[发明专利]带闪蒸罐接收器的制冷剂蒸汽压缩系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及制冷剂蒸汽压缩系统，且更具体地，涉及以亚临界循环或跨临界循环工作的制冷剂蒸汽压缩系统中同时发生的效率改善和制冷剂充装量的调节。 

背景技术

制冷剂蒸汽压缩系统在本领域是众所周知的，并常用于调节要供应给住宅，办公楼，医院，学校，餐馆或其他设施内气候受控的舒适区域的空气。制冷剂蒸汽压缩系统也常应用于运输制冷系统，以冷却供应给卡车，拖车，货柜车或类似的用来运输易腐物品的温度受控的货舱的空气。传统上，大部分这些冷却剂蒸汽压缩系统运行在亚临界制冷压力下，并典型地包括压缩机、冷凝器和蒸发器以及通常为膨胀阀的膨胀装置(相对于制冷剂流，其位于蒸发器的上游和冷凝器的下游)。这些基本的制冷剂系统部件通过封闭的制冷剂回路内的制冷剂管路的相互连结，根据已知的制冷剂蒸汽压缩循环布置，并工作在对于所用的特定制冷剂的亚临界压力范围内。工作在亚临界范围内的制冷剂蒸汽压缩系统通常充装碳氟化合物制冷剂，例如但不限于氢氟氯碳氢化合物(HCFCS)，如R22，以及更常用的氢氟碳化合物(HCFs)，如R134a，R410A和R407C。 

在当今的市场中，正对用于在空气调节和运输制冷系统中替代HFC制冷剂的“自然”制冷剂，比如二氧化碳表现出更大的兴趣。然而，由于二氧化碳具有低临界温度，充装二氧化碳作为制冷剂的大多数制冷剂蒸汽压缩系统被设计用于跨临界压力条件下的运行。在运行于亚临界循环中的制冷剂蒸汽压缩系统中，冷凝器和蒸发器热交换 器都以低于制冷剂临界点的冷却剂温度和压力运行。然而，在运行于跨临界循环中的制冷剂蒸汽压缩系统中，排热热交换器(与其说是冷凝器不如说是气体冷却器)运行于超过制冷剂的临界点的制冷剂温度和压力，而蒸发器运行于亚临界范围之内的制冷剂温度和压力。 

在亚临界制冷剂蒸汽压缩系统中制冷剂充装量的控制相对简单。常规的亚临界制冷剂蒸汽压缩系统还可包括布置于冷凝器下游和膨胀装置上游的制冷剂回路中的接收器。来自冷凝器的液体制冷剂进入该接收器罐并沉积到到罐的底部。当此液体处于饱和温度时，制冷剂蒸汽将充满罐中未被液体制冷剂填充的空间。通过控制制冷剂流向蒸发器的膨胀阀，液体制冷剂被量出(meter out)接收器罐。随着亚临界制冷剂蒸汽压缩系统的运行环境变化，系统的充装量要求也会变化，并且接收器罐中的液位会适当地升高或降低，以形成新的平衡的液位。 

如果在运行中的任何时候在系统中循环的制冷剂充装量过多，液体制冷剂进入接收器罐的速度将超过离开接收器罐的制冷剂的速度，接收器罐内的液位将升高，直到进入接收器罐的液体的速度和离开接收器罐的液体的速度达成平衡，且过量的液体则依然存储在该接收器罐中。如果在运行中的任何时候在系统中循环的制冷剂充装量过少，液体制冷剂进入接收器罐的速度将低于离开接收器罐的液体的速度，而随着液体从接收器罐回到制冷剂回路以在其中循环，接收器罐内的液位将下降。接收器罐内的液位将继续下降直到进入接收器罐的液体的速度和离开接收器罐的液体的速度形成新的平衡。 

然而，在跨临界制冷蒸汽压缩系统中，控制系统制冷剂充装量更为复杂，因为离开气体冷却器的压缩机高侧制冷剂高于制冷剂的临界点，并且没有明显的液相或气相，因此接收器内的存在的充装量变成了温度和压力的函数，其也许不以希望的方式对系统的充装量要求做出响应。一种常被提出与跨临界制冷剂蒸汽压缩系统的充装量调节关联使用的系统包括相对于制冷剂液流来说置于气体冷却器下 游和膨胀装置上游的闪蒸罐。流量调节节流阀在制冷剂管路中置于闪蒸罐的入口处。经过流量调节节流阀的超临界压力的制冷剂蒸汽的压力降至亚临界压力，该亚临界压力形成聚集在闪蒸罐内的亚临界压力液态/气态制冷剂混合物，且液体制冷剂沉淀于罐的下部，而气态制冷剂则汇聚在液体制冷剂上方的闪蒸罐部分中。闪蒸罐内配备浮阀，并通过机械连接机构可操作地连接，以控制流量调节节流阀的运行从而维持闪蒸罐内的预定液位。如果闪蒸罐内的液位升高，浮阀随之升高并使得节流阀进一步闭合以限制进入闪蒸罐的制冷剂的流量。反之，如果闪蒸罐内的液位下降，浮阀也随之下降并使得节流阀开启更大以增加进入闪蒸罐内的制冷剂的流量。闪蒸罐的液位由此维持在预定的液位，该液位被选定以确保只有从闪蒸罐下部返回制冷剂回路的液体制冷剂经过蒸发器上游的膨胀装置，并且只有从闪蒸罐上部返回制冷剂回路的液体制冷剂经过更经济的路线回到压缩机而再压缩。