高效空气调节系统和方法技术方案

本申请涉及高效空气调节系统和方法。制冷系统包括待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包含含有制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1

【技术实现步骤摘要】
高效空气调节系统和方法
[0001]对相关申请的交叉引用本申请是申请日为2017年1月6日、申请号为201780015459.0、名称为"高效空气调节系统和方法"的专利技术专利申请的分案申请。本申请涉及和要求2016年1月6日提交的美国临时申请62/275,382的优先权，其全文经此引用并入本文。


[0002]本专利技术大体上涉及空气调节系统，更特别涉及使用离心式压缩机并具有最多大约30吨的制冷量的此类系统。

技术介绍

[0003]某些卤代烯烃，包括化合物1
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氯
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3,3,3
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三氟丙烯（HFCO
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1233zd）和1,3,3,3
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四氟丙烯（HFO
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1234ze）已被提议用于蒸气压缩制冷系统。参见US 7,833,433。标准的蒸气压缩系统在
‘
433专利中被描述为包括用于压缩制冷剂蒸气以产生相对升高的压力和温度的蒸气的压缩机。此类系统的一个实例在本文中图示说明为图1A。在这样的系统中，在相对较低的压力下经由管道19A将制冷剂引入压缩机11的吸入侧并经由管道19B将高压制冷剂排出和传送至冷凝器12。通过在冷凝器12中冷凝制冷剂蒸气而从这种高温制冷剂蒸气中除去热，以产生相对高压的液体制冷剂，其进入管道15A。该相对高压液体随后在膨胀装置14中经历名义上等焓减压以产生相对低温低压液体，其随后在蒸发器24中被从待冷却的物体或流体传递的热气化。由此产生的低压蒸气经由管道19A回到压缩机的吸入侧，由此完成该循环。
[0004]‘
433专利笼统建议，其中公开的制冷剂组合物可用于使用蒸气压缩系统的各种不同冷却操作，包括使用离心式压缩机的冷却器（chiller）系统。通常，离心式冷却器是大容量系统，即具有大于50吨的容量的系统。此类系统最通常为50至150吨制冷量，某些系统高达8500吨。
[0005]申请人已经认识到，与在使用高效离心式压缩机的小容量空气调节系统中使用反式HFCO
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1233zd和/或反式HFO
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1234ze的努力相关地存在某些出乎意料的问题。如下文详细描述，申请人已经意外地发现，可以通过在空气调节系统中使用一种或多种专用配置克服这些问题，所述专用配置允许使用高效设备，包括高效压缩机和蒸发器，同时克服申请人认识到的在此类系统中使用反式HFCO
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1233zd和/或反式HFO
‑
1234ze时的问题。

技术实现思路

[0006]申请人已经意识到，在许多应用中非常期望提供使用高效离心式压缩机和高效蒸发器的低容量空气调节系统。但是，申请人还已经意识到，包含高百分比（例如高于大约80重量%）HCFO
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1233zd(E)或高百分比（例如高于大约80重量%）HFO
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1234ze(E)的制冷剂组合物的使用会对此类系统的可靠性和/或效用和/或效率造成严重问题。
[0007]例如，在某些空气调节系统中非常期望使用满液式蒸发器，因为这样的热交换设
备允许向液体制冷剂高效传热。这种高效运行至少部分归因于在这样的设备中传热表面基本被液体制冷剂覆盖的事实。但是，由于使用这样的高效设备，离开这样的蒸发器的蒸气基本在饱和状态，即具有极少过热或没有过热。这从效率角度看是一个优点，尽管在这样的情况下确保在饱和状态或接近饱和状态下进入压缩机的蒸气不冷凝变得尤其重要。这是因为这样的液体制冷剂在压缩机中的存在对压缩机运行的效率和/或可靠性具有负面影响。在使用其它制冷剂的典型运行条件下，饱和或接近饱和的制冷剂蒸气在压缩机吸入口的使用不会造成问题，因为在高效压缩机中发生的名义等熵膨胀过程中向制冷剂蒸气添加热并在从压缩机中排出时产生至少大约5
°
的过热。
[0008]但是，申请人已经意识到，在使用高效离心式压缩机的系统中在本文中优选的类型的条件下使用本专利技术的优选制冷剂组合物时将出现问题。更具体地，申请人已经发现，本专利技术的优选制冷剂组合物在典型条件下在高效压缩过程中不产生正常或预期量的过热。实际上，申请人已经发现，对于高效离心式压缩机运行，在不存在本文中提供的一个或多个解决方案的情况下，从压缩机中排出“湿蒸气”。本文所用的术语“湿蒸气”是指其中夹带冷凝液的蒸气。如本领域技术人员公知的，这样的蒸气在压缩机中的存在可对离心式压缩机的高效和/或可靠运行非常有害。相应地，申请人已经发现，在不存在本解决方案的情况下，根据本专利技术的优选方面的制冷剂的使用在高效离心式压缩机的运行中，尤其在也使用高效率、低过热或无过热蒸发器的应用中可产生出乎意料的问题。但是，申请人还已经意识到，非常期望使用本专利技术的优选传热组合物运行这样的系统，因为这样的运行能够提供有利的环保运行。
[0009]为了克服申请人已经认识到的问题和困难，本专利技术的一个方面提供具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器（heat sink）的类型的制冷系统，所述系统优选具有大约2至大约30吨的容量并包括：(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1
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氯
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3,3,3
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三氟丙烯（HCFO
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1233zd(E)）或至少大约80重量%的反式1,3,3,3
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四氟丙烯（HFO
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1234ze(E)），(b) 离心式压缩机，其具有：(i) 用于接收在大约40至大约350 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和(ii) 用于排出在排出:吸入压力比为至少大约2:1的压力下的相对高压制冷剂蒸气的排出口；(c) 流体连接到所述压缩机的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收至少一部分所述压缩机排出制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气，优选基本所有所述制冷剂蒸气以产生在大约10℃至大约60℃的温度下的相对高压制冷剂液体；(d) 流体连接到所述冷凝器的膨胀器，其用于基本等焓降低所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约40至大约350 kPa的压力下的低压制冷剂液体；(e) 流体连接到所述膨胀器的高效蒸发器，优选满液式蒸发器，其用于接收来自所述膨胀器的所述低压制冷剂液体和通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发所述低压制冷剂液体以产生在大约40至大约350 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气，离开所述蒸发器的所述制冷剂蒸气优选基本没有过热；(f) 流体连接在所述蒸发器和所述压缩机的所述制冷剂吸入口之间的至少一个
热交换器，所述至少一个热交换器接收来自所述蒸发器的至少一部分所述低压制冷剂蒸气和加热所述低压制冷剂蒸气以产生具有比进入所述至少一个热交换器的蒸气的温度高至少大约5℃的温度的低压制冷剂蒸气，来自所述至少一个热交换器的所述高温制冷剂蒸气流体连接到所述压缩机吸入口以向所述压缩机提供低压制冷剂蒸气。
[0010]如本文所用，以“吨”数定义的术语“容量”是指与在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包括：(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1
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氯
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3,3,3
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三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约80重量%的反式1,3,3,3
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四氟丙烯（反式HFO
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1234ze）；(b) 离心式压缩机，其具有用于接收在大约45至大约75 kPa的压力下的低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和用于排出在大约100至大约520 kPa的压力下的高压制冷剂蒸气的排出口，所述压缩机具有至少大约0.65的效率；(c) 流体连接到所述压缩机的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收所述高压制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气以产生在大约10℃至大约60℃的温度下的高压制冷剂液体；(d) 流体连接到所述冷凝器的膨胀器，其用于基本等焓降低所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的低压制冷剂液体；(e) 流体连接到所述膨胀器的蒸发器，其用于接收所述低压制冷剂液体和通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发所述低压制冷剂液体以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的低压制冷剂蒸气；和(f) 流体连接在所述蒸发器和所述压缩机的所述制冷剂吸入口之间的至少一个热交换器，所述至少一个热交换器接收来自所述蒸发器的至少一部分所述低压制冷剂蒸气和加热所述低压制冷剂蒸气以产生具有比进入所述至少一个热交换器的蒸气的温度高至少大约5℃的温度的低压制冷剂蒸气，来自所述至少一个热交换器的所述高温制冷剂蒸气流体连接到所述压缩机吸入口以向所述压缩机提供低压制冷剂蒸气。2.权利要求1的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1,3,3,3
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四氟丙烯（反式HFO
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1234ze）。3.权利要求1的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1
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氯
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3,3,3
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三氟丙烯（反式1233zd）。4.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约30吨的容量并包括：(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1
‑
氯
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3,3,3
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三氟丙烯（反式1233zd）或至少大约70重量%的反式1,3,3,3
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四氟丙烯（反式HFO
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1234ze）；(b) 具有第一级和至少第二级的离心式压缩机，所述各级具有用于接收在大约45至大约75 kPa的压力下的相对低压制冷剂蒸气的制冷剂吸入口和用于排出在大约100至大约520 kPa的压力下的相对较高压制冷剂蒸气的制冷剂排出口，所述压缩机具有至少大约0.65的效率；(c) 流体连接到所述压缩机的所述至少第二级的所述制冷剂排出口的冷凝器，其用于接收来自所述至少第二级的所述高压制冷剂蒸气和通过用所述散热器传热而冷凝至少大部分的所述制冷剂蒸气以产生在大约10℃至大约60℃的温度下的高压制冷剂液体；(d) 流体连接到所述冷凝器的至少第一膨胀器，其用于基本等焓降低至少第一部分的所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约45至大约75 kPa的压力下的第一低压制冷剂液体；(e) 流体连接到所述冷凝器的至少第二膨胀器，其用于基本等焓降低至少第二部分的
所述高压制冷剂液体的压力以产生在大约100至大约520 kPa的压力下的第二低压制冷剂液体；(f) 流体连接到所述至少所述第一膨胀器的蒸发器，其用于接收所述第一低压制冷剂液体和通过从待冷却的所述来源吸收热而蒸发所述低压制冷剂液体以产生在大约100至大约520 kPa的压力下的低压制冷剂蒸气，来自所述蒸发器的所述制冷剂蒸气的至少一部分流体连接到所述第一级压缩机吸入口；和(g) 流体连接在所述第二膨胀器和所述至少第二级的所述吸入口之间的至少一个热交换器和/或至少一个闪蒸罐，其用于接收至少一部分所述第二低压制冷剂液体和从其排出在大约所述第二低压制冷剂液体的压力下的制冷剂蒸气，在大约所述第二低压制冷剂液体的压力下的所述制冷剂蒸气流体连接到所述第二级压缩机吸入口。5.权利要求4的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约80重量%的反式1,3,3,3
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四氟丙烯（反式HFO
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1234ze）。6.权利要求4的制冷系统，其中所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1
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氯
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3,3,3
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三氟丙烯（反式1233zd）。7.具有待冷却的热源和可将热从散热器排出的所述散热器的类型的制冷系统，所述系统具有大约2至大约5吨的容量并包括：(a) 包含制冷剂的传热组合物，所述制冷剂包含至少大约95重量%的反式1
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【专利技术属性】
技术研发人员：M彼得森，SF亚纳莫塔，A塞蒂，EdC贝拉贝塞拉，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：