專利名稱：制冷循環回路和用于運行制冷循環回路的方法
技術領域：
本發明涉及一種制冷循環回路，在其中循環一種單組分或多組分的制冷劑，在流動方向上具有一個液化器、一個收集容器、一個連接在蒸發器前面的減壓裝置、一個蒸發器和一個單級壓縮的壓縮機單元。 本發明還涉及用于運行制冷循環回路的方法。
背景技術：
對于"液化器"的概念既不僅應理解為液化器，而且應理解為氣體冷卻器。
所述類型的制冷循環回路已被十分熟知。它們例如在制冷設備、如用在超級商場中的所謂復合式制冷設備中實現。復合式制冷設備通常在那里對多個冷用戶供冷，例如制藏間、冷藏柜及深冷柜。為此，在它們內部循環一種單組分的或多組分的制冷劑或制冷劑混合物。 現在借助于圖1中所示的實施例來詳細說明一種屬于現有技術的制冷循環回路或在其中可實現所述類型循環回路的制冷設備。 在高制冷循環回路中循環的單組分或多組分制冷劑在一個液化器或氣體冷卻器A-以下僅稱為液化器-中通過熱交換、最好通過與外界空氣的熱交換而被冷凝，該液化器通常設置在超級商場的外部，例如設在其屋頂上。 液態制冷劑由液化器A通過管道B輸送給(制冷劑)收集器C。在制冷循環回路內必須總是存在大量制冷劑，以致在最大制冷需要量時也可注滿所有冷用戶的蒸發器。但因為在低制冷需要量時單個蒸發器僅部分地被充注或者甚至完全是空的，在該時間期間過剩的制冷劑必須被收集在為此設置的收集器C中。 制冷劑由收集器C通過液體管道D到達所謂標準制冷循環回路的冷用戶。在此，在圖1中所示的用戶F及F'代表任意數量的標準制冷循環回路用戶。在每個上述冷用戶的前面連接一個膨脹閥E或E'，在該冷用戶中或該冷用戶的一個或多個蒸發器中流動的制冷劑在該膨脹閥中減壓。這樣減壓的制冷劑在冷用戶F及F'的蒸發器中蒸發并由此冷卻相應的冷藏柜或冷藏間。 在標準制冷循環回路的冷用戶F及F'中蒸發的制冷劑接著通過抽吸管道G輸送給壓縮機單元H并在該單元中被壓縮到10到25巴之間的希望的壓力。在通常情況下壓縮機單元僅構造成單級并具有多個并聯連接的壓縮機。 在壓縮機單元H中壓縮的制冷劑接著通過壓力管道I又被輸送到所述的液化器A。
制冷劑由收集器C通過第二液體管道D'輸送到冷凝器K并且在它通過管道G'輸入給壓縮機單元H之前在該冷凝器中通過與后面還要解釋的深冷循環回路的制冷劑的熱交換被蒸發。
深冷循環回路的在冷凝器K中液化的制冷劑通過管道L輸送給深冷循環回路的收集器M。該制冷劑由該收集器通過管道N輸送到用戶P并在該用戶中蒸發，用戶P代表任意數量的用戶，在該用戶前面連接減壓裝置0。蒸發的制冷劑通過抽吸管道Q輸送給單級的或多級的壓縮機單元R，在該壓縮機單元中壓縮到25至40巴之間的壓力并接著通過壓力管道S輸送到已提到過的冷凝器K。 作為標準制冷循環回路的制冷劑例如使用R404A，而對于深冷循環回路使用二氧化碳。 圖1中所示的壓縮機單元H及R、收集器C及M以及冷凝器K通常設置在單獨的機器室中。而整個管道網路的80至90%設置在超級商場的售貨廳、儲藏間或工作人員和顧客可進入的其它空間內。只要該管道網路內以不大于35至40巴的壓力工作，這對于超級商場的經營者無論從心理學觀點還是出于成本原因都是可以接受的。
目前正在轉向使上述標準制冷循環回路也用C02制冷劑工作。
迄今，天然(A制冷劑在商業制冷中有意義的應用一方面由于在高的(外界)氣溫情況下簡單的單級循環的能量效率不夠而失敗。另一方面由于(A的材料特性需要高的工作壓力，高達100巴或更高，這使得相應制冷循環回路或制冷設備的制造出于經濟原因而變得極難。因此(A制冷劑迄今只在深冷的級聯式系統中使用，如借助圖l示例解釋的那樣，因為那里實現的工作壓力不超過通常的、40巴的最大壓力水準。 基于前面提到的較高壓力或壓力狀態，制冷循環回路的管道網路必須按此壓力或壓力水準設計。但為此所需的材料遠比在迄今實現的壓力水準下可使用的材料貴得多。此外這種相對較高的壓力水準對于設備運行者來說是很難獲得的。 使用C02作為制冷劑的另一問題在于，在外界溫度相應高的情況下需要制冷循環回路超臨界工作。高的外界溫度導致在蒸發器進口處出現相對高的減壓蒸汽分量。由此使循環制冷劑的單位體積有效制冷功率減小，但抽吸管道和液體管道以及蒸發器都必須相應增大尺寸，以使壓力損耗保持盡可能低。
發明內容
本發明的任務是，提供一種所述類型的制冷循環回路以及用于運行制冷循環回路的方法，該制冷循環回路及該方法可避免上述缺點。 為了解決該任務，提出一種制冷循環回路，其特征在于，在液化器與收集容器之間安置一個中間減壓裝置。 在方法方面，所提出的任務的解決方案是，在安置在液化器與收集容器之間的中間減壓裝置中使制冷劑減壓到5至40巴的(中間)壓力。
圖1顯示了現有技術的制冷循環回路； 圖2顯示了一個聯合制冷裝置，在其中實現根據本發明的制冷循環回路的可能構型； 圖3顯示了根據本發明的制冷循環回路或根據本發明的用于運行制冷循環回路的方法的一個實施例；
圖4及5顯示了根據本發明的制冷循環回路或根據本發明的用于運行制冷循環回路的方法的另外兩個彼此可替換的構型。
具體實施例方式
下面借助圖2至5中所示的實施例詳細描述根據本發明的制冷循環回路和根據本發明的用于運行制冷循環回路的方法及其其它構型。 這里，圖2表示一個聯合制冷裝置，在其中實現根據本發明的制冷循環回路的可能構型。后面描述一種方法，在其中可使用HFKW(s)，FKW(s)或0)2作為制冷劑。
在第一壓縮機單元6中壓縮到10到120巴之間的壓力上的制冷劑通過壓力管道7輸送到液化器或氣體冷卻器1并在其中相對于外界空氣冷凝或冷卻到飽和溫度。制冷劑通過管道2，2'及2〃輸送到制冷劑收集器3，但現在根據本發明制冷劑在中間減壓裝置a中被減壓到5至40巴的中間壓力。這種中間減壓提供的優點是，后面連接的管道網路及收集器3現在必須按較低的壓力水準設計。 制冷劑在所述中間減壓裝置a中減壓達到的壓力在這里最好這樣選擇，即它仍低于所期望的最低液化壓力。 根據本發明制冷循環回路的一個有利的構型，壓力管道7與收集容器3、最好與它的氣體室相連接或可連接。壓力管道7與收集容器3之間的連接例如可通過一個連接管道17來實現，在該連接管道中設置一個減壓閥h。 根據本發明制冷循環回路的一個有利的構型，壓力管道7與將液化器1和收集容器3連接的管道或管道區段2或2' ，2"相連接或可連接。在壓力管道7與管道2或2'，2〃之間的連接例如可通過虛線所示的連接管道18來實現，在該連接管道中安置了一個閥 根據本發明制冷循環回路的一個有利的構型，收集容器3、最好其氣體室與第一壓縮機單元6的輸入端相連接或可連接。 收集容器3與第一壓縮機單元6的輸入端之間的該連接通過連接管道12來實現，該連接管道如圖2中所示通入到抽吸管道11中。 現在通過在管道12中設置的減壓閥e和在管道17中設置的減壓閥h或在管道18中設置的閥j可使所選擇的中間壓力對于所有運行條件保持恒定。但也可以這樣調節，即相對于抽吸壓力具有恒定的差值。由此可達到蒸發器上的減壓蒸汽分量相對較小，其后果是，液體管道及抽吸管道的尺寸可相應較小。這也適用于冷凝液管道，因為現在沒有氣態組分必須通過它流回到液化器l中。因此，通過本發明也可達到所需制冷劑充注量可降低約30%。 制冷劑通過抽吸管道4由收集器3抽出并輸送給制冷劑用戶或其熱交換器E2及E3中。在這些熱交換器前面各連接了一個減壓閥b或c，流入到冷用戶的制冷劑在這些減壓閥中減壓。在冷用戶E2及E3中蒸發的制冷劑接著通過抽吸管道5又輸送給第一壓縮機單元6或者說通過第一壓縮機單元被從蒸發器E2及E3中抽出。 由收集器3通過管道4抽出的制冷劑的一部分通過管道8輸送給一個或多個深冷用戶，它用熱交換器E4來表示，在它前面也連接著一個減壓閥d。該制冷劑分流在熱交換器或冷用戶E4中蒸發后通過抽吸管道9輸送給第二壓縮機單元10并在其中壓縮到第一壓縮機單元6的輸入壓力。這樣壓縮的制冷劑分流接著通過管道11輸送給第一壓縮機單元6的輸入側。 為了擴展本發明，提出如圖2中所示，在收集容器3前可連接一個傳熱器E1。
在此，傳熱器E1最好在輸入側與液化器1的輸出端相連接或可連接。
如圖2中所示，液化的或冷卻到飽和溫度的制冷劑的分流現在可通過其中設置有減壓閥f的管道13由液化器或氣體冷卻器1或管道2中抽出并在傳熱器El中通過待冷卻到飽和溫度的、通過管道2輸送給傳熱器E1的制冷劑蒸發。蒸發的制冷劑分流接著通過管道14輸送給一個壓縮機6'，該壓縮機配置給前面描述的第一壓縮機單元6并且最好在較高的壓力水平上抽吸，蒸發的制冷劑分流在該壓縮機6'中被壓縮到第一壓縮機單元6的所需最終壓力。 作為上述(附加的)壓縮機6'的替換方案，也可以在使用多缸壓縮機的情況下將
抽吸的減壓蒸汽分量在更高的壓力水平上輸送給每個壓縮機的一個或多個缸。 借助傳熱器El使要在中間減壓裝置a中減壓的制冷劑流最好被冷卻到這樣的程
度，以致減壓的制冷劑的減壓蒸汽分量最小化。 變換地或附加地，在收集器3中出現的減壓蒸汽分量也可通過管道12及虛線所示的管道15借助壓縮機6'在較高的壓力水平上被抽吸。 圖3中表示根據本發明的制冷循環回路或根據本發明的用于運行制冷循環回路的方法的一個實施例，其中，從收集容器3經過管道4抽出的制冷劑在熱交換器/再冷卻器E5中經受再冷卻。 在此，根據本發明的一個有利的構型，該再冷卻通過與從收集容器3經過管道12抽吸的閃蒸氣體的熱交換來實現。 具有環境溫度以下的溫度水平的液體管道、如圖2及3中所示的管道4經受熱輻射。這導致在該液體管道中流動的制冷劑部分蒸發，由此導致形成不希望的蒸汽分量。為了避免這一點，制冷劑迄今或者通過制冷劑分流的膨脹和接著蒸發、或者通過與抽吸氣體流的內部熱傳遞被再冷卻，該抽吸氣體流在此被過加熱。 在根據本發明的制冷循環回路或根據本發明的方法中，在抽吸管道與液體管道或在其中循環的制冷劑之間的溫度間距可能過小，以致不能實現其為了在液體管道中流動的制冷劑的必要的再冷卻而進行的內部熱傳遞。 因此，為了改進本發明，如上所述，提出從收集容器3經過管道4抽吸的制冷劑在熱交換器或再冷卻器E5中通過從收集容器3經過管道12并在閥e中減壓的閃蒸氣體來再冷卻。在通過熱交換器或再冷卻器E5之后，減壓并在熱交換器/再冷卻器E5中過加熱的制冷劑通過管道區段12'和11輸送給第一壓縮機單元6的輸入端。通過從收集容器3經過管道12抽出的閃蒸氣體流的過加熱，在液體管道4中達到在其中流動的制冷劑的足夠的再冷卻；制冷劑的該再冷卻改善了減壓閥或噴射閥b，c及d的調節運行，這些閥連接在蒸發器E2，E3及E4的前面。 從收集容器3出來經過管道12的小液滴由于過小的尺寸和/或收集容器3的過度充注而不被析出并且被閃蒸氣體夾帶，這些小液滴最遲在熱交換器/再冷卻器E5中蒸發。因此，所述方法還具有的優點是，壓縮機或壓縮機單元的運行可靠性由于閃蒸氣體流的可靠過熱而得以提高。
圖4及5表示根據本發明的制冷循環回路或根據本發明的用于運行制冷循環回路的方法的另外兩個彼此可替換的構型。為清楚起見，在圖4及5中僅表示出在圖2及3中所示的根據本發明的制冷循環回路的局部。 為了擴展根據本發明的用于運行制冷循環回路的方法，提出，從收集容器抽出的閃蒸氣體的至少一個分流至少暫時地通過被壓縮的制冷劑的至少一個分流被過熱。
圖4表示根據本發明的方法的一個可能構型，其中，從收集容器3經過管道12抽出的閃蒸氣體的一個分流至少暫時地通過管道16輸送給熱交換器/過加熱器E6并在該熱交換器中通過在第一壓縮機單元6中壓縮的制冷劑被過加熱。 在圖4所示的方法中，待過加熱的閃蒸氣體流在熱交換器/過加熱器E6中通過在第一壓縮機單元6中壓縮的總的制冷劑流被過加熱，該制冷劑流經過管道7被輸送給圖4中未示出的液化器或冷卻器。 在通過熱交換器/過加熱器E6后，閃蒸氣體流經過管道16'輸送給第一壓縮機單元6的壓縮機6'的輸入端。 圖5中表示一種方法，其中從收集容器3經過管道12、打開的閥g和管道16抽出的閃蒸氣體流在熱交換器E7中通過管道7中的壓縮的制冷劑流被過加熱。該閃蒸氣體流可以在通過熱交換器E7后以這樣形式輸送給第一壓縮機單元6，即多缸壓縮機的一個或多個缸在較高的壓力水平上抽吸該閃蒸氣體。替換閥g，可設置閥x， y及z。
在圖4及5中所示的方法能保證包含在閃蒸氣體內的液體成分被可靠地蒸發，由此得到壓縮機或第一壓縮機單元6的更高可靠性。
權利要求
一種制冷循環回路，在該制冷循環回路中循環單組分的或多組分的制冷劑，該制冷循環回路在流動方向上具有一個液化器、一個收集容器、一個連接在蒸發器前面的減壓裝置、一個蒸發器和一個單級壓縮的壓縮機單元，其特征在于在液化器(1)與收集容器(3)之間安置一個中間減壓裝置(a)。
2. 根據權利要求1的制冷循環回路，其特征在于傳熱器(El)在輸出側與壓縮機單元(6)的一個壓縮機(6')的輸入端相連接。
3. 根據權利要求1或2的制冷循環回路，其特征在于傳熱器(El)在輸出側與壓縮機單元(6)的一個多缸壓縮機的至少一個缸的輸入端相連接。
4. 根據以上權利要求中一項的制冷循環回路，其特征在于收集容器(3)的氣體室與壓縮機單元(6)的一個壓縮機(6')的輸入端相連接。
5. 根據以上權利要求中一項的制冷循環回路，其特征在于收集容器(3)的氣體室與壓縮機單元(6)的一個多缸壓縮機的至少一個缸的輸入端相連接。
6. 用于運行根據以上權利要求中一項的制冷循環回路的方法，其特征在于在安置在液化器(1)與收集容器(3)之間的中間減壓裝置(a)中使制冷劑減壓到5至40巴的(中間)壓力。
7. 根據權利要求6的方法，其特征在于在中間壓力水平上抽吸出的閃蒸氣體的量通過閥(g，x，y，z)來調節。
全文摘要
本發明涉及一種制冷循環回路，在該制冷循環回路中循環單組分的或多組分的制冷劑，在流動方向上具有一個液化器、一個收集容器、一個連接在蒸發器前面的減壓裝置、一個蒸發器和一個單級壓縮的壓縮機單元。根據本發明，在液化器/氣體冷卻器(1)與收集容器(3)之間安置一個中間減壓裝置(a)。還公開了一種用于運行制冷循環回路的方法，其中，根據本發明，在安置在液化器(1)與收集容器(3)之間的中間減壓裝置(a)中使制冷劑減壓到5至40巴的壓力。
文檔編號F25B5/02GK101713596SQ200910246380
公開日2010年5月26日 申請日期2005年7月29日 優先權日2004年8月9日
發明者烏韋·席爾霍恩, 安德烈亞斯·格爾內曼, 貝恩德·海因博凱爾 申請人:林德制冷技術有限責任公司