阶式制冷系统技术方案

本发明专利技术涉及借助于包含第一传热流体的至少第一蒸气压缩回路(10)和包含第二传热流体的至少第二蒸气压缩回路(20)来冷却流体或物体的方法，所述方法包括：-测量外部环境的温度；和-根据所述外部环境温度，设定所述第二传热流体发生蒸发的温度。本发明专利技术还涉及适于实施该方法的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阶式制冷系统
本专利技术涉及设计用于最优化操作的阶式（级联式，复叠，cascade)制冷系统以及 在该系统中实施的制冷方法。
技术介绍
制冷系统通常基于包括以下的热力学循环：在低压下蒸发流体（其中所述流体吸 收热量）；压缩所述蒸发的流体直至高压；在高压下使所述蒸发的流体凝结以得到液体（其 中所述流体放出热量）；以及降低所述流体的压力以完成所述循环。 传热流体（其可以是纯的化合物或化合物的混合物）的选择一方面由流体的热力 学性质控制且另一方面由另外的约束条件控制。因此，重要的标准是所考虑的流体对环境 的影响。具体地说，氯化化合物（氯氟烃和氢氯氟烃）表现出破坏臭氧层的缺点。因此，相 对于它们，今后通常优选非氯化化合物，例如氢氟烃、氟代醚和氟烯烃。 另一环境约束条件是全球增温潜势（GWP)。因此，开发表现出尽可能地低的GWP以 及良好的能量性能的传热组合物是必要的。 -些特定的制冷系统基于若干制冷回路的使用且特别是基于两个连接在一起的 回路（即高温回路和低温回路）的使用：这些系统称为阶式系统。所述两个回路通常包 含不同的传热流体。 阶式系统在安全性方面表现出许多优点。具体地说，由于成本或性能的原因，可在 高温回路中使用某一传热流体且在低温回路中使用较不易燃或较不有毒的另一传热流体。 因此，最可燃或最有毒的传热流体的总进料得以最小化，而且，该最可燃或最有毒的传热流 体被限制于未封闭区域和/或被限制于在发生泄漏的情况下不具有与公众或人员接触的 风险的区域。 举例来说，由于二氧化碳的不可燃性以及从环境的观点来看，二氧化碳是高度有 利的传热流体。但是，由于其低的临界点，其与常规传热流体（烃、氢氟烃及其类似物）相 比通常是较不有效的。最佳的解决方案可在于使用包括在低温回路中的二氧化碳和在高温 回路中的常规传热流体的阶式系统。 文献W0 2008/150289和W0 2011/056824提供了阶式制冷系统的实例。 论文Theoretical analysis of a C02-NH3 cascade refrigeration system for cooling applications at low temperatures(Dopazo等,Applied Thermal Engineering, 29,1577-1583 (2009))以及论文 Experimental investigation on the performances of NH3/C02 cascade refrigeration system with twin-screw compressor(Bingming 等， International Journal of Refrigeration, 32,1358-1365 (2009))描述了在低温回路中 使用二氧化碳和在高温回路中使用氨的阶式系统的性能。 但是，仍然存在改善阶式制冷系统的效率和性能的需要且特别是仍然存在使这些 系统的总能耗以及相关的环境影响最小化的需要。
技术实现思路
toon] 本专利技术首先涉及借助于至少一个包含第一传热流体的第一蒸气压缩回路和至少 一个包含第二传热流体的第二蒸气压缩回路来冷却流体或物体（形体，body)的方法，所述 方法包括： -在所述第一蒸气压缩回路中： 通过与所述流体或物体交换热量来使所述第一传热流体至少部分地蒸发； 压缩所述第一传热流体； 通过与所述第二传热流体交换热量来使所述第一传热流体至少部分地凝结； 降低所述第一传热流体的压力； -在所述第二蒸气压缩回路中： 通过与所述第一传热流体交换热量来使所述第二传热流体至少部分地蒸发； 压缩所述第二传热流体； 通过与外部介质交换热量来使所述第二传热流体至少部分地凝结； 降低所述第二传热流体的压力； 所述方法额外包括： -测量所述外部介质的温度；和 -随着所述外部介质温度的变化，调节在蒸发下所述第二传热流体的温度（调节 所述第二传热流体的蒸发温度）。 根据实施方案，在蒸发下所述第二传热流体的温度调节是连续进行的或者每小时 进行至少一次。 根据一个实施方案，所述方法包括检测所述外部介质温度的变化，而且，在蒸发下 所述第二传热流体的温度调节包括若检测到所述外部介质的温度升高则提高在蒸发下所 述第二传热流体的温度且若检测到所述外部介质的温度下降则降低在蒸发下所述第二传 热流体的温度。 根据一个实施方案，该方法包括计算作为所述外部介质温度的测量结果的函数的 最佳蒸发温度。 根据一个实施方案，将在蒸发下所述第二传热流体的温度调节至所述最佳蒸发温 度。 根据一个实施方案，所述最佳蒸发温度对应于所述第一蒸气压缩回路和所述第二 蒸气压缩回路的总性能系数处于最大值时的蒸发温度。 根据1^头施方案，所述最佳蒸发温度由式T最佳=ΑχΤ外$ +B定乂，其中，T外$是所 述外部介质的以摄氏度计的温度，Α是无量纲常数且Β是以摄氏度计的常数。 根据一个实施方案，所述常数A具有0. 3?0. 6、优选0. 4?0. 45的值，且所述常 数B具有-50°C?0°C、优选-30°C?-20°C的值。 根据一个实施方案，将所述流体或物体冷却至-50?-15°C、优选-40?_25°C的 温度。 根据一个实施方案： -所述第一传热流体选自二氧化碳、烃、氢氟烃、醚、氢氟醚、氟烯烃、以及这些的混 合物，且优选为二氧化碳；和/或 -所述第二传热流体选自氨、烃、氢氟烃、醚、氢氟醚、氟烯烃、以及这些的混合物， 优选为四氟丙烯且更特别优选为2, 3, 3, 3-四氟丙烯或1，3, 3, 3-四氟丙烯。 根据一个实施方案，通过一个或多个压缩机实施所述第二传热流体的压缩且通过 调整所述压缩机实施在蒸发下所述第二传热流体的温度调节。 根据一个实施方案，所述压缩机的调整包括调节所述压缩机的旋转速度，或者，所 述压缩机的调整通过相继地启动和关闭所述压缩机来实施。 根据一个实施方案，所述方法为用于冷却包含深度冷冻或冷冻的产品、优选食品 的室的方法。 此外，本专利技术涉及用于冷却流体或物体的装置，其至少包括： -包含第一传热流体的第一蒸气压缩回路； -包含第二传热流体的第二蒸气压缩回路； -阶式换热器，适用于在所述第一传热流体与所述第二传热流体之间交换热量； 所述第一蒸气压缩回路包括： -适用于在所述第一传热流体与所述流体或物体之间交换热量的第一蒸发器； -一个或多个第一压缩机； -第一膨胀器件； 所述第二蒸气压缩回路包括： -一个或多个第二压缩机； -适用于在所述第二传热流体与外部介质之间交换热量的第二凝结器； -第二膨胀器件； 所述装置还包括： -用于测量所述外部介质的温度的器件；和 -用于随着所述外部介质的温度测量结果的变化而调节所述阶式换热器中的蒸发 温度的工具。 根据一个实施方案，所述装置额外地包括用于计算作为所述外部介质的温度测量 结果的函数的最佳蒸发温度的模块。 根据一个实施方案，所述用于调节所述阶式换热器中的蒸发温度的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
借助于至少一个包含第一传热流体的第一蒸气压缩回路(10)和至少一个包含第二传热流体的第二蒸气压缩回路(20)来冷却流体或物体的方法，所述方法包括：‑在所述第一蒸气压缩回路(10)中：■通过与所述流体或物体交换热量来使所述第一传热流体至少部分地蒸发；■压缩所述第一传热流体；■通过与所述第二传热流体交换热量来使所述第一传热流体至少部分地凝结；■降低所述第一传热流体的压力；‑在所述第二蒸气压缩回路(20)中：■通过与所述第一传热流体交换热量来使所述第二传热流体至少部分地蒸发；■压缩所述第二传热流体；■通过与外部介质交换热量来使所述第二传热流体至少部分地凝结；■降低所述第二传热流体的压力；所述方法额外包括：‑测量所述外部介质的温度；和‑随着所述外部介质温度的变化，调节在蒸发下所述第二传热流体的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.26 FR 12.507461. 借助于至少一个包含第一传热流体的第一蒸气压缩回路（10)和至少一个包含第二 传热流体的第二蒸气压缩回路（20)来冷却流体或物体的方法，所述方法包括： -在所述第一蒸气压缩回路（10)中： 通过与所述流体或物体交换热量来使所述第一传热流体至少部分地蒸发； 压缩所述第一传热流体； 通过与所述第二传热流体交换热量来使所述第一传热流体至少部分地凝结； 降低所述第一传热流体的压力； -在所述第二蒸气压缩回路（20)中： 通过与所述第一传热流体交换热量来使所述第二传热流体至少部分地蒸发； 压缩所述第二传热流体； 通过与外部介质交换热量来使所述第二传热流体至少部分地凝结； 降低所述第二传热流体的压力； 所述方法额外包括： -测量所述外部介质的温度；和 -随着所述外部介质温度的变化，调节在蒸发下所述第二传热流体的温度。2. 权利要求1的方法，其中，在蒸发下所述第二传热流体的温度调节是连续进行的或 者每小时进行至少一次。3. 权利要求1或2的方法，包括检测所述外部介质温度的变化，而且，其中，在蒸发下所 述第二传热流体的温度调节包括若检测到所述外部介质的温度升高则提高在蒸发下所述 第二传热流体的温度且若检测到所述外部介质的温度下降则降低在蒸发下所述第二传热 流体的温度。4. 权利要求1-3之一的方法，包括计算作为所述外部介质温度的测量结果的函数的最 佳蒸发温度。5. 权利要求4的方法，其中，将在蒸发下所述第二传热流体的温度调节至所述最佳蒸 发温度。6. 权利要求4或5的方法，其中，所述最佳蒸发温度对应于所述第一蒸气压缩回路和所 述第二蒸气压缩回路的总性能系数处于最大值时的蒸发温度。7. 权利要求4-6之一的方法，其中所述最佳蒸发温度由式Τ^= ΑχΤ^ρ+Β定义，其中 是所述外部介质的以摄氏度计的温度，Α是无量纲常数且Β是以摄氏度计的常数。8. 权利要求7的方法，其中，所述常数A具有0.3?0.6、优选0.4?0.45的值，且所 述常数B具有-50°C?0°C、优选-30°C?-20°C的值。9. 权利要求1-8之一的方法，其中，将所述流体或物体冷却至-50?-15 °C、优 选-40?-25 °C的温度。10. 权利要求1-9之一的方法，其中： -所述第一传热流体选自二氧化碳、烃、氢氟烃、醚、氢氟醚、氟烯烃、以及这些的混合 物，且优选为二氧化碳；和/或 -所述第二传热流体选自氨、烃、氢氟烃、醚、氢氟醚、氟烯烃、以及这些的混合物，优选 为四氟丙烯且更特别优选为2, 3, 3, 3-四氟丙烯或1，3, 3, 3-四氟丙烯。11. 权利要求1-10之一的方法，其中，通过一个或多个压缩机（22a、22b、22c)实施所述 第二传热流体的压缩且通过调整所述压缩机（22a、22b、22c)实施在蒸发下所述第二传热 流体的温度调节。12. 权利要求11的方法，其中，所述压缩机（22a、22b、22c)的调整包括调节所述压缩机 (22a、22b、22c)的旋转速度，或者，所述压缩机（22a、...

【专利技术属性】
技术研发人员：W拉彻德，
申请(专利权)人：阿克马法国公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR