系统，例如容量小于30 kw的系统，该问题甚至受到更强烈的关注，因为对于这样的系统，有效的安全防护系统如防火系统的成本通常在经济上不可行。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种级联制冷系统，其用于提供位于在正常使用过程中被人类或其它动物占据或将会暴露于人类或其它动物的外壳(enclosure)中的空气的直接或间接冷却，但优选直接冷却。如本文中使用的那样，术语"外壳"是指至少部分被圈定(例如该外壳可在一面或多面开放，或封闭)并包括已被冷却的空气的空间。
本系统的优选实施方案包括位于外壳之内并且是第一相对低温传热环路(circuit)的一部分的至少第一蒸发器。所述低温传热环路优选包含在蒸气压缩循环回路(loop)中的第一传热流体，所述回路包含至少：用于提高第一传热组合物的压力的压缩机；用于在相对高的压力下冷凝来自压缩机的至少一部分第一传热组合物的热交换器；用于降低来自冷凝器的传热组合物的压力的膨胀装置；和用于将热量从要冷却的外壳吸收到所述传热组合物中的蒸发器。优选地，所述压缩机、冷凝器和所述膨胀阀的一个或多个，最优选所有这些，位于外壳外且所述蒸发器位于外壳之内。
本发明的系统还优选包括基本位于外壳外的第二传热环路，其在本文中为方便起见有时被称作"高温"回路。所述高温回路优选包含在蒸气压缩循环回路中的第二传热流体，所述回路包含至少压缩机、用于冷凝高温回路中的传热流体(优选通过与外壳外的环境空气热交换)的热交换器，和用于降低来自压缩机的第二传热流体的压力的膨胀装置。
本发明的优选实施方案的一个重要方面在于，充当低温环路中的冷凝器的热交换器通过将热量排出到第二传热流体中，优选通过使至少显著部分的所述第二传热流体蒸发，而与高温环路热耦合。以这种方式，低温环路的冷凝器和高温环路的蒸发器在该热交换器中热耦合，为方便起见这在本发明的系统和方法中有时被称作"级联热交换器"。
本发明的另一重要方面在优选实施方案中包含在高温回路中存在热交换器，其已被发现有利地和出乎意料地通过从离开高温冷凝器的第二传热流体向通往压缩机吸入侧的那部分第二传热流体传输热量而改进系统性能。该热交换器在本文中为方便起见有时被称作"吸入管线热交换器(suction line heat exchanger)"。
优选系统的另一重要方面在于，在低温回路中循环的第一传热流体包含具有不大于大约500，更优选不大于大约400，再更优选不大于大约150的GWP的制冷剂，以及此外在于第一传热流体的可燃性明显小于第二传热流体的可燃性。优选地，在高温回路中循环的第二传热流体也包含具有不大于大约500，更优选不大于大约400，再更优选不大于大约150的GWP的制冷剂，但是由于在正常运行中该传热流体将决不会进入外壳，申请人已经发现在该高温回路中使用具有一个或多个如果其在外壳内循环则被认为不利的性质，例如可燃性、毒性等，的流体是有利的。以这种方式，如下文详细解释的那样，相对于将仅依赖所述第一传热组合物或仅依赖所述第二传热组合物的系统，本系统使得能够实现额外可能的出人意料的优点。
在某些优选实施方案中，第二制冷剂包含，更优选包含至少大约50重量%甚至更优选至少大约75重量%的，反式-1,3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234ze(E))和/或HFO-1234yf，且第二制冷剂的可燃性大于，优选明显大于，CO2的可燃性。在另一实施方案中，第二制冷剂包含，更优选包含至少大约75重量%甚至更优选至少大约80重量%的，反式-1,3,3,3-三氟丙烯(HFO-1234ze(E))和/或HFO-1234yf。
附图说明
图1是根据本发明的空调系统的一个优选实施方案的一般化工艺流程图。
具体实施方式
优选传热组合物
在本文所述的各优选实施方案中，所述系统包括：
(a) 相对低温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、膨胀器和蒸发器，和在所述回路中的包含第一制冷剂和优选地压缩机润滑剂的第一传热组合物，所述蒸发器位于含有要被冷却的空气的外壳中并能在大约所述相对低温从所述空气吸收热量；
(b) 相对高温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀器和吸入管线热交换器，和在所述回路中的包含第二制冷剂和优选地压缩机润滑剂的第二传热组合物，所述冷凝器能向位于所述外壳外的热汇传输热量；和
(c) 用于通过所述第一和第二制冷剂之间的热交换冷凝所述第一制冷剂和蒸发所述第二制冷剂的级联热交换器，
其中所述吸入管线热交换器与所述级联热交换器流体连通以接收至少一部分离开所述级联热交换器的所述第二传热组合物并通过从离开所述冷凝器的所述第一传热组合物吸收热量而提高其温度并由此在所述第一传热组合物进入所述第一回路膨胀器之前降低所述第一传热组合物的温度。
如本文中使用的那样，术语"相对低温"和"相对高温"，当关于第一和第二传热回路一起使用时，并且除非另行指明，在相对意义上使用以指示所示传热组合物的相对温度，其中它们相差至少大约5℃。
优选地，第一制冷剂的可燃性明显小于第二制冷剂的可燃性。在优选实施方案中，第一制冷剂具有归类为A1的根据ASHRAE Standard 34(其规定根据ASTM E681测量)的可燃性，且第二制冷剂具有归类为A2L的根据ASHRAE Standard 34的可燃性或高于A2L的可燃性，尽管对于第二制冷剂A2L归类是优选的。还优选第一和第二制冷剂各自具有小于大约150的全球变暖潜势(GWP)。
在优选实施方案中，在低温回路中循环的第一制冷剂包含二氧化碳，优选基本由二氧化碳组成，更优选在一些实施方案中由二氧化碳组成。
优选第二制冷剂包含以下的一种或多种：反式1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze(E))、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、R-227ea和R-32和这些中两种或更多种的组合。在优选实施方案中，第二制冷剂包含至少大约50重量%，更优选至少大约80重量%的2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)。在另一些优选实施方案中，第二制冷剂包含至少大约50重量%，更优选至少大约80重量%或至少大约75重量%，更优选至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze(E))。在高度优选的实施方案中，第二制冷剂包含至少大约95重量%的HFO-1234ze(E)、HFO-1234yf或这些中两种或更多种的组合，并且在一些实施方案中基本由或由HFO-1234ze(E)、HFO-1234yf或这些中两种或更多种的组合组成。
在另一些高度优选的实施方案中，第二制冷剂包含大约70重量%至大约90%的HFO-1234yf，优选大约80重量%的HFO-1234yf和大约10重量%至大约30重量%的R32，优选大约20重量%的R-32。
在另一些高度优选的实施方案中，第二制冷剂包含大约70重量%至大约90%的HFO-1234ze(E)，优选大约80重量%的HFO-1234ze(E)和大约10重量%至大约30重量%的R32，优选大约20重量%的R-32。
在另一些高度优选的实施方案中，第二制冷剂包含大约85重量%至大约90重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze(E))和大约10重量%至大约15重量%的1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)，甚至更优选在一些实施方案中包含大约88%的反式1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze(E))和大约12重量%的1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)。
本领域技术人员根据本文所含的公开内容会认识到，本发明的优选实施方案提供在要冷却的外壳内仅利用安全的(相对低毒性和低可燃性)低GWP制冷剂和在完全位于该外壳外的高温回路中利用相对较不安全但优选低GWP的制冷剂的优点。
如本文中使用的那样，术语"安全"和"相对较不安全"，当关于第一和第二传热回路一起使用时，并且除非另行指明，在相对意义上使用以指示所示传热组合物的相对安全性。这样的配置，尤其是当高温系统包括优选的吸入管线热交换器时，使本发明的系统和方法高度优选用于接近占据或使用该外壳的人类或其它动物的地点，如在步入式冷冻室、超级市场冷藏柜等中常遇到的那样。
第二制冷剂的优选实施方案公开在下表中：
。
第一传热组合物和第二传热组合物通常也各自包括润滑剂，通常为传热组合物的大约30至大约50重量%的量，余量包含制冷剂和可能存在的其它任选组分。表面活性剂和增溶剂的组合也可以如美国专利No.6,516,837所公开添加到本发明组合物中以有助于油溶性，该美国专利的公开内容经此引用并入本文。在制冷机械中与氢氟烃(HFC)制冷剂一起使用的常用制冷润滑剂，例如多元醇酯(POE)和聚烷撑二醇(PAG)、硅油、矿物油、烷基苯(AB)和聚(α-烯烃)(PAO)，可以与本发明的制冷剂组合物一起使用。优选润滑剂是POE。
下面提供根据本发明的一个方面的第一制冷剂、第二制冷剂和润滑剂的优选组合。
系统运行条件
通常认为本发明系统和方法中所用的运行条件可基于本文所含的公开内容根据具体应用广泛改变。但是，许多优选应用将有利地使用在下表中指出的范围内的运行参数，所有量被理解为被"大约"修饰：
宽 中等 窄
低级蒸发器的蒸发温度，℃ -45至-25 -40至-30 -35
低级的冷凝温度，℃ -10至10 -5至5 0
高级的蒸发温度，℃ -15至5 -10至0 -5
高级的冷凝温度，℃ 35至55 40至50 45C
蒸发器过热(各级)，℃ 0至15 0至10 5
低级的吸入管线中的温度上升，℃ 5至25 10至20 15
高级的吸入管线中的温度上升，℃ 0至15 0至10 5
高级和低级两者的膨胀装置的过冷(subcooling)，℃ 0至10 0至5 0
压缩机排放温度(discharge temperature)(低级和高级)，℃ 大约120至大约130 大约125至大约130 不大于125
当在根据本发明的工艺条件内运行时，如本文所述的吸入管线热交换器的使用优选产生与没有根据本发明的吸入管线热交换器的相同系统相比至少2% COP改进，更优选至少大约3% COP改进，甚至更优选4% COP改进。
在以下描述中，在不同实施方案中通常相同或类似的或可以相同或类似的系统的组件或元件用相同数字或符号标示。
一种优选制冷系统图示在图1中。该制冷系统笼统指定为10。笼统指定为100的边界示意性代表外壳。低温回路包含压缩机11、级联交换器12的冷凝侧12A、膨胀阀14和蒸发器15。如所示，蒸发器15与任何相关导管和其它连接和有关设备一起位于外壳 100内以向和从外壳边界输送第一传热组合物。尽管蒸发器14优选位于该外壳内并在所示出的图中被公开为位于外壳 100内，要理解的是，在某些实施方案中，可能希望和/或必须在该外壳外提供膨胀器14。高温回路包含压缩机21、级联交换器12的蒸发侧12B、膨胀阀24和冷凝器25，都与任何相关导管和其它连接和有关设备一起位于外壳 100外。高温环路还包括使得在离开冷凝器25的第二传热组合物料流30和离开级联热交换器12的蒸发侧12B的第二传热组合物料流31之间能够交换热量的吸入管线热交换器50。
尽管预计根据本发明的第一和第二制冷回路的相对尺寸可在本文范围内广泛变化，但申请人已经发现在某些实施方案中通过谨慎选择制冷回路的相对尺寸可以实现高度有利的结果。更具体地，预计和理解的是，在正常运行条件下，第一制冷回路和第二制冷回路中所含的传热组合物将永远不会混合或掺合。但是，申请人已经认识到，例如在级联热交换器中泄漏的情况下，可能出现第一和第二制冷剂的这种互混的可能性。在泄漏在被冷却的外壳内的情况下，这种混合的制冷剂料流随后可能变得暴露于位于该外壳内或附近的人类或其它动物。因此，为了确保甚至在这种泄漏的情况下也继续安全运行，申请人已经认识到，相对制冷回路尺寸的仔细和谨慎选择可产生甚至在这种泄漏的情况下也安全的系统。
尽管申请人预计本发明的系统和组合物将可用于许多制冷应用中，但优选应用包括这样的制冷系统和方法，其用于例如处理外壳例如居民住宅、办公空间、仓库等中的空气(包括冷却和/或加热)的应用中，以及与通过冷却外壳中的空气而用于使物品保冷的外壳如步入式冷藏室、冷藏箱、运输制冷箱等相关联。如本文中使用的那样，术语"运输制冷箱"用于表示位于卡车拖车上或构成卡车拖车的一部分或基本全部卡车拖车的冷藏/隔热箱。此外，在优选应用中，根据本发明的系统的容量(capacity)小于大约30 kW。在优选应用中，根据本发明的系统的容量小于大约15 kW，在又另一些应用中，根据本发明的系统的容量小于大约10 kW。
下面描述了几个优选系统、方法和组合物的例子：
A. 第一制冷剂是CO2且第二制冷剂是R-1234ze(E)
作为例子，申请人已经考虑了一种根据本发明的级联制冷系统，其中第一制冷剂由CO2组成且第二制冷剂由R01234ze(E)组成。为了获得甚至在第一和第二制冷剂之间互混的情况下也安全的根据本发明的制冷系统，申请人已经确定这些组分的各种混合物(包括蒸气和液体)的可燃性如下：
。
基于以上考虑和分析和其中第一制冷剂基本由CO2组成且第二制冷剂基本由R-1234ze(E)组成的本发明的优选方面，优选低温回路中的第一制冷剂(例如CO2)与第二制冷剂(例如R-1234ze(E))的加载重量比不小于大约1.2。在这样的实施方案中，本发明的系统甚至在第一和第二制冷剂组合物之间完全互混的情况下也将保持安全，即仅含有不可燃制冷剂。
B.第一制冷剂是CO2且第二制冷剂是SR26
作为进一步的例子，申请人已经考虑了一种根据本发明的级联制冷系统，其中第一制冷剂由CO2组成且第二制冷剂由SR26(R-1234ze(E):R-32的80:20重量比组合)组成。为了获得甚至在第一和第二制冷剂之间互混的情况下也安全的根据本发明的制冷系统，申请人已经确定这些组分的各种混合物(包括蒸气和液体)的可燃性如下：
。
基于以上考虑和分析和其中第一制冷剂基本由CO2组成且第二制冷剂基本由SR26组成的本发明的优选方面，优选低温回路中的第一制冷剂(例如CO2)与第二制冷剂(例如SR26)的加载重量比不小于大约1.0。在这样的实施方案中，本发明的系统甚至在第一和第二制冷剂组合物之间完全互混的情况下也将保持安全，即仅含有不可燃制冷剂。
C. 第一制冷剂是CO2且第二制冷剂是R-32
作为附加例子，申请人已经考虑了一种根据本发明的级联制冷系统，其中第一制冷剂由CO2组成且第二制冷剂由R-32组成。为了获得甚至在第一和第二制冷剂之间互混的情况下也安全的根据本发明的制冷系统，申请人已经确定这些组分的各种混合物(包括蒸气和液体)的可燃性如下：
。
基于以上考虑和分析和其中第一制冷剂基本由CO2组成且第二制冷剂基本由SR26组成的本发明的优选方面，优选低温回路中的第一制冷剂(例如CO2)与第二制冷剂(例如SR26)的加载重量比不小于大约0.9。在这样的实施方案中，本发明的系统甚至在第一和第二制冷剂组合物之间完全互混的情况下也将保持安全，即仅含有不可燃制冷剂。
D. 第一制冷剂是CO2且第二制冷剂是乙烷
作为附加例子，申请人已经考虑了一种根据本发明的级联制冷系统，其中第一制冷剂由CO2组成且第二制冷剂由乙烷组成。为了获得甚至在第一和第二制冷剂之间互混的情况下也安全的根据本发明的制冷系统，申请人已经确定这些组分的各种混合物(包括蒸气和液体)的可燃性如下：
。
基于以上考虑和分析和其中第一制冷剂基本由CO2组成且第二制冷剂基本由乙烷组成的本发明的优选方面，优选低温回路中的第一制冷剂(例如CO2)与第二制冷剂(例如SR26)的加载重量比不小于大约1.7。在这样的实施方案中，本发明的系统甚至在第一和第二制冷剂组合物之间完全互混的情况下也将保持安全，即仅含有不可燃制冷剂。
E. 第一制冷剂是CO2和第二制冷剂是丙烷
作为附加例子，申请人已经考虑了一种根据本发明的级联制冷系统，其中第一制冷剂由CO2组成且第二制冷剂由丙烷组成。为了获得甚至在第一和第二制冷剂之间互混的情况下也安全的根据本发明的制冷系统，申请人已经确定这些组分的各种混合物(包括蒸气和液体)的可燃性如下：
。
基于以上考虑和分析和其中第一制冷剂基本由CO2组成且第二制冷剂基本由丙烷组成的本发明的优选方面，优选低温回路中的第一制冷剂(例如CO2)与第二制冷剂(例如丙烷)的加载重量比大于4。在这样的实施方案中，本发明的系统甚至在第一和第二制冷剂组合物之间完全互混的情况下也将保持安全，即仅含有不可燃制冷剂。
实施例
对比实施例C1
如下所述的对比实施例C1基于如下图中所图示的典型步入式冷藏室制冷系统。
在上图中，由方框100示意性代表冷藏室的边界。在冷藏室方框内围住的是蒸发器15和膨胀器14。压缩机11和冷凝器20位于冷藏室方框100外。在该制冷回路内循环的制冷剂是制冷剂R-404A(52重量% R-143a、44重量% R-125和4重量% R-134a)。
使用下列运行参数：
·蒸发器15的蒸发温度 = -35℃
·冷凝器200的冷凝温度= 45℃
·膨胀器14的等熵效率= 63%
·蒸发器过热 = 5℃
·压缩机吸入管线中的温度上升 = 20℃
·膨胀装置过冷 = 0℃
这种典型系统的运行产生108.3℃的压缩机排放温度。
混杂实施例H1A – H1D
形成基于如实施例1中所示的典型制冷系统的混杂系统，但插入吸入管线热交换器以将热量吸收到离开蒸发器的R-404A中并由此通过在该料流进入膨胀器之前从离开冷凝器的R-404A吸收热量而提高进入压缩机的R-404A的温度。评估了使用具有从35%至85%变化的效能值(Effectiveness values)的吸入管线热交换器的运行。结果与用于比较的对比实施例C1的结果一起报告在下表H1中：
表H1
C1 H1A H1B H1C H1D
效能，%* 0 (无热交换器) 35 55 75 85
压缩机排放温度，℃ 108.3 133.1 150.0 166.5 174.7
*本文所用的吸入管线热交换器的效能%是指无热损失的理想运行的百分比。
从上文报告的结果可以看出，改变典型系统以包括吸入管线热交换器是不可行的，因为在每一种情况下都由于运行这样的混杂系统而发生压缩机排放温度的显著和不想要和不合意的提高。
实施例1A – 1E、2A – 2E、3A – 3E、 4A – 4E和5A – 5E
在低温回路中使用下列各制冷剂(第二制冷剂)运行如图1中所示的具有吸入管线热交换器的级联制冷系统:HFO-1234ze(E)；HFO-1234yf；SR21(80重量% HFO-1234yf和20重量%R-32)；SR26(80重量% HFO-1234ze(E)和20重量% R-32)；和SR31(88重量% HFO-1234ze(E)和12重量% R-32)。高温回路中的制冷剂是CO2。使用这些制冷剂，本发明的级联系统根据下列参数运行：
·低级(蒸发器15)的蒸发温度 = -35℃
·低级 = (级联冷凝器12A)的冷凝温度 = 0℃
·高级(蒸发器25)的蒸发温度 = -5℃
·高级(级联冷凝器12B)的冷凝温度 = 45℃
·低级膨胀器(膨胀器14)的等熵效率 = 65%
·高级膨胀器(膨胀器24)的等熵效率 = 63%
·蒸发器过热(两个蒸发器) = 5℃
·低级的吸入管线中的温度上升 = 15℃
·高级的吸入管线中的温度上升 = 5℃
·高级和低级两者的膨胀装置的过冷 = 0℃
·吸入管线液体管线热交换器效能= 从0%至85%变化。
下表1/5- DT显示各实施例的排放温度的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，本发明的所有实施例都满足本发明的优选压缩机排放温度，并在所有情况下排放温度都明显优于所述典型系统和甚至混杂系统的性能。
下表1/5 – COP显示各实施例的COP的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，本发明的所有实施例都产生与对比实施例1的系统相比至少121%的改进COP。此外，包括吸入管线热交换器的所有本发明的系统显示出与无热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进，且吸入管线热交换器具有55%或更高的热交换器效能的系统显示出与无热交换器的系统相比至少额外3%改进。
实施例6A – 6E、7A – 7E、8A – 8E、9A – 9E
在低温回路中使用下列各制冷剂(第二制冷剂)和在高温回路中使用CO2(显示各制冷剂的GWP)运行如图1中所示的没有吸入管线热交换器和具有吸入管线热交换器的级联制冷系统：
。
使用实施例1-5中指定的相同运行条件，用各制冷剂EX6-EX9运行图1的系统，且下表6/9 – DT显示各实施例的排放温度的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，对于无吸入管线热交换器的级联系统(效能 = 0)，使用制冷剂EX6– EX9产生了可接受的排放温度(在优选排放温度范围内)。但是，对于35%至85%的任一效能值的级联系统，所述制冷剂无一产生可接受的排放温度(在优选排放温度范围内)。
实施例10A – 10E、11A – 11E、12A – 12E、13A – 13E、14A – 14E、15A – 15E
在低温回路中使用下列各制冷剂(第二制冷剂)和在高温回路中使用CO2运行如图1中所示的没有吸入管线热交换器和具有吸入管线热交换器的级联制冷系统：
。
使用实施例1-5中指定的相同运行条件，用各制冷剂EX10-EX15运行图1的系统，且下表10/15 - DT显示各实施例的排放温度的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，使用制冷剂EX10-EX15产生具有低于500的GWP值的第二制冷剂，但并非每一制冷剂都产生可接受的排放温度(即在优选排放温度范围内)。对于无吸入管线热交换器的级联系统(效能 = 0)，排放温度是可接受的。但是，对于具有吸入管线热交换器的系统，各EX10 – EX13制冷剂对于所需的85%或更高的效能值产生不可接受的排放温度。只有EX 14和EX 15为具有任一所测试效能值的吸入管线热交换器提供了可接受的排放温度。下面总结了这些发现：
o 在35%效能下，需要多于30%的R1234ze(E)
o 在55%效能下：需要多于50%的R1234ze(E)
o 在75%效能下：需要多于60%的R1234ze(E)
o 在85%效能下：需要多于70%的R1234ze(E)
o 含有至少大约78% R-1234ze(E)的组合物对于吸入管线热交换器的所有效能值都是可接受的并产生大约150或更小的GWP值。
下表11/15 – COP显示各实施例的COP的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，本发明的所有实施例都产生与对比实施例1的系统相比至少121%的COP。此外，在包括吸入管线热交换器的所有本发明的受试系统中使用实施例15的制冷剂都显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进。在包括具有至少55%的效能的吸入管线热交换器的本发明的受试系统中使用实施例14的制冷剂显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进并且(如表11/15 – DT中所示)具有可接受的排放温度。在包括具有至少55%但小于大约85%的效能的吸入管线热交换器的本发明的受试系统中使用实施例13的制冷剂显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进并且(如表11/15 – DT中所示)具有可接受的排放温度。
相反，尽管在包括具有至少75%的效能的吸入管线热交换器的本发明的受试系统中使用实施例12的制冷剂显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进，但如表11/15 – DT中所示，该制冷剂对于这种条件没有提供可接受的排放温度。
实施例16A – 16E、17A – 17E、18A – 18E、19A – 19E
在高温回路中使用下列各制冷剂(第二制冷剂)和在低温回路中使用CO2(显示各制冷剂的GWP)运行如图1中所示的没有吸入管线热交换器和具有吸入管线热交换器的级联制冷系统：
。
使用实施例1-5中指定的相同运行条件，用各制冷剂EX16-EX19运行图1的系统，且下表16/19 – DT显示各实施例的排放温度的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，对于无吸入管线热交换器的级联系统(效能 = 0)，使用制冷剂EX16 – EX19产生了可接受的排放温度(在优选排放温度范围内)。但是，对于35%至85%的任一效能值的级联系统，所述制冷剂无一产生可接受的排放温度(在优选排放温度范围内)。
实施例20A – 20E、21A – 21E、22A – 22E、23A – 23E、24A – 24E、25A – 25E
在低温回路中使用下列各制冷剂(第二制冷剂)和在高温回路中使用CO2运行如图1中所示的没有吸入管线热交换器和具有吸入管线热交换器的级联制冷系统：
。
使用实施例1-5中指定的相同运行条件，用各制冷剂EX20-EX25运行图1的系统，且下表20/25 - DT显示各实施例的排放温度的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，使用制冷剂EX21 – EX25产生了具有低于500的GWP值的第二制冷剂，但并非每一制冷剂都产生可接受的排放温度(即在优选排放温度范围内)。对于无吸入管线热交换器的级联系统(效能 = 0)，排放温度是可接受的。但是，对于具有吸入管线热交换器的系统，各制冷剂EX20 – EX22对于所需的85%或更高的效能值产生不可接受的排放温度。只有EX 23、EX24和EX 25对于所有受试效能值的吸入管线热交换器提供了可接受的排放温度。下面总结了这些发现：
o 在35%效能下，需要多于30%的R1234yf
o 在55%效能下：需要多于40%的R1234yf
o 在75%和85%效能下：需要多于60%的R1234yf。
下表20/25 – COP显示了各实施例的COP的结果，显示来自对比实施例1的结果以供比较：
。
如上表所揭示，本发明的所有实施例都产生与对比实施例1的系统相比至少121%的COP。此外，在包括吸入管线热交换器的所有本发明的受试系统中使用实施例24和25的制冷剂显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进，且实施例22和23的制冷剂对于效能为55%或更高的热交换器显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进。在包括具有至少75%的效能的吸入管线热交换器的本发明的受试系统中使用实施例22的制冷剂显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进。
重要地，在包括吸入管线热交换器的所有本发明的受试系统中使用实施例24和25的制冷剂不仅显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进，而且此类制冷剂(如表21/25 – DT中所示)还对于测试的所有吸入管线热交换器效能水平都具有可接受的排放温度。在包括具有55%的效能的吸入管线热交换器的本发明的受试系统中使用实施例22和23的制冷剂不仅显示出与无吸入管线热交换器的本发明的系统相比至少额外2%改进，而且(如表21/25 – DT中所示)还具有可接受的排放温度。
相反，虽然使用实施例20的制冷剂对于任何热交换器效能值都没有展示出至少2%改进，以及虽然实施例21和22对于75%和85%的热交换器效能值显示出至少2%改进，但如表20/25 – DT中所示，这些热交换器效能值没有提供可接受的排放，该制冷剂不适合这种条件。

Claims (10)

1.一种用于冷却外壳的内容物的传热系统，其包括：
(a) 相对低温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、膨胀器和蒸发器，和在所述回路中的包含第一制冷剂和压缩机润滑剂的第一传热组合物，所述蒸发器位于所述外壳中并能在大约所述相对低温从所述外壳中的流体吸收热量；
(b) 相对高温蒸气压缩回路，其包含在所述回路中流体连通的压缩机、冷凝器、膨胀器和吸入管线热交换器，和在所述回路中的包含第二制冷剂和优选地压缩机润滑剂的第二传热组合物，所述冷凝器能向位于所述外壳外的热汇传输热量；和
(c) 用于通过所述第一和第二制冷剂之间的热交换冷凝所述第一制冷剂和蒸发所述第二制冷剂的级联热交换器，
其中所述吸入管线热交换器与所述级联热交换器流体连通以接收至少一部分离开所述级联热交换器的所述第二传热组合物并通过从离开所述冷凝器的所述第一传热组合物吸收热量而提高所述第二传热组合物的温度并由此在所述第一传热组合物进入所述第一回路膨胀器之前降低所述第一传热组合物的温度。
2.权利要求1的系统，其中该第一制冷剂具有根据ASHRAE 34归类为A1(通过ASTM E681测量)的可燃性且该第二制冷剂具有根据ASHRAE 34归类为A2L(通过ASTM E681测量)的可燃性或高于A2L的可燃性。
3.权利要求1的系统，其中所述压缩机和所述膨胀器和所述冷凝器各自不位于所述外壳中。
4.权利要求5的系统，其中所述吸入管线热交换器不位于所述外壳中。
5.权利要求1的系统，其中所述第二制冷剂包含以下中的一种或多种：反式1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze(E))、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、R-227ea、R-32和这些中两种或更多种的组合。
6.权利要求1的系统，其中所述第二制冷剂包含至少大约80重量%的2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-12304yf)。
7.权利要求1的系统，其中所述第二制冷剂基本由HFO-1234ze(E)、HFO-1234yf或这些的组合组成。
8.权利要求1的系统，其中所述第二制冷剂包含大约70重量%至大约90重量%的HFO-1234yf和大约10重量%至大约30重量%的R32。
9.权利要求1的系统，其中所述第二制冷剂包含大约70重量%至大约90重量%的HFO-1234yze(E)和大约10重量%至大约30重量%的R32。
10.权利要求1的系统，其中所述第二制冷剂包含大约85%至大约90重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze(E))和大约10重量%至大约15重量%的1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(HFC-227ea)。
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