專利名稱:具有蒸氣注射系統(tǒng)的壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及蒸氣注射,特別是一種具有改進的蒸氣注射系統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)。
背景技術(shù):
包括空調(diào)、冷卻器、制冷和熱泵系統(tǒng)的加熱和/或冷卻系統(tǒng)可以包括布置在熱交換器和壓縮機之間的膨脹箱,以用于提高系統(tǒng)能力和效率。膨脹箱接收來自熱交換器的液體制冷劑并將一部分該液體制冷劑轉(zhuǎn)換為蒸氣以供壓縮機使用。因為該膨脹箱相對于入口液體制冷劑保持在較低的壓力下,一些液體制冷劑蒸發(fā),使得在膨脹箱中的剩余液體制冷劑失去熱量并且變得過冷。在膨脹箱中產(chǎn)生的蒸氣處于升高的壓力下,并可以被注射到壓縮機中以增加系統(tǒng)的加熱和/或冷卻能力。
來自膨脹箱的氣化的制冷劑被分配到壓縮機的中等或中間壓力入口。因為該氣化的制冷劑的壓力比離開蒸發(fā)器的氣化的制冷劑的壓力高得多,而比離開壓縮機的出口制冷劑流的壓力要低,該來自膨脹箱的加壓的制冷劑使得壓縮機可以將該加壓的制冷劑壓縮到通常的出口壓力,同時使該加壓的制冷劑只經(jīng)過壓縮機的一部分。
位于膨脹箱中的過冷的制冷劑類似地增加了該熱交換器的能力和效率。從膨脹箱排出過冷的液體并根據(jù)所需的模式(即,加熱或冷卻)將該制冷劑送到熱交換器之一中。因為該液體處于過冷狀態(tài),該熱交換器可以從周圍環(huán)境吸收更多的熱量,從而改進該加熱或冷卻循環(huán)的整體性能。
調(diào)節(jié)從膨脹箱到壓縮機的加壓制冷劑流,以確保壓縮機只接收氣化的制冷劑。類似地,調(diào)節(jié)從膨脹箱流到熱交換器的過冷液體制冷劑流,以阻止從膨脹箱到熱交換器的氣化制冷劑流??梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)流入膨脹箱中的液體制冷劑流來控制上述兩種情形。換句話說,通過調(diào)節(jié)流入膨脹箱中的液體制冷劑流,可以控制氣化的制冷劑和過冷液體制冷劑的量,從而控制到壓縮機中的氣化的制冷劑流和到熱交換器中的過冷的液體制冷劑流。
發(fā)明內(nèi)容
熱泵系統(tǒng)包括第一熱交換器、與該第一熱交換器流體連通的第二熱交換器、與各個第一和第二熱交換器流體連通的渦旋壓縮機、以及與各個第一和第二熱交換器及渦旋壓縮機流體連通的膨脹箱。第一毛細管布置在第一熱交換器和膨脹箱的入口之間,第一閥布置在第一熱交換器和第一毛細管之間以便控制進入該第一毛細管的制冷劑。
從以下的詳細描述中,本發(fā)明的其它應(yīng)用領(lǐng)域會更加明顯。應(yīng)當(dāng)理解這些詳細的描述和特定的實例只是為了示意的目的而不是用于限制本發(fā)明的范圍。
從詳細的描述和附圖中本發(fā)明會變得更加能夠完全理解,其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的熱泵系統(tǒng)的示意圖;圖2是表示為HEAT模式的圖1中的熱泵系統(tǒng)的示意圖;圖3是表示為COOL模式的圖1中的熱泵系統(tǒng)的示意圖;圖4是與熱泵系統(tǒng)一起使用的根據(jù)本發(fā)明的原理的蒸氣注射系統(tǒng)的示意圖;圖5是與熱泵系統(tǒng)一起使用的根據(jù)本發(fā)明的原理的蒸氣注射系統(tǒng)的示意圖;以及圖6是與熱泵系統(tǒng)一起使用的根據(jù)本發(fā)明的原理的蒸氣注射系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
下列描述本身僅僅是示例性的,而絕不是用于限制本發(fā)明、應(yīng)用或使用。
蒸氣注射可以用在空調(diào)、冷卻器、制冷和熱泵系統(tǒng)中以便提高系統(tǒng)的能力和效率。蒸氣注射系統(tǒng)可以包括用于使供給壓縮機的制冷劑蒸發(fā)并使供給熱交換器的制冷劑過冷的膨脹箱。蒸氣注射可以用于熱泵系統(tǒng)中,該熱泵系統(tǒng)能夠給商業(yè)和住宅樓提供加熱和冷卻,以便提高加熱和冷卻之一或兩者的能力和效率。
由于一些原因,膨脹箱可以用在冷卻器應(yīng)用中以便給水提供冷卻效果,用在制冷系統(tǒng)中以便冷卻陳列柜或冰箱的內(nèi)部空間,以及用在空調(diào)系統(tǒng)中以便影響房間或樓的溫度。熱泵系統(tǒng)可以包括冷卻循環(huán)和加熱循環(huán),而冷卻器、制冷和空調(diào)系統(tǒng)通常只包括冷卻循環(huán)。但是,提供加熱和冷卻循環(huán)的熱泵冷卻器在世界的一些區(qū)域是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。各系統(tǒng)利用制冷劑以便通過制冷循環(huán)產(chǎn)生所需的冷卻或加熱效果。
對于空調(diào)應(yīng)用,采用制冷循環(huán)來降低要被冷卻的新的空間(通常是房間或樓)的溫度。對于該應(yīng)用,通常采用風(fēng)扇或吹風(fēng)機來迫使周圍空氣與蒸發(fā)器形成更快的接觸以便增加熱交換并冷卻周圍環(huán)境。
對于冷卻器應(yīng)用,制冷循環(huán)冷卻或冷凍水流。當(dāng)在HEAT模式下操作時,熱泵冷卻器利用制冷循環(huán)加熱水流。不是采用風(fēng)扇或吹風(fēng)機,而是制冷劑保留在熱交換器的一側(cè)同時循環(huán)的水或鹽水提供用于蒸發(fā)的熱源。在HEAT模式中,熱泵冷卻器通常采用周圍空氣來作為用于蒸發(fā)的熱源,但是也可以采用其它源,例如地下水,或采用從大地吸熱的熱交換器。這樣,當(dāng)在COOL模式下熱量由水傳送到制冷劑中以及在HEAT模式下熱量由制冷劑傳送到水中時,熱交換器冷卻或加熱流經(jīng)該熱交換器的水。
在制冷系統(tǒng)中,例如冰箱或冷藏陳列柜,熱交換器冷卻裝置的內(nèi)部空間,冷凝器排出吸收的熱量。通常使用風(fēng)扇或吹風(fēng)機來迫使裝置內(nèi)部空間中的空氣與蒸發(fā)器形成更快的接觸,以便增加熱交換并冷卻內(nèi)部空間。
在熱泵系統(tǒng)中,制冷循環(huán)用于加熱和冷卻。熱泵系統(tǒng)可以包括第二熱交換器和第一熱交換器,第二熱交換器加熱和冷卻商業(yè)或住宅樓的房間或內(nèi)部空間。熱泵也可以是具有“室外”和“室內(nèi)”部分組合在一個框架中的整體結(jié)構(gòu)。
如前所述,制冷循環(huán)可應(yīng)用于空調(diào)、冷卻器、熱泵冷卻器、制冷和熱泵系統(tǒng)。盡管各系統(tǒng)具有獨特的部件,蒸氣注射可以用來提高系統(tǒng)能力和效率。即,在各系統(tǒng)中,可以給壓縮機的中間或中等壓力輸入提供接收來自熱交換器的液體制冷劑并將一部分液體制冷劑轉(zhuǎn)化為蒸氣的膨脹箱。該氣化的制冷劑的壓力比離開蒸發(fā)器的氣化的制冷劑的壓力高得多,而比離開壓縮機的出口制冷劑流的壓力要低。因此,來自膨脹箱的加壓的制冷劑使得壓縮機可以將該加壓的制冷劑壓縮到正常的出口壓力,同時使該加壓的制冷劑只流經(jīng)壓縮機的一部分。另外,在膨脹箱中的過冷制冷劑對于增加熱交換器的能力和效率是有用的。
因為從膨脹箱排出的液體是過冷的,當(dāng)將該液體供給熱交換器時,可以從周圍環(huán)境中吸收更多的熱量,從而增加了加熱或制冷循環(huán)的整體性能。下面參考附圖提供更多的特定實例,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到盡管本申請所述的實例包括空氣調(diào)節(jié)和加熱,本發(fā)明也可用于其它系統(tǒng),關(guān)于特定類型的系統(tǒng)所述的特定部件也同樣可用于其它類型的系統(tǒng)。
參考圖1,設(shè)有熱泵系統(tǒng)10,該熱泵系統(tǒng)包括第一熱交換器12、第二熱交換器14、渦旋壓縮機16、儲罐18和蒸氣注射系統(tǒng)20。該第一熱交換器12和第二熱交換器14與渦旋壓縮機16、儲罐18和蒸氣注射系統(tǒng)20流體連通,以便制冷劑可以在之間流通。制冷劑在渦旋壓縮機16的壓力下循環(huán)通過該系統(tǒng)10,并且在第一熱交換器12和第二熱交換器14之間流通以便排出和吸收熱量??梢岳斫猓谝粺峤粨Q器12或第二熱交換器14是排出還是接受熱量取決于該熱泵系統(tǒng)10是設(shè)定為COOL模式還是HEAT模式,如下面進一步所述。
該第一熱交換器12包括第一盤管或熱交換器22和第一風(fēng)機24,第一風(fēng)機24由馬達26驅(qū)動,該馬達可以是單速、雙速或變速馬達。該第一熱交換器12包括包住盤管22和風(fēng)機24的保護殼體,以便風(fēng)機24吸入周圍空氣經(jīng)過盤管22以增加熱交換。另外,該第一熱交換器12通常容納渦旋壓縮機16和儲罐18。盡管公開了風(fēng)機24,應(yīng)當(dāng)理解在冷卻器應(yīng)用中,熱量從水流直接傳送到制冷劑中,這樣,可以排除風(fēng)機24的需要。盡管已經(jīng)描述第一熱交換器12包括風(fēng)機24以吸入周圍空氣經(jīng)過盤管22,應(yīng)當(dāng)理解從盤管22傳送熱量的任何方法(例如將盤管22埋在地下或使水流經(jīng)過盤管22周圍)都被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
第二熱交換器14包括第二盤管或熱交換器28以及由馬達32驅(qū)動的第二風(fēng)機30,該馬達可以是單速、雙速或變速馬達。將第二風(fēng)機30和盤管28包在箱體中以便風(fēng)機30迫使周圍的室內(nèi)空氣以由變速馬達32的速度確定的速度經(jīng)過第二盤管28。經(jīng)過盤管28的空氣流引起在周圍環(huán)境和盤管28之間的熱交換。在這方面,盤管28和第二風(fēng)機30一起選擇地升高或降低環(huán)境的溫度。
另外,盡管公開了風(fēng)機30,應(yīng)當(dāng)理解在冷卻器應(yīng)用中,熱量由水流直接傳送到制冷劑中,這樣可以排除對風(fēng)機30的需要。而且,盡管公開的第二熱交換器14包括風(fēng)機30以便吸入周圍空氣經(jīng)過盤管28,應(yīng)當(dāng)理解從盤管28傳送熱量的任何方法(例如將盤管28埋在地下或使水流經(jīng)過盤管28周圍)都被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
是否需要風(fēng)機24,30來和第一和第二熱交換器12,14一起使用在很大程度上取決于第一和第二熱交換器12,14的應(yīng)用。例如,如果第一熱交換器在制冷系統(tǒng)中用作冷凝器,優(yōu)選的是將盤管22埋在地下而不是采用風(fēng)機24。但是,在該系統(tǒng)中,當(dāng)?shù)诙峤粨Q器14用作蒸發(fā)器時,將第二熱交換器14埋在地下而不是采用風(fēng)機30則不是優(yōu)選的,而由此傾向于采用風(fēng)機30來使空氣流通過盤管28以便冷卻冰箱或制冷柜(未示)的內(nèi)部空間。
通過簡單地由四通換向閥34轉(zhuǎn)換第二盤管28和第一盤管22的功能,將熱泵系統(tǒng)10用于冷卻和加熱。具體地說,當(dāng)四通閥34設(shè)為COOL模式時,第二盤管28作為蒸發(fā)器盤管而第一盤管22作為冷凝器盤管。相反,當(dāng)四通閥34轉(zhuǎn)變?yōu)镠EAT模式(交替的位置)時,盤管22,28的功能轉(zhuǎn)換,即,第二盤管28作為冷凝器而第一盤管22作為蒸發(fā)器。
當(dāng)?shù)诙P管28作為蒸發(fā)器時,移動通過第二盤管28的液體制冷劑從周圍室內(nèi)環(huán)境吸收熱量。所述在第二盤管28和液體制冷劑之間的熱傳遞冷卻周圍的室內(nèi)空氣。相反,當(dāng)?shù)诙P管28用作冷凝器時,通過第二盤管28從氣化的制冷劑中排出熱量,從而加熱周圍室內(nèi)空氣。
渦旋壓縮機16可以容納在第一熱交換器12中且給熱泵系統(tǒng)10加壓以便使制冷劑在整個系統(tǒng)10中流通。渦旋壓縮機16包括吸入口36、排出口38和蒸氣注射口40。排出口38通過管道42與四通閥34流體連接,以便加壓的制冷劑可以經(jīng)由四通閥34分配到第一和第二熱交換器12,14中。吸入口36經(jīng)由管道44與儲罐18流體連接,以便渦旋壓縮機16從儲罐18吸入制冷劑用于壓縮。
渦旋壓縮機16在吸入口36接收來自儲罐18的制冷劑,該儲罐18經(jīng)由管道46和四通閥34流體連接。另外,儲罐18從第一和第二熱交換器12,14接收制冷劑用于渦旋壓縮機16的壓縮。儲罐18儲存從第一和第二盤管22,28接收的低壓制冷劑并保護壓縮機16免于接收液態(tài)制冷劑。
蒸氣注射口40經(jīng)由管道58和蒸氣注射系統(tǒng)20流體連接并從該蒸氣注射系統(tǒng)20接收加壓的制冷劑。止回閥60可以設(shè)置在通常位于蒸氣注射口40和蒸氣注射系統(tǒng)20之間的管道58上,以防止制冷劑從蒸氣注射口40流到蒸氣注射系統(tǒng)20中。
蒸氣注射系統(tǒng)20產(chǎn)生加壓的蒸氣,該加壓的蒸氣的壓力水平比儲罐18提供的蒸氣壓力要高,但比渦旋壓縮機16產(chǎn)生的壓力要低。當(dāng)該加壓的蒸氣達到升高的壓力水平后,蒸氣注射系統(tǒng)20可以將加壓的制冷劑經(jīng)由蒸氣注射口40傳送到渦旋壓縮機16中。通過將加壓的蒸氣制冷劑傳送到渦旋壓縮機16中,提高了系統(tǒng)的能力和效率。當(dāng)室外溫度和所需室內(nèi)溫度的差相對較大時(即,在較熱或較冷的天氣),這種效率的增加甚至?xí)语@著。
參考圖1,所示蒸氣注射系統(tǒng)20包括膨脹箱62、一對入口膨脹裝置64,65、一對出口膨脹裝置66,67以及冷卻膨脹裝置68。應(yīng)當(dāng)理解盡管各膨脹裝置64,65,66,67,68將被描述并表示為毛細管,所述膨脹裝置64,65,66,67,68可選擇地是熱膨脹閥或電子膨脹閥。另外,蒸氣注射系統(tǒng)20包括與入口膨脹裝置64,65之一相鄰的第一控制閥69以及與出口膨脹裝置66,67之一相鄰的第二控制閥71。盡管此后所述控制閥69,71為電磁閥,應(yīng)當(dāng)理解能夠選擇地限制來自毛細管64,66的制冷劑的任何控制閥都認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
膨脹箱62包括入口70、蒸氣出口72和過冷液體出口74,各口和內(nèi)部容積76流體連接。入口70經(jīng)由管道78,79,89與第一和第二熱交換器12,14流體連接。蒸氣出口72經(jīng)由管道58與渦旋壓縮機16的蒸氣注射口40流體連接,而過冷液體出口74經(jīng)由管道82,83,80與室外和第二熱交換器12,14流體連接。
特別參考圖1-3詳細描述熱泵系統(tǒng)10的操作。所述熱泵系統(tǒng)10包括COOL模式和HEAT模式,蒸氣注射系統(tǒng)20在HEAT模式過程中提供中間壓力蒸氣和過冷液體制冷劑而在COOL模式下被旁通。應(yīng)當(dāng)理解,盡管此后所述和如圖所示的蒸氣注射系統(tǒng)20在COOL模式下被旁通,通過簡單轉(zhuǎn)換第一和第二熱交換器12,14的功能,該蒸氣注射系統(tǒng)20可選擇地在HEAT模式下被旁通,以及由此通過系統(tǒng)10的制冷劑流被旁通。
當(dāng)熱泵系統(tǒng)10設(shè)為COOL模式(圖3)時,蒸氣注射系統(tǒng)20被旁通,這樣沒有在壓縮機16的蒸氣注射口40處注入蒸氣,沒有給第二熱交換器28供給過冷液體制冷劑。
在COOL模式下,渦旋壓縮機16在儲罐18上產(chǎn)生吸力以便將氣化的制冷劑吸入到渦旋壓縮機16中。一旦充分壓縮蒸氣,高壓制冷劑就經(jīng)由排出口38和管道42從渦旋壓縮機16排出。四通閥34經(jīng)由管道84將加壓的制冷劑引導(dǎo)到第一熱交換器12中。一旦制冷劑到達第一盤管22,由于在室外空氣、盤管22和由渦旋壓縮機16產(chǎn)生的壓力之間的相互作用,制冷劑釋放儲存的熱量。當(dāng)制冷劑釋放了足夠的熱量后,制冷劑從氣相或氣化相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合唷?br>
當(dāng)制冷劑從氣相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合鄷r,制冷劑經(jīng)由管道80從第一盤管22移動到第二盤管28。止回閥86沿著管道82布置以便防止液體制冷劑在出口74處進入膨脹箱62。由于來自第一盤管22的液體制冷劑比過冷液體制冷劑的壓力高,來自膨脹箱62的過冷液體制冷劑不與來自第一盤管22的液體制冷劑混合。
毛細管68通常沿著管道80布置在第一熱交換器12和第二熱交換器14之間。由于移動的液體制冷劑和毛細管68內(nèi)壁的相互作用,毛細管68降低了液體制冷劑的壓力。該液體制冷劑的較低壓力使得制冷劑在到達第二熱交換器14之前膨脹并開始轉(zhuǎn)變回氣相。
由于膨脹箱62的壓力比離開毛細管68的制冷劑的壓力高,低壓制冷劑不進入膨脹箱62。因此,當(dāng)系統(tǒng)10設(shè)為COOL模式時,制冷劑旁通過膨脹箱62且蒸氣不在蒸氣注射口40處注入渦旋壓縮機16。因為在COOL模式期間制冷劑不進入膨脹箱62,所以在膨脹箱62內(nèi)不收集過冷液體制冷劑。因此,在COOL模式期間,第二熱交換器14不接收過冷液體制冷劑。
當(dāng)液體制冷劑到達第二熱交換器14時,該液體制冷劑進入第二盤管28以便完成從液相到氣相的轉(zhuǎn)變。液體制冷劑在低壓下(由于和毛細管68的相互作用,如前所述)進入第二盤管28并從周圍環(huán)境中吸收熱量。當(dāng)風(fēng)機30使空氣經(jīng)過第二盤管28時,制冷劑吸收熱量并完成相變,從而冷卻經(jīng)過第二盤管28的空氣,并由此冷卻周圍環(huán)境。一旦制冷劑到達第二盤管28的端部,制冷劑就處于低壓氣態(tài)。這里,渦旋壓縮機16的吸力使得制冷劑經(jīng)由管道88和四通閥34返回到儲罐18中。
當(dāng)熱泵系統(tǒng)10設(shè)為HEAT模式(圖2)時,蒸氣注射系統(tǒng)20給渦旋壓縮機16的蒸氣注射口40提供中間壓力的蒸氣并給第一熱交換器22提供過冷液體制冷劑。
在HEAT模式下,渦旋壓縮機16對儲罐18產(chǎn)生吸力以便將氣化的制冷劑吸入到渦旋壓縮機16中。一旦給蒸氣充分加壓,高壓制冷劑就經(jīng)由排出口38和管道42從渦旋壓縮機16中排出。四通閥34將加壓的制冷劑經(jīng)由管道88引導(dǎo)到第二熱交換器14中。當(dāng)制冷劑達到第二盤管28時,由于內(nèi)部空氣、盤管28和由渦旋壓縮機16產(chǎn)生的壓力之間的相互作用,制冷劑釋放出儲存的熱量并由此加熱周圍區(qū)域。當(dāng)制冷劑釋放出足夠的熱量時,制冷劑從氣相或氣化相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合唷?br>
一旦制冷劑進行從氣體到液體的相變,制冷劑就從第二盤管28經(jīng)由管道80,78和79移動到第一盤管22中。液體制冷劑首先沿著管道80運動直到到達止回閥90。止回閥90限制液體制冷劑沿著管道80從第二盤管28到第一盤管22的進一步運動。這樣,止回閥90使得液體制冷劑流入管道78,79并遇到電磁閥69和毛細管65。如果電磁閥69處于打開狀態(tài),制冷劑還會遇到毛細管64。
當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的熱量時),將電磁閥69觸發(fā)到打開狀態(tài)以使得制冷劑遇到毛細管64。當(dāng)室外環(huán)境條件較高時,由于允許制冷劑流經(jīng)兩個毛細管64,65,更多的制冷劑進入膨脹箱62。允許流經(jīng)兩個毛細管64,65降低了流動的阻力并因此增加了制冷劑的壓力。增加制冷劑的壓力降低了系統(tǒng)10的加熱能力并且也防止了較低的蒸發(fā)器溫度條件以及在第一熱交換器22上結(jié)霜。
當(dāng)室外環(huán)境條件較低時關(guān)閉電磁閥69,從而引導(dǎo)所有的制冷劑通過毛細管65并旁通過毛細管64。旁通過毛細管64增加了流動阻力并因此降低了制冷劑的壓力。降低制冷劑的壓力增加了系統(tǒng)10的加熱能力并且因此在較低的室外環(huán)境條件下是有用的。
應(yīng)當(dāng)注意在COOL模式中采用蒸氣注射系統(tǒng)20并在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統(tǒng)的系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較低時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥69。相反,在該系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較多的冷卻效果時)關(guān)閉電磁閥69。
在制冷劑于入口70處進入膨脹箱62之前,毛細管64,65使來自第二盤管28的制冷劑膨脹。制冷劑的膨脹使得制冷劑開始從液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀唷.?dāng)液體制冷劑流過入口70時,開始填充膨脹箱62的內(nèi)部容積76。當(dāng)膨脹箱62的容積被充滿時,進入的液體制冷劑使得固定的內(nèi)部容積76開始加壓。
一旦液體制冷劑到達膨脹箱62,液體釋放熱量使得一些液體制冷劑蒸發(fā)而一些液體制冷劑進入過冷狀態(tài)。此時,膨脹箱62具有氣化的制冷劑和過冷的液體制冷劑的混合。該氣化的制冷劑的壓力比離開第一和第二盤管22,28的氣化的制冷劑的壓力要高,但是比離開渦旋壓縮機16的排出口38的氣化的制冷劑的壓力要低。
氣化的制冷劑經(jīng)由蒸氣出口72離開膨脹箱62并供入渦旋壓縮機16的蒸氣注射口40。加壓的蒸氣制冷劑使得渦旋壓縮機16可以以所需的輸出壓力傳送出口制冷劑流,從而提高系統(tǒng)10的整體效率。
過冷的液體制冷劑經(jīng)由出口74排出膨脹箱62并經(jīng)由管道82,83,80到達第一熱交換器12。過冷的液體制冷劑離開出口74并遇到電磁閥71和毛細管67。毛細管67使液體制冷劑在到達第一盤管22之前膨脹以便提高制冷劑從外部吸取熱量的能力。如果電磁閥71處于打開狀態(tài),制冷劑還遇到毛細管66。
當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的熱量時),將電磁閥71觸發(fā)到打開狀態(tài)以便使得制冷劑遇到毛細管66。當(dāng)室外環(huán)境條件較高時,由于允許制冷劑流過兩個毛細管66,67,更多的制冷劑離開膨脹箱62。使得流過兩個毛細管66,67降低了流動阻力并由此增加了制冷劑的壓力。增加制冷劑的壓力降低了系統(tǒng)10的加熱能力并且也防止了較低的蒸發(fā)器溫度條件以及在第一熱交換器22上的結(jié)霜。
當(dāng)室外環(huán)境條件較低時關(guān)閉電磁閥71,從而引導(dǎo)所有的制冷劑經(jīng)過毛細管67并旁通過毛細管66。旁通過毛細管66增加了流動阻力并因此降低了制冷劑的壓力。降低制冷劑的壓力增加了系統(tǒng)10的加熱能力并且因此在較低的室外環(huán)境條件下是有用的。
應(yīng)當(dāng)注意在COOL模式中采用蒸氣注射系統(tǒng)20并在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統(tǒng)的系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較低時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥71。相反,在該系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較多的冷卻效果時)關(guān)閉電磁閥71。
電磁閥69,71可以用來給熱泵系統(tǒng)提供四種組合以便根據(jù)環(huán)境條件來調(diào)整熱泵系統(tǒng)10的能力。例如,電磁閥69可以處于關(guān)閉狀態(tài)同時電磁閥71處于打開狀態(tài)、電磁閥69可以處于打開狀態(tài)同時電磁閥71處于關(guān)閉狀態(tài)、電磁閥69,71都處于打開狀態(tài)、以及電磁閥69,71都處于關(guān)閉狀態(tài)。上述四種閥組合給熱泵系統(tǒng)10提供了根據(jù)室外環(huán)境條件來優(yōu)化毛細管節(jié)流的能力。
如上所述,熱泵系統(tǒng)10包括一對電磁閥69,71。但是,應(yīng)當(dāng)理解熱泵系統(tǒng)10可選擇地包括單個電磁閥(即電磁閥69或電磁閥71)以便使系統(tǒng)的復(fù)雜程度最小化。這種具有布置在膨脹箱62的入口處(即電磁閥69的位置)或布置在膨脹箱62的出口處(即電磁閥71的位置)的單個電磁閥的熱泵系統(tǒng)10給熱泵系統(tǒng)提供了兩種組合以便根據(jù)環(huán)境條件來調(diào)整熱泵系統(tǒng)10的能力。
一旦制冷劑經(jīng)由第一盤管22從外部吸收熱量,制冷劑就再次返回到氣體階段并經(jīng)由管道84和四通閥34返回儲罐18以便開始再次循環(huán)。
參見圖4,設(shè)有蒸氣注射系統(tǒng)20a,該蒸氣注射系統(tǒng)20a可以替代如圖1-3所示的蒸氣注射系統(tǒng)20。由于蒸氣注射系統(tǒng)20的相關(guān)部件相對于蒸氣注射系統(tǒng)20a在結(jié)構(gòu)和功能上基本類似,在下文及附圖中采用相同的參考標(biāo)號來指代相同的部件,而包含字母擴展(letterextensions)的參考標(biāo)號用來指代變化的部件。
蒸氣注射系統(tǒng)20a包括布置在膨脹箱62的入口70附近的毛細管65和布置在膨脹箱62的入口74附近的毛細管67。毛細管65在制冷劑進入膨脹箱62之前使制冷劑膨脹以有助于蒸發(fā),同時毛細管67使過冷的液體制冷劑膨脹以提高制冷劑在第一熱交換器22中吸收熱量的能力。
蒸氣注射系統(tǒng)20a也包括沿著管道78a布置的電磁閥69a和膨脹裝置64a,管道78a通常在管道80和第一熱交換器22的入口之間延伸。當(dāng)電磁閥69a處于打開狀態(tài)時,電磁閥69a使得制冷劑遇到毛細管64a以便一部分制冷劑旁通過膨脹箱62。當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的熱量時),將電磁閥69a觸發(fā)到打開狀態(tài)。
當(dāng)室外環(huán)境條件較高時,將制冷劑引導(dǎo)通過毛細管65進入膨脹箱62并通過毛細管64a。離開毛細管65的制冷劑在進入膨脹箱62之前通過毛細管65膨脹。一旦制冷劑處于膨脹箱62中,該制冷劑就分離成過冷的液體制冷劑和中間壓力的蒸氣并被用來增加系統(tǒng)的能力,如前所述。
離開毛細管64a的制冷劑同樣膨脹并通過管道直接進入第一熱交換器22的入口。制冷劑旁通過膨脹箱62并通過管道直接進入第一熱交換器22。允許制冷劑流過兩個毛細管64a,65降低了由膨脹箱62接收的制冷劑的量并增加了制冷劑的壓力,從而降低了系統(tǒng)的加熱能力。當(dāng)環(huán)境條件較高時(即當(dāng)需要額外的能力時),系統(tǒng)加熱能力的減小降低了液體溢回和在第一盤管22上結(jié)霜的可能性。
當(dāng)室外環(huán)境條件較低時,關(guān)閉電磁閥69a以便引導(dǎo)所有的制冷劑經(jīng)過毛細管65并進入膨脹箱62。將所有的制冷劑引導(dǎo)到膨脹箱62中增加了到達膨脹箱62中的制冷劑的量并降低了制冷劑的壓力,由于更多的中間蒸氣達到壓縮機16且更多的過冷液體制冷劑到達第一盤管22,從而增加了系統(tǒng)加熱的整體能力。
應(yīng)當(dāng)注意在COOL模式中采用蒸氣注射系統(tǒng)20a并在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統(tǒng)的系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較低時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥69a以便降低熱泵系統(tǒng)的冷卻能力。相反,在該系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較多的冷卻效果時)關(guān)閉電磁閥69a以便增加熱泵系統(tǒng)的冷卻能力。
參見圖5,設(shè)有蒸氣注射系統(tǒng)20b,該蒸氣注射系統(tǒng)20b可以替代如圖1-3所示的蒸氣注射系統(tǒng)20。由于蒸氣注射系統(tǒng)20的相關(guān)部件相對于蒸氣注射系統(tǒng)20b在結(jié)構(gòu)和功能上基本類似,在下文及附圖中采用相同的參考標(biāo)號來指代相同的部件,而包含字母擴展的參考標(biāo)號用來指代變化的部件。
蒸氣注射系統(tǒng)20b包括布置在膨脹箱62的出口74附近的電磁閥71和毛細管66,67。另外,毛細管65布置在膨脹箱62的入口70附近。經(jīng)過毛細管65的制冷劑在進入膨脹箱62之前膨脹以便有助于蒸發(fā),而流經(jīng)毛細管66,67的制冷劑膨脹以便開始從液體轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵鈴亩兄谥评鋭┰诘谝粺峤粨Q器22處吸收熱量的能力。
蒸氣注射系統(tǒng)20b提供兩種操作模式。第一,當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的熱量時),可以將電磁閥71觸發(fā)到打開狀態(tài)以使得制冷劑遇到毛細管66。當(dāng)允許制冷劑遇到毛細管66時,制冷劑在到達第一熱交換器22之前流過管道82,83并進入管道80。通過使得制冷劑流過兩個毛細管66,67,增加了制冷劑的壓力且較多量的制冷劑到達第一熱交換器22。制冷劑的升高的壓力降低了系統(tǒng)的加熱能力。
第二,當(dāng)室外環(huán)境條件較低時(即當(dāng)室內(nèi)需要更多的熱量時),可以將電磁閥71觸發(fā)到關(guān)閉狀態(tài)以便限制制冷劑到達毛細管66。通過限制制冷劑流過毛細管66,降低了制冷劑的壓力且增加了系統(tǒng)的加熱能力。因此,在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間控制電磁閥71給蒸氣注射系統(tǒng)20b提供了適應(yīng)波動的室外環(huán)境條件的能力。
另外,應(yīng)當(dāng)注意在COOL模式中采用蒸氣注射系統(tǒng)20b并在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統(tǒng)20b的系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較低時(即當(dāng)室內(nèi)需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥71以降低熱泵系統(tǒng)的冷卻能力。相反,在該系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較多的冷卻效果時)關(guān)閉電磁閥71以增加熱泵系統(tǒng)的冷卻能力。
參見圖6,設(shè)有蒸氣注射系統(tǒng)20c,該蒸氣注射系統(tǒng)20c可以替代如圖1-3所示的蒸氣注射系統(tǒng)20。由于蒸氣注射系統(tǒng)20的相關(guān)部件相對于蒸氣注射系統(tǒng)20c在結(jié)構(gòu)和功能上基本類似,在下文及附圖中采用相同的參考標(biāo)號來指代相同的部件,而包含字母擴展的參考標(biāo)號用來指代變化的部件。
蒸氣注射系統(tǒng)20c包括布置在膨脹箱62的入口70附件的毛細管65。經(jīng)過毛細管65的制冷劑在進入膨脹箱62之前膨脹以便有助于蒸發(fā)。另外,蒸氣注射系統(tǒng)20c還包括布置在膨脹箱62的出口74附近的電磁閥,例如電子膨脹閥71c。膨脹閥71c通過控制在百分之零和百分之百之間的開度來調(diào)節(jié)流出膨脹箱62的制冷劑流量。盡管公開了電子膨脹閥71c,應(yīng)當(dāng)理解或者可以采用任何能夠調(diào)節(jié)流量的閥,例如熱膨脹閥。
電子膨脹閥71c可以通過控制在出口74處排出膨脹箱的過冷液體制冷劑的量來控制向壓縮機16中的蒸氣注入。當(dāng)電子膨脹閥71c完全關(guān)閉時(即百分之零的開度),不允許過冷液體制冷劑排出膨脹箱62,這樣,膨脹箱62在入口70處不能接收制冷劑流入。在這樣的條件下,制冷劑在膨脹箱62內(nèi)不膨脹并因此不能被壓縮機16使用。
當(dāng)電子膨脹閥71c在完全打開的狀態(tài)時(即百分之百的開度),允許過冷制冷劑在出口74處離開膨脹箱62并流入第一熱交換器22。當(dāng)允許過冷液體制冷劑離開膨脹箱62時,允許制冷劑在入口70處進入膨脹箱62并因此可以膨脹為蒸氣以供壓縮機16使用。因此,通過控制電子膨脹閥71c的狀態(tài),蒸氣注射系統(tǒng)20c可以用來控制系統(tǒng)的加熱能力。
當(dāng)室外環(huán)境條件較低從而需要額外的加熱時,將電子膨脹閥71c驅(qū)動到減少制冷劑流量的位置(即,在出口74和管道80之間形成較小的開度)。減少通過出口74的制冷劑流量降低了制冷劑的壓力并因此增加了系統(tǒng)的加熱能力。相反,當(dāng)室外環(huán)境條件較高從而不需要額外的加熱時,打開電子膨脹閥71c以便使得更多的制冷劑流過出口74并增加制冷劑的壓力。增加制冷劑的壓力減小了系統(tǒng)的加熱能力。
應(yīng)當(dāng)注意在當(dāng)COOL模式時采用蒸氣注射系統(tǒng)20c而當(dāng)HEAT模式時旁通蒸氣注射系統(tǒng)20c的系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較低時(即當(dāng)室內(nèi)需要較小的冷卻效果時)打開電子膨脹閥71c以便降低熱泵系統(tǒng)的冷卻能力。類似地,在該系統(tǒng)中,當(dāng)室外環(huán)境條件較高時(即當(dāng)室內(nèi)需要較大的冷卻效果時)部分關(guān)閉電子膨脹閥71c以便增加熱泵系統(tǒng)的冷卻能力。
各蒸氣注射系統(tǒng)20,20a,20b,20c可以用來調(diào)節(jié)流過膨脹箱62的制冷劑,以便根據(jù)室外環(huán)境條件來調(diào)整熱泵系統(tǒng)10的加熱能力。類似地,各蒸氣注射系統(tǒng)20,20a,20b,20c可以用來調(diào)節(jié)流過膨脹箱62的制冷劑,以便當(dāng)在HEAT模式下旁通膨脹箱62時,可以根據(jù)室外環(huán)境條件來調(diào)整熱泵系統(tǒng)10的冷卻能力。
本發(fā)明的描述本身只是示例性的,因此不偏離本發(fā)明的主旨的變化屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。不認為這種變化偏離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱泵系統(tǒng),包括與膨脹箱、第一熱交換器和第二熱交換器流體連通的渦旋壓縮機;布置在所述第一和第二熱交換器中的一個與所述膨脹箱之間的第一毛細管;以及布置在所述第一和第二熱交換器中的所述一個與所述第一毛細管之間的第一閥,用于給所述第一毛細管選擇地提供制冷劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述第一和第二熱交換器中的所述一個與所述膨脹箱之間的第二毛細管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵系統(tǒng),其中,所述第一閥是電磁閥,該電磁閥在第一狀態(tài)時允許制冷劑通向所述第一毛細管,在第二狀態(tài)時限制制冷劑通向所述第一毛細管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱泵系統(tǒng),其中,所述第二毛細管獨立于所述電磁閥進行操作,以便當(dāng)所述電磁閥處于所述第一狀態(tài)或所述第二狀態(tài)時,所述第二毛細管接收制冷劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱的出口與所述第一和第二熱交換器中的另一個之間的第三毛細管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱的出口與所述第一和第二熱交換器中的所述另一個之間的第四毛細管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱的出口和所述第三毛細管之間的第二閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱泵系統(tǒng),其中所述第二閥是電磁閥,該電磁閥在第一狀態(tài)時允許制冷劑通向所述第三毛細管,在第二狀態(tài)時限制制冷劑通向所述第三毛細管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱泵系統(tǒng),其中,所述第四毛細管獨立于所述電磁閥進行操作,以便當(dāng)所述電磁閥處于所述第一狀態(tài)或所述第二狀態(tài)時,所述第四毛細管接收制冷劑。
10.一種使制冷劑在包括渦旋壓縮機的流路中在第一熱交換器和第二熱交換器之間流通的熱泵系統(tǒng)中的蒸氣注射系統(tǒng),包括與各所述第一和第二熱交換器以及渦旋壓縮機流體連通的膨脹箱;布置在所述第一和第二熱交換器中的一個與所述膨脹箱之間的第一毛細管;以及布置在所述第一和第二熱交換器中的所述一個與所述第一毛細管之間的第一閥,用于給所述第一毛細管選擇地提供制冷劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蒸氣注射系統(tǒng),還包括布置在所述第一和第二熱交換器中的所述一個與所述膨脹箱之間的第二毛細管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的蒸氣注射系統(tǒng),其中所述第一閥是電磁閥,該電磁閥在第一狀態(tài)時允許制冷劑通向所述第一毛細管,在第二狀態(tài)時限制制冷劑通向所述第一毛細管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱泵系統(tǒng),其中,所述第二毛細管獨立于所述電磁閥進行操作,以便當(dāng)所述電磁閥處于所述第一狀態(tài)或所述第二狀態(tài)時,所述第二毛細管接收制冷劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱與所述第一和第二熱交換器中的另一個之間的第三毛細管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱與所述第一和第二熱交換器中的所述另一個之間的第四毛細管。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱和所述第三毛細管之間的第二閥。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱泵系統(tǒng),其中所述第二閥是電磁閥,該電磁閥在第一狀態(tài)時允許制冷劑通向所述第三毛細管,在第二狀態(tài)時限制制冷劑通向所述第三毛細管。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熱泵系統(tǒng),其中,所述第四毛細管獨立于所述電磁閥進行操作,以便當(dāng)所述電磁閥處于所述第一狀態(tài)或所述第二狀態(tài)時,所述第四毛細管接收制冷劑。
19.一種熱泵系統(tǒng),包括與第一熱交換器和第二熱交換器流體連通的渦旋壓縮機;膨脹箱、布置在所述第一熱交換器和所述膨脹箱的入口之間的第一毛細管,布置在所述第一熱交換器和所述膨脹箱的所述入口之間的第二毛細管、布置在所述第二熱交換器和所述膨脹箱的出口之間的第三毛細管以及布置在所述第二熱交換器和所述膨脹箱的所述出口之間的第四毛細管,其中所述第一毛細管、所述第二毛細管、所述第三毛細管和所述第四毛細管能可選擇地操作以便根據(jù)室外環(huán)境條件來調(diào)節(jié)熱泵系統(tǒng)的能力。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述第一熱交換器和所述第一毛細管之間的閥。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的熱泵系統(tǒng),其中所述閥是電磁閥,該電磁閥可在第一模式下操作以便限制制冷劑來自所述第一毛細管,該電磁閥可在第二模式下操作以便允許制冷劑來自所述第一毛細管。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的熱泵系統(tǒng),其中所述第二毛細管、所述第三毛細管和所述第四毛細管獨立于所述電磁閥進行操作。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱泵系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱的出口和所述第三毛細管之間的閥。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱泵系統(tǒng),其中所述閥是電磁閥,該電磁閥可在第一模式下操作以便限制制冷劑來自所述第三毛細管,該電磁閥可在第二模式下操作以便允許制冷劑通向所述第三毛細管。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的熱泵系統(tǒng),其中所述第一毛細管、所述第二毛細管和所述第四毛細管獨立于所述電磁閥進行操作。
26.一種使制冷劑在包括渦旋壓縮機的流路中在第一熱交換器和第二熱交換器之間流通的熱泵系統(tǒng)中的蒸氣注射系統(tǒng),包括膨脹箱;布置在第一熱交換器和所述膨脹箱的入口之間的第一毛細管;布置在第一熱交換器和所述膨脹箱的所述入口之間的第二毛細管;布置在第二熱交換器和所述膨脹箱的出口之間的第三毛細管;以及布置在第二熱交換器和所述膨脹箱的所述出口之間的第四毛細管;其中可選擇地操作所述第一毛細管、所述第二毛細管、所述第三毛細管和所述第四毛細管以便根據(jù)室外環(huán)境條件調(diào)節(jié)能力。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的蒸氣注射系統(tǒng),還包括布置在第一熱交換器和所述第一毛細管之間的閥。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的蒸氣注射系統(tǒng),其中所述閥是電磁閥,該電磁閥可在第一模式下操作以便限制制冷劑來自所述第一毛細管,該電磁閥可在第二模式下操作以便允許制冷劑通向所述第一毛細管。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的蒸氣注射系統(tǒng),其中所述第二毛細管、所述第三毛細管和所述第四毛細管獨立于所述電磁閥進行操作。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的蒸氣注射系統(tǒng),還包括布置在所述膨脹箱的出口和所述第三毛細管之間的閥。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的蒸氣注射系統(tǒng),其中所述閥是電磁閥,該電磁閥可在第一模式下操作以便限制制冷劑來自所述第三毛細管,該電磁閥可在第二模式下操作以便允許制冷劑通向所述第三毛細管。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的熱泵系統(tǒng),其中所述第一毛細管、所述第二毛細管和所述第四毛細管獨立于所述電磁閥進行操作。
全文摘要
本發(fā)明致力于一種熱泵系統(tǒng),包括第一熱交換器、與所述第一熱交換器流體連通的第二熱交換器、與各所述第一和第二熱交換器流體連通的渦旋壓縮機、以及與各所述第一和第二熱交換器及所述渦旋壓縮機流體連通的膨脹箱。第一毛細管布置在所述第一熱交換器和所述膨脹箱的入口之間,第一閥布置在第一熱交換器和所述第一毛細管之間以便控制制冷劑通向所述第一毛細管。
文檔編號F25B30/02GK1920448SQ20061009276
公開日2007年2月28日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月22日
發(fā)明者胡文威, 張立毅 申請人:谷輪公司