[发明专利]双温制冷回路

说明书

技术领域

本发明涉及组合式中温和低温的制冷回路，并且特别涉及相应的CO₂制冷回路及对应的方法。

背景技术

众所周知，这种双温制冷回路使制冷剂按照预定流向循环通过排热热交换器、中温制冷消耗装置(refrigeration consumer)、低温制冷消耗装置和使存在于排热热交换器中的制冷剂压力返回到高压的压缩机单元。通常，在回路中并联布置中温和低温制冷消耗装置，即分流从排热热交换器中流出的制冷剂，使其中部分制冷剂流过中温制冷消耗装置，而其余部分制冷剂则流过低温制冷消耗装置。压缩机单元通常是具有低压压缩机组和中压压缩机组的双级压缩机单元(其低压压缩机组与低温制冷消耗装置的出口相连)，该压缩机单元压缩流出的制冷剂，使其压力水平与中温制冷消耗装置的出口处的压力水平相当。从中温制冷消耗装置的出口流出的制冷剂以及从低压压缩机的出口流出的制冷剂均被导入中压压缩机的入口，该中压压缩机将制冷剂压缩到所需的与排热热交换器中一样的高压状态。虽然这种双温制冷回路满足了制冷需求，但是仍然需要提高制冷效率。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种双温制冷回路和一种对应的能够满足冷却需求且相对简单、廉价但又高效的方法。

根据本发明，一种使制冷剂按照预定流向循环的组合式中温和低温制冷回路解决了上述问题，所述组合式中温和低温制冷回路按照流向包括：

(a)排热热交换器；

(b)中温制冷消耗装置；

(c)中压蒸汽分离器，其具有蒸汽部分和液体部分，所述中压蒸汽分离器连接到所述中温制冷消耗装置；

(d)低温制冷消耗装置；以及

(e)压缩机单元，其具有入口，所述入口连接到所述中压蒸汽分离器的蒸汽部分和所述低温制冷消耗装置，

还包括中压膨胀器件和中间压力蒸汽分离器，其中，所述中压膨胀器件与所述中压蒸汽分离器的液体部分相连，所述中间压力蒸汽分离器的液体部分与所述低温制冷消耗装置相连，并且所述中间压力蒸汽分离器(72)的蒸汽部分与所述压缩机单元相连。

与现有技术的双温制冷回路相比，中温和低温制冷消耗装置为串联布置，从而制冷剂将首先在中温制冷消耗装置中使用，然后，所述制冷剂的剩余液体部分将在低温制冷消耗装置中使用。可以设置和/或操作中温制冷消耗装置，以便使流出的制冷剂为两相制冷剂(一部分制冷剂为液态，其余则为气体)。这种两相制冷剂在中压蒸汽分离器中被分离，其中的气体部分经压缩后回流到排热热交换器，而其中的液态部分则用于低温制冷消耗装置。而且，在制冷剂最终导入低温制冷消耗装置之前，中压膨胀器件和关联的中间压力蒸汽分离器可以进一步降低制冷剂的温度和压力，并且低温制冷消耗装置的体积可以进一步减小。应注意的是，随着相应的制冷消耗装置体积的减小，由于气-液分离而导致的温度和压力的降低也允许通向相应的制冷消耗装置的导管在其体积上实质减小。

与中温和低温制冷消耗装置的普通并联布置相比，串联布置将实质上温度更低但压力减小的液体制冷剂引导流向低温制冷消耗装置。从低温制冷消耗装置流出的制冷剂经压缩机单元压缩后，或直接达到排热热交换器中所需的压力水平，或在第一步达到中间压力水平(比如气体中压制冷剂的压力水平)，然后在第二步达到排热热交换器中存在的压力水平。因此，压缩机单元可以包括多个单独的压缩机，其也可以包括一个或两个压缩机组(比如一个低压压缩机组和一个中压压缩机组)。低压压缩机组或中压压缩机组也可以包括一个或多个单独的压缩机。

应注意的是，由于串联连接的低温制冷消耗装置与并联布置的低温制冷消耗装置相比，其温度和压力更低，因此可以实质上减小所述低温制冷消耗装置的体积，即比如压力的降低使其所需的壁厚大大减小等。

所述制冷回路还可以包括具有蒸汽部分和液体部分的高压蒸汽分离器，所述高压蒸汽分离器位于所述排热热交换器和所述中温制冷消耗装置之间，并且其蒸汽部分与所述压缩机单元的入口相连，而其液体部分与所述中温制冷消耗装置相连。

所述高压蒸汽分离器也可以在中温制冷消耗装置之前降低温度和压力。这样提高了中温制冷消耗装置的效率并且允许减小其体积。

制冷回路还可以包括位于排热热交换器和高温蒸气分离器之间的中间膨胀器件。即使流出排热热交换器的制冷剂只是纯气体，也能够通过中间膨胀器件生成双态制冷剂。膨胀器件可以是可控膨胀器件，以便控制高压蒸汽分离器中的状态，比如温度，压力，液体制冷剂与气体制冷剂的比例等。