风冷低充装量氨制冷系统的分级启动方法和装置与流程

1.本发明涉及氨制冷系统。


背景技术：

2.风冷(非蒸发性)氨制冷系统在低环境条件下难以启动。当压缩机将过热蒸汽排放到冷凝器中时，低温的冷凝器盘管立即冷凝任何蒸汽，防止排放压力增加。螺杆压缩机要求外壳上的压力增量最小，以保持适当的油流向压缩机组件。风冷冷凝器表面积太大，因为环境条件非常低(温差非常大)，无法在启动时建立压力增量。氯氟烃制冷剂(cfc、hfc、hcfc)系统在冷凝器盘管的出口处使用了隔离阀，迫使液体回流到冷凝器中，从而减少了能够冷凝蒸汽的盘管表面积。然而，这需要在正常运行期间将大量充装量存储在系统的其他地方。这对于实现低充装量和临界充装量的氨制冷系统是不可接受的。


技术实现要素：

3.本发明通过允许冷凝器盘管在启动期间单独隔离、允许盘管单独排序直到冷凝器足够热以维持排放压力和油压，从而克服了现有技术的问题。本发明还消除了在启动期间保持油压的独立油泵的需要。
4.几个部件提供了在启动期间稳定可靠地运行系统所需的控制：可在所有或一个冷凝器盘管的入口安装电动阀，安装主压缩机排放电动阀，在主压缩机管道中安装旁路压力调节阀，在冷凝器出口安装止回阀，以及冷凝器风机的速度控制。冷凝器入口电动阀提供对供气的精确控制，或作为冷凝器的开/关阀，从而允许在油压不降低的情况下建立压力。电动阀可在非常低的压降下精确控制气体流量，或根据需要提供开/关控制。风冷冷凝器可以是任何样式：水平或垂直管排列的管翅式或微通道等。冷凝器盘管的出口包含垂直定向的直通止回阀，以防止盘管被隔离时液体回流。这允许每个冷凝器盘管被隔离，而不会在低充装量氨制冷系统中截留大量液态制冷剂充装量。在冷凝器盘管中截留大量液体会扰乱封装氨制冷系统的启动。压缩机排放管道包含单个用于调节排放压力的电动阀。电动阀用于启动时的粗气体控制。压缩机排放管道中的电动阀还包括带有机械压力调节器的旁路，以允许在最小排放压力下进行精确调节。一旦排放压力升至最低设定值以上，冷凝器入口螺线管将一次打开一个。排放压力调节电动阀将同步调节排放压力，直到冷凝器盘管加热到足以维持排放压力。风机速度控制也用于在启动时保持运行平稳。
附图说明
5.图l是根据本发明的单压缩机实施例的制冷系统的示意图。
6.图2是图1的右上部分的放大图。
7.图3是根据本发明的双压缩机实施例的制冷系统的示意图。
8.图4是图3的右上部分的放大图。
具体实施方式
9.图1是根据本发明的一个实施例的用于单压缩机、风冷(非蒸发)冷凝器、低充装量封装顶置制冷系统的过程和仪器图。图2是图1右上角部分的放大图。图3是根据本发明的实施例的双压缩机、风冷冷凝器、低充装量封装顶置制冷系统的过程和仪器图。图4是图3右上角部分的放大图。
10.该系统包括蒸发器2a和2b(分别包括蒸发器盘管4a和4b)、冷凝器8、压缩机10、膨胀装置11a和11b(其可以以阀、计量孔口或其他膨胀装置的形式提供)、泵16、汽/液分离装置12和节能器14。根据一个实施例，汽/液分离装置12可以是再循环器容器。根据其他实施例，汽/液分离装置12和节能器14中的一个或两个可以以单相或双相气旋分离器的形式提供。前述元件可以以图1
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4所示的方式使用标准制冷剂管连接。如本文所用，除非另有说明，否则术语“连接到”或“经由连接”是指直接或间接连接。
11.根据图1
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4中所示的实施例，低压液体制冷剂(“lpl”)由泵16经由膨胀装置11供应到蒸发器。制冷剂从制冷空间接受热量，作为低压蒸汽(“lpv”)和液体离开蒸发器，并被输送到将液体与蒸汽分离的汽/液分离装置12(其可选地是气旋分离器)。液体制冷剂(“lpl”)返回泵16，蒸汽(“lpv”)被输送到压缩机10，压缩机10将蒸汽冷凝并将高压蒸汽(“hpv”)发送到冷凝器8，冷凝器将其压缩成高压液体(“hpl”)。hpl被输送到节能器14，它通过将高压液体(“hpl”)减少到中压液体(“ipl”)来提高系统效率，然后将其输送到汽/液分离装置12，该装置向泵16提供低压液体制冷剂(“lpl”)，完成制冷剂循环。
12.图1
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4还包括多个控制阀、隔离阀和安全阀，以及用于监测和控制系统的温度和压力传感器(也称为指示器或仪表)。
13.单压缩机顶置改进的启动配置和方法
14.参照单压缩机实施例(图1和图2，特别是图2)，电动冷凝器入口101、102和103阀安装在冷凝器盘管束的入口上。电动阀可用作可变控制阀或开/关阀。
15.打开单个冷凝器束以确保在启动期间可获得合适的可用表面。当系统开始加载时，阀101、102和103将开始打开。一旦所有阀都打开，可变风机控制将接管压力控制。根据系统操作和设计的不同，阀和风机操作的使用顺序可能会有所不同。
16.电动阀104和氨压力调节阀105在低环境条件下系统启动期间提供精确的氨气控制。在启动期间，所有电动阀都关闭，压力调节器提供压缩机压差控制，以确保适当的油流量。氨压力调节器105提供低体积流量控制。当压缩机开始加载时，会产生更多的氨气流量。电动阀104开始打开并控制排放压力、压缩机压差和油流量。
17.系统启动期间的下一步是开始打开冷凝器电动阀101、102和103，并伴随分级启动冷凝器风机。
18.安装在冷凝器束出口处的止回阀106、107、108和109用于确保液氨在停机期间或正常运行期间不会回流到冷凝器或其他盘管束中。
19.阀101、102、103和105中的每一个由连接的微控制器或plc(可编程逻辑控制)激活。中央微控制器或plc监控每个阀的状态以及排放压力，并相应地指导阀的动作，以便在保持气压和油压的同时连续启动冷凝器盘管。
20.并非所有的阀都需要用于每种环境条件。事实上，高于一定的环境温度，可能不需要低环境控制。因此，阀的安装和布置可以根据环境温度在启动时优化运行。
21.双压缩机顶置改进的启动配置和方法(隔离压缩机操作)
22.图3和图4显示了双压缩机、风冷冷凝器、低充装量封装顶置制冷系统的过程和仪器图。双压缩机设计采用隔离式压缩机概念。压缩机使用不同的油分离器、油冷却器和冷凝器束。
23.电动阀110、111、112和113安装在冷凝器盘管束的入口上。电动阀可用作可变控制阀或开/关阀。
24.在启动期间，电动阀111和112将被打开到最小位置以允许氨气流到冷凝器盘管。当系统开始增加负载时，阀111和112将打开到100％，阀113和110将开始打开。一旦所有阀都打开，可变风机控制将接管压力控制。根据系统操作和设计的不同，阀和风机操作的使用顺序可能会有所不同。
25.系统启动期间的精细氨气控制由以下提供：
26.压缩机#1
27.a.阀#114电动阀
28.b.阀#115压力调节器
29.c.启动需要关闭所有电动阀，并且压力调节器提供压缩机压差以确保适当的油流量。在启动期间，所有电动阀都关闭，压力调节器提供压缩机压差控制，以确保适当的油流量。氨压力调节器提供低体积流量控制。当压缩机开始加载时，会产生更多的氨气流量。电动阀#114开始打开并控制排放压力、压缩机压差和油流量。
30.压缩机#2
31.a.阀#116电动阀
32.b.阀#117压力调节器
33.c.启动需要关闭所有电动阀，并且压力调节器提供压缩机压差以确保适当的油流量。在启动期间，所有电动阀都关闭，压力调节器提供压缩机压差控制，以确保适当的油流量。氨压力调节器提供低体积流量控制。当压缩机开始加载时，会产生更多的氨气流量。电动阀#116开始打开并控制排放压力、压缩机压差和油流量。
34.下一级是开始打开冷凝器电动阀(110、111、112和113)并相应地分级运行冷凝器风机。
35.止回阀(118、119、120和121)用于确保液氨在停机期间或正常运行期间不会回流到冷凝器或其他盘管束中。
36.与单压缩机实施例一样，阀110
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117中的每一个都由连接的微控制器或plc启动。中央微控制器或plc监控每个阀的状态以及排放压力，并相应地指导阀的动作，以便在保持气压和油压的同时连续启动冷凝器盘管。并非每种环境条件都需要所有阀。事实上，高于一定的环境温度，可能不需要低环境控制。因此，阀的安装和布置可以根据环境温度在启动时优化运行。
37.根据各种实施例，蒸发器被安置在蒸发器(顶置)模块中，并且图1
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4所示系统的其余部件(除了冷凝器盘管和风机以及相关结构)被安置在外壳中例如机房模块。冷凝器盘管和风机可以安装在外壳或机房模块的顶部，以形成完整的独立顶置系统。风冷冷凝器可以选择配备绝热空气预冷系统。整个系统可以完全独立在两个顶置模块中，从而非常容易通过公路运输到安装地点，例如使用平板车允许装载非护送车辆。顶置和机房模块可以分开
以用于运输和/或最终放置，但是根据最优选的实施例，顶置和机房模块彼此相邻安装以最大限度地减少制冷剂充装量。根据最优选的实施例，尽管蒸发器空间与机房空间分离并绝热以符合行业规范，但顶置模块和机房模块被集成为单一模块。根据替代实施例，蒸发器盘管可安装在与机房模块相邻、位于机房模块下方或与机房模块远离的制冷空间中。
38.与现有技术相比，本文描述的特征的组合提供了非常低的充装量制冷系统。具体地，本发明被配置为每吨制冷容量需要不到六磅的氨。根据优选实施例，本发明每吨制冷可需要少于四磅的氨。并且根据最优选的实施例，本发明可以以每吨制冷容量不到两磅的氨来有效地运行。
39.虽然本发明主要是在以氨为制冷剂的制冷系统的背景下进行描述的，但预期本发明将同样应用于使用其他天然制冷剂(包括二氧化碳)的制冷系统。
40.本发明的描述本质上仅是示例性的，因此，不脱离封装(一个或两个模块的集成和紧凑系统)低制冷剂充装量(即每吨制冷容量不到10磅制冷剂)制冷系统也包括在本发明的范围内。基于本文所述的特定实施例的任何变化，但以其他方式构成封装的、注入液体的、每吨制冷容量充装十磅或更少制冷剂的再循环制冷系统，不应被视为背离本发明的精神以及如以下权利要求中阐述的本发明的范围。