[发明专利]具有可变容积式膨胀机的制冷系统

说明书

技术领域

本申请涉及制冷系统，其中通过膨胀机提供膨胀过程。通过控制被分流到膨胀机内的中间膨胀点的制冷剂的量，该膨胀机的容积能够被改变。正如下面将会详述的那样，通过控制被分流的制冷剂的量，整个制冷系统能够被更加有效地控制和运行。

背景技术

制冷系统在空调和制冷技术中是公知的，并且被利用以便对输送到被气候控制的地方或空间的二次流体(例如，空气、水或乙二醇溶液)进行调节。在基本的制冷系统中，压缩机对制冷剂进行压缩，并将该制冷剂向下游输送到第一热交换器，在该第一热交换器处热量被直接或间接地从该制冷剂排到周围环境。从该第一热交换器，该制冷剂会经过膨胀过程，在该过程中该制冷剂将会被膨胀到更低一些压力和温度，然后该制冷剂会通过第二热交换器，在该第二热交换器处由该制冷剂接受来自第二流体的热量，以便冷却将被输送到室内环境的该第二流体。对于在制冷剂临界点之下的系统运行(或者所谓的亚临界运行)而言，第一热交换器常常被称作冷凝器，而对于在制冷剂临界点之上的系统运行(或者所谓的超临界运行)而言，第一热交换器常常被称作气体冷却器。第二热交换器通常运行在亚临界两相区域内，并且被称作蒸发器。

在公知的制冷系统中利用到的一个性能增强选项是膨胀机的使用。同限制型膨胀装置(无论是固定类型还是可调整类型)相比，膨胀机给予了更有效的等熵膨胀过程这样的优点，并且和限制型膨胀装置所用的等焓过程相比在蒸发器中导致了更高的制冷剂冷却潜力。同样，某些膨胀功被恢复以协助驱动制冷系统部件中的至少一个。膨胀功恢复以及在蒸发器内实现的额外的制冷剂冷却潜力这两者对于制冷系统运行而言都是有益的，因为这两者都增大了制冷系统的容量和效率。

对于CO₂制冷剂应用，膨胀机的使用特别重要，这是因为在相对基础上，膨胀机对CO₂制冷剂比对传统制冷剂提供了大得多的热力循环改善。由于在绝对温标上，CO₂系统并不像那些采用常规制冷剂(例如，R22、R410A、R404A、R407C、R134a，等等)的系统一样热力有效，所以在CO₂系统内使用膨胀机也是很重要的。

在膨胀机使用中的一个问题涉及到对经过该膨胀机的制冷剂的量进行控制的难度。另外，由于这些系统中CO₂循环的跨临界的本质，所以这些系统比采用常规制冷剂的那些系统对于制冷剂填充管理更加敏感。

现有技术的系统依赖在膨胀机周围的制冷剂旁通管(从膨胀机的入口到其出口)来对流经该系统的制冷剂进行调整。换言之，制冷剂流量的一部分被短路以直接从排热热交换器出口进入到蒸发器入口。这种旁通管的使用被证明是没有效率的，这是因为被旁通的制冷剂代表了从膨胀机入口到其出口的直接“泄漏”，该被旁通的制冷剂不参与到功恢复中，并且被公知是导致膨胀机缺乏效率的主要贡献者之一。

发明内容

在本发明所公开的实施例中，通过在膨胀机中提供中间压力端口来调整该膨胀机容积。如果期望使更多的制冷剂通过膨胀机，那么来自该膨胀机入口的制冷剂流量的一部分被分流到该中间膨胀端口。通过被放置在该旁通管线内的合适的尺寸大小和/或足以满足需要的限制部，来控制通过膨胀机的制冷剂的量。优选地，通过流量控制装置(例如，阀)来控制该旁通管线内的制冷剂的流量。举例来说，该阀可以是开/关(ON/OFF)类型，例如，电磁阀。该阀还可以是可调整限制(调制)类型，或者脉动类型，以用于对通过该旁通管线的制冷剂流量的更精确的控制。如果膨胀机包括被彼此串联安装的多个膨胀级或多个膨胀机，那么类似的技术也可以被使用。在这种情形中，一些制冷剂被从上游膨胀级的入口分流进入到位于下游的膨胀级的入口。换言之，在这种情形中，制冷剂被注入到这些膨胀级之间。

在本发明中，通过消除了从高压的排热热交换器到低压的蒸发器的直接“泄漏”途径来提高膨胀过程的效率，同时保持有对通过该膨胀机的制冷剂的量提供精确控制的能力。此外，由于更有效率的等熵过程以及从旁通的制冷剂获得的额外的功恢复，所以制冷系统的运行性能得以提高。

附图说明

从以下详细说明以及附图，本发明的这些特征以及其它特征能够被最佳地理解，以下是对附图的简要说明。

图1示意性示出了现有技术的制冷系统。

图2示出了创造性的制冷系统。

图3示出了创造性的制冷系统的另一个示意性图示。

具体实施方式