空調和制冷系統的制作方法

本發明總體上涉及一種空調和制冷系統，特別是二氧化碳增壓系統中的空調和制冷系統。

背景技術：

空調系統和制冷系統可以集成在二氧化碳增壓系統中。該集成系統可以循環制冷以便使用空調來冷卻空間并且使用制冷來冷卻空間。然而，該系統的某些結構可能缺乏對空調管線中的制冷劑流的控制。某些結構還可能導致制冷劑管線中的高的壓降。此外，某些結構可能導致油積聚在空調系統中。

技術實現要素：

根據一個實施例，一種系統，包括高壓側熱交換器、調節閥、閃蒸罐和制冷單元。高壓側熱交換器被構造為從制冷劑去除熱量。調節閥被構造為控制制冷劑從高壓側熱交換器到第二熱交換器和閃蒸罐的流動。閃蒸罐被構造為儲存來自第二熱交換器和來自高壓側熱交換器的制冷劑。制冷單元被構造為從閃蒸罐接收制冷劑。

根據另一實施例，一種系統，包括調節閥、電機和控制器。調節閥控制制冷劑到熱交換器和閃蒸罐二者的流動。電機調節調節閥。控制器判定調節閥是否應將制冷劑引導到熱交換器。響應于調節閥應將制冷劑引導到熱交換器的判定，控制器控制電機以調節調節閥，以將制冷劑引導到熱交換器和閃蒸罐。響應于調節閥應當引導制冷劑離開熱交換器的判定，控制器控制電機以調節調節閥，以引導流過調節閥的所有制冷劑到閃蒸罐。

根據另一實施例，一種方法，包括判定調節閥是否應將制冷劑引導到熱交換器。調節閥控制制冷劑從高壓側熱交換器到熱交換器和閃蒸罐二者的流動。該方法還包括響應于調節閥應引導制冷劑離開熱交換器的判定，調節調節閥以引導制冷劑到閃蒸罐。該方法還包括響應于調節閥應當引導制冷劑到熱交換器的判定，調節調節閥以引導制冷劑到熱交換器和閃蒸罐二者。閃蒸罐儲存來自熱交換器和來自高壓側熱交換器的制冷劑。閃蒸罐還釋放制冷劑到制冷單元。

某些實施例可以提供一個或多個技術優點。例如，實施例可以允許控制空調系統中的制冷劑流動，這可能會減少高壓側熱交換器和閃蒸罐之間的制冷劑管線中的壓降。作為另一示例，實施例可以減少空調系統中的油積聚，這可能提高空調系統的效率和壽命。某些實施例可以不包括上述技術優點或包括上述技術優點中的一些或全部。根據本文包括的附圖、說明書和權利要求，一個或多個其它技術優點對于本領域技術人員來說是顯而易見的。

附圖說明

為了更完整地理解本發明，現在結合附圖參考以下描述，其中：

圖1示出了示例的空調和制冷系統；

圖2示出了圖1的系統的示例的空調支路；和

圖3示出用于控制圖1的系統的空調支路的示例方法的流程圖。

具體實施方式

通過參考附圖1至3，可以最佳地理解本發明的實施例及其優點，不同附圖的相同和相應的部件使用相同的附圖標記。

集成的空調和制冷系統可以用于商店的空調和制冷需求，例如雜貨店。集成系統的空調部分可以運行以冷卻商店的零售空間以向客戶提供舒適。該系統的制冷支路可以用于運行保持產品冷凍和/或冷藏的制冷單元。空調系統和制冷系統可以使用二氧化碳(co2)增壓系統集成。co2增壓系統具有能夠保持制冷劑的閃蒸罐。

在co2增壓系統中，制冷劑可以從閃蒸罐流動到制冷系統，使得制冷系統可以用于冷卻產品。制冷劑可以從制冷系統流到一個或多個壓縮機。制冷劑可以從壓縮機流到高壓側熱交換器。

空調系統可以以多種方式配置。例如，空調系統可以配置為干式膨脹(dx)結構。在dx結構中，空調系統可以位于高壓側熱交換器和閃蒸罐之間。制冷劑可以從高壓側熱交換器流到空調系統的蒸發器和/或熱交換器，然后流到閃蒸罐。在該結構中，不控制制冷劑從高壓側熱交換器到空調系統，然后到閃蒸罐的流動。結果，在高壓側熱交換器和閃蒸罐之間的制冷劑管線中可能存在顯著的壓降。

作為另一實施例，空調系統能以溢流結構配置。在這種結構中，空調系統可以以這樣的方式定位：使得重力將制冷劑從閃蒸罐拉到空調系統。制冷劑可循環通過空調系統并返回閃蒸罐。溢流結構可能導致空調系統中的油積聚。當制冷劑通過空調系統的蒸發器和/或熱交換器時，制冷劑可以包括少量的油。蒸發的制冷劑可能在蒸發器和/或熱交換器上留下油殘留。隨著時間的推移，油可能積聚在蒸發器和/或熱交換器上，這可能需要維護或清潔空調系統。

本發明構想一種在co2增壓系統中的空調系統的結構，其減少了與dx結構相關的高壓側熱交換器和閃蒸罐之間的制冷劑管線中的壓降，并且減少了與溢流結構相關的空調系統中的油積聚。在構想的結構中，空調系統位于連接到高壓側熱交換器的高壓膨脹閥和類似dx結構的閃蒸罐之間。然而，調節閥位于高壓膨脹閥和空調系統之間。調節閥的輸入可以連接到高壓膨脹閥。調節閥的輸出可以連接到空調系統和閃蒸罐。調節閥可以控制制冷劑到空調系統和到閃蒸罐的流動。例如，調節閥可以將制冷劑引導到空調系統。作為另一示例，調節閥可以將制冷劑引導到閃蒸罐。作為又一示例，調節閥可以將制冷劑的一部分引導到空調系統，并將剩余部分引導到閃蒸罐。以這種方式，可以控制流到空調系統的制冷劑的量，這可以減少高壓側熱交換器和閃蒸罐之間的制冷劑管線中的壓降。此外，因為重力沒有用于將制冷劑從閃蒸罐拉入空調系統中，所以這種結構還可以減少空調系統中的油積聚。

將利用圖1至3更詳細地討論所構想的結構。圖1將總體地討論該結構。圖2將更詳細地討論該結構。圖3將描述運行該構想的結構的方法。

圖1示出了示例空調和制冷系統100。系統100可以構造為co2增壓系統。如圖1所示，系統100可以包括高壓側熱交換器105、高壓膨脹閥110、調節閥115、熱交換器120、閃蒸罐125、低溫蒸發器130、中溫蒸發器135、低溫壓縮機140、中溫壓縮機145和并聯壓縮機150。制冷劑可以在系統100的各種部件之間和之中流動。在具體實施例中，系統100可以減少高壓側熱交換器105和閃蒸罐125之間的制冷劑管線中的壓降。在某些實施例中，系統100可以減少熱交換器120中積聚的油量。

高壓側熱交換器105可以從系統100的其它部件去除熱量和/或使制冷劑循環到系統100的其它部件。高壓側熱交換器105可以從制冷劑中去除熱量并且使該熱量循環離開系統100。例如，高壓側熱交換器105可以使熱量循環到空氣和/或水中。在特定實施例中，高壓側熱交換器105可作為氣體冷卻器操作并從氣態制冷劑中去除熱量而不改變制冷劑的狀態。在一些實施例中，高壓側熱交換器105可以作為冷凝器工作，并將氣態制冷劑的狀態改變為液態。在某些實施例中，高壓側熱交換器105中的制冷劑可以在每平方英寸面積承受1400磅重的表壓(psig)。

高壓膨脹閥110可以耦接到高壓側熱交換器105的輸出。制冷劑可以從高壓側熱交換器105流動到高壓膨脹閥110。高壓膨脹閥110可以降低流入高壓膨脹閥110的制冷劑的壓力。結果，制冷劑的溫度可以隨著壓力的降低而下降。結果，進入高壓膨脹閥110的暖或熱制冷劑在離開高壓膨脹閥110時可能是冷的。離開高壓膨脹閥110的制冷劑可被供給到熱交換器120和/或閃蒸罐125中。

調節閥115可以耦接到高壓膨脹閥110的輸出。制冷劑可以從高壓膨脹閥110流入調節閥115。在特定實施例中，調節閥115可以被控制以將制冷劑流引導到熱交換器120和/或閃蒸罐125。例如，如果系統100的空調系統應該運行以冷卻一個空間，則調節閥115可以引導制冷劑流到熱交換器120。作為另一實施例，如果空調系統不應當運行，則調節閥115可以引導制冷劑流到閃蒸罐125。取決于空調系統要去除的熱量，調節閥115可被構造為引導一部分制冷劑流到熱交換器120，而制冷劑的剩余部分流到閃蒸罐125。本發明構想了一種以任何適當的方式被控制的調節閥115。例如，調節閥115可以由電機和/或控制器(如自動調溫器)控制。在某些實施例中，調節閥115可以定位成盡可能靠近高壓膨脹閥110的出口。以這種方式，可以使制冷劑的流動分離最小化，并且可以調節均勻的流動。

雖然本發明將調節閥115示為三通調節閥，但是本發明構想調節閥115也可以是二通調節閥。在該結構中，當二通閥打開時，制冷劑可以流到熱交換器120。當二通閥關閉時，到熱交換器120的制冷劑管線可以被阻塞，并且制冷劑基本上可以溢流到閃蒸罐125。

熱交換器120可以被包括在系統100的空調系統中。熱交換器120可以被構造為接收制冷劑。當制冷劑穿過熱交換器120時，制冷劑可以從冷卻劑(例如水)中去除熱量，該冷卻劑也流過熱交換器120。結果，該冷卻劑可以被冷卻。然后，冷卻劑可以流到空調系統的其他部分以從空氣中去除熱量。隨著從空氣中除去熱量，空氣被冷卻。然后，冷卻的空氣可以通過例如風扇循環通過空間以冷卻該空間。在制冷劑從冷卻劑中去除熱量之后，制冷劑可變得更熱。較熱的制冷劑可離開熱交換器120并流入閃蒸罐125。

在特定實施例中，熱交換器120可組合有液體分離器和板式熱交換器。熱交換器120可以配置為co2溢流蒸發器結構。以這種方式，可以減少跨過熱交換器120的制冷劑管線中的壓降。此外，可以提高熱交換器120的效率。

閃蒸罐125可以從調節閥115和/或熱交換器120接收制冷劑。閃蒸罐125可被構造為保持處于部分液態和部分氣態的制冷劑。在某些實施例中，閃蒸罐125可保持制冷劑在大約535psig。閃蒸罐125中的制冷劑可以流到系統100的其他部分，例如制冷系統。

制冷系統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更低的溫度下運行。在一些制冷系統中，低溫部分可以是冷凍器系統，而中溫系統可以是常規冷藏系統。在雜貨店設置中，低溫部分可以包括用于保持冷凍食品的冷凍器，而中溫部分可以包括用于保持產品的冷藏架。制冷劑可以從閃蒸罐125流到制冷系統的低溫部分和中溫部分二者。例如，制冷劑可以流到低溫蒸發器130和中溫蒸發器135。當制冷劑到達低溫蒸發器130或中溫蒸發器135時，制冷劑從低溫蒸發器130或中溫蒸發器135周圍的空氣去除熱量。結果，空氣被冷卻。然后，冷卻的空氣可以例如通過風扇循環，以冷卻諸如例如冷凍器和/或冷藏架的空間。當制冷劑穿過低溫蒸發器130和中溫蒸發器135時，制冷劑可以從液態變為氣態。

在特定實施例中，膨脹閥可以定位在閃蒸罐125與低溫蒸發器130和中溫蒸發器135之間。例如，低溫膨脹閥可以位于低溫蒸發器130和閃蒸罐125之間的制冷劑管線中，而中溫膨脹閥可以位于閃蒸罐125和中溫蒸發器135之間的制冷劑管線中。這些膨脹閥可以減小離開閃蒸罐125的制冷劑的壓力，這可以降低制冷劑的溫度。然后，較冷的制冷劑可以由低溫蒸發器130和中溫蒸發器135使用以用于冷卻空氣。

制冷劑可從低溫蒸發器130和中溫蒸發器135流到壓縮機。系統100可以包括低溫壓縮機140和中溫壓縮機145。本發明構想了一種包括任何數量的低溫壓縮機140和中溫壓縮機145的系統100。低溫壓縮機140和中溫壓縮機145都可以被構造為增加制冷劑的壓力。結果，制冷劑中的熱量可能變得集中，并且制冷劑可能變成高壓氣體。低溫壓縮機140可以將制冷劑從200psig壓縮至420psig。中溫壓縮機145可以將制冷劑從420psig壓縮至1400psig。低溫壓縮機140的輸出可以耦接到中溫壓縮機145的輸入。中溫壓縮機145的輸出可以耦接到高壓側熱交換器105。

因為閃蒸罐125保持部分是氣態的制冷劑，所以氣態制冷劑可以被傳遞到壓縮機而不是制冷系統。并聯壓縮機150可以從閃蒸罐125接收氣態制冷劑并壓縮氣態制冷劑。例如，并聯壓縮機150可以將氣體從535psig壓縮至1400psig。并聯壓縮機150可將壓縮的氣態制冷劑傳遞到高壓側熱交換器105。本發明構想一種包括任何數量的并聯壓縮機150的系統100。

在特定實施例中，系統100可以減少高壓膨脹閥110和閃蒸罐125之間的制冷劑管線中的壓降。例如，通過引導制冷劑離開熱交換器120，制冷劑可以直接從高壓膨脹閥110流到閃蒸罐125，借此保持制冷劑管線中的壓力。此外，在某些實施例中，系統100可以減少熱交換器120中的油積聚。例如，通過將熱交換器120放置在高壓側熱交換器105和閃蒸罐125之間，可以減少熱交換器120中的油積聚。圖2和圖3將更詳細地描述系統100的運行。

圖2示出了圖1的系統100的示例空調支路。如圖2所示，空調支路可以包括調節閥115、熱交換器120和閃蒸罐125。制冷劑可以從調節閥115流到熱交換器120和/或閃蒸罐125。調節閥115可以被控制以將制冷劑流引導到熱交換器120和/或閃蒸罐125，這在特定實施例中可以減少跨過空調支路的制冷劑管線中的壓降并且其可減少在熱交換器120中的油積聚。為了清楚起見，系統100的某些元件沒有在圖2中示出。然而，它們的省略不應被解釋為它們從系統100中去除。

調節閥115可以耦接到電機200。電機200可以控制調節閥115的狀態。例如，電機200可以使調節閥115處于第一狀態，在第一狀態中制冷劑可以從調節閥115流到熱交換器120。作為另一個示例，電機200可以使調節閥115處于第二狀態，第二狀態中制冷劑從調節閥115流到閃蒸罐125。作為又一個示例，電機200可以使調節閥115處于第三狀態，第三狀態中制冷劑的一部分從調節閥115流動到熱交換器120，而制冷劑的剩余部分從調節閥115流動到閃蒸罐125。電機200可以是電動機、氣動機或用于改變調節閥115狀態的任何其它合適的電機。在特定實施例中，調節閥115和電機200可被包括在同一殼體中。

調節閥115的狀態也可以由控制器205控制。如圖2所示，控制器205可以耦接到電機200。在特定實施例中，控制器205可以控制電機200以調節調節閥115的狀態。在其他實施例中，控制器205可以直接耦接到調節閥115，并且可以直接控制調節閥115的狀態。在某些實施例中，控制器205可以被包括在與電機200和/或調節閥115相同的殼體中。控制器205可以包括被構造為執行本文所述的控制器205的任何運行的存儲器和處理器。

處理器可以執行存儲在存儲器上的軟件以執行本文所述的控制器205或電機200的任何功能。處理器可以通過處理從系統100的其他部件接收的信息來控制控制器205或電機200的運行和管理。處理器可以包括運行以控制和處理信息的任何硬件和/或軟件。處理器可以是可編程邏輯設備、微控制器、微處理器、任何合適的處理設備或前述的任何合適的組合。

存儲器可以永久地或臨時地存儲用于處理器的數據、可運行軟件或其他信息。存儲器可以包括適于存儲信息的易失性或非易失性本地或遠程設備中的任何一個或其組合。例如，存儲器可以包括隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、磁存儲設備、光學存儲設備或任何其他合適的信息存儲設備或這些設備的組合。軟件代表被包含在計算機可讀存儲介質中的任何合適的指令集、邏輯或代碼。例如，軟件可以體現在存儲器、磁盤、cd或閃存驅動器中。在特定實施例中，軟件可以包括可由處理器執行以實現本文描述的功能中的一個或多個的應用。

控制器205可以基于空調系統的測量特性來調節調節閥115的狀態。例如，控制器205可以是接收由空調系統冷卻的空間中的空氣的測量溫度的自動調溫器。基于該空氣溫度，控制器205可以調節調節閥115以將制冷劑引導至熱交換器120或遠離熱交換器120至閃蒸罐125。作為另一示例，控制器205可以接收熱交換器120中的冷卻劑的測量溫度。冷卻劑的溫度可以指示從由空調系統冷卻的空間中去除的熱量。如果冷卻劑太熱，則控制器205可以調節調節閥115以將更多的制冷劑引導到熱交換器120。作為又一示例，控制器205可以接收熱交換器120中的氣體的測量壓力。與所測量的溫度一樣，205可基于所測量的氣體壓力調節調節閥115以將制冷劑引導到熱交換器120或遠離熱交換器120。

如前所述，熱交換器120可以使用制冷劑以從冷卻劑中去除熱量。冷卻的冷卻劑然后可以用于冷卻可以在整個空間循環的空氣。閃蒸罐125可以以氣態和液態存儲制冷劑。在特定實施例中，因為制冷劑到熱交換器120的流動可以通過調節閥115控制，所以可以減少跨過熱交換器120的制冷劑管線中的壓降。在某些實施例中，因為制冷劑到熱交換器120的流動可以通過調節閥115控制，所以在熱交換器120中的油積聚可以減少。

在特定實施例中，通過調節調節閥115的狀態，可以降低從高壓側熱交換器105到閃蒸罐125的制冷劑管線中的壓降。例如，通過引導制冷劑遠離熱交換器120到閃蒸罐125，可以保持制冷劑管線中的壓力。此外，在某些實施例中，通過將熱交換器120放置在高壓側熱交換器105和閃蒸罐125之間，可以減少熱交換器120中的油積聚。

圖3是示出用于控制圖1的系統100的空調支路的示例方法300的流程圖。在特定實施例中，控制器205可以執行方法300。

控制器205可以通過在步驟305中接收溫度設置開始。例如，控制器205可以從自動調溫器接收溫度設置。用戶可以調節自動調溫器上的溫度設置。在步驟310中，控制器205可以接收測量溫度。測量溫度可以是由空調系統冷卻的空間的空氣的溫度。在某些實施例中，測量溫度可以是用于從由空調系統冷卻的空氣中去除熱量的冷卻劑的溫度。本發明還構想了一種控制器205，其接收空調系統中的冷卻劑的測量溫度或空調系統中的氣體的測量壓力。

在步驟315中，控制器205可以判定是否應該調節調節閥以將制冷劑引導到空調系統。在某些實施例中，控制器205可以基于溫度設置和測量溫度進行該判定。例如，如果測量的溫度高于溫度設置，則控制器205可以判定空調系統應該被打開。控制器205然后可以判定調節閥應該被調節以將制冷劑引導到空調系統。如果測量溫度小于溫度設置，則控制器205可以判定調節閥應當被調節以將制冷劑引導離開空調系統。如果控制器205判定調節閥應當被調節以將制冷劑引導離開空調系統，則控制器205可以在步驟320中進行該調節。結果，制冷劑將流到閃蒸罐。

如果控制器205判定調節閥應當被調節以將制冷劑引導到空調系統，則控制器205可以在步驟325中確定調節閥的位置。所確定的位置可以影響多少制冷劑被引導到空調系統。例如，如果測量溫度和溫度設置之間的差低，則控制器205可以確定調節閥的位置是僅引導制冷劑的一小部分流向空調系統。如果溫度設置和測量溫度之間的差很大，則控制器205可以判定制冷劑流的大部分或全部應被引導到空調系統。在步驟330中，控制器205可以將調節閥調節到所確定的位置。以這種方式，可以基于空調的需要來調節被引導到空調系統的制冷劑的量。例如，如果空調器關閉，則制冷劑可以被引導遠離空調器到達閃蒸罐。結果，可以降低從高壓側熱交換器到閃蒸罐的壓降。此外，可以減少空調器中的油積聚。

可以對圖3中描繪的方法300進行修改、添加或省略。方法300可以包括更多、更少或其他步驟。例如，步驟可以并行或以任何合適的順序執行。而作為執行步驟的控制器205進行討論，系統100的任何合適的部件，例如調節閥115和/或電機200，可以執行該方法的一個或多個步驟。

在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對本發明進行修改、添加或省略。例如，系統100的部件可以是集成的或分離的。作為另一示例，控制器205和電機200可以被集成。作為又一示例，調節閥115、電機200和/或控制器205可以被集成。

盡管本發明包括若干實施例，但是可以向本領域技術人員建議大量的改變、變化、替換、轉化和修改，并且本發明旨在涵蓋這樣的改變、變化、替換、轉化和修改落入所附權利要求的范圍內。