无压缩机冷却系统技术方案

一种无压缩机冷却系统，其中设备包括分离罐、热交换器、无压缩机热分离器和流体冷却器。该分离罐将第一制冷剂分离成蒸气组分和液体组分。该热交换器暴露于负载。该热交换器使用第一制冷剂的液体组分从靠近负载的空间中移除热量。该空间包括制冷单元和步入式冷却器或冷柜中的至少一者。该无压缩机热分离器从第一制冷剂的蒸气组分中提取热量，并使用电力将该热量转移到第二制冷剂。该流体冷却器从第二制冷剂中移除热量。

Compressorless cooling system

The utility model relates to a compressor-free cooling system, in which the equipment comprises a separating tank, a heat exchanger, a compressor-free heat separator and a fluid cooler. The separator separates the first refrigerant into vapor and liquid components. The heat exchanger is exposed to load. The heat exchanger uses the liquid component of the first refrigerant to remove heat from the space close to the load. The space includes at least one of the refrigeration unit and a step-in cooler or refrigerator. The non-compressor thermal separator extracts heat from the vapor component of the first refrigerant and transfers the heat to the second refrigerant by power. The fluid cooler removes heat from the second refrigerant.

【技术实现步骤摘要】
无压缩机冷却系统
本公开一般涉及冷却系统。
技术介绍
冷却系统可以循环制冷剂以冷却空间。现有冷却系统可以使用一个或多个压缩机来压缩制冷剂，然后将蒸发该制冷剂以冷却空间。使用压缩机压缩蒸气制冷剂的冷却系统效率低下而且维护成本高昂。存在其他制冷循环，例如斯特林循环制冷，但尚未成功应用于通常由常规蒸气制冷剂压缩冷却系统支持的非低温、高容量商业制冷应用。
技术实现思路
根据一个实施例，一种设备包括分离罐、热交换器、无压缩机热分离器和流体冷却器。分离罐将第一制冷剂分离成蒸气组分和液体组分。热交换器暴露于负载。热交换器使用第一制冷剂的液体组分从靠近负载的空间中移除热量。该空间包括至少一个包含热交换器和步入式冷却器或冷柜的制冷单元。无压缩机热分离器从第一制冷剂的蒸气组分中提取热量，并使用电力将热量转移到第二制冷剂。流体冷却器从第二制冷剂中移除热量。根据另一实施例，一种方法包括在分离罐处将第一制冷剂分离成蒸气组分和液体组分。该方法还包括使用来自分离罐的第一制冷剂的液体组分从靠近负载的空间中移除热量。该空间包括处于步入式冷却器或冷柜内的热交换器。该方法还包括从第一制冷剂的蒸气组分中提取热量，并使用电力将热量转移到无压缩机热分离器处的第二制冷剂。该方法还包括在流体冷却器处从第二制冷剂中移除热量。根据又一个实施例，一种设备包括负载回路、蒸气回路和流体回路。负载回路包括分离罐、热交换器和第一泵。分离罐将第一制冷剂分离成蒸气组分和液体组分。热交换器暴露于负载。热交换器使用第一制冷剂的液体组分从靠近负载的空间中移除热量。该空间包括至少一个包含热交换器和步入式冷却器或冷柜的制冷单元。第一泵控制第一制冷剂的液体组分从分离罐到热交换器的流速。蒸气回路包括分离罐和无压缩机热分离器。无压缩机热分离器从接收自分离罐的第一制冷剂的蒸气组分中提取热量，并使用电力将该热量转移到第二制冷剂。流体回路包括无压缩机热分离器、流体冷却器和第二泵。流体冷却器从接收自无压缩机热分离器的第二制冷剂中移除热量。第二泵控制第二制冷剂在流体冷却器和无压缩机热分离器之间的流速。某些实施例可以提供一个或多个技术优点。例如，无压缩机冷却系统和方法的某些实施例可以比用于高容量冷却或制冷的传统蒸气压缩制冷系统和方法更有效。例如，无压缩机冷却系统避免了蒸气压缩循环的固有低效率，并且可以利用更有效的制冷循环来提供冷却。作为另一个示例，某些实施例可以使用天然制冷剂，例如二氧化碳制冷剂，从而消除了对可以针对蒸气压缩循环进行优化的氢氟烃(HFC)制冷剂的需要。与传统冷却系统相比，使用天然制冷剂可降低冷却系统对环境的影响。作为再一个示例，与传统系统相比，无压缩机冷却系统和方法的某些实施例可能需要较少的维护成本。特别地，压缩机的移除减少了传统蒸气压缩冷却系统中的主要维护/故障点。此外，无压缩机冷却系统和方法的某些实施例可以减少在操作期间产生的噪音。某些实施例可能不包括上述技术优点，也可以包括上述技术优点中的一部分或全部。根据本申请包括的附图、描述和权利要求，本领域技术人员可以容易地明白一个或多个其他技术优点。附图说明为了更完整地理解本公开，现在参考以下结合附图的描述，在附图中：图1示出了示例性蒸气压缩循环冷却系统；图2示出了示例性无压缩机冷却系统；图3是说明操作图2的示例性无压缩机冷却系统的方法的流程图；和图4示出了与无压缩机冷却系统一起使用的示例控制器。具体实施方式通过参考附图的图1至图3可以最好地理解本公开的实施例及其优点，相同的附图标记用于各个附图的相同和相应的部分。冷却系统(例如制冷系统)使用制冷剂从空间中移除热量。这些系统可以使制冷剂循环通过位于建筑物内的多个负载。例如，在杂货店中，负载可以是用于存储冷冻食品的冷柜或用于存储新鲜农产品的冷藏架。制冷剂可以循环通过这些冷柜和架子，用于从这些空间中移除热量。现有传统大容量制冷系统(例如商业空间中使用的那些系统)使用蒸气压缩制冷。通常，利用蒸气压缩制冷的系统使制冷剂循环通过压缩制冷剂的压缩机，然后通过从制冷剂中移除热量的第一热交换器，再到使用制冷剂从靠近负载的空间中移除热量的第二热交换器。通常，制冷剂在暴露于负载的第二热交换器处膨胀，使得其从液态转变为气态。该相变允许第二热交换器内的制冷剂从在靠近负载的空间中循环的空气中接收热量。例如，在商用制冷系统中，负载位于步入式冷柜或冷却器或封闭空间内，在该空间中物品被保持在低于环境温度的温度下。图1以一般方式示出了典型的蒸气压缩制冷循环。冷却系统100包括压缩机105、第一热交换器110和暴露于负载115下的第二热交换器116。制冷剂在压缩机105、第一热交换器110和第二热交换器116之间流动。制冷剂首先在压缩机105处被压缩。制冷剂从压缩机105流动到第一热交换器110。第一热交换器110将热量从制冷剂传递到环境空气或另一种热传递介质，例如流体或第二制冷剂。在第一热交换器110中，制冷剂可以变相或以其他方式改变其温度或热量，以便适合于从负载115中移除热量。例如，第一热交换器110可以是冷凝器，在其中将第一制冷剂从气态转变为液态。在第一热交换器110之后，制冷剂可以流动到暴露于热负载115下的第二热交换器116。在负载115处，第二热交换器116内的制冷剂可以用于从靠近负载115的空间中移除热量。负载115可以是来自商用冰箱、冷却器、步入式冷柜、冷藏展示柜、制冰机、冷水机、空调设备或类似设备的负载。负载115处的制冷剂可以经受热传递，使得第一制冷剂的温度升高和/或从液态转变为气态。在负载115之后，第一制冷剂可以循环回到压缩机105，在其中可以重复该循环。以这种方式，冷却系统100代表一般的制冷循环，其体现了传统的蒸气压缩制冷循环。传统的制冷循环(例如图1中的冷却系统100所代表的制冷循环)具有多种缺点。例如，蒸气压缩制冷循环的效率低于其他制冷循环(例如斯特林循环)。作为另一个示例，传统的蒸气压缩制冷系统使用氢氟烃(HFC)并且不容易使用可能更环保的天然制冷剂，例如二氧化碳(CO2)。例如，天然制冷剂在其应用中可能需要考虑另外的因素，因此使得使用HFC的简单蒸气压缩系统更复杂。使用CO2需要高压(需要更昂贵的组件和管道)并且在高环境温度下会损失效率(需要通过添加组件来补偿以提高效率)。氨是有毒且易燃的，不能与铜管和管道一起使用。碳氢化合物是高度易燃的，建筑规范目前不允许使用碳氢化合物。已经引入了几种措施来处理蒸气压缩循环的各种缺点，包括添加组件以提高效率或允许使用天然制冷剂。此外，典型的蒸气压缩循环压缩机和其他组件具有不太有利的寿命期气候性能(LCCP)等级，这代表了这些系统在其寿命期间具有更高的环境影响。此外，蒸气压缩循环制冷系统的典型组件(包括压缩机)产生大量噪音，这可能使某些空间在操作期间不能使用或给客户或雇员带来不便，或者在某些调节噪音的市场中妨碍监管。代替对使用蒸气压缩循环的系统提供边际改进，需要一种替代制冷系统，其不需要压缩机也能够运行使用蒸气压缩循环的高容量匹配系统。本公开考虑了利用无压缩机热分离器冷却空间的冷却系统和方法的各种实施例。无压缩机热分离器可以是任何合适的热传递装置，其能够接收两种流体并在它们之间交换热量而无需使用压缩机。在某些实施例中，无压缩机热分离器可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：分离罐，其被配置成将第一制冷剂分离成蒸气组分和液体组分；热交换器，其被暴露于负载，该负载被配置成使用所述第一制冷剂的液体组分来从靠近负载的空间移除热量，其中所述空间包括制冷单元和步入式冷却器或冷柜中的至少一者；无压缩机热分离器，其被配置成从所述第一制冷剂的蒸气组分提取热量并使用电力将热量转移到第二制冷剂；和流体冷却器，其被配置成从所述第二制冷剂移除热量。

【技术特征摘要】
2017.08.03 US 15/668,4231.一种设备，包括：分离罐，其被配置成将第一制冷剂分离成蒸气组分和液体组分；热交换器，其被暴露于负载，该负载被配置成使用所述第一制冷剂的液体组分来从靠近负载的空间移除热量，其中所述空间包括制冷单元和步入式冷却器或冷柜中的至少一者；无压缩机热分离器，其被配置成从所述第一制冷剂的蒸气组分提取热量并使用电力将热量转移到第二制冷剂；和流体冷却器，其被配置成从所述第二制冷剂移除热量。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述无压缩机热分离器被配置成使用第三流体来从所述第一制冷剂提取热量并将所述热量转移到所述第二制冷剂。3.根据权利要求1所述的设备，还包括：第一泵，其被配置成控制所述第一制冷剂的液体组分从所述分离罐到暴露于负载的热交换器的流速；和第二泵，其被配置成控制所述第二制冷剂在所述流体冷却器和所述无压缩机热分离器之间的流速。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一制冷剂包括二氧化碳，而所述第二制冷剂包括水和乙二醇。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述无压缩机热分离器包括热电、磁、热声和斯特林循环热传递装置中的至少一者。6.根据权利要求1所述的设备，还包括：温度传感器，其被配置为测量所述第二制冷剂的温度；和控制器，其通信地联接到压力传感器，所述控制器被配置为：将所测得的温度与温度设定值进行比较；并且基于所测得的温度与温度设定值之间的比较，增大所述第二制冷剂到所述流体冷却器的流速。7.根据权利要求1所述的设备，还包括：温度传感器，被配置为测量所述第一制冷剂的温度；压力传感器，被配置为测量所述第一制冷剂的压力；和控制器，其通信地联接到所述温度传感器和所述压力传感器，所述控制器被配置为：根据所测得的温度和压力来确定负载值；将该负载值与设定值进行比较；并且基于该负载值与设定值之间的比较，增大所述第一制冷剂的液体组分到暴露于负载的热交换器的流速。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离罐包括：蒸气出口，其被配置成将所述第一制冷剂的蒸气组分排放到所述热分离器；液体出口，其被配置成将所述第一制冷剂的液体组分排放到所述热交换器；第一入口，其被配置成从所述热分离器接收所述第一制冷剂；和第二入口，其被配置成从暴露于负载的热交换器接收所述第一制冷剂，其中所述分离罐被配置成使用重力来分离从所述热交换器和所述热分离器接收到的所述第一制冷剂的蒸气组分和液体组分。9.一种方法，包括：在分离罐处将第一制冷剂分离成蒸气组分和液体组分；使用来自所述分离罐的所述第一制冷剂的液体组分从靠近负载的空间移除热量，其中该空间包括处于步入式冷却器或冷柜内的热交换器；在无压缩机热分离器处从所述第一制冷剂的蒸气组分中提取热量并使用电力将该热量转移到第二制冷剂；和在流体冷却器处从所述第二制冷剂移除热量。10.根据权利要求8所述的方法，还包括：使用第一泵控制所述第一制冷剂的液体组分从所述分离罐到所述负载的流速；和使用第二泵控制所述第二制冷剂在所述流体冷却器和所述热分离器之间的流速。11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一制冷剂包括二氧化碳，而所述第二制冷剂包括水和乙二醇。12.根据权利要求8所述的方法，其中所述无压缩机热分离器...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·Z·马丁，I·Z·里希特，S·贾，
申请(专利权)人：西克制冷产品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US