用于与高滑移的工作流体一起使用的气候控制系统及用于操作该气候控制系统的方法与流程

本公开涉及用于与具有呈现高滑移的制冷剂共混物的工作流体一起使用的气候控制系统以及用于操作该气候控制系统的方法。

背景技术：

1、本部分提供了与本公开有关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

2、常规的热力学气候控制系统、比方说例如热泵系统、制冷系统或空调系统可以包括这样的流体回路，该流体回路具有：第一热交换器(例如，促进制冷剂从气相/蒸汽相到液体的相变的冷凝器)，该第一热交换器通常位于室外；第二热交换器(例如，促进制冷剂从液体到气相/蒸汽相的相变的蒸发器)，该第二热交换器通常位于室内或待冷却的环境内；膨胀装置，该膨胀装置设置在第一热交换器与第二热交换器之间；以及压缩机，该压缩机经由蒸汽压缩循环(vcc)来进行操作以使气相/蒸汽相制冷剂(以及可选的润滑油)在第一热交换器与第二热交换器之间(例如，冷凝器与蒸发器之间)循环并对该气相/蒸汽相制冷剂进行加压。压缩机通常是用于对制冷剂进行加压的机械压缩机，当制冷剂在系统内循环时，该制冷剂随后可以被冷凝和蒸发以向系统内或外传递热。

3、在美国，估计超过40％的一次能源消耗归因于建筑物，所述一次能源消耗包括这些建筑物中用于气候控制(例如，加热和冷却)的能源消耗。加热和冷却气候控制系统的高效且可靠的操作可以有助于减少能源消耗以及与某些制冷剂的使用和泄漏相关联的潜在温室气体排放。

4、制冷和空气调节应用面临越来越大的监管压力，以降低其使用的制冷剂的全球变暖潜能值。为了使用较低全球变暖潜能值的制冷剂，制冷剂的可燃性可能增加。

5、已经开发了被认为是低全球变暖潜能值选项的若干种制冷剂，并且它们具有作为a2l(微可燃/可燃性低于a2和a3制冷剂，并且毒性较低)或a1(无火焰传播/毒性水平较低)的ashrae(美国供暖、制冷和空气调节工程师协会)分类。a2l制冷剂的示例包括全球变暖潜能值为约677的二氟甲烷(ch2f2或r-32—如本文中所使用的，制冷剂可以通过针对制冷剂的常规命名法“r”或其特定的化学类别代码、如hfc-32可互换地描述)，以及氢氟烯烃(hfo)，如2,3,3,3,-四氟丙-1-烯(hfo-1234yf或r-1234yf)、反式-1,3,3,3,-四氟丙-1-烯(hfo-1234ze或r-1234ze)。a1制冷剂包括具有期望的低全球变暖潜能值1的二氧化碳(co2或r-744)、1-氯-3,3,3-三氟丙烯(顺式和反式-hfo-1233zd(z)或r-1233zd(z)以及hfo-1233zd(e)或r-1233zd(e))、一氯二氟甲烷(r-22或chclf2)以及r-410a，r-410a是二氟甲烷(hfc-32)和五氟乙烷(hfc-125)的近共沸混合物。

6、特别地，供暖、通风、空气调节和制冷(hvac/r)行业一直在寻找a1(无毒且不可燃的)制冷剂，包括与这种a1制冷剂的共混物，a1制冷剂每次置换均具有高冷却能力，同时期望地避免超临界操作和低于大气压的压力，以实现低成本的压缩和管道，同时保护设备操作员和用户的安全。因此，将希望采用能够成功地利用这种具有低全球变暖潜能值的环境友好型制冷剂的气候控制系统。

技术实现思路

1、这部分提供了本公开内容的总体概述，而不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。

2、在某些方面，本公开涉及一种使工作流体进行循环的气候控制系统，该工作流体包括具有高滑移的制冷剂共混物。在一种变型中，该气候控制系统包括工作流体，该工作流体包括第一制冷剂和第二制冷剂。第一制冷剂与第二制冷剂之间的沸点差在大气压力下大于或等于约25°f。该气候控制系统还包括气液分离容器，该气液分离容器接收工作流体以将该工作流体分离为蒸汽流和液体流。该气候控制系统还包括压缩机，该压缩机接收来自气液分离容器的蒸汽流并产生加压蒸汽流。液体泵接收来自气液分离容器的液体流并产生加压液体流。该气候控制系统还包括设置在压缩机的下游的第一热交换器，该第一热交换器接收加压蒸汽流并且使加压蒸汽流冷却，并且接收来自气液分离容器的加压液体流，以产生多相或液态工作流体流。该气候控制系统还包括第二热交换器，该第二热交换器接收多相或液态工作流体流，并且使被引导至气液分离容器的多相或液态工作流体至少部分地蒸发。该系统还包括设置在第一热交换器与第二热交换器之间的膨胀装置，该膨胀装置对多相或液态工作流体流进行处理。最后，流体导管使工作流体进行循环，并且在第二热交换器、气液分离容器、压缩机、第一热交换器和膨胀装置之间建立流体连通，工作流体通过流体连通进行循环。

3、在一个方面，该气候控制系统还包括设置在第一热交换器的下游且在第二热交换器的上游的液体吸入式热交换器。该液体吸入式热交换器接收沿第一流动方向来自第一热交换器的多相或液态工作流体流以及沿第二流动方向来自第二热交换器的低压多相工作流体流，以在所述多相或液态工作流体流与所述低压多相工作流体流之间传递热量。

4、在一个方面，该气候控制系统还包括设置在第二热交换器与液体吸入式热交换器之间的止回阀。

5、在一个方面，该气候控制系统还包括用于储存一体积的工作流体的储液器，该储液器设置在膨胀装置的下游且在第二热交换器的上游。

6、在一个方面，该气候控制系统还包括用于工作流体的储存容器，该储存容器与第一热交换器并联地设置在流体导管中，该储存容器构造成选择性地接收来自压缩机的加压蒸汽流的一部分，并构造成与膨胀装置选择性地流体连通。

7、在一个方面，气液分离容器具有过剩容量的容积，并构造成选择性地储存工作流体的至少一部分。

8、在一个方面，第一制冷剂包括美国供暖、制冷和空气调节工程师协会的a1等级或a2l等级的制冷剂。

9、在一个方面，第一制冷剂和第二制冷剂独立地选自包括以下各者的组：二氧化碳(r-744)、氯二氟甲烷(r-22)、1,1,1,2-四氟乙烷(r134a)、r410a(二氟甲烷(r-32)和五氟乙烷(r-125)的近共沸混合物)、二甲醚(r-e170)、丙烷(r-290)、2,3,3,3,-四氟丙-1-烯(r-1234yf)、顺式和反式-1,3,3,3,-四氟丙烯(hfo-1234ye)、顺式和反式-1,3,3,3,-四氟丙-1-烯(r-1234ze)、3,3,3,-三氟丙烯(hfo-1234zf)、三氟一氯丙烯(hfo-1233)、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯(hfo-1233zd(e))、顺式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯(hfo-1233zd(z))、2-氯-3,3,3-三氟丙烯(hfo-1233xf)、反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(hfo-1336mzz(z))、顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(hfo-1336mzz(e))、五氟丙烯(hfo-1225)、1,1,3,3,3-五氟丙烯(hfo-1225zc)、1,2,3,3,3-五氟丙烯(hfo-1225yez)、六氟丁烯(hfo-1336)、顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(hfo-1336mzz(z))、反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(r1336mzz(e))、反式-1,2-二氟乙烯(r-1132(e))、以及它们的任何异构体或组合。

10、在一个方面，工作流体还包括优先与第一制冷剂相溶的润滑剂，并且该气候控制系统还包括储油容器或油槽，该储油容器或油槽储存工作流体中的润滑剂的至少一部分。

11、在一个方面，该气候控制系统还包括换向阀或一对四通阀，以使系统能够执行加热和冷却两者。

12、在其他方面，本公开涉及一种用于操作气候控制系统的方法，该气候控制系统使包括具有高滑移的制冷剂共混物的工作流体进行循环。在一种变型中，该方法包括通过使工作流体蒸汽经过流体导管中的压缩机来对工作流体蒸汽进行加压，并且通过使工作流体液体经过泵来对工作流体液体进行加压。该方法还包括使工作流体的至少一部分在设置于压缩机的下游的第一热交换器中进行冷凝。然后，通过使工作流体经过设置于第一热交换器的下游的膨胀装置来降低工作流体的压力。接下来，使工作流体的至少一部分于设置在膨胀阀的下游且在压缩机的上游的第二热交换器中进行蒸发。该方法还包括使工作流体进入设置于第二热交换器的下游的气液分离容器，该气液分离容器将工作流体分离为被引导至压缩机的蒸汽流以及被引导至第一热交换器的液体流。工作流体包括具有高滑移的制冷剂共混物，该制冷剂共混物包括第一制冷剂和第二制冷剂，其中，第一制冷剂与第二制冷剂之间的沸点差在大气压力下大于或等于约25°f。

13、在一个方面，高滑移的制冷剂共混物限定了冷凝的完全相变，并且冷凝仅将工作流体部分地冷凝为液相，并且仅允许发生完全相变的一部分，因此在冷凝之后，第二制冷剂主要为液态。因此，当第一制冷剂进入膨胀装置和第二热交换器时，第一制冷剂的一部分为液态，并且第一制冷剂的一部分保持为蒸汽。

14、一方面，高滑移的制冷剂共混物限定了蒸发的完全相变，并且蒸发仅将工作流体部分地蒸发为蒸汽相，并且仅允许发生完全相变的一部分，因此在蒸发之后，第一制冷剂为蒸汽，而当第二制冷剂进入气液分离容器时，第二制冷剂的一部分为蒸汽，并且第二制冷剂的一部分保持为液态。

15、在一个方面，冷凝仅将工作流体部分地冷凝为液相，并且蒸发仅将工作流体部分地蒸发为蒸汽相，其中：(i)对通过使从气液分离容器泵送的液体流和离开压缩机的经加压且过热的工作流体混合而形成的混合流进行冷凝，以将该混合流从两相流体冷凝为具有相对较低蒸汽质量的两相流体；或者(ii)对通过使从气液分离容器泵送的液体流和离开压缩机的经加压且过热的工作流体混合而形成的混合流进行冷凝，以将该混合流从两相流体冷凝为饱和或过冷液体，并且对具有比第二蒸汽质量高的第一蒸汽质量的流体流进行蒸发。

16、在一个方面，流体导管还包括至少一个储存容器，并且该方法还包括将第一制冷剂和/或第二制冷剂的一部分储存在所述至少一个储存容器中，以调节气候控制系统的冷却能力。

17、在另一个方面，所述至少一个储存容器设置在流体导管中的第二热交换器的上游。增大储存在所述至少一个储存容器中的第二制冷剂的量降低了在流体导管中循环的工作流体中的第二制冷剂的浓度，并提高了气候控制系统的冷却能力；或者减少储存在所述至少一个储存容器中的第二制冷剂的量增大了在流体导管中循环的工作流体中的第二制冷剂的浓度，并降低了气候控制系统的冷却能力。

18、在一个方面，所述至少一个储存容器与第一热交换器并联地设置在流体导管中。该方法可选地包括增大储存在所述至少一个储存容器中的第一制冷剂的量，以降低在流体导管中循环的工作流体中的第一制冷剂的浓度，并降低该气候控制系统的冷却能力。替代性地，该方法可选地包括减少储存在所述至少一个储存容器中的第一制冷剂的量，以增大在流体导管中循环的工作流体中的第一制冷剂的浓度，并提高气候控制系统的冷却能力。

19、在一个方面，制冷剂共混物的第一温度范围被操作为大于等于第一热交换器或第二热交换器中的空气的第二温度范围的约66％至小于等于所述第二温度范围的约150％。

20、在一个方面，流体导管还包括设置在第一热交换器的下游且在第二热交换器的上游的液体吸入式热交换器。该方法还包括使来自第一热交换器的工作流体流沿第一流动方向通过液体吸入式热交换器的第一侧部，并且使来自第二热交换器的低压工作流体流沿第二流动方向通过液体吸入式热交换器，以在所述工作流体流与所述低压工作流体流之间传递热量。

21、在一个方面，第一制冷剂和第二制冷剂独立地选自包括以下各者的组：二氧化碳(r-744)、氯二氟甲烷(r-22)、1,1,1,2-四氟乙烷(r134a)、r410a(二氟甲烷(r-32)和五氟乙烷(r-125)的近共沸混合物)、二甲醚(r-e170)、丙烷(r-290)、2,3,3,3,-四氟丙-1-烯(r-1234yf)、顺式和反式-1,3,3,3,-四氟丙烯(hfo-1234ye)、顺式和反式-1,3,3,3,-四氟丙-1-烯(r-1234ze)、3,3,3,-三氟丙烯(hfo-1234zf)、三氟一氯丙烯(hfo-1233)、反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯(hfo-1233zd(e))、顺式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯(hfo-1233zd(z))、2-氯-3,3,3-三氟丙烯(hfo-1233xf)、反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(hfo-1336mzz(z))、顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(hfo-1336mzz(e))、五氟丙烯(hfo-1225)、1,1,3,3,3-五氟丙烯(hfo-1225zc)、1,2,3,3,3-五氟丙烯(hfo-1225yez)、六氟丁烯(hfo-1336)、顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(hfo-1336mzz(z))、反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(r1336mzz(e))、反式-1,2-二氟乙烯(r-1132(e))、以及它们的任何异构体或组合。

22、在另一些方面，本公开涉及一种用于操作气候控制系统的方法，该气候控制系统使包括具有高滑移的制冷剂共混物的工作流体进行循环。该方法包括通过使工作流体经过流体导管中的压缩机来对工作流体进行加压。使工作流体的一部分在设置于压缩机的下游的第一热交换器中部分地冷凝，以形成多相工作流体。该方法还包括通过使多相工作流体经过设置于第一热交换器的下游的膨胀阀来降低多相工作流体的压力。使多相工作流体的一部分于设置在膨胀阀的下游且在压缩机的上游的第二热交换器中部分地蒸发。该方法还包括使多相工作流体进入设置于第二热交换器的下游的气液分离容器，该气液分离容器将工作流体分离为被引导至压缩机的蒸汽流以及被引导至第一热交换器的液体流。该工作流体包括具有高滑移的制冷剂共混物，该制冷剂共混物包括第一制冷剂和第二制冷剂，其中，第一制冷剂与第二制冷剂之间的沸点差在大气压力下大于或等于约25°f。

23、根据本文中所提供的描述，其他应用领域将变得明显。本技术实现要素：中的描述和具体示例仅用于说明目的，并不意在限制本公开的范围。