CN114424002A - 用于混合制冷剂系统的换热器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种蒸汽压缩循环，该蒸汽压缩循环包括经由一个或多个流体导管流体地连接的压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器，在一个或多个流体导管内循环的流体具有高温滑移。中间换热器具有包括通过其的至少一次传递的第一部分和包括通过其的至少一次传递的第二部分。第一部分布置于冷凝器的下游，并且，来自冷凝器的流体输出的至少部分被提供给中间换热器的第一部分。在第一部分内，来自冷凝器的流体输出的至少部分的温度降低。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请要求保护提交于2019年9月24日的美国申请No. 62/904,921的利益，该申请通过引用而以其整体并入于本文中。
技术领域
本文中所公开的示例性实施例大体上涉及一种制冷系统，并且更特别地涉及一种适合于与具有高温滑移流体的制冷剂混合物一起使用的制冷系统。
背景技术
用于住宅和商业制冷和空气调节的用途中的最常见技术之一是蒸汽压缩制冷剂传热回路。这些回路典型地使具有适当的热力学性质的制冷剂循环通过包括压缩机、排热换热器(即，换热器冷凝器)、膨胀装置以及吸热换热器(即，换热器蒸发器)的回路。蒸汽压缩制冷剂回路在各种各样的设定下有效地提供冷却和制冷，并且在一些情形下，能够作为热泵反向运行。
已确定的是，常用的制冷剂(诸如，例如常用的R-410A)，具有不可接受的全球变暖潜势(GWP)，使得它们的使用将针对许多HVAC&R应用而被淘汰。存在能够用于替代在大多数HVAC舒适冷却产品中使用的常见的制冷剂的一些不易燃、低GWP制冷剂，但不存在优良的较高压制冷剂，并且，正被评价的许多选择是也轻微地易燃并且也如R-454B那样具有较高滑移的混合物。
发明内容
根据实施例，提供了一种蒸汽压缩循环，该蒸汽压缩循环包括经由一个或多个流体导管流体地连接的压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器。在一个或多个流体导管内循环的流体具有高温滑移。中间换热器具有包括通过其的至少一次传递的第一部分和包括通过其的至少一次传递的第二部分。第一部分布置于冷凝器的下游，并且，来自冷凝器的流体输出的至少部分被提供给中间换热器的第一部分。在第一部分内，来自冷凝器的流体输出的至少部分的温度降低。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，高温滑移是至少2°F。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，高温滑移是至少5°F。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，高温滑移是至少10°F。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，流体包括具有带有不同的沸腾温度和冷凝温度的两种或更多种截然不同的流体组分的混合物。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，两种或更多种截然不同的流体组分中的至少一种是制冷剂。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，制冷剂是A2L制冷剂或A3制冷剂。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，中间换热器的第二部分布置于蒸发器的出口的下游并且与蒸发器的出口处于流体连通。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，在第二部分内，从蒸发器的出口被提供给中间换热器的第二部分的流体的温度升高。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，来自冷凝器的流体输出的第一部分被提供给中间换热器的第一部分，并且，来自冷凝器的流体输出的第二部分被提供给中间换热器的第二部分。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，包括布置于中间换热器的第二部分的上游并且与中间换热器的第二部分处于流体连通的另一膨胀装置，其中，来自冷凝器的流体输出的第二部分被提供给另一膨胀装置。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，中间换热器的第一部分和另一膨胀装置并联地布置。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，来自冷凝器的流体输出的第一部分与来自从压缩机起的正上游的冷凝器的流体输出的第二部分混合。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，来自冷凝器的流体输出的第二部分构造成绕过膨胀装置和蒸发器。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，中间换热器是制冷剂对制冷剂换热器。
除了上述的特征中的一个或多个之外或作为备选方案，在另外的实施例中，中间换热器是液体吸入换热器。
附图说明
以下的描述不应当以任何方式被认为是限制性的。参考附图，相似的元件相似地编号：
图1是加热、通风、空气调节以及制冷(HVAC&R)的基本蒸汽压缩循环的示意图；
图2是根据实施例的具有高温滑移的流体的温度/焓图的示例；
图3是根据实施例的适合于与具有高温滑移的流体一起使用的蒸汽压缩循环的示意图；以及
图4是根据实施例的适合于与具有高温滑移的流体一起使用的另一蒸汽压缩循环的示意图。
具体实施方式
所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述在本文中参考附图而通过例示而非限制的方式提出。
现在参考图1，示意性地图示了加热、通风、空气调节以及制冷(HVAC&R)系统的基本蒸汽压缩或制冷循环10。HVAC&R系统的示例包括例如分体式系统、整体式系统以及屋顶系统。流体(诸如，例如制冷剂R-410A)构造成循环通过蒸汽压缩循环10，使得制冷剂R当在换热器18中在较低的温度和压力下蒸发时吸收热量，并且当在换热器14中在较高的温度和压力下冷凝时释放热量。在该循环10内，制冷剂R沿如箭头所指示的逆时针方向流动。压缩机12从蒸发器18接收制冷剂蒸汽并且使制冷剂蒸汽压缩至更高的温度和压力，其中，相对热的蒸汽然后传递到冷凝器14，在冷凝器14中，该蒸汽被冷却并且冷凝成液态并且通过与冷却介质(诸如，空气或水)的换热关系来部分地过冷。过冷的液体制冷剂R然后从冷凝器14传递到诸如膨胀阀之类的膨胀装置16，其中，在制冷剂R传递到蒸发器18时，制冷剂R膨胀成低温两相液体/蒸汽状态。低压蒸汽然后返回到压缩机12，使得可以重复进行该循环。
各种类型的制冷剂可用于在蒸汽压缩循环中使用。这些制冷剂可以包括单一流体，或备选地可以包括流体混合物或掺混物，其包括两种或更多种截然不同的流体组分。这些制冷剂掺混物的截然不同的组分能够具有不同的沸腾温度和冷凝温度，并且可能导致如图2中所示出的温度滑移。在沸腾温度和冷凝温度方面的较大差异增大温度滑移量。
温度滑移定义为在恒定压力下在系统内发生制冷剂相变的起始温度与终止温度之间的温差。在现有的HVAC&R系统中，典型地使用的制冷剂是共沸制冷剂或近共沸制冷剂掺混物。共沸制冷剂典型地是单一制冷剂流体，并且不会经历温度滑移，并且，每一种组分的沸腾温度和冷凝温度在温度上接近。当近共沸制冷剂掺混物在蒸汽压缩循环(诸如，例如小于一度)中冷凝并且蒸发时，近共沸制冷剂掺混物经历非常小的温度滑移量。因此，近共沸制冷剂掺混物的温度滑移不会对蒸汽压缩循环的操作造成显著影响。
在其中构造成循环通过蒸汽压缩循环的流体是具有高温滑移的制冷剂混合物或掺混物的实施例中，制冷剂掺混物被认为是非共沸的。如本文中所使用的，用语“高温滑移”包括具有至少两度(诸如，例如至少三度、至少四度、至少五度或至少十度)的温度滑移的制冷剂掺混物。在这样的实施例中，制冷剂掺混物的制冷剂也能够是A2L制冷剂或A3制冷剂。在实施例中，制冷剂掺混物包括制冷剂R-454B；然而，应当理解，R-454B旨在作为示例，并且，本文中所公开的非共沸制冷剂或制冷剂掺混物不限于该具体制冷剂。尽管制冷剂掺混物在本文中描述为具有高温滑移，但应当理解，类似地具有高温滑移的其它合适的制冷剂、流体或其混合物也处于本公开的范围内。
在图2中图示了具有高滑移的制冷剂混合物或掺混物的温度焓图的示例。如所示出的，在制冷剂混合物的冷凝和蒸发两者期间，存在温度滑移。非共沸制冷剂掺混物的温度滑移对基本蒸汽压缩循环的操作造成负面影响。例如，由于温度滑移的原因，难以在针对下游膨胀阀的恰当操作而要求的冷凝器内得到充分的状态点过冷。类似地，非共沸制冷剂掺混物的温度滑移导致难以实现针对压缩机的恰当操作和膨胀阀的控制而要求的充分过热。
现在参考图3和图4，根据各种实施例而图示适合于与由RM示出的非共沸制冷剂掺混物一起使用的HVAC&R系统的蒸汽压缩循环30的示意图。如前所述，蒸汽压缩循环30包括压缩机32、排热换热器或冷凝器34、膨胀装置36以及吸热换热器或蒸发器38。如图3中所示出的，蒸汽压缩循环30另外包括构造成进一步增加制冷剂掺混物RM的传热的中间换热器40。在实施例中，中间换热器40是构造成使用冷的气态流体来使来自冷凝器32的液体制冷剂掺混物输出过冷的制冷剂对制冷剂液体吸入换热器。
在图3的所图示的非限制性实施例中，中间换热器40定位于蒸发器38与压缩机32之间延伸的吸入管线内。因此，来自蒸发器38的气态制冷剂掺混物输出在最终供应到压缩机32之前通过中间换热器40的第二部分进行传递。在实施例中，中间换热器40定位于热膨胀装置36的上游和冷凝器34的正下游。从冷凝器34提供给中间换热器40的第一部分的制冷剂掺混物可以是液体，或备选地，在一些实例中，如果由于制冷剂的高滑移而不可能在冷凝器中充分地过冷，则该制冷剂掺混物可以是液体和气体两者的两相混合物。
当冷凝的制冷剂掺混物通过中间换热器40的第一部分传递时，热量从冷凝的制冷剂掺混物传到来自蒸发器38的汽化或气态的制冷剂掺混物输出。由于该传热的原因，进一步使冷凝的液体制冷剂掺混物过冷，诸如低于环境温度。同时，使汽化的制冷剂掺混物过热，由此允许蒸发器38在完全饱和条件下或接近完全饱和条件而运行，这增强蒸发器的操作。
在图4中所图示的另一实施例中，中间换热器40流体地联接到冷凝器32的出口，并且与另一热膨胀阀42并联地布置。由RM1图示的来自冷凝器34的制冷剂掺混物输出的第一部分被提供给下游中间换热器40的第一部分，并且，由RM2图示的来自冷凝器34的制冷剂掺混物输出的第二部分被提供给膨胀装置42。来自膨胀装置42的制冷剂掺混物输出的两相流然后被提供给中间换热器40的第二部分。在中间换热器40内，热量从制冷剂掺混物的第一部分RM1传到来自膨胀阀42的制冷剂掺混物的至少部分地汽化或气态的第二部分RM2输出。由于该传热的原因，进一步使制冷剂掺混物的第一部分RM1过冷，诸如，例如低于环境温度，并且，使制冷剂掺混物的第二部分RM2过热。应当理解，在本文中图示并且描述的中间换热器40的第一部分和第二部分中的每个可以包括单次传递或备选地可以包括多次传递以实现期望的传热量。
制冷剂掺混物的过冷的第一部分RM1然后可以被提供给一个或多个下游构件，诸如，例如膨胀装置36、蒸发器38和/或压缩机32。在制冷剂掺混物的第一部分RM1具有大体上气态的构型时，来自中间换热器40的制冷剂掺混物输出的第二部分RM2与制冷剂掺混物的第一部分RM1重新结合。在实施例中，制冷剂掺混物的第一部分RM1和第二部分RM2在压缩机32的入口的正上游结合。制冷剂然后能够被送到压缩机32吸入部，或制冷剂能够被引入到压缩机32的节能装置端口中，这半途地通过压缩过程进行。
与基本蒸汽压缩系统相比，在与具有高温滑移的制冷剂掺混物一起使用时，如在本文中图示并且描述的蒸汽压缩循环30具有增强的性能。而且，在其中HVAC&R系统是具有长的流体管线的分体式系统的实施例中，中间换热器40内的制冷剂的过冷可以另外减少制冷剂装填量。
用语“大约”旨在包括与基于在提交本申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差度。
本文中所使用的用语仅仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文中所使用的，除非上下文清楚地另外规定，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，用语“包括(comprises和/或comprising)”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件构件和/或它们的群组的存在或添加。
虽然已参考一个或多个示例性实施例而描述本公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以作出各种改变，并且，等同体可以替代其元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以作出许多修改，以使特定情形或材料适于本公开的教导。因此，意图的是，本公开不限于作为为了实施本公开而构思的最佳模式公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。
Claims (16)
1.一种蒸汽压缩循环，包括：
压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器，其经由一个或多个流体导管流体地连接；
流体，其在所述一个或多个流体导管内循环，其中，所述流体具有高温滑移；以及
中间换热器，其具有包括通过其的至少一次传递的第一部分和包括通过其的至少一次传递的第二部分，其中，所述第一部分布置于所述冷凝器的下游，并且，来自所述冷凝器的流体输出的至少部分被提供给所述中间换热器的所述第一部分，其中，在所述第一部分内，来自所述冷凝器的所述流体输出的所述至少部分的温度降低。
2.根据权利要求1所述的蒸汽压缩循环，其中，所述高温滑移是至少2°F。
3.根据权利要求1所述的蒸汽压缩循环，其中，所述高温滑移是至少5°F。
4.根据权利要求1所述的蒸汽压缩循环，其中，所述高温滑移是至少10°F。
5.根据权利要求1所述的蒸汽压缩循环，其中，所述流体包括具有带有不同的沸腾温度和冷凝温度的两种或更多种截然不同的流体组分的混合物。
6.根据权利要求5所述的蒸汽压缩循环，其中，所述两种或更多种截然不同的流体组分中的至少一种是制冷剂。
7.根据权利要求5所述的蒸汽压缩循环，其中，所述制冷剂是A2L制冷剂或A3制冷剂。
8.根据权利要求1所述的蒸汽压缩循环，其中，所述中间换热器的所述第二部分布置于所述蒸发器的出口的下游并且与所述蒸发器的出口处于流体连通。
9.根据权利要求8所述的蒸汽压缩循环，其中，在所述第二部分内，从所述蒸发器的所述出口被提供给所述中间换热器的所述第二部分的流体的温度升高。
10.根据权利要求1所述的蒸汽压缩循环，其中，来自所述冷凝器的所述流体输出的第一部分被提供给所述中间换热器的所述第一部分，并且，来自所述冷凝器的所述流体输出的第二部分被提供给所述中间换热器的所述第二部分。
11.根据权利要求10所述的蒸汽压缩循环，进一步包括布置于所述中间换热器的所述第二部分的上游并且与所述中间换热器的所述第二部分处于流体连通的另一膨胀装置，其中，来自所述冷凝器的流体输出的所述第二部分被提供给所述另一膨胀装置。
12.根据权利要求11所述的蒸汽压缩循环，其中，所述中间换热器的所述第一部分和所述另一膨胀装置并联地布置。
13.根据权利要求10所述的蒸汽压缩循环，其中，来自所述冷凝器的流体输出的所述第一部分与来自从所述压缩机起的正上游的所述冷凝器的流体输出的所述第二部分混合。
14.根据权利要求10所述的蒸汽压缩循环，其中，来自所述冷凝器的流体输出的所述第二部分构造成绕过所述膨胀装置和所述蒸发器。
15.根据权利要求10所述的蒸汽压缩循环，其中，所述中间换热器是制冷剂对制冷剂换热器。
16.根据权利要求10所述的蒸汽压缩循环，其中，所述中间换热器是液体吸入换热器。
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