[发明专利]制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽机械压缩的制冷系统，其中压缩机通过具有至少两个抽吸压力级的回路吸取制冷剂流体。本制冷系统能够应用于任何类型的制冷剂流体，例如成分中含碳的那些制冷剂流体。

背景技术

蒸汽机械压缩的制冷系统是基于挥发性流体在受到的压力减小时蒸发来获得制冷的原理，并且被用在大多数现代应用中，这是因为其概念(Gosney；W.B.，1982，Principles of Refrigeration，CambridgeUniversity Press)，甚至还存在有几个其它的制冷原理，例如：热电、斯特林、电热等。

制冷系统最初发展的目的在于获得安全的(无毒的并不易燃的)制冷剂流体，并且在于使其可靠性和操作特性适应于普遍使用，如最初在大约1930年获得的家用密封制冷系统的情况(Nagengast；B.A.，1996，History of sealed refrigeration systems，ASHRAE Journal 38(1)：S37，S38，S42-S46，S48，1月)。

考虑到安全制冷剂流体的采用和这些系统的能量效率的改进，应当指出的是，采用二氧化碳(CO₂)作为制冷剂流体。

在常规的制冷系统中，在压缩机操作期间，制冷剂流体包括在蒸发器进口中的质量小但是体积大的蒸汽部分和体积小但质量大的液体部分。在膨胀过程中出现在蒸发器进口中的这种蒸汽在穿过所述蒸发器的情况下不会进行热交换，从而降低了热传递效率并且制冷系统由此产生一定的无效，这是因为压缩机消耗能量以沿着整个蒸发器移动该制冷剂流体并且之后压缩该制冷剂流体，而没有所述呈蒸汽形式的制冷剂流体执行热交换。因此，压缩机消耗能量以将该蒸汽从低压压缩至排放压力。

在蒸发器进口中的呈蒸汽形式的制冷剂流体致动为待连续吸取和泵送的蒸汽馏分，不产生制冷容量，但是压缩机消耗能量。在一些已知的现有技术方案中，通过制冷系统在制冷回路中使用蒸汽分离器来实现这种蒸汽的抽取，以使得这种能量损失最小化，从而为回路分级提供更加高效的制冷剂流体膨胀过程。

多压缩级的使用最初称为温德豪森制冷系统(Windhausen；F.，1901，″Improvements in carbonic anhydride refrigerating machine″′British Patent GB9084 of 1901)，其显著地提高了制冷循环的能量效率，主要应用于热环境和冷环境之间温差大(高于60摄氏度)的应用，尤其用于某些制冷剂流体，如二氧化碳和氨(Kim；M.H.，Pettersen；J.，Bullard；C.W.，2004，Fundamental process and system design issuesin CO₂vapor compression systems.，Progress in Energy andCombustion Science，30(2004)pp.119-174)。

多压缩级的循环以及氨作为制冷剂流体已经广泛地用于工业制冷设备中(Stoecker；W.F.，2001，Handbook of Industrial Refrigeration，Business News Publishing Co.)，如附图的图1示意性地示出，其要求在制冷回路中具有两个压缩机10、10’。

在这样的制冷系统中，第一压缩机10具有呈蒸汽形式的制冷剂流体的进口11和出口12，其出口12通过第一蒸汽管道20连接至冷凝器30(气体冷却器)。

冷凝器30具有与压缩机10的出口12连接的蒸汽进口31和借助冷凝管道60、通过膨胀装置120特别是为阀形式的高膨胀装置121连接到分离构件50(膨胀或闪蒸蒸汽分离器)的第一进口51上的液体出口32。

分离构件50还具有：第二蒸汽进口52，其通过安装有第二压缩机10’的管道70连接至与待冷却介质M操作地相关联的蒸发器90；蒸汽出口53，其通过第二蒸汽管道40连接至压缩机10的进口11；以及液体出口54，其通过液体管道80连接至膨胀装置120的进口，其中该膨胀装置120尤其是为与蒸发器90连接的阀形式的低膨胀装置122。

蒸发器90具有通过液体管道80与高膨胀装置121连接的蒸汽-液体混合物进口91和通过第二压缩机10’、借助于管道70与分离构件50的第二进口52连接的蒸汽-液体混合物出口92。