致冷回路

摘要

本发明涉及一种致冷系统，所述致冷系统被配置用于使致冷剂循环，并且在所述致冷剂的流动方向上包括：排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器、压缩机，以及冷气存储装置。所述冷气存储装置被配置来：在所述致冷系统的工作过程中接收并且存储冷气，并且使存储在所述接收器内的致冷剂冷却，和/或使离开所述排热换热器的致冷剂在进入所述接收器之前冷却。

权利要求

1.一种致冷系统，其被配置用于使致冷剂循环，并且在所述致冷剂的流动方向上包括：排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器以及压缩机，进一步包括：

冷气存储装置，其被配置来

a) 在所述致冷系统的操作过程中接收并且存储冷气，并且b) 冷却存储在所述接收器内的致冷剂；和

闪蒸气体管线，所述闪蒸气体管线从所述接收器延伸穿过所述冷气存储装置到达所述压缩机并且被配置用于从所述接收器分接闪蒸气体。

2.一种致冷系统，其被配置用于使致冷剂循环，并且在所述致冷剂的流动方向上包括：排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器以及压缩机，进一步包括冷气存储装置，其被配置来

a) 在所述致冷系统的操作过程中接收并且存储冷气，并且b) 使离开所述排热换热器的致冷剂在进入所述接收器之前冷却。

3.一种致冷系统，其被配置用于使致冷剂循环，并且在所述致冷剂的流动方向上包括：排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器以及压缩机，进一步包括：

冷气存储装置，其被配置来

a) 在所述致冷系统的操作过程中接收并且存储冷气，并且b) 冷却存储在所述接收器内的致冷剂；和

冷气存储装置致冷剂管线，所述冷气存储装置致冷剂管线从所述接收器延伸穿过所述冷气存储装置到达所述压缩机并且被配置来将液态致冷剂从所述接收器递送至所述冷气存储装置。

4.如权利要求1、2或3所述的致冷系统，其中所述冷气存储装置包括相变材料，所述相变材料在存储或递送冷气时改变其相。

5.如权利要求2所述的致冷系统，其包括冷气存储装置致冷剂管线，所述冷气存储装置致冷剂管线从所述接收器延伸穿过所述冷气存储装置到达所述压缩机并且被配置来将液态致冷剂从所述接收器递送至所述冷气存储装置。

6.如权利要求3或5所述的致冷系统，所述冷气存储装置致冷剂管线包括在所述冷气存储装置上游的另一个膨胀装置。

7.如权利要求3或5所述的致冷系统，其中所述冷气存储装置致冷剂管线包括布置在所述冷气存储装置内的换热器。

8.如权利要求7所述的致冷系统，其中所述冷气存储装置致冷剂管线被形成为所述冷气存储装置内的换热器。

9.如权利要求1、2或3所述的致冷系统，其中所述致冷系统是两级膨胀致冷系统，所述两级膨胀致冷系统包括布置在所述排热换热器与所述接收器之间的高压膨胀装置。

10.如权利要求1、2或3所述的致冷系统，其中所述致冷剂包含CO2。

11.如权利要求2所述的致冷系统，其还包括闪蒸气体管线，所述闪蒸气体管线从所述接收器延伸穿过所述冷气存储装置到达所述压缩机并且被配置用于从所述接收器分接闪蒸气体。

12.如权利要求11所述的致冷系统，其中所述闪蒸气体管线包括闪蒸气体膨胀装置，所述闪蒸气体膨胀装置定位在所述冷气存储装置的上游并且被配置用于使所述闪蒸气体膨胀。

13.一种操作致冷系统的方法，所述致冷系统在致冷剂的流动方向上包括排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器以及压缩机，所述方法包括冷却存储在所述接收器中的致冷剂的步骤，所述步骤通过下述方式实现：从所述接收器分接闪蒸气体，使所述闪蒸气体流动穿过冷气存储装置，将所述闪蒸气体运输至所述压缩机，使来自所述接收器的气态致冷剂经由接收器冷却管线流动穿过所述冷气存储装置并且返回至所述接收器。

14.一种操作致冷系统的方法，所述致冷系统在致冷剂的流动方向上包括排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器以及压缩机，所述方法包括在进入所述接收器之前使离开所述排热换热器的致冷剂冷却的步骤，所述步骤通过下述实现方式：使离开所述排热换热器的致冷剂流动穿过冷气存储装置。

15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述冷气存储装置包括冷气存储介质，所述冷气存储介质在存储或递送冷气时改变其相。

16.如权利要求15所述的方法，其中在所述冷却系统的正常工作过程中，所述冷气存储介质由从所述接收器分接的已膨胀的闪蒸气体来冷却。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述冷气存储介质由从所述接收器取得的液态致冷剂来冷却。

18.如权利要求13或14所述的方法，其中使所述致冷剂在进入所述冷气存储装置之前膨胀。

19.如权利要求13或14所述的方法，其包括以下步骤：使所述致冷剂在进入所述接收器之前从高压部分地膨胀至中压。

20.如权利要求13或14所述的方法，其中所述致冷剂包含CO2。

说明书

致冷回路

[0001] 被配置用于使致冷剂循环并且在所述致冷剂的流动方向上包括排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器以及压缩机的致冷回路是众所周知的，并且用于致冷目的。在那些类型的致冷回路中，液态致冷剂存储在接收器内。然而，当将这样一个致冷回路切断电源时，在致冷管线中和在接收器内的致冷剂的温度由于来自环境的热冲击而升高。这导致致冷剂的蒸发和致冷回路内的压力的增大。为了避免由所述增加的压力引起对系统的部件的损坏，常见致冷回路包括至少一个压力释放阀，在超过致冷回路内的预定压力时，所述压力释放阀打开，以便允许致冷剂从致冷回路逸散。

[0002] 然而，经由压力释放阀将致冷剂从致冷回路移除导致致冷剂的损耗，并且在某些情况下需要替换被移除的致冷剂，这提高了用于操作和维护致冷回路的成本。此外，被移除的致冷剂污染环境。

[0003] 为了避免这个问题，已知的是使用辅助冷却器，所述辅助冷却器使用例如HFC作为致冷剂，以便在致冷系统不工作时使存储在接收器内的致冷剂冷却。

[0004] 提供用于避免非工作致冷回路中的压力增大而无需辅助冷却器的装置将会是有益的。

[0005] 此外，提高致冷回路在热环境温度下运行时的性能将会是有益的。

[0006] 本发明的示例性实施方案包括致冷回路，所述致冷回路被配置用于使致冷剂循环，并且在所述致冷剂的流动方向上包括：排热换热器、接收器、膨胀装置、蒸发器以及压缩机。所述致冷回路进一步包括冷气存储装置，所述冷气存储装置被配置来：在致冷系统的工作过程中的第一工作模式中接收并且存储冷气，并且在第二工作模式中，尤其在致冷系统不工作时，使用所存储的冷气使存储在接收器内的致冷剂冷却。

[0007] 示例性实施方案进一步包括致冷回路，其中所述冷气存储装置被配置来：在致冷回路的工作过程中接收并且存储冷气，并且使离开排热换热器的致冷剂在进入接收器之前预先冷却。

[0008] 以下参照附图对本发明的实施方案进行更加详细的描述，在所述附图中：

[0009] 图1示出根据本发明的致冷回路的第一实施方案的示意图；

[0010] 图2示出根据本发明的致冷回路的第二实施方案的示意图；

[0011] 图3示出根据本发明的致冷回路的第三实施方案的示意图；

[0012] 图4示出根据本发明的致冷回路的第四实施方案的示意图。

[0013] 图1示出根据本发明的第一实施方案的致冷回路2的示意图。

[0014] 图1中所示的致冷回路2是两级膨胀致冷回路2，所述两级膨胀致冷回路在致冷剂的流动方向上包括：排热换热器4；高压膨胀装置8，其被配置用于将循环致冷剂从高压膨胀至中压；接收器，其用于接收、收集并且存储中压致冷剂；两个低压膨胀装置24a、24b，其被配置用于将循环致冷剂从中压膨胀至低压；以及两个蒸发器26a、26b，其被配置用于使低压致冷剂蒸发。

[0015] 排热换热器4包括两个风扇6，这两个风扇被配置用于通过流动穿过排热换热器4的致冷剂鼓吹空气，以便提高流动穿过排热换热器4的致冷剂与环境之间的热交换。

[0016] 蒸发器26a、26b中的每一个蒸发器包括风扇28a、28b，所述风扇被配置用于通过流动穿过蒸发器26a、26b的致冷剂鼓吹空气，以便提高致冷剂的蒸发。致冷回路2进一步包括一组30压缩机30a、30b、30c，所述压缩机被彼此平行布置以便接收离开蒸发器26a、26b的气态致冷剂并且用于压缩气态致冷剂并且将所述致冷剂递送至排热换热器4，从而完成致冷循环。

[0017] 在图1所示的示例性实施方案中，低压膨胀装置24a、24b与蒸发器26a、26b的两个串联布置被彼此平行连接。然而，对于技术人员来说明显的是：任何数量的这类组合可以被平行连接。

[0018] 包括压力释放阀14的压力释放管线12流体地连接至接收器10。压力释放阀14被配置来：在接收器10内的压力超过预定值时打开，以便从接收器10释放致冷剂的一部分；并且降低接收器内的压力，以便避免由致冷回路2内的高致冷剂压力引起对致冷回路2的部件的损坏。

[0019] 包括闪蒸气体膨胀装置18的闪蒸气体分接管线16流体地连接接收器10与压缩机30a、30b、30c的入口，以便允许从接收器10分接在接收器10内生成的闪蒸气体，并且绕过低压膨胀装置24a、24b和蒸发器26a、26b而将所述闪蒸气体运输至压缩机30a、30b、30c。从接收器10分接闪蒸气体允许提高致冷回路2的效率。

[0020] 在图1所示的实施方案中，闪蒸气体分接管线16延伸穿过布置在闪蒸气体膨胀装置18下游的冷气存储装置15。因此，在闪蒸气体已经从接收器被分接并且由闪蒸气体膨胀装置18膨胀之后，已膨胀的闪蒸气体流动穿过冷气存储装置15，从而使布置在冷气存储装置15内的冷气存储介质13冷却。

[0021] 致冷回路2进一步包括从接收器延伸穿过冷气存储装置15并且返回接收器10的接收器冷却管线20。开/关阀22被布置在接收器冷却管线20内在冷气存储装置15的下游。在致冷回路2不工作时，即，在压缩机30a、30b、30c停止时，膨胀装置8、24a、24b、18通常是关闭的。

[0022] 为了避免存储在接收器10内的致冷剂的温度和压力由于环境热量的冲击而升高，开/关阀22被打开，从而允许来自接收器10的气态致冷剂经由接收器冷却管线20流动穿过冷气存储装置15经过冷气存储介质13并且穿过打开的开/关阀22流回到接收器10。

[0023] 在流回到接收器10中之前，流动穿过接收器冷却管线20的致冷剂由布置在冷气存储装置15内的冷气存储介质13冷却。气态致冷剂甚至可以被冷却至冷凝的这种程度，并且液态致冷剂从接收器冷却管线20流回到接收器10中。

[0024] 流回到接收器10中的冷却的致冷剂降低存储在接收器10内的致冷剂的温度，并且避免所不希望的接收器10和致冷回路2内的压力增大。因此，不需要打开压力释放阀14以便通过从致冷回路2释放致冷剂来降低接收器10内的压力。

[0025] 包括在冷气存储装置15内的冷气存储介质13可以是通过经历相转变过程而分别存储和释放热量和/或冷气的相变材料。相转变过程提供用于分别存储和释放热量和/或冷气的非常有效的方法。冷气存储介质13可以包括冷冻水和熔融水。可以通过添加适合的添加剂来调整水的熔点。

[0026] 通过使用闪蒸气体(所述闪蒸气体在致冷回路2的正常工作过程中从接收器10分接)，并且将通过使所述闪蒸气体膨胀所生成的冷气存储在适合的冷气存储装置15中，根据图1所示的第一实施方案的致冷回路2允许有效地避免存储在接收器10中的致冷剂的压力由于升高温度而增大。冷气存储装置15包括经历相转变以用于存储和释放冷气的冷气存储介质13。

[0027] 在根据第一实施方案的致冷回路2中，辅助冷却器是为了使存储在接收器10内的致冷剂冷却所不必要的。压力释放阀14仅需要在紧急情况下而不是在致冷回路2断开电源时的正常工作条件下打开，并且避免了有价值的并且潜在地危险的致冷剂释放至环境中。

[0028] 因为从接收器10分接的闪蒸气体用于产生使接收器10冷却所需要的冷气，所以不需要额外的能量来生成存储在冷气存储装置15内的冷气。因此，根据第一实施方案的致冷回路可以高效率进行操作。

[0029] 图2示出根据第二实施方案的致冷回路32的示意图。

[0030] 与根据图1所示的第一实施方案的致冷回路2的部件相对应的致冷回路32的部件用相同的参考符号标记，并且将不会再次详细地论述。

[0031] 在根据第二实施方案的致冷回路32中，布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13不由从接收器10分接的闪蒸气体来冷却。相反，提供另一个致冷剂管线36，所述致冷剂管线从接收器10的底部延伸穿过冷气存储装置15到达压缩机30a、30b、30c的入口。在冷气存储装置15上游，即，在接收器10与冷气存储装置15之间，冷气存储膨胀装置34被布置在致冷剂管线36内，所述冷气存储膨胀装置被配置用于使从接收器10流动至冷气存储装置15的致冷剂膨胀。

[0032] 在根据图2所示的第二实施方案的致冷回路32中，在正常操作过程中，存储在接收器10内的致冷剂的一部分流动穿过致冷剂管线36、由冷气存储膨胀装置34而膨胀并且使布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13冷却。

[0033] 如以上参照根据第一实施方案的致冷回路2所描述的，在致冷回路32不工作并且压缩机30a、30b、30c停止时，为了使存储在接收器10内的致冷剂冷却，闪蒸气体从接收器10的顶部由闪蒸气体分接管线20来分接并且流过冷气存储装置15内的冷气存储介质13并且返回至所述接收器中。

[0034] 根据第二实施方案的致冷回路32允许独立于在接收器10内所生成的任何闪蒸气体而对冷气存储装置15内的冷气存储介质13进行有效的冷却。

[0035] 在图中未示出的另一个实施方案中，如图1中所示的包括闪蒸气体膨胀装置18的闪蒸气体管线16可以额外地被添加至根据图2中所示的第二实施方案的致冷回路32，以便允许有选择地通过从接收器10的顶部分接的闪蒸气体和/或通过从根据图2所示的第二实施方案的接收器的底部取得的液态致冷剂来使存储在冷气存储装置15内的冷气存储介质13冷却。

[0036] 这允许对冷气存储介质13进行非常有效的并且节能的冷却。

[0037] 图3中示出根据本发明的第三实施方案的致冷回路42。与根据图1和图2所示的第一实施方案的致冷回路2和第二实施方案的致冷回路32的部件相同的部件用相同的参考符号标记，并且将不会再次详细地描述。

[0038] 根据第三实施方案的致冷回路42包括冷气存储装置15，所述冷气存储装置包括可以由致冷剂冷却的冷气存储介质13，所述致冷剂经由致冷剂管线36流动穿过冷气存储装置15和布置在所述致冷剂管线36中在所述冷气存储装置15上游的冷气存储膨胀装置34。

[0039] 第一可切换阀48被布置在致冷回路42中位于致冷剂管线9中在排热换热器4与高压膨胀装置8之间。预冷却管线45在排热换热器4下游并且在第一可切换阀48上游从致冷剂管线9分支出来，所述预冷却管线延伸穿过冷气存储装置15经过冷气存储介质13并且在位于第一可切换阀48与高压膨胀装置8之间的位置重新加入致冷管线9，从而绕过第一可切换阀48。预冷却管线45包括分别布置在冷气存储装置15的上游和下游的第二可切换阀44和第三可切换阀50。在图3所示的实施方案中，第二可切换阀44和第三可切换阀50被布置在靠近第一可切换阀48和致冷管线9。

[0040] 在致冷回路42的低或中负载工作过程中，第一可切换阀48打开并且第二可切换阀44和第三可切换阀50关闭。如以上参照第一实施方案和第二实施方案所描述的，离开排热换热器6的致冷剂经由致冷剂管线9和打开的第一可切换阀48流动至高压膨胀装置8。

[0041] 来自接收器10的底部的流体致冷剂的一部分经由膨胀装置34和致冷剂管线36流动穿过冷气存储装置15，以便使布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13冷却(模式1)。

[0042] 在高负载(即，由于高环境温度)下，第一可切换阀48和冷气存储膨胀装置34关闭，并且第二可切换阀44和第三可切换阀50打开。离开排热换热器6的致冷剂经由打开的第二可切换阀44和再冷却管线45流动穿过冷气存储装置15经过布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13，并且经由第三可切换阀50到达高压膨胀装置8。

[0043] 因为如以上所描述的，布置在冷气存储装置15内的冷气存储介质13之前已经被冷却，所以它现在从流动穿过再冷却管线45的致冷剂接收热量，从而在致冷剂到达高压膨胀装置8之前使所述致冷剂冷却。

[0044] 在致冷剂由高压膨胀装置8膨胀之前对所述致冷剂进行的这个再冷却提高致冷回路42的效率，尤其是如果它以高负载(即，由于高环境温度)运行。

[0045] 具体来说，在致冷回路的低负载工作过程中(即，在夜间和/或低环境温度过程中)的多余的冷却能力可以用于冷却布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13。因此，储存了在低负载周期过程中所产生的过多的冷气以在稍后的高负载周期中使用。这相当大地提高了致冷回路42的效率并且减少用于运行致冷回路42尤其在高负载工作过程中的成本。

[0046] 图4示出根据第四实施方案的致冷回路52的示意图。根据第四实施方案的致冷回路52类似于根据图3所示的第三实施方案的致冷回路，并且致冷回路42的相对应的部件用相同的参考符号标记，并且将不会再次详细地描述。

[0047] 然而，在根据第四实施方案的致冷回路52中，不是通过使从接收器10的底部引出的液态致冷剂膨胀、而是通过如参照图1所示的第一实施方案所描述的从接收器的顶部分接的闪蒸气体来使布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13冷却。

[0048] 根据第四实施方案的致冷回路52包括闪蒸气体分接管线16，所述闪蒸气体分接管线从接收器10的顶部延伸穿过冷气存储装置15到达压缩机30a、30b、30c的入口。闪蒸气体膨胀装置18被布置在位于接收器10与冷气存储装置15之间的闪蒸气体分接管线16中。

[0049] 在致冷回路52的低或中负载工作过程中，当第一可切换阀48打开并且第二可切换阀44和第三可切换阀50关闭时，如以上参照第三实施方案所描述的，闪蒸气体经由闪蒸气体分接管线16从接收器10被分接并且由闪蒸气体膨胀装置18而膨胀。已膨胀的闪蒸气体流动穿过冷气存储装置15，以便使布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13冷却。

[0050] 在根据第四实施方案的致冷回路52的高负载工作过程中，致冷回路52像之前所描述的根据图3所示的第三实施方案的致冷回路42一样进行操作，即，第一可切换阀48关闭并且第二可切换阀44和第三可切换阀50打开，以便使离开排热换热器4的致冷剂流动穿过冷气存储装置15，在所述冷气存储装置处，在高压膨胀装置8使所述致冷剂膨胀之前，所述致冷剂通过向布置在冷气存储装置15中的冷气存储介质13传递热量而被再冷却。

[0051] 对于技术人员来说以下是明显的：第三实施方案42和第四实施方案52可以在一个实施方案中彼此结合，在所述实施方案中，除了包括致冷剂膨胀装置34的致冷剂管线36之外，包括闪蒸气体膨胀装置18的闪蒸气体分接管线16延伸穿过冷气存储装置15，以便有选择地通过流动穿过闪蒸气体分接管线16和/或流动穿过致冷剂管线36的已膨胀的致冷剂来使布置在冷气存储装置15中的致冷剂介质13冷却。

[0052] 图3和图4所示的实施方案的这样一种组合允许致冷回路在所有可能的环境条件下的非常有效的工作。

[0053] 尽管图中未示出，但是对于技术人员来说以下也是明显的：图3和图4所示的实施方案可以分别与图1和图2所示的实施方案结合，以便聚集在高负载条件下再冷却致冷剂的优点与在致冷回路2、32、42、52不工作并且压缩机30a、30b、30c停止时使包括在接收器10内的致冷剂冷却的优点。

[0054] 虽然之前已经参照两级膨胀(所述两级膨胀在使用包含CO2的致冷剂时尤其有效)对本发明进行描述，但是技术人员将会容易地理解：本发明也适用于不包括高压膨胀装置8的一级膨胀致冷回路。

[0055] 通过本发明的示例性实施方案，如本文所描述的，可以可靠地避免静止不动过程中的压力增大，并且通过在高性能系数工作过程中增加负载而在低负载持续过程中增加性能系数，可以允许峰值负载修整。

[0056] 冷气存储装置可以包括相变材料，在存储或递送冷气时，所述相变材料改变其相。相变材料在分别存储并且释放热量和冷气方面是非常有效的。

[0057] 致冷可以包括闪蒸气体管线，所述闪蒸气体管线从接收器延伸穿过冷气存储装置到达压缩机并且被配置用于从接收器分接闪蒸气体。

[0058] 闪蒸气体管线可以包括闪蒸气体膨胀装置，所述闪蒸气体膨胀装置定位在冷气存储装置的上游并且被配置用于使闪蒸气体膨胀。已膨胀的闪蒸气体允许非常有效地冷却冷气存储装置内的冷气介质。

[0059] 致冷系统可以进一步包括冷却存储装置致冷剂管线，所述冷却存储装置致冷剂管线从接收器延伸穿过冷气存储装置到达压缩机并且被配置来将液态致冷剂从接收器递送至冷气存储装置。这允许有效地冷却布置在冷气存储装置内的冷气存储介质。

[0060] 冷气存储膨胀装置可以被布置在存储装置致冷剂管线中在冷气存储装置的上游。使来自接收器的致冷剂膨胀提高冷却布置在冷气存储装置内的冷气存储介质的效率。

[0061] 存储装置致冷剂管线可以被形成为冷气存储装置内的换热器，以便提高流动穿过存储装置致冷剂管线的致冷剂与布置在冷气存储装置内的冷气存储介质之间的热交换。

[0062] 可以是两级膨胀致冷系统，所述两级膨胀致冷系统包括布置在排热换热器与接收器之间的高压膨胀装置。两级膨胀提高致冷回路的效率。

[0063] 致冷剂可以包含CO2。CO2提供非常有效的致冷剂。

[0064] 虽然已经参照示例性实施方案对本发明进行描述，但是本领域技术人员将会理解的是：在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以用等效物替代本发明的基本范围。另外，在不脱离本发明基本范围的情况下，可以做出许多修改以使特定的情况或材料适应于本发明的教义。因此，本发明并不意图限制于所公开的具体实施方案，但是本发明将会包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施方案。