具有集成再冷卻功能的冷卻系統的製作方法

2024-03-28 11:17:05

本申請總體涉及一種冷卻系統，尤其涉及一種具有集成再冷卻功能的冷卻系統。

背景技術：

冷卻系統可配置在二氧化碳增壓器系統中。這個系統可循環co2製冷劑以冷卻空間。製冷劑可循環通過低溫負載、低溫壓縮機(一個或多個)、中溫負載、以及中溫壓縮機(一個或多個)。所述系統也可包括再冷卻器和積聚器。再冷卻器進一步冷卻液體製冷劑且積聚器防止任何液體製冷劑從負載(一個或多個)流到壓縮機(一個或多個)中。

技術實現要素：

根據一個實施方式，一種系統包括高側換熱器、閃蒸罐、容器、負載、以及壓縮機。高側換熱器從製冷劑移除熱量。閃蒸罐存儲來自高側換熱器的製冷劑。所述容器包括由外部殼體限定的腔室和定位在腔室內的管道。熱量從循環通過這個管道且來自閃蒸罐的液體製冷劑移除。負載使用來自管道的製冷劑以從靠近負載的空間移除熱量。負載將製冷劑傳送到相同容器的外部殼體和管道之間的腔室中。壓縮機從外部殼體和管道之間的腔室接收製冷劑且壓縮製冷劑。

根據另一實施方式，一種方法包括利用高側換熱器從製冷劑移除熱量且利用閃蒸罐存儲製冷劑。所述方法也包括將來自閃蒸罐的製冷劑傳送到容器的管道。管道從製冷劑移除熱量。所述容器包括由外部殼體限定的腔室。管道定位在腔室內。所述方法也包括利用製冷劑從靠近負載的空間移除熱量且將來自負載的製冷劑傳送到外部殼體和管道之間的腔室中。所述方法還包括將製冷劑從外部殼體和管道之間的腔室傳送到壓縮機。壓縮機壓縮製冷劑。

根據又另一實施方式，一種系統包括容器、負載、以及壓縮機。所述容器包括由外部殼體限定的腔室和定位在腔室內的管道。管道從來自閃蒸罐的製冷劑移除熱量。負載使用來自管道的製冷劑從靠近負載的空間移除熱量。負載將製冷劑傳送到外部殼體和管道之間的腔室中。壓縮機從外部殼體和管道之間的腔室接收製冷劑且壓縮製冷劑。

特定實施方式可提供一種或多種技術優點。例如，一實施方式通過將再冷卻器和積聚器集成在單一容器中而增加在冷卻系統架上的可用空間量。作為另一示例，一實施方式通過將再冷卻器和積聚器集成在單一容器中和增加系統效率而減少冷卻系統的壓降。特定實施方式可不包括以上技術優點、或包括以上技術優點中的一些或全部。通過包括在此的附圖、說明書、和權利要求，一種或多種其它技術優點對於本領域技術人員易於是明顯的。

附圖說明

為了更完整的理解本申請，現在結合附圖參考以下說明內容，其中：

圖1示出示例性冷卻系統；

圖2示出圖1的冷卻系統的各種示例性容器；以及

圖3是示出圖1的操作示例性冷卻系統的方法的流程圖。

具體實施方式

本申請的實施方式及其優點通過參照附圖中的圖1至3最佳地理解，相同的附圖標記用於各個視圖的相同和對應部分。

諸如製冷系統等的冷卻系統利用製冷劑從空間移除熱量。這些系統可使製冷劑循環通過低溫負載和中溫負載，以冷卻與那些負載對應的空間。例如，在雜貨店中，低溫負載可以是用於存儲冷凍食品的冷凍箱，且中溫負載可以是用於存儲新鮮產品的冷藏架。來自低溫負載的製冷劑被傳送通過低溫壓縮機，而後被壓縮的製冷劑混合於來自中溫負載的製冷劑來自閃蒸罐的製冷劑。所述混合物繼而傳送通過中溫壓縮機，而後循環回到高側換熱器。

許多冷卻系統包括在負載之前的再冷卻器。再冷卻器在將製冷劑傳送到負載之前進一步冷卻製冷劑。以這種方式，負載能夠將空間高效地冷卻到較低溫度。例如，較冷製冷劑可幫助冷凍箱將空間保持在適當溫度以用於冷凍食品。許多冷卻系統也包括在負載和壓縮機之間的積聚器。積聚器操作以防止液體製冷劑流到壓縮機中。當液體製冷劑流到壓縮機中時，所述液體製冷劑可引起壓縮機損壞和故障。因此，通過利用積聚器，壓縮機的使用壽命可增加。

利用再冷卻器和積聚器將特定問題引入冷卻系統中。例如，通過將再冷卻器和積聚器兩者包括在冷卻系統中，將消耗在冷卻系統架上的更多空間。因此，在所述架上存在更少的空間用於冷卻系統的其它構件。作為另一示例，通過利用再冷卻器和積聚器兩者，跨越冷卻系統的壓降增加。因此，冷卻系統中的壓縮機使用更多的能量以將製冷劑壓縮最多達到用於高側換熱器的特定壓力。

本申請構思的是具有集成再冷卻器和積聚器的冷卻系統。集成容器包括限定腔室的外部殼體。管道定位在腔室內。管道用作使製冷劑再冷卻的換熱器。在製冷劑被負載使用之後，製冷劑在傳送到壓縮機之前通過容器的腔室傳送返回。隨著製冷劑穿過容器，任何液體製冷劑通過重力沉澱在容器的底部處。因此，液體製冷劑不傳到壓縮機。在具體實施方式中，通過將再冷卻器和積聚器集成在單一容器中，在冷卻系統架上的可用空間量增加。而且，通過集成再冷卻器和積聚器，跨越冷卻系統的壓降減小。冷卻系統將利用圖1至3更詳細地描述。圖1總體示出冷卻系統。圖2示出集成容器的各種示例。圖3示出操作示例性冷卻系統的方法。

本申請使用配置在具有低溫和中溫負載以及壓縮機的增壓器構型中的示例性冷卻系統。然而，本申請構思的是利用以任何適當方式配置的任何適當冷卻系統。例如，本申請構思的是利用無閃蒸罐且僅一種類型的負載和壓縮機的空調系統或製冷系統。而且，本申請構思的是包括在示例性冷卻系統中使用的任何構件中的一個或多個的系統。

圖1示出示例性冷卻系統100。如圖1所示，冷卻系統100包括高側(高壓側)換熱器(highsideheatexchanger)105、膨脹閥110、閃蒸罐(flashtank)115、膨脹閥120、集成容器125、低溫負載130、低溫壓縮機135、膨脹閥140、中溫負載145、以及中溫壓縮機150。集成容器125將再冷卻器和積聚器集成在一個容器中。在具體實施方式中，通過利用集成容器125，在用於冷卻系統100的架上可用的空間量增加。而且，跨越冷卻系統100的壓降減小。

高側換熱器105從製冷劑移除熱量。當熱量從製冷劑移除時，製冷劑被冷卻。本申請構思的是高側換熱器105被操作為冷凝器和/或氣體冷卻器。當操作為冷凝器時，高側換熱器105冷卻製冷劑，以使得製冷劑的狀態從過熱氣體改變成液體或從過熱氣體變成冷卻氣體。當操作為氣體冷卻器時，高側換熱器105冷卻製冷劑但是製冷劑仍然是氣體。在特定構型中，高側換熱器105定位成使得從製冷劑移除的熱量可排放到空氣中。例如，高側換熱器105可定位在屋頂上，使得從製冷劑移除的熱量可排放到空氣中。作為另一示例，高側換熱器105可定位在建築物的外部和/或建築物的側部上。

膨脹閥110、120、和140減小壓力且因此製冷劑的溫度。膨脹閥110、120、和140減小來自流到膨脹閥110、120、和140中的製冷劑的壓力。製冷劑的溫度繼而可隨著壓力減小而下降。因此，進入膨脹閥110、120、和140的溫或熱的製冷劑在離開膨脹閥110、120、和140時更冷。離開膨脹閥110的製冷劑被供給到閃蒸罐115中。膨脹閥120和140分別供給低溫負載125和中溫負載135。

閃蒸罐115存儲通過膨脹閥110從高側換熱器105接收的製冷劑。本申請構思的是閃蒸罐115以比如液體狀態和/或氣體狀態的任何狀態存儲製冷劑。離開閃蒸罐115的製冷劑通過膨脹閥120和140被供給到低溫負載125和中溫負載135。

所述系統100包括低溫部分和中溫部分。低溫部分可以按比中溫部分更低的溫度操作。在一些製冷系統中，低溫部分可以是冷凍系統且中溫系統可以常規製冷系統。在雜貨店布置中，低溫部分可包括用於保持冷凍食品的冷凍箱且中溫部分可包括用於保持產品的冷藏架。製冷劑可從閃蒸罐115流到製冷系統的低溫和中溫部分兩者。例如，製冷劑可流到低溫負載130和中溫負載145。當製冷劑到達低溫負載130或中溫負載145時，製冷劑從圍繞低溫負載130或中溫負載145的空氣移除熱量。因此，空氣被冷卻。冷卻空氣可繼而比如通過風扇循環以冷卻比如冷凍箱和/或冷藏架的空間。隨著製冷劑穿過低溫負載130和中溫負載145，製冷劑可從液體狀態改變到氣體狀態。

製冷劑從低溫負載130和中溫負載145流到壓縮機135和150。本申請構思的是所述系統100包括任何數量的低溫壓縮機135和中溫壓縮機150。低溫壓縮機135和中溫壓縮機150增加製冷劑的壓力。因此，製冷劑中的熱量變得集中且製冷劑變成高壓氣體。低溫壓縮機135壓縮來自低溫負載130的製冷劑且將被壓縮的製冷劑傳送到中溫壓縮機150。中溫壓縮機150壓縮來自低溫壓縮機135和中溫負載145的製冷劑。中溫壓縮機150繼而將被壓縮的製冷劑傳送到高側換熱器105。

許多冷卻系統包括在閃蒸罐115和低溫負載130之間的再冷卻器。再冷卻器在製冷劑被低溫負載130使用之前從存儲在閃蒸罐115中的所述液體製冷劑移除熱量。通過使製冷劑冷卻，再冷卻器製備製冷劑以供低溫負載130使用。當低溫負載130使用較冷製冷劑時，低溫負載130更好地冷卻靠近低溫負載130的空間。許多冷卻系統也包括在低溫負載130和低溫壓縮機135之間的積聚器。積聚器操作以防止液體製冷劑流到低溫壓縮機135中。當液體製冷劑進入低溫壓縮機135時，液體製冷劑損壞低溫壓縮機135且可引起低溫壓縮機135故障或損壞。因此，積聚器增長低溫壓縮機135的使用壽命。

當再冷卻器和積聚器都在冷卻系統100中作為分離的容器使用時，在用於冷卻系統100的架上的可用空間量減少。而且，通過使再冷卻器和積聚器分離，跨越冷卻系統100的壓降增加。由於壓降，低溫壓縮機135和中溫壓縮機150更多地運行以將製冷劑壓縮到用於高側換熱器105的適當壓力。

集成容器125將再冷卻器和積聚器集成在單一容器中。在具體實施方式中，集成容器125包括限定腔室的外部殼體和定位在腔室內的管道。管道接收來自閃蒸罐115的製冷劑，且在製冷劑傳送到低溫負載130之前從所述製冷劑移除熱量。因此，集成容器125通過從閃蒸罐115移除熱量而用作再冷卻器。在製冷劑被低溫負載130使用以冷卻空間之後，低溫負載130將製冷劑傳送回到集成容器125。製冷劑在被傳送到低溫壓縮機135之前穿過在外部殼體和管道之間的集成容器125的腔室(部位)。隨著製冷劑穿過集成容器125，製冷劑中的任何液體通過重力沉澱在腔室的底部處或也可通過從在容器125內側的管道(一個或多個)吸收熱量而蒸發。因此，液體製冷劑在所述製冷劑被傳送到低溫壓縮機135之前被轉換成氣體製冷劑。因此，集成容器125也操作為積聚器。

如先前描述的，本申請構思的是在任何適當的冷卻系統中利用集成容器125。例如，本申請構思的是在不包括閃蒸罐115和/或中溫部分和低溫部分的空調系統或製冷系統中利用集成容器125。實際上，空調系統可包括具有負載和壓縮機的僅一個部分。而且，本申請構思的是將多個集成容器125結合在系統100中。例如，第二集成容器可被包括在閃蒸罐115和中溫負載145之間。第二集成容器在製冷劑到達中溫負載145之前使製冷劑再冷卻，且在製冷劑到達中溫壓縮機150之前積聚製冷劑。

在具體實施方式中，冷卻系統100包括在中溫負載145和中溫壓縮機150之間的積聚器。積聚器防止液體製冷劑流到中溫壓縮機150中。中溫負載145通過積聚器將製冷劑傳送到中溫壓縮機150。在一些實施方式中，低溫壓縮機135通過積聚器將製冷劑傳送到中溫壓縮機150。

在具體實施方式中，通過利用集成容器125，在用於冷卻系統100的架上的可用空間量增加。而且，跨越冷卻系統100的壓降減小，因為再冷卻器和積聚器集成為單一容器。因此，低溫壓縮機135的使用壽命增長。將利用圖2更詳細地描述集成容器125。將利用圖3描述操作冷卻系統100的方法。

圖2示出圖1的冷卻系統100的各種示例性容器125。如圖2所示，容器125可以按數種不同的方式配置。本申請構思的是容器125以任何適當方式配置以執行再冷卻器和積聚器的功能。

容器125的第一示例包括外部殼體200、腔室205、以及管道210。外部殼體200用於包含容器125的構件和製冷劑。外部容器200也限定腔室205。本申請構思的是外部殼體200由諸如金屬的任何適當材料製造。

腔室205允許容器125的構件定位在腔室205內。而且，腔室205允許製冷劑流過腔室205。腔室205可以是由外部殼體200限定的容器125內的腔體。例如，腔室205可以是由外部殼體200包封的整個空間。

管道210定位在容器125內。例如，管道210定位在外部殼體200內。管道210允許製冷劑流過管道210。在具體實施方式中，管道210操作為換熱器。例如，管道210從流過管道210的製冷劑移除熱量。製冷劑通過管道210從閃蒸罐流到負載。因此，管道210在製冷劑被負載使用之前進一步冷卻來自閃蒸罐的製冷劑。因此，管道210操作為再冷卻器。

在負載使用來自管道210的製冷劑以冷卻靠近負載的空間之後，負載將製冷劑傳送回到容器125。製冷劑在其到壓縮機的路上在外部殼體200和管道210之間穿過腔室205。隨著製冷劑穿過腔室205，任何液體製冷劑通過重力沉澱在腔室205的底部處。因此，液體製冷劑被防止流到壓縮機中。因此，容器125也操作為積聚器。

在具體實施方式中，從管道210中的製冷劑移除的熱量用於蒸發已經通過重力沉澱在腔室205的底部處的液體製冷劑。當所述液體製冷劑蒸發時，氣體製冷劑被允許流到壓縮機。以這種方式，通過重力沉澱在腔室205的底部處的液體製冷劑將不會溢流到壓縮機中。

本申請構思的是容器125包括任何數量的管道。在容器125的第二示例中，容器125包括外部殼體215、腔室220、和多個管道225。如圖2所示，容器125的截面在第二示例中呈現。外部殼體215限定圍繞管道225的腔室220。類似於第一示例，來自負載的製冷劑在其到壓縮機的路上流過腔室220。任何液體製冷劑通過重力沉澱在腔室220的底部處。在腔室220的底部處存在充足的空間以保持液體製冷劑。因此，液體製冷劑被防止流到低溫壓縮機中。

所述多個管道225用於在製冷劑被負載使用之前從來自閃蒸罐的製冷劑移除熱量。隨著製冷劑流過管道225中的每個，熱量從製冷劑移除。因此，負載接收較冷的製冷劑，這允許負載更高效地冷卻空間。在負載使用製冷劑之後，負載將製冷劑傳送回到容器125。類似於容器125的第一示例，製冷劑不流出管道225進入腔室220。實際上，管道225被包含在腔室220內且來自閃蒸罐的製冷劑流過管道225，同時來自負載的製冷劑在外部殼體215和管道225之間流過腔室220。

在具體實施方式中，通過利用容器125，在用於冷卻系統100的架上的可用空間量增加，因為再冷卻器和積聚器被結合在一個容器中。而且，通過將再冷卻器和積聚器結合在一個容器中，跨越系統100的壓降量減小。

圖3是示出操作圖1的示例性冷卻系統100的方法300的流程圖。在具體實施方式中，冷卻系統100的各種構件執行方法300的步驟。

在步驟305中，高側換熱器105從製冷劑移除熱量。高側換熱器105繼而將製冷劑傳送到閃蒸罐115。在步驟310中，閃蒸罐115存儲製冷劑。繼而，閃蒸罐115將製冷劑傳送到容器125。

在步驟315中，容器125從製冷劑移除熱量，這冷卻製冷劑。繼而，容器125將製冷劑傳送到低溫負載130。在步驟320中，低溫負載130利用製冷劑從空間移除熱量。繼而，低溫負載130將製冷劑傳送回到容器125。在步驟325中，容器125積聚製冷劑，這會移除液體製冷劑且防止液體製冷劑流到壓縮機中。繼而，容器125將製冷劑傳送到低溫壓縮機135。在步驟330中，低溫壓縮機135壓縮製冷劑。

以這種方式，容器125用作再冷卻器和積聚器兩者。容器125通過在步驟315中從製冷劑移除熱量而用作再冷卻器。而且，容器125通過在步驟325中積聚製冷劑而用作積聚器。例如，液體製冷劑可通過重力沉澱在容器125的底部處，由此防止液體製冷劑流到低溫壓縮機135中。因此，低溫壓縮機135的使用壽命增長。

可對在圖3中描繪的方法300做出修改、增加、或省略。所述方法300可包括更多、更少、或其它步驟。例如，步驟可並列或以任何合適的順序執行。雖然討論的是冷卻系統100的各種構件執行步驟，但是系統100的任何合適的構件或構件的結合可執行方法的一個或多個步驟。

雖然本申請包括數個實施方式，但是可對本領域技術人員建議各種改變、變化、變更、轉化、以及修改，且旨在本申請包含這些改變、變化、變更、轉化、以及修改，如落在所附權利要求的範圍內。