专利名称：具有膨胀器的节约制冷循环的制作方法
具有膨胀器的节约制冷循环
技术领域：
本发明概括而言涉及蒸汽压缩系统，并且更具体地说，其涉及装
配有节约器循环的制冷剂蒸汽压缩系统。背景l支术制冷剂蒸汽压缩系统在本领域中广为人知并且通常被用于调节空 气(或者其他的辅助媒介)以在居所、办公楼、医院、学校、饭店或其他场 所中提供气候受控的舒适区域。制冷剂蒸汽压缩系统还^^普遍用于运输制冷 系统以向卡车、拖车、集装箱等输送易腐坏的物品的温度受控的货物空间提 供制冷空气，并且如果合适它^f皮用于商业制冷系统以向冷室、饮料冷库、牛 奶箱或者冷冻商在冷冻或冷藏状态下展示易腐坏食物物品的温度受控的空间 提供冷却空气。通常，这些制冷剂蒸汽压缩系统包括压缩机、冷凝器、蒸发 器和膨胀装置。 一般将膨胀装置设置在制冷剂管线中相对于制冷剂流位于蒸 发器的上游和冷凝器的下游，该膨胀装置通常是固定节流孔、毛细管、恒温 膨胀阀(TXV)或者电子膨胀阀(EXV)。这些基本制冷剂系统元件由制冷剂管 线进行相互连接在封闭的制冷剂回路中，其设置与已知的制冷剂蒸汽压缩循 环相一致。这些制冷剂蒸汽压缩系统的绝大部分按照惯例运行在超临界制冷 剂压力。运行在超临界范围的制冷剂蒸汽压缩系统通常充满碳氟化合物制冷 剂，例如，但不限于，氢化含氯氟烃(KCFCs),例如R22，以及更普通的氯氟 烃(HFCs)，例如R134a、 R410A和R407C。尽管氯氟烃(HFC )制冷剂比其所 替代的含有氢化含氯氟烃(HCFC)制冷剂的氯气更加环保，"天然的"制冷剂， 例如二氧化碳(也^皮称为R744 ),正在取代氯氟烃(HFC)制冷剂^皮转向用于 空气调节和运输制冷系统。
因为二氧化碳具有低临界点，大部分充满二氧化碳作为制冷剂的 制冷剂蒸汽压缩系统被设计运行在跨临界压力体系内。在运行于跨临界循环 内的制冷剂蒸汽压缩系统中，从压缩机排出的制冷剂是温度和压力超过该制 冷剂的临界点的蒸汽。如同在运行于超临界点的常规制冷剂蒸汽压縮系统中， 运行在跨临界循环的制冷剂蒸汽压缩系统包括压缩装置、起到气体冷却器而 非冷凝器作用的排热换热器、蒸发器和与已知的制冷剂蒸汽压缩循环设置相 一致的膨胀装置。膨胀装置通常是设置于制冷剂管线中蒸发器的制冷剂流上
游且气体冷却器的制冷剂流下游的恒温膨胀阀(TXV)或者电子膨胀阀(EXV)。制冷剂蒸汽压缩系统使用低临界点的制冷剂，例如二氧化碳，它 经常利用两级压缩系统，按照制冷剂流串联设置的一对压缩机中任意一个或 者具有至少两个压缩阶段的单一压缩机。为了改善制冷剂系统的性能和控制
自运行条件范围广泛的压缩系统最后阶段排出的制冷剂蒸汽的温度， 一般被 称为排气压力或者高端压，人们知道给该系统装配包括制冷剂-制冷剂
(Refrigerant-to-Refrigerant )节约器换热器的节约器循环。通常将节约 器换热器设置于制冷剂回路中调解气体冷却器和蒸发器以进一步冷却离开气 体冷却器的主回路中的制冷剂，并且将已在主回路中横穿节约器换热器与制 冷剂进行热传递的制冷剂被膨胀(对中间压力)部分作为补充冷却流体返回 至压缩机。通常，返回至压缩机的制冷剂蒸汽或者通过一个或者多个注入口 进入单一压缩机的压缩室(或多个压缩室)的中间压力阶段，或者在多压縮 机系统情形下进入在上游压缩机的排气口和下游压缩机的抽气口之间延伸的 制冷剂管线，该制冷剂蒸汽^^皮注入压缩过程的中间阶段。此外，通常通过分 开的一个或者多个注入口到压缩过程的中间阶段，可以将液体制冷剂自排热 换热器的下游位置取出并且返回至压缩机。应当理解，在节约器循环和液体 注入中注入蒸汽有可能在压缩过程的不同中间压力下发生，当通过分开的管 线注入蒸汽和液体的情形下时尤其会发生。例如，美国专利第6， 571， 576号^Hf了一种运行于超临界循环中并装配了节约器换热器的制冷剂蒸汽压缩系统，其中蒸汽制冷剂和液体制冷 剂通过一个或者多个设于压缩机上的节约器注入口返回至压缩过程的中间阶 段。为了提供用于注入压缩机的制冷剂蒸汽，将液体制冷剂自制冷剂回路的 冷凝器的下游位置取出，通过膨胀阀将其膨胀至中间压力和较低温度以形成 制冷剂液体/蒸汽的混合物，该制冷剂液体/蒸汽的混合物随后在与制冷剂液 体主流的热交换中通过节约器换热器。此制冷剂液体/蒸汽的混合物在横穿节 约器换热器中，它从制冷剂液体主流抽取热量，进一步地冷却该液体，于是 蒸发两相混合物中保留的任何液体成分并通常进一步地加热蒸汽。离开节约 器换热器的制冷剂蒸汽随后在中间(介"t抽气和排气之间)压力下通过节约 器注入口纟皮注入压缩机。此外，将液体制冷剂自制冷剂回路的冷凝器的下游 位置选择性地取出并混入制冷剂蒸汽，该制冷剂蒸汽从节约器传送到压缩机 并与通过相同的节约器注入口的制冷剂蒸汽一起被注入压缩过程的中间压力 阶段。美国专利申请/>开号US2005/0044885 Al/}开了用于二氧化碳制 冷剂蒸汽压缩系统的跨临界循环，它包括压缩机、气体冷却器、膨胀箱节约 器、蒸发器、膨胀箱节约器上游的第一膨胀阀和膨胀箱节约器下游的第二膨 胀阀。自气体冷却器至蒸发器的制冷剂在进入膨胀箱节约器之前由第一膨胀 阀膨胀至较低压力，制冷剂在该膨胀箱节约器中被分离成液体成分和蒸汽成 分。液体制冷剂自膨胀箱节约器通过第二膨胀阀并在横穿蒸发器之前在第二 膨胀阀中进一步地膨胀。蒸汽制冷剂在某中间压力下返回至压缩机。美国专利第6,880, 357号公开了制冷剂循环设备，它使用二氧化 碳作为制冷剂，该制冷剂循环设备装配膨胀器和设置于制冷剂回路中户外换 热器和室内热交换之间的可选的次膨胀器。高压制冷剂取自制冷剂回路并被 注入膨胀器的中间压力阶段。在膨胀器和次膨胀器的膨胀过程期间恢复的能 量可以用于驱动压缩机或者发电机。
发明内容
本发明的总体目的是提供一种制冷剂蒸汽压缩系统，其包括膨胀
器和含有在压缩过程中的中间压力阶段下注入蒸汽和/或液体制冷剂的节约 器循环。本发明目的的一个方面是提供一种制冷剂蒸汽压缩系统，其装配 有膨胀器和节约器循环并提供蒸汽制冷剂和液体制冷剂在压缩过程中的中间 压力阶段下通过普通管线注入。本发明的制冷剂蒸汽压缩系统包括设置于制冷剂回路中对自抽气 压力到排气压力的蒸汽进行压缩的压縮装置、设置于制冷剂回路中压缩装置 的制冷剂流下游的排热换热器、设置于制冷剂回路中排热换热器的制冷剂流 下游且压缩装置的制冷剂流上游的受热换热器(Heat Accepting Heat Exchanger )、设置于制冷剂回路中排热换热器的制冷剂流下游且受热换热器 的制冷剂流上游的节约器换热器、以及设置于制冷剂回路中节约器换热器的 制冷剂流下游且受热换热器的制冷剂流上游的膨胀装置。节约器换热器具有 在热传递关系上操作性地连接的第 一通道和的第二通道。蒸发器旁通管线是提供用于使制冷剂的一部分于膨胀过程期间在 中间压力下横穿节约器换热器的第 一通路离开膨胀装置之后从主制冷剂回路 通过，并且由此通过节约器换热器的第二通道并进入所述压缩装置的中间压 力端口 。节约器旁通管线是提供用于使制冷剂的一部分在一黄穿排热换热器并
约器换热器的第二通道上游位置的蒸发器旁通管线。设置于节约器旁通管线 的膨胀阀用于使制冷剂膨胀通过该膨胀阀至较低压力以提供所期望的液体注 入。节约器蒸汽注入和液体注入能够根据需要进行。该发明将最有利于跨临 界循环，其中最为宣称的是将膨胀器用作膨胀装置的益处。在本发明的一个实施方案中，膨胀器装置包括主膨胀器和次膨胀 器。主膨胀器操作性地连接于制冷剂回路中蒸发器的制冷剂流上游以使已斗黄 穿节约器换热器的第 一通道并循环通过主制冷剂回路的制冷剂流的主要部分膨胀。次膨胀器操作性地连接于蒸发器旁通管线中节约器换热器的第二通道 的制冷剂流上游以使已横穿节约器换热器的第 一通道并循环贯穿节约器回路 的制冷剂流的次要部分膨胀。在此实施方案中，节约器环路制冷剂也能流向 节约器换热器的上游。在本发明的另一个实施方案中，膨胀装置包括单一的膨胀器，该 单一的膨胀器具有用于使已横穿节约器换热器的笫一通道至排气压力和抽气 压力中间的压力的制冷剂蒸汽膨胀的膨胀第一阶段，以及用于使已横穿节约 器换热器的第 一通道至接近抽气压力的压力的制冷剂蒸汽膨胀的膨胀第二阶 段。在此实施方案中，蒸发器旁通管线与膨胀装置相通以在中间压力下接收 制冷剂流。压缩装置可以由具有排气口的第一压缩机组成，该排气口由制冷 剂管线在制冷剂流联系上连接于第二压缩机的抽气口 ，该第一压缩机带有在 笫一压缩机的排气口和第二压缩机的抽气口之间的位置通向制冷剂管线的蒸 发器旁通管线。压缩机装置可以是具有一个压缩室(或者多个压缩室)的单 一的压缩机，它带有在压缩过程的中间阶段接入该压缩室(或者多个压缩室) 的蒸发器旁通管线。
为了进一步理解本发明的这些及其他的目的和优势，将给出以下 的本发明细节描述并结合阅读附图作为参考，其中图1是说明本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第一实施例的示意
图；图2是说明本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第二实施例的示意
图；图3^:说明图1中描述的本发明的制冷剂蒸汽压缩系统实施例的 另一设置的示意图；以及
图4是^i明图2中描述的本发明的制冷剂蒸汽压缩系统实施例的 另一设置的示意图。
具体实施方案参考图1-2中所描述的制冷剂蒸汽压缩系统10的实施方案在此 将进一步地描述本发明，该制冷剂蒸汽压缩系统IO优选地运行于跨临界循环 并且充满二氧化碳或者其他相关的低临界点制冷剂。如同常规系统，制冷剂 蒸汽压缩系统10包括压缩机装置20、制冷剂排热换热器30 (也被称为气体 冷却器)、制冷剂吸热换热器(Refrigerant Heat Absorbing Heat Exchanger ) 40 (在此也被称为蒸发器)和多种连接前述的基本制冷剂回路70中元件的制 冷剂管线70A、 70B、 70C和70D。尽管本发明的制冷剂蒸汽压缩系统部分适于 运行于具有低临界点制冷剂(例如，二氧化碳)的跨临界循环，应当理解在 此描述的制冷剂蒸汽压縮系统在充满常规制冷剂时也可以运行于超临界循 环，该常规制冷剂具有相对高的临界点温度。压缩装置20用于压缩制冷剂并使其循环通过制冷剂回路，以下 将进一步地讨论细节。在图1所描述的实施方案中，压缩装置20是具有至少 第一压缩阶段和第二压缩阶段(例如，具有分阶段压缩孔道的螺旋式压缩机 或者螺杆式压縮机，或者具有至少第一和第二汽缸組的往复式压缩机)的单 一的制冷剂压缩机。在图2所描述的实施方案中，压缩装置M是一对压缩机 20A和2GB,例如， 一对螺;旋式压缩机、螺杆式压缩一几、往复式压缩机(或者 单一往复式压缩机的分离汽缸)或者串联的旋转式压缩机，其具有连接第一 压缩机20A的排气口的制冷剂管线22,该笫一压缩机20A组成第一压缩阶段， 它在制冷剂流上与第二压缩机20B的抽气口相通，该第二压缩机20B组成第 二压缩阶段。在运行于跨临界循环的制冷剂蒸汽压缩系统中，压缩机排气压力 足以高到当制冷剂蒸汽横穿排热换热器30时其不能冷凝。所以，关于运行于 跨临界循环的系统，排热换热器30是作为制冷剂气体冷却器发挥作用，而不是制冷剂蒸汽冷凝器。自图1中实施方案的单一压缩机20或者图2中实施方 案的笫二级压縮机20B排进制冷剂管线70A的超临界制冷剂蒸汽与辅助冷却 流体通过热交换并^支其冷却，外围的户外空气通常通过空气移动器(例如一 个或者更多的风扇32)通过制冷剂运送线圈34，该空气移动器与气体冷却器 30操作性地连接。在跨临界系统中，制冷剂流在高压、较低温度条件下自气 体冷却器30的线圈34进入制冷剂管线70B。离开气体冷却器30的制冷剂的大部分通过制冷剂管线70B至蒸 发器40。为此，制冷剂横穿膨胀装置80并膨胀至较低的(通常超临界)压力， 借此制冷剂作为较低温度、较低压力的液体制冷剂或者更普通的液体/蒸汽制 冷剂混合物进入蒸发器40。在本发明的制冷剂蒸汽压缩系统中，膨胀装置80 是膨胀器，而非例如膨胀阀、毛细管或者固定节流孔的限流器型膨胀装置。 蒸发器40组成制冷剂吸热换热器，液体制冷剂通过该制冷剂吸热换热器与要 被冷却的辅助流体进行热交换并被送至经调节的环境，借此加热制冷剂因而 蒸发液体成分并使得由此产生的蒸汽过热。在蒸发器40中与制冷剂进行热交 换的辅助流体可以是空气，该空气通过空气移动器(例如一个或更多的风扇 42 )通过蒸发器制冷剂线圈44以通过冷却空气和冷凝空气中的水气来调节空 气。可以将被调节的空气用于气候受控的环境，例如与空气控制系统相关联
存贮区域。本发明的制冷剂蒸汽压缩系统10进一步包括设置于制冷剂回路 70中气体冷却器30和蒸发器40之间的节约器换热器60。在图1和2所描述 的系统10的实施例中，节约器换热器60是制冷剂-制冷剂的换热器，其中制 冷剂的第一流通过节约器换热器60的第一通道62与通过节约器换热器60的 第二通道64的第二流进行热交换。制冷剂的第一流包括通过制冷剂管线70B 的高压制冷剂蒸汽的主要部分，与此同时制冷剂的第二流包括通过制冷剂管 线70B的制冷剂的次要的节约器环路部分。
如上所述，本发明的制冷剂蒸汽压缩系统10包括膨胀装置80，用于膨胀从其中通过的制冷剂的至少主要部分。将膨胀装置80设置于制冷剂回路70的制冷剂管线70C中相对于制冷剂流的节约器换热器60的下游且蒸发器40的上游。在图1所描述的制冷剂蒸汽压缩系统10的实施方案中，所有的已横穿节约器换热器60的换热器线圈62的制冷剂进入单一的膨胀器装置80。该制冷剂的第一部分组成制冷剂的主要部分，它完全横穿膨胀器80并因此膨胀至较低的超临界压力。该制冷剂的第一部分自膨胀器80退出进入制冷剂管线7GC并且此后如前所迷地通过蒸发器40。在本实施方案中，进入膨胀器装置80的组成制冷剂次要部分的制冷剂的第二节能部分，它没有完全横穿膨胀器80,而是在膨胀器SO中仅局部已一皮膨胀从而通过节约器换热器60的第二通道64与通过节约器换热器60的第一通道62的制冷剂的第一部分进行热交换之后经管线70E排出。在膨胀器80中已被局部膨胀至较低压力和较低温度，该较低压力是排气压力力和抽气压力的中间压力，通过节约器^:热器60的第二通道64的制冷剂的第二部分比通过节约器换热器60的第一通道62的较高温度、较高压力的制冷剂更冷。因此，流经第一通道62的制冷剂通过向流经第二通道64的制冷剂第二部分排^:热量来纟皮制冷，流经第二通道64的制冷剂第二部分通过吸收通过节约器换热器60的第一通道62的制冷剂冷却过程中的热量来纟皮加热。在图2所描述的本发明制冷剂蒸汽压缩系统的实施方案中，膨胀装置组成主膨胀器80和次膨胀器82。在本实施方案中，主膨胀器80可以仅有一个膨胀阶段，膨胀的第二阶段由次膨胀器82来执行。已横穿节约器换热器60的第一通道62的制冷剂部分再组成制冷剂的次要部分，它自制冷剂管线70C在主膨胀器80的制冷剂流上游且节约器换热器60下游的位置转至制冷剂管线70E。已横穿节约器换热器60的第一通道62的制冷剂的剩余主要部分继续经制冷剂管线70C至通过主膨胀器80,此后通过蒸发器40的换热器线圈44，并且随后通过制冷剂管线70D返回至压缩机20A的抽气口 。流经制冷
13剂管线70E的制冷剂^皮转向的次要部分通过设置于制冷剂管线70E的次膨胀器82并且在该处膨胀至在流经节约器换热器60的第二通道64之前的较低的中间压力、较低的中间温度状态。在次膨胀器82中已被膨胀至较低压力和较低温度，通过节约器换热器60的第二通道64的制冷剂的被转向的次要部分比流经节约器换热器60的第一通道62的较高温度、较高压力的制冷剂更冷。因此，流经节约器换热器60的第一通道62的制冷剂通过向流经节约器换热器60的第二通道64的制冷剂的次要部分排放热量来被制冷，该节约器换热器60的第二通道64的制冷剂的次要部分通过吸收流经节约器换热器60的第一通道62的制冷剂冷却过程中的热量而^皮加热。必须知道，在本实施方案中，制冷剂的次要，节约器部分也能被指定于节约器换热器60的上游。在本发明的任一个实施方案中，已横穿节约器换热器60的第二通道64的制冷剂第二部分流经制冷剂管线70E下游的一段在压缩阶段中的中间压力状态下返回至压缩装置20。如图1所描述，如果压缩装置是制冷剂压缩机20,例如螺旋式压缩机、螺杆式压缩机或者多通道往复式压缩，来自节约器换热器60的第二通道64的制冷剂通过至少一个开设于压缩机20内压缩的中间压力状态下的注入口进入压缩机。如图2所描述，如果压缩装置20是一对在制冷剂流关系上串联的压缩机20A和20B,已横穿节约器换热器60的第二通道64的制冷剂;^皮注入连于第一级压缩机20A的排气口的制冷剂管线22,该第一级压缩机20A与第二级压缩机20B在制冷剂流上相通。在图1和2的实施方案中，还均可以提供在需要时使节约器环路脱离运行的制冷剂回路的截流阀74。此外，在本发明的另一个方面，自气体冷却器30通过制冷剂管线70B至节约器^:热器60的第一通道62的制冷剂蒸汽的部分纟皮通过制冷剂管线70F转移至制冷剂管线70E下游的一段以对压缩过程额外提供冷却。通过制冷剂管线70F,制冷剂一皮转向流一黄穿设置于制冷剂管线70F的膨胀阀50并被膨胀至较低压力和较低温度以通常形成液体制冷剂或者液体/蒸汽制冷剂混合物。由此产生的较低压力和较低温度液体制冷剂或者液体/蒸汽制冷剂
混合物随后进入制冷剂管线70E下游的一段以返回至压缩装置20。当节约器环路运行时，截流阀74是打开的并且自制冷剂管线70F进入制冷剂70E (原稿疑似脱字，应加"管线")的制冷剂将在一皮返回至如前所述的压缩装置20之前与已横穿节约器换热器60的第二通道64的制冷剂蒸汽混合。通过膨胀阀50的制冷剂蒸汽被膨胀至低于压缩机排气压力的压力，但是该压力高于存在于制冷剂通过制冷剂管线70E返回至压缩装置20的中间压力阶段的平均制冷剂压力，膨胀阀50可以是静电膨胀阀(EXV)或者恒温膨胀阀(TXV)。类似地，被转至通过节约器换热器60的第二通道64的制冷剂的部分在低于压缩机排气压力的压力下流出膨胀器80，它或者通过膨胀器82膨胀至低于压缩机排气压力的压力下流出膨胀器80，但是该压力高于存在于制冷剂通过制冷剂管线70E返回至压缩装置20的中间压力阶段的平均
制冷剂压力。应当指出，可以将膨胀阀50设置于节约器换热器60的第二通道64的管线70E上游且截流阀74上游但是制冷剂循环中一点的下游，制冷剂流的次要节约部分已经在该点发生膨胀。例如，在图3所描述的制冷剂蒸汽压缩系统的实施例中，可以将膨胀阀50设置于制冷剂管线70G中，该制冷剂管线70G提供制冷剂流路，该制冷剂流路用于使流出主膨胀器80的局部膨胀的制冷剂的部分自截流阀74上游一点的制冷剂管线70E在节约器换热器60的第二通路64下游的一点再进入制冷剂管线70E。 ^L转自制冷剂管线70E的制冷剂这部分绕过节约器换热器60并且当其横穿膨胀阀50时进一步地膨胀以提供液体制冷剂或者液体/蒸汽制冷剂混合物从而注入如前所述的压缩装置的中间压力阶段。或者，如图4所描述的制冷剂蒸汽压縮系统的实施例，可以将膨胀阀50设置于制冷剂管线70G，该制冷剂管线70G提供制冷剂流路，该制冷剂流路用于使自主膨胀器80上游一点的制冷剂管线70C进入制冷剂管线70E的未膨胀制冷剂的部分自截流阀74和次膨胀器82 二者上游一点的制冷剂管线70E在节约器换热器60的第二通道64下游一点再进入制冷剂管线70E。被转自制冷剂管线70E的制冷剂这部分绕过次膨胀器82和节约器换热器60 二者，并且当它横穿膨胀阀50时进一步地膨胀以提供液体制冷剂或者液体/固体制冷剂混合物从而注入如前所述的第一和第二压缩级(the firstand second compression stages) 20A和20B之间的中间压力。液体制冷剂流量通过制冷剂管线70F并进入制冷剂管线70E下游的一段以与当截流阀74打开时自节约器换热器60的第二通道64通过制冷剂管线70E的制冷剂蒸汽相混合并作为液体/蒸汽制冷剂混合物被注入压缩装置20的中间阶段，可以通过与设置于制冷剂管线70F中的膨胀阀50操作性地连接的控制器90来进行控制。控制器90按常规方式进行程序设计以控制膨胀阀50的开放度，从而控制自制冷剂管线70B通过制冷剂管线70F的制冷剂的流速。也可以将控制器9Q程序设计成监控压缩机排气温度，该排气温度是自第二压缩阶段的排气口排进制冷剂管线70A的制冷剂蒸汽温度，并且控制膨胀阀50的操作以提供足够的液体制冷剂流进入制冷剂管线70E来确保压缩机排气温度不超过特定的上限。排气温度可被测量，例如，通过温度传感器92。控制器90也能与截流阀74操作性地连接以在要求额外系统容量来满足被调节空间内的热负载要求时选择性地打开该阀。被节约的制冷剂流也可以辅助控制压缩机排气温度，这样该排气温度就处于特定限制以下。在本发明的实施方案中，控制器90组成主系统控制器并且接收由设置适当的传感器来提供(未示出)的如同常规实际中与各种系统操作参数相关的操作数据，例如用于说明而非限制的目的，在压缩机排气处、在压缩机抽气口、在蒸发器出口和其他的期望位置的制冷剂温度和/或压力。也可以将控制器90程序设计成用来控制膨胀器80和次膨胀器82的操作以对被选出的系统运行参数^i出反应。例如，可将控制器90程序设计成控制膨胀器80的速度以调整通过制冷剂管线70C到蒸发器40的制冷剂流速，从而控制蒸发器的出口温度。还可将控制器90程序设计成控制次膨胀器82的速度以调整
16通过制冷剂管线70E返回至如前所述的压缩装置20中间阶段中的一个注入口
或多个注入口的制冷剂流速。或者，可将与控制器90操作性地连接并被其控制的流量控制阀(未示出)设置于制冷剂管线70C中主膨胀器80上游或者下游以控制通过主膨胀器80的制冷剂流速，并且将其设置于制冷剂管线70E中以控制通过节约器换热器60的第二通道64的制冷剂流速。使用特殊类型的膨胀器与本发明无关。膨胀器80和82可以是旋转叶式膨胀器、螺旋式膨胀器、螺杆式膨胀器或者其他的常规膨胀器。在制冷剂回路中使用膨胀器而非膨胀岡或者固定节流孔作为膨胀装置是有利的，因为由通过膨胀器的制冷剂膨胀所产生的能量可易于被恢复而不是被浪费掉。例如，如图1所示，发电机G可以操作性地连接膨胀器80,由此在膨胀器80中恢复的能量被转移到发电机G以产生电力，这可能被用于为压缩装置20、辅助流体移动装置至少部分提供能量或者为了其他的目的。如图2所示，例如，膨胀器80可被操作性地连接以辅助驱动第一级压缩机2OA和次膨胀器20B，因此在各膨胀过程中恢复的能量驱动或者辅助驱动各压缩机。而且，在膨胀器80和82中的膨胀过程比限流器型膨胀装置(膨胀阀、固定节流孔或者毛细管)更具有热力学效率，因为它遵循等方向性，而非等焓线(Isenthalpic)、膨胀线，通过膨胀器的制冷剂将在蒸发器入口具有更高的热力势，这导致系统效率和冷却能力的全面提升。尽管通过参考附图所阐明的优选方式已经对本发明进行详细地展示和描述，应当理解，本领域的技术人员在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以在细节上实现各种变化。
权利要求
1、一种制冷剂蒸汽压缩系统，其包括设置于制冷剂回路中用于使制冷剂蒸汽从抽气压力压缩至排气压力的压缩机装置、设置于所述制冷剂回路中的所述压缩装置的制冷剂流下游的排热换热器，以及设置于所述制冷剂回路中的所述排热换热器的制冷剂流下游并且所述压缩装置的制冷剂流上游的受热换热器，所述制冷剂蒸汽压缩系统的特征在于节约器换热器，其具有以热传递关系操作性地连接的第一通道和第二通道，所述第一通道设置于所述制冷剂回路中的所述排热换热器的制冷剂流下游并且所述受热换热器的制冷剂流上游；主膨胀器，其设置于所述制冷剂回路中的所述节约器换热器的所述第一通道的制冷剂流下游且所述受热换热器的制冷剂流上游；蒸发器旁通管线，其提供制冷剂流路用于使所述制冷剂的局部膨胀部分在横穿所述节约器换热器的所述第一通道之后通过所述节约器换热器的所述第二通道从所述制冷剂回路经过并进入所述压缩装置的中间压力阶段；节约器旁通管线，其用于使所述制冷剂的一部分从所述制冷剂回路经过并在所述节约器换热器的所述第二通道的制冷剂流下游位置进入所述蒸发器旁通管线；以及限流器型膨胀装置，其设置于所述节约器旁通管线中用于使通过该节约器旁通管线的所述制冷剂膨胀至较低压力以提供制冷剂流的液体成分。
2、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述制冷 剂回路至少部分地以跨临界循环方式运行。
3、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述制冷 剂回3各至少部分》也以超临界循环方式运4亍。
4、 根据权利要求l所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述限流 器型膨胀装置选自固定节流孔、毛细管、恒温膨胀阀或者电子膨胀阀。
5、 根据权利要求l所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，循环通过 所述制冷剂蒸汽压缩系统的所述制冷剂回路的所述制冷剂是二氧化碳。
6、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述节约器旁通管线从所述制冷剂回路中位于所述节约器换热器的所述第 一通道的制 冷剂流上游并且位于所述排热换热器的制冷剂流下游的 一个点以制冷剂流连 通的方式延伸到所述蒸发器旁通管线中位于所述节约器换热器的所述第二通 道下游的一个点。
7、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述节约 器旁通管线从所述制冷剂回路中位于所述节约器换热器的所述第一通道的制 冷剂流下游并且位于所述主膨胀器的制冷剂流上游的 一个点以制冷剂流连通 的方式延伸到所述蒸发器旁通管线中位于所述节约器换热器的所述第二通道 下游的一个点。
8、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述蒸发 器旁通管线从所述主膨胀器的中间膨胀阶段以制冷剂流连通的方式延伸通过 所述节约器换热器的所述第二通道并进入所述所述压缩装置的中间压力阶 段。
9、 根据权利要求8所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述节约器旁通管线从所述制冷剂回路中位于所述节约器换热器的所述第二通道的制 冷剂流上游并且位于所述次膨胀器的制冷剂流下游的一个点以制冷剂流连通 的方式延伸至所述蒸发器旁通管线中位于所述节约器换热器的所述第二通道 下游的一个点。
10、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述蒸发器旁通管线从位于所述主膨胀器的制冷剂流上游并且位于所述 节约器换热器的所述第 一通道的制冷剂流下游的一个点以制冷剂流连通的方 式延伸通过所述节约器换热器的所述第二通路并进入所述压缩装置的中间压 力阶段；以及次膨胀器，其设置于所述蒸发器旁通管线中所述节约器换热器的所述第 二通道的制冷剂流上游。
11、 根据权利要求IO所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述节 约器旁通管线从所述制冷剂回路中位于所述节约器换热器的所述第 一通道的 制冷剂流下游并且位于所述主膨胀器和所述次膨胀器二者的所述制冷剂流上 游的一个点以制冷剂流连通的方式延伸至所述蒸发器旁通管线中位于所述节 约器换热器的所述第二通道下游的 一个点。
12、 根据权利要求IO所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述主 膨胀器操作性地连接在所述制冷剂回路中所迷蒸发器的制冷剂流上游，以使 已^f黄穿所述节约器换热器的所述第一通道的所述制冷剂流的主要部分膨胀， 并且所述次膨胀器操作性地连接在所述蒸发器旁通管线中所述节约器换热器 的所述第二通道的所述制冷剂流上游，以使已^f黄穿所述节约器换热器的所述 第 一通道的所述制冷剂流的次要部分膨胀。
13、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述所述主膨胀器包括单一膨胀器，该单一膨胀器具有第一膨胀过程和第二膨胀过 程，所述第一膨胀过程用于使已横穿所述节约器换热器的所述第一通道的所 述制冷剂流膨胀至所述排气压力和所述抽气压力中间的压力，所述第二膨胀 过程用于使已横穿所述节约器换热器的所述第 一通道的所述制冷剂流膨胀至 接近所述抽气压力的压力，所述蒸发器旁通管线与所述膨胀器装置相通以在 所述中间压力接收制冷剂流。
14、 根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述压 缩装置包括笫一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机具有连接在制冷剂流 的排气口 ，该排气口通过制冷剂管线在制冷剂流联系上连接于所述笫二压缩 机的抽气口 ，所述蒸发器旁通管线在所述第一压缩机的所述排气口和所述第 二压缩机的所述抽气口之间的位置与所述制冷剂管线相通。
15、根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述压缩装置包括具有压缩室的单一压缩机，所述蒸发器旁通管线在中间压力阶段 与所述压缩室相通。
16、根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述蒸发器旁通管线中设置有制冷剂流控制装置。
17 、 一种控制制冷剂蒸汽系统中来自压缩装置的制冷剂排气温度的方法， 所述制冷剂蒸汽压缩系统包括设置于制冷剂回路中用于使制冷剂蒸汽自抽气 压力压缩至排气压力的压缩装置、设置于所述制冷剂回路中的所述压缩装置 的制冷剂流下游的排热换热器、设置于所述制冷剂回路中的所述排热换热器 的制冷剂流下游并且所述压缩装置的制冷剂流上游的受热换热器、以及具有 以热交换关系设置的第 一通道和第二通道的节约器换热器，所述第 一通道设 置于所述制冷剂回路中的所述受热换热器的制冷剂流上游并且在所述排热换 热器的制冷剂流下游，所述方法包括步骤使已横穿所述节约器换热器的所述第 一通道的所述制冷剂的主要部分通 过膨胀器以完全膨胀至第一压力，该第一压力约等于所述抽气压力；至第二压力，该第二压力高于所述第一压力且高于所述抽气压力和所述排气 压力的中间压力；使局部膨胀的制冷剂的所述次要部分选择性地通过所述节约器换热器的 所述第二通道并由此进入所述压缩装置的中间压力阶段。
18、 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括控制 通过所述节能换热器的所述第二流路并由此进入所述压缩装置的中间压力阶 段的局部膨胀的制冷剂流的所述次要部分中制冷剂量的步骤。
19、 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括使制 冷剂液体选择性地自所述制冷剂回路注入所述压缩装置的中间压力阶段的步 骤。
全文摘要
一种制冷剂蒸汽压缩系统包括压缩装置、排热换热器、节约器换热器、膨胀器和设置于制冷剂回路中的蒸发器。蒸发器旁通管线提供使所述制冷剂流的一部分在横穿所述节约器换热器第一通道后从所述主制冷剂回路通过所述膨胀器以使其局部膨胀至中间压力，并由此经过所述节约器换热器第二通道并且进入所述压缩装置的中间压力阶段。节约器旁通管线还提供使所述制冷剂的一部分在横穿所述排热换热器后从所述主制冷剂回路经过限流器型膨胀装置，并且由此进入所述蒸发器旁通管线作为液体制冷剂或液体和蒸汽制冷剂的混合物以注入所述压缩装置的中间压力阶段。当节约器回路工作时，节约器和注入流二者在进入中间压缩点前被混合在一起。本发明能增强系统性能和提升排气温度控制。
文档编号F25B41/00GK101568776SQ200680056753
公开日2009年10月28日 申请日期2006年10月27日 优先权日2006年10月27日
发明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申请人:开利公司