CN1204368C - 一种吸入管路换热器和跨临界蒸气压缩系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于蒸气压缩系统以提高系统的效率和生产能力的吸入管路换热器存储箱。最好是采用二氧化碳作为制冷剂。本发明可以对蒸气压缩系统的高压(气体冷却器中的压力)进行调节，即，向系统传送或从系统中除去负荷，并将其储存在一个存储箱内。该吸入管路换热器在从气体冷却器排出的高压热制冷剂流体和从蒸发器排出的低压冷制冷剂蒸汽之间进行内部的热交换。可以通过调节阀来调整高压。如果气体冷却器的压力过高，一第一阀可允许多余的负荷从系统流入存储箱。如果气体冷却器的压力过低，一第二阀可允许负荷从存储箱重新进入系统。通过调节系统的高压，就可以控制蒸发器入口处的焓，从而实现最佳的效率和/或生产能力。

Description

一种吸入管路换热器和跨临界蒸气压缩系统
技术领域
本发明总的涉及一种用于对跨临界(transcritical)蒸气压缩系统的高压部分进行调节的装置。
背景技术
由于可能破坏臭氧层，含氯的制冷剂已经在世界上的大多数地方被逐步淘汰。已经有人采用氟代烃(HFC)作为替代的制冷剂，但是此类制冷剂仍具有使全球变暖的可能性。已有人建议采用“天然”制冷剂，例如二氧化碳和丙烷来作为替代的流体。不幸的是，采用这些流体同样有很多问题。二氧化碳具有较低的临界点，致使采用二氧化碳的大多数空调系统在多数情况下会跨临界地运行。
当一个蒸气压缩系统跨临界运行时，对系统的高压部分进行调节是较为有利的。通过调节系统的高压部分，就可以使系统的生产能力和效率得以控制和最优化。提高系统的高压(气体冷却器的压力)可降低蒸发器入口处的比焓并提高生产能力。然而，由于压缩机必须作更多的功，因而需耗费更多的能量。如能找到系统的最佳高压是较为有利的，这个最佳高压随着工况的变化而变化。通过对系统的高压部分进行调节，就可以选择最佳的高压。
因此，本技术领域需要一种能对跨临界蒸气压缩系统的高压部分进行调节的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于对跨临界蒸气压缩系统的高压部分进行调节的吸入管换热器和一种跨临界蒸气压缩系统。
根据本发明，提供一种用于对在跨临界蒸气压缩系统中循环的制冷剂的高压进行调节的吸入管路换热器，包括：一用于储存负荷的存储箱；一经过所述存储箱的第一管道，该管道将一排热换热器连接至一膨胀装置，所述制冷剂以高压流过所述第一管道；一经过所述存储箱的第二管道，该管道将一吸热换热器连接至一压缩装置，所述制冷剂以低压流过所述第二管道；一位于所述第一管道中的第一阀，用以调节进入所述存储箱的所述负荷的流量，所述第一阀由一个可监控所述高压的控制器来驱动动作；以及一位于所述第二管道中的第二阀，用以调节排出所述存储箱的所述负荷的流量，所述第二阀由一个可监控所述高压的所述控制器来驱动动作。
根据本发明，还提供一种跨临界蒸气压缩系统，包括：一用于将制冷剂压缩至高压的压缩装置；一用于使所述制冷剂冷却的排热换热器；一用于使所述制冷剂降低至低压的膨胀装置；一用于使所述制冷剂蒸发的吸热换热器；以及一用于对所述制冷剂的高压进行调节的吸入管路换热器；其特征在于，所述换热器包括一用于储存负荷的存储箱、一将所述排热换热器连接至所述膨胀装置的第一管道、一将所述吸热换热器连接至所述压缩装置的第二管道、一位于所述第一管道内用以调节进入所述存储箱的所述负荷之流量的第一阀、以及一位于所述第二管道内用以调节排出所述存储箱的所述负荷之流量的第二阀。
本发明涉及一种用于对跨临界蒸气压缩系统的高压部分进行调节的装置。
一种蒸气压缩系统，由一压缩机、一排热换热器、一膨胀装置以及一吸热换热器组成。采用一吸入管路换热器(SLXH)来提高系统的效率和/或生产能力，并防止液态制冷剂被摄入压缩机。在本发明的较佳实施例中，采用二氧化碳作为制冷剂。本发明采用这种类型的换热器来对高压部分进行调节。
本发明可以对蒸气压缩系统中的高压部分(气体冷却器中的压力)进行调节，即，向系统传送或从系统中除去负荷，并将其储存在吸入管路换热器的一个存储箱内。一吸入管路换热器在内部在从气体冷却器(排热换热器)排出的高压热流体制冷剂和从蒸发器(吸热换热器)排出的低压冷蒸汽制冷剂之间进行内部的热交换。在本发明中，在这些换热器中有一个空间供储存制冷剂。
气体冷却器中的高压可以通过调节吸入管路换热器中的阀来调整。如果气体冷却器的压力过高，一第一阀可允许多余的负荷从气体冷却器流入存储箱。如果气体冷却器的压力过低，一第二阀打开以将存储箱内的负荷重新释放进入系统。通过控制各阀的动作，就可以调节系统的高压部分，从而实现最佳的效率和/或生产能力。
本发明的这些和其它的特征可通过以下的描述和附图而更好地理解。
附图说明
熟悉本技术领域的人员可以通过以下对较佳实施例的详细描述而更清楚地理解本发明的各种特征和优点。以下对所述详细描述的附图作简要说明：
图1是已有技术的蒸气压缩系统的示意图；
图2是已知的一种采用吸入管路换热器的蒸气压缩系统的示意图。
图3是一跨临界蒸气压缩系统的热力学示意图。
图4与一跨临界蒸气压缩系统一起使用的吸入管路换热器的存储箱的示意图。
具体实施方式
虽然本发明易受如各附图所示的、将在下文详细描述的各种不同形式实施例的影响，但应该理解，这些揭示内容仅仅是本发明原理的举例，申请人并不想将本发明限制为结合附图所作的描述。
图1示出了一种已有技术的蒸气压缩系统10。一个基本的蒸气压缩系统10由一压缩机12、一排热(heat rejecting)换热器(一跨临界循环的气体冷却器)14、一膨胀装置16、一吸热(heat accepting)换热器(一蒸发器)18组成。
制冷剂通过封闭回路循环系统10循环流动。在本发明的一个较佳实施例中，采用二氧化碳作为制冷剂。虽然描述的是二氧化碳，但也可以采用其它制冷剂。由于二氧化碳具有较低的临界点，所以采用二氧化碳作为制冷剂的系统通常需要蒸气压缩系统10跨临界地运行。
当系统10跨临界运行时，对蒸气压缩系统10的高压部分进行调节是较为有利的。通过调节系统10的高压，就能使系统10的生产能力和/或效率得到控制和最优化。提高气体冷却器14的压力可降低蒸发器18入口处的焓并提高生产能力，但由于压缩机16需作更多的功，因而需耗费更大的能量。通过调节系统10的高压，就可以选择系统10的最佳压力，这个最佳压力随工况的变化而变化。
图2示出了采用一吸入管路换热器(SLHX)20的蒸气压缩系统10。吸入管路换热器20可提高蒸气压缩系统10的效率和/或生产能力，并防止液态制冷剂被摄入压缩机12，这种摄入对系统10是有害的。
本发明可对蒸气压缩系统10的高压部分进行调节，通过对系统10添加额外的负荷或从中除去额外的负荷并将它储存在吸入管路换热器20的存储箱22内而获得最佳的压力。通过在膨胀之前对气体冷却器14中高压进行调节，就可以修改蒸发器入口处的制冷剂的焓，从而控制系统10的生产能力。
在采用吸入管路换热器20的蒸气压缩系统10的循环过程中，如图3中的点A所示，制冷剂从压缩机12排出时处于高压和高焓。随着制冷剂在高压下流过气体冷却器14，它会丢失热和焓，如点B所示，在从气体冷却器14排出时具有低焓和高压。热的制冷剂流体流过吸入管路换热器20，而后再进入膨胀装置16。制冷剂沿第一管道24流入存储箱20，所述第一管道将气体冷却器14的出口连接至膨胀装置16的入口。随着制冷剂流过膨胀装置16，如点C所示，压力下降。在膨胀之后，制冷剂流过蒸发器18，然后如点D所示，以高焓低压状态排出。随后，冷的制冷剂蒸气重新进入存储箱22，并沿一第二管道26流动，该第二管道将蒸发器18的出口连接至压缩机12的入口。在制冷剂通过压缩机12之后，它再次处于高压和高焓状态，从而完成整个循环。
吸入管路换热器20可以在从气体冷却器14排出的高压热制冷剂流体与从蒸发器18排出的低压冷制冷剂蒸气之间进行内部的热交换。存储箱22中的压力介于系统的高压和低压之间。
如图4所示，气体冷却器14中的压力可以通过吸入管路换热器20中的阀28和30来加以调节。第一阀28位于沿着第一管道24的存储箱22中，而第二阀30则位于沿着第二管道26的存储箱22中。
一控制器50可检测冷却器14中的压力，并对阀28和30加以控制。控制器50可以是循环系统10的主控制器。控制器50被编程为能估算循环系统10的状态并确定冷却器14中的一个期望的压力。一旦确定期望的压力，就要对阀28和30进行控制以调节压力。可以用来确定最佳压力的各个因素都落在本领域熟练人员所掌握的范围内。
当气体冷却器14中的压力高于期望值时，系统运行就会需要过多的能量。如果控制器50确定压力高于期望值，则第一阀28打开以允许负荷从气体冷却器14进入存储箱22，将气体冷却器14中的压力从A降到A”(如图3所示)，只需要较少的能量来使系统运行。然后，如图3中C″中所示，致冷剂以较高的焓进入蒸发器18。
相反，如果气体冷却器14中的压力低于期望值，那么系统就不会以最大生产能力运行。如果控制器50确定压力低于期望值，则第二阀30打开，允许负荷从存储箱22流回系统10以提高生产能力。气体冷却器14的压力从A升高至A’，制冷剂以较低的焓重新进入蒸发器18，如图3中的点C’所示。通过将系统10中的高压部分调节至最佳压力，就可以修改焓从而实现最佳的生产能力。
控制器50最好是一个基于微处理器的控制器或例如用于制冷剂循环技术的其它已知控制器。虽然第一阀28和第二阀30的动作可以由一个控制器来主动地控制，但也可以例如通过减压阀28和30来被动地控制。通过控制阀28和30的动作，就可以最优化地设定和控制气体冷却器14中的高压，从而提高系统10的制冷生产能力。
在该较佳实施例中，存储箱22是细长的并具有较小的直径。由于存储箱22的壁厚是直径的函数，因而存储箱应该具有小直径36以减小重量。
将系统10的多余负荷储存在一个组合的吸入管路换热器20中可以有几个好处。由于来自气体冷却器14和蒸发器18排出物共享一个存储箱22，因而可以减少部件数量，从而降低制造成本并获得较高的可靠性。
因此，本发明提供了一种吸入管路换热器20，它提供了一种对跨临界蒸气压缩系统10中的高压进行控制的装置。
前面的描述仅仅是对本发明原理的举例。按照上述教导，本发明可以有很多变型和改动。虽然已经揭示了本发明的较佳实施例，但熟悉本领域的人员可以认识到落入本发明范围的各种特定变型。因此，应该理解，在所附权利要求限定的范围内，除了以上特别描述的以外，本发明还可以有其它的实施方式。为此，应该对所附权利要求书加以研究以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (12)

1.一种用于对在跨临界蒸气压缩系统中循环的制冷剂的高压进行调节的吸入管路换热器，包括：
一用于储存负荷的存储箱；
一经过所述存储箱的第一管道，该管道将一排热换热器连接至一膨胀装置，所述制冷剂以高压流过所述第一管道；
一经过所述存储箱的第二管道，该管道将一吸热换热器连接至一压缩装置，所述制冷剂以低压流过所述第二管道；
一位于所述第一管道中的第一阀，用以调节进入所述存储箱的所述负荷的流量，所述第一阀由一个可监控所述高压的控制器来驱动动作；以及
一位于所述第二管道中的第二阀，用以调节排出所述存储箱的所述负荷的流量，所述第二阀由一个可监控所述高压的所述控制器来驱动动作。
2.如权利要求1所述的吸入管路换热器，其特征在于，通过驱动所述第一阀来调节从所述系统进入所述存储箱的所述负荷的流量，以使所述高压降低。
3.如权利要求1所述的吸入管路换热器，其特征在于，通过驱动所述第二阀来调节从所述存储箱进入所述系统的所述负荷的流量，以使所述高压升高。
4.如权利要求1所述的吸入管路换热器，其特征在于，所述高压是通过驱动所述第一阀和所述第二阀来控制的。
5.如权利要求4所述的吸入管路换热器，其特征在于，所述第一阀和所述第二阀是通过一主动式控制器来控制的，该控制器可接收来自于所述排热换热器的反馈，确定所述排热换热器中的一个期望的压力，并对所述的各阀加以控制而实现所述的期望压力。
6.如权利要求1所述的吸入管路换热器，其特征在于，所述制冷剂是二氧化碳。
7.一种跨临界蒸气压缩系统，包括：
一用于将制冷剂压缩至高压的压缩装置；
一用于使所述制冷剂冷却的排热换热器；
一用于使所述制冷剂降低至低压的膨胀装置；
一用于使所述制冷剂蒸发的吸热换热器；以及
一用于对所述制冷剂的高压进行调节的吸入管路换热器；
其特征在于，
所述换热器包括一用于储存负荷的存储箱、一将所述排热换热器连接至所述膨胀装置的第一管道、一将所述吸热换热器连接至所述压缩装置的第二管道、一位于所述第一管道内用以调节进入所述存储箱的所述负荷之流量的第一阀、以及一位于所述第二管道内用以调节排出所述存储箱的所述负荷之流量的第二阀。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，通过驱动所述第一阀来调节从所述系统进入所述存储箱的所述负荷的流量，以使所述高压降低。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，通过驱动所述第二阀来调节从所述存储箱进入所述系统的所述负荷的流量，以使所述高压升高。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述高压是通过驱动所述第一阀和所述第二阀来控制的。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一阀和所述第二阀是通过一主动式控制器来控制的，该控制器可接收来自于所述排热换热器的反馈，确定所述排热换热器中的一个期望的压力，并对所述的各阀加以控制而实现所述的期望压力。
12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述制冷剂是二氧化碳。
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