专利名称：具有制冷循环和兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及设有用于回收热能的兰金循环和用于执行冷却运转的制冷循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统。所述蒸汽压缩制冷剂循环系统适用于车用空调器。
背景技术：
在传统的设有兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统中，在能量回收由兰金循环执行的情况下，蒸汽压缩制冷剂循环的压缩机用作膨胀装置。
例如，在日本专利No.3356449所述的具有兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环中，单一热交换器被用于充当蒸发器，用来在制冷循环时从空气中吸收热量，从而使制冷剂蒸发，并也用于充当加热器，用来在兰金循环时通过使用高温热源加热制冷剂。在热交换器既被用作加热器又被用作蒸发器的情况下，这两个功能的各个温度区相互差异很大。因此，当热交换器被构造适于用作蒸发器时，则热交换器很难通过用作加热器而有效回收外部废热。
一般地，蒸汽压缩制冷剂循环系统的压缩机用于通过从外部给予机械能量而将气体(例如气体制冷剂)吸入操作室中，随后减小操作室的体积，以压缩将被排出的气体。另一方面，膨胀装置用于将所述高压气体引入操作室，并通过气体压力的作用使所述操作室膨胀，从而获得机械能量。因此，为了利用旋转式(例如涡卷式，scroll type)压缩机作为膨胀装置，需要使制冷剂的流动倒转。
但是，在JP-U 63-92021中所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统中，在操作压缩机装置以用作压缩机以展现制冷能力(refrigeration capacity)的情况下以及在操作压缩机装置以用作膨胀装置以执行能量回收的情况下，压缩机装置的压缩机部分中的制冷剂的流动处于相同的方向。因此，压缩机装置的压缩机部分中的制冷剂的流动在操作压缩机装置以用作压缩机的情况中与操作压缩机装置以用作膨胀装置的情况中方向并不相反。
而且，在日本专利No.2540738所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统中，执行能量回收时膨胀装置(压缩机)的制冷剂入口和制冷剂出口所在的侧面与蒸汽压缩制冷剂循环系统运转具有制冷能力时压缩机(膨胀装置)的制冷剂入口和制冷剂出口所在的侧面是相同的侧面。因此，在使用涡卷式压缩机的情况下，无法有效操作单一压缩机以用作膨胀装置。因此，在实际中无法进行或者兰金循环的正常运转或者蒸汽压缩制冷剂循环的正常运转。
另外，在日本专利No.2540738所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统中，需要液泵将制冷剂送至蒸汽发生器。但是，在所述液泵吸入制冷剂的情况下，在液泵吸入侧的压力减小，并且吸入的制冷剂被部分沸腾并蒸发。在这种情况下，液泵的泵效率降低，并且在液泵中很容易产生气穴现象。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种设有能够有效运转的兰金循环和制冷循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统。
本发明的另一个目的是提供一种具有能够防止液泵的泵效率降低的兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统。
根据本发明，蒸汽压缩制冷剂循环系统包括压缩机，用于吸入和压缩制冷剂；散热器，设置在所述压缩机的制冷剂排放侧，用于冷却所述制冷剂；气-液分离器，用于将来自所述散热器的制冷剂分离为气体制冷剂和液体制冷剂；减压装置，用于对从所述气-液分离器流出的液体制冷剂进行减压；蒸发器，用于在制冷剂在所述减压装置中被减压之后使制冷剂蒸发；加热器，用于加热所述制冷剂；液泵，用于将所述气-液分离器中的液体制冷剂供应至所述加热器；冷却装置，用于冷却将被吸入所述液泵中的液体制冷剂；能量回收单元，用于使从所述加热器流出的制冷剂膨胀以回收来自加热器的制冷剂中的热能；以及转换装置，用于在蒸发器具有制冷能力的制冷循环与能量回收单元回收热能的兰金循环之间转换。在所述蒸汽压缩制冷剂循环系统中，当制冷循环被设定时，制冷剂按照压缩机→散热器→气-液分离器→减压装置→蒸发器→压缩机的顺序循环流动。而且，当在蒸汽压缩制冷剂循环系统中兰金循环被设定时，制冷剂按照气-液分离器→液泵→加热器→能量回收单元→散热器→气-液分离器的顺序循环流动，并且在兰金循环中冷却装置冷却将被引入液泵中的液体制冷剂。因此，被吸入液泵中的液体制冷剂的过度冷却程度可以被有效降低，并且可以防止液泵吸入的液体制冷剂蒸发(沸腾)。这样，液泵的效率可以得到有效提高。
优选地，所述散热器通过制冷剂回路连接至压缩机的制冷剂排放侧，所述转换装置包括转换件，所述转换件设置在所述制冷剂回路中，以切断兰金循环中从压缩机的制冷剂排放侧至散热器的制冷剂流动，并且设置液泵以在兰金循环中向加热器提供液体制冷剂同时绕开所述转换件。因此，制冷循环和兰金循环都能够有效运转。
更为优选地，加热器是蒸汽发生器，其在兰金循环中产生过热蒸汽制冷剂，所述能量回收单元包括膨胀装置，所述膨胀装置在兰金循环中等熵地膨胀来自加热器的过热蒸汽制冷剂，并且设置所述散热器以在兰金循环中冷却并冷凝在所述能量回收单元的膨胀装置中膨胀的制冷剂。
而且，所述蒸汽压缩制冷剂循环系统包括内部热交换器，所述内部热交换器具有第一制冷剂通道，所述气-液分离器中的液体制冷剂通过所述第一制冷剂通道被引入所述液泵；和第二制冷剂通道，在所述减压装置中减压的制冷剂通过所述第二制冷剂通道流动。在这种情况下，在液泵在兰金循环中运转之前，所述转换装置运转以设定开始模式，其中制冷剂按照压缩机→加热器→散热器→气-液分离器→减压装置→内部热交换器→压缩机的顺序循环流动。因此，当兰金循环运转时，将被供应至液泵吸入侧的液体制冷剂的过度冷却程度将被有效降低。
例如，在执行开始模式预定时间后，液泵在兰金循环中运转。作为选择，所述开始模式一直执行，直到气-液分离器中的液体制冷剂的量变得等于或大于预定值，并且在气-液分离器中的液体制冷剂的量变为预定值之后液泵在兰金循环中运转。作为选择，所述开始模式一直执行，直到气-液分离器中的液体制冷剂的过度冷却程度变得等于或大于预定值，并且在气-液分离器中的液体制冷剂的过度冷却程度变为预定值之后，液泵在兰金循环中运转。
并且，在开始模式中，在减压装置中减压的制冷剂可以通过吸收气-液分离器与液泵之间的第一制冷剂通道的制冷剂中的热量而在内部热交换器的第二制冷剂通道中被蒸发，从而具有冷却能力。
另外，在所述蒸汽压缩制冷剂循环系统中，所述冷却装置可以是利用珀耳帖效应的电子制冷器，或者可以是通过利用外部空气冷却来自气-液分离器的液体制冷剂的过度冷却器。
更为优选地，提供另外的泵，用于将气-液分离器中的液体制冷剂供应至液泵的吸入侧。在这种情况下，液泵吸入侧处的液体制冷剂的压力增加，并且能够进一步防止液体制冷剂在液泵中沸腾。所述另外的泵可以与气-液分离器集成一体。在这种情况下，至少所述另外的泵的吸入侧设置在气-液分离器的液体制冷剂中。而且，所述液泵和另外的泵可以与气-液分离器集成一体。
在所述蒸汽压缩制冷剂循环系统中，所述压缩机和能量回收单元可以集成一体。作为选择，所述能量回收单元可以在制冷剂流程中与压缩机平行设置。并且，所述加热器通过利用安装在车辆上的设备(例如发动机)产生的废热加热制冷剂。
此外，根据本发明的另一方面，蒸汽压缩制冷剂循环系统包括压缩机，用于吸入和压缩制冷剂；散热器，设置在所述压缩机的制冷剂排放侧，用于冷却所述制冷剂；减压装置，用于对从所述散热器流出的制冷剂进行减压；蒸发器，用于在制冷剂在所述减压装置中被减压之后使制冷剂蒸发；制冷剂切断单元，所述制冷剂切断单元设置在所述散热器与压缩机的制冷剂排放侧之间的所述制冷剂回路中，以切断从压缩机的制冷剂排放侧至散热器的制冷剂制冷剂流；加热器，用于加热所述制冷剂；制冷剂供应装置，用于将制冷剂供应至所述加热器，同时绕过制冷剂切断单元；以及能量回收单元，用于使从所述加热器流出的制冷剂膨胀以回收来自加热器的制冷剂中的热能。在所述蒸汽压缩制冷剂循环系统中，当蒸发器具有制冷能力的制冷循环被设定时，制冷剂按照压缩机→散热器→减压装置→蒸发器→压缩机的顺序循环流动。另一方面，当能量回收单元回收热能的兰金循环被设定时，制冷剂切断单元切断从压缩机的制冷剂排放侧至散热器的制冷剂流，并且制冷剂按照加热器→能量回收单元→散热器→加热器的顺序被制冷剂供应装置循环。因此，可以精确地运行兰金循环，并且可以可靠地执行制冷循环与兰金循环之间的转换操作。
即使在这种情况下，由能量回收单元回收的能量也可以被能量存储装置存储。例如，能量存储装置包括电容器。并且，能量存储装置可以存储在能量回收单元中回收的能量作为机械能。可选地是，能量回收单元利用回收的能量产生电能。
并且，压缩机可以由电动机驱动。可选地是，可以设置压缩机由多种驱动源驱动，或除电动机以外的驱动源驱动。
此外，加热器可以利用热机产生的废热(诸如从热机排放的废气的热量)加热制冷剂，或利用安装在车辆上的设备产生的废热加入制冷剂。并且，加热器可以利用多个热源加热制冷剂。
下面通过参附图详细描述优选实施例，本发明的上述方面和其它目的、特征和优点将变得更加明显。其中图1是根据本发明第一实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图2是根据本发明第一实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统在空调运转中的示意图；图3是根据本发明第一实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统在废热回收运转中的示意图；图4是根据本发明第二实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图5是根据本发明第三实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图6是根据本发明第四实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图7A是根据本发明第四实施例的膨胀和压缩装置在用作压缩机时的示意图，图7B是膨胀和压缩装置在用作膨胀装置时的示意图；图8是根据本发明第五实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图9是根据本发明第六实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图10是根据本发明第七实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图11是根据本发明第八实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图12是根据本发明第九实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图13是根据本发明第九实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统在空调运转中的示意图；图14是根据本发明第九实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统在废热回收运转的开始模式中的示意图；图15是根据本发明第九实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统在废热回收运转的稳定运转模式中的示意图；图16是根据本发明第十实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图17是根据本发明第十一实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图18是根据本发明第十二实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图19是根据本发明第十三实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图20是根据本发明第十四实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图21是根据本发明第十五实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；图22是根据本发明第十六实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图；
具体实施例方式
(第一实施例)在第一实施例中，兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统是设有兰金循环和制冷循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统。而且，本发明的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统一般用于车辆。图1是根据本实施例的兰金蒸汽压缩制冷剂循环系统的示意图。
根据本实施例，设有兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统用于从发动机20产生的废热中回收能量，其中发动机20用作热机以产生运转的原动力，所述循环系统还用来利用来自蒸汽压缩制冷剂循环的冷和热，用于空调的目的。下面将说明设有兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统。
压缩机10用于通过利用来自电动机的原动力作用吸入并压缩制冷剂。散热器11是连接至压缩机10排出侧的冷却器，用于冷却制冷剂并辐射热量。风扇16送风至用于辐射热量的散热器11，并在发动机室内与散热器11一起设置。
气-液分离器12是接收器，用于将从散热器11流出的制冷剂分离为气相制冷剂和液相制冷剂。减压装置13用于使在气-液分离器12中分离的液相制冷剂减压并膨胀。在本实施例中，减压装置13是热动式膨胀阀，能够控制节流阀的打开，使液相制冷剂经受等熵减压，同时压缩机10吸入的制冷剂的过热程度将被设定为预定值。
蒸发器14是吸热器，用于在减压装置13中进行减压之后蒸发所述液相制冷剂，从而获得吸热效应。压缩机10、散热器11、气-液分离器12、减压装置13、蒸发器14等构成蒸汽压缩制冷剂循环，用于将低温侧上的热量传输至高温侧。风扇17用于将外部空气(即本实施例中乘客室外部的空气)或内部空气(即本实施例中乘客室内部的空气)吹动至蒸发器14以用于乘客室的空调，并且设置在空调单元内部。
加热器30是设置在使压缩机10和散热器11互连的制冷剂回路中的热交换器，用于在制冷剂回路中流动的制冷剂与发动机冷却水之间进行热交换，从而加热所述制冷剂。三通阀21能够在两种情况之间变换，一种情况是从发动机20流出的发动机冷却水循环至加热器30，另一种情况是从发动机20流出的发动机冷却水不循环至加热器30。
第一旁路回路31是制冷剂路径，用于在散热器11侧朝着加热器30的制冷剂入口/出口侧引导在气-液分离器12中分离的液相制冷剂。第一旁路回路31设有液泵32和单向阀31a，液泵32用于使液相制冷剂循环，单向阀31a用于使制冷剂只从气-液分离器12朝向加热器30流动。在本实施例中，液泵32、第一旁路回路31和单向阀31a等组成制冷剂供应装置，用于向加热器30供应制冷剂。而且，在本实施例中，液泵32例如可以是电动机驱动泵。
与压缩机10平行设置的制冷剂回路设有能量回收单元33，用于使从加热器30流出的过热蒸汽制冷剂膨胀，从而回收给予加热器30的热能。而且，在本实施例中，能量回收单元33由膨胀装置33a和由膨胀装置33a释放的机械能量驱动的发电机33b构成。
而且，第二旁路回路34是制冷剂路径，用于连接膨胀装置33a的制冷剂出口侧和散热器11的制冷剂入口侧。第二旁路回路34设有单向阀34d，用于使制冷剂只从膨胀装置33a的制冷剂出口侧朝向散热器11的制冷剂入口侧流动。
而且，设置了单向阀14a，用于使制冷剂只从蒸发器14的制冷剂出口侧朝向压缩机10的吸入侧流动。而且，开关阀34a至34c是电磁阀，用于打开和关闭制冷剂路径。开关阀34a至34c、三通阀21等由电子控制器(ECU)控制。开关阀34c用于在下面将要说明的废热回收运转时阻止制冷剂从压缩机10的制冷剂排出侧向散热器11流动。因此，开关阀34c对应于根据本发明的废热回收运转中的制冷剂阻塞装置。
另外，水泵22用于使发动机冷却水在水回路中循环流动，散热器23是热交换器，用于通过发动机冷却水与外部空气之间的热交换冷却发动机冷却水。旁路回路24是迂回回路，发动机冷却水通过该迂回回路流动并绕过散热器23。恒温器25是流速调节阀，用于调节发动机冷却水流入旁路回路24的流速和发动机冷却水流入散热器23的流速。
水泵22是由来自发动机20的原动力驱动的机械泵。但是，不必说，也可以使用由电动机运转的电动机驱动泵。
下面将说明根据本发明实施例的蒸汽压缩制冷剂循环系统的运转和效果。
1.空调运转(参看图2)在空调运转的运转模式中，制冷剂由散热器11冷却同时蒸发器14运转以具有制冷能力。在本实施例中，蒸汽压缩制冷剂循环系统利用来自蒸汽压缩制冷剂循环的冷气(即利用热吸收)只进行冷却运转和除湿运转。但是，蒸汽压缩制冷剂循环系统不利用来自散热器11的热量进行加热运转。即使在加热运转时，蒸汽压缩制冷剂循环系统的运转也与冷却运转和除湿运转时的运转相同。
更具体地，在空调运转中，液泵32被设定在停止状态，并且压缩机10运转，同时打开开关阀34a、34c并关闭开关阀34b。同时，三通阀21如图2所示运转，从而发动机冷却水循环流动并同时绕过加热器30。
结果，制冷剂按照压缩机10→加热器30→散热器11→气-液分离器12→减压装置13→蒸发器14→压缩机10的顺序循环流动。由于发动机冷却水未循环至加热器30，因此制冷剂未在加热器30中受到加热，由此加热器30仅用作制冷剂路径。
因此，在减压装置13中进行减压之后，低压制冷剂通过从吹入乘客室的空气中吸收热量而蒸发，并且在蒸发器14中进行蒸发后产生的气相制冷剂在压缩机10中受到压缩，从而达到高温，并通过散热器11用外部空气冷却，从而被冷凝。
在本实施例中，氟里昂(HFC134a)作为制冷剂使用。但是，所述制冷剂不限于HFC134a，还可以使用任何一种能够在高压侧液化的制冷剂。即，含有至少一种从例如HFC134a、HFC152a、丁烷、丙烷和氨组成的群组中选择的物质作为主要组成部分的制冷剂都可以使用。
2.废热回收运转(参看图3)废热回收运转是这样一种运转模式其中发动机20的废热通过停止空调器(即压缩机10)的运转而被回收作为可再用能量。
更具体地，开关阀34a、34c被设定在关闭状态，并且液泵32运转，压缩机10停止，同时打开开关阀34b。同时，三通阀21如图3所示运转，从而流出发动机20的发动机冷却水流过加热器30。
结果，制冷剂按照气-液分离器12→第一旁路回路31→加热器30→能量回收单元33(膨胀装置33a)→第二旁路回路34→散热器11→气-液分离器12的顺序循环流动。
因此，在加热器30中被加热的过热蒸汽制冷剂流入膨胀装置33a，并且被引入膨胀装置33a的过热蒸汽制冷剂减小其焓，同时在膨胀装置33a中进行等熵膨胀。因此膨胀装置33a为发电机33b提供与焓减小部分相对应的机械能量，由发电机33b产生的能量存储在电池、电容器等蓄电器中。
而且，流出膨胀装置33a的制冷剂在散热器11中得到冷却并冷凝，从而被存储在气-液分离器12中。气-液分离器12内的液相制冷剂由液泵32送出至加热器30。在这种连接中，液泵32以某一压力将液相制冷剂抽取并送出至加热器30中，从而不允许在加热器30中加热后产生的过热蒸汽制冷剂朝向气-液分离器12逆流。
如上所述，在本实施例中，由散热器23以热的形式抛弃至大气中的热能被转换为容易再用的能量，例如电能等，从而能够提高车辆的燃料燃烧效率，即降低发动机20的耗油率。
并且，在本实施例中，因为能量产生通过利用废热进行，因此降低了通过直接利用发动机20驱动发电机(例如交流发电机)的需要。因此，发动机20的耗油率可以得到进一步降低。
一般地，蒸发器14冷却空气以用于空调，加热器30利用高温热源加热制冷剂。因此，蒸发器14和加热器30的各个功能相互不同，并且各自所使用的温度区彼此相差很大。因此，如本发明所述，当蒸发器14和加热器30彼此独立安装时，两者都能够适合各自的用途，同时可以进行制冷循环和兰金循环之间的转换。
而且，在本实施例中，加热器30安装在制冷剂回路的这样一个部分中即所述部分距离散热器11比压缩机10的制冷剂排出侧与膨胀装置33a的制冷剂入口侧之间的接点A(参看图1)近。但是，加热器30可以安装在制冷剂回路中，用于连接膨胀装置33a的制冷剂入口侧与接点A。
(第二实施例)下面将参照图4说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，如图4所示，提供了过度冷却器15，用于进一步冷却在气-液分离器12中分离的液相制冷剂，从而增强所述制冷剂的过度冷却程度。
在第二实施例中，第一旁路回路31连接至过度冷却器15的制冷剂出口侧，液体制冷剂通过第一旁路回路31提供至液泵32。过度冷却器15进一步冷却来自气-液分离器12的液相制冷剂。因此，可以防止将被吸入液泵32中的液相制冷剂被蒸发，从而防止由于液泵32发生气穴现象而造成损害，并防止泵效率的相关恶化。但是，如第一实施例的情况，气-液分离器12侧的第一旁路回路31可以连接至气-液分离器12的液体出口部分。作为选择，减压装置13可以连接至气-液分离器12的液体出口部分，同时气-液分离器12侧的第一旁路回路31连接至过度冷却器15的出口。
在第二实施例中，其他部分与上述第一实施例相似。
(第三实施例)下面将参照图5说明本发明的第三实施例。在第三实施例中，如图5所示，通过利用活页阀35取代开关阀34a至34c来转换制冷剂路径。更具体地，活页阀35打开两个制冷剂路径中的一个并关闭另外一个。
而且，图5显示了本实施例用于第一实施例的情况，但是本实施例也可以用于第二实施例。在第三实施例中，其他部分与上述第一或第二实施例相似。
(第四实施例)下面将参照图6至图7B说明本发明第四实施例。在第四实施例中，如图6所示，膨胀和压缩装置100用来取代压缩机10和能量回收单元33。在膨胀和压缩装置100中，压缩机10和能量回收单元33(膨胀装置33a)结合。
1.空调运转在空调运转中，液泵12设置在停止状态，膨胀和压缩装置100运转，同时打开开关阀34c。同时，三通阀21运转，从而发动机冷却水循环流动并同时绕过加热器30。
在本实施例中，当膨胀和压缩装置100运转以作为压缩机时，发电机33b运转以作为电动机。
结果，制冷剂按照膨胀和压缩装置100→加热器30→散热器11→气-液分离器12→减压装置13→蒸发器14→膨胀和压缩装置100的顺序循环流动。由于发动机冷却水未流动至加热器30，制冷剂未在加热器30中受到加热，因此加热器30仅用作制冷剂路径。
因此，在减压装置13中进行减压之后，低压制冷剂通过从吹入房间(例如乘客室)的空气中吸收热量而蒸发，并且在进行蒸发后产生的气相制冷剂在膨胀和压缩装置100中受到压缩，从而达到高温，并通过散热器11由室外空气冷却，从而被冷凝。
2.废热回收运转当设定为废热回收运转时，开关阀34c被设定在关闭状态，液泵32运转，并且三通阀21运转，从而流出发动机20的发动机冷却水流过加热器30。
结果，制冷剂按照气-液分离器12→第一旁路回路31→加热器30→膨胀和压缩装置100→第二旁路回路34→散热器11→气-液分离器12的顺序循环流动。
因此，在加热器30中被加热的过热蒸汽制冷剂流入膨胀和压缩装置100，并且被引入膨胀和压缩装置100中的过热蒸汽制冷剂减小其焓，同时在膨胀和压缩装置100进行等熵膨胀。因此膨胀和压缩装置100为发电机33b提供与焓减小部分相对应的机械能量，并且由发电机33b产生的能量存储在电池、电容器等蓄电器中。
而且，图7A说明了膨胀和压缩装置100用作压缩机时的情况，图7B说明了膨胀和压缩装置100用作膨胀装置时的情况。在本实施例中，膨胀和压缩装置100由叶片型流体机(vane type fluid machine)构成。
而且，当膨胀和压缩装置100用作压缩机时，控制阀36用作排出阀，例如单向阀。另一方面，当膨胀和压缩装置100用作膨胀装置时，控制阀36用作打开的阀。
图6说明了本实施例的膨胀和压缩装置100用于第一实施例的情况。但是，本实施例可以用于具有过度冷却器15的第二实施例。
(第五实施例)下面将参照图8说明本发明第五实施例。在第五实施例中，如图8所示，使用混合式膨胀和压缩装置100。在混合式膨胀和压缩装置100中，当发动机20运转时，制冷剂利用来自电动机之外的驱动源(即发动机20)的原动力作用被吸入和压缩。另一方面，当发动机20不运转时，制冷剂利用来自电动机的原动力作用被吸入和压缩。
在本实施例中，当膨胀和压缩装置100用作压缩机时，发电机33b用作电动机。
图8说明了本发明第五本实施例用于第一实施例的情况。但是，本发明第五实施例可以用于具有过度冷却器15的第二实施例。
(第六实施例)下面将参照图9说明本发明第六实施例。在第六实施例中，如图9所示，第二气-液分离器37和液泵32设置在第三旁路回路38中。第二气-液分离器37用于在废热回收运转中将散热器11流出的制冷剂分为气相制冷剂和液相制冷剂。第三旁路回路38中设置的液泵32用于将从第二气-液分离器37的出口流出的制冷剂引导至加热器30，同时绕过开关阀34c。而且，第二旁路回路34在气-液分离器12(下文称作第一气-液分离器12)与散热器11之间的位置处连接至散热器11。
随后，在空调运转中，液泵32被设定在停止状态，并且压缩机10运转，同时打开开关阀34a、34c并关闭开关阀34b。同时，三通阀21运转，从而发动机冷却水循环流动并同时绕过加热器30。
结果，制冷剂按照压缩机10→加热器30→散热器11→第一气-液分离器12→减压装置13→蒸发器14→压缩机10的顺序循环流动。由于发动机冷却水未流动至加热器30，因此制冷剂未在加热器30中受到加热，由此加热器30仅用作制冷剂路径。
因此，在减压装置13中进行减压之后，低压制冷剂通过从吹入房间(例如乘客室)的空气中吸收热量而蒸发，并且进行蒸发后产生的气相制冷剂在压缩机10中受到压缩，从而达到高温，并通过散热器11由室外空气冷却，从而被冷凝。
而且，在废热回收运转中，开关阀34a、34c被设定在关闭状态，并且液泵32运转，压缩机10停止，同时打开开关阀34b。并且，三通阀21运转，从而流出发动机20的发动机冷却水流过加热器30。
结果，制冷剂按照第二气-液分离器37→第三旁路回路38→加热器30→能量回收单元33(膨胀装置33a)→第二旁路回路34→散热器11→第二气-液分离器37的顺序循环流动。在废热回收运转中，制冷剂按照与空调运转中相反的方向在散热器11中流动。
因此，在加热器30中被加热的过热蒸汽制冷剂流入膨胀装置33a中，并且已流入膨胀装置33a中的过热蒸汽制冷剂减小其焓，同时在膨胀装置33a中进行等熵膨胀。因此膨胀装置33a为发电机33b提供与焓减小部分相对应的机械能量，并且由发电机33b产生的能量存储在电池、电容器等蓄电器中。
本实施例可以使用膨胀和压缩装置100实施，在膨胀和压缩装置100中压缩机10和能量回收单元33集成一体。
(第七实施例)下面将参照图10说明本发明的第七实施例。
在本发明的上述第一至第六实施例中，设置三通阀21，用于在回收发动机20中的废热的发动机冷却水供应至加热器30的状况与发动机冷却水不供应至加热器30的状况之间转换。但是，在第七实施例中，如图10所示，设置了制冷剂回路31b将气-液分离器12直接连接至膨胀和压缩装置100，不使用三通阀21。而且，液泵32和加热器30设置在制冷剂回路31b中。
因此，在本实施例中，在发动机20运转过程中，发动机冷却水总是流动至加热器30。在这种情况下，通过液泵32是否运转来控制废热是否从发动机冷却水中回收。
而且，当膨胀和压缩装置100用作压缩机时，控制阀36用作排出阀，换言之，用作单向阀。当膨胀和压缩装置100用作膨胀装置时，控制阀36用作打开的阀。
下面将说明根据第七实施例的蒸汽压缩制冷剂循环系统的特定运转。
1.空调运转在空调运转中，液泵12设置在停止状态，开关阀34c打开。同时，膨胀和压缩装置100通过将发电机33b作为电动机而运转。
结果，制冷剂按照膨胀和压缩装置100→散热器11→气-液分离器12→减压装置1 3→蒸发器14→膨胀和压缩装置100的顺序循环流动。
因此，在减压装置13进行减压之后，低压制冷剂通过从吹入房间的空气中吸收热量而蒸发。并且在蒸发后产生的气相制冷剂在膨胀和压缩装置100中受到压缩，从而达到高温，并通过散热器11由室外空气冷却，从而被冷凝。
2.废热回收运转当设定为废热回收运转时，开关阀34c被设定在关闭状态，液泵32运转。
结果，制冷剂按照气-液分离器12→制冷剂回路31b→加热器30→膨胀和压缩装置100→第二旁路回路34→散热器11→气-液分离器12的顺序循环流动。
因此，在加热器30中被加热的过热蒸汽制冷剂流入膨胀和压缩装置100。因此，已被引入膨胀和压缩装置100中的过热蒸汽制冷剂减小其焓，同时在膨胀和压缩装置100中进行等熵膨胀。
因此膨胀和压缩装置100为发电机33b提供与焓减小部分相对应的机械能量，由发电机33b产生的能量存储在电池、电容器等蓄电器中。
如上所述，在第七实施例中，由于可以不使用三通阀21，因此用于发动机冷却水的回路可以得到简化，并且蒸汽压缩制冷剂循环系统的制造成本可以减小。
图10说明了本实施例用于第四实施例的蒸汽压缩制冷剂循环系统的情况。但是，本实施例并不局限于上述情况，其能够用在第一至第三、第五和第六实施例中任何一个上。
(第八实施例)下面将参照图11说明本发明的第八实施例。在上述第一至第七实施例中，只有发动机冷却水被用作加热制冷剂的热源。但是，在本实施例中，从发动机20排出的废气和发动机冷却水一起作为加热制冷剂的热源。
在图11所示的第八实施例中，用于将气-液分离器12直接连接至膨胀和压缩装置100的制冷剂回路31b通过发动机20的排气管26，从而与排气管26的外壁接触。因此，由发动机冷却水加热的制冷剂被废气的热量进一步加热。在本发明的第八实施例中排气管26被用作辅助加热器。
因此，在本实施例中，因为制冷剂通过利用废气的热量被进一步加热，因此可以增加废热回收量，并提高制冷剂温度。因此，膨胀和压缩装置100的能量回收量和回收效率可以得到提高。
(第九实施例)
下面将参照图12至图15说明本发明的第九实施例。在第九实施例中，与上述实施例相似的部分用相同附图标记表示，并且省略其详细说明。
第一旁路回路31是制冷剂路径，用于在散热器11侧朝着加热器30的制冷剂入口/出口侧引导在气-液分离器12中分离的液相制冷剂。第一旁路回路31设有液泵32和单向阀31a，液泵32用于使液相制冷剂流动，单向阀31a用于使制冷剂只从气-液分离器12朝向加热器30流动。液泵32的设置使其吸入侧与气-液分离器12的下侧相对应。而且，在第九实施例中，液泵32是电动机驱动泵。
与压缩机10平行设置的制冷剂回路设有能量回收单元33，用于使从加热器30流出的过热蒸汽制冷剂膨胀，从而将给予加热器30的热能回收为机械(旋转)能量。
而且，在第九实施例中，能量回收单元33由膨胀装置33a和由膨胀装置33a传送的机械能量驱动的发电机33b构成，与上述第一实施例相同。并且，发电机33b产生的能量例如可以存储在电池33c中。
而且，第二旁路回路34是制冷剂路径，用于连接膨胀装置33a的制冷剂出口侧和散热器11的制冷剂入口侧。第二旁路回路34设有单向阀34d，用于使制冷剂只从膨胀装置33a的制冷剂出口侧朝向散热器11的制冷剂入口侧流动。
而且，设置了单向阀14a，用于使制冷剂只从蒸发器14的制冷剂出口侧朝向压缩机10的吸入侧流动，并且开关阀34a至34c是电磁阀，用于打开/关闭制冷剂路径。
并且，设置了制冷剂路径，用于连接散热器11的制冷剂出口侧和液泵32的吸入侧。在所述制冷剂回路中，在液泵32侧上的气-液分离器12的液相制冷剂出口之一与液泵32的吸入侧之间设置了内部热交换器136，用于在制冷剂回路中的制冷剂与减压装置13中执行减压之后的低压制冷剂之间进行热交换。即，内部热交换器136具有第一制冷剂通路和第二制冷剂通路，所述第一制冷剂通路与气-液分离器12的液相制冷剂出口和液泵32的吸入侧相通，来自减压装置13的所述低压制冷剂通过所述第二制冷剂通路流动。在内部热交换器136中加热的低压制冷剂返回蒸发器14的制冷剂出口侧。因此，气-液分离器12的液相制冷剂出口与液泵32的吸入侧之间的制冷剂回路中的制冷剂得到冷却。
另外，三通阀37能够在两种情况之间变换，一种情况是从减压装置13流出的低压制冷剂循环流动至蒸发器14，另一种情况是从减压装置13流出的低压制冷剂循环流动至内部热交换器136。开关阀34a至34c、三通阀21、37等由电子控制器控制。
水泵22用于使发动机冷却水循环流动，散热器23是热交换器，用于通过发动机冷却水与外部空气之间的的热交换冷却发动机冷却水。
在图12中，水旁路回路和设置在水旁路回路中的流速调节阀被省略。发动机冷却水通过水旁路回路流动并绕过散热器23，设置流速调节阀用于调节流经所述旁路回路的发动机冷却水的流速和流经散热器23的发动机冷却水的流速。
水泵22是由来自发动机20的原动力驱动的机械泵。但是，不必说，也可以使用由电动机运转的电动机驱动泵来代替机械泵。
下面将说明根据本发明实施例的具有兰金循环和制冷循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统的运转和效果。
2.空调运转(参看图13)在空调运转的运转模式中，制冷剂由散热器11冷却同时使蒸发器14具有制冷能力。
在本实施例中，蒸汽压缩制冷剂循环系统利用来自蒸汽压缩制冷剂循环的冷气(即吸热作用)只进行冷却运转和除湿运转。蒸汽压缩制冷剂循环系统不利用来自散热器11的热量进行加热运转。但是，即使在加热运转时蒸汽压缩制冷剂循环系统的运转也分别与冷却运转和除湿运转时的运转相同。
更具体地，在空调运转中，液泵32被设定在停止状态，并且压缩机10运转，同时打开开关阀34a、34c并关闭开关阀34b。同时，三通阀21如图13所示运转，从而使发动机冷却水循环流动并同时绕过加热器30。
结果，制冷剂按照压缩机10→加热器30→散热器11→气-液分离器12→减压装置13→蒸发器14→压缩机10的顺序循环流动。由于发动机冷却水未流动至加热器30，制冷剂未在加热器30中受到加热，因此加热器30仅用作制冷剂路径。
因此，在减压装置13进行减压之后，低压制冷剂通过从吹入乘客室的空气中吸收热量而蒸发，并且在蒸发器14中进行蒸发后产生的气相制冷剂在压缩机10中受到压缩，从而达到高温，并通过散热器11由外部空气冷却，从而被冷凝。
在本实施例中，氟里昂(HFC134a)作为制冷剂使用。但是，所述制冷剂不限于HFC134a，还可以使用任何一种能够在制冷循环的高压侧液化的制冷剂。
2.废热回收运转废热回收运转是这样一种运转模式，其中发动机20的废热通过停止空调装置(即压缩机10)的运转而回收为可再用能量。所述废热回收运转包括用于进行能量回收的稳定运转模式和进行稳定运转模式之前的开始模式。
所述开始模式从废热回收开始信号由开关等发出时开始并执行预定时间，用于开始废热回收运转。随后，在开始模式执行预定时间后执行稳定运转模式。
首先将参照图14说明废热回收运转的开始模式。
在废热回收运转的开始模式过程中，液泵32被设置在停止状态，并且压缩机10运转，同时打开开关阀34a、34c并关闭开关阀34b。同时，三通阀37如图14所示转换。在这种情况下，在减压装置13中进行减压的低压制冷剂循环流动通过内部热交换器136。
与空调运转类似，在废热回收运转的开始模式过程中，发动机冷却水循环流动并同时绕过加热器30。
结果，在废热回收运转的开始模式过程中，制冷剂按照压缩机10→加热器30→散热器11→气-液分离器12→减压装置13→内部热交换器136→压缩机10的顺序循环流动。由于发动机冷却水未流动至加热器30，制冷剂未在加热器30中受到加热，因此加热器30仅用作制冷剂路径。
因此，在减压装置13中进行减压之后，低压制冷剂通过从制冷剂回路中的制冷剂(下文称作吸入制冷剂)吸收热量而蒸发，所述制冷剂回路用于连接气-液分离器12的液相制冷剂出口和液泵32的吸入侧。即，在减压装置13中进行减压之后，低压制冷剂通过从内部热交换器136的第一制冷剂通路中的制冷剂吸收热量而蒸发。因此，在气-液分离器12的液相制冷剂出口与液泵32的吸入侧之间的制冷剂回路中的制冷剂被冷却。另一方面，在内部热交换器136中进行蒸发后产生的气相制冷剂在压缩机10中受到压缩，从而达到高温，并通过散热器11由室外空气冷却，从而被冷凝。
下面将参照图15说明废热回收运转的稳定运转模式。在废热回收运转的稳定模式中，开关阀34a、34c被设定在关闭状态，并且液泵32运转，压缩机10停止，同时打开开关阀34b。同时，三通阀21如图15所示运转，从而使流出发动机20的发动机冷却水流过加热器30。
结果，制冷剂按照气-液分离器12→第一旁路回路31→加热器30→能量回收单元33(膨胀装置33a)→第二旁路回路34→散热器11→气-液分离器12的顺序循环流动。
因此，在加热器30中被加热的过热蒸汽制冷剂流入能量回收单元33的膨胀装置33a，并且已被引入膨胀装置33a中的过热蒸汽制冷剂减小其焓，同时进行等熵膨胀。因此膨胀装置33a为发电机33b提供与焓减小部分相对应的机械能量，由发电机33b产生的能量存储在电池、电容器等蓄电器中。
而且，流出膨胀装置33a的制冷剂在散热器11中得到冷却并冷凝，从而被存储在气-液分离器12中。气-液分离器12内的液相制冷剂由液泵32送出至加热器30。
一般地，液泵32以某一压力将液相制冷剂送出至加热器30，从而不允许在加热器30中加热后产生的过热蒸汽制冷剂朝向气-液分离器12逆流。
下面将说明本实施例的运转效果。
在本实施例中，液泵32的吸入制冷剂在兰金循环精确开始前由制冷剂循环冷却。因此，将吸入液泵32的制冷剂能够确定地转换为液相制冷剂，同时，将吸入液泵32的液制冷剂的过度冷却程度将增加。
因此，能够确定地防止在液泵32的吸入侧发生吸入制冷剂蒸发(沸腾)。这样，可以防止液泵32的泵效率发生恶化。这样，兰金循环可以高效运转。
而且，通过在实际开始兰金循环之前利用蒸汽压缩制冷剂循环冷却吸入制冷剂，在制冷剂回路中散布的制冷剂以收集在内部热交换器136中的方式进行冷凝。因此，可以防止制冷剂停留在废热回收运转中未使用的制冷剂回路中。结果，这将增加在废热回收运转中有效使用的制冷剂体积，从而使填充在蒸汽压缩制冷剂循环系统中的制冷剂的体积可以被控制到所需要的最小程度。
另外，由于液泵32设置得使其吸入侧与气-液分离器12的下侧对应，因此由于制冷剂自身重量而带来的压力作用在液泵32的吸入侧。这样，可以防止吸入侧上的制冷剂压力降至沸腾压力或者由吸入压力作用降低，从而防止液泵32的泵效率恶化。
(第十实施例)下面将参照图16说明本发明第十实施例。
在本发明的第十实施例中，液泵32、气-液分离器12和内部热交换器136相互集成，如图16所示。作为选择，在第十实施例中，液泵32和气-液分离器12设置得靠近内部热交换器136。因此，不但液泵32的吸入制冷剂可以在内部热交换器136中自然冷却，并且液泵32和气-液分离器12可以在废热回收运转的开始模式中得到冷却。
结果，可以有效冷却具有相对较大热容量的液泵32和气-液分离器12。因此，将被吸入液泵32的吸入制冷剂的过度冷却程度有效增加，并且可以防止液泵32的泵效率恶化，从而使兰金循环高效率运转。
在第十实施例中，其他部件与上述第九实施例相似。
(第十一实施例)下面将参照图17说明本发明第十一实施例。
如图17所示，本发明的第十一实施例设有过度冷却器38，用于利用外部空气进一步冷却来自气-液分离器12的液相制冷剂。过度冷却器38设置在气-液分离器12与内部热交换器136之间。
而且，在本实施例中，散热器11、气-液分离器12和过度冷却器38通过铜焊等相互集成一体。
结果，当进行废热回收运转的稳定运转模式时，液泵32的吸入制冷剂的过度冷却程度可以增加。因此，可以稳定地防止液泵32的泵效率恶化，从而使兰金循环高效运转。在第十一实施例中，其他部件与上述第九
(第十二实施例)下面将参照图18说明本发明第十二实施例。在上述第九至第十一实施例中，在执行废热回收运转的开始模式预定时间后，执行废热回收运转的稳定运转模式。但在本实施例中，如图18所示，气-液分离器12设有液面传感器12a，用于检测液相制冷剂的液面位置，并且废热回收运转的开始模式一直运转，直到气-液分离器12内的液面位置变得高于预定值。即，废热回收运转的开始模式一直运转，直到将被吸入液泵32的液相制冷剂的体积达到预定体积或更多。
结果，将被吸入液泵32的液相制冷剂确定地被获得。同时，废热回收运转的开始模式的运转时间周期不会超过所需时间。因此可以有效增加回收的废热量。
在图18中，本发明的第十二实施例用于根据第九实施例的兰金循环中。但是，采用第十二实施例的气-液分离器12的液面传感器12a的开始模式运转不限于在第九实施例中使用，还可以用于其他实施例。
(第十三实施例)下面将参照图19说明本发明第十三实施例。在上述第九至第十一实施例中，在执行废热回收运转的开始模式预定时间后，执行废热回收运转的稳定运转模式。但是在第十三实施例中，如图19所示，气-液分离器12设有第一温度传感器12b，用于检测液相制冷剂的温度。而且，在内部热交换器136的制冷剂出口侧上设置了第二温度传感器12c，用于检测液泵32的吸入制冷剂的温度，从而计算温度传感器12b、12c的各自检测温度之间的差。这样，可以确定将被吸入液泵32的液相制冷剂的过度冷却程度。在本实施例中，废热回收运转的开始模式一直运转，直到所述确定的过度冷却程度超过预定值。
结果，将被吸入液泵32的液相制冷剂确定地被获得，并且废热回收运转的开始模式的运转时间周期不会超过所需时间。因此可以有效增加回收的废热量。
在图19中，本发明的第十三实施例用于根据第九实施例的兰金循环中。但是，采用第十三实施例的传感器12b、12c的开始模式运转不限于在第九实施例中使用，还可以用于其他实施例。
(第十四实施例)下面将参照图20说明本发明第十四实施例。
在上述第九至第十三实施例中，液泵32的吸入制冷剂通过采用蒸汽压缩制冷剂循环而被冷却。但是在第十四实施例中，如图20所示，液泵32的吸入制冷剂通过电子制冷器39冷却，电子制冷器39利用珀耳帖效应。
结果，液泵32的吸入制冷剂通过尺寸比蒸汽压缩制冷剂循环小的电子制冷器39冷却。因此，能够改善兰金循环在车辆上的安装性能。
因此，在本实施例中，在废热回收运转的稳定运转模式之前的开始模式中，液泵32的吸入制冷剂通过与上述第九至第十三实施例相似的电子制冷器39冷却。但是，第十四实施例不局限于这种方案，液泵32的吸入制冷剂也可以在稳定运转模式中受到冷却。
而且，在液泵32的吸入制冷剂在紧随运转停止之后的重新开始等时间具有足够的过度冷却程度的情况下，电子制冷器39甚至可以在开始时停止。在第十四实施例中，电子制冷器39可以用于包括制冷循环和兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统。
(第十五实施例)下面将参照图21说明本发明第十五实施例。
在上述第九至第十四实施例中，通过冷却液泵32的吸入制冷剂而防止吸入制冷剂沸腾。但是在第十五实施例中，如图10所示，进给泵32a设置在液泵32的吸入侧。采用这种设置，可以防止液泵32吸入侧上的液泵32的压力降至沸腾压力或者更低，从而防止液泵32的泵效率恶化。
而且，进给泵32a容纳在气-液分离器12中，从而进给泵32a的吸入口的位置不高于气-液分离器12内的液面。此时，液泵32和进给泵32a通过将液泵32的吸入侧直接连接至进给泵32a的排出侧而相互集成一体。
而且，在本实施例中，液泵32和进给泵32a同时开动(运转)或停止。但是，在进给泵32a的吸入侧上(即气-液分离器12内)不存在液相制冷剂的情况下，在兰金循环(废热回收运转)开动的时候，运转模式变换至开始模式，从而通过运转蒸汽压缩制冷循环而在气-液分离器12中存储液相制冷剂。当不小于预定体积的液相制冷剂存储在气-液分离器12中时，蒸汽压缩制冷循环停止，液泵和进给泵32a运转。
在上述第十五实施例中，其他部件与上述第九实施例相似。
(第十六实施例)下面将参照图22说明本发明第十六实施例。
在上述第九至第十五实施例中，单一散热器11被用作蒸汽压缩制冷循环的冷凝器和兰金循环的冷凝器。但是在第十六实施例中，如图22所示，独立设置了用于蒸汽压缩制冷循环的散热器11a和用于兰金循环的散热器11b，从而使蒸汽压缩制冷循环与兰金循环独立进行。
结果，在本实施例中，设置了用于蒸汽压缩制冷循环的气-液分离器40和用于兰金循环的气-液分离器41，同时膨胀装置33a通过动力传输装置与压缩机10相连，动力传输装置用于间歇性地传输原动力，动力传输装置例如可以是电子离合器10a等。
在蒸汽压缩制冷循运转时进行兰金循环的情况下，从废热回收的能量通过接合电子离合器10a而被传送至压缩机10。另一方面，在蒸汽压缩制冷循运转同时兰金循环不运转的情况下，压缩机10由发动机20运转。
而且，在只利用由废热回收的能量运转压缩机10很困难的情况下，可以既利用膨胀装置33a也利用发动机20来运转压缩机10。
另外，在本实施例中，因为用于蒸汽压缩制冷循环的散热器11a与用于兰金循环的散热器11b独立运转，因此可以在开始模式中将具有高温(例如80至110摄氏度)的发动机冷却水引入至加热器30中，所述开始模式用于利用蒸汽压缩制冷循环冷却液泵32的吸入制冷剂。
因此，在本实施例中，加热器30作为蒸汽发生器，用于通过将具有高温(例如80至110摄氏度)的发动机冷却水引入至加热器30中产生过热蒸汽制冷剂。在这种情况下，加热器30中的制冷剂朝向气-液分离器41和内部热交换器136循环流动，从而液相制冷剂很容易存储在液泵32的吸入侧。
而且，进行开始模式的时间段与第九、第十二和第十三实施例中的任何一个相同。
在本实施例中，在空调情况下空气加热器42设置在蒸发器14下游，用于利用发动机冷却水作为热源加热被吹入室内的空气。而且，设置了空气混合门43，用于通过调节通过加热器42的热空气量和绕过加热器42的冷空气量而控制吹入室内的空气温度。而且，在图22中，水泵22a、开关阀22b和阀21设置在水回路中，用于使发动机冷却水循环流动。
虽然结合优选实施例并参照附图详细说明了本发明，然而应当指出，各种改变和修改对于本领域普通技术人员是显而易见的。
例如，在上述实施例中，能量回收单元33回收的能量存储在蓄电器中，但是，所述能量还可以用飞轮的动能或机械能量(例如弹簧的弹性能量)等形式存储。
而且，在第一至第三实施例中(分别为图1、图4和图5)，加热器30在散热器11与压缩机10之间串连设置。但是，由于制冷剂只有在废热回收运转(兰金循环)时被加热，即使加热器30在散热器11与膨胀装置33a之间串连设置(例如在制冷剂回路中比图1中的点A接近膨胀装置33a的点)，也能够运转兰金循环。
而且，作为在加热器30中加热制冷剂的热源，也可以使用安装在车辆上的各种设备产生的废热(例如涡轮的进气热量、换流器产生的热量和辅助设备的废热)。并且制冷剂可以通过仅一个热源或者结合多个热源来在加热器30中进行加热。
本发明不局限于上述实施例，可以结合至少两个上述实施例来实施本发明。
这种变化和修改应理解为处于由权利要求书所限定的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种蒸汽压缩制冷剂循环系统，包括压缩机(10)，用于吸入和压缩制冷剂；散热器(11)，设置在所述压缩机的制冷剂排放侧，用于冷却所述制冷剂；气-液分离器(12)，用于将来自所述散热器的制冷剂分离为气体制冷剂和液体制冷剂；减压装置(13)，用于对从所述气-液分离器流出的液体制冷剂进行减压；蒸发器(14)，用于在制冷剂在所述减压装置中被减压之后使制冷剂蒸发；加热器(30)，用于加热所述制冷剂；液泵(32)，用于将所述气-液分离器中的液体制冷剂供应至所述加热器；冷却装置(136，39，15，38)，用于冷却将被吸入所述液泵中的液体制冷剂；能量回收单元(33)，用于使从所述加热器流出的制冷剂膨胀，以回收来自加热器的制冷剂中的热能；以及转换装置(34a-34d，31a，14a)，用于在蒸发器具有制冷能力的制冷循环与能量回收单元回收热能的兰金循环之间转换，其中在制冷循环中，制冷剂按照压缩机→散热器→气-液分离器→减压装置→蒸发器→压缩机的顺序循环流动；在兰金循环中，制冷剂按照气-液分离器→液泵→加热器→能量回收单元→散热器→气-液分离器的顺序循环流动；以及在兰金循环中冷却装置冷却将被引入液泵中的液体制冷剂。
2.根据权利要求1所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于所述散热器通过制冷剂回路连接至压缩机的制冷剂排放侧；所述转换装置包括转换件(34c)，所述转换件设置在所述制冷剂回路中，以切断兰金循环中从压缩机的制冷剂排放侧至散热器的制冷剂流动；并且设置液泵以在兰金循环中向加热器提供液体制冷剂同时绕开所述转换件。
3.根据权利要求1所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于所述加热器是蒸汽发生器(30)，其在兰金循环中产生过热蒸汽制冷剂；所述能量回收单元包括膨胀装置(33a)，所述膨胀装置在兰金循环中等熵地膨胀来自加热器的过热蒸汽制冷剂；并且设置所述散热器，以在兰金循环中冷却并冷凝在所述能量回收单元的膨胀装置中膨胀的制冷剂。
4.根据权利要求3所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于还包括内部热交换器(136)，所述内部热交换器具有第一制冷剂通道，所述气-液分离器中的液体制冷剂通过所述第一制冷剂通道被引入所述液泵中；和第二制冷剂通道，在所述减压装置中减压的制冷剂通过所述第二制冷剂通道流动，其中在液泵在兰金循环中运转之前，所述转换装置运转以设定开始模式，其中制冷剂按照压缩机→加热器→散热器→气-液分离器→减压装置→内部热交换器→压缩机的顺序循环流动。
5.根据权利要求4所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，在执行开始模式预定时间后，液泵在兰金循环中运转。
6.根据权利要求4所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述开始模式一直运转，直到气-液分离器中的液体制冷剂的量变得等于或大于预定值，并且在气-液分离器中的液体制冷剂的量变为预定值之后液泵在兰金循环中运转。
7.根据权利要求4所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述开始模式一直运转，直到气-液分离器中的液体制冷剂的过度冷却程度变得等于或大于预定值，并且在气-液分离器中的液体制冷剂的过度冷却程度变为预定值之后液泵在兰金循环中运转。
8.根据权利要求4所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于在所述开始模式中，在减压装置中减压的制冷剂通过吸收气-液分离器与液泵之间的第一制冷剂通道的制冷剂中的热量而在内部热交换器的第二制冷剂通道中被蒸发，从而具有冷却能力。
9.根据权利要求1所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述冷却装置是利用珀耳帖效应的电子制冷器(39)。
10.根据权利要求1所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述冷却装置是通过利用外部空气冷却来自气-液分离器的液体制冷剂的过度冷却器(15，38)。
11.根据权利要求1至10中任何一个所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于还包括另外的泵(32a)，用于将气-液分离器中的液体制冷剂供应至液泵的吸入侧。
12.根据权利要求11所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述另外的泵按照这种方式设置在气-液分离器中即所述另外的泵的至少吸入口位于气-液分离器的液体制冷剂中。
13.根据权利要求11所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述液泵和另外的泵与气-液分离器集成一体。
14.根据权利要求1至10中任何一个所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述压缩机和能量回收单元集成为一体。
15.根据权利要求1至10中任何一个所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述能量回收单元可以在制冷剂流程中与压缩机平行设置。
16.根据权利要求1至10中任何一个所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于还包括能量存储装置，用于存储由所述能量回收单元回收的能量。
17.根据权利要求1至10中任何一个所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述加热器通过利用安装在车辆上的设备产生的废热加热制冷剂。
18.根据权利要求1至10中任何一个所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述制冷剂含有至少一种从HFC134a、HFC152a、丁烷、丙烷和氨组成的群组中选择的物质作为制冷剂的主要组成部分。
19.一种蒸汽压缩制冷剂循环系统包括压缩机(10)，用于吸入和压缩制冷剂；散热器(11)，设置在所述压缩机的制冷剂排放侧，用于冷却所述制冷剂，所述散热器通过制冷回路连接至所述压缩机的制冷剂排放侧；减压装置(13)，用于对从所述散热器流出的制冷剂进行减压；蒸发器(14)，用于在制冷剂在所述减压装置中被减压之后使制冷剂蒸发；制冷剂切断单元(31，31a，32)，所述制冷剂切断单元设置在所述制冷剂回路中，以切断从压缩机的制冷剂排放侧至散热器的制冷剂流；加热器，用于加热所述制冷剂；制冷剂供应装置(33)，用于将制冷剂供应至所述加热器，同时绕过所述制冷剂切断单元；以及能量回收单元，用于使从所述加热器流出的制冷剂膨胀以回收来自加热器的制冷剂中的热能，其中当蒸发器具有制冷能力的制冷循环被设定时，制冷剂按照压缩机→散热器→减压装置→蒸发器→压缩机的顺序循环流动；以及当能量回收单元回收热能的兰金循环被设定时，制冷剂切断单元切断从压缩机的制冷剂排放侧至散热器的制冷剂流，并且制冷剂按照加热器→能量回收单元→散热器→加热器的顺序被制冷剂供应装置循环。
20.根据权利要求19所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于所述压缩机和能量回收单元集成形成压缩机装置(100)；以及当从加热器流出的制冷剂流入压缩机装置中时，所述压缩机装置用作能量回收单元。
21.根据权利要求19所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述能量回收单元与所述压缩机平行地被连接。
22.根据权利要求19所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述加热器设置在连接所述压缩机和所述散热器的制冷剂回路中。
23.根据权利要求19所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，进一步包括气-液分离器，用于将从所述散热器流出的制冷剂分离为气体制冷剂和液体制冷剂；其中，在兰金循环中，在气-液分离器中分离的液体制冷剂由制冷剂供应装置供应至加热器。
24.根据权利要求19所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，进一步包括能量存储装置，用于存储由能量回收单元回收的能量。
25.根据权利要求24所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述能量存储装置包括电容器。
26.根据权利要求24所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述能量存储装置存储在能量回收单元中回收的能量作为机械能量。
27.根据权利要求19所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述能量回收单元利用回收的能量产生电能。
28.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，由电动机驱动所述压缩机。
29.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，设置所述压缩机由多种驱动源驱动。
30.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，设置所述压缩机由除电动机以外的驱动源驱动。
31.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，进一步包括辅助加热器，所述辅助加热器和所述加热器独立设置，所述辅助加热器用于利用从热机排放的废气的热量来加热制冷剂。
32.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述加热器利用热机产生的废热加热制冷剂。
33.根据权利要求32所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述加热器利用从热机排放的废气的热量来加热制冷剂。
34.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述加热器利用安装在车辆上的设备产生的废热加热制冷剂。
35.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述加热器利用多个热源加热制冷剂。
36.根据权利要求19-27中任一项所述的蒸汽压缩制冷剂循环系统，其特征在于，所述制冷剂含有至少一种从HFC134a、HFC152a、丁烷、丙烷和氨组成的群组中选择的物质作为制冷剂的主要组成部分。
全文摘要
一种具有制冷循环和兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统，包括压缩机(10)、散热器(11)、气－液分离器(12)、减压装置(13)和蒸发器(14)。在所述蒸汽压缩制冷剂循环系统中，设置液泵(32)用于将所述气－液分离器中的液体制冷剂供应至所述加热器(30)以加热制冷剂，设置冷却装置(136，39，15，38)用于冷却将被吸入所述液泵中的液体制冷剂，以及设置用于使从所述加热器流出的制冷剂膨胀的能量回收单元(33)，以回收来自加热器的制冷剂中的热能。当设定兰金循环以使能量回收单元回收热能时，冷却装置冷却将被吸入液泵的液体制冷剂。因此，液泵的泵效率得到有效改善。
文档编号F25B1/04GK1517514SQ20041000242
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年1月27日
发明者稻叶淳, 司, 山中康司, 岩波重树, 树, 坂矿一, 资, 久永滋, 克, 堀田忠资, 秀, 尾崎幸克, 内田和秀 申请人:株式会社电装