用于执行蒸汽制冷过程的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于执行蒸汽制冷过程的设备和方法。设备包括：马达运行的主压缩机(C1)，其被设定成用于抽吸用作制冷剂的流体的蒸发器压力水平上的质量流，并且将该质量流压缩至高压水平；以及高压热传递器(H)，其被设定成用于冷却流体的高压水平上的质量流，提高流体密度并且降低流体温度。此外，还设置有膨胀器(E)，其被设定成用于将流体的来自高压热传递器(H)的质量流以做功方式减压至蒸发器压力水平；以及蒸发器(V)，其被设定成用于吸收热量，从而使得流体密度在穿过蒸发器时减小，并且使得蒸发器压力水平上的来自膨胀器(E)的质量流和引导穿过蒸发器(V)的流体的温度提升。最后，存在后置于高压热传递器(H)的并且前置于膨胀器(E)的过冷器(U)，其中，在过冷器(U)之后并且在膨胀器(E)之前，流体的来自质量流的一部分可以分叉并且可以借助高压调节阀(TH)减压至中间压力水平，从而流体随后以中间压力水平在反向流中在过冷器(U)中吸收热量并且在此使在高压水平上的质量流附加地过冷；以及高压压缩机(C2)，其与膨胀器(E)在机械上直接连接并且被设定成用于仅将流体的在膨胀器(E)之前分叉到过冷器(U)中的并且在反向流中引导的部分加压至高压水平，并且在高压热传递器(H)之前与来自马达运行的主压缩机(C1)的质量流混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于执行蒸汽制冷过程的设备和方法
本专利技术涉及用于执行蒸汽制冷过程的设备和方法。
技术介绍
利用二氧化碳作为制冷剂的蒸汽制冷过程是公知的并且基于二氧化碳在温室效应方面的有利的特性越来越多地使用。这种CO2蒸汽制冷过程的通过使用做功(arbeitsleistend)膨胀提高的功率系数例如由文献EP1812759B1公知。然而在该公知的解决方案中不利的是，使用复杂的频率控制来影响高压。此外，所谓的液压增压器由Quack,H.和Kraus,W.E.所著的：用于铁路制冷和空气调节的作为制冷剂的二氧化碳(CarbonDioxideasaRefrigerantforRailwayRefrigerationandAirConditioning)，IIR会议天然工作流体在制冷和空气调节中的新应用论文集(ProceedingsoftheIIR-ConferenceNewApplicationofNaturalWorkingFluidsinRefrigerationandAirConditioning)，汉诺威，德国，1994，第489-494页，所公知。
技术实现思路
本专利技术的任务因此是提出用于执行蒸汽制冷过程的设备和方法，利用其可以实现简单地控制和调节蒸汽制冷过程。该任务根据本专利技术通过根据权利要求1的设备和根据权利要求9的方法解决。有利的设计方案和改进方案在从属权利要求中描述。用于执行蒸汽制冷过程的设备具有马达运行的主压缩机，其被设定成用于抽吸用作制冷剂的流体的蒸发器压力水平上的质量流，并且将该质量流压缩至高压水平。此外，设置有高压热传递器，以便对流体的高压水平上的质量流进行冷却，提高其密度并且通过冷却降低流体温度。流体的来自高压热传递器的质量流在膨胀器中以做功方式减压至蒸发器压力水平，并且输送至蒸发器。蒸发器被设定成用于吸收热量，从而流体密度在穿过蒸发器时减小，并且来自膨胀器的蒸发器压力水平上并且穿过蒸发器的质量流的温度提升。最后，设置有后置于高压热传递器的并且前置于膨胀器的过冷器。在过冷器之后和在膨胀器之前，流体的高压水平的质量流的一部分可以分叉并且可以借助高压调节阀减压至中间压力水平，从而使得流体随后在中间压力水平上在反向流中在过冷器中吸收热量并且在此使得高压水平上的质量流在过冷器中过冷。与膨胀器在机械上直接连接的高压压缩机被设定成用于仅将在过冷器之间且在膨胀器之前分叉的且在与流体的高压水平上的穿过过冷器的质量流反向的反向流中引导的中间压力水平的质量流加压至高压水平，并且在高压热传递器前与流体的来自马达运行的主压缩机的质量流混合。通过描述的设备可以高效地调节通常在高压热传递器、高压压缩机和部分在过冷器上存在的高压。由于附加地由膨胀器直接驱动的高压压缩机仅对流体的单独的质量流，即中间压力质量流加压，所以来自高压热传递器的引导穿过膨胀器的质量流可以附加地被过冷。膨胀的有效能因此最后用于在高压时的附加的过冷，或者膨胀器的功率用于对高压压缩机中的中间压力质量流加压。在膨胀器之后(并且进而在蒸发器之前)可以布置有收集器。该收集器被设定成用于分离流体的液相和流体的汽相。流体的液相可存储在收集器中以及可以通过布置在收集器与蒸发器之间的喷射阀减压至蒸发器压力。流体的汽相可以通过压力保持阀减压。经减压的液相可以在质量流中输送至蒸发器，而经减压的汽相可以在蒸发器后混合到流体的来自蒸发器的质量流中。可以设置的是，膨胀器和高压压缩机布置在共同的壳体中并且形成也被称为“膨胀器压缩机单元”的单元。通过布置在唯一的壳体中能够实现节约空间的结构类型，其中，膨胀器和高压压缩机可以在机械上直接地尤其是气密地相互连接。膨胀器和高压压缩机之间的工作体积比优选应该在0.5至0.75之间，以便确保蒸汽制冷过程的最佳的走向。特别优选地，工作体积比是0.6。原则上，针对高的再冷却温度的更低的值可以在高压热传递器的出口上有意义地应用。替选地或附加地，膨胀器的工作腔可以通过主滑块和辅助滑块控制。主滑块和辅助滑块在此在膨胀器的通常内置的、即相互面对的工作腔之间居中布置。主滑块和/或辅助滑块优选实施为扁平滑块，以便在仅较小的空间需求的情况下确保简单的和特别紧密的工作原理。也可以设置的是，工作活塞可以通过两个销使辅助滑块运动。通常，与工作活塞保持间隔的活塞杆以能松开的方式与工作活塞连接，即不固定地与其连接。这在制造技术上是简单的且因此是实用的，这是因为内置的活塞杆仅承受压力，并且因此不必固定地与一个或多个活塞连接。由此可以接受壳体部分的小的不同心度，并且制造变得容易。由主滑块、滑杆和滑阀活塞构成的主滑块单元也可以以相同的方式构建。同样也可以以相同方式构建由辅助滑块和销构成的辅助滑块单元。可以设置的是，膨胀器多级地实施，这尤其是也应该理解为多个依次相连的膨胀器，其在多个阶段中执行膨胀，其中，提供根据DE10242271B3的没有频率控制的较旧的结构类型。在所描述的设备中可以出现四个压力水平，其通常占据随后将描述的值范围：在50bar至100bar之间的高压水平、在40bar至65bar之间的中间压力水平、在30bar至35bar之间的收集器压力水平以及在25bar和30bar之间的蒸发器压力水平。用于执行蒸汽制冷过程的方法具有如下方法步骤，在该方法步骤中，用作制冷剂的流体的蒸发器压力水平上的质量流被马达运行的主压缩机压缩至高压水平。流体的高压水平上的该质量流在高压热传递器中冷却，其中，密度提高并且流体的温度降低。来自高压热传递器的流体在膨胀器中以做功方式减压至蒸发器压力水平，其中，膨胀器与高压压缩机在机械上直接连接。来自膨胀器的流体被引导到蒸发器中并且在那里吸收热量，从而流体密度减小并且流体的来自膨胀器的蒸发器压力水平上的质量流的温度增大。在高压热传递器之后并且在膨胀器之前，流体引导穿过过冷器，其中，在过冷器之间且在膨胀器之前，流体的来自高压水平上的质量流的一部分进行分叉，并且借助高压调节阀减压至中间压力水平。随后，流体沿相对引导穿过过冷器的高压水平上的质量流反向的反向流以中间压力水平引导穿过过冷器，其中，该流体吸收热量并且高压水平上的质量流被过冷。在穿过过冷器后，流体以分叉的中间压力质量流到达高压压缩机，其仅将沿反向流引导的中间压力水平的流体加压至高压水平，并且在高压热传递器之前与来自马达运行的主压缩机的质量流混合。可以设置的是，在膨胀器之后将流体引导到收集器中，在收集器中，流体的液相与流体的汽相分离。液相通过喷射阀减压至蒸发器压力。流体的汽相通过压力保持阀减压，并且在蒸发器之后混合到流体的来自蒸发器的质量流中。作为在上下文中也被称为制冷剂的流体可以使用二氧化碳CO2，这是因为二氧化碳是非爆炸性的并且是不可燃烧的，然而是热稳定的。作为制冷载体，小的比容和高的热传递系数以及在流动穿过热传递器时的低的压力损失视为其优点。所描述的方法可以利用所描述的设备执行，或者说所描述的设备被设定成用于执行所描述的方法。附图说明本专利技术的实施例在附图中示出并且随后借助图1至12阐述。其中：图1示出蒸汽制冷过程的过程操控的示意图；图2示出没有收集器的过程操控的相应于图1的示意图；图3示出膨胀器压缩机单元的横截面图；图4示出活塞杆和工作活塞的侧视图；图5示出穿过膨胀器压缩机单元的端部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于执行蒸汽制冷过程的设备，所述设备包括：马达运行的主压缩机(C1)，所述主压缩机被设定成用于抽吸用作制冷剂的流体的蒸发器压力水平上的质量流，并且将所述质量流压缩至高压水平，高压热传递器(H)，所述高压热传递器被设定成用于冷却流体的高压水平上的质量流，降低流体的温度并且提高密度，膨胀器(E)，所述膨胀器被设定成用于将流体的来自所述高压热传递器(H)的质量流以做功方式减压至蒸发器压力水平，蒸发器(V)，所述蒸发器被设定成用于吸收热量，从而使得流体的密度在穿过所述蒸发器(V)时减小，并且使得蒸发器压力水平上的来自所述膨胀器(E)的质量流和引导穿过所述蒸发器(V)的流体的温度提升，后置于所述高压热传递器(H)并且前置于所述膨胀器(E)的过冷器(U)，其中，在所述过冷器(U)之后并且在所述膨胀器(E)之前，流体的高压水平上的质量流的一部分能分叉并且能借助高压调节阀(TH)减压至中间压力水平，从而使得流体随后在中间压力水平上在反向流中在所述过冷器(U)中吸收热量，并且在此使得所述高压水平上的质量流过冷，高压压缩机(C2)，所述高压压缩机与所述膨胀器(E)在机械上直接连接并且被设定成用于仅将在所述膨胀器(E)之前分叉的并且在与流体的穿过所述过冷器(U)的高压水平上的质量流反向的反向流中引导的中间压力水平上的质量流加压并且在所述高压热传递器(H)之前与来自马达运行的主压缩机(C1)的质量流混合。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.31 DE 102015214705.31.用于执行蒸汽制冷过程的设备，所述设备包括：马达运行的主压缩机(C1)，所述主压缩机被设定成用于抽吸用作制冷剂的流体的蒸发器压力水平上的质量流，并且将所述质量流压缩至高压水平，高压热传递器(H)，所述高压热传递器被设定成用于冷却流体的高压水平上的质量流，降低流体的温度并且提高密度，膨胀器(E)，所述膨胀器被设定成用于将流体的来自所述高压热传递器(H)的质量流以做功方式减压至蒸发器压力水平，蒸发器(V)，所述蒸发器被设定成用于吸收热量，从而使得流体的密度在穿过所述蒸发器(V)时减小，并且使得蒸发器压力水平上的来自所述膨胀器(E)的质量流和引导穿过所述蒸发器(V)的流体的温度提升，后置于所述高压热传递器(H)并且前置于所述膨胀器(E)的过冷器(U)，其中，在所述过冷器(U)之后并且在所述膨胀器(E)之前，流体的高压水平上的质量流的一部分能分叉并且能借助高压调节阀(TH)减压至中间压力水平，从而使得流体随后在中间压力水平上在反向流中在所述过冷器(U)中吸收热量，并且在此使得所述高压水平上的质量流过冷，高压压缩机(C2)，所述高压压缩机与所述膨胀器(E)在机械上直接连接并且被设定成用于仅将在所述膨胀器(E)之前分叉的并且在与流体的穿过所述过冷器(U)的高压水平上的质量流反向的反向流中引导的中间压力水平上的质量流加压并且在所述高压热传递器(H)之前与来自马达运行的主压缩机(C1)的质量流混合。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，收集器(S)布置在所述膨胀器(E)之后并且被设定成用于分离流体的液相和流体的汽相，其中，流体的液相能被存储、能通过喷射阀(TV)减压至蒸发器压力，并且流体的汽相能通过压力保持阀(TS)减压，其中，经减压的液相能输送至所述蒸发器(V)并且经减压的汽相能在所述蒸发器(V)之后混合到流体的来自所述蒸发器的质量流中。3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述膨胀器(E)和所述高压压缩机(C2)布置在共同的壳体(10)中。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述膨胀器(E)与所述高压压缩机(C2)之间的工作容积比维持在0.5至0.75之间。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格·尼克尔，
申请(专利权)人：比泽尔制冷设备有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE