喘振控制过冷回路制造技术

本公开描述了一种系统，该系统包括蒸发器、该蒸发器下游的蓄能器、该蓄能器下游的离心式压缩机、该离心式压缩机下游的第一热交换器级和该第一热交换器级下游的第二热交换器级。该蒸发器被配置为使用制冷剂来冷却经调节空气流。该蓄能器被配置为存储过量的制冷剂。该离心式压缩机被配置为压缩该制冷剂。该第一热交换器级被配置为使用环境空气来冷却该制冷剂。该第二热交换器级被配置为使用来自该蓄能器的该过量的制冷剂的一部分来冷却来自该第一热交换器级的该制冷剂。第一热交换器级的该制冷剂。第一热交换器级的该制冷剂。

【技术实现步骤摘要】
喘振控制过冷回路
[0001]本申请要求提交于2020年12月4日的名称为“喘振控制过冷回路(SURGE CONTROL SUBCOOLING CIRCUIT)”的美国临时申请号63/121670的权益，该临时申请全文以引用方式并入本文。


[0002]本公开涉及用于蒸汽循环系统的喘振控制的系统和技术。

技术介绍

[0003]蒸汽循环系统可包括被配置为对制冷剂加压的离心式压缩机。蒸汽循环系统的操作条件的变化，诸如蒸发器的变化热负荷或通过蒸发器的制冷剂的流速，可在离心式压缩机处产生压力和流量的波动(即喘振)。在喘振条件下，离心式压缩机可能会不规律地运行，并且在流量逆转的情况下，会受到机械损坏。作为一个示例，在诸如启动的低流量条件下，制冷剂的流速对于离心式压缩机而言可能太低而不能在压缩机出口处产生设计出口压力。因此，压缩机出口压力可超过叶轮出口压力，并且制冷剂可流回到离心式压缩机中，并且随后在压缩机出口压力低于叶轮出口压力时逆转。为了更好地控制流量和/或压力并减少喘振状况，蒸汽循环系统可包括喘振控制阀以使制冷剂的一部分从压缩机出口再循环到压缩机入口。因此，压缩机可继续接收足够的流量以保持设计出口压力。

技术实现思路

[0004]本文所述的系统和技术可通过保持制冷剂流动通过蒸发器和离心式压缩机并且通过过冷回路转移来自蒸发器的制冷剂的液体部分来控制蒸汽循环系统的制冷剂的喘振，该过冷回路既在排放到离心式压缩机中之前蒸发液体制冷剂，又在通过冷凝器之后向加压制冷剂提供第二级冷却。在蒸汽循环系统的主制冷剂回路中，蒸发器下游的蓄能器分离并存储过量的制冷剂液体部分并将制冷剂的蒸气部分排放到离心式压缩机。离心式压缩机压缩并通过冷凝器和过冷器泵送蒸气制冷剂，以在膨胀并进入蒸发器之前冷却并冷凝蒸气制冷剂。在低热负荷下，蒸发器继续接收由离心式压缩机泵送的所有制冷剂，并且排出过冷的制冷剂流，因为蒸发器不接收足够的热量以使制冷剂过热。蓄能器将所分离的制冷剂的过量的液体部分的一部分转移到过冷器。过量的液体制冷剂使用来自离心式压缩机的相对温热的加压制冷剂经由冷凝器来加热，并且作为蒸气制冷剂返回到离心式压缩机，使得离心式压缩机接收过热的制冷剂。同时，来自蓄能器的制冷剂的相对冷却的液体部分使来自冷凝器的相对温热的制冷剂冷却。这样，本文所述的蒸汽循环系统可在宽泛的热负荷范围下保持通过离心式压缩机的过热的蒸气制冷剂的相对高的流速，而无需使用喘振控制阀来绕过围绕离心式压缩机的制冷剂。
[0005]在一些情况下，包括本文所述的被动喘振控制机构的蒸汽循环系统可比诸如喘振控制阀或其他主动压缩机旁路机构的主动喘振控制机构更便宜且更稳健。例如，喘振控制阀可为蒸汽循环系统中的实质性故障点，因为喘振控制阀可能会泄漏或无法打开(例如，以
确保操作的连续性)，在这两种情况下都会绕过离心式压缩机并显著降低冷却能力。相比之下，与包括喘振控制阀或其他主动喘振控制装置或机构的蒸汽循环系统相比，蒸汽循环系统的无阀喘振控制可具有降低的复杂性和增加的连续性。
[0006]在某些情况下，本文所述的蒸汽循环系统还可提高离心式压缩机的效率。例如，由过冷器提供的第二级冷却可准许冷凝器在相对低的冷凝温度下操作，使得离心式压缩机可在满足喘振条件之前以较低的压缩机压力比和较低的流速操作。
[0007]在一些示例中，本公开描述了一种系统，该系统包括蒸发器、蒸发器下游的蓄能器、蓄能器下游的离心式压缩机、离心式压缩机下游的第一热交换器级和第一热交换器级下游的第二热交换器级。蒸发器被配置为使用制冷剂来冷却经调节空气流。蓄能器被配置为存储过量的制冷剂。离心式压缩机被配置为压缩制冷剂。第一热交换器级被配置为使用环境空气来冷却制冷剂。第二热交换器级被配置为使用来自蓄能器的过量的制冷剂的一部分来冷却来自第一热交换器级的制冷剂。
[0008]在一些示例中，本公开描述了一种用于控制蒸汽循环系统中的喘振的过冷系统。该过冷系统包括蓄能器和过冷器。蓄能器被配置为从蒸发器接收制冷剂。制冷剂包括制冷剂的蒸气部分和制冷剂的液体部分。蓄能器可被配置为将制冷剂的液体部分与制冷剂的蒸气部分分离并将制冷剂的蒸气部分排放到离心式压缩机。过冷器被配置为从蓄能器接收制冷剂的液体部分，通过冷却来自冷凝器的制冷剂来蒸发制冷剂的液体部分的至少一部分，并且将经蒸发制冷剂排放到离心式压缩机。
[0009]在一些示例中，本公开描述了一种用于冷却加压空气流的方法。该方法包括由蒸汽循环系统的主回路使用制冷剂来冷却加压空气流。蒸汽循环系统的主回路包括蒸发器、离心式压缩机、冷凝器和膨胀装置。该方法包括由蒸汽循环系统的过冷回路通过冷凝器下游的过冷器转移来自蒸发器的制冷剂的液体部分，以蒸发制冷剂的该液体部分。
[0010]附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。
附图说明
[0011]附图和以下描述中阐述了一个或多个示例的细节。其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。
[0012]图1是示出示例性蒸汽循环系统的示意性框图，该示例性蒸汽循环系统包括用于控制离心式压缩机的喘振的蓄能器和第二冷却级。
[0013]图2A是示出在高热负荷下图1的示例性蒸汽循环系统的示意性框图。
[0014]图2B是示出在低热负荷下图1的示例性蒸汽循环系统的示意性框图。
[0015]图3是用于控制蒸汽循环系统中的喘振的示例性技术的流程图。
[0016]图4A是在具有和不具有过冷器流量的情况下图1的蒸汽循环系统在高热负荷下的示例性P
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H曲线图。
[0017]图4B是在具有过冷器流量的情况下图1的蒸汽循环系统在低热负荷下的示例性P
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H曲线图。
[0018]图4C是在具有过冷器流量和低压缩机出口压力的情况下图1的蒸汽循环系统在低热负荷下的示例性P
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H曲线图。
[0019]图4D是在具有过冷器流量和更低压力制冷剂的情况下图1的蒸汽循环系统在低热负荷下的示例性P
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H曲线图。
[0020]图4E是在各种操作条件下的图1的蒸汽循环系统的冷凝器的热负荷和离心式压缩机的COP的示例性柱形图。
具体实施方式
[0021]常规的蒸汽循环系统可被配置为通过包括喘振控制阀来在各种热负荷下操作。当蒸汽循环系统的热负荷低时，蒸汽循环系统可降低通过蒸发器的制冷剂的质量流速以将离心式压缩机的入口处的蒸气制冷剂的温度保持为过热。为了避免在该降低的流速下的喘振，蒸汽循环系统可通过打开喘振控制阀以使蒸气制冷剂从离心式压缩机的出口再循环到离心式压缩机的入口来将离心式压缩机的入口处的蒸气制冷剂的质量流速保持为高于喘振极限。为了提供这种主动喘振控制，蒸汽循环系统可包括各种昂贵、复杂并且沉重的部件，诸如控制器、控制器调制的喘振控制阀和喘振检测部件。如果喘振控制阀无法打开或泄漏，则因而发生的到压缩机的入口的经再循环蒸气制冷剂流量的增加可显著本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，所述系统包括：蒸发器，所述蒸发器被配置为使用制冷剂来冷却加压空气流；蓄能器，所述蓄能器在所述蒸发器下游并且被配置为存储过量的制冷剂；离心式压缩机，所述离心式压缩机在所述蓄能器下游并且被配置为压缩所述制冷剂；第一热交换器级，所述第一热交换器级在所述离心式压缩机下游并且被配置为使用环境空气来冷却所述制冷剂；和第二热交换器级，所述第二热交换器级在所述离心式压缩机下游并且被配置为使用来自所述蓄能器的所述过量的制冷剂的一部分来冷却来自所述第一热交换器级的所述制冷剂。2.根据权利要求1所述的系统，其中来自所述蓄能器的所述过量的制冷剂的所述部分被重力进给到所述第二热交换器级。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述蓄能器包括被配置为将液体制冷剂与从所述蒸发器接收的所述制冷剂分离并存储所分离的液体制冷剂作为所述过量的制冷剂的液体分离器。4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述加压空气流是用于飞行器的舱室的舱室空气流，并且其中所述第一热交换器级被配置为从所述飞行器的冲压空气系统接收所述环境空气。5.一种用于控制蒸汽循环系统中的喘振的过冷系统，所述过冷系统包括：蓄能器，所述蓄能器被配置为：从蒸发器接收制冷剂，其中所述制冷剂包括所述制冷剂的蒸气部分和所述制冷剂的液体部分；将所述制冷剂的所述液体部分与所述制冷剂的所述蒸气部分分离；以及将所述制冷剂的所述蒸气部分排放到离心式压缩机；和过冷器，所述过冷器被配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：