专利名称：使用带中间压力端口的膨胀器的节能制冷剂系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及利用膨胀器作为膨胀装置的节能制冷剂系统，其中，至少 部分制冷剂从膨胀器中一个位置处分流，在该位置处该至少制冷剂已^t至 少部分膨胀，用来在节能器热交换器的热传递相互作用期间过冷主制冷剂 流。以这种方式，单膨胀器可为制冷剂系统的主膨胀装置提供膨胀功能， 并进一步为制冷剂系统的辅助节能器回路膨胀装置提供膨胀功能。
背景技术：
制冷剂系统是众所周知的，其通过制冷剂循环来循环制冷剂以调节二 次流体。典型地，压缩机压缩制冷剂，并将它输送至第一热交换器。来自 第 一热交换器的制冷剂经过膨胀过程以降低其压力。在膨胀过程的下游， 制冷剂经过二次热交换器，然后回到压缩机。
制冷剂系统设计中 一个额外选择是节能器功能的使用。在节能器功能 中，制冷剂流从主制冷剂流分流，典型地从第一热交换器下游。该分流的 制冷剂经过膨胀装置，然后该膨胀的分流制冷剂在节能器热交换器中与主 制冷剂流成热交换关系。以这种方式，在主制冷剂流管路中的制冷剂^f皮过 冷，使得当其到达第二热交换器时会具有更大的加热容量。该分流的制冷 剂返回节能器热交换器下游的中间压缩点。
发明内容
本发明涉及节能制冷剂系统，其中，单个膨胀器用于制冷剂膨胀，且
该单膨胀器进一步具有至少一个中间膨胀端口 ，并作为主膨胀装置和作为 至少一个节能器回路膨胀装置提供膨胀功能。具有单个节能器回路的最简
单节能制冷剂系统配置具有只有一个中间膨胀端口的膨胀器。但是，例如， 如果制冷剂系统包含一个以上的节能器回路，串联设置的中间膨胀器端口 的数目可相应增加。相应的制冷剂系统压缩机可由多个串联连接的压缩级 组成，或可为单一内部节能压缩才几(这一点例如，为涡旋或螺旋压缩机的 常规设置)。膨胀器和任一个体压缩机或压缩级之间的电气或机械连接可 相应地布置成在制冷剂膨胀过程中回收至少部分的释放能量。膨胀器也可用来协助驱动制冷剂系统内或外的任何其他部件。膨胀器部分膨胀的制冷 剂部分在中间膨胀点分流，并经过节能器热交换器与主制冷剂流成热交换 关系，以向主制冷剂流提供额外的过冷，从而提高系统性能。
在一个实施例中，单个的中间压力分流点形成在膨胀器中，以分流至 少部分制冷剂经过单个节能器热交换器。在第二实施例中，有两个中间压 力分流点，以及与这些分流点相关联的两个节能器热交换器。当然，本领 域技术人员将认识到，甚至更多的分流点和更多的相应节能器回路可形成 并纳入制冷剂系统-没计。
本发明的这些和其他特点可从下面的描述及附图得到^艮好的理解，下 面是
。
图1显示了现有技术制冷系统。
图2显示了本发明制冷剂系统的第 一 示意图。 图3显示了本发明制冷剂系统的第二示意图。
具体实施例方式
现有技术公知的节能制冷剂系统20如图1所示。如图所示，两个串 联布置的压缩机22和24可以操作以提供两个连续压缩级。可替代地，众 所周知地是使用单个压缩机，其中，制冷剂在压缩过程的中间压缩点处注入。
压缩制冷剂经过冷凝器26,并最终经过主膨胀装置28。虽然如上所 述，膨胀装置例示为阀，但是使用膨胀器代替阀28也是众所周知的。在 后一种情况下，膨胀器中制冷剂膨胀过程期间可回收至少部分能量，对于 到达蒸发器30的制冷剂主要部分，由于膨胀器中更有效的等熵膨胀过程， 还提供额外热势能以增加制冷剂系统20的冷却容量。主膨胀装置28的下 游，制冷剂经过蒸发器30,然后回到压缩机22。节能器热交换器32納入 制冷剂系统20的回路。如图所示，分流管路34从主流体管路分流部分制 冷剂并使该制冷剂经过节能器膨胀装置36。部分膨胀的节能器回路制冷剂 的压力和温度较低，从而在节能器热交换器32中的热传递相互作用期间 来冷却主制冷剂流。虽然分流的制冷剂被图示为以相同方向流经节能器热 交换器32，但典型地将制冷剂流布置成逆流配置。然而为了图示简单，在图1中两个制冷剂流被图示为以相同方向流动。分流的部分膨胀的制冷剂
部分经过返回管路38返回至压缩级22和24之间的中间压缩点。尽管图1 中例示了多级压缩机，节能制冷剂返回管路38位于两个压缩级22和24 之间，但是将制冷剂节能部分返回至单个压缩机中的中间点也是众所周知的。
如上所述，图1所示现有技术提供了包含节能器回路的益处。但是， 它最少需要第二膨胀装置36。另外，如果膨胀器用来替代主膨胀阀28, 只有部分的可用膨胀能量被回收，因为从经过分流管路34和节能器回路 膨胀阀36的制冷剂的节能部分中不能回收能量。本发明的一个例子在图2 中示出。图2中的制冷系统40还包括两个连续压缩机42和44。冷凝器 46位于节能器热交换器48和膨胀器50的上游。众所周知，膨胀器50用 来通过电气或机械装置膨胀制冷剂并用于回收膨胀功，这在54处#:示意 性示出。该回收的能量可用于协助驱动制冷系统40内或外的至少一个部 件。同样，由于膨胀器50中更有效的等熵膨胀过程，通过膨胀器50的制 冷剂的膨胀产生了进入蒸发器56的完全膨胀制冷剂和进入热交换器48的 部分膨胀制冷剂的额外热势，从而提高了制冷系统40的性能。此外，尽 管图2显示了两个压缩机，但是本发明也可扩展至包含蒸气注入或两个以 上连续压缩级的单个压缩机的制冷剂系统。
部分制冷剂从膨胀器50中的中间压力分流点51分流，经过管路52, 并经过节能器热交换器48。中间压力分流点51处于制冷剂已在膨胀器50 中至少部分膨胀的热力学状态。来自分流管路52的制冷剂在与经过节能 器热交换器48的主液体管路中的制冷剂流进行热传递相互作用期间过冷 该主液体管路中的制冷剂。制冷剂再次经过管i 各53返回至压缩级42和44 间的中间点。未从中间压力分流点51分流的制冷剂的主要部分继续流经 膨胀器，经过进一步膨胀，从而增加膨胀过程功的回收，并向进入蒸发器 56的制冷剂提供额外的热势能。如图1的制冷剂系统20,蒸发器56位于 膨胀器50的下游，制冷剂的主要部分经过蒸发器56到达压缩机42。膨胀 器50是本领域众所周知的，除了它具有将部分膨胀的制冷剂部分供应至 节能器热交换器48的附加中间压力分流点51。分流点51可为膨胀器外壳 上的附加端口，其连通膨胀器内的中间膨胀点。本领域技术人员将认识到 什么需要提供给本公开的膨胀器50和中间压力分流点51。
本实施例获得了无需单独节能器膨胀装置(现有技术的元件36 )的节能器回路，并提供膨胀功的额外回收，其有利于制冷剂系统40的性能。
图3显示了另一个实施例140。在此实施例中，膨胀器150具有相对 于膨胀过程串联设置的两个中间压力分流点。这里，第一节能器回路和节 能器热交换器142供给有从相应分流点164通向管路144和第一返回管路 143的部分膨胀的制冷剂部分。本实施例显示了通向压缩级42和44之间 的中间点的返回管路143。第二节能器热交换器146供给有从相应分流点 165通向管路148和返回管路145的进一步膨胀、但并非完全膨胀的制冷 剂部分。
本实施例例示了连接到压缩机42中的中间压缩点的返回管^各145。在 所有其他方面，图3的实施例类似于图2所示实施例。
此外，尽管图2只示出两个回路，但是还可提供附加节能器回路和膨 胀器50中的中间压力对应分流端口。本发明从而提供至少部分膨胀的制 冷剂，其用于无需单独专用节能器膨胀装置的节能器回路，并提高了制冷 剂系统的容量和效率。
应当指出，许多不同的压缩机和膨胀器类型可用于本发明。例如可采 用涡旋、螺旋、旋转或往复式压缩机和膨胀器。
利用本发明的制冷系统可用于许多不同应用中，包括但不限于空调 系统、热泵系统、海运集装箱单元、制冷卡车-挂车单元和超市制冷系统。
此外应该理解的是，尽管本发明可应用于任何节能制冷剂系统，但是 采用二氧化碳作为制冷剂的制冷剂系统将特别受益于本发明，因为这些系 统具有传统缺陷并需要增强性能的附加装置。
尽管已公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员会认识到在 本发明范围内可进行某些修改。出于这个原因，应研究所附权利要求书以 确定本发明的真正范围和内容。
权利要求
1、一种制冷剂系统，其包括压缩机，所述压缩机压缩制冷剂，并将所述制冷剂向下游输送至第一热交换器，来自所述第一热交换器的制冷剂经过至少一个节能器热交换器和膨胀器，制冷剂在所述膨胀器中膨胀；位于所述膨胀器下游的第二热交换器，来自所述膨胀器的制冷剂经过所述第二热交换器，然后回到所述压缩机；以及从至少一个位置分流的至少部分制冷剂，在该位置该至少部分制冷剂在所述膨胀器中已被至少部分地膨胀，并经过所述节能器热交换器以冷却主制冷剂回路中的制冷剂，所述分流的制冷剂部分然后回到所述压缩机。
2、 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于所述分流的制冷 剂返回所述压缩机中的至少 一 个中间压缩点。
3、 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于所述压缩机包括 第 一级压缩机和第二级压缩机。
4、 如权利要求3所述的制冷系统，其特征在于所述返回制冷剂返 回至所述第一级压缩才几和所述第二级压缩机中间的点。
5、 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于具有一个所述节 能器热交换器，至少部分膨胀的制冷剂的至少一部分从所述膨胀器中的一 个位置分流，并经过所述一个节能器热交换器。
6、 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于具有至少两个所 述节能器热交换器，制冷剂从所迷膨胀器中的两个位置分流，并经过所述 至少两个节能器热交换器。
7、 如权利要求6所述的制冷剂系统，其特征在于所述至少两个节 能器热交换器的所述分流的制冷剂从膨胀器中的至少两个不同的位置分流o
8、 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于膨胀功用于协助 驱动所迷制冷剂系统内或外的至少一个部件。
9、 一种操作制冷剂系统的方法，其包括以下步骤(a) 提供压缩机，所述压缩机压缩制冷剂，并将所述制冷剂向下游 输送至第 一热交换器，来自所述第 一热交换器的制冷剂经过至少一个节能 器热交换器和膨胀器，制冷剂在所述膨胀器中膨胀；(b) 提供位于所述膨胀器下游的第二热交换器，来自所述膨胀器的制冷剂经过所述第二热交换器，然后回到所述压缩机；以及(c)从至少一个位置分流至少部分制冷剂，在该位置该至少部分制 冷剂在所述膨胀器中已被至少部分膨胀，并经过所述节能器热交换器以冷 却主制冷剂回路中的制冷剂，所述分流的制冷剂部分然后回到所述压缩机。
10、 如权利要求9所述的方法，其特征在于所述分流的制冷剂返回 所述压缩机中的至少一个中间压缩点。
11、 如权利要求9所述的方法，其特征在于所述压缩机包括第一级 压缩机和第二级压缩机。
12、 如权利要求11所述的方法，其特征在于所述返回制冷剂返回 至所述第一级压缩机和所述第二级压缩机中间的点。
13、 如权利要求9所述的方法，其特征在于具有一个所述的节能器 热交换器，至少部分膨胀的制冷剂的至少一部分从所述膨胀器的一个位置 分流，并经过所述的一个节能器热交换器。
14、 如权利要求9所述的方法，其特征在于具有至少两个所述节能 器热交换器，制冷剂从所述膨胀器中的两个位置分流，并经过所述的至少 两个节能器热交换器。
15、 如权利要求14所述的方法，其特征在于所述至少两个节能器 热交换器的所述分流的制冷剂从膨胀器中的至少两个不同的位置分流。
16、 如权利要求8所述的方法，其特征在于膨胀功用于协助驱动所 述制冷剂系统内或外的至少 一个部件。
全文摘要
使用膨胀器的制冷系统，其中至少部分膨胀的制冷剂部分在中间膨胀点分流，并经过节能器热交换器。在节能器热交换器中，分流的制冷剂进一步冷却主液体管路中的制冷剂。本发明通过利用单一膨胀器提供该膨胀功能，而无需单独专用的节能器回路膨胀节流装置。本发明还考虑到膨胀功的回收，否则其会在节能器膨胀节流装置中损失。在更有效的等熵膨胀期间，通过为膨胀器中(部分或完全)膨胀的制冷剂提供额外热势能，从而改善了系统能力和效率。在各个实施例中，可具有多于单个的节能器回路，每个所述节能器回路在不同中间膨胀点从膨胀器接收分流的制冷剂部分。
文档编号F25B41/00GK101617182SQ200780051786
公开日2009年12月30日 申请日期2007年2月26日 优先权日2007年2月26日
发明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申请人:开利公司