專利名稱：使用帶中間壓力端口的膨脹器的節(jié)能制冷劑系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本申請涉及利用膨脹器作為膨脹裝置的節(jié)能制冷劑系統(tǒng)，其中，至少 部分制冷劑從膨脹器中一個位置處分流，在該位置處該至少制冷劑已^t至 少部分膨脹，用來在節(jié)能器熱交換器的熱傳遞相互作用期間過冷主制冷劑 流。以這種方式，單膨脹器可為制冷劑系統(tǒng)的主膨脹裝置提供膨脹功能， 并進一步為制冷劑系統(tǒng)的輔助節(jié)能器回路膨脹裝置提供膨脹功能。
背景技術：
制冷劑系統(tǒng)是眾所周知的，其通過制冷劑循環(huán)來循環(huán)制冷劑以調(diào)節(jié)二 次流體。典型地，壓縮機壓縮制冷劑，并將它輸送至第一熱交換器。來自 第 一熱交換器的制冷劑經(jīng)過膨脹過程以降低其壓力。在膨脹過程的下游， 制冷劑經(jīng)過二次熱交換器，然后回到壓縮機。
制冷劑系統(tǒng)設計中 一個額外選擇是節(jié)能器功能的使用。在節(jié)能器功能 中，制冷劑流從主制冷劑流分流，典型地從第一熱交換器下游。該分流的 制冷劑經(jīng)過膨脹裝置，然后該膨脹的分流制冷劑在節(jié)能器熱交換器中與主 制冷劑流成熱交換關系。以這種方式，在主制冷劑流管路中的制冷劑^f皮過 冷，使得當其到達第二熱交換器時會具有更大的加熱容量。該分流的制冷 劑返回節(jié)能器熱交換器下游的中間壓縮點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及節(jié)能制冷劑系統(tǒng)，其中，單個膨脹器用于制冷劑膨脹，且
該單膨脹器進一步具有至少一個中間膨脹端口 ，并作為主膨脹裝置和作為 至少一個節(jié)能器回路膨脹裝置提供膨脹功能。具有單個節(jié)能器回路的最簡
單節(jié)能制冷劑系統(tǒng)配置具有只有一個中間膨脹端口的膨脹器。但是，例如， 如果制冷劑系統(tǒng)包含一個以上的節(jié)能器回路，串聯(lián)設置的中間膨脹器端口 的數(shù)目可相應增加。相應的制冷劑系統(tǒng)壓縮機可由多個串聯(lián)連接的壓縮級 組成，或可為單一內(nèi)部節(jié)能壓縮才幾(這一點例如，為渦旋或螺旋壓縮機的 常規(guī)設置)。膨脹器和任一個體壓縮機或壓縮級之間的電氣或機械連接可 相應地布置成在制冷劑膨脹過程中回收至少部分的釋放能量。膨脹器也可用來協(xié)助驅(qū)動制冷劑系統(tǒng)內(nèi)或外的任何其他部件。膨脹器部分膨脹的制冷 劑部分在中間膨脹點分流，并經(jīng)過節(jié)能器熱交換器與主制冷劑流成熱交換 關系，以向主制冷劑流提供額外的過冷，從而提高系統(tǒng)性能。
在一個實施例中，單個的中間壓力分流點形成在膨脹器中，以分流至 少部分制冷劑經(jīng)過單個節(jié)能器熱交換器。在第二實施例中，有兩個中間壓 力分流點，以及與這些分流點相關聯(lián)的兩個節(jié)能器熱交換器。當然，本領 域技術人員將認識到，甚至更多的分流點和更多的相應節(jié)能器回路可形成 并納入制冷劑系統(tǒng)-沒計。
本發(fā)明的這些和其他特點可從下面的描述及附圖得到^艮好的理解，下 面是


。

圖1顯示了現(xiàn)有技術制冷系統(tǒng)。
圖2顯示了本發(fā)明制冷劑系統(tǒng)的第 一 示意圖。 圖3顯示了本發(fā)明制冷劑系統(tǒng)的第二示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)有技術公知的節(jié)能制冷劑系統(tǒng)20如圖1所示。如圖所示，兩個串 聯(lián)布置的壓縮機22和24可以操作以提供兩個連續(xù)壓縮級?？商娲?，眾 所周知地是使用單個壓縮機，其中，制冷劑在壓縮過程的中間壓縮點處注入。
壓縮制冷劑經(jīng)過冷凝器26,并最終經(jīng)過主膨脹裝置28。雖然如上所 述，膨脹裝置例示為閥，但是使用膨脹器代替閥28也是眾所周知的。在 后一種情況下，膨脹器中制冷劑膨脹過程期間可回收至少部分能量，對于 到達蒸發(fā)器30的制冷劑主要部分，由于膨脹器中更有效的等熵膨脹過程， 還提供額外熱勢能以增加制冷劑系統(tǒng)20的冷卻容量。主膨脹裝置28的下 游，制冷劑經(jīng)過蒸發(fā)器30,然后回到壓縮機22。節(jié)能器熱交換器32納入 制冷劑系統(tǒng)20的回路。如圖所示，分流管路34從主流體管路分流部分制 冷劑并使該制冷劑經(jīng)過節(jié)能器膨脹裝置36。部分膨脹的節(jié)能器回路制冷劑 的壓力和溫度較低，從而在節(jié)能器熱交換器32中的熱傳遞相互作用期間 來冷卻主制冷劑流。雖然分流的制冷劑被圖示為以相同方向流經(jīng)節(jié)能器熱 交換器32，但典型地將制冷劑流布置成逆流配置。然而為了圖示簡單，在圖1中兩個制冷劑流被圖示為以相同方向流動。分流的部分膨脹的制冷劑
部分經(jīng)過返回管路38返回至壓縮級22和24之間的中間壓縮點。盡管圖1 中例示了多級壓縮機，節(jié)能制冷劑返回管路38位于兩個壓縮級22和24 之間，但是將制冷劑節(jié)能部分返回至單個壓縮機中的中間點也是眾所周知的。
如上所述，圖1所示現(xiàn)有技術提供了包含節(jié)能器回路的益處。但是， 它最少需要第二膨脹裝置36。另外，如果膨脹器用來替代主膨脹閥28, 只有部分的可用膨脹能量被回收，因為從經(jīng)過分流管路34和節(jié)能器回路 膨脹閥36的制冷劑的節(jié)能部分中不能回收能量。本發(fā)明的一個例子在圖2 中示出。圖2中的制冷系統(tǒng)40還包括兩個連續(xù)壓縮機42和44。冷凝器 46位于節(jié)能器熱交換器48和膨脹器50的上游。眾所周知，膨脹器50用 來通過電氣或機械裝置膨脹制冷劑并用于回收膨脹功，這在54處#:示意 性示出。該回收的能量可用于協(xié)助驅(qū)動制冷系統(tǒng)40內(nèi)或外的至少一個部 件。同樣，由于膨脹器50中更有效的等熵膨脹過程，通過膨脹器50的制 冷劑的膨脹產(chǎn)生了進入蒸發(fā)器56的完全膨脹制冷劑和進入熱交換器48的 部分膨脹制冷劑的額外熱勢，從而提高了制冷系統(tǒng)40的性能。此外，盡 管圖2顯示了兩個壓縮機，但是本發(fā)明也可擴展至包含蒸氣注入或兩個以 上連續(xù)壓縮級的單個壓縮機的制冷劑系統(tǒng)。
部分制冷劑從膨脹器50中的中間壓力分流點51分流，經(jīng)過管路52, 并經(jīng)過節(jié)能器熱交換器48。中間壓力分流點51處于制冷劑已在膨脹器50 中至少部分膨脹的熱力學狀態(tài)。來自分流管路52的制冷劑在與經(jīng)過節(jié)能 器熱交換器48的主液體管路中的制冷劑流進行熱傳遞相互作用期間過冷 該主液體管路中的制冷劑。制冷劑再次經(jīng)過管i 各53返回至壓縮級42和44 間的中間點。未從中間壓力分流點51分流的制冷劑的主要部分繼續(xù)流經(jīng) 膨脹器，經(jīng)過進一步膨脹，從而增加膨脹過程功的回收，并向進入蒸發(fā)器 56的制冷劑提供額外的熱勢能。如圖1的制冷劑系統(tǒng)20,蒸發(fā)器56位于 膨脹器50的下游，制冷劑的主要部分經(jīng)過蒸發(fā)器56到達壓縮機42。膨脹 器50是本領域眾所周知的，除了它具有將部分膨脹的制冷劑部分供應至 節(jié)能器熱交換器48的附加中間壓力分流點51。分流點51可為膨脹器外殼 上的附加端口，其連通膨脹器內(nèi)的中間膨脹點。本領域技術人員將認識到 什么需要提供給本公開的膨脹器50和中間壓力分流點51。
本實施例獲得了無需單獨節(jié)能器膨脹裝置(現(xiàn)有技術的元件36 )的節(jié)能器回路，并提供膨脹功的額外回收，其有利于制冷劑系統(tǒng)40的性能。
圖3顯示了另一個實施例140。在此實施例中，膨脹器150具有相對 于膨脹過程串聯(lián)設置的兩個中間壓力分流點。這里，第一節(jié)能器回路和節(jié) 能器熱交換器142供給有從相應分流點164通向管路144和第一返回管路 143的部分膨脹的制冷劑部分。本實施例顯示了通向壓縮級42和44之間 的中間點的返回管路143。第二節(jié)能器熱交換器146供給有從相應分流點 165通向管路148和返回管路145的進一步膨脹、但并非完全膨脹的制冷 劑部分。
本實施例例示了連接到壓縮機42中的中間壓縮點的返回管^各145。在 所有其他方面，圖3的實施例類似于圖2所示實施例。
此外，盡管圖2只示出兩個回路，但是還可提供附加節(jié)能器回路和膨 脹器50中的中間壓力對應分流端口。本發(fā)明從而提供至少部分膨脹的制 冷劑，其用于無需單獨專用節(jié)能器膨脹裝置的節(jié)能器回路，并提高了制冷 劑系統(tǒng)的容量和效率。
應當指出，許多不同的壓縮機和膨脹器類型可用于本發(fā)明。例如可采 用渦旋、螺旋、旋轉(zhuǎn)或往復式壓縮機和膨脹器。
利用本發(fā)明的制冷系統(tǒng)可用于許多不同應用中，包括但不限于空調(diào) 系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、海運集裝箱單元、制冷卡車-掛車單元和超市制冷系統(tǒng)。
此外應該理解的是，盡管本發(fā)明可應用于任何節(jié)能制冷劑系統(tǒng)，但是 采用二氧化碳作為制冷劑的制冷劑系統(tǒng)將特別受益于本發(fā)明，因為這些系 統(tǒng)具有傳統(tǒng)缺陷并需要增強性能的附加裝置。
盡管已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領域技術人員會認識到在 本發(fā)明范圍內(nèi)可進行某些修改。出于這個原因，應研究所附權(quán)利要求書以 確定本發(fā)明的真正范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種制冷劑系統(tǒng)，其包括壓縮機，所述壓縮機壓縮制冷劑，并將所述制冷劑向下游輸送至第一熱交換器，來自所述第一熱交換器的制冷劑經(jīng)過至少一個節(jié)能器熱交換器和膨脹器，制冷劑在所述膨脹器中膨脹；位于所述膨脹器下游的第二熱交換器，來自所述膨脹器的制冷劑經(jīng)過所述第二熱交換器，然后回到所述壓縮機；以及從至少一個位置分流的至少部分制冷劑，在該位置該至少部分制冷劑在所述膨脹器中已被至少部分地膨脹，并經(jīng)過所述節(jié)能器熱交換器以冷卻主制冷劑回路中的制冷劑，所述分流的制冷劑部分然后回到所述壓縮機。
2、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所述分流的制冷 劑返回所述壓縮機中的至少 一 個中間壓縮點。
3、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機包括 第 一級壓縮機和第二級壓縮機。
4、 如權(quán)利要求3所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于所述返回制冷劑返 回至所述第一級壓縮才幾和所述第二級壓縮機中間的點。
5、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于具有一個所述節(jié) 能器熱交換器，至少部分膨脹的制冷劑的至少一部分從所述膨脹器中的一 個位置分流，并經(jīng)過所述一個節(jié)能器熱交換器。
6、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于具有至少兩個所 述節(jié)能器熱交換器，制冷劑從所迷膨脹器中的兩個位置分流，并經(jīng)過所述 至少兩個節(jié)能器熱交換器。
7、 如權(quán)利要求6所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所述至少兩個節(jié) 能器熱交換器的所述分流的制冷劑從膨脹器中的至少兩個不同的位置分流o
8、 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于膨脹功用于協(xié)助 驅(qū)動所迷制冷劑系統(tǒng)內(nèi)或外的至少一個部件。
9、 一種操作制冷劑系統(tǒng)的方法，其包括以下步驟(a) 提供壓縮機，所述壓縮機壓縮制冷劑，并將所述制冷劑向下游 輸送至第 一熱交換器，來自所述第 一熱交換器的制冷劑經(jīng)過至少一個節(jié)能 器熱交換器和膨脹器，制冷劑在所述膨脹器中膨脹；(b) 提供位于所述膨脹器下游的第二熱交換器，來自所述膨脹器的制冷劑經(jīng)過所述第二熱交換器，然后回到所述壓縮機；以及(c)從至少一個位置分流至少部分制冷劑，在該位置該至少部分制 冷劑在所述膨脹器中已被至少部分膨脹，并經(jīng)過所述節(jié)能器熱交換器以冷 卻主制冷劑回路中的制冷劑，所述分流的制冷劑部分然后回到所述壓縮機。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述分流的制冷劑返回 所述壓縮機中的至少一個中間壓縮點。
11、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述壓縮機包括第一級 壓縮機和第二級壓縮機。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述返回制冷劑返回 至所述第一級壓縮機和所述第二級壓縮機中間的點。
13、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于具有一個所述的節(jié)能器 熱交換器，至少部分膨脹的制冷劑的至少一部分從所述膨脹器的一個位置 分流，并經(jīng)過所述的一個節(jié)能器熱交換器。
14、 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于具有至少兩個所述節(jié)能 器熱交換器，制冷劑從所述膨脹器中的兩個位置分流，并經(jīng)過所述的至少 兩個節(jié)能器熱交換器。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述至少兩個節(jié)能器 熱交換器的所述分流的制冷劑從膨脹器中的至少兩個不同的位置分流。
16、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于膨脹功用于協(xié)助驅(qū)動所 述制冷劑系統(tǒng)內(nèi)或外的至少 一個部件。
全文摘要
使用膨脹器的制冷系統(tǒng)，其中至少部分膨脹的制冷劑部分在中間膨脹點分流，并經(jīng)過節(jié)能器熱交換器。在節(jié)能器熱交換器中，分流的制冷劑進一步冷卻主液體管路中的制冷劑。本發(fā)明通過利用單一膨脹器提供該膨脹功能，而無需單獨專用的節(jié)能器回路膨脹節(jié)流裝置。本發(fā)明還考慮到膨脹功的回收，否則其會在節(jié)能器膨脹節(jié)流裝置中損失。在更有效的等熵膨脹期間，通過為膨脹器中(部分或完全)膨脹的制冷劑提供額外熱勢能，從而改善了系統(tǒng)能力和效率。在各個實施例中，可具有多于單個的節(jié)能器回路，每個所述節(jié)能器回路在不同中間膨脹點從膨脹器接收分流的制冷劑部分。
文檔編號F25B41/00GK101617182SQ200780051786
公開日2009年12月30日 申請日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司