專利名稱：制冷劑充填料的儲(chǔ)存的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷，更具體地涉及用于運(yùn)輸或商用制冷的跨臨界制 冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為天然的和環(huán)境無(wú)害的制冷劑，C02(R-744)正吸引重點(diǎn)關(guān)注。 C02的臨界溫度是87.8。F。在大多數(shù)空調(diào)和制冷操作條件下，排熱發(fā)生
在此溫度之上，使得C02系統(tǒng)以臨^f模式運(yùn)行。
不同的應(yīng)用將需要不同的運(yùn)行范圍(例如，氣體冷卻器的范圍和蒸 發(fā)器條件)。例如，飲料冷藏拒可具有基本上固定的期望內(nèi)部條件(例 如，非常接近34-38。F,以避免水凍風(fēng)險(xiǎn)，但仍提供冷卻)。此溫度基 本上固定穩(wěn)態(tài)壓縮機(jī)吸入壓力。任何操作員不太可能試圖在不同溫度 下運(yùn)行々大料冷藏拒。其它應(yīng)用，例如運(yùn)輸冷藏裝置(例如，卡車(chē)箱、 拖車(chē)、集裝箱等)，需要更大的容量?？墒固囟ㄑb置結(jié)構(gòu)為具有不同需 求的多個(gè)操作員制造。許多操作員在不同時(shí)期具有使用特定裝置運(yùn)輸 冷凍貨物和非冷凍易腐食品的需要。示例性冷凍貨物溫度大約是-10。F 或更低，而示例性非冷凍易腐食品的溫度是34-38。F。操作員將預(yù)先確 定這兩種模式中的每一個(gè)模式的適當(dāng)溫度。在脫開(kāi)或串接之前，技術(shù) 人員或駕駛?cè)藛T將輸入兩種溫度中的一個(gè)合適的溫度。其它操作人員 可具有更廣的需求(例如，-40-57。F的示例性總范圍)。
典型地隨著運(yùn)行條件的變化，制冷劑的質(zhì)量流率和密度變化很 大。對(duì)于具有固定量的活動(dòng)(循環(huán))充填料(charge)的系統(tǒng)，這可引起不 均勻的致冷壓力和溫度控制，并且影響系統(tǒng)性能。此外，C02對(duì)運(yùn)4亍 條件的靈敏度、相對(duì)高的運(yùn)行壓力和典型充填料存儲(chǔ)點(diǎn)處的兩相態(tài)缺
5乏可引起更多的問(wèn)題。因此，已提議了不同的充填料存儲(chǔ)系統(tǒng)以允許 從循環(huán)中有選擇地取回制冷劑，從而允許系統(tǒng)更有利地操作。除了運(yùn) 行問(wèn)題，如果存儲(chǔ)容器從系統(tǒng)中隔離的話，其可暴露在非常高的環(huán)境 溫度下。如果裝滿充填料的話，高環(huán)境溫度可引起顯著的壓力增加。 壓力增加可引起容器破裂。
美國(guó)專利7096679公開(kāi)了加熱/冷卻容器以調(diào)整返回的制冷劑量。加 熱增加了系統(tǒng)上的熱負(fù)荷，因而使系統(tǒng)的效率更低。加熱和冷卻可增 加系統(tǒng)中的功耗。美國(guó)專利6385980公開(kāi)了閃蒸罐節(jié)約裝置。如果閃 蒸罐節(jié)約裝置的蒸氣管線因某些運(yùn)行條件而被關(guān)閉，那么閃蒸罐內(nèi)的 壓力可如上面所描述的那樣增加。其它系統(tǒng)包括在作為充填料存儲(chǔ)裝 置的蒸發(fā)器下游端的聚積器。這就可能會(huì)遭受積累在聚積器底部的過(guò) 量石油和在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)晃動(dòng)進(jìn)入壓縮機(jī)的液體。
因而，本公開(kāi)可解決上述一個(gè)或所有的問(wèn)題，并提供一種用來(lái)在 典型的運(yùn)輸和商業(yè)應(yīng)用中的整個(gè)作業(yè)范圍始終如一地調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)充 填料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一方面涉及包括壓縮機(jī)、第一和第二熱交換器和 膨脹裝置的制冷系統(tǒng)。制冷劑循環(huán)流動(dòng)通道依次向下游延伸通過(guò)壓縮 機(jī)、第一熱交換器、膨脹裝置和第二熱交換器。該系統(tǒng)包括充填料存 儲(chǔ)系統(tǒng)。該充填料存儲(chǔ)系統(tǒng)包括第一和笫二制冷劑存儲(chǔ)室。至少一個(gè) 閥聯(lián)接到存儲(chǔ)室，以允許各存儲(chǔ)室單獨(dú)地布置成與膨脹裝置上游和下 游的流動(dòng)通道成交替連通。
本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例的詳細(xì)信息在附圖和下面的描述中 給出。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從具體實(shí)施方式
和附圖以及 權(quán)利要求而變得顯而易見(jiàn)。


圖l是第一制冷系統(tǒng)的局部示意圖； 圖2是第二制冷系統(tǒng)的局部示意圖； 圖3是冷藏傳輸裝置的^L圖。
不同圖中的相似的參考數(shù)字和標(biāo)號(hào)和表示相似的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了使用CCM乍為工作流體(制冷劑)的臨界蒸氣壓 縮系統(tǒng)20。該系統(tǒng)包括沿循環(huán)主流動(dòng)通道依次序布置的壓縮機(jī)22(例 如，具有電動(dòng)機(jī)的往復(fù)式、滾動(dòng)式或螺桿式壓縮機(jī))、散熱熱交換器(氣 體冷卻器)24、膨脹裝置26和吸熱熱交換器(蒸發(fā)器)28。示例性氣體冷 卻器和蒸發(fā)器可各采取制冷劑至空氣的熱交換器形式。
強(qiáng)制氣流通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)熱交4奐器。例如， 一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇30和 32可驅(qū)使各自的氣流34和36通過(guò)兩個(gè)熱交換器。沿主制冷劑流動(dòng)通道 40的管道包括從蒸發(fā)器28的出口 44延伸至壓縮機(jī)22的入口 46的吸入 管42。排出管48從壓縮機(jī)的出口50延伸至氣體冷卻器的入口52。附加 管線54和56分別將氣體冷卻器出口58連接至膨脹裝置入口60,以及將 膨脹裝置出口 62連接至蒸發(fā)器入口 64。
示例性膨脹裝置26是電子膨脹閥(通常標(biāo)識(shí)為EEV或EXV)。電子 膨脹閥典型地包括連接到針閥的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以改變有效閥開(kāi)口或流 量。閥的開(kāi)口可被控制器66電控，該控制器66也可控制壓縮機(jī)和其它 系統(tǒng)部件的運(yùn)行。控制器可操作以響應(yīng)來(lái)自 一個(gè)或多個(gè)用戶輸入裝置 68(例如開(kāi)關(guān)、電子控制等)和一個(gè)或多個(gè)傳感器(例如，蒸發(fā)器出口溫 度和/或壓力、排氣壓力和/或溫度、環(huán)境和控制區(qū)溫度)的輸入。
對(duì)于系統(tǒng)的理想運(yùn)行條件，并取決于系統(tǒng)各部件的性能，將有系 統(tǒng)以最大效率運(yùn)行的特定排氣壓力，并將有系統(tǒng)以最大容量運(yùn)4亍的特 定排氣壓力。當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)受速冷(pulldown)過(guò)程時(shí)，可能有利的是系統(tǒng)遵 循提供最大容量的排氣壓力。當(dāng)?shù)絠i^急態(tài)時(shí)，可能有利的是系統(tǒng)遵循 提供最佳效率的排氣壓力(或?yàn)榱诵屎腿萘康慕Y(jié)合而優(yōu)化的兩個(gè)壓力之間的某個(gè)壓力)。為了在特定條件下運(yùn)行循環(huán)，以及為了對(duì)該條件 而將系統(tǒng)維持在所需的排氣壓力下，將有相關(guān)的最優(yōu)量的制冷劑沿流
動(dòng)通道40循環(huán)。由于整個(gè)系統(tǒng)充填料是固定的，充填料存4諸系統(tǒng)80用 來(lái)存儲(chǔ)來(lái)自流動(dòng)通道40的制冷劑并將制冷劑返回至流動(dòng)通道40,使得 循環(huán)充填料將更緊密地對(duì)應(yīng)于對(duì)于維持所需系統(tǒng)性能可能適當(dāng)?shù)淖?優(yōu)充填料。
通常，隨著蒸發(fā)器溫度下降，蒸發(fā)器中的液體制冷劑密度增加并 且更大質(zhì)量的制冷劑得以存儲(chǔ)在蒸發(fā)器中。當(dāng)干涉不存在時(shí)，循環(huán)充 填料的質(zhì)量流量比下降。在那種條件下，需要在系統(tǒng)80中存儲(chǔ)最小量 的制冷劑。類似地，當(dāng)熱交換器處在其最高溫度下時(shí)，蒸發(fā)器將存儲(chǔ) 相對(duì)少量的制冷劑。為了避免系統(tǒng)20超壓，需要在系統(tǒng)80中存儲(chǔ)大部 分制冷劑。因而，在系統(tǒng)啟動(dòng)和速冷時(shí)，需要在系統(tǒng)80中具有最大量 的制冷劑。當(dāng)蒸發(fā)器溫度下降時(shí)，可控制存儲(chǔ)系統(tǒng)80以將更多充填料 逐步卸入活動(dòng)循環(huán)。
示例系統(tǒng)包括多個(gè)容器82、 83和84,它們的室85、 86和87平4亍地 彼此流體連接并與膨脹裝置流體連接。各容器可通過(guò)在容器高壓端和 ^氐壓端的閥向主流動(dòng)通道40打開(kāi)和關(guān)閉。為了說(shuō)明目的，各個(gè)容器示 出為在容器入口93、 94、 95和膨脹裝置入口位置/條件60之間具有4關(guān)合 第一(高壓)閥90、 91和92。各容器還在容器的第二端口99、 100、 101 和膨脹裝置出口位置/條件60之間具有聯(lián)合第二(低壓)閥96、 97和98。 如下文進(jìn)一步的討論，各種第一閥可彼此結(jié)合在一起，第一閥和第二 閥可彼此結(jié)合或與其它組合(例如，使用四通或更大的閥結(jié)構(gòu))結(jié)合。
在一個(gè)示例性操作方法中，第一閥和第二閥的打開(kāi)和關(guān)閉由控制 器響應(yīng)于測(cè)量/檢測(cè)到的條件的組合和/或用戶輸入的參數(shù)(例如，設(shè)定 溫度)而控制。在該示例性方法中，在正常的運(yùn)行條件下，各容器恰好 4吏其兩個(gè)閥中的一個(gè)打開(kāi)而另 一個(gè)關(guān)閉。對(duì)打開(kāi)和關(guān)閉的閥的合適組 合的選擇將決定系統(tǒng)80的有效充填料存儲(chǔ)。
對(duì)于各容器，存儲(chǔ)在容器中的充填料將由它的第一和第二閥(或聯(lián)
8合端口)開(kāi)啟時(shí)的系統(tǒng)條件確定。如果第一閥打開(kāi)，容器將暴露在相對(duì) 高的壓力膨脹裝置入口條件下。容器因而保持相對(duì)高的充填料量。然 而，如果第二閥打開(kāi)，容器將暴露在相對(duì)低的壓力吸入條件下，并且 相對(duì)較少量的充填料被存儲(chǔ)。
因而，最大存儲(chǔ)充填料和最小循環(huán)充填料的條件與所有打幵的第 一閥和關(guān)閉的第二閥相關(guān)。同樣地，最小存儲(chǔ)充填料和最大循環(huán)充填 料的條件與所有關(guān)閉的第一閥和打開(kāi)的第二閥相關(guān)。關(guān)閉和打開(kāi)的閥 的其它組合提供一個(gè)或更多中間條件。這些中間條件的性質(zhì)將依賴于 容器的相對(duì)大小和絕對(duì)大小。
在示例性的容器大小中，可選擇第一和第二容器的相對(duì)大小以便 第二容器的有效容量是第 一容器的兩倍(也就是，第二容器在其兩種條 件之間所保持的充填料量的差異是第一容器的兩倍)。類似地，第三容 器選擇為具有第二容器兩倍的有效容量。選擇容器的絕對(duì)大小，使得 組合有效容量提供所需的總充填料存儲(chǔ)/緩沖容量。利用容器大小的這 種示例性組合，可在最小存儲(chǔ)充填料和最大存儲(chǔ)充填料條件之間獲得 六種均勻分開(kāi)的中間條件。
圖2示出了僅具有第 一和第二容器的更基本的系統(tǒng)，以便獲得總 計(jì)四種充填料存儲(chǔ)條件。
圖3示出了呈冷藏拖車(chē)形式的冷藏運(yùn)輸單元(系統(tǒng))220。該拖車(chē)可 被牽引車(chē)222拉動(dòng)。示例性拖車(chē)包括限定內(nèi)部/間隔226的容器/箱224。 安裝到箱224的前部的設(shè)備外殼228可包含發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 包括發(fā)動(dòng)機(jī)230(例如，柴油機(jī))和機(jī)械聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)上以被驅(qū)動(dòng)的發(fā)電 機(jī)232。制冷系統(tǒng)20可電聯(lián)接到發(fā)電機(jī)232上以接收電力。蒸發(fā)器及其 相連的風(fēng)扇可放置在艙226內(nèi)或以其它的方式與艙226熱連通。
通過(guò)配置系統(tǒng)(或者機(jī)械地或者經(jīng)由控制器編程或硬布線)，使得 各容器的一個(gè)端口常開(kāi)，基本上消除了容器超壓的可能性。這可允許 省略用于防止超壓的專用裝置(例如，用于冷卻容器的單獨(dú)的系統(tǒng))。
盡管已經(jīng)說(shuō)明了基本系統(tǒng)，但包括容器或基本制冷回路的其它特征的更復(fù)雜系統(tǒng)也是可能的。附加部件、流動(dòng)通道等也可存在。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)該了解的是， 在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可做出各種修改。例如，當(dāng)在 實(shí)施現(xiàn)有系統(tǒng)的修整和改型或現(xiàn)有系統(tǒng)配置的再造工程時(shí)，現(xiàn)有配置 的細(xì)節(jié)可影響特定實(shí)施的細(xì)節(jié)。因此，其它實(shí)施例也在如下權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種制冷系統(tǒng)(20)，包括壓縮機(jī)(22)；第一熱交換器(24)；膨脹裝置(26)；以及第二熱交換器(28)，制冷劑循環(huán)流動(dòng)通道(40)依次向下游延伸通過(guò)壓縮機(jī)、第一熱交換器、膨脹裝置和第二熱交換器；其特征在于第一制冷劑存儲(chǔ)室(85)；第二制冷劑存儲(chǔ)室(86)；以及至少一個(gè)閥(90，91，96，97)，其聯(lián)接到該第一制冷劑存儲(chǔ)室和第二制冷劑存儲(chǔ)室上，以允許該第一制冷劑存儲(chǔ)室和第二制冷劑存儲(chǔ)室各自單獨(dú)地置于與位于該膨脹裝置的上游和下游的流動(dòng)通道成交替連通。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二制冷劑存儲(chǔ)室大于所述第一制冷劑存儲(chǔ)室。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第三制冷劑存儲(chǔ)室(87)，其大于所述第二制冷劑存儲(chǔ)室。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第三制冷劑存儲(chǔ)室(87)。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，沒(méi)有額外的制冷劑存儲(chǔ)室。
6. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括聯(lián)接到所述至少一個(gè)閥上的控制系統(tǒng)(66)，且該控制系統(tǒng)配置成從多個(gè)預(yù)定的條件中選擇充填料存儲(chǔ)條件；以及操作所述至少 一個(gè)閥，以將系統(tǒng)置于所選擇的充填料存儲(chǔ)條件
7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括具有艙(226)的運(yùn)輸容器(224),該艙(226)定位成與所述第二熱交換器成熱連通。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(230,232),該發(fā)電機(jī)聯(lián)4妄到壓縮機(jī)上以驅(qū)動(dòng)該壓縮機(jī)。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的制冷劑充填料為按重量計(jì)算至少50%的二氧化石炭。
10. —種制冷系統(tǒng)(20)，包括壓縮機(jī)(22);第一熱交換器(24);膨脹裝置(26);第二熱交換器(28)，制冷劑循環(huán)流動(dòng)通道(40)依次向下游延伸通過(guò)壓縮機(jī)、第一熱交換器、膨脹裝置和第二熱交換器；以及裝置(90,91,92,96,97,98),其用于選4奪性地將制冷劑/人流動(dòng)通道轉(zhuǎn)向多個(gè)室(85，86,87)以及使制冷劑返回到流動(dòng)通道，而同時(shí)將這些室保持在低于流動(dòng)通道的峰值壓力的壓力下。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的制冷劑充填料為按重量計(jì)算至少50%的二氧化碳。
12. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括具有艙(226)的運(yùn)輸容器(224),該艙(226)定位成與所述第二熱交換器成熱連通。
13. —種制冷系統(tǒng)操作方法，包括壓縮制冷劑；使壓縮的制冷劑沿制冷劑流動(dòng)通道(40)通過(guò)位于壓縮機(jī)(22)下游的第一熱交換器(24);使沿制冷劑流動(dòng)通道位于第一熱交換器下游的制冷劑膨脹；使膨脹的制冷劑通過(guò)第二熱交換器(28);使制冷劑返回壓縮機(jī)；以及使制冷劑轉(zhuǎn)向儲(chǔ)存單元(80)并使制冷劑從存儲(chǔ)系統(tǒng)返回； 其特征在于所述儲(chǔ)存單元具有多個(gè)室(85，86，87);所述儲(chǔ)存單元包括至少一個(gè)閥(90，91,92,96,97,98)，該至少一個(gè)閥 定位成選擇性地將各室置于與流動(dòng)通道連通；以及該轉(zhuǎn)向和返回包括致動(dòng)所述至少一個(gè)閥，以將各室置于與膨脹 裝置的上游或下游的流動(dòng)通道相連通。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該轉(zhuǎn)向和返回包括從多個(gè)預(yù)定的條件中確定所需的充填料存儲(chǔ)條件；以及 致動(dòng)所述至少 一個(gè)閥以獲得所需的充填^牛存^f諸條件。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于， 壓縮的制冷劑以超臨界狀態(tài)穿過(guò)第 一熱交換器。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于， 該轉(zhuǎn)向和返回包括以八種不同的名義充填料存儲(chǔ)配置運(yùn)行。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于， 該轉(zhuǎn)向和返回包括以四至八種不同的名義充填料存儲(chǔ)配置運(yùn)行。
全文摘要
制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、第一和第二熱交換器以及膨脹裝置。制冷劑循環(huán)流動(dòng)通道依次向下游延伸通過(guò)壓縮機(jī)、第一熱交換器、膨脹裝置和第二熱交換器。該系統(tǒng)包括充填料存儲(chǔ)系統(tǒng)。該充填料存儲(chǔ)系統(tǒng)包括第一和第二制冷劑存儲(chǔ)室。至少一個(gè)閥聯(lián)接到存儲(chǔ)室上，以允許各存儲(chǔ)室各自單獨(dú)地置于與位于膨脹裝置上游和下游的流動(dòng)通道成交替連通。
文檔編號(hào)F25B45/00GK101548142SQ200680056500
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者B·米特拉, J·W·布什 申請(qǐng)人:開(kāi)利公司