制冷剂系统及其运行制冷剂系统的方法

摘要

一种制冷剂系统可以以蒸气喷射模式或卸载模式运行。对于蒸气喷射流动的节流器组合到制冷剂系统中。节流器位于喷射管路与卸载器管路相交点上游的蒸气喷射管路上。在这种情况下，对于蒸气喷射运行模式流动被限制到所需的水平。然而，当制冷剂系统处于卸载运行模式时，没有对旁通流动的节流，该节流有助于改善处于这种运行模式的系统性能。在其中的一个实施例中，针对运行条件，在蒸气喷射运行模式的过程中可以调节节流面积以实现最好的性能。

权利要求

1.一种制冷剂系统，包括：

压缩机，所述压缩机传送制冷剂到冷凝器，在所述冷凝器下游的分流管路从主制冷剂流动管路分流制冷剂，所述主制冷剂流动管路经过节能器热交换器，所述主制冷剂流动管路从所述节能器热交换器到达膨胀装置，并到蒸发器，然后通过吸入管路返回到所述压缩机，所述分流制冷剂有选择地经过所述节能器热交换器，并进入节能器喷射管路，以通过连接器管路回到所述压缩机的中间压缩点，所述连接器管路将喷射管路连接到所述的中间压缩点；

来自所述压缩机的所述中间压缩点的部分压缩流体有选择地输送通过所述连接器管路，然后由设置在卸载器管路上的卸载阀通过所述卸载器管路输送到所述吸入管路；和节流器，其设置在所述节能器喷射管路上这样的位置处，该位置使经过所述卸载器管路的制冷剂不经过所述节流器，但回到所述中间压缩点的所述分流制冷剂将经过所述节流器。

2.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述节流器位于所述节能器喷射管路上相对于所述卸载器管路连接到所述节能器喷射管路的点的喷射流体上游不超出30厘米。

3.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中对于具有工作容量大约100,000mm3的压缩机，所述节流器尺寸是大约3mm2。

4.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述压缩机是涡旋式压缩机。

5.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述压缩机是螺旋式压缩机。

6.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述压缩机是往复式压缩机。

7.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述压缩机是旋转式压缩机。

8.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述压缩机具有单一的压缩级。

9.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述压缩机由至少两个压缩机串联组成，并且所述中间压缩点位于连接任何两个压缩机的管路上。

10.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述压缩机具有两个压缩级，并且所述中间压缩点设置在所述两个压缩级的中间。

11.如权利要求1所述的制冷剂系统，其中所述节流器具有可改变的流动面积。

12.一种运行制冷剂系统的方法，包括以下步骤：

提供压缩机，所述压缩机传送制冷剂到冷凝器，在所述冷凝器的下游提供分流管路，用于从主制冷剂流动管路分流制冷剂，并且所述主制冷剂流动管路经过节能器热交换器，所述主制冷剂流动管路从所述节能器热交换器到达膨胀装置并到达蒸发器，然后通过吸入管路返回到所述压缩机，所述分流制冷剂有选择地经过所述节能器热交换器，并且进入节能器喷射管路，以通过连接器管路回到所述压缩机的中间压缩点，所述连接器管路将喷射管路连接到所述中间压缩点，并且提供卸载器管路，用于从在所述压缩机上的所述中间压缩点输送部分压缩的制冷剂通过卸载阀有选择地回到所述吸入管路，并且在所述节能器喷射管路上这样的位置处设置节流器，该位置使得经过所述卸载器管路的制冷剂不经过所述节流器，但回到所述中间压缩点的所述分流制冷剂将经过所述节流器；和当需要卸载运行时，使制冷剂有选择地经过所述卸载器管路回到所述吸入管路；和当需要节能器运行时，来自所述分流管路的制冷剂有选择地经过所述喷射管路，和通过所述节流器到达所述压缩机的所述中间压缩点，并且当选择节能器运行时，确定用于制冷剂系统运行的所述节流器需要的尺寸，并且根据所述确定改变所述节流器的尺寸。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述节流器位于所述节能器喷射管路某一点不超过30厘米的上游，在该点所述卸载器管路连接到所述节能器喷射管路。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述压缩机是单级压缩机。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述压缩机由至少两个压缩机串联组成，并且所述中间压缩点位于连接任何该至少两个压缩机的管路上。

16.如权利要求12所述的方法，其中所述压缩机具有两个压缩级，并且所述中间压缩点设置在所述两个压缩级的中间。

17.如权利要求12所述的方法，其中所述确定以系统运行特性为基础。

说明书

技术领域

本申请涉及一种制冷剂系统，其中引导进入压缩机的单一管路提供了两个功能，即卸载器功能和节能器或所谓的蒸气喷射功能，并且其中节流器位于节能器喷射管路的不影响卸载器功能的位置。

背景技术

制冷剂系统用于控制各种被调节室内环境中的温度和湿度。在典型的以冷却模式运行的制冷剂系统中，制冷剂在压缩机内压缩，并供应到冷凝器(或在这种情况下是户外热交换器)。在冷凝器中，热量在室外环境空气和制冷剂之间交换。制冷剂从冷凝器传到膨胀装置，在膨胀装置中制冷剂膨胀到更低的压力和温度，然后到达蒸发器(或室内的热交换器)。在蒸发器中，热量在制冷剂和室内空气之间交换，以达到室内空气的调节。当制冷剂系统运行时，蒸发器冷却并典型地从提供给室内环境的空气中除湿。
对于制冷剂系统设计者来说，增强系统性能的可用的一个选择是所谓的节能器循环。在节能器循环中，从冷凝器流过来的一部分制冷剂被分流并经过节能器膨胀装置，然后到达节能器热交换器。此分流的制冷剂使还经过节能器热交换器的主制冷剂流过冷。分流的制冷剂通常以汽化状态离开节能器热交换器，并且在中间压缩点被喷射回压缩机。在经过节能器热交换器之后，主制冷剂被另外过冷。接着，主制冷剂经过主膨胀装置和蒸发器。由于在节能器热交换器中得到另外的过冷，这个主制冷剂流将具有更高的冷却潜能。由此节能器循环提供了增强的系统性能。在替代的设置中，制冷剂的一部分被分流并在(随着主流)经过节能器热交换器之后经过节能器膨胀装置。在其它所有方面，这种设置与上面描述的结构一致。
最近，本发明的受让人开发出一种压缩机，其中在压缩机上的节能器喷射端口也用于提供卸载器功能。卸载器管路包括卸载器或旁通阀，并且有选择地从压缩室输送流体进入吸入管路。由于卸载器管路与中间压缩室连通，所以效果在于允许一部分压缩的制冷剂从这些压缩室经过相同的喷射端口，然后回到吸入口。采取此动作减少制冷剂系统的容量。这种发明具有许多好处，其中最重要的是消除用于两个功能中每一个的分离流体管路，并且使用单一的中间压缩机端口。
然而，这种发明没有在设计中提供理想的很大的灵活性。特别是，通常对于节能器功能的最有效率的操作是，当流体喷射进入中间压缩容器时，同时喷射端口是相当小的尺寸。对于这种运行模式，当流体被喷射进入中间压缩容器时，如果喷射端口比需要的大，则会发生附加损耗，因为在喷射过程中将允许制冷剂进入和排出压缩容器。这种不希望有的制冷剂活动引出了附加的所谓“溅出”损耗。这种“溅出”损耗会降低节能器循环的效率。换句话说，如果喷射端口对于喷射过程来说太大，则在喷射端口没有充足的流动阻力用于最优运行。
另一方面，当进行卸载模式时，如果选择端口尺寸实际上尽可能的大，则增加了它的有效性。换句话说，在这种卸载模式中，为了在这种模式中最有效率的运行，需要实际上尽可能地减少流动节流器的量。因此，对于最优的运行，需要用于蒸气喷射模式和用于卸载模式的不同的流动节流器。然而在过去，由于节流器对于节能(蒸气喷射模式)和卸载模式位于相同的通道，流动阻力对于节能(蒸气喷射)和卸载运行模式两者是相同的。因此，理想的是，除去具有用于这两种运行模式的相同的流体节流器的这种限制。如果消除这种限制，则可以优化用于节能运行的节流器的尺寸，而同时使得用于卸载运行的流动尽可能不受限制。在这种情况下，基本上可以改进节能和卸载两种模式的循环效率。
因此，现有技术，例如美国专利5,996,364和美国待审申请20040184932所描述的，对于节能和卸载两种功能利用位于共用通道中的相同的喷射端口(作为节流器)，不能完全地实现所需的结果。

发明内容

在本发明公开的实施例中，节流器在此卸载管路连接到节能器喷射管路中的位置直接上游的位置处设置在节能器喷射管路中(在这种情况下，上游的定义涉及当流喷射进入中间压缩容器的状况)。更广泛地说，节流器设在这样的位置，使得以卸载运行模式时，从压缩机内的中间压缩点回到吸入口的一部分部分压缩的制冷剂在其流到吸入管路的路途上不经过此节流器。
然而，在本发明中，与卸载运行模式相反，当制冷剂喷射进入中间压缩容器时，制冷剂必须经过这个节流器。节流器的最优尺寸将根据许多因素而改变，这些因素包括压缩机工作容积、运行频率、尺寸和其它节流元件对压缩机内的喷射流的位置等等。然而分析和实验表明，对于具有100,000mm3工作容积并在60Hz额定频率运行的压缩机来说，用于节流器的最优尺寸(面积)将是2到15mm2左右。对于节能运行模式的最优节流器尺寸(面积)将发展成与压缩机的工作容积和运行频率大致成比例。当然，其它尺寸也属于本发明的范围之内。
在本发明的另一方面，节能器喷射管路节流器被制造成可调整，以适应宽范围运行条件下的最优运行。
本发明的这些及其他特征可以根据以下说明书和附图更好地理解，以下是对附图简要的描述。

附图说明

图1是现有技术的原理图。
图2示出了发明的系统。
图3示出了替换的实施例。
图4示出了替换的实施例，其中节流器具有可变的开口。
具体实施模式
在图1中示出了现有技术的制冷剂系统20，其具有传送制冷剂到冷凝器24的压缩机22。压缩机可以是涡旋式、螺杆式、往复式、旋转式、或任何其它压缩机，这些压缩机如巳知的已经用于节能器循环，并具有中间蒸气喷射端口和旁通卸载管路。分流管路26从冷凝器下游的主制冷剂流动管路28分流制冷剂。分流管路26和主流动管路28都经过节能器热交换器30。分流管路在到达节能器热交换器30之前经过节能器膨胀装置32。实际上，尽管是用于示意目的，制冷剂流被示出在相同的方向流动，但是理想的是，两股制冷剂以逆流关系流过节能器热交换器30。同时，如巳知的，膨胀箱可以用于代替节能器热交换器30。膨胀箱以与上面描述的节能器热交换器类似的模式运行并起相似的功能。可以理解的是，为了本发明的目的，常规的节能器热交换器只作为典型的例子被示出。
在节能器热交换器30的下游，主制冷剂流经过膨胀装置34，并流到蒸发器36。在蒸发器36的下游，有通过管路44和吸入管路58连接到压缩机22的吸入口的可选的吸入调节阀38。当卸载阀40打开并且制冷剂到蒸气喷射管路46的流动被切断时，例如通过关闭节能器膨胀装置32，则系统在卸载模式运行。在卸载模式运行的时候，制冷剂经过通常设置到压缩机22内部的喷射端口或多个端口，如美国专利5,996,364和美国待审申请20040184932中详细描述的。在旁通制冷剂离开压缩机之后，该制冷剂进入连接管路41，然后进入吸入管路58，在吸入管路58中它与来自管路44的制冷剂混合。如巳知的，吸入管路58使制冷剂返回到压缩机22的吸入侧。
当希望具有节能器功能时，分流制冷剂通过管路26传送，然后进入专用的喷射管路46。接着制冷剂根据运行的模式流入连接器管路56，该连接器管路56可以起传送旁通流和喷射喷射流的双重功能。在喷射模式中，制冷剂进入连接器管路56之后，它经过中间压缩进入点48，然后进入压缩机22的压缩室。如果不希望具有节能器功能，则一些截流装置被封闭在管路26或管路46中。例如，节能器膨胀装置32可以执行截流阀功能，或者可以提供单独的关闭阀。
如上所述，一个涉及这种现有技术系统的问题在于，理想的是具有对于节能器功能和卸载器功能的流动节流器尺寸的单独设计控制。迄今为止，现有技术没有实现这种单独控制。
图2示出了实施例50，其中节流器52位于管路46上，优选地直接在管路41、46和56的T形连接的上游(当涉及喷射流时)。进一步地，最优选的位置是在离此接合处30厘米之内。通过接近于接合处放置节流器，可以最小化上面描述的“溅出”损失。当然，在其它距离放置节流器也属于本发明的范围之内。现在，通过适当地确定节流器52的尺寸，压缩机设计者可以实现对于节能器功能所需的制冷剂流动特性(即，经过节流器52的相对小的流动通道)，而仍然保持对于卸载器功能较大的流动面积。在这种结构中，这有助于管路56和压缩机22内部任何通道尺寸的最大化。通过最大化这些通道的尺寸，可以使在卸载运行模式中对旁通流的阻力最小化，由此提高在这种运行模式中的压缩机效率。在管路46上的节流器52的尺寸于是可以变成喷射流动的控制节流器。
如图3所示，虽然中间压缩点可能如已知的在单一的压缩机之内，但中间压缩点148还可以被限定在组合压缩系统的两个独立的压缩级22和122之间。每个独立的压缩级可以是不同的压缩机。在此管路170是连接低压级压缩机到高压级压缩机的管路。吸入管路144将接收旁通流，如图2中管路44所做的，在此管路156传递这种流，如管路56在图2的实施例中所做的。除了使用两个不同的压缩级，这种实施例与图2的实施例一致。
可以理解的是，在本发明的范围内，图2的节流器52可以用图4的可变尺寸的节流器152代替，其中可变尺寸的节流器开口面积在节能运行模式期间可以被调整，以相对于不同运行条件在这种模式下进一步地优化系统性能。节流器的尺寸可以通过控制器162控制，所述控制器162根据运行条件确定最优的节流器尺寸。尽管它们没有在发明的位置使用，或用于发明的功能，但这种控制是巳知的。而且，本领域普通技术人员将认识到如何相对于运行条件来确定最优的节流器尺寸。
尽管本发明优选的实施例已经公开，本领域普通技术人员可以认识到某些变化会进入本发明范围之内。因此，以下权利要求应该被考虑以确定本发明实际的范围和内容。