用于跨临界蒸气循环系统的充注控制系统的制作方法

用于跨临界蒸气循环系统的充注控制系统的制作方法
【专利摘要】一种冷却系统包括主要制冷剂回路，所述主要制冷剂回路包括压缩器、排热换热器、扩胀器和膨胀装置中的一个、联接到热负荷的至少一个蒸发器、以及抽吸蓄积器。充注管理回路包括与压缩器和排热换热器并列配置的充注管理接收器。控制器配置成将储备制冷剂聚集到充注管理接收器且从充注管理接收器排放储备制冷剂，以在主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。
【专利说明】
用于跨临界蒸气循环系统的充注控制系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2013年12月17日提交的美国专利申请No . 14/109，416的部分延续，所述 美国专利申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请No. 61/785,900的优先权，本申 请还要求2015年XXX提交的美国临时专利申请No. XX/XXX，XX的优先权，所有这些申请的全 部内容通过引用结合于此。
技术领域
[0003] 公开了一种操作在航空航天应用中的冷却系统的改进方法，且更特别地，公开了 一种操作包括在跨临界或亚临界模式下操作的冷却系统的改进方法。
【背景技术】
[0004] 已经越来越期望的是改进在航空航天应用中的冷却系统。典型地，冷却系统为商 用和其它航空航天系统提供空气调节、制冷和冷冻服务等等。概括而言，对于提供冷却可使 用各种已知的选项，但是这些选项具有缺点，所述缺点限制用于航空航天应用的设计选项。
[0005] -个已知的选项包括蒸气压缩循环。蒸气压缩循环通过两相操作传递制冷剂，且 能够高效操作以及利用与气体相反的液体的载热容量，且利用液体制冷剂的蒸发热。因此， 当与基于气体或空气的系统比较时，通过一部分蒸气压缩循环，冷却系统能够明显更加紧 凑，因为被携载的流体是液体形式。然而，蒸气压缩循环典型地受限于较低环境温度操作且 对于高的环境温度操作不可提供有用的解决方案。
[0006] 另一已知的选项是利用诸如空气的气体作为制冷剂的基于单相气体的系统。然 而，虽然空气能够有用地用作制冷剂介质，但是空气不是高效热流体，因为空气的热容量受 限于其质量流动率和热容量的函数。因此，基于气体的系统典型地比蒸气压缩系统效率更 低，且典型地单独出于这个原因，大于蒸气压缩系统。附加地，空气系统典型地包括显著的 管道通道，以携载实现典型地出于航空航天目的使用的冷却量所需的空气的量。
[0007] 为了适应航空器的可能环境操作条件的宽泛范围，用于航空航天应用的冷却系统 典型地使用基于气体的系统。换言之，虽然期望的是在航空器或航空航天应用中减小质量 和体积，但是典型的冷却系统包括更大且效率更低的基于气体的系统，以覆盖能够经历的 条件的范围。
[0008] 典型地，航空器在操作条件的范围内操作，在此期间可能也需要操作航空器的冷 却系统。在一个示例中，诸如当为了离开而滑行、加载乘客或货物、或等待天气条件允许时， 航空器可驻留在停机坪上。在另一示例中，航空器可在高海拔处操作。在又一示例中，航空 器可在过渡中且在升高海拔期间操作。这种操作会给制冷系统的操作带来挑战，因为冷凝 器和整个冷却系统在可能操作条件的这个范围期间会暴露到宽泛的各种温度和条件下。
[0009] 其它已知的系统包括作为制冷剂的二氧化碳(C02)，所述二氧化碳当在跨临界模 式（即，超临界到亚临界之间的跨越操作）下操作时提供的机会，以由于显著改进的系统效 率而显著减小系统的整体尺寸。跨临界系统的性能对在主要回路中循环的制冷剂充注非常 敏感。COP最大和冷却容量依据环境和蒸发温度。当环境温度或负荷被改变时，循环制冷剂 的量也应该改变。如果循环制冷剂的量维持相同，则用于环境和蒸发温度的操作范围 (envelope)可能被显著限制。
[0010] 由于泄漏造成的制冷剂充注的短缺可能引起从性能不足到严重失效的系统故障。 因此，在系统中的制冷剂库存的诊断和即时的制冷剂充注服务对于维持稳健的系统性能而 目是极其重要的。
[0011] 照此，需要改进冷却系统，其能够在操作条件和温度的宽泛范围内操作。
【附图说明】
[0012] 虽然权利要求不受限于特定示图，但是通过对示图的各个示例的讨论将最佳地理 解各个方面。现在参照附图，详细示出示例性示图。虽然附图代表示图，但是所述附图并非 必然成比例，且特定特征可被放大以更好地展示和说明示例的创造性方面。而且，在此描述 的示例性示图并非旨在是详尽性的或以其它方式限制或约束到在附图中示出的且在以下 详细说明中公开的准确形式和配置。通过参照如下附图详细描述示例性示图：
[0013] 图1是采用在此讨论的改进的气体涡轮机发动机的示图；
[0014] 图2是具有可选阀控制冷剂流动路径的冷却系统的示图；
[0015] 图3是具有第二压缩器的冷却系统的示图；
[0016] 图4是冷却系统的示图，其具有用于作为增压压缩器操作的排出器；
[0017]图5是具有次级膨胀环路的冷却系统的示图；
[0018] 图6是由废热源部分热驱动的冷却系统的示图；
[0019] 图7是根据一个示例的具有两个冷却回路的冷却系统的示图；
[0020] 图8是根据一个示例的具有两个冷却回路的冷却系统的示图；
[0021] 图9是在图7中展示的冷却系统中使用的两个冷却回路之一的示例性示图；
[0022]图10是在图8中展示的冷却系统中使用的两个冷却回路的示例性示图；
[0023]图11是依据一个实施方式的冷却系统的示例性示图，其具有接收器、传感器、和能 够控制的控制阀；
[0024]图12展示根据一个示例性实施方式的跨临界C02系统或蒸气控制系统(VCS);
[0025] 图13展示具有扩胀器的跨临界C02系统或蒸气控制系统(VCS);以及
[0026] 图14展示具有扩胀器的跨临界C02系统或蒸气控制系统(VCS)。
【具体实施方式】
[0027] 在本文中描述用于航空器应用的示例性冷却系统及其各种实施方式。
[0028] 冷却系统包括主要制冷剂回路，主要制冷剂回路包括压缩器、排热换热器、扩胀器 和膨胀装置之一、联接到热负荷的至少一个蒸发器、以及抽吸蓄积器。充注管理回路包括与 压缩器和排热换热器并列配置的充注管理接收器。控制器配置成将储备制冷剂聚集到充注 管理接收器且从充注管理接收器排放储备制冷剂，以在主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临 界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。
[0029] 冷却系统可具有将压缩器排放侧和蒸发器入口连接的热气旁通器。当热气旁通器 是OFF时，充注管理接收器被接合；当热气旁通器是OFF时，热气旁通阀基于在低压侧中的读 取压力而调制热气的流率且最终调制蒸发器容量。
[0030] 充注管理接收器被用作提供制冷剂库存的诊断的装置。当在充注管理接收器中的 压力高于设定点（设定点高于抽吸压力)时，在所述系统中制冷剂库存是充分的。否则，需要 制冷剂充注服务。
[0031] 操作冷却系统的方法包括:使制冷剂在主要制冷剂回路中经过，主要制冷剂回路 包括压缩器、排热换热器、膨胀装置和扩胀器之一、联接到热负荷的至少一个蒸发器、以及 抽吸蓄积器;使制冷剂在充注管理回路中经过，所述充注管理回路具有与压缩器和排热换 热器并列配置的充注管理接收器;并且将储备制冷剂聚集到充注管理接收器且从充注管理 接收器排放储备制冷剂，以在主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界操作 模式下操作时提供系统操作的灵活性。
[0032] 所述方法在热旁通阀完全关闭时被应用。
[0033] 冷却系统包括:第一换热器;与航空器的热负荷联接的蒸发器;联接到换热器的第 一和第二冷却回路，第一和第二冷却回路能够经由一组冷却回路阀选择，所述一组冷却回 路阀设置成基于在航空器的环境条件下穿过第一换热器的空气而指引制冷剂经过第一回 路、第二回路、或第一和第二回路；以及接收器，其配置成聚集储备制冷剂，以在冷却系统在 亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。
[0034] 另一示例性示图包括操作冷却系统的方法，所述方法包括:操作引起制冷剂穿过 换热器且根据环境条件指引制冷剂经过第一冷却回路、第二冷却回路、或两者的一组阀；且 在接收器中聚集储备制冷剂，以在冷却系统在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时 提供系统操作的灵活性。
[0035] 现在参照附图，图1展示气体涡轮机10的示意图，气体涡轮机是利用在此公开的改 进的用于航空器的初级发动器或推进源。涡轮机10包括初级压缩器12、燃烧器14和初级涡 轮机组件16。风扇18包括头锥组件20、叶片部件22和风扇壳24。叶片部件22将低压空气指引 到旁通流动路径26和压缩器吸入部28,这继而给压缩器12提供空气流动。涡轮机10的且如 在图1中展示的部件一般不对应于在后续图中的冷却系统的实施方式的部件。换言之，图1 的部件一般对应于航空器发动机的部件，而在后续图中的部件（即，涡轮机，压缩器)是专用 于所描述的冷却系统的部件且与涡轮机10的部件分开。
[0036] 图2展示冷却系统的示意图，其具有基于排热源和热负荷而选择的阀控制冷剂流 动路径。冷却系统200包括制冷剂回路，所述制冷剂回路具有压缩器204、排热交换器210、两 个并列膨胀回路、蒸发器208、以及抽吸蓄积器216。排热交换器210由冷却流体冷却且可作 为冷凝器或气体冷却器操作。一条膨胀回路具有阀218、回热式换热器212、以及膨胀装置 214。具有膨胀机(扩胀器或涡轮机)202的另一膨胀回路具有在扩胀器下游的两条线路。具 有阀222的一条线路与蒸发器208直接连通。另一线路供给回热式换热器212的低压侧且将 其热函转换成高压流，所述高压流在阀218打开时经由膨胀装置214供给蒸发器208。
[0037] 在向排热交换器的入口处的冷却流体状态和在蒸发器上的热负荷限定冷却系统 的操作条件。
[0038] 排热换热器210可由不同流体冷却：例如，空气，燃料，RAM空气，氢化合聚-a-烯烃 (PA0)，水，任何次级制冷剂，风扇旁通空气或任何可获得的合适的发动机流。照此，热量经 由排热换热器210从系统200排出，且排热率由冷却流体的状态参数限定。冷却流体的状态 参数依据应用和流体自身。例如，航空器的操作条件可包括当航空器处于高的高度时发生 的低静态环境温度和低压，同时高静态环境温度和压力可在低的高度处或在停机坪 (tarmac)上的条件下发生。这些静态环境压力和温度、马赫数、以及在地面上的压力和温度 限定进入排热交换器的RAM空气的参数。
[0039] 膨胀装置214是孔口、热膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或提供等焓膨胀的任何其它 的装置。
[0040] 扩胀器减小热函且不提供等焓膨胀。扩胀器202设计为两相扩胀器，这意味着离开 状态是两相混合物;然而，扩胀器202能够操纵在蒸气区域中的单相过程。扩胀器202经由旋 转轴206联接到压缩器204。在扩胀器202中产生的动力对于驱动压缩器204是不充分的。因 此，压缩器204采用电机230以补偿不充分的动力。
[0041] 用于蒸发器208的热源与待冷却的物体(例如，动力电子装置、用于座舱和乘客舱 的HVAC、以及其它任务的系统)关联。蒸发器208可例如冷却在飞行甲板、乘客舱、或电子装 置中的空气。替换性的，蒸发器208能够经由冷却剂冷却那些物体中的任何一个或所有，所 述冷却剂可以是PA0、水、水乙二醇混合物、或任何其它次级制冷剂。诸如电子装置的待冷却 的物体可安装在冷板上，所述冷板具有用于沸腾制冷剂以由制冷剂执行直接冷却的通道。 所述系统可具有利用相同或不同散热片的多个冷凝器。所述系统也可具有利用相同或不同 热源和负荷的多个蒸发器。
[0042]抽吸蓄积器216提供充注管理且是容量控制策略的一部分。当系统冷却容量超过 需求时，未蒸发的制冷剂被存储在抽吸蓄积器216中。在容量短缺的情况下，聚集的制冷剂 蒸发且恢复操作。
[0043]电磁阀218、220、和222控制其操作。在一个实施方式中，冷却系统200包括控制器 224,所述控制器在一个示例中由计算机226控制。阀218、220、和222被控制且根据航空器的 环境条件或操作条件指引制冷剂流动。
[0044]阀218、220、和222可经由电磁气动或由任何其它手段电致动。存在当系统不具有 阀220及其相关线路时的选项。在一种情况下回热式换热器212是可选的。也存在当系统不 具有阀222及其相关线路时的另一选项。
[0045]系统200被设计成在蒸发器208中的宽泛操作范围的压力和温度下操作(低于和高 于临界点）。所述系统可在低于临界点的蒸发器压力下操作，以通过沸腾在蒸发器208中的 制冷剂实现吸热和冷却任务的执行。
[0046] 排热能够经由阀218、220、和222的选择性操作高于或低于临界点地进行。如果排 热过程低于临界压力（当冷却流体温度是低的时），则系统操作是亚临界的且排热交换器操 作冷凝器。否则，当冷却流体温度是高的时，排热交换器操作气体冷却器，所述系统在蒸发 的压力仍低于临界压力的情况下实施跨临界循环。
[0047] 在过渡过程期间，蒸发器上的负荷和冷却流体温度以及排热能力的组合可将蒸发 的压力向上移动到高于临界点。在这种情况下，蒸发器作为单相换热器操作，且这些是当系 统操作是超临界时的情况。
[0048] 当冷却流体温度是高的且在排热交换器中的压力高于临界时，在膨胀装置214自 身中的等焓膨胀可不贡献可行的冷却效果且在扩胀器202中的膨胀是主导的。如果蒸发器 中的压力高于或接近临界压力(超临界模式），则阀218和220关闭；且阀222打开。如果蒸发 器中的压力充分低于临界压力(跨临界模式），阀218和220打开且阀222关闭，以避免通过蒸 发器的过量蒸气循环和相关的过度制冷剂压降。
[0049]当冷却流体温度低到足以将压缩器排放压力驱动到低于临界压力时，扩胀器的贡 献降低，电磁阀220和222可关闭。这在离开膨胀装置214的热力学状态包含可行的液相量时 发生，或换言之当进入蒸发器的制冷剂的蒸气质量足够低时发生。
[0050] 因此，控制策略基于进入蒸发器的压力和蒸气质量。
[0051] -种容量控制策略包括感应在高压侧上的制冷剂压力、在向膨胀装置214的入口 处的制冷剂温度、以及在低压侧上的制冷剂压力。在高侧上的压力和在向膨胀装置214的入 口处的温度限定进入蒸发器的制冷剂热函；这个热函和低侧压力限定进入蒸发器的制冷剂 蒸气质量。
[0052] 概括而言，这种控制策略包括在向膨胀阀214的入口处的适当定位的压力（232和 234)和温度传感器(未示出）。传感器232、234可在排放压力高于设定头压(head pressure) 极限时或在抽吸压力低于设定抽吸压力极限时关掉系统。
[0053]为了区别超临界操作，压力传感器234定位在压缩器204的抽吸侧上（在具有LP和 高压HP压缩器的系统中，其为典型的具有控制权益的LP压缩器的抽吸侧）。如果蒸发的压力 高于临界压力(或稍微低于），则电磁阀218、220断开且所述系统实施超临界循环，尤其是布 雷登循环系统，且离开扩胀器的单相流供给换热器208。
[0054]传感器232区别跨临界和亚临界操作。在低温冷却流体条件下（即，在飞行中和在 诸如C02的制冷剂可能是液体的温度下的高海拔处），第一阀218打开且第二和第三阀220、 222关闭，以指引制冷剂作为液体流过膨胀阀214(亚临界操作）。在高温冷却流体条件下 (即，当航空器停泊时或在低海拔飞行期间、或在过渡到高海拔期间和在诸如C0 2的制冷剂 是气体的温度下）且在驱动蒸发器中的压力的热负荷高于临界点的情况下，操作被改变以 指引制冷剂流过扩胀器202(超临界操作)且阀218、220关闭。在其它条件(超临界操作）下， 当蒸气质量不够低时，阀218和220打开且阀222关闭；当蒸气质量足够低时，阀218打开且阀 220和222关闭。
[0055]而且，当扩胀器202如描述的操作时且随着扩胀器扩胀在其中的制冷剂，由于扩胀 器旋转联接到压缩器204,压缩器204由此操作且除了由电驱动提供的动力输入之外由扩胀 器202驱动。然而，当扩胀器202被绕过（与压缩器解除联接且不旋转)且制冷剂传到膨胀装 置214时，压缩器由此仅由电驱动电机230驱动。
[0056]实现跨临界、亚临界、和超临界操作的C02(二氧化碳）因此是选择与系统200-起 使用的制冷剂。将理解的是，可以采用另一跨临界、亚临界和超临界制冷剂。如果需要提升 临界点且延伸两相区以改进整个系统性能，基于c〇 2的混合物(诸如c〇2和丙烷)可被选择作 为制冷剂。照此，c〇2用作制冷剂，所述制冷剂跨越可随着例如航空器的环境条件改变而经 历的操作条件的范围。在从排热交换器排出的情况下，c〇 2在温度和压力高于临界时是气体 且在温度和压力低于临界时是液体。当通过第一阀218传到膨胀装置214时，C0 2是气体的形 式(假如在膨胀之后的压力高于临界点）或是两相形式(假如在膨胀之后的压力低于临界 点）。当在第一阀218关闭且如上所述的情况下穿过扩胀器202时，C0 2是气体形式(假如在膨 胀之后的压力高于临界点）、或是两相或蒸气形式(假如在膨胀之后的压力低于临界点）。
[0057]图3展示根据另一实施方式的替换性冷却系统的示意图，所述冷却系统具有基于 航空器的环境条件或操作条件选择的阀控制冷剂流动路径。冷却系统300以与图2的冷却系 统200类似的方式操作，但是单级压缩器由两级压缩替代。两级压缩可由两级压缩器、或由 低压压缩器和高压压缩器的组合实施。两级压缩提供的机会以由扩胀器驱动一个压缩器级 且由诸如电机314的电动机驱动其它压缩器。在一个示例中，低压压缩级、高压压缩级、扩胀 器、以及电机在相同的轴上。
[0058] 冷却系统除了图2的那些装置之外还包括低压压缩器302、高压压缩器308、以及气 体冷却器304。气体冷却器304(和排热交换器306)可由下述冷却:燃料、空气、RAM空气、PA0、 水、或任何其它次级制冷剂、风扇旁通空气、或任何可获得的合适的发动机流。扩胀器318驱 动高压压缩器308且低压压缩器302由电动机驱动。替换性的，可以设置的是，低压压缩器由 扩胀器驱动且高压压缩器由电机驱动（以虚线展示为元件316)，在这种情况下，扩胀器318 将连接到低压压缩器302。
[0059] 然而，在位置方面与图2的排热交换器210可比的排热交换器306可由于冷却系统 300的两级排热设计在设计和操作方面不同。同样，排热换热器306可与气体冷却器304结合 且作为一个装置操作。类似地，压缩器308定位在与图2的压缩器204可比的位置。
[0060] 冷却系统300的操作因此是两级的，因为制冷剂在第一级的压缩310中穿过压缩器 302,热量被排出到气体冷却器304,且制冷剂在进入排热换热器306之前在第二级的压缩 312中传到压缩器308。由于在系统300中的压缩器302和压缩器308的相对位置的压力，压缩 器302因此被指定为低压(LP)压缩器，且压缩器308是高压(HP)压缩器（用于第二级的压缩 312)。
[0061] 在一个实施方式中，单向阀320可被包括，以在蒸发器330上的热负荷和低冷却流 体温度的特定组合下实现绕过由扩胀器318驱动的压缩器308。单向阀被添加以实现当扩胀 器和HP压缩器关闭时的LP压缩器的操作。
[0062] 冷却系统300以类似于系统200的方式操作，但是如讨论的具有两级的压缩310、 312。所述系统300因此能够以如描述的方式经由阀322、324、和326操作，以根据亚临界、跨 临界、或超临界操作选择性地操作膨胀装置，诸如，膨胀装置328和扩胀器318。
[0063] 图4展示替换性冷却系统的示意图，所述冷却系统具有基于航空器的环境条件或 操作条件而选择的阀控制冷剂流动路径。冷却系统400以类似于先前描述的冷却系统200、 300的方式操作，但是包括用于在制冷剂传到后续压缩循环(一个或多个)之前增压制冷剂 的压缩的排出器402。当电磁阀424打开时，排出器402由高压制冷剂流供给。这种流是运动 流。排出器扩胀运动流以利用运动流的能量且从蒸发器406驱动/排出低压流以在出口处形 成两相混合物。排出器在比蒸发压力高的压力下将制冷剂流排放到液体分隔器408,在所述 抽吸蓄积器中，液体被提取410、被传到膨胀装置412而后被传到蒸发器406。制冷剂作为流 或蒸气414从液体分隔器408经过，而后传到第一级压缩416和第二级压缩418,如以上就冷 却系统300描述的。根据一个实施方式，系统400包括膨胀装置422,所述膨胀装置提供在进 入排出器402之前的制冷剂膨胀。
[0064] 除了液体分离功能之外，液体分隔器提供用于容量控制的充注管理（替代抽吸蓄 积器）。因此，排出器402作为膨胀装置且作为增压压缩器操作，所述增压压缩器在进入第一 级416之前增压气体压力，且导致穿过压缩级的整体减小的压力差，以改进整体性能。系统 400因此能够以如描述的方式经由阀424、426、428操作，以根据亚临界、跨临界、或超临界操 作选择性地操作膨胀装置，诸如，扩胀器420和膨胀装置422。
[0065]而且，预期排出器402可在具有例如仅单级压缩的冷却系统中使用。例如，如上所 述，图2的系统200包括单级的压缩，且因此在一个实施方式中，如就图4的系统400描述的排 出器402可被包括在包括一级压缩的系统中。此外，根据一个替换方案，两个压缩器可通过 通用于膨胀装置420的轴430联接到彼此。在一个示例中，系统400包括回热式换热器404。 [0066]参照图5,替换性冷却系统500包括节能器循环502,在所述节能器循环中，除了如 在先前系统中的回热式换热器504之外，第二回热式换热器506被包括。已经穿过阀508的制 冷剂在单独的膨胀装置510中扩胀、穿过第二回热式换热器506、且作为附加蒸气线路512传 递，以与从第一级压缩514传到第二级压缩516的制冷剂结合。照此，整个系统性能被改进， 因为穿过阀508的制冷剂流的一部分在装置510中扩胀、且穿过第二回热式换热器506,以使 得制冷剂流的成分518在进入换热器504和膨胀装置520之前又被进一步冷却。第二回热式 换热器506实现高压流的附加冷却，这改进将制冷剂从中间压力重新压缩到高压的系统的 冷却容量。节能器循环502因此提高用于当阀508、522、和524被操作以绕过扩胀器526时的 整个系统冷却的条件，以增加在冷凝器-冷却器或冷凝器528中的用于排热的制冷剂流动。 [0067]展示的实施方式具有低压压缩器和高压压缩器。替换性的，冷却系统可具有带节 能器端口的压缩器。压缩器可放置在与扩胀器526和电机相同的轴上。节能器端口代表LP压 缩器和HP压缩器之间的状态。
[0068]参照图6,替换性冷却系统600如通过以上公开的系统描述地操作，但是具有热驱 动部分602的附加益处，所述热驱动部分由废热量驱动、或在一个实施方式中由从在发动机 中或航空器中产生的高温源提取的热量驱动。所述系统结合诸如以上描述的动力产生回路 和冷却回路。动力产生部分包括栗626(假如所述栗在其入口处具有液体或至少充分稠密的 制冷剂）、可选回热式换热器622、加热器614、扩胀器616、以及排热交换器632。排热交换器 632是作为排热交换器用于两个回路的通用部件。这种实施方式提供的机会以由两相扩胀 器610(通过将高压压缩器和两相扩胀器放置在相同的轴上)驱动高压压缩器级且由蒸气扩 胀器616(通过将低压压缩器和蒸气扩胀器放置在相同的轴上)驱动低压压缩器级618,而无 需任何电力输入。在一个示例中，所述系统包括一个电驱动装置，栗626。替换性的，可以设 置成由两相扩胀器610驱动低压压缩器级618且由蒸气扩胀器616(如虚线所示)驱动高压压 缩器级。可以选择将栗与扩胀器610-个轴或与扩胀器618-个轴地放置，以避免或减小电 输入。同样，可以选择将低压压缩器、高压压缩器、两相扩胀器、蒸气扩胀器、以及栗放置在 一个通用轴上。此外，电动机-发电机可被添加到轴，以当冷却容量需求减小时提取动力。 [0069]在另一实施方式中，热驱动部分602不由废热获得其热量，而是从在高温下操作的 航空器或航空器发动机中的部件获得其热量。在这种情况下，包括电动机-发电机而非电机 可以是有益的。当无需由蒸发器冷却时，电动机-发电机可产生动力，且通过加热器614的热 温度源的冷却是一个选项。作为另一选项，当热温度源是不可获得的时，冷却系统可由电驱 动。阀604、606、608可以如描述的方式操作，以根据亚临界、跨临界、或超临界操作而选择性 地操作膨胀装置，诸如，扩胀器610和膨胀装置612。然而，在这个实施方式中，来自航空器的 废热经由加热器614回收，废热穿过加热器（即，燃烧产物）。系统600的热驱动部分602包括 扩胀器616和压缩器618、回热式换热器620、622、和624、以及栗626。换言之，除了就图2描述 的系统200的部件之外，系统600还包括实现从航空器回收废热的描述的附加部件，以导致 较高的系统冷却输出和更高效的操作。
[0070]在操作中，液体制冷剂在穿过回热式换热器624之后被提取且经由栗626栗送穿过 回热式换热器622。制冷剂穿过加热器614,且被加热的高压制冷剂通过扩胀器616扩胀，以 及动力从扩胀器被提取以驱动压缩器618。退出扩胀器616的制冷剂穿过回热式换热器622 且在结合部628处加入来自回路的其它部分的制冷剂流动。传到热驱动部分602的制冷剂经 过制冷剂线路630、穿过回热式换热器620、且到达压缩器618,在所述压缩器处，制冷剂被压 缩且传到排热换热器632。
[0071]排热交换器632展示为单一装置或换热器，但是在替换性实施方式中可以是用于 系统的动力产生和冷却部分的两个分开的换热器，且预期的是向被指定为箭头的冷却剂排 热，所述冷却剂在两个分开的换热器实施方式中传到每个换热器。
[0072] 在这种方式下，来自航空器的废热(或来自冷却的高温源的热量)被回收且其能量 可用于改进系统冷却输出和整个系统效率。回热式换热器620、622、624如定位地可用于随 着制冷剂在所述回热式换热器的相应方向上经过而结合地加热和冷却，以进一步利用可用 于系统的废热。而且，预期的是在此展示和描述的所有实施方式能够经由控制器和计算机 控制，如就以上图2描述的(具有控制器224和计算机226)。
[0073] 在替换性实施方式中，扩胀器610联接到压缩器618,且压缩器616在单向阀据此重 新定位的情况下如在替换方案中展示的同样联接到HP压缩器。
[0074]图7和8展示示例性冷却系统，根据示例，每个冷却系统具有两个冷却回路。
[0075]参照图7,冷却系统700被展示为简单示意图，以示出第一冷却回路702和第二冷却 回路704。第一冷却回路702包括第一蒸发器706和第二蒸发器708,第一蒸发器和第二蒸发 器中的每个联接或以其它方式流体连接到第一冷却回路702的其它部件710,如将进一步讨 论的。同样，第二冷却回路704包括第三蒸发器712和第四蒸发器714，第三蒸发器和第四蒸 发器中的每个联接或以其它方式流体连接到第二冷却回路704的其它部件716,如将进一步 讨论的。如将进一步描述的，部件710和716在操作上类似于在图2-6中展示的示例性回路。 [0076]参照图8,冷却系统800被展示为简单示意图，以示出第一冷却回路802和第二冷却 回路804。第一冷却回路802包括第一蒸发器806和第二蒸发器808,第一蒸发器和第二蒸发 器中的每个联接或以其它方式流体连接到第一冷却回路802的其它部件810，如将进一步讨 论的。同样，第二冷却回路804包括第三蒸发器812和第四蒸发器814，第三蒸发器和第四蒸 发器中的每个联接或以其它方式流体连接到第二冷却回路804的其它部件816,如将进一步 讨论的。如将进一步描述的，部件810和816在操作上类似于在图2-6中展示的示例性回路。 [0077]概括而言，冷却系统700和800可在诸如航空器的航空航天应用中实施。在一个示 例中，图7的方框718是航空器的简单的示意性示图，所述航空器具有第一侧720和第二侧 722。在另一示例中，图8的方框818也是航空器的简单的示意性示图，所述航空器具有第一 侦阳20和第二侧822。换言之，在每个系统700、800中，第一侧720、820在一示例中对应于航空 器的端口侧，且第二侧722、822对应于航空器的右舷侧。
[0078]因此，在两个示例中，展示用于航空器的冷却系统，所述冷却系统包括具有第一蒸 发器和第二蒸发器的第一冷却回路和具有第三蒸发器和第四蒸发器的第二冷却回路。在每 种情况下，如将进一步展示的，第一和第二冷却回路中的一个包括第一组阀，所述第一组阀 设置成基于环境条件而指引制冷剂穿过第一冷却子回路、第二冷却子回路、或第一和第二 冷却子回路两者。同样，在每个系统中，蒸发器中的两个安装在航空器的第一侧上，且四个 蒸发器中的另外两个安装在航空器的相反于第一侧的第二侧上。
[0079] 同样，冷却系统700、800包括蒸发器，每个蒸发器提供足够的冷却容量，同时给加 压空气流和循环空气流提供冷却。例如，系统700包括第一冷却回路702,所述第一冷却回路 702具有用于冷却加压空气流的蒸发器706和给循环流提供冷却的蒸发器708。第二冷却回 路704包括用于冷却加压空气流的蒸发器712和给循环流提供冷却的蒸发器714。在另一示 例中，系统800包括具有蒸发器806、812的第一冷却回路802,所述蒸发器806、812之一冷却 加压流，且所述蒸发器806、812中的另一个冷却循环流。第二冷却回路804包括蒸发器808、 814,所述蒸发器808、814之一冷却加压流，且所述蒸发器808、814中的另一个冷却循环流。 第一和第二冷却回路中的蒸发器806、808、812、以及814设置成使得如果冷却回路802或804 之一经历失效，则未失效的冷却回路的剩余蒸发器将仍给加压流和循环流提供冷却。因此， 如果一条回路失效，则其它的维持操作。每个系统给加压空气流提供冷却。一部分加压空气 被排出舱外且剩余的被再循环。一个蒸发器冷却加压流且第二蒸发器冷却再循环流。因此， 包括一部分新鲜空气的冷却/加压空气的特定量进入座舱且这个量是加压和再循环空气的 总和。然而，在一个示例中，冷却系统可不包括两个冷却回路，但是可包括仅一个冷却回路。 因此，根据一个示例，冷却系统可被包括(参照图7)，在所述冷却系统中，仅冷却回路702被 包括。或在另一示例中（参照图8)，冷却系统可仅包括冷却回路之一，诸如，冷却回路802。
[0080] 如所述，回路702、704和802、804可具有设置且配置成以与图2-6的示例一致的方 式操作的相应部件。为了展示这种设置方式，图9和10是一般与以上图2的示例对应的示例。 然而，预期的是诸如在以上图3-6中示出的其它部件设置方式可同样也在回路702、704和 802、804中实施。
[0081] 图9对应于图7的冷却系统700,但是为了简化说明，仅示出第一和第二冷却回路 702、704之一。参照图9,冷却系统900包括制冷剂回路，所述制冷剂回路具有压缩器902、排 热交换器904、由第一线路906朝向第一冷却子回路供给和由第二线路908朝向第二冷却子 回路供给的两个并列膨胀回路。第一线路906联接到蒸发器910,且第二线路908联接到膨胀 机(扩胀器或涡轮机)912。线路906和908在穿过其相应的蒸发器910和膨胀机912之后在位 置914处重新结合。制冷剂线路在位置914处分开，以使得制冷剂传到并列连接的第一蒸发 器916和第二蒸发器918。制冷剂在穿过蒸发器916、918之后在位置920处重新结合且传到抽 吸蓄积器922。回热式换热器926被定位成接收在第一线路906中且也在从抽吸蓄积器922经 过的线路924中的制冷剂。
[0082] 加压空气源928提供供应空气930,所述供应空气穿过排热交换器904且传到混合 器930。混合器930由此从源928接收空气源，所述空气源与通过空气再循环回路932返回的 空气混合。空气经由风扇934被致使在再循环回路932中流动，所述风扇给诸如飞行甲板、座 舱、电子装置、以及航空电子系统(通讯、导航，等等）的航空器的元件936提供冷却空气。因 此，空气被致使流动到元件936, 一些空气被排出舱外938,且一些空气被再循环932到第一 蒸发器916和混合器930,在所述混合器处，再循环空气与源空气930混合。来自混合器的混 合空气沿线路940传到第二蒸发器918。在这种方式下，每个蒸发器916、918冷却返回空气 932以及混合空气940。
[0083]排热换热器904与如图8所示的空气加压子系统的初步换热器结合。可选示例将包 括独立换热器。排热交换器904由冷却流体冷却且可作为冷凝器或气体冷却器操作。一条膨 胀回路具有阀942、回热式换热器926、以及膨胀装置910。其它膨胀回路具有在膨胀机912下 游的两条线路。具有阀944的一条线路与蒸发器916、918直接连通。另一线路供给回热式换 热器926的低压侧且将其热函传递到高压流，所述高压流在阀942打开时经由膨胀装置910 供给蒸发器916、918。
[0084]在一个示例中，排热换热器904由RAM空气冷却或由发动机流冷却。然而，排热换热 器904可由不同流体冷却:燃料，PA0，水，或例如在独立换热器中的其它流体。冷却流体在入 口处进入到排热交换器，且在蒸发器上的热负荷限定冷却系统的操作条件。照此，热量经由 排热换热器904从系统900排出，且排热率由冷却流体的状态参数限定。冷却流体的状态参 数依据应用和流体自身。例如，航空器的操作条件可包括当航空器在高的高度处时发生的 低静态环境温度和低压，同时高静态环境温度和压力可在低高度处或在停机坪上的条件下 发生。这些静态环境压力和温度、马赫数、以及在地面上的压力和温度限定进入排热交换器 的RAM空气的参数。
[0085]例如，膨胀装置910是孔口、热膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管或提供等焓膨胀的任何 其它装置。膨胀机912被设计为两相扩胀器，这意味着离开状态是两相混合物;然而，膨胀机 912能够操纵在蒸气区域中的单相过程。膨胀机912经由旋转轴946联接到压缩器902。在一 些示例性设置方式中，在膨胀机912中产生的动力可不足以驱动压缩器902。因此，压缩器 902可采用电机948以补偿不充分的动力。
[0086]用于蒸发器916的热源与待冷却的物体(例如，动力电子装置、用于座舱和乘客舱 的HVAC、以及其它任务系统)关联。因此，如所述的，再循环空气932和混合空气940可冷却在 飞行甲板、乘客舱、或电子装置中的空气。替换性的，蒸发器916能够经由冷却剂冷却那些物 体中的任何一个或所有，所述冷却剂可以是PA0、水、水乙二醇混合物、或任何其它次级制冷 剂。诸如电子装置的待冷却的物体可安装在冷板上，所述冷板具有用于沸腾制冷剂以由制 冷剂执行直接冷却的通道。所述系统可具有利用相同或不同散热片的多个冷凝器。同样，所 述系统可具有利用相同或不同热源和负荷的多个蒸发器。
[0087]抽吸蓄积器922提供充注管理且是容量控制策略的一部分。当系统冷却容量超过 需求时，未蒸发的制冷剂存储在抽吸蓄积器922中。在容量短缺的情况下，聚集的制冷剂蒸 发且恢复操作。
[0088] 电磁阀942、944、和950控制其操作。在一个示例中，冷却系统900包括控制器952， 所述控制器在一个示例中由计算机954控制。阀942、944、和950被控制且根据航空器的环境 条件或操作条件指引制冷剂流动。
[0089]阀942、944、和950可经由螺线管，或由任何其它装置气动地电致动。在一个示例 中，在当系统不具有阀950及其相关线路时的情况下，回热式换热器926是可选的。同样，存 在当系统不具有阀944及其相关线路时的另一选项。
[0090]系统900被设计成在蒸发器中以压力和温度的宽泛的操作范围操作（低于和高于 临界点）。所述系统可在蒸发器压力低于临界点下操作，以通过沸腾在蒸发器916、918中的 制冷剂而实现吸热和冷却任务的执行。
[0091]排热能够经由选择的操作阀942、944、和950高于或低于临界点地进行。如果排热 过程低于临界压力（当冷却流体温度是低的时），则系统操作是亚临界的且排热交换器904 作为冷凝器操作。否则，当冷却流体温度是高的时，排热交换器904作为气体冷却器操作，且 所述系统在蒸发的压力仍低于临界压力的情况下实施跨临界循环。
[0092] 在过渡过程期间，蒸发器上的负荷、和冷却流体温度以及排热能力的组合可将蒸 发的压力移动到高于临界点。在这种情况下，一个或两个蒸发器916、918作为单相换热器操 作，且这些是当系统操作是超临界的时的情况。
[0093] 当冷却流体温度是高的且在排热交换器中的压力高于临界时，在膨胀阀910自身 中的等焓膨胀可不贡献可行的冷却效果，且在膨胀机912中的膨胀是主导的。如果蒸发器中 的压力高于或接近临界压力（超临界模式），阀942和950关闭；且阀942打开。如果蒸发器中 的压力916、918充分低于临界压力（跨临界模式），阀942和950打开且阀944关闭，以避免过 量蒸气穿过蒸发器循环和相关的过度制冷剂压降。
[0094]当冷却流体温度低到足以将压缩器排放压力驱动到低于临界压力时，扩胀器的贡 献降低，电磁阀950和944可关闭。这在当离开膨胀装置910的热力学状态包含可行量的液相 时发生，或换言之，这在当进入蒸发器的制冷剂的蒸气质量足够低时发生。
[0095]因此，控制策略基于进入蒸发器的压力和蒸气质量。
[0096] -种容量控制策略包括感应在高压侧上的制冷剂压力、在向膨胀装置910的入口 处的制冷剂温度、以及在低压侧上的制冷剂压力。在高侧上的压力和在向膨胀装置910的入 口处的温度限定进入蒸发器的制冷剂热函；这种热函和低侧压力限定进入蒸发器的制冷剂 蒸气质量。
[0097] 概括而言，这种控制策略包括在向膨胀阀910的入口处的适当定位的压力传感器 和温度传感器(未示出）。当排放压力高于设定头压极限或抽吸压力低于设定抽吸压力极限 时，传感器可关掉所述系统。
[0098] 为了区别超临界操作，压力传感器定位在压缩器902的抽吸侧上(在具有LP和高压 HP压缩器的系统中，其为典型的具有控制权益的LP压缩器的抽吸侧）。如果蒸发的压力高于 临界压力（或稍微低于），则电磁阀942、950关闭且所述系统实施超临界循环，尤其是布雷登 循环系统，且离开扩胀器的单相流供给蒸发器916、918。
[0099] 传感器区别跨临界和亚临界操作。在低温冷却流体条件（即，在飞行中和在诸如 C02的制冷剂可能是液体的温度下的高海拔处）下，阀942打开且阀950、944关闭，以指引制 冷剂作为液体流过膨胀阀910(亚临界操作）。在高温冷却流体条件（即，当航空器停泊时或 在低海拔飞行期间、或在过渡到高海拔期间且在诸如C0 2的制冷剂是气体的温度下）下且在 热负荷将蒸发器中的压力驱动到高于临界点的情况下，操作被改变成指引制冷剂流过膨胀 机912(超临界操作)且阀942、950关闭。在其它条件(跨临界操作)下，当蒸气质量不够低时， 阀942和944打开且阀944关闭；当蒸气质量足够低时，阀942打开且阀950和944关闭。
[0100] 而且，当膨胀机912如描述的操作时且随着膨胀机扩胀在其中的制冷剂，由于膨胀 机旋转联接到压缩器902,压缩器902由此被操作且除了由电驱动提供的动力输入之外由膨 胀机912驱动。然而，当膨胀机912被绕过（与压缩器解除联接且不旋转)且液体制冷剂传到 膨胀装置910时，压缩器902由此由电驱动电机948驱动。
[0101] 实现跨临界、亚临界、和超临界操作的C02(二氧化碳）因此是选择与系统200-起 使用的一种制冷剂。将理解的是，可以采用其它跨临界、亚临界和超临界制冷剂。如果需要 提升临界点且延伸两相区以改进整个系统性能，基于c〇 2的混合物(诸如c〇2和丙烷)可被选 择作为制冷剂。照此，c〇2用作制冷剂，所述制冷剂跨越可随着例如航空器的环境条件改变 而经历的操作条件的范围。在从排热交换器排出的情况下，c〇2在温度和压力高于临界温度 和压力时是气体且在温度和压力低于临界温度和压力时是液体。当通过阀942传到膨胀装 置910时，C0 2是气体形式(假如在膨胀之后的压力高于临界点）或是两相形式(假如在膨胀 之后的压力低于临界点）。当在阀942关闭且如上所述的情况下穿过膨胀机912时，C0 2是气 体形式(假如在膨胀之后的压力高于临界点）或是两相或蒸气形式(假如在膨胀之后的压力 低于临界点）。
[0102] 而且，如在图7中展示的，两个冷却回路702和704给加压流和再循环流提供冷却。 因此，将图9的冷却系统900关联到图7的冷却系统700,蒸发器706对应于用于加压空气的蒸 发器918,且蒸发器708对应于用于再循环空气的蒸发器916。如所述，系统700包括对应于冷 却系统900的两个冷却回路。因此，蒸发器712也对应于用于加压空气的蒸发器918,且蒸发 器714对应于用于再循环空气的蒸发器916。因此，系统700包括：安装在航空器的端口（或 左）侧上的一个冷却系统900,其具有用于再循环流的蒸发器和用于加压空气系统的蒸发 器;和安装在航空器的右舷(或右)侧上的一个冷却系统900,其具有循环流和加压空气系 统。
[0103] 参照图10,系统1000包括第一冷却回路1002和第二冷却回路1004。与图9相反地 (其仅示出冷却回路702、704之一），图10示出与系统800的回路802和804对应的两条冷却回 路1002、1004。每个回路1002、1004包括相应换热器1006、膨胀机1008、膨胀阀1010、抽吸蓄 积器1012、和压缩器1014。第一冷却回路1002包括蒸发器1016和蒸发器1018。第二冷却回路 1004包括蒸发器1020和蒸发器1022。每个冷却回路1002、1004被并列操作且在换热器1006 处联接到冷却空气(或其它源）。每条冷却回路1002、1004的操作也与跨临界和亚临界操作 一致、与以上在公开的示例中的说明一致、与至少图2-6和9有关，在所述冷却回路中，所述 流体被指引穿过包括膨胀装置1010的第一子回路或包括膨胀机1008的第二子回路。
[0104]蒸发器1016-1022被设置成提供用于系统1000的冷却。换言之，蒸发器1016-1022 中的两个提供用于再循环空气的冷却，且其中两个提供用于加压空气的冷却。照此，系统 800的蒸发器806对应于系统1000的蒸发器1016且冷却再循环空气，以及系统800的蒸发器 812对应于蒸发器1020且冷却加压空气。为了提供冗余且确保连续操作（如果一个系统失 效），蒸发器1018由此给在冷却系统804(其对应于蒸发器808)中的加压空气提供冷却，且蒸 发器1022由此给在冷却系统804(且对应于蒸发器814)中的再循环空气提供冷却。
[0105]并且，虽然冷却回路900和1000在其操作中如对应于以上图2的描述，但是预期的 是诸如那些在图3-6中示出的其它冷却回路也可在系统700和800中使用。
[0106]参照先前公开的系统和图3作为示例，所公开的系统可在性能系数(C0P)方面经历 改进，且在热的散热片的条件下增加容积冷却容量。所公开的系统可在操作条件的宽泛范 围内操作，操作条件包括排热温度、吸热温度、和负荷的组合，且所公开的系统可在亚临界、 跨临界、和超临界的稳定的状态模式下操作。
[0107]图11展示根据一实施方式的冷却系统的示意性控制框图，所述冷却系统具有基于 航空器的环境条件或操作条件选择的阀控制冷剂流动路径。冷却系统1100以类似于图3的 冷却系统300的方式操作。两级压缩可由两级压缩器、或由低压压缩器和高压压缩器的组合 实施。两级压缩提供的机会以由扩胀器驱动一个压缩器级且由诸如电机1114的电动机驱动 其它压缩器。在一个示例中，低压压缩级、高压压缩级、扩胀器、和电机在相同的轴上。
[0108] 在一个实施方式中，冷却系统1100包括低压压缩器1102、高压压缩器1104、和换热 器或气体冷却器1104。气体冷却器1104(且排热交换器1106)可由下述冷却:燃料、空气、RAM 空气、PA0、水、或任何其它次级制冷剂、风扇旁通空气、或任何可获得的合适的发动机流。扩 胀器1118驱动高压压缩器1108且低压压缩器1102由电动机1114驱动。替换性的，可以设置 成低压压缩器1114由扩胀器驱动且高压压缩器由电机驱动。
[0109] 在一个示例中，排热换热器1106可与气体冷却器1104结合且作为一个装置操作。 类似的，压缩器1108在与图2的压缩器204可比的位置定位。
[0110] 冷却系统1100的操作因此是两级的，因为制冷剂在第一级的压缩1110中穿过压缩 器1102,热量被排出到气体冷却器1104,且制冷剂在进入排热换热器1106之前在第二级的 压缩1112中传到压缩器1108。由于在系统1100中的压缩器1102和压缩器1108相对位置中的 压力，压缩器1102因此被指定为低压(LP)压缩器，且压缩器1108是高压(HP)压缩器(用于第 二级的压缩1112)。
[0111] 在一个实施方式中，单向阀1120可被包括，以在低冷却流体温度和在蒸发器1130 上的热负荷的特定组合下实现绕过由扩胀器1118驱动的压缩器1108。单向阀被添加以实现 LP压缩器的当扩胀器和HP压缩器关闭时的操作。
[0112] 在另一实施方式中，系统1100仅包括一级的压缩，诸如，第二级的压缩1112,在这 种情况下，联接到扩胀器1118的压缩器1108被包括，且第一级的压缩1110被排除。在这个示 例中，在图2中展示的系统200包括接收器、控制阀、压力和温度传感器、等等，如就在图11中 的系统1100描述的。
[0113] 冷却系统1100如讨论的通过两级的压缩1110、1112操作。系统1100因此能够以如 描述的方式经由阀1122、1124、和1126操作，以根据亚临界、跨临界、或超临界操作选择性地 操作膨胀装置，诸如，膨胀装置1128和扩胀器1118。整体容量能够在公开的系统中利用变化 的压缩器速率或由热气旁通器(例如，通过阀1122、1124、和1126的选择性操作)控制。所公 开的系统也允许超临界、跨临界、和亚临界操作的控制，以及例如头压、过热、充注管理、高 压和低压的控制、以及LP压缩器电机温度控制。
[0114] 系统1100因此包括压缩器1102、1108、作为冷凝器或气体冷却器操作的排热交换 器1104、1106、两条回路1100和1112、蒸发器1130、抽吸蓄积器1132、以及对应的连接线路， 所述连接线路包括第一回路和第二回路，第一回路包括膨胀装置1128,且第二回路包括扩 胀器1118。
[0115] 系统1100包括抽吸蓄积器1132和具有螺线管或控制阀1136、1138的接收器1134。 阀1136将接收器1134暴露到其高压侧，且阀1138将接收器1134暴露到其低压侧。系统控制 器1140联接到至少四个传感器:低侧压力传感器1142、高压传感器1144、在向膨胀装置1128 的入口处的温度传感器1146、以及在蒸发器1130处的温度传感器1148。安全开关1150、头压 控制阀1152、和热气旁通阀1154可通过控制器1140操作且联接到1156控制器1140。如将进 一步描述的，在气体冷却器中的最佳压力随着散热片温度改变。压力依据在系统中的制冷 剂循环的量。接收器1134用于聚集储备制冷剂，以在系统在亚临界、跨临界、和超临界稳定 的状态模式下操作时提供系统操作的灵活性。接收器1134在其功能中包括聚集储备制冷剂 且允许抽空所述系统。
[0116] 并且，如所述，系统1100可通过三个主要操作模式操作。亚临界操作在散热片产生 低于临界压力的高侧压力时发生。超临界操作在散热片和蒸发器上的负荷产生高于临界压 力的低侧压力时发生。跨临界操作在散热片和蒸发器上的负荷生成高于临界压力的高侧压 力和低于临界压力的低侧压力时发生。
[0117] 在跨临界操作的第一模式下，阀1122和1124打开，且阀1126关闭。在这种操作下， 两个压缩器1102、1108和扩胀器1118打开。排热至换热器1104，由此作为气体冷却器操作。 在这种操作下，过热不被控制，且抽吸蓄积器1132被接合以代替过热控制以及提供充注管 理。接收器1134向抽吸侧打开(换言之，阀1138打开）。
[0118] 在跨临界操作的第二模式下，阀1122和1126打开且阀1124关闭。在这种模式下，两 个压缩器1102、1108和扩胀器1118打开。
[0119] 在用于系统启动的一个示例中使用的跨临界操作的第三模式下，阀1122、1124、和 1126打开，且两个压缩器1102、1108和扩胀器1118打开。
[0120] 在跨临界操作的第四模式下，阀1122打开且阀1124和1126关闭，两个压缩器1102、 1108打开，且扩胀器1118关闭。这种模式可意味着扩胀器1118、压缩器级1102和1108、和电 机1114在相同的轴上，且扩胀器1118从旋转分离。这种模式也可在亚临界操作下操作。
[0121] 在操作的亚临界模式下，阀1122打开且阀1124和1126关闭。在这种模式下，HP压缩 器1108关闭，LP压缩器1102打开，且排热至换热器1104,由此作为冷凝器操作。操作的这种 模式也可用于过热控制/操作。并且，在这种模式下，制冷剂容积被适当尺寸化，抽吸蓄积器 1132是空的，且接收器1134向抽吸侧打开(例如，阀1138打开）。
[0122] 在操作的超临界模式下，阀1126打开，且阀1122和1124关闭。两个压缩器1102、 1118和扩胀器1118打开。排热至换热器1104,以作为气体冷却器操作。在这种模式下，蒸发 器1130作为单相换热器操作，过热不被控制，且抽吸蓄积器1132是空的。在这种模式下，接 收器接受一部分循环充注(例如，阀1136打开），且阀1138关闭。在接收器1134中的一部分制 冷剂充注在操作逆向时被释放。
[0123] 根据本申请，系统1100可在操作模式之间转换。当在亚临界模式下操作时，在高压 侧上监测的压力低于临界压力。当在超临界模式下操作时，在低压侧中监测的压力高于临 界压力。并且，跨临界模式在高压侧中的压力高于临界压力且低压侧中的压力低于临界压 力时发生。跨临界模式之间的转换基于在高侧压力处计算的热函、在向膨胀阀的入口处的 温度、以及在低侧压力处的蒸气状态。照此，当热函近似于或高于饱和蒸气热函时，则采用 模式1。在其它情况下，能够应用跨临界模式，且用于模式选择的区分者可基于诸如系统效 率、或原始或操作系统成本的此类选择标准。
[0124] 可在每种操作模式下使用各种控制。例如，可使用所有公开的模式:用于LP压缩器 1102的可变速率容量控制；热气旁通控制;低压和高压开关1150，以及LP压缩器电机温度开 关1114。在亚临界操作下，采用过热控制和头压控制。在跨临界模式下，可在抽吸蓄积器 1132中使用充注测量控制。在超临界模式下，可利用接收器1134而采取充注管理控制。
[0125] 容量可通过感应离开蒸发器1130的流体温度且通过改变LP压缩器1102的速率而 被控制。压缩器速率可在特定范围内改变。为了对付负荷的进一步减小，热气旁通被接合。 如果在蒸发器1130上的负荷减小到蒸发/抽吸压力减小到其设定点这样的程度，则热气旁 通控制阀1154打开其孔口，将在恒定热函下的热压缩蒸气扩胀到蒸发器1130中的压力，且 通过绕过冷凝器1104和膨胀装置1128的热气充注蒸发器1130。热气代替冷液体且平衡负 荷。在实施方式中，热气旁通控制阀1154是机械装置，且在另一实施方式中是具有步进电机 及其自身的控制器(未示出）的电子装置。
[0126] 利用恒温膨胀阀控制过热，所述恒温膨胀阀通过维持在蒸发器出口处的几乎恒定 过热而调节进入蒸发器1130的流动，以优化蒸发器1130的性能。随着由于蒸发器1130上的 增加的热负荷导致的过热(在蒸发器出口处)上升，膨胀阀1128增加制冷剂流动直到过热返 回阀设定值。相反地，当过热由于蒸发器1130上的减小的热负荷而降低时，膨胀阀1128可减 小制冷剂流动。在实施方式中，膨胀阀1128是机械装置，且在另一实施方式中是具有步进电 机及其自身的控制器(未示出）的电子装置。
[0127] 在一个示例中，过热在跨临界操作模式下不被控制且充注管理由抽吸蓄积器1132 执行(代替过热控制）。当在蒸发器1130上的负荷减小时，抽吸蓄积器1132捕获且存储未蒸 发的液体，且因此循环的充注被调节以匹配容量需求。当负荷恢复时，存储液体在抽吸蓄积 器1132中沸腾且被引发到循环中。超临界操作意味着单相布雷登循环，且其性能对循环充 注敏感;如果阀SV4和SV5的适当致动维持设定抽吸侧压力，则能够提供适当的循环充注。
[0128] 当散热片温度低于设定点头压时，控制阀将来自冷凝器1106的液体流动限制到回 热式换热器1158。这使得液体制冷剂回到冷凝器1106中，以减小冷凝器的容量，这继而增加 冷凝压力；同时热气使在回热式换热器1158中的液体压力上升，以允许膨胀阀1128常规地 操作。头压控制阀1152能够是机械装置或具有步进电机及其自身的控制器(未示出）的电子 装置。在亚临界模式下，当散热片将头压驱动到低于设定点时，头压控制阀将来自作为冷凝 器操作的排热交换器1106的流限制到回热式换热器1158。
[0129] 在HP排放侧上的高压开关1160防止压缩器1108在过高排放压力下操作;且可使用 附加或可选的高温开关。在LP排放侧上的高压开关1162(不强制）防止压缩器1102在过高排 放压力下操作；可使用附加或可选的高温开关。在LP抽吸侧上的低压开关1164防止压缩器 1102在过低抽吸压力下操作；可使用可选的低温开关。只要诊断系统检测到且允许这种操 作，温度开关防止LP压缩器电机在过高温下操作。所有开关关掉系统且在延迟之后恢复系 统的操作。
[0130] 在系统启动期间，阀1122、1124、1126、和1138打开，且阀1136关闭。在这种方式下， 在接收器1134中的液体制冷剂可用且利用可变速率操作经由LP压缩器1102拉动。所述系统 开始处于以上描述的跨临界模式。控制器1140和压力传感器1142、1144识别且分类操作模 式，且合适的控制被接合。
[0131] 图12展示根据一个示例性实施方式的跨临界C02系统或蒸气控制系统(VCS) 1200。 系统1200包括主要回路1202和充注管理回路1204。
[0132] 主要回路1202包括压缩器1206、排热换热器（气体冷却器）1208、回热式换热器 1210、膨胀装置1212、蒸发器1214、抽吸蓄积器1216、以及控制系统1200中的部件操作的控 制器1218。热气旁通线路1220具有热气旁通阀（HGBV) 1222。热气旁通线路1220将来自压缩 器1206的排放部与压缩器1206的低压侧连接。HGBV 1222感应在系统1202的低压侧中的压 力。热气旁通线路1220将制冷剂指引到向蒸发器1214的入口。根据一个示例性替换方案:热 气旁通线路1220可在其出口 1224处连接到蒸发器1214,或连接到向回热式换热器1210的低 压入口 1226。
[0133] 膨胀装置1212是控制过热的膨胀阀。然而，根据示例性替换方案，装置1212可以是 固定的孔口膨胀装置或毛细管、或扩胀器。压缩器1206可与单速电机或与变速电机联接。如 果使用扩胀器，则压缩器、扩胀器、和电机可放置在相同的轴上。
[0134] 充注管理回路1204包括具有两个端口和对应控制阀1230、1232的充注管理接收器 1228。一个实施方式指示常规打开单向阀，所述单向阀在关闭位置下防止制冷剂仅沿一个 方向流动。暴露到高压侧的阀控制从主要回路到接收器的流动。暴露到低压侧的阀控制从 接收器到主要回路的流动。这意味着在接收器中的压力一直高于抽吸压力且一直低于排放 压力。然而，如果这不是当系统是0N或OFF时的情况，则具有常规关闭的双向阀的实施方式 可以是更好的选择。在关闭位置的双向阀防止制冷剂沿两个方向流动。在一个实施方式中， 当HGBV 1222是0N时，接收器阀1230、1232是OFF。
[0135] -个控制阀1230安装在连接一个接收器端口和在制冷剂侧处的气体冷却器出口 的线路1234上。另一控制阀1232安装在连接第二接收器端口和压缩器抽吸侧的线路1236 上。通常，压缩器使用贯穿所述系统的润滑剂以及油-制冷剂混合物循环。在这种情况下，系 统设计应该避免可能聚集油且防止油返回到压缩器的任何容器。如此设计接收器1228和端 口、且如此安装接收器1228,以防止制冷剂例如竖直或倾斜地堵塞在接收器1228中。充注管 理回路的线路(诸如，线路1234和1236)应该被尺寸化为用于当相关阀1230、1232打开时的 合适的流动速率。控制阀1230、1232中的每个可作为电磁阀或作为调制阀操作。在一个示例 中，两个控制阀1230、1232是双向的以实现双向密封，且可被常规关闭或常规打开。这个示 例包括常规关闭阀1230、1232且当系统1200是OFF时，充注管理接收器1228与主要回路1202 自动隔离。
[0136] 系统1200包括抽吸压力传感器、排放压力传感器、环境温度传感器、以及用于感应 在充注管理接收器1228内侧的压力的压力传感器。可使用在气体冷却器1208处的温度传感 器而非环境温度传感器。
[0137] 充注管理接收器1228作为冗余制冷剂充注的存储器操作。为了增加冷却容量，一 部分制冷剂充注量从充注管理接收器1228移动到主要回路1202。如果冷却容量太高，则一 部分制冷剂充注量从主要回路1228移动到接收器1228。
[0138] 循环制冷剂充注通过感应压缩器排放压力控制。排放压力可通过使用者由系统设 计设定，或排放压力可基于这样的理论由控制器1218计算，所述理论是最佳排放压力是在 任何给定蒸发压力下的环境温度的函数。控制策略可对于恒速压缩器操作把冷却容量(感 应供应温度或蒸发压力/温度)作为目标、或对于可变速率压缩器操作把最大C0P作为目标。
[0139] 如果来自压缩器1206的排放压力高于最佳压力，暴露到高压侧的充注管理接收器 1228的控制阀1230打开，且制冷剂充注从主要回路1202移动到充注管理接收器1228。在一 个示例中，这在环境温度降低时发生。
[0140]如果来自压缩器1206的排放压力低于最佳压力，暴露到低压侧的充注管理接收器 1228的控制阀1232打开，且制冷剂充注量从充注管理接收器1228移动到主要回路1202。这 可在环境温度增加时发生、或在系统1200由于泄漏失去一些制冷剂时发生。
[0141] 充注管理接收器1228实现对来自压缩器1206的排放压力的控制。这简化过热控制 功能，而非利用机械或电子膨胀阀。
[0142] 控制过热的能力防止在抽吸蓄积器1216中的显著制冷剂库存的聚集。然而，即使 已经控制过热，未蒸发的制冷剂也可能在过渡过程期间在从蒸发器1214的出口处显现。抽 吸蓄积器1216捕获且保持未使用的未蒸发液体。抽吸蓄积器1216经由被适当尺寸化且防护 的油返回孔口使制冷剂和油返回到压缩器1206。
[0143] 充注管理接收器在热气旁通阀是OFF时被接合。如果抽吸压力降低，则热气旁通阀 1222卸载蒸发器容量，以调节蒸发器容量和容量需求/负荷之间的匹配。当热气旁通阀1222 是0N时，阀1230和1232处于关闭位置且充注管理接收器与充注管理脱离接合。
[0144] 充注控制的功能之一是充注诊断。控制器1218比较抽吸压力和在充注管理接收器 1228中的压力。如果在接收器1228中的压力和在压缩器1206中的抽吸压力之间的差值高于 设定值，则系统1200已经充分充注。如果所述差值低于设定值，则控制器1218发送指示充注 接近其最小点且维护到期的信号。如果所述差值不存在或是不大的，则充注可能不充分且 预期性能不足。
[0145] 当系统1200是OFF时，在系统1200中的制冷剂充注量可被准确地计算，且贯穿系统 部件和制冷剂达到热平衡。为了评估充注，系统1200应该具有用于在充注管理接收器1228 内侧的制冷剂的压力和温度传感器、在压缩器1206的抽吸侧处的压力和温度传感器、以及 在压缩器1206的排放部处的压力和温度传感器。
[0146] 在系统1200是0FF，压缩器1206的抽吸和排放压力是相等的，且压缩器1206的抽吸 和排放温度是相等时，可假定平衡。控制器1218计算：
[0147] -基于主要回路1202的相等压力和温度以及内部容积而在主要回路1202中的密度 和制冷剂充注；
[0148] -基于接收器1228的压力和温度以及内部容积而在充注管理接收器1228中的密度 和制冷剂充注；以及
[0149] -作为以上两个充注的总和的总充注。
[0150] 如果当系统是OFF时基于使用者请求启动，则控制器1218评估将压缩器的排放和 抽吸压力以及温度进行比较的热平衡，且计算在系统1200中的制冷剂充注。
[0151] 图13展示具有扩胀器1302的跨临界C02系统或蒸气控制系统(VCS) 1300。图13包括 如在图12中公开的部件，但是采用扩胀器1302而非图12的膨胀阀1212。压缩器、扩胀器、和 电机可放置在相同的轴上。电机可以是单速装置、多速装置、或变速装置。以下描述的控制 策略也能够应用于固定孔口膨胀装置或毛细管。
[0152] 在图13中展示的系统具有在蒸发器1306的出口处的附加压力和温度传感器1304。 所述压力和温度确定在蒸发器出口处的过热。HGBV 1308控制在蒸发器出口处的过热和在 VCS的低压侧中的压力。如果过热低于特定设定值或低压侧中的压力低于设定点，则HGBV打 开。热气循环穿过回热式换热器1310的低压侧且减小在回热式换热器1310的高压侧中的冷 却效果。进入扩胀器1302的高压制冷剂变得更热，系统或VCS冷却容量稍微减小且匹配设定 的过热。最终，HGBV 1308调节穿过其的热气流动速率，以维持在正确范围内的低压侧中的 压力和过热。
[0153] 控制过热的能力实现如上所述的充注管理和充注诊断的实施。
[0154] 仍参照图13,在一个示例中，热气旁通线路1312将制冷剂指引到向回热式换热器 1310的低压入口。作为另一示例，热气旁通线路1314可连接到蒸发器1306的入口或出口。
[0155] 图14展示具有扩胀器1402的跨临界C02系统1400或蒸气控制系统(VCS)1400。这个 展示的系统1400具有与图12的部件相同的部件，但是在各回路1408、1410中采用两个蒸发 器1404、1406以在相同蒸发温度下控制两个不同负荷。每个蒸发器回路1408、1410具有各自 的蒸发器1404、1406、压力和温度传感器(未示出）、以及背压控制阀1412、1414。对于具有诸 如蒸发器1040、1406的两个或更多蒸发器的系统，预期的是对于并列连接的"n"个蒸发器， 至少"n-1"个蒸发器具有在相关蒸发器下游定位的背压调节器。
[0156] 每个背压控制阀1412、1414控制上游压力且间接控制穿过蒸发器1404、1406的制 冷剂流动，以感应在蒸发器出口处的过热(压力和温度）。
[0157] 如果多个蒸发器系统具有一直在最高蒸发温度下操作的蒸发器，则蒸发器无需下 游背压调节器。然而，如果一直在最高蒸发温度下操作的蒸发器不能被识别，则每个蒸发器 需要下游背压调节器。在任何操作条件下，控制器识别可在最高蒸发温度下操作的蒸发器 且将相关背压蒸发器保持完全打开。
[0158] 热气旁通线路1416将制冷剂指引到向回热式换热器1418的低压入口。热气旁通线 路1416不连接到蒸发器1404、1406的入口或出口。HGBV 1420感应在两个蒸发器1404、1406 的出口处的过热，且感应系统1400的在低压侧1422中的压力。HGBV 1420如在图12中示出的 系统1200的HGBV1222那样控制在低压侧中的压力。
[0159] 背压调节器1412、1414在过热高于给定设定高值的情况下增加开口和通过背压调 节器的制冷剂流动速率，且在过热低于给定设定低值的情况下减小开口和通过背压调节器 的制冷剂流动速率。
[0160] 同时如果在蒸发器1404、1406的出口处的至少一个过热低于给定设定值，则HGBV 1420打开。进入扩胀器1402的高压制冷剂变得更热，冷却容量稍微减小且这有助于匹配在 两个蒸发器1404、1406的出口处的设定过热。
[0161] 如果至少一个过热高于给定值，则HGBV 1420关闭。进入扩胀器1402的高压制冷剂 变得更冷，所述系统冷却容量稍微减小且这有助于匹配在两个蒸发器1404、1406的出口处 的设定过热。
[0162] 如果一个过热低于特定设定值且第二过热高于特定值，则HGBV 1420不起作用且 过热由背压调节器1412、1414完全控制。控制过热的能力如上所述地实现充注管理和充注 诊断的实施。
[0163] 预期的是热气旁通阀基于将他们与设定点比较的在蒸发器出口处的过热值而控 制蒸发器容量：如果至少一个过热低于相关设定低点且所有其它过热值在范围内，则HGBV 打开;如果至少一个过热高于相关设定高点且所有其它过热值在范围内，则HGBV关闭。
[0164] 还预期为，每个背压调节器基于与设定点比较的在蒸发器出口处的过热而控制蒸 发器容量：当过热高于设定高点时，背压调节器打开，且当过热低于低的设定点时，背压调 节器关闭。
[0165] 概括而言，诸如处理器和用户输入装置的计算机系统226和/或装置可采用多种计 算机操作系统中的任一种，所述计算机操作系统包括但不限于Microsoft 操 作系统的版本和/或变型、Unix操作系统（例如，由加州红木海岸的甲骨文公司发布的 Solaris?*操作系统）、由纽约阿蒙克的国际商业机器公司发布的焱1% 11汊1又?，操作系统、 Umix?操作系统、由加州库比蒂诺的苹果公司发布的1\13€(8>〇8乂和103操作系统、以及 由开放手机联盟开发的爲11.(11*〇1(1@操作系统。
[0166] 计算机装置226-般包括计算机可执行命令，在这里命令能够由诸如那些以上列 出的一个或多个计算机装置执行。计算机可执行命令可由利用各种编程语言和/或技术生 成的计算机程序编译或解释，所述各种编程语言和/或技术包括但不限于单独或组合的 Java?、C?、C++?、Visual Basic?、. JavaScript?、Perl?,等等。概括而言，处理器 (例如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等等接收命令且执行这些命令，由此执行 一个或多个过程，包括在此描述的过程中的一个或多个。这些命令和其它数据可利用多种 计算机可读介质存储和传输。
[0167] 计算机可读介质（也称为处理器可读介质）包括任何非易失（例如，有形)介质，所 述非易失介质参与提供可由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，命令）。这 种介质可采用多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可包括 例如光盘或磁盘以及其它持久存储器。易失性介质可包括例如典型地构成主要存储器的动 态随机访问存储器(DRAM)。这些命令可由一个或多个传输介质传输，传输介质包括同轴线 缆、铜线和光纤，光纤包括线材，所述线材包括联接到计算机的处理器的系统总线。通用形 式的计算机可读介质包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁盘、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD、 任何其它光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它物理介质、RAM、PR0M、EPR0M、 FLASH-EEPR0M、任何其它存储芯片或存储盒、或计算机能够读取的任何其它介质。
[0168] 在此描述的数据库、数据仓或其它数据存储器可包括各种类型的机构，以用于存 储、访问、和检索各种类型的数据，包括层次数据库、在文件系统中的一组文件、专用格式下 的应用数据库、相关数据库管理系统(RDBMS)，等等。每个这种数据存储器一般被包括在采 用诸如以上提及之一的计算机操作系统的计算装置内，且以各种方式中的任何一个或多个 经由网络访问。文件系统可能够从计算机操作系统获得，且可包括存储在各种格式下的文 件。RDBMS除了用于生成、存储、编辑、以及执行存储程序的语言之外一般采用结构化查询语 言（SQL)，诸如，以上提及的PL/SQL语言。
[0169] 在一些示例中，系统元件可作为在一个或多个计算装置(例如，服务器、个人计算 机，等等)上的计算机可读命令实施(例如，软件），并存储在与之关联的计算机可读介质(例 如，盘、存储器，等等)上。计算机程序产品可包括用于执行在此描述的功能的存储在计算机 可读介质上的这些命令。就在此描述的过程、系统、方法、启发等等而言，应该理解的是，虽 然这些过程的步骤等等已经描述为根据特定有序序列发生，但是这些过程可以以除了在此 描述的顺序之外的顺序进行的描述步骤实施。还应该理解的是，特定的步骤可以同时进行， 可以添加其它步骤，或可以省略在此描述的特定步骤。换言之，出于展示特定实施方式的目 的而提供在此过程的描述，且绝不应该被解释为限制所述权利要求。
[0170] 除非在此做出明确相反的指示，否则于在此描述的技术中，在权利要求中使用的 所有术语旨在被赋予由本领域技术人员理解的其最广泛的合理结构及其通常含义。具体 地，除非权利要求列举明确相反的限制，否则诸如"一个"、"这个"、"所述"等等的单数冠词 的使用应该被理解为列举被指示的元件中的一个或多个。
【主权项】
1. 一种冷却系统，包括： 主要制冷剂回路，其包括： 压缩器； 排热换热器； 扩胀器和膨胀装置中的一个； 联接到热负荷的至少一个蒸发器；以及 抽吸蓄积器； 充注管理回路，其具有与所述压缩器和所述排热换热器并列配置的充注管理接收器； 以及 控制器，其配置成将储备制冷剂聚集到所述充注管理接收器且从所述充注管理接收器 排放储备制冷剂，以提供在所述主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界的 操作模式下操作时的系统操作的灵活性。2. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，热负荷来自航空器且制冷剂是C02。3. 根据权利要求1所述的冷却系统，还包括： 在所述充注管理接收器的各低压侧和高压侧上的第一和第二接收器阀;且 所述控制器配置成基于所述航空器的环境条件而操作所述第一和第二接收器阀。4. 根据权利要求1所述的冷却系统，所述主要制冷剂回路还包括热气旁通阀，所述热气 旁通阀配置成将热气从所述压缩器的排放部转移到所述抽吸蓄积器和回热式换热器的入 □之一。5. 根据权利要求4所述的冷却系统，其中，当热气旁通阀是打开时，所述第一和第二接 收器阀是关闭。6. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述控制器配置成基于压缩器的排放压力而 控制所述充注管理接收器中的储备制冷剂的量。7. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述控制器配置成将所述压缩器的抽吸压力 与在所述充注管理接收器内的压力进行比较，且基于所述比较而确定在所述主要制冷剂回 路内的制冷剂的充注是充分的还是不充分的。8. 根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述系统具有并列连接的"η"个蒸发器，且至 少"η-Γ个蒸发器具有在相关蒸发器下游定位的背压调节器。9. 根据权利要求8所述的冷却系统，其中，所述热气旁通阀基于与设定点比较的在所述 蒸发器出口处的过热值而控制蒸发器容量:如果至少一个过热低于相关设定低点且所有其 它过热值在范围内，则HGBV打开;如果至少一个过热高于相关设定高点且所有其它过热值 在范围内，则HGBV关闭。10. 根据权利要求8所述的冷却系统，其中，每个背压调节器基于与设定点比较的在蒸 发器出口处的过热而控制蒸发器容量：当所述过热高于设定高点时，所述背压调节器打开， 且当所述过热低于低设定点时，所述背压调节器关闭。11. 一种操作冷却系统的方法，所述方法包括： 使制冷剂在主要制冷剂回路中经过，所述主要制冷剂回路包括压缩器、排热换热器、膨 胀装置和扩胀器中的一个、联接到热负荷的至少一个蒸发器、以及抽吸蓄积器； 使所述制冷剂在充注管理回路中经过，充注管理回路具有与所述压缩器和所述排热换 热器并列配置的充注管理接收器;并且 将储备制冷剂聚集到所述充注管理接收器且从充所述注管理接收器排放储备制冷剂， 以在所述主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供 系统操作的灵活性。12. 根据权利要求8所述的方法，还包括从航空器接收所述热负荷。13. 根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述航空器的环境条件而操作在所述充注 管理接收器的各低侧和高侧处定位的第一和第二接收器阀。14. 根据权利要求8所述的方法，还包括基于压缩器的排放压力而控制所述充注管理接 收器中的储备制冷剂的量。15. 根据权利要求8所述的方法，还包括： 将所述压缩器的抽吸压力与在所述充注管理接收器内的压力进行比较;并且 基于所述比较而确定在主要制冷剂回路内的制冷剂的充注是充分的还是不充分的。16. 根据权利要求9所述的方法，其中，阀定位在所述充注管理接收器的入口和出口处， 其中，阀常规地关闭； 还包括利用常规关闭的阀关掉所述系统且将所述充注管理接收器与所述主要制冷剂 回路自动隔离。17. -种具有热负荷和冷却系统的航空器，所述冷却系统包括： 主要制冷剂回路，其包括压缩器、排热换热器、膨胀装置、联接到所述热负荷的至少一 个蒸发器、以及抽吸蓄积器； 充注管理回路，其具有与所述压缩器和所述排热换热器并列配置的充注管理接收器； 以及 控制器，其配置成将冗余制冷剂存储在所述充注管理接收器中且排放冗余制冷剂，以 在所述主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系 统操作的灵活性。18. 根据权利要求15所述的航空器，还包括： 在所述充注管理接收器的各低压侧和高压侧上的第一和第二接收器阀;并且 所述控制器配置成基于航空器的环境条件而操作所述第一和第二接收器阀。19. 根据权利要求15所述的航空器，其中，所述控制器配置成将所述压缩器的抽吸压力 与在所述充注管理接收器内的压力进行比较，且基于所述比较而确定在所述主要制冷剂回 路内的制冷剂的充注是充分的还是不充分的。20. 根据权利要求15所述的航空器，充注管理回路还包括在所述充注管理接收器的入 口和出口处定位的阀，其中，阀常规地关闭，以使得当所述系统关闭时，充注管理接收器与 所述主要制冷剂回路自动隔离。
【文档编号】F25B9/00GK105841380SQ201610076890
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】I·魏斯曼
【申请人】劳斯莱斯公司