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CN1356518A - 跨临界蒸气压缩循环中的高压调节 - Google Patents

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Abstract

可以通过位于蒸气压缩系统的气体冷却器的两个回路中的至少一个上的一个阀来控制系统的高压。通过控制阀的动作,就可以对系统的高压进行调节。闭合该阀可以在气体冷却器中积聚和储存负荷,从而提高气体冷却器内的压力。打开该阀可以释放负荷,并使气体冷却器的压力降低。通过控制阀的动作,就可以对系统的高压部分的压力进行调节,也能控制系统的焓,从而实现最佳的效率和/或生产能力。较理想的是采用二氧化碳作为制冷剂。

Description

跨临界蒸气压缩循环中的高压调节
发明背景
本发明总的涉及一种用于对跨临界(transcritical)蒸气压缩系统的高压部分进行调节的装置。
由于可能破坏臭氧层，含氯的制冷剂已经在世界上的大多数地方被逐步淘汰。已经有人采用氟代烃(HFC)作为替代的制冷剂，但是此类制冷剂仍具有使全球变暖的可能性。已有人建议采用“天然”制冷剂，例如二氧化碳和丙烷来作为替代的流体。不幸的是，采用这些流体同样有很多问题。二氧化碳具有较低的临界点，致使采用二氧化碳作为制冷剂的大多数空调系统在多数情况下会跨临界地运行。
当一个蒸气压缩系统跨临界运行时，对系统的高压部分进行调节是较为有利的。通过调节系统的高压部分，就可以使系统的生产能力和效率得以控制和最优化。提高系统的高压(气体冷却器的压力)可降低蒸发器入口处的制冷剂的比焓并提高生产能力。然而，由于压缩机必须作更多的功，因而需耗费更多的能量。如能找到系统的最佳高压是较为有利的，这个最佳高压随着工况的变化而变化。通过对系统的高压部分进行调节，就可以选择最佳的高压。
因此，本技术领域需要一种能对跨临界蒸气压缩系统的高压部分进行调节的装置。
发明内容
本发明涉及一种用于对跨临界蒸气压缩系统的高压部分进行调节的装置。
一种蒸气压缩系统，由一压缩机、一排热换热器、一膨胀装置以及一吸热换热器组成。可以通过连接在一个或多个气体冷却器回路的出口处的可控阀来调节系统的高压。闭合该阀可以使其中一个回路变成死端(dead end)空间，可以在该空间内积聚和储存负荷，从而减小有效传热面积，并升高气体冷却器的压力。打开该阀可以释放负荷，并使气体冷却器的压力降低。
通过控制阀的动作，就可以对系统的高压部分进行调节，从而能控制系统的焓，以实现最佳的效率和/或生产能力。
因此，本发明提供了一种用于对跨临界蒸气压缩系统中的高压部分进行调节的方法和系统。
本发明的这些和其它的特征可通过以下的描述和附图而更好地理解。
附图简要说明
熟悉本技术领域的人员可以通过以下对较佳实施例的详细描述而更清楚地理解本发明的各种特征和优点。以下对所述详细描述的附图作简要说明：
图1是已有技术的蒸气压缩系统的示意图；
图2是一种采用一位于气体冷却器回路出口处的阀的蒸气压缩系统的示意图。
图3是一跨临界蒸气压缩系统的热力学示意图。
对较佳实施例的详细描述
虽然本发明易受如各附图所示的、将在下文详细描述的各种不同形式实施例的影响，但应该理解，这些揭示内容仅仅是本发明原理的举例，申请人并不想将本发明限制为结合附图所作的描述。
图1示出了一种已有技术的蒸气压缩系统10。一个基本的蒸气压缩系统10由一压缩机12、一排热(heat rejecting)换热器(一跨临界循环的气体冷却器)14、一膨胀装置16、一吸热(heat accepting)换热器(一蒸发器)18组成。
制冷剂通过封闭回路循环系统10循环流动。在本发明的一个较佳实施例中，采用二氧化碳作为制冷剂。虽然描述的是二氧化碳，但也可以采用其它制冷剂。由于二氧化碳具有较低的临界点，所以采用二氧化碳作为制冷剂的系统通常需要蒸气压缩系统10跨临界地运行。
当系统10跨临界运行时，对蒸气压缩系统10的高压部分进行调节是较为有利的。通过调节系统10的高压，就能使系统10的生产能力和/或效率得到控制和最优化。提高气体冷却器14的压力可降低进入蒸发器18的制冷剂的焓并提高生产能力，但由于压缩机16需作更多的功，因而需耗费更大的能量。通过调节系统10的高压，就可以选择系统10的最佳压力，这个最佳压力随工况的变化而变化。
图2示出了具有两个回路14a和14b的气体冷却器14的蒸气压缩系统10。本发明可对蒸气压缩系统10的高压部分进行调节，这是通过阻挡负荷通过气体冷却器14的至少一个回路14b而实现的。一可控阀20位于气体冷却器回路14b的出口处，并调节从气体冷却器回路14b排出的负荷的流量。而在气体冷却器回路14a的出口处却没有设置阀。虽然图2中示出的是一个具有两个回路14a和14b的气体冷却器14，但气体冷却器14也可以包括任意数量的回路。阀20可以连接在气体冷却器14诸回路中的任意一个或全部回路的出口处。通过在膨胀之前对气体冷却器14中高压进行调节，就可以修改蒸发器入口处的制冷剂的焓，从而控制系统10的生产能力。
在所揭示的实施例中，一控制器30可检测冷却器14中的压力，并对阀20加以控制。控制器30可以是循环系统10的主控制器。控制器30被编程为能估算循环系统10的状态并确定冷却器14中的一个期望的压力。一旦确定期望的压力，就要对阀20进行控制以调节压力。可以用来确定最佳压力的各个因素都落在本领域熟练人员所掌握的范围内。
在蒸气压缩系统10的循环过程中，如图3中的点A所示，制冷剂从压缩机12排出时处于高压和高焓。随着制冷剂在高压下流过气体冷却器14，它会丢失热和焓，如点B所示，在从气体冷却器14排出时具有低焓和高压。随着制冷剂流过膨胀装置16，压力降低到点C。在膨胀之后，在膨胀之后，制冷剂流过蒸发器18，然后如点D所示，以高焓低压状态排出。在制冷剂通过压缩机12之后，它再次处于高压和高焓状态，从而完成整个循环。
通过对位于气体冷却器14的一个或多个回路的出口处的阀20进行调节，就可以调整系统10的高压以及气体冷却器14的压力。阀20的动作由可对系统10的高压进行监控的控制器30来调节。
如果气体冷却器14中的压力低于最佳值，制冷剂以高焓进入蒸发器18，则系统10以低生产能力和/或效率运行。如果控制器30确定压力低于期望值，阀20闭合，以在死端14b的气体冷却器14中积聚负荷并将压力升高至最佳压力。这样就能使气体冷却器14中的压力从A升高至A’，制冷剂以低焓进入蒸发器18，如图3中的点C’所示。
或者，如果气体冷却器14中的压力高于期望值，则系统10在使用过多的能量。如果控制器30确定压力高于期望值，阀20打开，多余的负荷经回路14b从气体冷却器14流动至系统10，从而将气体冷却器14的压力降低至A”。如点C”所示，制冷剂以较高的焓进入蒸发器18，只有较少的能量用于系统循环。通过调节阀20而将气体冷却器14中的高压调整到最佳压力，就可以修改焓值而实现最佳生产能力。
因此，本发明提供了一种用于控制跨临界蒸气压缩循环中的高压的阀。控制器30可以是一个基于微处理器的控制器或例如用于制冷剂循环技术的其它已知控制器。
前面的描述仅仅是对本发明原理的举例。按照上述教导，本发明可以有很多变型和改动。虽然已经揭示了本发明的较佳实施例，但熟悉本领域的人员可以认识到落入本发明范围的各种特定变型。因此，应该理解，在所附 限定的范围内，除了以上特别描述的以外，本发明还可以有其它的实施方式。为此，应该对所附权利要求书加以研究以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (10)

1.一种用于对在跨临界蒸气压缩系统中循环的制冷剂的高压进行调节的装置，包括：
一用于使所述制冷剂冷却的吸热换热器，所述吸热换热器具有至少两个回路；以及
一位于所述吸热换热器的至少一个回路中的阀，所述阀由一个可对所述高压进行监控的控制器来驱动动作。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀被打开，以调节通过所述排热换热器的所述至少一个回路的所述负荷的流量，并使所述制冷剂的高压降低。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀被闭合，以调节通过所述排热换热器的所述至少一个回路的所述负荷的流量，并使所述制冷剂的高压升高。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，可通过驱动所述阀来控制所述高压。
5.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其特征在于，所述制冷剂是二氧化碳。
6.一种跨临界蒸气压缩系统，包括：
一用于将制冷剂压缩至高压的压缩装置；
一用于使所述制冷剂冷却的排热换热器，所述排热换热器具有至少两个回路；
一位于所述排热换热器的至少一个回路中的阀，该阀可以被驱动而调节流过所述排热换热器的负荷的流量；
一用于使所述制冷剂降低至低压的膨胀装置；以及
一用于使所述制冷剂蒸发的吸热装置。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述阀被打开，以调节通过所述排热换热器的所述至少一个回路的所述负荷的流量，并使所述制冷剂的高压降低
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述阀被闭合，以调节通过所述排热换热器的所述至少一个回路的所述负荷的流量，并使所述制冷剂的高压升高。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述阀由一控制器控制，该控制器将所述排热换热器中的压力与一期望压力作比较，并响应于所述比较结果来控制所述阀。
10.如权利要求6、7、8或9所述的系统，其特征在于，所述制冷剂是二氧化碳。
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