跨臨界蒸氣壓縮循環中的高壓調節的製作方法
2024-02-02 13:13:15
專利名稱：跨臨界蒸氣壓縮循環中的高壓調節的製作方法
背景技術：
本發明總的涉及一種用於對跨臨界(transcritical)蒸氣壓縮系統的高壓部分進行調節的裝置。
由於可能破壞臭氧層，含氯的製冷劑已經在世界上的大多數地方被逐步淘汰。已經有人採用氟代烴(HFC)作為替代的製冷劑，但是此類製冷劑仍具有使全球變暖的可能性。已有人建議採用「天然」製冷劑，例如二氧化碳和丙烷來作為替代的流體。不幸的是，採用這些流體同樣有很多問題。二氧化碳具有較低的臨界點，致使採用二氧化碳作為製冷劑的大多數空調系統在多數情況下會跨臨界地運行。
當一個蒸氣壓縮系統跨臨界運行時，對系統的高壓部分進行調節是較為有利的。通過調節系統的高壓部分，就可以使系統的生產能力和效率得以控制和最優化。提高系統的高壓(氣體冷卻器的壓力)可降低蒸發器入口處的製冷劑的比焓並提高生產能力。然而，由於壓縮機必須作更多的功，因而需耗費更多的能量。如能找到系統的最佳高壓是較為有利的，這個最佳高壓隨著工況的變化而變化。通過對系統的高壓部分進行調節，就可以選擇最佳的高壓。
因此，本技術領域需要一種能對跨臨界蒸氣壓縮系統的高壓部分進行調節的裝置。
發明內容
本發明涉及一種用於對跨臨界蒸氣壓縮系統的高壓部分進行調節的裝置。
一種蒸氣壓縮系統，由一壓縮機、一排熱換熱器、一膨脹裝置以及一吸熱換熱器組成。可以通過連接在一個或多個氣體冷卻器迴路的出口處的可控閥來調節系統的高壓。閉合該閥可以使其中一個迴路變成死端(dead end)空間，可以在該空間內積聚和儲存負荷，從而減小有效傳熱面積，並升高氣體冷卻器的壓力。打開該閥可以釋放負荷，並使氣體冷卻器的壓力降低。
通過控制閥的動作，就可以對系統的高壓部分進行調節，從而能控制系統的焓，以實現最佳的效率和/或生產能力。
因此，本發明提供了一種用於對跨臨界蒸氣壓縮系統中的高壓部分進行調節的方法和系統。
本發明的這些和其它的特徵可通過以下的描述和附圖而更好地理解。
附圖簡要說明熟悉本技術領域的人員可以通過以下對較佳實施例的詳細描述而更清楚地理解本發明的各種特徵和優點。以下對所述詳細描述的附圖作簡要說明
圖1是已有技術的蒸氣壓縮系統的示意圖；圖2是一種採用一位於氣體冷卻器迴路出口處的閥的蒸氣壓縮系統的示意圖。
圖3是一跨臨界蒸氣壓縮系統的熱力學示意圖。
對較佳實施例的詳細描述雖然本發明易受如各附圖所示的、將在下文詳細描述的各種不同形式實施例的影響，但應該理解，這些揭示內容僅僅是本發明原理的舉例，申請人並不想將本發明限制為結合附圖所作的描述。
圖1示出了一種已有技術的蒸氣壓縮系統10。一個基本的蒸氣壓縮系統10由一壓縮機12、一排熱(heat rejecting)換熱器(一跨臨界循環的氣體冷卻器)14、一膨脹裝置16、一吸熱(heat accepting)換熱器(一蒸發器)18組成。
製冷劑通過封閉迴路循環系統10循環流動。在本發明的一個較佳實施例中，採用二氧化碳作為製冷劑。雖然描述的是二氧化碳，但也可以採用其它製冷劑。由於二氧化碳具有較低的臨界點，所以採用二氧化碳作為製冷劑的系統通常需要蒸氣壓縮系統10跨臨界地運行。
當系統10跨臨界運行時，對蒸氣壓縮系統10的高壓部分進行調節是較為有利的。通過調節系統10的高壓，就能使系統10的生產能力和/或效率得到控制和最優化。提高氣體冷卻器14的壓力可降低進入蒸發器18的製冷劑的焓並提高生產能力，但由於壓縮機16需作更多的功，因而需耗費更大的能量。通過調節系統10的高壓，就可以選擇系統10的最佳壓力，這個最佳壓力隨工況的變化而變化。
圖2示出了具有兩個迴路14a和14b的氣體冷卻器14的蒸氣壓縮系統10。本發明可對蒸氣壓縮系統10的高壓部分進行調節，這是通過阻擋負荷通過氣體冷卻器14的至少一個迴路14b而實現的。一可控閥20位於氣體冷卻器迴路14b的出口處，並調節從氣體冷卻器迴路14b排出的負荷的流量。而在氣體冷卻器迴路14a的出口處卻沒有設置閥。雖然圖2中示出的是一個具有兩個迴路14a和14b的氣體冷卻器14，但氣體冷卻器14也可以包括任意數量的迴路。閥20可以連接在氣體冷卻器14諸迴路中的任意一個或全部迴路的出口處。通過在膨脹之前對氣體冷卻器14中高壓進行調節，就可以修改蒸發器入口處的製冷劑的焓，從而控制系統10的生產能力。
在所揭示的實施例中，一控制器30可檢測冷卻器14中的壓力，並對閥20加以控制。控制器30可以是循環系統10的主控制器。控制器30被編程為能估算循環系統10的狀態並確定冷卻器14中的一個期望的壓力。一旦確定期望的壓力，就要對閥20進行控制以調節壓力。可以用來確定最佳壓力的各個因素都落在本領域熟練人員所掌握的範圍內。
在蒸氣壓縮系統10的循環過程中，如圖3中的點A所示，製冷劑從壓縮機12排出時處於高壓和高焓。隨著製冷劑在高壓下流過氣體冷卻器14，它會丟失熱和焓，如點B所示，在從氣體冷卻器14排出時具有低焓和高壓。隨著製冷劑流過膨脹裝置16，壓力降低到點C。在膨脹之後，在膨脹之後，製冷劑流過蒸發器18，然後如點D所示，以高焓低壓狀態排出。在製冷劑通過壓縮機12之後，它再次處於高壓和高焓狀態，從而完成整個循環。
通過對位於氣體冷卻器14的一個或多個迴路的出口處的閥20進行調節，就可以調整系統10的高壓以及氣體冷卻器14的壓力。閥20的動作由可對系統10的高壓進行監控的控制器30來調節。
如果氣體冷卻器14中的壓力低於最佳值，製冷劑以高焓進入蒸發器18，則系統10以低生產能力和/或效率運行。如果控制器30確定壓力低於期望值，閥20閉合，以在死端14b的氣體冷卻器14中積聚負荷並將壓力升高至最佳壓力。這樣就能使氣體冷卻器14中的壓力從A升高至A』，製冷劑以低焓進入蒸發器18，如圖3中的點C』所示。
或者，如果氣體冷卻器14中的壓力高於期望值，則系統10在使用過多的能量。如果控制器30確定壓力高於期望值，閥20打開，多餘的負荷經迴路14b從氣體冷卻器14流動至系統10，從而將氣體冷卻器14的壓力降低至A」。如點C」所示，製冷劑以較高的焓進入蒸發器18，只有較少的能量用於系統循環。通過調節閥20而將氣體冷卻器14中的高壓調整到最佳壓力，就可以修改焓值而實現最佳生產能力。
因此，本發明提供了一種用於控制跨臨界蒸氣壓縮循環中的高壓的閥。控制器30可以是一個基於微處理器的控制器或例如用於製冷劑循環技術的其它已知控制器。
前面的描述僅僅是對本發明原理的舉例。按照上述教導，本發明可以有很多變型和改動。雖然已經揭示了本發明的較佳實施例，但熟悉本領域的人員可以認識到落入本發明範圍的各種特定變型。因此，應該理解，在所附限定的範圍內，除了以上特別描述的以外，本發明還可以有其它的實施方式。為此，應該對所附權利要求書加以研究以確定本發明的真實範圍和內容。
權利要求
1.一種用於對在跨臨界蒸氣壓縮系統中循環的製冷劑的高壓進行調節的裝置，包括一用於使所述製冷劑冷卻的吸熱換熱器，所述吸熱換熱器具有至少兩個迴路；以及一位於所述吸熱換熱器的至少一個迴路中的閥，所述閥由一個可對所述高壓進行監控的控制器來驅動動作。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述閥被打開，以調節通過所述排熱換熱器的所述至少一個迴路的所述負荷的流量，並使所述製冷劑的高壓降低。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述閥被閉合，以調節通過所述排熱換熱器的所述至少一個迴路的所述負荷的流量，並使所述製冷劑的高壓升高。
4.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，可通過驅動所述閥來控制所述高壓。
5.如權利要求1、2、3或4所述的裝置，其特徵在於，所述製冷劑是二氧化碳。
6.一種跨臨界蒸氣壓縮系統，包括一用於將製冷劑壓縮至高壓的壓縮裝置；一用於使所述製冷劑冷卻的排熱換熱器，所述排熱換熱器具有至少兩個迴路；一位於所述排熱換熱器的至少一個迴路中的閥，該閥可以被驅動而調節流過所述排熱換熱器的負荷的流量；一用於使所述製冷劑降低至低壓的膨脹裝置；以及一用於使所述製冷劑蒸發的吸熱裝置。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述閥被打開，以調節通過所述排熱換熱器的所述至少一個迴路的所述負荷的流量，並使所述製冷劑的高壓降低
8.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述閥被閉合，以調節通過所述排熱換熱器的所述至少一個迴路的所述負荷的流量，並使所述製冷劑的高壓升高。
9.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述閥由一控制器控制，該控制器將所述排熱換熱器中的壓力與一期望壓力作比較，並響應於所述比較結果來控制所述閥。
10.如權利要求6、7、8或9所述的系統，其特徵在於，所述製冷劑是二氧化碳。
全文摘要
可以通過位於蒸氣壓縮系統的氣體冷卻器的兩個迴路中的至少一個上的一個閥來控制系統的高壓。通過控制閥的動作,就可以對系統的高壓進行調節。閉合該閥可以在氣體冷卻器中積聚和儲存負荷,從而提高氣體冷卻器內的壓力。打開該閥可以釋放負荷,並使氣體冷卻器的壓力降低。通過控制閥的動作,就可以對系統的高壓部分的壓力進行調節,也能控制系統的焓,從而實現最佳的效率和/或生產能力。較理想的是採用二氧化碳作為製冷劑。
文檔編號F25B6/02GK1356518SQ0113940
公開日2002年7月3日 申請日期2001年11月15日 優先權日2000年11月15日
發明者T·H·謝內爾 申請人:開利公司