專利名稱：制冷劑蒸汽壓縮系統中的充注量管理的制作方法
技術領域：
本發明大體而言涉及制冷劑蒸汽壓縮系統，且更特定而言涉及在制冷劑蒸汽壓縮 系統(包括使用二氧化碳制冷劑且以跨臨界循環操作的運輸制冷制冷劑蒸汽壓縮系統)中 的有效制冷劑充注量管理。
背景技術：
制冷劑蒸汽壓縮系統是本領域中熟知的且通常用于運輸制冷應用中以制冷供應 到用于運輸冷凍或易腐物品的卡車、拖車、集裝箱或類似物的溫度控制貨物空間的空氣。制 冷劑蒸汽壓縮系統也可常用于與超市、便利店、餐館和其它商業機構相關聯的商業制冷設 施中以制冷供應到存儲冷凍或易腐食品的冷室或制冷展示柜的空氣。制冷劑蒸汽壓縮系統 也通常用于調節供應到住宅、辦公樓、醫院、學校、餐館或其它設施內的氣候控制舒適區的 空氣。通常，這種制冷劑蒸汽壓縮系統包括壓縮機、空氣冷卻的或水冷卻的制冷劑散熱熱交 換器(其在亞臨界操作中充當冷凝器且在跨臨界操作中充當氣體冷卻器)，制冷劑受熱熱 交換器(其充當蒸發器)，以及相對于制冷劑流動在受熱熱交換器上游且在散熱熱交換器 下游的膨脹裝置(通常為熱力膨脹閥或電子膨脹閥)。這些基本制冷劑系統構件由制冷劑 管線互連成閉環制冷劑回路，根據已知的制冷劑蒸汽壓縮循環布置。在傳統上，這些制冷劑蒸汽壓縮系統中的大部分以亞臨界制冷劑壓力操作。以亞 臨界范圍操作的制冷劑蒸汽壓縮系統通常被充注常規氟碳制冷劑，諸如(但不限于)氫 氯氟碳化合物(HCFC)，諸如R22，且更通常為氫氟碳化合物(HFC)，諸如R134a、R410A和 R407C。在當今市場上，對于諸如二氧化碳的“天然”制冷劑代替HFC制冷劑用于空調應用、 商業制冷應用和運輸制冷應用中示出表現出更大的興趣。但是，由于二氧化碳具有低臨界 溫度，充注二氧化碳作為制冷劑的大多數制冷劑蒸汽壓縮系統被設計成以跨臨界壓力模式 操作，至少是對于其操作的一部分。舉例而言，具有空氣冷卻的制冷劑散熱熱交換器的運輸 制冷劑蒸汽壓縮系統在周圍空氣溫度超過二氧化碳的臨界溫度點(31. 1°C (88° F))的環 境中操作，必須也以超過二氧化碳的臨界點壓力(7.38MPa(1070pSia))的壓縮機排放壓力 操作，且因此將以跨臨界循環操作。在以跨臨界循環操作的制冷劑蒸汽壓縮系統中，制冷劑 散熱熱交換器作為氣體冷卻器操作而不是作為冷凝器操作且以超過制冷劑臨界點溫度和 壓力的制冷劑溫度和壓力操作，而蒸發器在亞臨界范圍的制冷劑溫度和壓力下操作。在制冷劑蒸汽壓縮系統的低壓側，存在蒸發器膨脹裝置的出口與壓縮裝置的制冷 劑吸入口之間的部分，制冷劑壓力和制冷劑溫度保持關聯。但是，在跨臨界操作中，在制冷 劑蒸汽壓縮系統的高壓側，存在壓縮裝置的制冷劑排放出口與蒸發器膨脹裝置的入口之間 的部分，制冷劑壓力和制冷劑溫度彼此獨立。因此，可僅對于單個設計操作點來優化制冷劑 壓力。因此，在偏離設計的條件下，制冷劑蒸汽壓縮系統操作可為次優的，因為在那些條件 下，制冷劑充注量可高于或低于最佳制冷劑充注量。美國專利申請公告No. US/2005/0132729A1公開了一種跨臨界制冷劑蒸汽壓縮系 統，制冷劑蒸汽壓縮系統具有制冷劑存儲容器，制冷劑存儲容器包含可變質量的制冷劑，由此可控制系統的容量。在所公開的實施例中，制冷劑存儲容器相對于制冷劑流動在蒸發器 膨脹裝置上游和相對于制冷劑流動在制冷劑散熱熱交換器下游的位置通過單個流體管線 總是與閉環制冷劑回路成開放流體連通。通過調節槽的溫度或者通過調節槽內的存儲體積 來控制制冷劑存儲容器內的制冷劑質量，這需要在永久或臨時的基礎上向制冷劑系統提供 額外可測量的功率。
發明內容
在本發明的一方面，制冷劑蒸汽壓縮系統包括以閉環制冷劑回路安置成串聯制冷 劑流動連通的制冷劑壓縮裝置，制冷劑散熱熱交換器、膨脹裝置以及制冷劑吸熱熱交換器； 制冷劑存儲裝置，其由至少一個制冷劑管線連接成與閉環制冷劑回路流體連通，制冷劑存 儲裝置限定存儲體積；以及，插置于該至少一個制冷劑管線中的流量控制裝置。流量控制裝 置具有打開位置和關閉位置，在打開位置，制冷劑可通過該至少一個制冷劑管線流動，在關 閉位置，阻止制冷劑通過該至少一個制冷劑管線流動。在一實施例中，控制器可與流量控制 裝置在操作上相關聯以將流量控制裝置選擇性地定位于打開位置或關閉位置。在一實施例中，制冷劑存儲裝置的存儲體積相對于制冷劑流動在膨脹裝置上游在 制冷劑蒸汽壓縮系統的高壓側的位置由單個制冷劑管線連接成與閉環制冷劑回路成流體 連通，膨脹裝置安置于閉環制冷劑回路中制冷劑散熱熱交換器的下游和制冷劑吸熱熱交換 器的上游。在一實施例中，制冷劑存儲裝置的存儲體積相對于制冷劑流動在膨脹裝置下游 在制冷劑蒸汽壓縮系統的低壓側的位置由單個制冷劑管線連接成與閉環制冷劑回路成流 體連通。在本發明的一方面，制冷劑蒸汽壓縮系統包括以閉環制冷劑回路安置成串聯制冷 劑流動連通的制冷劑壓縮裝置，制冷劑散熱熱交換器、膨脹裝置以及制冷劑吸熱熱交換器； 制冷劑存儲裝置，其限定存儲體積，存儲體積具有上區與下區，且上區相對于制冷劑流動在 膨脹裝置上游在制冷劑蒸汽壓縮系統的高壓側的位置由第一制冷劑管線連接成與所述閉 環制冷劑回路成流體連通，且下區相對于制冷劑流動在膨脹裝置下游在制冷劑蒸汽壓縮系 統的低壓側的位置由第二制冷劑管線連接成與閉環制冷劑回路成流體連通。第一流量控制 裝置插置于第一制冷劑管線中且第二流量控制裝置插置于第二制冷劑管線中。流量控制裝 置中的每一個具有打開位置與關閉位置。在一實施例中，流量控制裝置中的每一個可為具 有打開位置與關閉位置的電磁閥。制冷劑蒸汽壓縮系統還可包括控制器，控制器與第一流 量控制裝置和第二流量控制裝置中的每一個在操作上相關聯以將第一流量控制裝置和第 二流量控制裝置之一選擇性地定位于打開位置且同時將第一流量控制裝置與第二流量控 制裝置中的另一個選擇性地定位于關閉位置。在本發明的一方面，提供一種管理以跨臨界循環操作的制冷劑蒸汽壓縮系統中的 制冷劑充注量的方法，制冷劑蒸汽壓縮系統具有在閉環制冷劑回路中安置成串聯制冷劑流 動連通的制冷劑壓縮裝置、制冷劑散熱熱交換器和制冷劑吸熱熱交換器，以及安置于閉環 制冷劑回路中在制冷劑散熱熱交換器下游和制冷劑吸熱熱交換器上游的膨脹裝置。該方 法包括以下步驟從制冷劑蒸汽壓縮系統的閉環制冷劑回路選擇性地提取制冷劑；存儲所 提取的制冷劑；使所提取的制冷劑從存儲裝置返回到制冷劑蒸汽壓縮系統的閉環制冷劑回 路。
如果制冷劑存儲裝置在高壓側的位置連接到閉環制冷劑循環，那么通常在制冷劑 蒸汽壓縮系統操作期間從閉環制冷劑循環提取制冷劑，且在制冷劑蒸汽壓縮系統的中止循 環期間返回到閉環制冷劑循環。在本方法的此實施例中，在膨脹裝置上游的高壓側的位置 從閉環制冷劑回路提取制冷劑且也使所提取的制冷劑在膨脹裝置上游的位置返回到閉環 制冷劑回路。如果制冷劑存儲裝置在低壓側的位置連接到閉環制冷劑循環，那么通常在制冷劑 蒸汽壓縮系統中止循環期間從閉環制冷劑循環提取制冷劑，且在制冷劑蒸汽壓縮系統的操 作期間返回到閉環制冷劑循環。在本方法的此實施例中，在膨脹裝置下游的低壓側的位置 從閉環制冷劑回路提取制冷劑且也使所提取的制冷劑在膨脹裝置下游的位置返回到閉環 制冷劑回路。如果制冷劑存儲裝置在兩個位置(一個在高壓側，而另一個在低壓側)連接到閉 環制冷劑循環，那么通常在制冷劑蒸汽壓縮系統操作期間從閉環制冷劑循環提取制冷劑， 且也在制冷劑蒸汽壓縮系統的操作期間使所提取制冷劑返回到閉環制冷劑循環。在本方法 的此實施例中，在膨脹裝置上游的高壓側的位置從閉環制冷劑回路提取制冷劑且使所提取 的制冷劑在膨脹裝置下游的低壓側上的位置返回到閉環制冷劑回路。
為了進一步理解本發明，現將參考本發明的下文的具體實施方式
，這些內容將結 合附圖來閱讀，在附圖中圖1是示出根據本發明的制冷劑蒸汽壓縮系統的第一示范性實施例的示意圖；圖2是示出根據本發明的制冷劑蒸汽壓縮系統的第二示范性實施例的示意圖；圖3是根據本發明的制冷劑蒸汽壓縮系統的第三示范性實施例的示意圖。
具體實施例方式現參看圖1至圖3，制冷劑蒸汽壓縮系統10包括由各種制冷劑管線2、4和6以串 聯制冷劑流動排列連接成閉環制冷劑回路的壓縮裝置20、制冷劑散熱熱交換器40以及制 冷劑吸熱熱交換器50 (在本文中也被稱作蒸發器)。此外，與蒸發器50在操作上相關聯的 膨脹裝置陽插置于制冷劑管線4中相對于制冷劑流動在制冷劑散熱熱交換器40下游且相 對于制冷劑流動在制冷劑吸熱熱交換器50上游。在圖1至圖3描繪的制冷劑蒸汽壓縮系 統10的實施例中，膨脹裝置55包括電子膨脹閥。但應了解膨脹裝置可替代地包括熱力膨 脹閥或固定孔口膨脹閥，諸如毛細管。當制冷劑蒸汽壓縮系統10以跨臨界循環操作時，諸如當充注二氧化碳制冷劑且 以超過二氧化碳的臨界壓力點的壓縮機排放壓力操作時，制冷劑散熱熱交換器40以超臨 界壓力操作且充當制冷劑氣體冷卻器，而不是操作以冷凝二氧化碳制冷劑蒸汽。散熱熱交 換器40的管束42可包括(例如)板翅和圓管束，諸如常規圓管與板翅式熱交換器的管束， 或者小通道或微通道熱交換器的波紋翅片和多通道扁平管束。在穿過制冷劑散熱熱交換器 40時，制冷劑與二次流體成熱交換關系地通過管束42的熱交換器管傳遞，二次流體通常為 環境空氣，一般為室外空氣，由在操作上與散熱熱交換器40的管束42相關聯的空氣移動器 44 (諸如一個或多個風扇)抽吸經過管束42。
無論制冷劑蒸汽壓縮系統10以亞臨界循環還是跨臨界循環操作，在制冷劑回路 中相對于制冷劑流動位于膨脹裝置陽下游的制冷劑吸熱熱交換器50總是以亞臨界壓力操 作且充當蒸發器。在穿過吸熱熱交換器50時，制冷劑與待調節的空氣成熱交換關系地通過 管束52的熱交換器管傳遞，待調節的空氣通常為至少部分地從氣候控制環境抽吸且返回 到氣候控制環境的空氣，其由與吸熱熱交換器50的管束52在操作上相關聯的空氣移動器 54 (諸如一個或多個風扇)抽吸經過管束52，從而該空氣被冷卻且制冷劑被蒸發且通常過 熱。制冷劑吸熱熱交換器50的管束52可包括(例如)翅片管熱交換器，諸如常規圓管和板 翅式熱交換器的板翅和圓管束或者小通道或微通道熱交換器的波紋翅片和多通道扁平管。壓縮裝置20用于壓縮和循環制冷劑通過制冷劑回路，其將在下文中進一步詳細 地討論。壓縮裝置20可為如圖所描繪的單個單級壓縮機，諸如渦旋式壓縮機、往復式壓縮 機、旋轉式壓縮機、螺桿式壓縮機或離心式壓縮機。但應了解壓縮裝置20也可為多級壓縮 裝置，其具有至少較低壓力壓縮級和較高壓力壓縮級，制冷劑流從較低壓力壓縮級傳遞到 較高壓力壓縮級。在這樣的實施例中，多級壓縮裝置可包括單個多級壓縮機，諸如，渦旋式 壓縮機，或者具有分級壓縮腔的螺桿式壓縮機或者具有至少第一組缸體和第二組缸體的往 復式壓縮機，或者一對單級壓縮機，這對單級壓縮機連接成串聯制冷劑流動關系，其中上游 壓縮機的排放出口與下游壓縮機的吸入口連接成串聯制冷劑流動連通。壓縮裝置20還可 包括以并聯或串軸配置操作的兩個或兩個以上的壓縮機。制冷劑蒸汽壓縮系統10還包括制冷劑存儲裝置60，也被稱作接收器，其限定一定 體積，在該體積中可存儲可變的制冷劑充注量。接收器60通過至少一個制冷劑管線與制冷 劑蒸汽壓縮系統10的閉環制冷劑回路成流體流動連通。制冷劑蒸汽壓縮系統10還包括控 制器100，控制器100與制冷劑流量控制裝置在操作上相關聯，制冷劑流量控制裝置插置于 將接收器60連接成與制冷劑蒸汽壓縮系統10的閉環制冷劑回路成流體流動連通的所述至 少一個制冷劑管線中。通過選擇性地打開和關閉插置于其中的制冷劑流量控制裝置來控制 通過該至少一個制冷劑管線的制冷劑流動。現參看圖1，在其中所描繪的實施例中，接收器60限定一體積，該體積具有下區63 和上區67，液體制冷劑可在下區63中收集，制冷劑蒸汽可在上區67中駐留。應了解，在某 些環境和操作條件下，接收器60的整個內部體積可充滿制冷劑蒸汽。上區67通過制冷劑 管線12與制冷劑蒸汽壓縮系統10的高壓側上的制冷劑管線4成制冷劑流動連通，即，相對 于制冷劑流動在制冷劑散熱熱交換器40下游且相對于制冷劑流動在制冷劑膨脹裝置55上 游的位置。下區63通過制冷劑管線14與制冷劑蒸汽壓縮系統10的低壓側上的制冷劑管 線4成制冷劑流動連通，即，相對于制冷劑流動在制冷劑膨脹裝置55下游且相對于制冷劑 流動在制冷劑吸熱熱交換器50上游的位置。此外，具有打開位置和關閉位置的制冷劑流量 控制裝置65插置于制冷劑管線12中，具有打開位置和關閉位置的制冷劑流量控制裝置75 插置于制冷劑管線14中。應了解可選擇在制冷劑蒸汽壓縮系統10的高壓側和低壓側上的 任何其它位置來提供與接收器60的制冷劑流動連通。在此實施例中，控制器100與分別插置于制冷劑管線12與14中的相應制冷劑流 量控制裝置65和75中的每一個在操作上相關聯，以將相應制冷劑流量控制裝置中的每一 個選擇性地定位于打開位置或關閉位置。按照維持針對特定操作點的壓縮裝置20的預期 制冷劑排放壓力所必需的，控制器100調整循環通過閉環制冷劑回路由制冷劑管線2、4和6限定的制冷劑充注量，這是通過下列方式實現的將流量控制裝置65和75選擇性地定位 于它們各自的打開位置與關閉位置之間，使制冷劑從閉環制冷劑回路傳遞到接收器60內， 從而減少循環通過閉環制冷劑回路的制冷劑充注量，或者使制冷劑自接收器60傳遞到閉 環制冷劑回路內，從而增加循環通過閉環制冷劑回路的制冷劑充注量。因此，將制冷劑添加 到閉環制冷劑回路內發生于制冷劑蒸汽壓縮系統10的低壓側上，但是從閉環制冷劑回路 移除制冷劑發生于制冷劑蒸汽壓縮系統10的高壓側上。為了從制冷劑蒸汽壓縮系統10的閉環制冷劑回路移除制冷劑，通常在操作期間， 控制器100將制冷劑流量控制裝置65定位于其打開位置且將制冷劑流量控制裝置75定位 于其關閉位置。在制冷劑流量控制裝置65和75如此定位的情況下，高壓制冷劑蒸汽從制 冷劑管線4通過制冷劑管線12流入到接收器60的存儲腔室的上區67內，但不能通過制冷 劑管線14從接收器60流出，因為制冷劑流量控制裝置75處于其關閉位置。為了向制冷劑蒸汽壓縮系統10的閉環制冷劑回路添加制冷劑(這可在操作期間 或中止循環期間進行)，控制器100將制冷劑流量控制裝置65定位于其關閉位置且將制冷 劑流量控制裝置75定位于其打開位置。在制冷劑流量控制裝置65和75如此定位的情況 下，制冷劑從接收器60的存儲腔室的下區63通過制冷劑管線14流入到制冷劑管線4內， 但高壓制冷劑蒸汽不能進入接收器60，因為制冷劑流量控制裝置65處于其關閉位置，從而 阻止高壓制冷劑蒸汽通過制冷劑管線12流動。應了解在某些環境條件下的中止循環期間， 可通過制冷劑流量控制裝置65和75向制冷劑蒸汽壓縮系統10的閉環制冷劑回路添加制 冷劑或從制冷劑蒸汽壓縮系統10的閉環制冷劑回路移除制冷劑。接收器60的存儲腔室將具有平衡壓力，該平衡壓力隨著其中存儲的制冷劑量變 化，但在制冷劑蒸汽壓縮系統10操作期間，總是小于蒸發器膨脹裝置55上游的制冷劑管線 4中的高壓側制冷劑壓力且大于蒸發器膨脹裝置55下游的制冷劑管線4中的低壓側制冷劑 壓力。在制冷劑蒸汽壓縮系統10操作期間，可通過簡單地打開制冷劑流量控制裝置65 — 段時間使得制冷劑蒸汽由于在制冷劑管線12接入蒸發器膨脹裝置55上游的制冷劑管線4 的位置處的制冷劑壓力與接收器60的存儲腔室內的平衡壓力之間的壓差而流動通過制冷 劑管線12而將制冷劑從閉環制冷劑回路移除到接收器60內。在制冷劑蒸汽壓縮系統10 操作期間，可通過簡單地打開制冷劑流量控制裝置75使得制冷劑由于接收器60的存儲腔 室內的平衡壓力與在制冷劑管線14接入在蒸發器膨脹裝置55下游的制冷劑管線4的位置 處的制冷劑壓力之間的壓差而流動通過制冷劑管線14來將制冷劑從接收器60添加到閉環 制冷劑回路內。應了解這種制冷劑充注管理對于制冷劑蒸汽壓縮系統10的跨臨界操作特別重 要，因為制冷劑的溫度與壓力彼此獨立，且高壓側最佳壓力在每種環境條件下將不同。現參看圖2，在其中所描繪的制冷劑蒸汽壓縮系統10的示范性實施例中，接收器 60并非與制冷劑蒸汽壓縮系統10的高壓側和低壓側連接成制冷劑流動連通，而是僅通過 在制冷劑散熱熱交換器40下游和蒸發器膨脹閥55上游的位置處接入制冷劑管線4的單個 制冷劑管線16在高壓側上與閉環制冷劑回路連接成制冷劑流動連通。具有打開位置與關 閉位置的制冷劑流量控制裝置85插置于制冷劑管線16中。控制器100與制冷劑流量控制 裝置85在操作上相關聯以將制冷劑流量控制裝置85選擇性地定位于打開位置或關閉位 置。
在此實施例中，按照維持針對特定操作點的壓縮裝置20的預期制冷劑排放壓力 所必需的，控制器100調整循環通過閉環制冷劑回路由制冷劑管線2、4和6限定的制冷劑 充注量，這是通過以下方式實現的將制冷劑流量控制裝置85選擇性地定位于其打開位置 以使蒸汽制冷劑從閉環制冷劑回路傳遞到接收器60內或者使制冷劑蒸汽從接收器60回到 閉環制冷劑回路內；以及將制冷劑流量控制裝置85選擇性地定位于其關閉位置以阻止制 冷劑流動通過制冷劑管線16。在系統10操作期間，當控制器100確定制冷劑充注量對于 當前操作條件過量時，控制器100打開制冷劑流量控制裝置85以允許制冷劑蒸汽流入到接 收器60內。一旦根據需要減少了制冷劑充注量，控制器100關閉制冷劑流量控制裝置85， 從而將高壓制冷劑蒸汽截留在接收器60內。當系統10處于中止循環時，控制器100可通 過簡單地打開制冷劑流量控制裝置85以允許高壓制冷劑蒸汽從接收器60通過制冷劑管線 16逸出到制冷劑回路的制冷劑管線4內而使制冷劑蒸汽返回到閉環制冷劑回路來增加系 統制冷劑充注量。當控制器100確定系統制冷劑充注量足夠時，控制器再次關閉制冷劑流 量控制裝置85從而在制冷劑蒸汽壓縮系統10返回到操作時阻止制冷劑蒸汽流入到接收器 60內。如先前所提到的那樣，制冷劑管線16的接入位置可在制冷劑蒸汽壓縮系統10的高 壓側上的任何位置。現參看圖3，在其中所描述的制冷劑蒸汽壓縮系統10的示范性實施例中，接收器 16并非與制冷劑蒸汽壓縮系統10的高壓側和低壓側都連接成制冷劑流動連通，而是僅通 過單個制冷劑管線18在低壓側上與閉環制冷劑回路連接成制冷劑流動連通，該單個制冷 劑管線18在蒸發器膨脹閥55下游和制冷劑吸熱熱交換器50上游的位置接入制冷劑管線 4。具有打開位置與關閉位置的制冷劑流量控制裝置95插置于制冷劑管線18中。控制器 100與制冷劑流量控制裝置95在操作上相關聯以將制冷劑流量控制裝置95選擇性地定位 于打開位置或關閉位置。在此實施例中，按照維持針對特定操作點的壓縮裝置20的預期排放壓力所必需 的，控制器100調整循環通過閉環制冷劑回路由制冷劑管線2、4和6限定的制冷劑充注量， 這是通過下列方式實現的將制冷劑流量控制裝置95選擇性地定位于其打開位置以使液 體制冷劑從閉環制冷劑回路傳遞到接收器60內，或者使液體制冷劑從接收器60回到閉環 液體制冷劑回路內；以及將制冷劑流量控制裝置85選擇性地定位于其關閉位置以阻止制 冷劑通過制冷劑管線18流動。當控制器100確定制冷劑充注量對于當前操作條件過量時， 控制器100關閉制冷劑蒸汽壓縮系統10，在制冷劑蒸汽壓縮系統10的中止循環期間，打開 制冷劑流量控制裝置95以允許制冷劑通過制冷劑管線18流入到接收器60內。一旦根據 需要減少了制冷劑充注量，控制器100關閉制冷劑流量控制裝置95，從而將制冷劑蒸汽截 留在接收器60內，且制冷劑蒸汽壓縮系統10恢復其操作。在制冷劑蒸汽壓縮系統10操作 期間，控制器100可通過簡單地打開制冷劑流量控制裝置95以允許制冷劑蒸汽從接收器60 通過制冷劑管線18逸出到閉環制冷劑回路的制冷劑管線4內使制冷劑返回到閉環制冷劑 回路以增加系統制冷劑充注量。當控制器100確定系統制冷劑充注量足夠時，控制器再次 關閉制冷劑流量控制裝置95從而阻止制冷劑從接收器60流動。同樣，制冷劑管線18的接 入位置可在制冷劑蒸汽壓縮系統10的低壓側上的任何位置。制冷劑流量控制裝置65、75、85和95可包括可選擇性地定位于至少第一打開位置 和第二關閉位置的任何流量控制裝置，在第一打開位置，制冷劑可流動通過該流量控制裝置所在的制冷劑管線，在第二關閉位置，阻止制冷劑流動通過該流量控制裝置所在的制冷 劑管線。舉例而言，流量控制裝置65、75、85和95中的每一個可包括二位電磁閥。在一實 施例中，為了允許更精確地控制制冷劑存儲裝置60中的制冷劑量，流動管線12和/或14 可(例如)配備額外的孔口或毛細管。孔口或毛細管將減緩制冷劑進出制冷劑存儲裝置60 的遷移過程，從而允許更精確地控制制冷劑存儲裝置中的制冷劑量。孔口可為閥構造的一 部分或獨立的制冷劑流量控制裝置。制冷劑蒸汽壓縮系統10也可包括(除了其它特點和選擇)經濟型循環，具有將蒸 汽注入到壓縮機20內的裝置。制冷劑蒸汽壓縮系統10還可包括用于液體注入的裝置以提 供對壓縮機20內壓縮過程的冷卻。應了解二次流體移動裝置44和M也可包括泵，其循環 諸如水或乙二醇溶液的液體與通過制冷劑蒸汽壓縮系統10的閉環制冷劑回路循環的制冷 劑成熱交換關系。前文的描述只是示范本發明教導的示例。本領域技術人員應認識到在不偏離由權 利要求書所限定的本發明的精神和范圍的情況下可對本文所具體描述的發明和其等效物 做出各種修改和變化。
權利要求
1.一種制冷劑蒸汽壓縮系統，其包括在閉環制冷劑回路中安置成串聯制冷劑流動連通的以下裝置制冷劑壓縮裝置；制冷 劑散熱熱交換器，其用于傳遞從所述壓縮裝置接收的與冷卻介質成熱交換關系的高壓制冷 劑；以及，制冷劑吸熱熱交換器，其用于傳遞與待冷卻介質成熱交換關系的低壓制冷劑；膨脹裝置，其安置于閉環制冷劑回路中在所述制冷劑散熱熱交換器下游和所述制冷劑 吸熱熱交換器上游；制冷劑存儲裝置，其限定一存儲體積，由至少一個制冷劑管線連接成與所述閉環制冷 劑回路成流體連通；以及，制冷劑流量控制裝置，其插置于所述至少一個制冷劑管線中，所述制冷劑流量控制裝 置具有打開位置和關閉位置，在打開位置，制冷劑可流動通過所述至少一個制冷劑管線，在 關閉位置，制冷劑被阻止流動通過所述至少一個制冷劑管線。
2.如權利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其還包括與所述制冷劑流量控制裝置在 操作上相關聯的控制器，用于將所述制冷劑流量控制裝置選擇性地定位于打開位置或關閉 位置。
3.如權利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中連接所述制冷劑存儲裝置的存儲體 積與所述閉環制冷劑回路成流體連通的所述至少一個制冷劑管線包括在所述制冷劑系統的高壓側上的位置與所述閉環制冷劑回路成流體連通的單個制冷 劑管線。
4.如權利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中連接所述制冷劑存儲裝置的存儲體 積與所述閉環制冷劑回路成流體連通的所述至少一個制冷劑管線包括在所述制冷劑系統的低壓側上的位置與所述閉環制冷劑回路成流體連通的單個制冷 劑管線。
5.如權利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中連接所述制冷劑存儲裝置的存儲體 積與所述閉環制冷劑回路成流體連通的所述至少一個制冷劑管線包括第一制冷劑管線，其在所述制冷劑系統的高壓側上的位置連接所述制冷劑存儲裝置的 存儲體積的上部與所述閉環制冷劑回路成流體連通；以及第二制冷劑管線，其在所述制冷劑系統的低壓側上的位置連接所述制冷劑存儲裝置的 存儲體積的下部與所述閉環制冷劑回路成流體連通。
6.如權利要求5所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中插置于所述至少一個制冷劑管線中 的制冷劑流量控制裝置包括插置于所述第一制冷劑管線中的第一制冷劑流量控制裝置；以及插置于所述第二制冷劑管線中的第二制冷劑流量控制裝置。
7.如權利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中所述制冷劑蒸汽壓縮系統至少在一 部分時間以跨臨界循環操作。
8.如權利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中在整個所述制冷劑蒸汽壓縮系統中 循環的制冷劑是二氧化碳。
9.一種制冷劑蒸汽壓縮系統，其包括在閉環制冷劑回路中安置成串聯制冷劑流動連通的以下裝置制冷劑壓縮裝置，其具 有制冷劑排放出口和制冷劑吸入口 ；制冷劑散熱熱交換器，其用于傳遞從所述壓縮裝置接收的與冷卻介質成熱交換關系的高壓制冷劑；以及，制冷劑吸熱熱交換器，其用于傳遞與待 冷卻介質成熱交換關系的低壓制冷劑；膨脹裝置，其安置于閉環制冷劑回路中在所述制冷劑散熱熱交換器下游和所述制冷劑 吸熱熱交換器上游；制冷劑存儲裝置，其限定具有上區與下區的腔室，所述上區相對于制冷劑流動在所述 膨脹裝置上游的位置由第一制冷劑管線連接成與所述閉環制冷劑回路的高壓側成流體連 通，所述下區相對于制冷劑流動在所述膨脹裝置下游的位置由第二制冷劑管線連接成與所 述閉環制冷劑回路的低壓側成流體連通。
10.如權利要求9所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其還包括插置于所述第一制冷劑管線中的第一制冷劑流量控制裝置；以及，插置于所述第二制冷劑管線中的第二制冷劑流量控制裝置。
11.如權利要求10所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中所述第一制冷劑流量控制裝置和 第二制冷劑流量控制裝置中的每一個具有打開位置和關閉位置。
12.如權利要求11所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中所述第一制冷劑流量控制裝置和 第二制冷劑流量控制裝置中的每一個包括打開位置和關閉位置。
13.如權利要求10所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其還包括控制器，所述控制器與所述 第一制冷劑流量控制裝置和第二制冷劑流量控制裝置中的每一個在操作上相關聯，用于將 所述第一制冷劑流量控制裝置和第二流量控制裝置之一選擇性地定位于打開位置同時將 所述第一流量控制裝置與第二流量控制裝置中的另一個選擇性地定位于關閉位置。
14.如權利要求9所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中所述制冷劑蒸汽壓縮系統至少在 一部分時間以跨臨界循環操作。
15.如權利要求9所述的制冷劑蒸汽壓縮系統，其中在整個所述制冷劑蒸汽壓縮系統 中循環的制冷劑是二氧化碳。
16.一種用于管理至少在一部分時間以跨臨界循環操作的制冷劑蒸汽壓縮系統中的制 冷劑充注量的方法，所述制冷劑蒸汽壓縮系統具有在閉環制冷劑回路中安置成串聯制冷劑 流動連通的制冷劑壓縮裝置、制冷劑散熱熱交換器和制冷劑吸熱熱交換器，以及安置于閉 環制冷劑回路中在制冷劑散熱熱交換器下游和制冷劑吸熱熱交換器上游的膨脹裝置，所述 方法包括以下步驟從所述閉環制冷劑回路選擇性地提取制冷劑；在制冷劑存儲裝置中存儲所提取的制冷劑；以及，使所提取的制冷劑從所述制冷劑存儲裝置返回到所述閉環制冷劑回路。
17.如權利要求16所述的方法，其中從所述閉環制冷劑回路選擇性地提取制冷劑的步驟是在所述制冷劑蒸汽壓縮系統的 操作循環期間執行；以及使所提取的制冷劑從所述制冷劑存儲裝置返回到所述閉環制冷劑回路的步驟也是在 所述制冷劑蒸汽壓縮系統的操作循環期間執行。
18.如權利要求16所述的方法，其中從所述閉環制冷劑回路選擇性地提取制冷劑的步驟是在所述制冷劑蒸汽壓縮系統的 操作循環期間執行；以及使所提取的制冷劑從所述制冷劑存儲裝置返回到所述閉環制冷劑回路的步驟是在所 述制冷劑蒸汽壓縮系統中止循環期間執行。
19.如權利要求16所述的方法，其中從所述閉環制冷劑回路選擇性地提取制冷劑的步驟是在所述制冷劑蒸汽壓縮系統的 中止循環期間執行；以及使所提取的制冷劑從所述制冷劑存儲裝置返回到所述閉環制冷劑回路的步驟是在所 述制冷劑蒸汽壓縮系統的操作循環期間執行。
全文摘要
制冷劑蒸汽壓縮系統包括以串聯制冷劑流動關系安置于閉環制冷劑回路中的壓縮裝置、制冷劑散熱熱交換器、膨脹裝置以及制冷劑吸熱熱交換器。制冷劑存儲裝置由至少一個制冷劑管線連接成與制冷劑回路和插置于該制冷劑管線中的流量控制裝置流體連通。制冷劑可選擇性地從制冷劑回路的高壓側提取且返回到制冷劑回路的高壓側；或者從制冷劑回路的低壓側提取并返回到制冷劑回路的低壓側；或者從制冷劑回路的高壓側提取且返回到制冷劑回路的低壓側。制冷劑可在操作期間或者在中止循環期間從制冷劑回路提取和返回到制冷劑回路。
文檔編號F25B15/00GK102132112SQ200980117081
公開日2011年7月20日 申請日期2009年5月13日 優先權日2008年5月14日
發明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司