本公開大體涉及一種冷卻系統(tǒng)，特別是一種具有低溫負載的制冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

制冷系統(tǒng)可被配置成二氧化碳增壓器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使co2制冷劑循環(huán)以冷卻使用制冷劑的空間。制冷劑可循環(huán)通過低溫負載、低溫壓縮機、中溫負載和中溫壓縮機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括高壓側(cè)熱交換器、閃蒸罐、負載、第一壓縮機、第二壓縮機、制冷劑運送管線和閃蒸氣體旁通管線。所述高壓側(cè)熱交換器從制冷劑中移除熱量。所述閃蒸罐儲存來自所述高壓側(cè)熱交換器的制冷劑。所述負載使用來自閃蒸罐的制冷劑來從靠近所述負載的空間中移除熱量。所述第一壓縮機壓縮來自所述負載的制冷劑。所述制冷劑運送管線在所述閃蒸罐的液位線下方將來自所述第一壓縮機的制冷劑運送至所述閃蒸罐。所述閃蒸氣體旁通管線被連接至所述閃蒸罐，并將來自所述閃蒸罐的作為閃蒸氣體的制冷劑傳送至所述第二壓縮機。所述第二壓縮機壓縮制冷劑，并將制冷劑傳送至所述高壓側(cè)熱交換器。

根據(jù)另一實施例，根據(jù)本發(fā)明的方法包括通過高壓側(cè)熱交換器從制冷劑中移除熱量，以及通過閃蒸罐儲存來自所述高壓側(cè)熱交換器的制冷劑。所述方法還包括通過負載使用來自所述閃蒸罐的制冷劑來從靠近所述負載的空間中移除熱量，以及通過第一壓縮機壓縮來自所述負載的制冷劑。所述方法進一步包括通過制冷劑運送管線在所述閃蒸罐的液位線下方將來自所述第一壓縮機的制冷劑運送至所述閃蒸罐，以及通過與所述閃蒸罐連接的閃蒸氣體旁通管線將來自所述閃蒸罐的作為閃蒸氣體的制冷劑傳送至第二壓縮機。所述方法還包括通過所述第二壓縮機壓縮制冷劑，以及通過所述第二壓縮機將制冷劑傳送至所述高壓側(cè)熱交換器。

根據(jù)又一實施例，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括閃蒸罐、負載、第一壓縮機、第二壓縮機、制冷劑運送管線和閃蒸氣體旁通管線。所述閃蒸罐儲存制冷劑。所述負載使用來自所述閃蒸罐的制冷劑來從靠近所述負載的空間中移除熱量。所述第一壓縮機壓縮來自所述負載的制冷劑。所述制冷劑運送管線在所述閃蒸罐的液位線下方將來自所述第一壓縮機的制冷劑運送至所述閃蒸罐。所述閃蒸氣體旁通管線被連接至所述閃蒸罐，并將來自所述閃蒸罐的作為閃蒸氣體的制冷劑傳送至所述第二壓縮機。所述第二壓縮機壓縮制冷劑。

某些實施例可提供一個或多個技術(shù)優(yōu)勢。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例通過在閃蒸罐的液位線下方將來自低溫壓縮機的制冷劑運送至閃蒸罐并進而將來自閃蒸罐的閃蒸氣體傳送至中溫壓縮機來允許中溫壓縮機在co2增壓器系統(tǒng)中不存在中溫負載時安全運行。如另一示例，根據(jù)本發(fā)明的實施例通過在閃蒸罐的液位線下方將過熱制冷劑運送至閃蒸罐來降低過熱制冷劑的溫度和/或壓力。某些實施例可不包括、或者包括一些或所有上述技術(shù)優(yōu)勢。通過包括在本文中的附圖、說明書和權(quán)利要求，一個或多個其他技術(shù)優(yōu)勢對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。

附圖說明

為了更完整地理解本公開，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下說明，其中：

圖1示出了示例性冷卻系統(tǒng)；

圖2示出了不具有中溫負載的圖1的示例性冷卻系統(tǒng)；

圖3示出了具有不平衡負載的圖1的示例性冷卻系統(tǒng)；以及

圖4是示出了圖2和圖3的示例性冷卻系統(tǒng)的運行方法的流程圖。

具體實施方式

本公開的實施例及其優(yōu)點通過參考附圖中的圖1至圖4能夠得到最好的理解，相同的附圖標記用于表示各附圖中相同和相應(yīng)的部件。

諸如制冷系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)可以配置在co2增壓器配置下。這些系統(tǒng)可以使來自閃蒸罐的制冷劑循環(huán)通過低溫負載和中溫負載以冷卻對應(yīng)于所述負載的空間。例如，在雜貨店中，低溫負載可以是用于儲存冷凍食品的冷凍機，中溫負載可以是用于儲存新鮮農(nóng)產(chǎn)品的制冷貨架。來自低溫負載的制冷劑被傳送通過低溫壓縮機，然后被壓縮的制冷劑與來自中溫負載的制冷劑以及來自閃蒸罐的制冷劑混合。然后該混合物被傳送通過中溫壓縮機，進而循環(huán)回到冷凝器。

通過使來自低溫壓縮機的制冷劑與來自中溫負載以及閃蒸罐的制冷劑混合，來自低溫壓縮機的制冷劑的溫度可以在傳送至中溫壓縮機之前下降。然而，當中溫負載不存在和/或從制冷系統(tǒng)中移除時，混合物中不包括來自中溫負載的制冷劑。因此，所述混合物的溫度可能過高，從而導致中溫壓縮機不能安全操作。如果所述混合物被傳送至中溫壓縮機，則可能導致不安全運行的情況出現(xiàn)(例如，中溫壓縮機過熱和/或?qū)е轮袦貕嚎s機失效或者導致壓縮機保護機構(gòu)動作或出錯從而使得系統(tǒng)所有者損失制冷劑)。

該問題還在中溫負載與低溫負載不平衡時發(fā)生。例如，低溫負載可能比中溫負載更活躍地運行。因此，中溫負載可能不會傳送足夠的制冷劑以與來自低溫壓縮機的制冷劑混合。于是，由中溫壓縮機接收的制冷劑的溫度可能過高，從而導致中溫壓縮機不能安全地壓縮。

本公開預期一種降低不安全混合物的溫度并且避免所述不安全運行情況的制冷系統(tǒng)的配置。在這種配置下，來自低溫壓縮機的制冷劑在被中溫壓縮機接收之前被運送通過閃蒸罐。如此，制冷劑可以在被傳送至中溫壓縮機之前被閃蒸罐中的液體制冷劑冷卻。

將使用圖1至圖4來更詳細地敘述冷卻系統(tǒng)和所述預期配置。圖1顯示了一種具有中溫負載和低溫負載的冷卻系統(tǒng)。圖2顯示了配置成不具有中溫負載的圖1的冷卻系統(tǒng)。圖3顯示了具有不平衡負載的圖1的冷卻系統(tǒng)。圖4描述了圖2和圖3的系統(tǒng)的運行。

如圖1中所提出，系統(tǒng)100包括高壓側(cè)熱交換器105、膨脹閥110、閃蒸罐115、膨脹閥120、低溫負載125、膨脹閥130、中溫負載135、低溫壓縮機140、中溫壓縮機145和閃蒸氣體旁通管線150。系統(tǒng)100可使制冷劑循環(huán)以從靠近低溫負載125和中溫負載135的空間中移除熱量。

高壓側(cè)熱交換器105可從制冷劑中移除熱量。當熱量從制冷劑中移除時，制冷劑被冷卻。本公開預期使高壓側(cè)熱交換器105作為冷凝器和/或氣體冷卻器來運行。當作為冷凝器運行時，高壓側(cè)熱交換器105冷卻制冷劑，從而制冷劑的狀態(tài)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。當作為氣體冷卻器運行時，高壓側(cè)熱交換器105冷卻制冷劑，但制冷劑仍然為氣態(tài)。在某些配置中，高壓側(cè)熱交換器105被安放成使得從制冷劑中移除的熱量可排放至空氣中。例如，高壓側(cè)熱交換器105可安放在屋頂，以使得從制冷劑中移除的熱量可排放至空氣中。如另一示例，高壓側(cè)熱交換器105可安放在建筑物的外部和/或安放在建筑物的側(cè)面。

膨脹閥110、120和130降低制冷劑的壓力并因此降低其溫度。膨脹閥110、120和130降低流入膨脹閥110、120和130的制冷劑的壓力。于是，制冷劑的溫度可隨著壓力降低而下降。因此，進入膨脹閥110、120和130的暖或熱的制冷劑在離開膨脹閥110、120和130時會變冷。離開膨脹閥110的制冷劑被供給至閃蒸罐115中。膨脹閥120和130分別供給低溫負載125和中溫負載135。

閃蒸罐115可以儲存通過膨脹閥110從高壓側(cè)熱交換器105接收的制冷劑。本公開預期閃蒸罐115儲存任意狀態(tài)(例如液態(tài)和/或氣態(tài))下的制冷劑。離開閃蒸罐115的制冷劑通過膨脹閥120和130供給至低溫負載125和中溫負載135。在某些實施例中，閃蒸罐115被稱為接收容器。

系統(tǒng)100可以包括低溫部分和中溫部分。低溫部分可以在比中溫部分低的溫度下運行。在一些制冷系統(tǒng)中，低溫部分可以是冷凍系統(tǒng)，而中溫系統(tǒng)可以是常規(guī)的制冷系統(tǒng)。在雜貨店的情況下，低溫部分可以包括用于保存冷凍食品的冷凍機，而中溫部分可以包括用于保存農(nóng)產(chǎn)品的制冷貨架。制冷劑可以從閃蒸罐115流向制冷系統(tǒng)的低溫部分和中溫部分。例如，制冷劑可以流向低溫負載125和中溫負載135。當制冷劑到達低溫負載125或中溫負載135時，制冷劑從低溫負載125或中溫負載135周圍的空氣中移除熱量。因此，空氣被冷卻。于是，被冷卻的空氣可以通過例如風扇來循環(huán)以冷卻諸如冷凍機和/或制冷貨架的空間。隨著制冷劑通過低溫負載125和中溫負載135，制冷劑可以從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。

制冷劑可以從低溫負載125和中溫負載135流動至壓縮機140和145。本公開預期系統(tǒng)100包括任意數(shù)量的低溫壓縮機140和中溫壓縮機145。低溫壓縮機140和中溫壓縮機145均可被配置成增大制冷劑的壓力。因此，制冷劑中的熱量可變得集中并且制冷劑可變成高壓氣體。低溫壓縮機140可以壓縮來自低溫負載125的制冷劑并且將被壓縮的制冷劑傳送至中溫壓縮機145。中溫壓縮機145可以壓縮來自低溫壓縮機140和中溫負載135的制冷劑。進而，中溫壓縮機145可以將被壓縮的制冷劑傳送至高壓側(cè)熱交換器105。

如果制冷劑的溫度過高，那么中溫壓縮機145也許不能安全地壓縮制冷劑。為了調(diào)節(jié)中溫壓縮機145所接收的制冷劑的溫度，來自低溫壓縮機140的制冷劑在被中溫壓縮機145接收之前可以與來自中溫負載135的更冷的制冷劑混合。來自低溫壓縮機140的制冷劑可以進一步經(jīng)由閃蒸氣體旁通管線150與來自閃蒸罐115的更冷的閃蒸氣體混合。通過使來自低溫壓縮機140的制冷劑在其被中溫壓縮機145接收之前冷卻可以允許中溫壓縮機145安全地壓縮所接收的制冷劑。

閃蒸氣體旁通管線150可被用于使來自低溫壓縮機140和中溫負載135的制冷劑在所述制冷劑被中溫壓縮機145接收之前與來自閃蒸罐115的閃蒸氣體混合。由閃蒸氣體旁通管線150供應(yīng)的閃蒸氣體在所述制冷劑被中溫壓縮機145接收之前冷卻所述制冷劑。閃蒸氣體旁通管線150包括膨脹閥155。膨脹閥155可進一步冷卻來自閃蒸罐115的閃蒸氣體。

在特定實施例中，來自低溫壓縮機140的制冷劑(125°f-140°f)被來自中溫負載135的制冷劑(25°f-35°f)和來自閃蒸氣體管線150的制冷劑(21°f)、以約10％-15％來自低溫負載140、45％-50％來自中溫負載135以及30％-40％來自閃蒸氣體旁通管線150的比例冷卻。這允許中溫壓縮機145安全地運行。

如圖1所示的系統(tǒng)100的運行可依賴于中溫負載135提供足夠的制冷劑以與來自低溫壓縮機140的制冷劑混合。如果中溫負載135不存在或者未提供足夠的制冷劑，那么中溫壓縮機145所接收的制冷劑可能溫度過高從而導致中溫壓縮機145不能安全地壓縮。本公開預期如下的系統(tǒng)100的配置，所述配置可以允許中溫壓縮機145在中溫負載135不存在和/或未提供足夠的制冷劑時安全地壓縮所接收的制冷劑。圖2和圖3示出了備選配置。圖4描述了備選配置的運行。

圖2示出了移除了中溫負載的圖1的示例性冷卻系統(tǒng)100。如圖2所示，當中溫負載被移除時，系統(tǒng)100可配置成具有制冷劑運送管線200。移除中溫負載的結(jié)果是，不能將來自低溫壓縮機140的制冷劑與來自低溫(中溫)負載的制冷劑混合。因此，由中溫壓縮機145所接收的制冷劑可能過熱，從而導致中溫壓縮機145不能安全地壓縮。使用前述實施例的示例，因為系統(tǒng)100中不存在中溫負載，所以來自低溫壓縮機140的制冷劑不與來自中溫負載的制冷劑混合。因此，所得到的混合物(大約71°f)可包括大約60％的來自低溫壓縮機140的大約140°f的高溫氣體和大約40％的通過閃蒸氣體旁通管線150來自閃蒸罐的大約21°f的蒸汽。因為中溫壓縮機145不可安全地處理65°f以上的制冷劑，所以該混合物通過中溫壓縮機145是不安全的。制冷劑運送管線200允許來自低溫壓縮機140的制冷劑被進一步冷卻，以使得中溫壓縮機145能夠安全地壓縮制冷劑。

制冷劑運送管線200被連接至低溫壓縮機140和閃蒸罐115。制冷劑運送管線200將來自低溫壓縮機140的制冷劑運送至閃蒸罐115。制冷劑被運送至閃蒸罐115的處于閃蒸罐115的液位線205下方的部分。因為由制冷劑運送管線200運送的制冷劑通常為氣態(tài)，所以制冷劑將上升通過閃蒸罐115中的液體制冷劑。隨著制冷劑行進通過液體制冷劑，制冷劑被冷卻，雖然制冷劑可仍然為氣態(tài)。制冷劑可進一步與閃蒸罐115和/或閃蒸氣體旁通線路150內(nèi)的閃蒸氣體混合，這進一步冷卻制冷劑。在被冷卻之后，制冷劑可進入閃蒸氣體旁通管線150，并行進至中溫壓縮機145。通過將制冷劑運送通過閃蒸罐115，制冷劑可被充分地冷卻，從而使中溫壓縮機145安全地壓縮制冷劑。如此，制冷劑可被充分地冷卻，即使其不與來自中溫負載的制冷劑混合。

如圖2所示，閃蒸氣體旁通閥155被從系統(tǒng)100中移除。然而可以理解，即使包括閃蒸氣體旁通閥155，系統(tǒng)100仍然可按照預期運行。

圖3示出了具有不平衡負載的圖1的示例性冷卻系統(tǒng)100。當?shù)蜏刎撦d125與中溫負載135不平衡時，中溫負載135可能未提供足夠的制冷劑以與來自低溫壓縮機140的制冷劑混合。因此，由中溫壓縮機145接收的制冷劑可能過熱，從而導致不能安全地壓縮。如圖3所示，系統(tǒng)100可根據(jù)與圖2的配置中所使用的相同的指導原理來配置以冷卻由中溫壓縮機145接收的制冷劑。制冷劑運送管線200在閃蒸罐115的液位線205下方將來自低溫壓縮機140的制冷劑運送至閃蒸罐115。然后，制冷劑被閃蒸罐115中的制冷劑冷卻，并通過閃蒸氣體旁通管線150離開閃蒸罐115。而且，來自中溫負載135的制冷劑與閃蒸氣體旁通管線150中的制冷劑在所述制冷劑被中溫壓縮機145接收之前混合。因此，由中溫壓縮機145接收的制冷劑處于足夠低的溫度，以使得中溫壓縮機145能夠安全地壓縮制冷劑。如此，即使中溫負載135與低溫負載125不平衡，系統(tǒng)100也可安全地運行。

在一些實施例中，系統(tǒng)100包括連接至閃蒸氣體旁通管線150和制冷劑運送管線200的熱交換器300。所述熱交換器將熱量從制冷劑運送管線200中的制冷劑轉(zhuǎn)移至閃蒸氣體旁通管線150中的制冷劑。如此，由中溫壓縮機145接收的制冷劑的溫度可以被進一步調(diào)節(jié)至最小溫度以上。因此，所述熱交換器可彌補因?qū)⒅评鋭┻\送通過閃蒸罐115和/或閃蒸氣體旁通閥155而導致的任何過度冷卻。而且，任何液體制冷劑可在到達中溫壓縮機145之前蒸發(fā)，以使得中溫壓縮機145不會發(fā)生故障。盡管本公開在圖3中示出了熱交換器300，但可以理解，熱交換器300也可以包括在圖2的配置中。

在特定實施例中，系統(tǒng)100可包括第二高壓側(cè)熱交換器，所述第二高壓側(cè)熱交換器從制冷劑中移除熱量。所述第二高壓側(cè)熱交換器沿著制冷劑運送管線200在低溫壓縮機140和閃蒸罐115之間安放。所述第二高壓側(cè)熱交換器可作為氣體冷卻器或冷凝器運行。所述第二高壓側(cè)熱交換器可接收來自低溫壓縮機140的制冷劑、從制冷劑中移除熱量、然后將制冷劑傳送至閃蒸罐115。如此，在制冷劑被中溫壓縮機145接收之前，額外的熱量可從制冷劑中移除。

在某些實施例中，制冷劑運送管線200的一部分可延伸至閃蒸罐115中。延伸至閃蒸罐115中的部分可包括多個管。制冷劑可通過這些管行進至閃蒸罐115中的液體制冷劑中。例如，可以在這些管中的一個或多個上穿孔，這允許氣態(tài)制冷劑通過管中的孔逸出至閃蒸罐115中的液體制冷劑中。然后，氣態(tài)制冷劑可冒泡上升通過液體制冷劑進入閃蒸氣體旁通管線150中。對這些管進行穿孔可增大冒泡表面面積，這促進了從制冷劑中移除熱量。

本公開預期以任何合適的方式配置制冷劑運送管線200和閃蒸罐115。例如，隔板可安放在制冷劑運送管線200和閃蒸氣體旁通管線150之間。如另一示例，隔板可安放在閃蒸氣體旁通管線150的入口處。隔板可以抑制氣態(tài)制冷劑從制冷劑運送管線200流動至閃蒸氣體旁通管線150。如此，氣態(tài)制冷劑可在閃蒸罐115中度過更多的時間，從而進一步降低氣態(tài)制冷劑的溫度。

在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對本公開進行修改、增加或省略。例如，系統(tǒng)100的部件可被結(jié)合或分開。

圖4是示出了圖2的示例性冷卻系統(tǒng)的運行方法400的流程圖。冷卻系統(tǒng)的各個部件執(zhí)行方法400的步驟。在特定實施例中，通過執(zhí)行方法400，制冷劑的溫度可在所述制冷劑被中溫壓縮機接收之前降低。

方法400可以通過步驟405中的高壓側(cè)熱交換器從制冷劑中移除熱量來開始。高壓側(cè)熱交換器將制冷劑傳送至閃蒸罐。在步驟410中，閃蒸罐儲存制冷劑。閃蒸罐將制冷劑傳送至負載。在步驟415中，負載使用制冷劑來從靠近負載的空間中移除熱量。然后負載將制冷劑傳送至第一壓縮機。

在步驟420中，第一壓縮機壓縮制冷劑。第一壓縮機將被壓縮的制冷劑傳送至制冷劑運送管線。在步驟425中，制冷劑運送管線在閃蒸罐的液位線下方將制冷劑運送至閃蒸罐。如此，制冷劑可被閃蒸罐中的液體制冷劑冷卻。在被冷卻后，制冷劑通過閃蒸氣體旁通管線離開閃蒸罐。在步驟430中，閃蒸氣體旁通管線將作為閃蒸氣體的制冷劑傳送至第二壓縮機。在步驟435中，第二壓縮機壓縮制冷劑。然后在步驟440中，第二壓縮機將制冷劑傳送回高壓側(cè)熱交換器。

可對圖4中所示的方法400進行修改、增加或省略。方法400可包括更多、更少或其他的步驟。例如，步驟可以并行地或以任何合適的順序執(zhí)行。雖然敘述成冷卻系統(tǒng)100的各個部件執(zhí)行所述步驟，但是系統(tǒng)100的任何合適的部件或部件組合可執(zhí)行所述方法的一個或多個步驟。

雖然本公開包括若干實施例，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以提出各種改變、變化、備選、變形和修改，并且本公開意在包含落入所附權(quán)利要求的范圍中的這些改變、變化、備選、變形和修改。