制冷系统和方法
1.相关申请的交叉引用本技术涉及并要求于2017年6月21日提交的美国临时申请62/522,836和2017年6月21日提交的美国临时申请62/522,846中的每个的优先权权益，这两个美国临时申请中的每个以引用方式并入本文。
技术领域
2.本公开涉及制冷系统和方法，具体地但不仅限于适合与低gwp制冷剂一起使用的制冷系统。
背景技术：
3.制冷工业正面临着越来越大的压力（由于法规变动或其它原因），需要用低全球变暖潜能值(gwp)制冷剂（诸如具有低于150的gwp的制冷剂）替换高gwp制冷剂（诸如r404a）。这在使用大量制冷剂的商业制冷系统中尤其重要。
4.过去的一种方法是使用低gwp制冷剂，诸如二氧化碳(r744)和烃制冷剂。然而，迄今已使用的此类方法可能会遭受显著的安全和财务缺点，诸如：系统能量效率差，导致运行成本增加；系统复杂性高，导致初始系统成本高；系统可维护性和可靠性低，导致维护成本高；以及系统易燃性高。包括根据先前布置的高度易燃制冷剂的系统是尤其不利的，因为这些系统可能导致安全水平差；可能与监管法规限制相冲突；并且可能增加制冷系统操作者和制造商的责任。考虑到许多商业制冷应用（诸如超级市场冰箱、冷冻机和冷陈列柜）是公众能够接触的，并且通常在人口稠密的空间中操作，因此安全性是特别令人关注的问题。
5.因此，申请人已经认识到，制冷工业继续需要安全、稳健和可持续的方法来减少可与现有技术一起使用的高gwp制冷剂的使用。
6.图1a示出了一种这样的在先前使用的方法。图1示出了通常用于超级市场中的商业制冷的制冷系统100。系统100是直接膨胀系统，其经由中温制冷回路110和低温制冷回路120提供中温和低温制冷两者。
7.在图1a中标记为100的典型先前配置中，中温制冷回路110具有r134a作为其制冷剂。中温制冷回路110提供中温冷却并且经由热交换器130移除低温制冷回路120的废热。中温制冷回路110在顶板140、机房141与销售区142之间延伸。另一方面，低温制冷回路120具有r744作为其制冷剂。低温制冷回路120在机室141与销售地板142之间延伸。可用地，如上文所讨论，r744具有低gwp。
8.然而，虽然图1a中公开的类型的制冷系统可能够提供良好的效率水平，但是申请人已经认识到这种类型的系统具有至少两个主要缺点：第一，此类系统使用高gwp制冷剂r134a（r134a具有约1300的gwp）；第二，尽管此类系统的低温部分使用低gwp制冷剂r744，但是该制冷剂表现出上述许多缺点，包括显著的安全和财务缺点。
技术实现要素：
9.本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个第一制冷回路，其中每个第一制冷回路包括易燃第一制冷剂、具有约2马力（约1.5千瓦）或更小的马力额定值（马力额定值是输入到压缩机的功率的量度）的压缩机，以及热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中冷凝；以及第二制冷回路，该第二制冷回路包含不易燃第二制冷剂，和蒸发器，在该蒸发器中，所述第二制冷剂在低于所述第一制冷剂冷凝温度的温度下蒸发，其中所述第二制冷剂通过从所述第一制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
10.本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个第一低温制冷回路包括易燃第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及中温制冷回路，该中温制冷回路包含不易燃中温制冷剂，和蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
11.如本文所用，相对于制冷剂的术语“易燃”意指制冷剂未被分类为依据ashrae 34-2016测试规程的a1，该测试规程定义条件和设备并且使用当前方法astm e681-09附录a1。因此，被分类为依据定义条件和设备并且使用当前方法astm e681-09附录a1的ashrae 34-2016测试规程的a2l或者比a2l分类更易燃的制冷剂被认为“易燃”。
12.相反，相对于制冷剂的术语“不易燃”意指制冷剂被分类为依据ashrae 34-2016测试规程的a1，该测试规程定义条件和设备并且使用当前方法astm e681-09附录a1。
13.如本文所用，术语“中温制冷”是指在回路中循环的制冷剂在从约-5℃至约-15℃的温度下并且优选地在约-10℃的温度下蒸发的制冷回路。如本文相对于温度所用，术语“约”应理解为所识别的温度的+/-3℃的平均值变化。在中温回路中循环的制冷剂可在-10℃+/-2℃或-10℃+/-1℃的温度下蒸发。
14.例如，本发明的中温制冷可用于例如冷却诸如乳制品、熟食肉和新鲜食品的产品。不同产品的各温度水平基于产品需求来调节。
15.低温制冷通常以约-25℃的蒸发水平提供。如本文所用，术语“低温制冷”是指在回路中循环的制冷剂在从约-20℃至约-30℃的温度下并且优选地在约-25℃的温度下蒸发的制冷回路。在低温回路中循环的制冷剂可在-25℃+/-2℃或在-25℃+/-1℃的温度下蒸发。
16.例如，本发明的低温制冷可用于例如冷却诸如冰淇淋和冷冻食品的产品，并且同样地，基于产品需求来调节用于不同产品的各温度水平。
17.本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，所述低温制冷回路包括易燃第一制冷剂、具有约2马力或更小的额定功率的压缩机、热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝，其中所述低温制冷回路中的每个容纳在独立的低温制冷单元中；以及中温制冷回路，该中温制冷回路包含不易燃中温制冷剂，和蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
18.本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，所述低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述
低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及中温制冷回路，该中温制冷回路包含不易燃中温制冷剂和蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述热交换器是满液式热交换器，所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
19.如本文所用，“满液式热交换器”是指液体制冷剂被蒸发以产生没有实质性过热的制冷剂蒸气的热交换器。如本文所用，“没有实质性过热”意指离开蒸发器的蒸气处于不超过热交换器中液体制冷剂的沸腾温度之上1℃的温度。
20.本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，所述低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝，其中所述低温制冷回路中的每个容纳在独立的低温制冷单元中；以及包含不易燃中温制冷剂的中温制冷回路，并且其中所述热交换器包括蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述热交换器是满液式热交换器，所述中温制冷剂在所述满液式热交换器中通过从所述低温制冷剂吸收热量而蒸发。
21.本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的hfo-1234yf、transhfo-1234ze或其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含不易燃中温制冷剂的中温制冷回路，并且其中所述热交换器包括蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
22.本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的hfo-1234yf、transhfo-1234ze或其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃，并且其中所述热交换器包括蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
23.本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，所述低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的hfo-1234yf、transhfo-1234ze或其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃，并且其中所述热交换器包括蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述热交换器是满
液式热交换器，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
24.本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，所述低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃，并且其中所述热交换器包括蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述热交换器是满液式热交换器，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
25.在优选的实施方案中，第二回路（优选地为中温回路）可基本上完全定位在所述多个第一制冷单元之外，优选地定位在所述多个低温回路之外。如本文所用，术语“基本上完全在
…
之外”意指除了可被视为第二制冷回路的一部分的输送管线等能够进入第一制冷单元从而在第一与第二制冷回路的制冷剂之间提供热交换之外，第二制冷回路的部件不处于所述第一制冷单元之内。
26.如本文所用，术语“第一制冷单元”和“低温制冷单元”意指如下至少部分封闭或可封闭结构：能够在该结构的至少一部分之内提供冷却，并且整体在结构上不同于封闭或容纳所述第二制冷回路的任何结构。根据并且符合此类含义，本发明的优选的第一制冷回路和低温制冷回路当容纳在这种第一（优选地为低温）制冷单元之内时，根据本文所述的含义有时在本文中称为“独立成套”。
27.第二制冷回路还可包括流体接收器。
28.每个第一制冷回路可在其相应的制冷单元内独立成套。
29.每个制冷单元可定位在第一区域之内。第一区域可为商店地板。这意指每个第一制冷回路（优选地为低温制冷回路）也可在第一区域之内，诸如工作区之内。
30.每个制冷单元可包括在待冷藏空间之内所含的空间和/或对象，并且优选地该空间处于制冷单元之内。每个蒸发器可被定位成冷藏其相应的空间/对象，优选地通过冷却待冷藏空间之内的空气来进行。
31.如上所述，第二制冷回路（并且优选地中温制冷回路）可具有在第一制冷单元（优选地为低温制冷单元）与第二区域之间延伸的部件。第二区域可为例如容纳第二制冷回路的部件的大部分的机室。
32.第二制冷回路（优选地为中温制冷单元）可延伸至第二区域和第三区域。第三区域可为在第一制冷单元和第二区域所定位的一个或多个建筑物之外的区域。这使得环境冷却能够被利用。
33.除非在本文中针对具体实施方案另外指明，否则第一制冷回路中的每个的制冷剂可与第一制冷回路中的其它制冷剂不同或相同，并且每个制冷剂也可与第二制冷回路中的其它制冷剂相同或不同。
34.除非在本文中针对具体实施方案另外指明，否则第一制冷回路中的制冷剂和/或第二制冷回路中的制冷剂可具有低全球变暖潜能值(gwp)。
35.除非在本文中针对具体实施方案另外指明，否则第一制冷回路中的制冷剂和/或第二制冷回路中的制冷剂可具有小于150的gwp。这是通过设置在相应制冷单元中的每个第
一制冷回路来实现的。
36.除非在本文中针对具体实施方案另外指明，否则第二制冷回路中的制冷剂可不易燃，即，被分类为依据ashrae 34的a1（按照astm e681测量）或被分类为依据ashrae 34的a2l（按照astm e681测量）。由于第二制冷回路可能相当长，并且可在建筑物的不同区域之间延伸：例如，在工作区（那里可能部署了制冷单元）到机房之间，因此这可能是期望的。因此，第二制冷回路中具有易燃制冷剂可能是不安全的，因为随着第二制冷回路跨越更大的区域，渗漏的风险和潜在渗漏的严重程度二者都增加了，并且由此使更多的人和/或结构面临火灾风险。
37.第一制冷回路中的制冷剂可易燃。这在实施过程中至少部分是可允许的，因为每个第一制冷回路被设置在相应制冷单元中，该相应制冷单元具有容纳在其中的相对低功率的压缩机。
38.每个第一制冷回路可包括至少一个流体膨胀装置。至少一个流体膨胀装置可为毛细管或固定节流孔。这是通过其相应的制冷单元对每个第一制冷回路上所施加的条件相对地恒定来实现。这意指较简单流量控制装置，诸如毛细管和节流管可以并优选地有利用于第一制冷回路中。
39.第一制冷回路各自的平均温度可低于第二制冷回路的平均温度。这是因为第二制冷回路可用于提供冷却，即从第一制冷回路中移除热量；并且每个第一制冷回路可冷却其相应制冷单元中的待冷藏空间。
40.第二制冷回路可冷却，即移除来自第一制冷回路每者的热量。
41.每个热交换器可被布置成用于在其相应的第一制冷回路与第二制冷回路之间相应的回路界面位置处传递热能。
42.第二制冷回路可包括第二蒸发器。第二蒸发器可与回路界面位置并联连接。
43.回路界面位置各自可与每个其他回路界面位置以串联-并联组合连接。可用地，这意指如果一个回路界面位置、第一制冷回路、或第一制冷单元具有检测到的故障或阻塞，该位置、回路或单元在故障时可被隔离和/或通过第二制冷回路被绕过，使得故障不通过系统传播。
44.回路界面位置各自可与至少一个其他回路界面位置串联连接。
45.回路界面位置各自可与每个其他回路界面位置串联连接。
46.回路界面位置各自可与至少一个其他回路界面位置并联连接。
47.回路界面位置各自可与每个其他回路界面位置并联连接。
48.第二制冷回路（优选地为中温制冷剂）可包括混合制冷剂。混合制冷剂可包括r515a。
49.r515a制冷剂不易燃。这是有用的，因为第二制冷剂回路（优选地为中温制冷剂）可跨越多个区域，因此具有不易燃制冷剂对于降低潜在渗漏的严重程度很重要。
50.在其它实施方案中，不易燃制冷剂可包含hfo-1233zd(e)或包含至少约50%的hfo-1233zd(e)或包含至少75%的hfo-1233zd(e)或基本上由hfo-1233zd(e)组成或由hfo-1233zd(e)组成。
51.用于第一制冷剂回路（优选地为低温制冷回路）的第一制冷剂（优选地为低温制冷剂）可包括r744、c3-c4烃、r1234yf、r1234ze(e)、r455a中的任一者以及它们的组合。烃可包
括r290、r600a或r1270中的任一者。这些制冷剂为低gwp。
52.第二制冷回路还可包括压缩机。
53.第二制冷回路可包括环境冷却支路和包括压缩机的压缩机支路。这意指可绕过压缩机支路。绕过压缩机支路的好处在于，如果环境条件相对于第二制冷剂是充分冷却的，则因为环境空气可提供充分的冷却，所以可以绕过压缩机级。
54.环境冷却支路可与压缩机支路并联连接。该并联布置允许第二制冷剂绕过压缩机支路。
55.环境冷却支路可暴露在环境温度之外。这用于取代压缩机级来冷却第二制冷剂。
56.环境冷却支路可延伸至包括第一区域的一个或多个建筑物之外。
57.当环境空气温度低于进入环境冷却支路的制冷剂的温度时，进入环境冷却支路的制冷剂可被环境空气温度冷却。
58.环境冷却支路可与泵串联连接。
59.可在环境冷却支路和压缩机支路之间的接合部的两者中的一个处设置阀，以控制环境冷却支路和压缩机支路中的每一者中的制冷剂流。这允许控制是否使用压缩机支路和/或环境冷却支路，以及使用多少压缩机支路和/或环境冷却支路。
60.泵、另外的蒸发器和回路接口位置可定位在一个或多个阀之间。
附图说明
61.现在参考附图描述本公开的示例性布置，其中：图1a示出了先前使用的制冷系统的示例；图1b示出了作为本文所述比较例的基础的制冷系统的示例。
62.图2示出了复叠式制冷系统；图3示出了另选的复叠式制冷系统；图4示出了使用满液式蒸发器的复叠式制冷系统；图4a示出了使用满液式蒸发器的另选的复叠式制冷系统；图5a和图5b分别示出了具有和不具有吸入管线热交换器的制冷系统；并且图6示出了具有r515a和r744制冷剂的制冷系统的全球变暖潜能值的图形。
63.在整个说明书中，类似的附图标记指代类似的部件。
具体实施方式
64.比较例为了帮助本领域技术人员理解本公开的制冷回路及其相应的优点，将参考图1a和图1b所示的比较制冷系统来简要说明制冷系统的功能。
65.图1b示出了制冷系统100的示例，用于与下文所述的另外的系统进行比较。系统100包括中温制冷回路110和低温制冷回路120。
66.低温制冷回路120具有压缩机121、与热交换器130（用于将热量排放到环境条件中）的接口、膨胀阀122和蒸发器123。低温制冷回路120通过内置回路热交换器150与中温制冷回路110交接，该内置回路热交换器用于将热量从低温制冷剂排放到中温制冷剂，从而在低温制冷剂循环中产生过冷制冷剂液体。蒸发器123与待冷藏的空间，诸如冷冻室内部接口
连接。低温制冷回路的部件按以下次序连接：蒸发器123、压缩机121、热交换器130、内置回路热交换器150、以及膨胀阀122。这些部件经由包含低温制冷剂的管道124连接在一起。
67.中温制冷回路110具有压缩机111、用于将热量排放到环境条件的冷凝器113和流体接收器114。来自接收器114的液体中温制冷剂被分送到膨胀阀112和118中的每个，从而提供了两个并联连接的支路：膨胀装置118下游的低温过冷冷却支路117和膨胀装置112下游的中温冷却支路116。低温过冷支路包括如上所述的向低温回路提供过冷的内置回路热交换器。中温冷却支路116包括与待冷藏空间（诸如制冷隔室的内部）交接的中温蒸发器119。
68.中温制冷剂是高gwp制冷剂诸如r134a。r134a是氢氟碳化合物(hfc)。r134a不易燃，并且提供良好的性能系数。
69.系统100跨越建筑物的三个区域：顶板，冷凝器113和130定位在这里；机房，压缩机111、压缩机112、热交换器150、接收槽114和膨胀装置118定位在这里；以及销售区142，lt箱、mt箱和这些箱的膨胀装置中的每个定位在这里。因此低温制冷回路120和中温制冷回路110各自在销售区、机房与顶板之间延伸。在使用中，中温回路110经由蒸发器119向待冷藏空间提供中温制冷，并且低温回路120经由蒸发器123向待冷藏空间提供低温制冷。中温回路110还移除来自低温冷凝器120的液体冷凝物的热量，因此对进入蒸发器123的液体提供过冷。
70.现在将描述低温制冷回路120的各种部件的单独和总体功能性。从热交换器150开始，热交换器130是适用于在低温制冷剂和中温制冷剂之间传递热量的装置。在一个示例中，热交换器150为管壳式热交换器。也可使用其它类型的热交换器，诸如板式热交换器和其它设计。在使用中，中温制冷剂从低温制冷剂吸收热量，使得低温制冷剂被变冷。经由热交换器150的这种热量移除导致来自冷凝器130的液体低温制冷剂被过冷，然后，过冷的低温制冷剂经由管道124的液体管线流向膨胀阀122。膨胀阀122的作用是降低低温制冷剂的压力。这样，由于压力和温度成比例，因此对应地降低了低温制冷剂的温度。然后，低温、低压制冷剂流动或被泵送到蒸发器123。蒸发器123用于将热量从待冷藏空间（例如，超级市场中的低温制冷箱）传递到低温制冷剂。即，液体制冷剂在蒸发器123处从待冷藏空间接受热量，由此被蒸发成气体。在蒸发器123之后，气体由压缩机121通过管道124的吸入管线吸入到压缩机121。在到达压缩机121时，低压低温气体制冷剂被压缩。这使得制冷剂温度升高。因此，制冷剂从低温低压气体转化为高温高压气体。高温高压气体被释放到管道124的排放管道中以行进至热交换器（冷凝器）130，在那里该气体以先前所述的方式被冷凝为液体。尽管这具体地描述了低温制冷回路120的操作，然而这里说明的原理通常可应用于制冷循环。
71.现在将描述中温制冷回路110的各种部件的单独和总体功能性。
72.起始于热交换器150，如上所述，中温制冷剂经由热交换器150吸收来自低温制冷剂的热量。该吸收的热量致使中温回路150中的制冷剂（其在进入热交换器150时为低温气体和/或气体与液体的混合物）在产生过热的情况下将液体变为气相和/或提高气体的温度。在离开热交换器150时，气体制冷剂被吸入压缩机111（连同来自蒸发器119的制冷剂），并且被压缩机111压缩为高温高压气体。该气体释放到管道115中并行进至冷凝器113，在该示例中，该冷凝器定位在建筑物的顶板上。在冷凝器113中，气体中温制冷剂释放热量到外部环境空气中，并因此被冷却并冷凝为液体。在冷凝器113之后，液体制冷剂收集于流体接
收器114中。在该示例中，流体接收器114是槽。在离开流体接收器114时，液体制冷剂被分送到平行连接的中温支路116和过冷冷却支路117。在中温支路116中，液体制冷剂流至用于降低压力并因此降低液体制冷剂温度的膨胀阀112。相对冷的液体制冷剂随后进入热交换器119，在该处其吸收来自与蒸发器119f接口连接的待冷藏空间的热量。在过冷支路117中，液体制冷剂相似地首先流至膨胀阀118，在那里制冷剂的压力和温度降低。在阀118之后，制冷剂流至上述内置回路热交换器150。从此处，来自热交换器的气体制冷剂被压缩机111吸至压缩机111，此处重新聚合来自中温冷却支路116的制冷剂。
73.虽然上文并未提及，很明显为了如所预期作用，中温回路110中的制冷剂在其进入热交换器150时的温度必须小于低温回路120中的制冷剂在进入热交换器150时的温度。如果情况并非如此，中温回路110将不对回路120的低温制冷剂提供所期望的过冷。
74.上文描述了如图1b所示的制冷系统100的比较例的操作。参考图1b所述的制冷原理可同样良好地应用于本公开的其它制冷系统。
75.优选实施方案的概述下文描述根据本发明的优选实施方案的多个制冷系统。每个系统具有多个制冷单元，并且制冷单元中的每个具有定位在其内的至少一个专用制冷回路。换言之，每个制冷单元包括至少一个制冷回路。
76.制冷单元之内所含的制冷回路可至少包括移除回路中制冷剂的热量的热交换器，以及对制冷剂增加热量的蒸发器。
77.制冷单元之内所含的制冷回路可包括一个压缩机、移除回路中制冷剂的热量的至少一个热交换器（优选地通过移除排出压缩机的制冷剂蒸气的热量）、以及对制冷剂增加热量的一个蒸发器（优选地通过冷却被冷藏制冷单元的区域）。申请人已经发现，在本发明的优选第一制冷回路（并且优选地为低温制冷回路）中使用的压缩机的尺寸对于实现本发明的优选实施方案的至少一些高度有利和意料不到的结果是重要的，并且特别地，回路中的每个压缩机优选地为小尺寸压缩机。如本文所用，术语“小尺寸压缩机”意指压缩机具有约2马力或更小的额定功率。如本文相对于压缩机额定功率所使用的，该值由压缩机的输入额定功率确定。相对于压缩机额定功率所使用的，“约”意指所指明的马力+/-0.5马力。在优选实施方案中，压缩机的尺寸可从0.1马力至约2马力，或从0.1马力至约1马力。压缩机的尺寸可从0.1马力至最高0.75马力，或从0.1马力至最高0.5马力。
78.制冷单元可为一体化物理实体，即未被设计成拆解为组成部件的实体。制冷单元可例如为冰箱或冷冻机。应当理解，在每个制冷单元（优选地包括每个低温制冷单元）内可包括多于一个的制冷回路（具体地包括多于一个的低温制冷回路）。
79.提供在各制冷单元之内的制冷回路可本身被至少部分地位于制冷单元之外的共同制冷回路所冷却。与每个制冷单元之内所容纳的专用制冷回路相反，共同制冷回路（其在本文通常称为第二和第三制冷回路）可为在容纳这些单元的建筑物的多个区域之间延伸的延伸回路：诸如在销售区（其中定位有制冷单元）和机房和/或顶板或外部区域之间。
80.每个制冷单元可包括用于存储货物诸如易腐货物的至少一个隔室。隔室可限定待被制冷单元之内所含的制冷回路冷藏的空间。
81.复叠式制冷系统根据本发明的制冷系统的一个实施方案在图2中示意性地示出并且在下文中详细
描述。
82.图2示出了复叠式制冷系统200。更具体地，图2示出了具有三个第一制冷回路220a、220b和220c的制冷系统200。第一制冷回路220a，220b，220c各自具有蒸发器223、压缩机221、热交换器230和膨胀阀222。虽然该回路中的压缩机、蒸发器和热交换器中的每一者都由单个图标示出，但是应当理解，压缩机、蒸发器、热交换器、膨胀阀等可各自包括多个此类单元。在每个回路220a、220b和220c中，蒸发器223、压缩机221、热交换器230和膨胀阀222以所列次序彼此串联连接。第一制冷回路220a、220b和220c中的每个包括在独立的相应制冷单元（未示出）之内。在该示例中，三个制冷单元中的每个是冷冻机单元，并且该冷冻机单元容纳其相应的第一制冷回路。这样，每个制冷单元包括独立成套和专用的制冷回路。制冷单元（未示出）并因此第一制冷回路220a，220b，220c被布置在超市的销售地板242上。
83.在该示例中，第一制冷回路220a、220b、220c中的每个的制冷剂是低gwp制冷剂诸如r744、c3-c4烃（r290、r600a、r1270）、r1234yf、r1234ze(e)或r455a。技术人员将会知道，第一制冷回路220a，220b，220c每者中的制冷剂可相同或不同于第一制冷回路220a，220b，220c每者其他中的制冷剂。
84.制冷系统200还具有第二制冷回路210。第二制冷回路210具有压缩机211、冷凝器213和流体接收器214。压缩机211、冷凝器213和流体接收器214串联按给定次序连接。虽然第二回路中的压缩机、冷凝器、流体接收器中的每一者都由单个图标示出，但是应当理解，压缩机、蒸发器、热交换器、膨胀阀等可各自包括多个此类单元。第二制冷回路210还具有四个并联连接的支路：三个中温冷却支路217a、217b和217c；以及一个低温冷却支路216。四个平行连接的支路217a，217b，217c和216在流体接收器214与压缩机211之间连接。中温冷却支路217a、217b和217c中的每个分别具有膨胀阀218a、218b和218c，以及蒸发器219a、219b和219c。膨胀阀218和蒸发器219串联且按给定次序在流体接收器214与冷凝器211之间连接。低温冷却支路216具有膨胀阀212以及入口和出口管道、导线管、阀等形式（分别共同表示为260a，260b和260c）的交互装置，该交互装置将第二制冷剂带至并且来自于第一制冷回路220a，220b，220c的热交换器230a，230b，230c中的每者。低温冷却支路216与第一制冷回路220a，220b，220c的热交换器230a，230b，230c每者在相应的回路界面位置231a，231b，231c处接口。各回路界面位置231a，231b，231c与每个其他回路界面位置231a，231b，231c以串联-并联组合布置。
85.中温制冷回路210具有在销售地板242、机室241与顶板140之间延伸的部件。低温冷却支路216以及中温制冷回路210的中温冷却支路217a，217b，217c位于销售地板242上。压缩机211和流体接收器214位于机室241中。冷凝器213位于可容易暴露至环境条件之处，诸如顶板240上。
86.在该示例中，中温制冷回路210中的制冷剂是包括r515a的共混物。r515a是一种基本上由或优选地由约88重量%的氢氟烯烃(hfo) 1234ze(e)和约12重量%的hfc227ea（七氟丙烷）组成的制冷剂。可用地，该共混物产生不易燃制冷剂，从而提高安全性。另外有利的是，该共混物具有低gwp，使其成为环境友好的解决方案。
87.如图2所示的优选实施方案的使用可总结如下：
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第一制冷回路220a，220b，220c各自经由其蒸发器223吸收热量，以向待冷藏的空间（未示出）提供低温冷却；
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第二制冷回路210吸收来自热交换器230a，230b，230c每者的热量，以冷却第一制冷回路220a，220b，220c；
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第二制冷回路210吸收蒸发器219中的每个的热量，以向待冷藏空间（未示出）提供中温冷却；并且
‑ꢀ
从冷却器213中的第二制冷回路210中的制冷剂移除热量。
88.多个有利结果可使用图2所示类型的本发明的布置来实现，特别地是来自相应制冷单元中独立成套的每个第一制冷回路230。
89.例如，制冷单元和总体复叠式制冷系统200的安装和卸载被简单化。这是因为具有其内置独立成套的第一制冷回路220a，220b，220c的制冷单元可容易地与第二制冷回路210连接或断开，而无需改变第一制冷回路220，220b，220c。换句话讲，制冷单元可简单地“插入”到第二制冷回路210中或从该第二制冷回路拔出。
90.另一个优点在于每个制冷单元（包括其相应的第一制冷回路220a，220b，220c）可在安装到实时制冷系统200之前在工厂测试默认值。这减小了故障（可包括潜在有害的制冷剂泄漏）可能性。因此，可实现减小的渗漏率。
91.另一个优点在于第一制冷回路220a，220b，220c的长度可以减小，因为回路220a，220b，220c布置在其相应的制冷单元中，并且不在一系列单元之间延伸。减小的回路长度可导致效率改善，原因是热渗透由于表面积减小而在较短管线中下降。此外，回路长减小度也可导致压降减小，这提高了系统200的效率。
92.减小的回路长度，以及提供在相应制冷单元之内独立成套的回路还提供了使用易燃性更高的制冷剂诸如r744、烃（r290、r600a、r1270）、r1234yf、r1234ze(e)或r455a的能力，申请者逐渐认识到这是高度有利的结果。这是因为制冷剂渗漏的可能性下降（如上文所讨论）并且因为即使制冷剂渗漏，渗漏将包含于相应制冷单元的相对较小区域和可容纳区域，并且因为单元的尺寸较小，仅使用相对少量的制冷剂充入量。此外，该布置将允许使用相对低成本的火焰减灾意外事故程序和/或装置，因为包含潜在易燃材料的区域较小、封闭且一致。此类更多种易燃性制冷剂可具有较低全球变暖潜能值（gwp）。因此有利地，使用低gwp制冷剂的政府和社会目标可得到满足并且甚至潜在超出而不损害系统的安全性。
93.另一个优点在于每个第一制冷回路220a，220b，220c仅可冷却其相应的制冷单元。这意指每个第一制冷回路220a，220b，220c上的载荷可保持相对恒定。换言之，恒定条件应用于第一制冷回路220的冷凝231和蒸发223级。这允许可在该被动膨胀装置222（诸如毛细管或节流管）中使用简化设计的第一制冷回路220。这与更需要使用电子膨胀装置和恒温膨胀阀的复杂回路相反。因为此类复杂装置的使用被避免，成本可以下降并且可靠性可以提高。
94.此外，重要地，根据此类实施方案的第二制冷回路中的满液式热交换器的供应导致第一与第二回路之间的热传递得到改善。因此，总体制冷系统的效率得到改善。
95.存在的若干优点可由与其他回路界面位置并联连接的回路界面位置引起。一个优点可在于系统中提供恢复力，因为与一个回路界面位置相关或在该处遭遇的故障将不影响其他回路界面位置。这是因为每个回路界面位置由第二制冷回路的相应支路提供服务。另一个优点可在于，第一与第二制冷回路之间的热传递效率得到改善，因为各回路界面位置之前的第二制冷剂的温度可保持相对恒定。相比之下，如果两个回路界面位置串联连接，相
比于上游回路界面位置之前，第二制冷回路中制冷剂的温度在下游回路界面位置之前可更高。
96.总的来说，提供根据本发明的多个第一制冷回路，其中每个第一制冷回路布置在相应的制冷单元中，优选地布置为独立成套的制冷回路，具有以下优点：降低渗漏率；简化整个制冷系统；使得能够使用原本不安全的低gwp制冷剂；改善维护和安装；并且降低压降，从而提高系统效率。
97.具体地根据本文所述的优点，本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个第一制冷回路，其中每个第一制冷回路包括易燃并且具有约150或更小的gwp的第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机，以及热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中冷凝；以及第二制冷回路，该第二制冷回路包含不易燃第二制冷剂，和蒸发器，在该蒸发器中，所述第二制冷剂在低于所述第一制冷剂冷凝温度的温度下蒸发，其中所述第二制冷剂通过从所述第一制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
98.具体地根据本文所述的优点，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个第一制冷回路，其中每个第一制冷回路包括易燃并且具有约150或更小的gwp的第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机，以及热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中冷凝；以及第二制冷回路，该第二制冷回路包含不易燃并且具有最高约500的gwp的第二制冷剂，和蒸发器，在该蒸发器中，所述第二制冷剂在低于所述第一制冷剂冷凝温度的温度下蒸发，其中所述第二制冷剂通过从所述第一制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
99.本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个第一低温制冷回路包括具有约150或更小的gwp的易燃第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及中温制冷回路，该中温制冷回路包含不易燃中温制冷剂，和蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
100.本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个第一低温制冷回路包括具有约150或更小的gwp的易燃第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及中温制冷回路，该中温制冷回路包含具有最高约500的gwp的不易燃中温制冷剂，和蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
101.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不
易燃，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
102.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
103.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含至少约50%重量、或至少约75%重量或至少85%重量的r1234ze(e)，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
104.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约3.5千瓦或更小的输出功的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含至少约50%重量、或至少约75%重量或至少85%重量的r1234ze(e)以及从约10%重量至约15%重量的r227ea，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
105.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含约88%重量的r1234ze(e)和约12%重量的r227ea，所
述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
106.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含至少约70%重量的r1234ze(e)、r1234yf或它们的组合，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
107.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含至少约70%重量的r1234ze(e)、r1234yf或它们的组合并且还包含r1233zd(e)和cf3i中的一者或多者，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
108.复叠式制冷系统-另选方案根据本文所包含的教导内容，技术人员将会知道，可存在任何数量的第一制冷回路220。具体地，可存在与待冷藏制冷单元一样多的第一制冷回路220。因此，第二制冷回路210可与任何数量的第一制冷回路220接口连接。
109.根据本文所包含的教导内容，技术人员显然清楚，可存在任何数量和布置的中温冷却支路217和蒸发器218。
110.在可选的布置方式中，每个第一制冷回路220可与每个其他第一制冷回路220完全平行布置。这种布置的示例在图3中示出。图3示出系统300，其中每个回路界面位置231a，231b，231c与每个其他回路界面位置231a，231b，231c完全平行布置。系统300的部件在其他方面与系统200（参考图2描述）相同，并且系统300的部件以基本上与系统200相同的方式作用，虽然应当理解，总体系统以及总体系统的其他重要特征部的性能可显著受到该布置变化影响。
111.可用地，这意指来自第二制冷回路210的制冷剂的给定部分在它返回压缩机211之前仅通过一个热交换器230。该布置因此确保各个热交换器230将接受大约相同温度的第二制冷剂，因为该布置防止任何热交换器接受由于经过上游热交换器而被预热的制冷剂的一部分，就如串联布置的情况
根据本文所包含的教导内容，本领域技术人员显然清楚，可实现并且实际设想出回路接口位置231a、231b、231c相对于一个和第二制冷回路210的多种其它布置方式。
112.根据本文所包含的教导内容，本领域技术人员显然清楚，由于优选的模块化第一制冷回路设计，本发明的优选实施方案的制冷系统允许在第二制冷回路210中使用具有相对低gwp的不易燃低压制冷剂。另外，本发明的优选系统在第一制冷回路中产生具有低gwp的易燃低压制冷剂的相对安全和有效的出乎意料的结果，从而提供了降低环境影响并且具有优异的环境特性、优异的安全特性和改善的系统效率的制冷系统。
113.具有满液式蒸发器的复叠式制冷系统举例说明了本发明的优选制冷系统，并且现在将参考图4对其进行描述。
114.图4示意性地示出了具有第二制冷回路410的复叠式制冷系统400，该第二制冷回路具有输送液体第二制冷剂的接收器，这导致第一制冷回路中的满液式蒸发器操作。更具体地，图4示出了具有两个第一制冷回路420a、420b的制冷系统400。第一制冷回路420a、420b中的每个具有蒸发器423、压缩机421、热交换器430和膨胀阀422。在每个回路420a、420b中，蒸发器423、压缩机421、热交换器430和膨胀阀422以所列次序彼此串联连接。第一制冷回路420a、420b中的每个设置在相应的制冷单元（未示出）中。在该示例中，每个制冷单元为冷冻机单元，并且冷冻机单元容纳其相应的第一制冷回路。这样，为每个制冷单元提供了独立成套和专用的制冷回路。制冷单元（未示出）并且因此第一制冷回路420a、420b定位在超级市场的销售区462。
115.在该示例中，第一制冷回路420a、420b中的制冷剂是低gwp制冷剂诸如r744、烃（r290、r600a、r1270）、r1234yf、r1234ze(e)或r455a。技术人员将会知道，第一制冷回路420a、420b中的每个中的制冷剂可与第一制冷回路420a、420b中的另一个中的制冷剂相同或不同。
116.制冷系统400还具有第二制冷回路410。第二制冷回路410具有压缩机支路450以及环境冷却支路451。压缩机支路450与环境冷却支路451并联连接。
117.压缩机支路450具有压缩机411、冷凝器413、膨胀阀418和接收器414。压缩机411、冷凝器413和膨胀阀418以给定次序串联连接。接收器414连接在压缩机411入口和膨胀阀418出口之间。环境冷却支路451具有冷却器452。
118.压缩机支路450和环境冷却支路451由第一可控阀440和第二可控阀441并联连接。可控阀440、441是可控制的，使得在压缩机支路450和环境冷却支路451中的每一者中流动的制冷剂的量可控制。第一控制阀440与泵442串联连接。
119.第二制冷回路410还具有彼此并联连接的两个另外的支路：中温冷却支路417和低温冷却支路416。中温冷却支路417和低温冷却支路416连接在泵442和第二可控阀441之间。
120.中温冷却支路417具有蒸发器419。低温冷却支路416与第一制冷回路420a、420b的热交换器430a、430b中的每个在相应的回路接口位置431a、431b处交接。回路接口位置431a、431b中的每个与其它回路接口位置431a、431b成串联-并联组合。
121.第二制冷回路410包括使该回路在销售区462、机房461与顶板440之间延伸的部件。中温制冷回路410的低温冷却支路416和中温冷却支路417优选地主要定位在销售区462。主要布置在销售区462意指回路位置431a、431b和蒸发器419布置在销售区462或非常靠近该销售区。然而，低温冷却支路416和中温冷却支路417之间，以及低温支路416和中温
支路417的一些管道之间的结合部定位在机房461中。
122.压缩机支路450包括使该支路在机房461和顶板460之间延伸的部件。更具体地，压缩机411、膨胀阀418和满液式接收器414定位在机房461中。冷凝器413定位在可以接近环境空气的位置，诸如在顶板460上。
123.环境冷却支路450包括使该支路在机房461和顶板460之间延伸的部件。冷凝器452还定位在可以接近环境空气的位置，诸如在顶板603上。
124.第一可控阀440和第二可控阀441定位在机房461中。泵442定位在机房442中。
125.在该示例中，第二制冷回路410中的制冷剂是r515a，如上所述。
126.尽管结构上不同，但是在使用中，制冷系统400以与制冷系统200相似的方式操作，具有以下关键区别。
127.首先，制冷系统400中的第二制冷回路410中的接收器导致蒸发器419 430a和430b为满液式蒸发器，即，制冷剂作为液体进入蒸发器，并且液体制冷剂的一些部分没有被完全蒸发为气体，这意指在蒸发器中基本上不会发生过热。有多少制冷剂保持液体取决于系统400的工作条件。制冷系统400的一个特征是接收器414。接收器414被布置成在制冷剂通过膨胀阀418之后分离气体制冷剂和液体制冷剂，使得被允许进入中温冷却支路417和低温冷却支路416（并且因此进入蒸发器419和热交换器430a、430b）的制冷剂实质上是100%液体。制冷系统400的另一个关键特征是泵442。泵442将制冷剂驱动到中温支路417和低温支路416。在另选的系统布置中，制冷剂的液相和气相之间的密度差驱动系统，并且不需要泵或风扇。
128.基于本文所包含的公开内容和教导内容，本领域技术人员将会知道，具有使用根据本发明的满液式蒸发器的制冷布置（例如系统400中所公开的）在使用中具有相关联的若干优点。申请人已发现，此类优点之一是性能系数(cop)的意料不到的改善。不必受任何特定理论的束缚，据信该优点是出乎意料的，其部分原因是需要更少的压缩机411功，并且由于系统允许在制冷剂进入压缩机之前在制冷剂过热的情况下操作，因此改善了第二制冷回路410的冷却能力。
129.制冷系统400的操作方式的第二个不同之处在于与制冷系统200相比，提供了环境冷却支路451和可控阀440、441。环境冷却支路451允许当环境温度充分低以冷却制冷剂时绕过压缩机支路450。这是通过将环境冷却支路451布线到顶板460以使制冷剂最大程度地暴露于环境空气温度而实现的。这有时称为冬季操作。可用地，这提供了第二制冷回路410中制冷剂的实质上自由冷却。显然，从成本和环境角度来看这是有利的，因为与运行压缩机支路450相比，能耗显著降低。
130.为方便起见，术语“满液式系统”、“满液复叠式系统”等是指本发明的系统，其中第一制冷回路（优选地为低温回路）中用于冷凝该第一制冷剂（优选地为低温制冷剂）的至少一个热交换器并且优选地所有热交换器是用于第二制冷剂（优选地为中温制冷剂）的满液式蒸发器。在优选的实施方案中，中温蒸发器也是满液式蒸发器。参考复叠式制冷系统所述的潜在优点同样适用于满液复叠式制冷系统：用于描述满液和非满液复叠式制冷系统的术语是与上述类似的。
131.满液复叠式制冷系统的其它优点可包括：由于利用了环境冷却支路（冬季操作），因此能耗降低；由于其满液式操作，因此提高了热交换器和蒸发器的热传递性能；由于在回
路中提供了泵，因此不需要恒温膨胀阀；并且由于第二制冷回路适合用于低压制冷剂，因此可使用低成本材料来制造第二制冷回路。
132.具体地根据本文所述的优点，本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个第一制冷回路，其中每个第一制冷回路包括易燃并且具有约150或更小的gwp的第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机，以及热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中冷凝；以及第二制冷回路，该第二制冷回路包含不易燃第二制冷剂，和满液式蒸发器，在该蒸发器中，所述第二制冷剂在低于所述第一制冷剂冷凝温度的温度下蒸发，其中所述第二制冷剂通过从所述第一制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
133.具体地根据本文所述的优点，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个第一制冷回路，其中每个第一制冷回路包括易燃并且具有约150或更小的gwp的第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机，以及热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中冷凝；以及第二制冷回路，该第二制冷回路包含不易燃并且具有最高约500的gwp的第二制冷剂，和满液式蒸发器，在该蒸发器中，所述第二制冷剂在低于所述第一制冷剂冷凝温度的温度下蒸发，其中所述第二制冷剂通过从所述第一制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
134.本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个第一低温制冷回路包括具有约150或更小的gwp的易燃第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及中温制冷回路，该中温制冷回路包含不易燃中温制冷剂，和满液式蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
135.本发明包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个第一低温制冷回路包括具有约150或更小的gwp的易燃第一制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，所述第一制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及中温制冷回路，该中温制冷回路包含具有最高约500的gwp的不易燃中温制冷剂，和满液式蒸发器，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
136.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和满液式蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
137.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温
制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和满液式蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
138.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和满液式蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含至少约50%重量、或至少约75%重量或至少85%重量的r1234ze(e)，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
139.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和满液式蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含至少约50%重量、或至少约75%重量或至少85%重量的r1234ze(e)以及从约10%重量至约15%重量的r227ea，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
140.在优选的实施方案中，本发明还包括一种复叠式制冷系统，该系统包括：多个低温制冷回路，其中每个低温制冷回路包括易燃低温制冷剂、具有约2马力或更小的马力额定值的压缩机、热交换器，该易燃低温制冷剂具有约150或更小的gwp并且包含至少约50重量%或至少约75重量%或至少约95重量%或至少约99重量%的r744、r290、r600a、r1270、r1234yf、r1234ze(e)、r455a以及其组合，所述低温制冷剂在该热交换器中在从约-5℃至约-15℃的温度范围内冷凝；以及包含中温制冷剂和满液式蒸发器的中温制冷回路，其中所述中温制冷剂不易燃并且具有最高约500的gwp并且包含约88%重量的r1234ze(e)和约12%重量的r227ea，所述中温制冷剂在该蒸发器中在低于所述低温制冷剂冷凝温度并且在约-5℃至约-15℃的范围内的温度下蒸发，其中所述中温制冷剂通过从所述低温制冷剂吸收热量来在所述热交换器中蒸发。
141.满液复叠式制冷系统-另选方案
以上参考复叠式制冷系统所述的另选方案同样适用于满液复叠式制冷系统：术语第一制冷回路和第二制冷回路、回路接口位置和热交换器是与上述类似的。其它另选方案包括移除环境冷却支路451和/或将满液式系统恢复为直接膨胀系统。
142.所设想的系统400的另外的改变是，可缩短和简化环境冷却支路451，使得其仅绕过压缩机411，而不是整个压缩机支路。这种布置在图4a中示出。
143.图4a示出了制冷系统400，该制冷系统与参考图4所述的制冷系统大致相同，但是存在以下不同之处：
‑ꢀ
由于不再需要图4的冷却器452，因此不存在该冷却器。这是因为环境冷却支路451不再绕过冷却器413，因此该环境冷却支路不需要其自身的专用冷却器。
144.‑ꢀ
由于不再需要第一可控阀440，因此不存在该第一可控阀。这是因为来自环境冷却支路451的制冷剂仅输入冷却器413管线，而不会遇到支路的结合部。
145.‑ꢀ
在第二可控阀441和在压缩机411和冷却器413之间的管线之间，环境冷却支路451与压缩机411并联连接。
146.有利地，使用缩短的环境冷却支路，即，其中一个支路将液体制冷剂从接收器出口路由到冷凝器入口导致：第一，作为冷却器的简化的回路，并且不再需要接收器泵的入口处的第一可控阀；并且第二，更低成本的回路，由于降低了用于环境冷却支路的额外管道的数量和部件的数量，因此降低了材料成本。
147.根据本文所包含的教导内容，本领域技术人员显然清楚，由于优选的模块化第一制冷回路设计，本发明的优选实施方案的制冷系统允许在第二制冷回路中使用具有相对低gwp的不易燃低压制冷剂。另外，系统400允许在第一制冷回路中使用具有低gwp的易燃低压制冷剂。此外，由于使用环境冷却支路，该系统减少了能量的使用。此外，由于其满液式设计，该系统实现了改善的系统效率。
148.因此，通过使用减少的gwp制冷剂、减少的能量使用和改善的系统效率来提供环境影响降低的制冷系统。
149.吸入管线热交换器构成本公开的一部分的任何系统的另一可能改变在于，任何数量的独立成套的制冷回路可包括吸入管线热交换器(slhx)。
150.更具体地，系统200中的第一制冷回路220a、220b、220c中的任何一个可包括slhx；并且第一制冷回路420a、420b中的任何一个可包括slhx。为进行比较，图5a示出了不具有slhx的制冷回路700；而图5b示出了具有slhx 760的制冷回路750。
151.图5a中的回路700具有压缩机710、热交换器720、膨胀阀730和蒸发器740。压缩机710、热交换器720、膨胀阀730和蒸发器740以所列次序串联连接。在使用中，制冷回路700的功能如前所述。
152.图5b中的回路750具有回路700相同的部件，加上一个额外的slhx 760。slhx在连接蒸发器740和压缩机710的管线与连接热交换器720和膨胀阀730的管线之间提供热交换接口。换句话讲，slhx 760被定位在连接蒸发器740和压缩机710的管线（本文中称为蒸气管线）与连接热交换器720和膨胀阀730的管线（本文中称为液体管线）之间。
153.在使用中，slhx将热量从热交换器720之后的液体管线传递到蒸发器740之后的蒸气管线。这导致产生两种效果：第一是提高了回路700的效率；第二是降低了回路700的效
率。
154.第一，有利地，在液体管线侧（即，高压侧），增加了液体制冷剂的过冷。这是因为额外的热量被排放到液体膨胀侧，降低了进入膨胀阀730的制冷剂的温度。在膨胀阀730过程之后，这种附加的过冷导致蒸发器740中更低的入口质量。这增加了焓差，并且因此增加了制冷剂在蒸发器740级中吸收热量的容量。因此，改善了蒸发器740的性能。
155.第二，不利地，在蒸气管线侧（即，低压侧），离开蒸发器740的制冷剂从液体管线接收额外的热量，从而有效地增加了过热。这导致更高的吸入管线温度。由于到压缩机710的更高的吸入管线温度，因此压缩过程的焓差增加。这增加了压缩制冷剂所需的压缩机功率。因此，这对系统性能具有有害影响。
156.总之，为了确定引入slhx是否导致总体上的有益效果，需要考虑提高蒸发器容量和提高压缩机功率需求的第一和第二效果。对于特定的制冷剂诸如r717，使用slhx导致系统效率总体下降。然而，与此相反，使用slhx导致在图中所示类型的系统（如本文的系统200和300）中产生总体积极的影响。
157.支持性数据现在将提供旨在证明本公开的各种布置的技术效果并且帮助本领域技术人员将各种布置付诸实践的数据。
158.表1示出了对于制冷系统中r515a和r744制冷剂的不同比例的总gwp：1是最大组合值，即，100%。根据第五届政府间气候变化专门委员会的数据，r515a具有403的gwp，r755具有1的gwp。因此，0比例的r515a和1比例的r744的总gwp为1，因为[(1
ꢀ×ꢀ
1)=1]。相反地，0.05比例的r515a和0.95比例的r755的总gwp为21.1，因为[(0.05
ꢀ×ꢀ
403) + (0.95
ꢀ×ꢀ
1)=21.1]。通过这种方式，表1示出了考虑gwp标准的进料比限制。r515ar744总gwp0110.050.9521.10.10.941.20.150.8561.30.20.881.40.250.75101.50.30.7121.60.310.69125.620.320.68129.640.330.67133.660.340.66137.680.350.65141.70.360.64145.720.370.63149.740.380.62153.760.390.61157.780.40.6161.8
0.50.52020.60.4242.20.70.3282.40.80.2322.60.90.1362.810403表1。
[0159]
图6以图形形式示出了表1中的数据。r515a的比例在x轴上示出，总gwp在y轴上示出。从该图清楚地看出，在r515a和r744的相对比例与gwp之间存在正比关系：随着r515a比例的增加，系统的gwp也增大。这是因为r515a具有比r744高得多的gwp，该正比关系由图形上的直线示出，该直线从0比例的r515a的1 gwp变为1比例的r515a的约400 gwp。从该图清楚地看出，优选实施方案中的最大允许系统gwp为150，这时r515a的重量比例为约0.35。
[0160]
表2示出了以下制冷剂在变化的沸腾温度下的沸腾压力：r1233zd(e)制冷剂；50重量%比例的r1233zd(e)和50重量%比例的r1234ze的共混物；以及33重量%比例的r1233zd(e)和67重量%比例的r1234ze的共混物。表2。
[0161]
试验制冷系统利用室内制冷剂操作。r1233zd(e) transhcfo-1233zd和r1234ze是transhfo-1234ze。
[0162]
表2中的结果示出，其中transhfo-1234ze的量为至少50重量%的组合物允许室内回路在大于一个大气压的压力下操作。此类低压系统是有利的，因为它避免了对净化系统的需求，从而帮助降低了系统的复杂性，同时又提供了足够低的系统压力以允许使用相对低成本的容器和导管。此外，低压避免了在高压系统中原本可能发生的制冷剂渗漏。
[0163]
随混合物中r1233zd(e)和r1234ze的比例而变化的另外的特征是在制冷系统发生
渗漏的情况下制冷剂的易燃性。表3示出了r1233zd(e)和r1234ze共混物的按重量计的各种组合物以及每种组合物的相应易燃性。如表3中清楚示出，根据美国材料与试验协会(astm) 681测量，具有超过67重量%的transhfo-1234ze的共混物为易燃的。表3。
[0164]
表4a示出了在本公开中先前未提及但是在表4b中考虑了的共混物。表4a。
[0165]
表4b示出了以下几种制冷系统针对不同制冷剂组合的特性的比较：参考图1b所述但没有机械过冷却器的比较制冷系统（“比较例”）；参考图1b所述的具有机械过冷却器的比较制冷系统（“具有机械过冷却器的比较例”）；参考图2所述的复叠式制冷系统（“选项1”）；以及参考图4所述的满液复叠式制冷回路（“选项2”）。表4b。
[0166]
表4b包括关于每个系统的性能系数(cop)的信息。cop是系统的可用冷却输出与系统的功输入的比率。较高cop等于较低运行成本。相对cop是相对于比较例制冷系统的cop。
[0167]
从表4b清楚地看出，因为满液复叠式制冷回路的cop值在所有情况下都高于其它系统，所以该满液复叠式制冷回路实现了最佳cop。
[0168]
表4b所示的结果基于以下假设，其中mt意指中温（第二制冷回路），lt意指低温（第一制冷回路），并且单元如所给出的那样。
[0169]
•ꢀ
比较例组合了r404a的mt和lt系统
•ꢀ
负载分布
○ꢀ
lt：1/3 (33,000w)
○ꢀ
mt：2/3 (67,000w)
○ꢀ
容积效率：对于mt和lt两者为95%
•ꢀ
等熵效率
○ꢀ
r404a：mt/lt，0.72/0.68
○ꢀ
r134a：mt，0.687
○ꢀ
r744：lt，0.671
•ꢀ
冷凝温度：105f
•ꢀ
mt蒸发温度：20f（由于压降较低，因此对于独立成套单元为22f）
•ꢀ
lt蒸发温度：-25f
•ꢀ
蒸发器过热：10f
•ꢀ
吸入管线温度上升
○ꢀ
比较例：mt：25f；lt：50f
○ꢀ
复叠式/独立成套：mt：10f；lt：25f（独立成套单元具有较短管线，因此具有较小热渗透）
○ꢀ
复叠式/泵送：mt：10f；lt：25f
•ꢀ
使用时的slhx效率：35%
•ꢀ
机械过冷却器出口温度：50f。
[0170]
应当理解，根据本发明的优选方面，将通过多个小压缩机的累积额定功率来提供该示例的lt负载（33,000瓦）。例如，如果制冷系统的lt部分使用额定功率为约1500瓦（约2马力）的压缩机，则根据本发明将使用多个（例如20个）这种小压缩机。相反，可设想，由中温系统承载的压缩机负载可由一系列较大压缩机（具有5马力或更大的额定功率）来处理，以提供67,000瓦（约90马力）的冷却。
[0171]
表5示出了针对复叠式制冷系统中的制冷剂的不同组合以及在第二制冷回路（中温级）中具有吸入管线液体管线(slhx)，参考图1所述的比较例制冷系统和参考图2所述的复叠式制冷系统的特性的比较。与表4b相似，表5包括有关每个系统的实际cop和相对cop的信息。
表5。
[0172]
从表5清楚地看出，与不使用slhx相比，使用slhx可获得更高的cop。这通过对于复叠式制冷系统中相同的制冷剂组合，表5中的cop值高于表4b中的cop值来展示。