CN108885030A - 高效空气调节系统和方法 - Google Patents

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Abstract

制冷系统包括待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包含含有制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约80重量%的反式1,3,3,3‑四氟丙烯（反式HFO‑1234ze）。

Description

高效空气调节系统和方法
对相关申请的交叉引用
本申请涉及和要求2016年1月6日提交的美国临时申请62/275,382的优先权，其全文经此引用并入本文。
发明领域
本发明大体上涉及空气调节系统，更特别涉及使用离心式压缩机并具有最多大约30吨的制冷量的此类系统。
背景
某些卤代烯烃，包括化合物1-氯-3,3,3-三氟丙烯（HFCO-1233zd）和1,3,3,3-四氟丙烯（HFO-1234ze）已被提议用于蒸气压缩制冷系统。参见US 7,833,433。标准的蒸气压缩系统在‘433专利中被描述为包括用于压缩制冷剂蒸气以产生相对升高的压力和温度的蒸气的压缩机。此类系统的一个实例在本文中图示说明为图P。在这样的系统中，在相对较低的压力下经由管道19A将制冷剂引入压缩机11的吸入侧并经由管道19B将高压制冷剂排出和传送至冷凝器12。通过在冷凝器12中冷凝制冷剂蒸气而从这种高温制冷剂蒸气中除去热，以产生相对高压的液体制冷剂，其进入管道15A。该相对高压液体随后在膨胀装置14中经历名义上等焓减压以产生相对低温低压液体，其随后在蒸发器24中被从待冷却的物体或流体传递的热气化。由此产生的低压蒸气经由管道19A回到压缩机的吸入侧，由此完成该循环。
‘433专利笼统建议，其中公开的制冷剂组合物可用于使用蒸气压缩系统的各种不同冷却操作，包括使用离心式压缩机的冷却器（chiller）系统。通常，离心式冷却器是大容量系统，即具有大于50吨的容量的系统。此类系统最通常为50至150吨制冷量，某些系统高达8500吨。
申请人已经认识到，与在使用高效离心式压缩机的小容量空气调节系统中使用反式HFCO-1233zd和/或反式HFO-1234ze的努力相关地存在某些出乎意料的问题。如下文详细描述，申请人已经意外地发现，可以通过在空气调节系统中使用一种或多种专用配置克服这些问题，所述专用配置允许使用高效设备，包括高效压缩机和蒸发器，同时克服申请人认识到的在此类系统中使用反式HFCO-1233zd和/或反式HFO-1234ze时的问题。
概述
申请人已经意识到，在许多应用中非常期望提供使用高效离心式压缩机和高效蒸发器的低容量空气调节系统。但是，申请人还已经意识到，包含高百分比（例如高于大约80重量%）HCFO-1233zd(E)或高百分比（例如高于大约80重量%）HFO-1234ze(E)的制冷剂组合物的使用会对此类系统的可靠性和/或效用和/或效率造成严重问题。
例如，在某些空气调节系统中非常期望使用满液式蒸发器，因为这样的热交换设备允许向液体制冷剂高效传热。这种高效运行至少部分归因于在这样的设备中传热表面基本被液体制冷剂覆盖的事实。但是，由于使用这样的高效设备，离开这样的蒸发器的蒸气基本在饱和状态，即具有极少过热或没有过热。这从效率角度看是一个优点，尽管在这样的情况下确保在饱和状态或接近饱和状态下进入压缩机的蒸气不冷凝变得尤其重要。这是因为这样的液体制冷剂在压缩机中的存在对压缩机运行的效率和/或可靠性具有负面影响。在使用其它制冷剂的典型运行条件下，饱和或接近饱和的制冷剂蒸气在压缩机吸入口的使用不会造成问题，因为在高效压缩机中发生的名义等熵膨胀过程中向制冷剂蒸气添加热并在从压缩机中排出时产生至少大约5°的过热。
但是，申请人已经意识到，在使用高效离心式压缩机的系统中在本文中优选的类型的条件下使用本发明的优选制冷剂组合物时将出现问题。更具体地，申请人已经发现，本发明的优选制冷剂组合物在典型条件下在高效压缩过程中不产生正常或预期量的过热。实际上，申请人已经发现，对于高效离心式压缩机运行，在不存在本文中提供的一个或多个解决方案的情况下，从压缩机中排出“湿蒸气”。本文所用的术语“湿蒸气”是指其中夹带冷凝液的蒸气。如本领域技术人员公知的，这样的蒸气在压缩机中的存在可对离心式压缩机的高效和/或可靠运行非常有害。相应地，申请人已经发现，在不存在本解决方案的情况下，根据本发明的优选方面的制冷剂的使用在高效离心式压缩机的运行中，尤其在也使用高效率、低过热或无过热蒸发器的应用中可产生出乎意料的问题。但是，申请人还已经意识到，非常期望使用本发明的优选传热组合物运行这样的系统，因为这样的运行能够提供有利的环保运行。
为了克服申请人已经认识到的问题和困难，本发明的一个方面提供具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器（heat sink）的类型的制冷系统，所述系统优选具有大约2至大约30吨的容量并包括：
(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（HCFO-1233zd(E)）或至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（HFO-1234ze(E)），
(b) 离心式压缩机，其具有：(i) 用于接收在大约40至大约350 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和(ii) 用于排出在排出:吸入压力比为至少大约2:1的压力下的相对高压制冷剂蒸气的排出口；
(c) 流体连接到所述压缩机的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收至少一部分所述压缩机排出制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气，优选基本所有所述制冷剂蒸气以产生在大约10℃至大约60℃的温度下的相对高压制冷剂液体；
(d) 流体连接到所述冷凝器的膨胀器，其用于基本等焓降低所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约40至大约350 kPa的压力下的低压制冷剂液体；
(e) 流体连接到所述膨胀器的高效蒸发器，优选满液式蒸发器，其用于接收来自所述膨胀器的所述低压制冷剂液体和通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发所述低压制冷剂液体以产生在大约40至大约350 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气，离开所述蒸发器的所述制冷剂蒸气优选基本没有过热；
(f) 流体连接在所述蒸发器和所述压缩机的所述制冷剂吸入口之间的至少一个热交换器，所述至少一个热交换器接收来自所述蒸发器的至少一部分所述低压制冷剂蒸气和加热所述低压制冷剂蒸气以产生具有比进入所述至少一个热交换器的蒸气的温度高至少大约5℃的温度的低压制冷剂蒸气，来自所述至少一个热交换器的所述高温制冷剂蒸气流体连接到所述压缩机吸入口以向所述压缩机提供低压制冷剂蒸气。
如本文所用，以“吨”数定义的术语“容量”是指与在24小时内融化在0C（32F）下的1吨（2000 lb；907 kg）冰所需的热量相当的传热速率并通常相当于大约12,000 BTU/小时。
下面公开本发明的其它实施方案和方面。
附图简述
图P是现有技术传热系统的图示说明。
图1是根据本发明的空气调节系统的一个优选实施方案的一般化工艺流程图。
图2是根据本发明的空气调节系统的另一优选实施方案的一般化工艺流程图。
图3是根据本发明的空气调节系统的另一优选实施方案的一般化工艺流程图。
图4A是根据本发明的空气调节系统的另一优选实施方案的一般化工艺流程图。
图4B是根据本发明的一个方面的具有阻燃特征的空气调节系统的一个优选实施方案的更具体的工艺流程图。
优选实施方案详述
优选传热组合物
在本文所述的各实施方案中，该系统包括包含制冷剂和优选但不必需的压缩机润滑剂的传热组合物。该制冷剂优选包含至少大约70重量%或至少大约80重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（HCFO-1233zd(E)）或反式1,3,3,3-四氟丙烯（HFO-1234ze(E)），并且是不易燃和低毒性制冷剂，优选具有根据ASHRAE Standard 2013的Class A毒性和根据ASHRAEStandard 34-2013并描述在ASHRAE Standard 34-2013的附录B1中的Class 1或Class 2或Class 2L可燃性。
在高度优选的实施方案，包括包含为该系统和方法提供阻燃特征的本文中公开的类型的实施方案中，该制冷剂包含至少大约95重量%HFCO-1233zd(E)，在一些实施方案中基本由其或由其构成。
在另一些高度优选的实施方案中，该制冷剂包含大约1重量%至大约5重量%的五碳饱和烃，优选异戊烷、正戊烷或新戊烷的一种或多种，在此类实施方案的优选方面中所述HFCO-1233zd(E)和所述戊烷的组合是共沸组合物的形式。这样的共沸物和类共沸物组合物公开在美国专利8,802,874、美国专利8,163,196和美国专利8,703,006中，其各自经此引用并入本文。包含如这一段中描述的制冷剂组合物的本发明的传热组合物优选包含润滑剂，其包含POE和/或矿物油和/或烷基苯或由其构成。
在高度优选的实施方案，包括包含为该系统和方法提供阻燃特征的本文中公开的类型的实施方案中，该制冷剂包含大约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）。包含如这一段中描述的制冷剂组合物的本发明的传热组合物优选包含润滑剂，其包含POE或由其构成。
本领域技术人员根据本文所含的公开内容会意识到，本发明的这样的实施方案提供仅利用相对安全的（低毒性和低可燃性）低GWP制冷剂的优点，这使它们非常优选用于接近住宅中居住的人类或其它动物的地点，如在空气调节应用中常遇到的那样。
本发明的传热组合物通常包含润滑剂。但是，本发明的实施方案包括使用不需要润滑剂和/或不需要将润滑剂与制冷剂组合的压缩机的系统和方法。但是，对于润滑剂和制冷剂作为混合物一起包括在该系统中的一个或多个位置的那些优选实施方案，润滑剂优选以基于该系统中的制冷剂总重量和该系统中的润滑剂总重量的传热组合物的大约30至大约50重量%的量存在于该系统中，也可能存在如下所述的其它任选组分。在优选实施方案中，预计本发明的传热组合物，特别是来自压缩机的carry-over蒸气的形式和来自冷凝器并进入蒸发器的液体的形式，包含大约97重量%至大约99.5重量%的本发明的制冷剂和大约0.5至大约3重量%的润滑剂，此类润滑剂优选是POE润滑剂和/或矿物油润滑剂。
其它任选组分包括增容剂，如丙烷，以助于润滑剂的相容性和/或可溶性。当存在时，此类增容剂，包括丙烷、丁烷和戊烷优选以该组合物的大约0.5至大约5重量%的量存在。表面活性剂和增溶剂的组合也可以添加到本组合物中以助于油溶性，如美国专利6,516,837所公开的，其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，如多元醇酯（POE）和聚亚烷基二醇（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。本发明的优选润滑剂选自POE和矿物油和烷基苯。
系统
本制冷系统和方法特别适用于低容量空气调节系统，即具有30吨或更低的容量的系统，特别是住宅空气调节，特别是具有大约2至大约5吨的容量的住宅空气调节，和特别具有大约5至大约30吨的容量的商业成套屋顶空气调节机组。
图1中图示说明的类型的实施方案
在图1中图示说明笼统指定为10的优选空气调节系统。这样的优选空气调节系统包括压缩机11、冷凝器12、蒸发器24（优选满液式蒸发器）、膨胀阀14和吸入管线热交换器30，以及任何相关管道15A、15B、16A和16B和其它连接和相关设备（未显示）。在运行中，根据本发明的制冷剂作为相对高压制冷剂蒸气从压缩机11中排出，其可包含夹带的润滑剂，然后经由管道19C传送至冷凝器12。在冷凝器12中，制冷剂蒸气传递其一部分热，优选经由相变和优选传递到环境空气，并产生包含至少部分，优选基本完全冷凝的制冷剂的流出物物流。来自冷凝器12的制冷剂流出物经由管道15A传送至吸入管线热交换器30，在此如下文更充分解释的，其将额外的热损失给来自蒸发器24的流出物。来自吸入/液体管线热交换器30的流出物随后经由管道15B传送至膨胀阀14，在此降低制冷剂的压力，优选基本等焓降低，这又降低制冷剂的温度。来自膨胀阀14的相对较冷的液体制冷剂流向接收罐18，其提供冷液体制冷剂的储备，所述冷液体制冷剂借助管道19A中的控制阀（未显示）进给到蒸发器24，在此其从被冷却的物体或流体，优选住宅或被冷却的其它空间内的环境空气中吸收热。来自蒸发器24的制冷剂流出物蒸气（其优选是基本没有过热的基本饱和的制冷剂蒸气（例如离开蒸发器的蒸气的过热小于大约1℃，更优选小于大约0.5℃，甚至更优选小于大约0.1℃）随后经由管道19A传送至吸入/液体管线热交换器30，在此其从来自管道15A的冷凝器流出物中获得热并产生在更高温度下的制冷剂蒸气，其通过管道16B传送至压缩机11的入口。在优选实施方案中，离开吸入管线热交换器的蒸气具有比进入吸入管线热交换器的基本饱和蒸气高至少大约5℃，甚至更优选至少大约7℃的温度。然后将高温制冷剂蒸气传送至压缩机11的吸入口，在所述压缩机11中其如上所述被压缩。
在制冷剂包含至少大约90重量%HCFO-1233zd(E)，优选基本由其构成，优选由其构成的优选实施方案中，运行条件对应于下表中描述的值：
在制冷剂包含至少大约80重量% HFO-1234ze(E)，甚至更优选88重量% HFO-1234ze(E)和12重量% HFC-227ea的优选实施方案中，运行条件对应于下表中描述的值：
图2中图示说明的类型的实施方案
在图2中图示说明笼统指定为10的另一优选空气调节系统。这样的优选空气调节系统包括显示为两级压缩机11的多级压缩机、冷凝器12、蒸发器24（其在一些实施方案中优选为满液式蒸发器）、膨胀阀14和蒸气喷射热交换器40，其包括相关的中间膨胀阀41，以及任何相关管道15A – 15C和19A – 19D和其它连接和相关设备（未显示和/或未标记）。在运行中，根据本发明的制冷剂作为相对高压制冷剂蒸气从压缩机11中排出，其可包含夹带的润滑剂，然后经由管道19D传送至冷凝器12。在冷凝器12中，制冷剂蒸气传递其一部分热，优选经由相变和优选传递到环境空气，并产生包含至少部分，优选基本完全冷凝的制冷剂的流出物物流。来自冷凝器12的制冷剂流出物经由管道15A传送，且一部分制冷剂流出物经由管道15B传送至中间膨胀装置41，另一部分流出物，优选剩余流出物传送至蒸气喷射热交换器40。
在运行中，中间膨胀装置41使流出物物流的压力下降，优选基本等焓下降到大约压缩机11的第二级吸入的压力或充分高于这样的压力以将经过热交换器41和相关管道、固定物等的压降考虑在内。由于经过膨胀装置41的压降，流向热交换器40的制冷剂的温度相对于流向热交换器40的高压制冷剂的温度降低。在热交换器40中从高压物流向经过膨胀阀41的物流传热。因此，离开热交换器40的中间压力物流的温度比入口物流的温度高，优选高至少大约5℃的温度，由此产生过热蒸气物流，其经由管道19C传送至压缩机11的第二级。
随着通过管道15A传送的较高压物流经过热交换器40，其向离开膨胀装置41的较低压物流损失热，并经由管道15C离开热交换器，然后流向接收罐18，其提供冷液体制冷剂的储备，所述冷液体制冷剂借助管道19A中的控制阀（未显示）进给到蒸发器24。待冷却的环境空气在蒸发器中向该冷液体制冷剂损失热，所述蒸发器进而气化该液体制冷剂并产生极少过热或没有过热的制冷剂蒸气，该蒸气随后流向压缩机11的第一级。
在制冷剂包含至少大约90重量%HCFO-1233zd(E)，优选基本由其构成，优选由其构成的优选实施方案中，运行条件对应于下表中描述的值：
在制冷剂包含至少大约80重量% HFO-1234ze(E)，甚至更优选88重量% HFO-1234ze(E)和12重量% HFC-227ea的优选实施方案中，运行条件对应于下表中描述的值：
图3中图示说明的类型的实施方案
在图3中图示说明笼统指定为10的另一优选空气调节系统。这样的优选空气调节系统包括压缩机11（其可以是如本文所述的类型的多级压缩机，但在该图示说明的实施方案中显示为单级压缩机）、冷凝器12、蒸发器24（其在一些实施方案中优选为满液式蒸发器）、膨胀阀14、闪蒸气体分离器18，以及任何相关管道15A – 15C和19A – 19C和其它连接和相关设备（未显示和/或未标记）。在运行中，根据本发明的制冷剂作为相对高压制冷剂蒸气从压缩机11中排出，其可包含夹带的润滑剂，然后经由管道19C传送至冷凝器12。在冷凝器12中，制冷剂蒸气传递其一部分热，优选经由相变和优选传递到环境外部空气，并产生包含至少部分，优选基本完全冷凝的制冷剂的流出物物流。来自冷凝器12的制冷剂流出物经由管道15A传送至膨胀装置14。离开膨胀器14的较低压物流经由管道15B流向闪蒸气体分离器18，其提供冷液体制冷剂的储备，所述冷液体制冷剂借助管道15C中的控制阀（未显示）进给到蒸发器24。待冷却的环境空气在蒸发器24中向该冷液体制冷剂损失热，所述蒸发器24进而气化该液体制冷剂并产生极少过热或没有过热的制冷剂蒸气，该蒸气随后流向压缩机11的第一级。在膨胀装置14中的压降过程中生成的闪蒸气体随后经由管道19B流向压缩机11的吸入侧。
在制冷剂包含至少大约90重量%HCFO-1233zd(E)，优选基本由其构成，优选由其构成的优选实施方案中，运行条件对应于下表中描述的值：
在制冷剂包含至少大约80重量% HFO-1234zd(E)，甚至更优选88重量% HFO-1234ze(E)和12重量% HFC-227ea的优选实施方案中，运行条件对应于下表中描述的值：
图4A中图示说明的类型的实施方案
在图4A中图示说明笼统指定为10的另一优选空气调节系统。这样的优选空气调节系统包括压缩机11（其可以是如本文所述的类型的多级压缩机）、冷凝器12、蒸发器24（其在一些实施方案中优选为满液式蒸发器）、膨胀阀14、高压接收器，以及任何相关管道15A – 15C和19A – 19B和其它连接和相关设备（未显示和/或未标记）。在运行中，根据本发明的制冷剂作为相对高压制冷剂蒸气从压缩机11中排出，其可包含夹带的润滑剂，然后经由管道19B传送至冷凝器12。在冷凝器12中，制冷剂蒸气传递其一部分热，优选经由相变和优选传递到环境外部空气，并产生包含至少部分，优选基本完全冷凝的制冷剂的流出物物流。来自冷凝器12的制冷剂流出物经由管道15A传送至高压接收器50，其提供液体制冷剂的储备。传感器激活的安全阀60经由端口或其它形式的连接连向管道15A。传感器激活的安全阀包括监测火焰、烟雾、可燃气体浓度或存在火焰或较有可能着火的其它指示的传感器和/或与其连通，所述传感器位于制冷系统的某一部分附近，优选在住宅或被冷却的其它区域内。由于本发明的优选制冷剂具有阻燃性质，如果传感器检测到火焰和/或烟雾（或存在着火可能性或着火可能性提高的其它指示），该传感器激活的安全阀会打开并将制冷剂释放到其所处区域中，由此辅助抑制和/或消除火灾。高压接收器的使用确保在这样的紧急情况下可提供高压液体制冷剂的相对较大储备。该制冷系统的其余部分可根据本文所述的任何一个或多个实施方案运行。
实施例
实施例1 - 1233zd，无吸入管线热交换器
根据如标作现有技术的图中所示的典型布置的空气调节系统根据下列参数使用由HCFO-1233zd(E)构成的制冷剂：
运行条件
1 - 蒸发温度: 7℃
2 - 冷凝温度: 从20℃至60℃变化
3 - 等熵效率: 从0.7至0.8变化
4 - 没有过冷或过热
由于这一实施例的系统在离开蒸发器的蒸气中没有过热（这是例如满液式蒸发器的情况），饱和蒸气进入离心式压缩机的吸入侧。在使用许多其它制冷剂的正常运行中，制冷剂蒸气的等熵或近等熵膨胀会产生在排出压力下具有代表至少大约5℃过热的温度的排出气体。这种过热程度通常被认为是需要的以确保压缩机的安全和可靠运行以确保“湿蒸气”不存在于压缩机中。对于本实施例的系统，评估在几个近等熵压缩水平下的运行以确定使用HCFO-1233zd(E)是否实现安全和可靠的运行。这些结果报道在下表1中：
表1
从上表1中报道的结果可以看出，当使用最高效的压缩机（等熵效率 =1）时，离开压缩机的蒸气包含至少一定比例的液体，由此产生湿蒸气排气，其如上所述对高效和/或可靠运行具有严重的负面含义。当压缩机效率降至0.8时，对任何受试冷凝器温度仍未实现所需过热水平。即使将压缩机效率降至0.75和0.7（其本身不是优选选项）时，对冷凝器温度条件的整个范围未实现合意的过热水平。
实施例2A - 1233zd，使用吸入管线热交换器
根据实施例1的用于在80%等熵效率下运行的单级压缩机的相同运行参数测试使用如图1中图示说明的吸入管线热交换器(SLHX)和使用由HCFO-1233zd(E)构成的制冷剂的根据本发明的布置的空气调节系统。检查吸入管线热交换器的几个热交换器效率水平，结果报道在下表2A中：
表2A
可以从如上报道的结果看出，根据如图1中图示说明的本发明的实施方案的运行在受试的整个冷凝温度范围内在压缩机出口产生至少大约5℃的过热。
实施例2B 具有R1233zd的共沸物
重复实施例2A，除了使用如下表2B中所述的一系列基于HCFO-1233zd(E)的共沸制冷剂共混物代替如实施例2A中所用的仅由1233zd(E)构成的制冷剂。实现可接受的运行。
此外，测试这些附加制冷剂的传输性质，以及由HCFO-1233zd(E)构成的制冷剂的性质，并报道在下表2B中。
表2B
实施例3A - 1233zd，使用吸入管线热交换器
根据实施例1的相同运行参数测试使用具有0.5和0.7的SLHX效率的吸入管线热交换器(SLHX)和使用由HCFO-1233zd(E)构成的制冷剂的根据如图1中图示说明的本发明的空气调节系统。这一测试提供此类系统的相对效率与不使用SLHX的实施例1中所述的系统的比较（这两种系统都使用80%的压缩机效率），并且这一比较报道在下表3A中：
表3A
从上表3A中报道的结果可以看出，除克服湿蒸气问题外，根据图1的配置的系统在所有受试条件下产生整体系统效率（COP）的改进。
实施例4A - 1233zd，使用多级压缩机
在30C至60C的一系列冷凝温度下测试使用根据如图2中图示说明的系统配置的两级压缩机和使用由HCFO-1233zd(E)构成的制冷剂的根据本发明的空气调节系统。压缩机在80%的等熵效率和对于各冷凝器温度在7C的蒸发器温度下的运行条件报道在表4A1中：
表4A1
冷凝温度[℃] 压缩机入口温度[kPa] 中间压力 [kPa] 排出压力 [kPa]
30º 64.6 100 155
35º 64.6 109 183
40º 64.6 118 216
45º 64.6 128 252
50º 64.6 138 293
55º 64.6 148 340
60º 64.6 159 390
测试使用如图2中图示说明的多级压缩机布置和使用由HCFO-1233zd(E)构成的制冷剂的相同空气调节并与根据实施例1中的配置的单级压缩机运行比较。此外，对由R11构成的制冷剂运行同一组对比试验。这些对比试验的结果报道在下表4A2中：
表4A2
从上文报道的结果可以看出，使用根据图2中图示说明的类型的实施方案的本发明的配置由于使用2和3级压缩实现系统效率（COP）的显著改进，改进最多115%的量。此外，上文报道的试验结果表明在两级和三级压缩机运行中使用HCFO-1233zd(E)产生与在相同系统中但使用R-11实现的改进相比明显更好的效率（COP）改进。
实施例5 - 1233zd和1233zd共混物，使用闪蒸气体分离器
根据实施例1的用于在80%等熵效率下运行的单级压缩机的相同运行参数测试使用如图3中图示说明的闪蒸气体分离器和使用由HCFO-1233zd(E)和下表5中指定的共混物构成的制冷剂的根据本发明的布置的空气调节系统。蒸发器在满液式配置下运行并导致经过蒸发器的降低的压降和因此压缩机中的较高吸入压力。此外，由于由HCFO-1233zd(E)和表5中的共混物构成的制冷剂的使用导致的该系统中的压力相对较低，可以使用由低成本材料制成的紧凑型热交换器。例如，圆管翅片和/或微通道热交换器可由铝而不是铜制成。这种配置提供优异的传热性能、低重量和紧凑的传热系统。
实施例6 - 1233zd(E)和1233zd(E)共混物，使用传感器激活的安全阀
测试使用如图4A和4B中图示说明的传感器激活的安全阀和使用由HCFO-1233zd(E)构成的制冷剂和表2B中公开的各制冷剂的根据本发明的布置的空气调节系统。该传感器激活的安全阀优选是螺线管类型的阀。所用传感器测量住宅炉单元中的天然气浓度。在炉的燃烧器装置的燃料泄漏，例如天然气泄漏的情况下，该传感器可检测到例如1000 ppm的升高的气体浓度，以激活螺线管阀。激活的阀会打开并释放R1233zd(E)到这种可燃天然气气氛中。由于R1233zd(E)的阻燃性质，通过抑制和/或消除位于感测到的可燃气氛附近的安全阀附近的火灾条件，可降低火灾可能性。因此，传感器检测到火灾条件或表明火灾可能性提高的条件并且安全阀打开，以抑制和/或消除位于感测到的火焰和/或感测到的条件附近的安全阀附近的火灾条件。
实施例7A -1234ze(E)共混物，无吸入管线热交换器
根据如标作现有技术的图中所示的典型布置的空气调节系统根据下列参数使用由大约88重量% HFO-1234ze(E)和大约12重量% R227ea构成的制冷剂：
运行条件–现有技术
1 - 蒸发温度: 7℃
2 - 冷凝温度: 从20℃至60℃变化
3 - 等熵效率: 0.7 - 0.8
4 - 没有过冷或过热
由于这一实施例的系统在离开蒸发器的蒸气中没有过热（这是例如满液式蒸发器的情况），饱和蒸气进入离心式压缩机的吸入侧。在使用许多其它制冷剂的正常运行中，制冷剂蒸气的等熵或近等熵膨胀会产生在排出压力下具有代表至少大约5℃过热的温度的排出气体。这种过热程度通常被认为是必需的以确保压缩机的安全和可靠运行以确保“湿蒸气”不存在于压缩机中。对于本实施例的系统，评估在几个近等熵压缩水平下的运行以确定使用HFO-1234ze(E)和R-227ea的上述共混物是否实现安全和可靠的运行。这些结果报道在下表7A中：
表7A
从上表7中报道的结果可以看出，除5个条件外的所有受试条件都没有产生压缩机排气中5℃过热的最低水平，且产生大于这一最低过热的条件使用在高冷凝器温度下0.7的不合意地低的等熵效率。
实施例7B - 1234ze共混物，使用吸入管线热交换器
根据实施例7的用于在80%等熵效率下运行的单级压缩机的相同运行参数测试使用如图1中图示说明的吸入管线热交换器(SLHX)和使用由大约88重量% HFO-1234ze(E)和大约12重量% R227ea构成的制冷剂的根据本发明的布置的空气调节系统。检查吸入管线热交换器的几个热交换器效率水平，结果报道在下表7B中：
表7B
可以从如上表7B中报道的结果看出，根据如图1中图示说明的本发明的实施方案的运行在受试的整个冷凝温度范围内在压缩机出口产生至少大约5℃的过热。
实施例7C – 1234ze共混物，使用吸入管线热交换器
根据实施例7A的相同运行参数测试使用具有0.5和0.7的SLHX效率的吸入管线热交换器(SLHX)和使用由大约88重量% HFO-1234ze(E)和大约12重量% R227ea构成的制冷剂的根据如图1中图示说明的本发明的空气调节系统。这一测试提供此类系统的相对效率与不使用SLHX的实施例7A中所述的系统的比较（这两种系统都使用80%的压缩机效率），并且这一比较报道在下表7C中：
表7C
从上表7C中报道的结果可以看出，除克服湿蒸气问题外，根据图1的配置的系统在所有受试条件下产生整体系统效率（COP）的改进。
实施例8A - 1234ze共混物，使用多级压缩机
测试使用根据如图2中图示说明的系统配置的两级压缩机和三级压缩机和使用由大约88重量% HFO-1234ze(E)和大约12重量% R227ea构成的制冷剂的根据本发明的空气调节系统并与根据实施例1中的配置的单级压缩机运行比较。此外，对由R134a构成的制冷剂运行同一组对比试验。这些对比试验的结果报道在下表8A中：
表8A
从上文报道的结果可以看出，使用根据图2中图示说明的类型的实施方案的本发明的配置由于使用2和3级压缩而实现系统效率（COP）的显著改进，改进最多115%的量。此外，上文报道的试验结果表明在两级和三级压缩机运行中使用HFO-1234ze(E)/227ea共混物产生与在相同系统中但使用R134a实现的改进相比明显更好的效率（COP）改进。
实施例9
在各上述实施例中，该系统包括在运行中与制冷剂接触的塑料组件。制成这些组件的这些材料相容和/或稳定。申请人已经测试当暴露于反式HFCO-1233zd时各种塑料材料的稳定性。测试包括将各种塑料的样品在环境压力条件下在室温（大约24℃ - 25℃）下浸入反式HFCO-1233zd中两(2)周，此后将样品从反式HFCO-1233zd中取出并使其排气24小时。结果报道在下表9中：
表9
如上表5中的结果所说明的，各受试塑料材料的平均体积变化百分比小于5%。

Claims (13)

1.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包括：
(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）；
(b) 离心式压缩机，其具有用于接收在大约45至大约75 kPa的压力下的低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和用于排出在大约100至大约520 kPa的压力下的高压制冷剂蒸气的排出口，所述压缩机具有至少大约0.65的效率；
(c) 流体连接到所述压缩机的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收所述高压制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气以产生在大约10℃至大约60℃的温度下的高压制冷剂液体；
(d) 流体连接到所述冷凝器的膨胀器，其用于基本等焓降低所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的低压制冷剂液体；
(e) 流体连接到所述膨胀器的蒸发器，其用于接收所述低压制冷剂液体和通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发所述低压制冷剂液体以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的低压制冷剂蒸气；和
(f) 流体连接在所述蒸发器和所述压缩机的所述制冷剂吸入口之间的至少一个热交换器，所述至少一个热交换器接收来自所述蒸发器的至少一部分所述低压制冷剂蒸气和加热所述低压制冷剂蒸气以产生具有比进入所述至少一个热交换器的蒸气的温度高至少大约5℃的温度的低压制冷剂蒸气，来自所述至少一个热交换器的所述高温制冷剂蒸气流体连接到所述压缩机吸入口以向所述压缩机提供低压制冷剂蒸气。
2.权利要求1的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）。
3.权利要求1的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）。
4.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包括：
(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约70重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）；
(b) 具有第一级和至少第二级的离心式压缩机，所述各级具有用于接收在大约45至大约75 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和用于排出在大约100至大约520 kPa的压力下的相对较高压制冷剂蒸气的制冷剂排出口，所述压缩机具有至少大约0.65的效率；
(c) 流体连接到所述压缩机的所述至少第二级的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收来自所述至少第二级的所述高压制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气以产生在大约10℃至大约60℃的温度下的高压制冷剂液体；
(d) 流体连接到所述冷凝器的至少第一膨胀器，其用于基本等焓降低至少第一部分的所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的第一低压制冷剂液体；
(e) 流体连接到所述冷凝器的至少第二膨胀器，其用于基本等焓降低至少第二部分的所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约100至大约520 kPa的压力下的第二低压制冷剂液体；
(f) 流体连接到所述至少所述第一膨胀器的蒸发器，其用于接收所述第一低压制冷剂液体和通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发所述低压制冷剂液体以产生在大约100至大约520 kPa的压力下的低压制冷剂蒸气，来自所述蒸发器的所述制冷剂蒸气的至少一部分流体连接到所述第一级压缩机吸入口；和
(g) 流体连接在所述第二膨胀器和所述至少第二级的所述吸入口之间的至少一个热交换器和/或至少一个闪蒸罐，其用于接收至少一部分所述第二低压制冷剂液体和从其排出在大约所述第二低压制冷剂液体的压力下的制冷剂蒸气，在大约所述第二低压制冷剂液体的压力下的所述制冷剂蒸气流体连接到所述第二级压缩机吸入口。
5.权利要求4的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）。
6.权利要求4的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）。
7.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约5吨的容量并包括：
(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）；
(b) 离心式压缩机，其具有用于接收在大约45至大约75 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和用于排出在大约100至大约520 kPa的压力下的相对较高压制冷剂蒸气的制冷剂排出口，所述压缩机具有至少大约0.65的效率；
(c) 流体连接到所述压缩机的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收来自所述压缩机的所述高压制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气以产生在大约45至大约75 kPa的温度下的高压制冷剂液体；
(d) 流体连接到所述冷凝器的至少第一膨胀器，其用于基本等焓降低至少第一部分的所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的第一低压制冷剂液体；和
(e) 流体连接到所述至少所述第一膨胀器的蒸发器，其用于接收所述低压制冷剂液体和通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发至少一部分所述低压制冷剂液体以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的低压制冷剂蒸气，来自所述蒸发器的所述制冷剂蒸气的至少一部分流体连接到所述压缩机吸入口，其中所述冷凝器和所述蒸发器的至少一种的大部分由铝形成。
8.权利要求7的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）。
9.权利要求7的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）。
10.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包括：
(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）；
(b) 离心式压缩机，其具有用于接收在大约45至大约75 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和用于排出在大约100 kPa至大约520 kPa的压力下的相对较高压制冷剂蒸气的制冷剂排出口，所述压缩机具有至少大约0.65的效率；
(c) 流体连接到所述压缩机的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收来自所述压缩机的所述高压制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气以产生在大约10℃至大约60℃的温度下的高压制冷剂液体；
(d) 流体连接到所述冷凝器的至少第一膨胀器，其用于基本等焓降低至少第一部分的所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约45至大约75kPa的压力下的包含制冷剂液体和制冷剂蒸气的组合的低压物流；
(e) 分离器，其用于接收至少来自所述至少第一膨胀器的制冷剂蒸气和制冷剂液体的组合并产生至少一个包含在大约所述低压下的液体制冷剂并且基本没有蒸气制冷剂的液体流出物物流和包含在大约所述低压下的制冷剂蒸气并且基本没有液体制冷剂的低压蒸气物流；
和
(f) 蒸发器，其流体连接到来自所述分离器的所述至少一个液体流出物物流的至少一部分并通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发至少一部分所述物流以产生在大约45至大约75kPa的压力下的低压制冷剂蒸气，来自所述蒸发器的至少一部分所述制冷剂蒸气流体连接到所述压缩机吸入口。
11.权利要求10的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）。
12.权利要求10的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）。
13.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包括：
(a) 在闭环制冷回路中的传热组合物，其包含具有阻燃特征的制冷剂，所述制冷剂优选包含至少大约95重量%的反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约80%的反式1,3,3,3-四氟丙烯（反式HFO-1234ze）；
(b) 位于被冷却的热源附近的区域中的至少一个传感器，其用于感测所述附近的火焰或火灾的存在；
(c) 与所述制冷系统中所含的相对高压制冷剂蒸气连通的所述闭环制冷回路中的端口；
(d) 响应所述传感器并流体连接到端口的阀，其用于从所述制冷系统释放至少一部分所述制冷剂蒸气；和
(e) 用于将所述制冷剂蒸气传送到所述附近的管道。
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