TW589442B - Transcritical vapor compression system, and suction line heat exchanger for regulating a high pressure of a refrigerant circulating therein - Google Patents

Description

589442 A7 B7 五、發明説明（1 發明所屬之拮術領域 本發明大致上有關一種用以調節過臨界蒸氣壓縮系統之 高譽分量之機制。 先前技術 含氯冷卻劑由於其破壞臭氧之潛在性而已於世界上大部 份地區逐步停用。氟化氫碳（HFCs)已用作取代之冷卻劑， 但這些冷卻劑仍然具有高度全球暖化之潛在性。諸如二氧 化碳及丙烷之”天然，，冷卻劑業已提出用作取代之流體。令 人遺憾的是，很多這些流體也同樣具有使用問題。二氧化 碳具有低臨界點，這造成大部份利用二氧化碳之空調系統 大部份在過臨界狀態下運轉。 當一蒸氣壓縮系統係於過臨界下運轉時，其有利的是調 節咸系統之高麗分量。藉著調節該系統之高壓，可控制及 取佳化該系統之能力及/或效率。增加該系統之高壓（氣體 冷卻器恩力）將降低在該蒸發器入口之比焓及增加能力。然 而因為該壓縮機必須更辛苦地工作，故耗用更多能量。其 有利的是發現該系統之最佳高壓，該最佳高壓當作操作條 件改曼時之變化點。藉著碉節該系統之高签分量，即可選 擇最佳之高壓。 因此本技藝在此需要一種用以調節過臨界蒸氣壓縮系 統之高壓分量之機制。 發明内容_ 本發明有關一種用以調節過臨界蒸氣壓縮系統之高恩分 量之機制。 準(CNS) A4規藏^ -4-

裝 玎

589442 A7 B7 五、發明説明（2 ) 蒸氣壓縮系統係由一壓縮機、一散熱式熱交換器、一膨 脹裝置、及一吸熱式熱交換器所組成。一吸引管路熱交換 器（SLXH)係用於增加該系統之效率及/或能力及防止液體 冷卻劑之攝取進入該壓縮機。於本發明之較佳具體實施例 中，二氧化碳係用作該冷卻劑。本發明使用此種熱交換器 形式以調節該高壓分量。 本發明藉著移去或運送注液進/出該系統及將其儲存於該 吸引管路熱交換器之儲槽以調節該蒸氣壓縮之高壓分量（該 氣體冷卻器中之壓力）。一吸引管路熱交換器於該氣體冷卻 器（散熱式熱交換器）所排出高壓熱流體冷卻劑及該蒸發器（ 吸熱式熱交換器）所排出低壓冷蒸氣冷卻劑之間作内部熱交 換。本發明所使用之這些熱交換器中有一容積以儲存冷卻 劑。 . 藉著調整該吸引管路熱交換器中之各閥門調節該氣體冷 卻器中之高壓。假如該氣體冷卻器之壓力太高，第一閥門 允許來自該氣體冷卻器之過多注液流入該儲槽。假如該氣 體冷卻器之壓力太低，打開第二閥門以由該儲槽釋放注液 退回進入該系統。藉著控制該閥門之作動，可調節該系統 之高壓分量以達成最佳之效率及/或能力。 據此，本發明提供一種用以調節過臨界蒸氣壓縮系統之 高壓分量之方法及系統。 本發明之這些及其他特色將由以下之說明書及圖面而有 最佳了解。 發明之實施方式 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

裝 訂

589442 A7 B7 五、發明説明（3

雖然本發明可能易於接納與在此各圖面中所示及在此將 歷述者呈不同形式之具體實施例，應理解本發明所 揭示之特定具體實施例將視為其原理之一項範例，且不 欲將本發明限制於在此所示及敘述者。 圖1說明一先前技藝之蒸氣壓縮系統10。基本之蒸氣壓縮 系統10由一壓縮機12、一散熱式熱交換器（過臨界循環中 之氣體冷卻器）14、一膨脹裝置16、及一吸熱式熱交換器（ 蒸發器）1 8所組成。 冷卻劑係循環經過該閉路循環系統1 〇。於本發明之一較 佳具體實施例中，二氧化碳係用作該冷卻劑。雖然以二氧 化碳作說明，可使用其他之冷卻劑。因為二氧化碳具有一 低臨界點，利用二氧化碳當作冷卻劑之系統通常要求該蒸 氣壓縮系統1 0在過臨界下運轉。. 當該系統1 0係在過臨界下運轉時，其有利的是調節該蒸 氣縮系統1 0之鬲壓分量。藉著調節該系統丨〇之高壓分量 ’可控制及取佳化$亥系統1 〇之能力及/或效率。增加該氣體 冷卻器1 4之壓力將降低進入該蒸發器丨8之熱焓及增加能力 ，而且亦需要更多能量，因為該壓縮機1 6必須更辛苦地工 作。藉著調節該系統1 0之高壓，可選擇該系統1 〇之最佳壓 力，而當該操作條件改變時即變化該壓力。 圖2說明一採用吸引管路熱交換器（SLXH) 2 0之蒸氣壓縮 系統1 0。該吸引管路熱交換器2 0增加該蒸氣壓縮系統1 〇之 效率及/或能力，及防止對該系統1 〇有害之液體冷卻劑攝取 進入該壓縮機1 2。 -6- 本紙银尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

裝 訂

589442 A7 ____B7_ _ 五、發明説明（4 ) 本發明藉著將過多之注液加至該系統1 0或由該系統1 0移 除過多之注液且將其儲存於該吸引管路熱交換器20儲槽22 調節該蒸氣壓縮系統1 〇之高壓分量，以達成最佳之壓力。 藉著在膨脹之前調節該氣體冷卻器14中之高壓，可更改在 該蒸發器入口之冷卻劑熱給，以控制該系統1 0之能力。 於採用吸引管路熱交換器2 0之蒸氣壓縮系統1 0之循環中 ，該冷卻劑在高壓及高熱焓下排出該壓縮機1 2，如圖3點A 所示。當該冷卻劑在高壓下流經該氣體冷卻器1 4時，其損 失熱及熱焓，以低熱焓及高壓排出該氣體冷卻器1 4，如點 B所示。該熱冷卻流體在進入該膨脹裝置1 6之前通過該吸 引管路熱交換器20。該冷卻劑沿著第一導管24行經該儲槽 20，該第一導管連接該氣體冷卻器14之出口至該膨脹裝置 16之入口。當該冷卻劑通過該膨廉裝置16時，其壓力下降 ，如點C所示。在膨脹之後，該冷卻劑通過該蒸發器丨8及 在高熱焓及低壓力下排出，如點D所示。然後該冷蒸氣冷 卻劑再次進入該儲槽2 2及沿著第二導管2 6前進，該第二導 管連接該蒸發器1 8之出口至該壓縮機1 2之入口。在該冷卻 劑通過該壓縮機1 2之後，其又位在高壓及高熱焓，而達成 該循環。 該吸引管路熱交換器2 0於該氣體冷卻器丨4所排出高壓熱 冷卻劑流體及该蒸發裔1 8所排出低壓冷蒸氣冷卻劑之間作 内部熱交換。該儲槽22中之壓力係介於該系統之高壓及低 壓之間。 如圖4所示’藉著調整該吸引管路熱交換器2 〇中之閥門 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 589442 A7 ____ B7 五、發明説明（5 ) " ^ 2 8及3 0調節該氣體冷卻器丨4中之壓力。該第一閥門2 8係 沿著該第一導管24位於該儲槽22中及該第二閥門30係沿著 該第二導管26位於該儲槽22中。 一控制器5 0感測該冷卻器1 4中之壓力及控制閥門2 8及3 〇 。該控制器5 0可為循環系統1 〇之主要控制器。程式設計該 控制器5 0以評估該循環1 〇之狀況及決定該冷卻器1 4中想要 之壓力。一旦已決定想要之壓力，控制該閥門2 8及3 〇以調 節該壓力。用於決定最佳壓力之因素係在本技藝工作者之 技術範圍内。 當該氣體冷卻器14中之壓力係高於所想要者時，需要太 多能量以運轉該系統。假如控制器50決定該壓力係高於所 想要者，打開該弟一閥門2 8以允許來自該氣體冷卻器1 4之 注液進入該儲槽2 2，由A至A ’’降.低該氣體冷卻器丨4中之壓 力（圖3所示），需要較少之能量以運轉該系統。然後該冷卻 劑在較高熱焓下進入該蒸發器1 8，如圖3點C ”所示。 反言之，假如該氣體冷卻器14中之壓力係低於所想要者 ’違系統係不在取大能力下運轉。假如控制器5 〇決定該壓 力低於所想要者’打開該第二閥門3 0及注液由該儲槽2 2倒 流進入該系統1 〇以增加能力。該氣體冷卻器丨4之壓力由A 增加至A’，且該冷卻劑在低熱焓下再次進入該蒸發器18， 如圖3點C ’所示。藉著將該系統1 〇之高壓分量調節至最佳 之壓力，可更改該熱焓以達成最佳之能力。 控制斋5 0較佳地係一以微處理器為基礎之控制器或其他 習知之控制，諸如在冷卻劑循環技藝中所習知者。雖然可 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)'"' ---------- 589442 A7

藉著-控制器主動地控制該第—闕門28及該第二閥門3〇之 作動、，、其亦可被動式控W，諸如藉著釋塵閥28及30。藉著 技制邊閥門2 8及3 0〈作動，可最佳地設定及控制該氣體冷 卻器Μ中之高壓，增加該系統1Q之冷卻能力。 於？褒較佳具體實施例中，該鍺槽22係長而且直徑小。职 然該儲槽22之壁面厚度係直徑之一函數，該儲槽應具小： 徑3 6以減少重量。

、、於組合式吸引管路熱交換器2〇中儲存該系統1〇之過多注 液具有-些優點。既然由該氣體冷卻器14及該蒸發器⑻斤 排出者共用—儲槽22，可減少零件之數目，導致較低之製 造成本及較高可靠性。 裝 據此，本發明提供一吸引管路熱交換器2〇，其提供一種 用以控制過臨界蒸氣壓縮系統1〇中之高壓之機制。 訂

k- 前面之敘述係只本發明原理之範例。以上面教導之觀點 ，本發明可能作很多修正及變化。然*已揭示，本發明之 較佳具體實施例，使得普通熟諳此技藝者平常之技巧之那 一個於該技藝將認知某些修正將落在本發明之範圍内。因 此，請暸解在所附申請專利之範圍$，本發明可用異於特 別敘述炙万法加以實現。為此緣故，應仔細檢視以下之申 請專利以決定本發明之法定範圍及内容。 圖式簡單說明 、對於熟諳此技藝者，本發明之各種特色及優點將由當前 較佳具體實施例之以下詳細敘述而變得明顯。該詳細敘述 所附帶之圖面可簡述如下： -9 - 589442 A7 B7 五、發明説明（7 ) 圖1說明一先前技藝蒸氣壓縮系統之概要圖。 圖2說明一利用習知吸引管路熱交換器之蒸氣壓縮系統之 概要圖。 圖3說明一過臨界蒸氣壓縮系統之熱力學曲線圖。 圖4說明一與過臨界蒸氣壓縮系統一起使用之吸引管路熱 交換儲槽之概要圖。 元件符號說明 10 蒸氣壓縮系統 12 壓縮機 14 氣體冷卻器 16 膨脹裝置 18 吸熱式熱交換器 20 吸引管路熱交換器 22 儲槽 24 第一導管 26 第二導管 28 第一閥門 3 0 第二閥門 3 6 小直徑 50 控制器 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 589442 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種於過臨界蒸氣壓縮系統中調節一冷卻劑之高壓循環 之吸引管路熱交換器，其包括： 一儲槽，其用以儲存注液； 第一導管，其通過該儲槽連接一散熱式熱交換器至一 膨脹裝置，該冷卻劑在高壓下行經該第一導管； 第二導管，其通過該儲槽連接一吸熱式熱交換器至一 壓縮裝置，該冷卻劑在低壓下行經該第二導管；

   裝 第一閥門，其位在該第一導管上，以調節該注液之流 入該儲槽，藉著監視該高壓之一控制器作動該第一閥門 :及 第二閥門，其位在該第二導管上，以調節該注液之流 出該儲槽，藉著監視該高壓之一控制器作動該第二閥門。 2. 如申請專利範圍第1項之吸引.管路熱交換器，其中藉著 作動該第一閥門以調節由該系統流入該儲槽之注液而達 成該高壓之減低。 t 3. 如申請專利範圍第1項之吸引管路熱交換器，其中藉著 作動該第二閥門以調節由該儲槽流入該系統之注液而達 成該高壓之增加。 4. 如申請專利範圍第1項之吸引管路熱交換器，其中藉著 一主動式控制器控制該第一閥門及該第二閥門，該控制 器具有來自該吸熱式熱交換器之反饋，及決定在該吸熱 式熱交換器所想要之壓力，且控制該閥門以達成所想要 之壓力。 5. 如申請專利範圍第1，2，3或4項之吸引管路熱交換器， 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 589442 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 其中該冷卻劑係二氧化碳。 6· 一種過臨界蒸氣壓縮系統，其包括： 一壓縮裝置，其將冷卻劑壓縮至高壓； 一散熱式熱交換器，其用於冷卻該冷卻劑； 一膨脹裝置，其用以將該冷卻劑降低至一低歷， 吸熱式熱又換器’其用於蒸發該冷卻齊(J ’及 一吸引管路熱交換器，其用以調節該冷卻劑之南壓， 並包括一用以儲存注液之儲槽、連接該散熱式熱交換器 至該膨脹裝置之第一導管、連接該吸熱式熱交換器至該 壓縮裝置之第二導管、位在該第一導管上以調節流入該 儲槽之注液之第一閥門、及位在該第二導管上以調節流 出該儲槽之注液之第二閥門。 7 ·如申請專利範圍第6項之系統，其中藉著作動該第—閥 門以調節由該系統流入該儲槽之注液而達成該高壓之減 低。 8 .如申請專利範圍第6項之系統，其中藉著作動該第二閥 門以調節由孩儲槽流入該系統之注液而達成該高壓之增 加0 9.如申請專利範圍第6項之系統’其中藉著一主動式㈣ 器控制該第一閥門及該第二闕門，該控制器具有來自％ 吸熱式熱交換器之反饋，及決定在該吸熱式熱交換哭； 想要之壓力，且控制該閥門以達成所想要之壓力。π 1〇.如申請專利範圍第6，7，8或之系統，其中該冷卻 劑係二氧化碳。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公董)---_____