專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制冷循環(huán)的超臨界循環(huán)和膨脹閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)成制冷循環(huán)的超臨界循環(huán)，該循環(huán)使用在高壓下呈現(xiàn)超臨界狀態(tài)的諸如CO2的制冷劑。本發(fā)明還涉及一種用于制冷循環(huán)的膨脹閥。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的超臨界循環(huán)中，膨脹閥的開(kāi)啟度必須被控制以使對(duì)于在氣體冷卻器之后的制冷劑溫度的循環(huán)的性能系數(shù)(COP)最大化。日本未實(shí)審專(zhuān)利公開(kāi)No.2000-81157描述了這樣的膨脹閥。
圖11中顯示了包括該膨脹閥的已知的超臨界循環(huán)。超臨界循環(huán)11包括壓縮機(jī)13、氣體冷卻器15、膨脹閥17的溫度檢測(cè)部分19、膨脹閥17的主閥部分21、蒸發(fā)器23、儲(chǔ)蓄器(accumulator)25和壓縮機(jī)13，并且以上部件被以上述順序布置以便制冷劑以相同的順序循環(huán)。另外，內(nèi)部熱交換器27被布置在儲(chǔ)蓄器25和壓縮機(jī)13之間的制冷劑通路與膨脹閥17的溫度檢測(cè)部分19和主閥部分21之間的制冷劑通路中。熱量從氣體冷卻器15的下游的高壓制冷劑移至儲(chǔ)蓄器25的下游的低壓制冷劑，并且因而，蒸發(fā)器23的入口處的制冷劑的熵被減少，由此提高CO2循環(huán)的制冷容量。
在該超臨界循環(huán)11中，氣體冷卻器15的出口處的制冷劑溫度被溫度檢測(cè)部分19檢測(cè)，并且因此，氣體制冷器15的出口處的制冷劑在供應(yīng)到膨脹閥17的溫度檢測(cè)部分19之后，需要再次通過(guò)內(nèi)部熱交換器27返回到膨脹閥17的主閥部分21的入口。雖然氣體冷卻器15、膨脹閥17和蒸發(fā)器23可以被連續(xù)地連接，內(nèi)部熱交換器27被布置為U迂回，其中制冷劑從溫度檢測(cè)部分19流出，并通過(guò)內(nèi)部熱交換器27返回到主閥部分21。結(jié)果，膨脹閥17的周?chē)枰薮蟮目臻g，由此產(chǎn)生不能容易地將膨脹閥17布置在狹小發(fā)動(dòng)機(jī)室中的問(wèn)題。
另外，內(nèi)部熱交換器27相對(duì)于膨脹閥17被布置為U迂回，并且不能布置在裝置之間，由此需要額外的管道。尤其是，雙管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部熱交換器27不能有效地使用在U迂回布置中，其中如果雙管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部熱交換器27被布置在裝置之間，所述雙管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部熱交換器27可用作管道系統(tǒng)的一部分。
此外，考慮到內(nèi)部熱交換器27的入口和出口被連接到膨脹閥17的事實(shí)，需要四個(gè)接頭以用于到膨脹閥17的連接。問(wèn)題在于不僅增加了成本，而且還使膨脹閥變得龐大。
另外，膨脹閥被控制，以便正流入的制冷劑的溫度被密封在其中的溫度檢測(cè)部分中的CO2氣體所檢測(cè)，并且高壓被控制到最大COP。CO2氣體具有31℃的低臨界溫度，并且因此，在環(huán)境溫度高的情況下，密封在溫度檢測(cè)部分中的CO2氣體呈現(xiàn)超臨界狀態(tài)。
因此，隨著氣體冷卻器的出口處的制冷劑溫度的升高、即正流入膨脹閥的溫度檢測(cè)部分中的制冷劑的溫度的升高，膨脹閥的控制壓力也不期望地升高。尤其如果在諸如空轉(zhuǎn)期間氣體冷卻器的入口空氣溫度是高的，例如，氣體制冷器的出口處的制冷劑溫度升高到如此程度以至于控制壓力達(dá)到高壓的上限。因此，為了抑制高壓的增加，需要降低壓縮機(jī)容量，由此產(chǎn)生的問(wèn)題是冷卻容量被大大降低。如果壓力進(jìn)一步升高到更高的異常水平，壓縮機(jī)會(huì)停止。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題，并提供一種超臨界循環(huán)，其中內(nèi)部熱交換器被布置在裝置之間以有利于其安裝，同時(shí)縮短管道長(zhǎng)度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種超臨界循環(huán)，其中防止膨脹閥的控制壓力隨氣體冷卻器的出口處的制冷劑溫度的過(guò)度升高而極度增加，由此避免由于壓力增加引起的壓縮機(jī)容量的降低或由于防止非正常的壓力增加所采取的保護(hù)性措施所導(dǎo)致的壓縮機(jī)的停止。
本發(fā)明的再一目的是提供一種膨脹閥，所述膨脹閥可以與具有用于內(nèi)部熱交換器的旁路的制冷循環(huán)一起使用。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，所述超臨界循環(huán)包括旁路(51)，所述旁路(51)從內(nèi)部熱交換器(45)的高壓上游側(cè)或中間部分延伸；溫度檢測(cè)部分(47)，所述溫度檢測(cè)部分(47)用于控制主閥部分(39)；溫度檢測(cè)通路(5)，所述溫度檢測(cè)通路(5)用于將制冷劑從旁路(51)供應(yīng)到溫度檢測(cè)部分(47)；和制冷劑返回通路(53)，所述制冷劑返回通路(53)用于將制冷劑從溫度檢測(cè)部分(47)供應(yīng)到主閥部分(39)的下游的制冷劑通路。
利用該手段，通過(guò)將內(nèi)部熱交換器布置在裝置之間可以容易地安裝內(nèi)部熱交換器，同時(shí)縮短管道長(zhǎng)度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中制冷劑返回通路(53)、主閥部分(39)和溫度檢測(cè)部分(47)整體地形成為膨脹閥(37)。因而，可以實(shí)現(xiàn)緊湊的膨脹閥。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中制冷劑返回通路(53)形成在膨脹閥(37)的主體(49)中。因而可以減小膨脹閥的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中膨脹閥(37)的主體(49)形成有通孔(68)，所述通孔(68)從溫度檢測(cè)部分(47)穿過(guò)主體(49)到主閥部分(39)，其中從溫度檢測(cè)部分(47)到主閥部分(39)的閥桿(69)可滑動(dòng)地插入通孔(68)中，并且閥桿(69)形成有管孔(53a)，所述管孔(53a)從溫度檢測(cè)部分(47)到達(dá)主閥部分(39)。通過(guò)這樣做，實(shí)現(xiàn)一種更緊湊的膨脹閥。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中旁路(51)與內(nèi)部熱交換器(45)整體地裝配在一起。因此，旁路(51)可以沿著內(nèi)部熱交換器(45)布置，由此實(shí)現(xiàn)作為整體的緊湊的布置。
根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一步方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中旁路(51)在內(nèi)部熱交換器(45)的高壓側(cè)從連接器(88)分支。以此配置，可以減少用于連接裝置的端口的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的再進(jìn)一步方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中利用單個(gè)連接器(87)將旁路(51)的上游端和內(nèi)部熱交換器(45)的上游端連接到散熱器(35)，利用單個(gè)連接器(98)將旁路(51)的下游端和內(nèi)部熱交換器(45)的下游端分別地連接到溫度檢測(cè)通路(5)和膨脹閥(37)。因而，可以減少連接器的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，超臨界循環(huán)包括混合部分(103)，所述混合部分(103)形成在旁路(51)的中間部分；和混合通路(107)，所述混合通路(107)從通路的中間點(diǎn)延伸到混合部分(103)，其中所述通路從內(nèi)部熱交換器(45)的下游側(cè)或高壓側(cè)的中間點(diǎn)引導(dǎo)到主閥部分(39)，其中混合部分(103)以任意比例將來(lái)自旁路(51)的制冷劑與來(lái)自混合通路(107)的制冷劑混合，并將混合物供應(yīng)到溫度檢測(cè)通路(5)。
利用此手段，防止膨脹閥的控制壓力隨著氣體冷卻器的出口處的制冷劑的過(guò)度的溫度升高(如果有的話(huà))而極度增大。因而，可以避免由增加的壓力所引起的壓縮機(jī)容量的降低或由于防止非正常高壓所采取的措施導(dǎo)致的壓縮機(jī)的停止。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中基于從旁路(51)流入混合部分(103)中的制冷劑和從混合通路(107)流入混合部分(103)中的制冷劑中的至少一個(gè)的溫度，來(lái)自旁路(51)的制冷劑和來(lái)自混合通路(107)的制冷劑在0-100％的范圍內(nèi)被混合和調(diào)整。利用此手段，可以基于氣體冷卻器的出口處的制冷劑和內(nèi)部熱交換器的出口處的制冷劑中至少一個(gè)的溫度混合氣體冷卻器的出口處的制冷劑和內(nèi)部熱交換器的出口處的制冷劑，由此能夠控制流入溫度檢測(cè)部分中的制冷劑的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中基于旁路(51)或者混合通路(107)的壓力，在0-100％的范圍內(nèi)混合和調(diào)整來(lái)自旁路(51)的制冷劑和來(lái)自混合通路(107)的制冷劑。因此，根據(jù)氣體冷卻器的出口壓力，氣體冷卻器的出口處的制冷劑和內(nèi)部熱交換器的出口處的制冷劑可以彼此混合，以便可控制流入溫度檢測(cè)部分(47)中的制冷劑的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中來(lái)自旁路(51)的制冷劑和來(lái)自混合通路(107)的制冷劑可以被混合和調(diào)整，以便流入溫度檢測(cè)部分(47)的制冷劑的溫度不會(huì)超過(guò)預(yù)定溫度。因此，防止膨脹閥的控制壓力極度增加，由此能夠避免由于增加的壓力所引起的壓縮機(jī)容量的降低或由于非正常高壓引起的壓縮機(jī)的停止。
根據(jù)本發(fā)明的再進(jìn)一步方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，其中混合部分(103)與膨脹閥(37)或者內(nèi)部熱交換器(45)構(gòu)成整體。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)作為整體的裝置的緊湊的布置。
根據(jù)本發(fā)明的又進(jìn)一步方面，提供了一種作為手段的超臨界循環(huán)，所述超臨界循環(huán)包括作為主內(nèi)部熱交換器(45)的內(nèi)部熱交換器(45)；作為第一旁路(51)的旁路(51)；第二旁路(153)，所述第二旁路(153)與主內(nèi)部熱交換器(45)的低壓側(cè)并聯(lián)地布置，并且低壓側(cè)制冷劑流過(guò)所述第二旁路(153)；和副熱交換器(155)，通過(guò)在第二旁路(153)中流動(dòng)的制冷劑和在第一旁路(51)中流動(dòng)的制冷劑之間交換熱量、通過(guò)第一旁路(51)，副熱交換器(155)降低在溫度檢測(cè)部分(47)中流動(dòng)的制冷劑的溫度。因此，根據(jù)流入溫度檢測(cè)部分中的制冷劑的溫度，可以調(diào)整流入副熱交換器中的制冷劑的低壓側(cè)流量，以便可以將流入溫度檢測(cè)部分(47)中的制冷劑的溫度控制在預(yù)定溫度范圍以?xún)?nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種作為手段的膨脹閥，所述膨脹閥包括主閥部分(39)，該主閥部分(39)用于使從制冷循環(huán)的高壓側(cè)流到低壓側(cè)的制冷劑膨脹；溫度檢測(cè)部分(47)，所述溫度檢測(cè)部分(47)用于控制主閥部分(39)；溫度檢測(cè)通路(5)，所述溫度檢測(cè)通路(5)用于將制冷劑從內(nèi)部熱交換器(45)的上游側(cè)或高壓側(cè)的中間點(diǎn)引入溫度檢測(cè)部分(47)中，以用于在制冷循環(huán)的散熱器的下游的制冷劑和壓縮機(jī)的上游的制冷劑之間交換熱量；和制冷劑返回通路(53)，所述制冷劑返回通路(53)用于將制冷劑從溫度檢測(cè)部分(47)供應(yīng)到主閥部分(39)的下游的制冷劑通路。結(jié)果，內(nèi)部熱交換器被布置在裝置之間，并且因而可容易地安裝。同時(shí)，可以縮短管道長(zhǎng)度并實(shí)現(xiàn)緊湊的膨脹閥。
可以從以下說(shuō)明的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例以及附圖，更充分地理解本發(fā)明。


圖1是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的超臨界循環(huán)；圖2A是截面圖，示意性地顯示了圖1中所示的超臨界循環(huán)中的熱交換器和壓力控制閥，并且圖2B是沿圖2A中線(xiàn)A-A截取的截面圖；圖3顯示了包括在膨脹閥中的管孔(orifice)的另一實(shí)例；圖4是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的超臨界循環(huán)；圖5是壓力控制閥的截面圖和顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的超臨界循環(huán)的框圖；圖6A顯示了圖5中所示的壓力控制閥的低溫操作；圖6B顯示了圖5中所示的壓力控制閥的中溫操作；圖6C顯示了圖5中所示的壓力控制閥的高溫操作；圖7是曲線(xiàn)圖，顯示了分別在圖6A、6B和6C所示的低、中、高溫操作中的各種部件的溫度和壓力；圖8是截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的壓力控制閥和超臨界循環(huán)；圖9A是截面圖，顯示了圖8中所示的壓力控制閥的低壓操作；圖9B是截面圖，顯示了圖8中所示的壓力控制閥的中壓操作；圖9C是截面圖，顯示了圖8中所示的壓力控制閥的高壓操作；圖10是截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的壓力控制閥和超臨界循環(huán)；圖11是框圖，顯示了傳統(tǒng)的超臨界循環(huán)。
具體實(shí)施例方式
以下參照?qǐng)D1到圖10解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1、圖2A、2B顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的超臨界循環(huán)31。該超臨界循環(huán)31包括壓縮機(jī)33、提供作為室外熱交換器的散熱器的氣體冷卻器35、膨脹閥37的主閥部分39、作為室內(nèi)熱交換器的蒸發(fā)器41、儲(chǔ)蓄器43和壓縮機(jī)33，以上部件以上述順序布置并且制冷劑以相同的順序循環(huán)。氣體冷卻器35也稱(chēng)為制冷循環(huán)中的冷凝器，在所述制冷循環(huán)中在高壓側(cè)管中，制冷劑不被加壓到超臨界壓力。膨脹閥37的開(kāi)啟度被調(diào)整以使制冷循環(huán)的高壓側(cè)維持在預(yù)定高壓。為此，膨脹閥37也稱(chēng)為壓力控制閥。另外，用于在氣體冷卻器的下游的制冷劑和壓縮機(jī)的上游的制冷劑之間交換熱量的內(nèi)部熱交換器45被布置在儲(chǔ)蓄器43和壓縮機(jī)33之間的制冷劑通路中和在室外氣體冷卻器35和膨脹閥37的主閥部分39之間的制冷劑通路中。壓縮機(jī)33將制冷劑壓縮至高壓。因此被壓縮的制冷劑被由氣體冷卻器35中的風(fēng)扇35a吹送的來(lái)自乘客室外部的空氣冷卻。通過(guò)將熱量從氣體冷卻器35的下游的高壓制冷劑移動(dòng)到儲(chǔ)蓄器43下游的并在壓縮機(jī)33上游的低壓制冷劑，內(nèi)部熱交換器45減少了制冷劑的熵。通過(guò)主閥體39膨脹閥37將制冷循環(huán)的高壓側(cè)壓力控制到預(yù)定的需要的高壓，以便使顯示制冷循環(huán)的效率的COP最大化或大致最大化。從膨脹閥37供應(yīng)到低壓側(cè)的制冷劑被蒸發(fā)器41氣化以由此冷卻空氣。被制冷劑冷卻的空氣被送風(fēng)機(jī)41a供應(yīng)入乘客室。經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器41的制冷劑流入儲(chǔ)蓄器43中，在其中來(lái)自蒸發(fā)器41的氣體制冷劑和液體制冷劑彼此分離，以便氣體制冷劑和隨制冷劑循環(huán)的潤(rùn)滑油被吸入壓縮機(jī)3。膨脹閥37的主閥部分39，與用于檢測(cè)制冷劑溫度的溫度檢測(cè)部分47一起，與鋁材料的主體49整體地構(gòu)成。主閥部分39由限定在作為可移動(dòng)閥單元的閥體71和作為固定閥座的閥座73之間的環(huán)形通路提供，其中所述閥體71和閥座73布置在形成在主體49中的孔中。主體49包括溫度檢測(cè)通路5，所述溫度檢測(cè)通路5從主體49的外表面延伸到溫度檢測(cè)部分47，由此將溫度檢測(cè)制冷劑引入溫度檢測(cè)部分47。
以此配置，旁路51從自氣體冷卻器35延伸到內(nèi)部熱交換器45的通路分支出。該旁路51連接到到達(dá)溫度檢測(cè)部分47的溫度檢測(cè)通路5。另外，主體49中形成有管孔53，所述管孔53從溫度檢測(cè)部分47延伸到主閥部分39的下游側(cè)。已從氣體冷卻器35流入的制冷劑通過(guò)旁路51被送到溫度檢測(cè)部分47，在所述溫度檢測(cè)部分47中膨脹閥37的主閥部分39被控制以對(duì)制冷劑減壓，以便根據(jù)制冷劑溫度最大化COP。已經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)部分47的制冷劑通過(guò)管孔53減壓并與通過(guò)主閥部分39的制冷劑匯合。
圖2A顯示了膨脹閥37和內(nèi)部熱交換器45的具體結(jié)構(gòu)。在圖2A中，膨脹閥37具有鋁制的主體49。元件單元61安裝在主體49上。通過(guò)將金屬膜的隔膜63夾在蓋65和凸緣67之間并焊接或以其它方式密封地連接外周部分以形成元件單元61。隔膜63具有連接在其下表面上的操作桿69，并且操作桿69中的空間69a通過(guò)形成在隔膜63中的孔(未顯示)與隔膜63和蓋65之間的空間連通。CO2氣體和隨溫度的壓力變化小于CO2氣體的氣體(N2、He等)以預(yù)定的密度分別地密封在隔膜63和蓋65之間的空間中。操作桿69垂直地可移動(dòng)地插入通孔68中，所述通孔68從溫度檢測(cè)部分47通過(guò)主體49到主閥部分39形成。閥單元71形成在操作桿69的下端處。該閥單元71在打開(kāi)時(shí)在主體側(cè)與閥座73接觸并在隔膜63向上位移時(shí)，通過(guò)由操作桿69的移動(dòng)引起離開(kāi)閥座73，所述閥單元71打開(kāi)預(yù)定開(kāi)啟度。
氣體被密封在隔膜63中，以便與壓力有關(guān)的COP在給定溫度下變得最大。氣體冷卻器的出口處的流入制冷劑的溫度主要由操作桿的溫度檢測(cè)部分(空間中密封有氣體的部分)檢測(cè)，并且閥開(kāi)啟度被由于密封氣體壓力和高壓之間的差產(chǎn)生的隔膜的移動(dòng)所改變，由此控制高壓。
利用形成在凸緣67上的螺釘(screw)將元件單元61裝配在主體49上，并且所述元件單元61包含管孔53，由此經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)部分45的制冷劑被減壓并供應(yīng)到閥的下游側(cè)。
在圖2A中，附圖標(biāo)記45代表雙管型的內(nèi)部熱交換器的縱向截面圖。如圖2B中所示，該內(nèi)部熱交換器45包含高壓制冷劑通路81和形成在其外周的低壓制冷劑通路83，其中高壓制冷劑通路81中流動(dòng)高壓制冷劑，低壓制冷劑通路83中流動(dòng)低壓制冷劑。內(nèi)部的高壓制冷劑通路81的管由肋條85支撐在低壓制冷劑通路83的管上。
由氣體冷卻器35冷卻的制冷劑通過(guò)接頭部分87流入內(nèi)部加熱器45，并且在上游端88處分流入旁路51和高壓制冷劑通路81。來(lái)自?xún)?chǔ)蓄器43的低壓氣體制冷劑在高壓制冷劑的出口從接頭部分91流入，以提高熱交換效率，在經(jīng)過(guò)低壓制冷劑通路83的同時(shí)，與高壓制冷劑通路81中的高壓制冷劑交換熱量。該低壓氣體制冷劑從接頭部分93供應(yīng)到壓縮機(jī)33。另一方面，已經(jīng)過(guò)高壓制冷劑通路81的高壓制冷劑從接頭部分95流到膨脹閥37的主閥部分39的上游側(cè)，并且已經(jīng)過(guò)旁路51的制冷劑從接頭部分97流到膨脹閥37的溫度檢測(cè)部分47。接頭部分95、97共用一個(gè)固定板98，并因此可以同時(shí)裝配在膨脹閥37上。另外，沿與內(nèi)部熱交換器45相同路線(xiàn)延伸的旁路51利用固定夾具99與內(nèi)部熱交換器45整體地裝配在一起。
如上解釋的，在該超臨界循環(huán)31中，蒸發(fā)器41、壓縮機(jī)33、氣體冷卻器35和膨脹閥37的主閥部分39以該順序布置，并且制冷劑以相同的順序循環(huán)。內(nèi)部熱交換器45在高壓側(cè)制冷劑和低壓側(cè)制冷劑之間交換熱量，其中所述高壓側(cè)制冷劑從氣體冷卻器35流向膨脹閥37的主閥部分39，所述低壓側(cè)制冷劑從蒸發(fā)器41流向壓縮機(jī)33。除主閥部分39之外，膨脹閥37還具有與其構(gòu)成整體的溫度檢測(cè)部分47以控制主閥部分39，并且旁路51將制冷劑從內(nèi)部熱交換器45中的高壓側(cè)制冷劑流動(dòng)的部分的上游側(cè)或中間點(diǎn)供應(yīng)到溫度檢測(cè)部分47。用于將制冷劑從溫度檢測(cè)部分47供應(yīng)到主閥部分39的下游的制冷劑回中的管孔53被布置在主體49上。
結(jié)果，已經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)部分47的制冷劑不需要返回到內(nèi)部熱交換器45，內(nèi)部熱交換器45也不需要對(duì)膨脹閥37產(chǎn)生U迂回。結(jié)果，內(nèi)部熱交換器45可以布置在氣體冷卻器45和膨脹閥37之間，或者在膨脹閥37周?chē)恍枰糜诓贾脙?nèi)部熱交換器45的額外的空間。因而，連接氣體冷卻器35和膨脹閥37的管可以在長(zhǎng)度上被縮短。
另外，經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)部分47的制冷劑通過(guò)形成在主體49中的管孔被減壓，并且所述制冷劑可與主體49中膨脹閥37的主閥部分39的下游側(cè)相匯合。因此，從溫度檢測(cè)部分47向內(nèi)部熱交換器45的通路被消除，由此可以省略在溫度檢測(cè)部分47的出口處的管連接器。
此外，從內(nèi)部熱交換器45的上游端或中間點(diǎn)分支出的旁路51與內(nèi)部熱交換器45并聯(lián)地整體裝配。利用單個(gè)連接器87將旁路51的上游端和內(nèi)部熱交換器45的上游端連接到氣體冷卻器35。相似地，利用單個(gè)連接器95、97將旁路51的下游端和內(nèi)部熱交換器45的下游端連接到膨脹閥37。因而，內(nèi)部熱交換器45和旁路51可以彼此構(gòu)成整體而作為緊湊的組件，同時(shí)容易地并以簡(jiǎn)單的方式連接氣體冷卻器35和膨脹閥37。
根據(jù)上述實(shí)施例，管孔53形成為主體49中的通孔。然而，本發(fā)明并不必限于該配置，如圖3中所示，從溫度檢測(cè)部分47延伸到主閥部分39的操作桿69可以可滑動(dòng)地插入主體49中，并且形成有管孔53a，所述管孔53a從溫度檢測(cè)部分47延伸通過(guò)主閥部分39到閥的下游側(cè)。
圖4顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的超臨界循環(huán)。該超臨界循環(huán)101相當(dāng)于圖1中所示的超臨界循環(huán)31，其中混合部分103布置在旁路51的中間部分處，混合通路107從內(nèi)部熱交換器45的出口處的通路105分支到混合部分103，所述通路105從內(nèi)部熱交換器45的出口延伸到膨脹閥37的主閥部分39。內(nèi)部熱交換器45的旁路51中的制冷劑和內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑以任意比例混合，以便通過(guò)溫度檢測(cè)通路5流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度不超過(guò)預(yù)定水平。
用于CO2制冷劑的膨脹閥的控制壓力根據(jù)制冷劑溫度確定，因此，可以通過(guò)改變流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度而改變控制壓力。
通常，高壓使用在超臨界狀態(tài)下，并且因此，氣體冷卻器35的出口處的溫度的過(guò)度升高會(huì)引起控制壓力達(dá)到高壓的上限的不便。因此，只要流入超臨界循環(huán)101的溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度不高于預(yù)定值，混合部分103向溫度檢測(cè)部分47提供已通過(guò)旁路51流入的氣體冷卻器的出口處的制冷劑，并且一旦達(dá)到預(yù)定溫度，通過(guò)內(nèi)部熱交換器45的出口通路105的制冷劑與氣體冷卻器35的出口處的制冷劑混合，以便正流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑保持不高于預(yù)定溫度。以此方式，防止膨脹閥37的控制壓力過(guò)度升高，由此抑制非正常高壓，并因此，防止壓縮機(jī)容量的降低和壓縮機(jī)停止。
圖5顯示了根據(jù)第三實(shí)施例的超臨界循環(huán)。該超臨界循環(huán)111具有作為圖4中所示的超臨界循環(huán)101的混合部分103的具體實(shí)例的恒溫閥113。該恒溫閥113布置在膨脹閥37的主體49中，并且混合部分107也形成在主體49上。恒溫閥113包括連接到旁路51的高溫側(cè)端口115；連接到混合通路107的低溫側(cè)端口117；和通過(guò)溫度檢測(cè)通路5連接到溫度檢測(cè)部分45的溫度檢測(cè)部分側(cè)端口119。另外，閥芯(spool)123垂直可移動(dòng)地插入圓筒部分121中，其中所述閥芯123具有彼此連接的上部大直徑部分123a、中間小直徑部分123b和下部大直徑部分123c?；钊?25布置在閥芯123上方。隨著溫度的升高，活塞125的溫度檢測(cè)操作單元中的蠟被熔化并且活塞125被推向上。因而，活塞125在高溫時(shí)突出而在低溫時(shí)收縮。用于向上對(duì)閥芯123施壓的彈簧127被布置在閥芯123以下。
在該配置中，在低溫下，如圖6A中所示，活塞125收縮，并且因此閥芯123被彈簧127向上推。在此條件下，上部大直徑部分123a位于高溫側(cè)端口115上方，并且中間小直徑部分123b與高溫側(cè)端口115和溫度檢測(cè)側(cè)端口119連通。另一方面，低溫側(cè)端口117被下部大直徑部分123c封閉。來(lái)自旁路51的制冷劑、即氣體冷卻器35的出口處的制冷劑通過(guò)高溫側(cè)端口115進(jìn)入，并從溫度檢測(cè)部分側(cè)端口119流出，通過(guò)溫度檢測(cè)通路5到達(dá)溫度檢測(cè)部分47。結(jié)果，如圖7中所示，溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑溫度變得等于氣體冷卻器35的出口處的制冷劑溫度，并且壓力被控制在對(duì)應(yīng)的水平。
接著，隨著氣體冷卻器35的出口處的溫度升高到中間水平，如圖6B中所示，活塞125逆著彈簧127的壓力略微地突出，閥芯123被保持在中間位置。在此條件下，上部大直徑部分123a略微地在高溫側(cè)端口115的上方，下部大直徑部分123c略微地在低溫側(cè)端口117以下，并且中間小直徑部分123b與高溫側(cè)端口115、低溫側(cè)端口117和溫度檢測(cè)部分側(cè)端口119連通。因此，來(lái)自旁路51的制冷劑、即氣體冷卻器35的出口處的制冷劑和已通過(guò)混合通路107的內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑在中間小直徑部分123b中混合，并且從溫度檢測(cè)部分側(cè)端口119流出，通過(guò)溫度檢測(cè)通路5到達(dá)溫度檢測(cè)部分47。結(jié)果，氣體冷卻器35的出口處的制冷劑和內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑可以彼此混合，以便流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度大致不變，并且如圖7中所示，控制壓力也可維持在大致不變水平。
隨著氣體冷卻器35的出口處的溫度進(jìn)一步升高到高水平，如圖6C中所示，活塞125進(jìn)一步逆著彈簧127的壓力突出，并且閥芯123被保持在下部位置。在此情況下，下部大直徑部分123c在低溫側(cè)端口117以下，中間小直徑部分123b與低溫側(cè)端口115和溫度檢測(cè)部分側(cè)端口119連通。另一方面，溫度側(cè)端口115被上部大直徑部分123a封閉。因此，僅來(lái)自混合通路107的制冷劑、即僅內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑從低溫側(cè)端口117流出到溫度檢測(cè)部分側(cè)端口119，并且通過(guò)溫度檢測(cè)通路5，到達(dá)溫度檢測(cè)部分47。結(jié)果，如圖7中所示，膨脹閥37的主閥部分39被比當(dāng)由氣體冷卻器35的出口處的溫度控制時(shí)的壓力更低的壓力控制。
如上所述，在該超臨界循環(huán)111中，恒溫閥113被布置為混合部分103，并且因此，基于來(lái)自旁路51的制冷劑、即氣體冷卻器35的出口處的制冷劑和來(lái)自混合通路107的制冷劑、即內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑中的至少一個(gè)的溫度，氣體冷卻器35的出口處的制冷劑和內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑可以彼此混合。因而，可以控制流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度。
圖8顯示了根據(jù)第四實(shí)施例的超臨界循環(huán)。該超臨界循環(huán)131相當(dāng)于圖4中所示的超臨界循環(huán)101，其中包括作為混合部分103的具體實(shí)例的恒壓閥133。恒溫閥133和混合通路107被布置在膨脹閥37的主體49中。恒壓閥133形成有連接到旁路51的高溫側(cè)端口135和通過(guò)溫度檢測(cè)通路5連接到溫度檢測(cè)部分47的溫度檢測(cè)部分側(cè)端口137。
其中形成有制冷劑通路的操作部分141通過(guò)O形環(huán)143垂直地并可移動(dòng)地插入圓筒部分139中。彈簧145布置在操作部分141上方并向下按壓操作部分141。當(dāng)與環(huán)境壓力的差超過(guò)預(yù)定值時(shí)，操作部分141逆著彈簧145的壓力向上推。該操作部分141形成有上連通孔147a和下連通孔147b，所述上連通孔147a對(duì)操作部分141的上部的兩側(cè)開(kāi)口，所述下連通孔147b對(duì)溫度檢測(cè)部分47和操作部分141的底部開(kāi)口。
在此配置中，在低壓下，如圖9A中所示，彈簧145使操作部分141位于下部位置。在此情況下，上連通孔147a與高溫側(cè)端口135和溫度檢測(cè)部分側(cè)端口137連通，來(lái)自旁路51的、氣體冷卻器35的出口處的制冷劑通過(guò)溫度檢測(cè)通路5流到溫度檢測(cè)部分47。另一方面，下連通孔147b被封閉，來(lái)自混合通路107的內(nèi)部熱交換器45的開(kāi)口處的制冷劑被防止流入溫度檢測(cè)部分47中。結(jié)果，如圖7中所示，溫度檢測(cè)部分47的制冷劑溫度等于氣體冷卻器35的出口處的制冷劑的溫度，并且壓力被控制到對(duì)應(yīng)的水平。
接著，在中間壓力下，氣體冷卻器35的出口處的壓力增加到中間壓力，如圖9B中所示，操作部分141逆著彈簧145的壓力略微上升并定位在中間位置。在此情況下，一方面，上連通孔147a連通高溫側(cè)端口135和溫度檢測(cè)部分側(cè)端口137，而另一方面，下連通孔147b連通混合通路107和溫度檢測(cè)部分側(cè)端口137。結(jié)果，來(lái)自旁路51的氣體冷卻器35的出口處的制冷劑和來(lái)自混合通路107的內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑混合，以便保持大致不變的高壓，并且制冷劑混合物通過(guò)溫度檢測(cè)通路5被供應(yīng)到溫度檢測(cè)部分47，由此可以將控制壓力控制在大致不變的水平。
隨著在氣體冷卻器出口處壓力進(jìn)一步增加到更高水平，如圖9C中所示，操作部分141進(jìn)一步升高并封閉上連通孔147a，同時(shí)完全打開(kāi)下連通孔147b。結(jié)果，僅已經(jīng)通過(guò)混合通路107的內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑流入溫度檢測(cè)部分47中。因此，隨后，制冷劑溫度可以由比在氣體冷卻器35的出口處與該溫度有關(guān)的壓力更低的壓力控制。
如上所述，在超臨界循環(huán)131中，恒壓閥133被布置為混合部分103，并且因此，根據(jù)氣體冷卻器35的出口壓力，來(lái)自旁路51的氣體冷卻器35的出口處的制冷劑可以與來(lái)自混合通路107的內(nèi)部熱交換器45的出口處的制冷劑混合，由此可以控制流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度。
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的超臨界循環(huán)。該超臨界循環(huán)151對(duì)應(yīng)于圖1中所示的超臨界循環(huán)31，其中并聯(lián)通路153與儲(chǔ)蓄器43和壓縮機(jī)33之間的熱交換器45并聯(lián)地形成，并且副熱交換器155被布置以用于交換并聯(lián)通路153和旁路51之間的熱量。另外，流量控制閥157與副熱交換器155串聯(lián)地布置在并聯(lián)通路153中。以此方式，流入膨脹閥37的溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑可以被副熱交換器155冷卻。具體而言，一旦通過(guò)溫度檢測(cè)通路5流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，流量控制閥157就被啟動(dòng)以增加流入副熱交換器155中的制冷劑的低壓側(cè)流量，以便流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度可以包括在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。
如上所述，在該超臨界循環(huán)151中，并聯(lián)通路153與儲(chǔ)蓄器43和壓縮機(jī)33之間的熱交換器45并聯(lián)地形成，并且副熱交換器155被布置以用于交換并聯(lián)通路153和旁路51之間的熱量。因此，根據(jù)流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度，可以調(diào)整流入副熱交換器155中的制冷劑的低壓側(cè)流量。因而，流入溫度檢測(cè)部分47中的制冷劑的溫度可以包括在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。
在上述實(shí)施例中，旁路51從內(nèi)部熱交換器45的上游側(cè)分支。然而，本發(fā)明并不限于此配置，旁路51可以選擇性地從內(nèi)部熱交換器45中的通路的中間部分分支出。另外，在上述實(shí)施例中，從內(nèi)部熱交換器45到膨脹閥37的主閥部分39的通路從內(nèi)部熱交換器45的下游端開(kāi)始。然而，本發(fā)明并不限于此配置，該特殊的通路可以從內(nèi)部熱交換器45中的通路的中間部分開(kāi)始?？梢酝ㄟ^(guò)將分支部分添加到內(nèi)部熱交換器，或者通過(guò)形成其間布置有分支管的兩部件的內(nèi)部熱交換器而實(shí)現(xiàn)該配置。另外，從熱交換器的中間部分的相似的分支也可用于副內(nèi)部熱交換器?；旌喜糠?03雖然與膨脹閥37或者內(nèi)部熱交換器45構(gòu)成整體，但作為選擇也可由形成在膨脹閥37的主體中的通路提供。作為另一選擇，混合部分103可以形成在與內(nèi)部熱交換器45整體地銅焊的塊狀主體(block body)中，或者由螺栓固定地緊固的主體中。此外，混合部分103可以形成在除膨脹閥37和內(nèi)部熱交換器45外的塊中。在這些配置中，與上述實(shí)施例的那些相似的制冷循環(huán)可以由直接的連通或者通過(guò)各種部件之間的管道的連通形成。
盡管已參照為說(shuō)明目的而選擇的具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明顯的是，在不背離本發(fā)明的基本概念和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種包括蒸發(fā)器(41)、壓縮機(jī)(33)、散熱器(35)和膨脹閥(37)的主閥體(30)的超臨界循環(huán)，以上部件被以上述順序布置，其中制冷劑以該順序循環(huán)，所述超臨界循環(huán)進(jìn)一步包括內(nèi)部熱交換器(45)，所述內(nèi)部熱交換器(45)用于在從散熱器(35)流向膨脹閥(37)的主閥部分(39)的高壓側(cè)制冷劑和從蒸發(fā)器(41)流向壓縮機(jī)(33)的低壓側(cè)制冷劑之間交換熱量；旁路(51)，所述旁路(51)從內(nèi)部熱交換器(45)的高壓上游側(cè)或者中間部分延伸；溫度檢測(cè)部分(47)，所述溫度檢測(cè)部分(47)用于控制主閥部分(39)；溫度檢測(cè)通路(5)，所述溫度檢測(cè)通路(5)用于將制冷劑從旁路(51)供應(yīng)到溫度檢測(cè)部分(47)；和制冷劑返回通路(53)，所述制冷劑返回通路(53)用于將制冷劑從溫度檢測(cè)部分(47)供應(yīng)到主閥部分(39)的下游的制冷劑通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界循環(huán)，其中所述制冷劑返回通路(53)、主閥部分(39)和溫度檢測(cè)部分(47)被整體地形成以構(gòu)成膨脹閥(37)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超臨界循環(huán)，其中所述制冷劑返回通路(53)形成在膨脹閥(37)的主體(49)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界循環(huán)，其中所述膨脹閥(37)的主體(49)形成有通孔(68)，所述通孔(68)從溫度檢測(cè)部分(47)穿過(guò)主體(49)到主閥部分(39)，并且其中從溫度檢測(cè)部分(47)到達(dá)主閥部分(39)的閥桿(69)可滑動(dòng)地插入通孔(68)中，并且閥桿(69)形成有管孔(53a)，所述管孔(53a)從溫度檢測(cè)部分(47)到達(dá)主閥部分(39)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界循環(huán)，其中所述旁路(51)與內(nèi)部熱交換器(45)整體地裝配在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超臨界循環(huán)，其中所述旁路(51)從內(nèi)部熱交換器(45)的高壓側(cè)的連接器(88)分支。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超臨界循環(huán)，其中利用單個(gè)連接器(87)將旁路(51)的上游端和內(nèi)部熱交換器(45)的上游端連接到散熱器(35)，并且其中利用單個(gè)連接器(98)將旁路(51)的下游端和內(nèi)部熱交換器(45)的下游端分別地連接到溫度檢測(cè)通路(5)和膨脹閥(37)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界循環(huán)，包括形成在旁路(51)的中間部分處的混合部分(103)，從通路的中間部分延伸到混合部分(103)的混合通路(107)，其中所述通路從內(nèi)部熱交換器(45)的高壓側(cè)的中間部分或下游側(cè)到主閥部分(39)，其中所述混合部分(103)將來(lái)自旁路(51)的制冷劑與來(lái)自混合通路(107)的制冷劑以任意比例混合，并將該混合物供應(yīng)到溫度檢測(cè)通路(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界循環(huán)，其中基于從旁路(51)流入混合部分(103)中的制冷劑和從混合通路(107)流入混合部分(103)中的制冷劑中的至少一個(gè)的溫度，由混合部分(103)以0-100％范圍內(nèi)的比率混合和調(diào)整來(lái)自旁路(51)的制冷劑和來(lái)自混合通路(107)的制冷劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界循環(huán)，其中基于旁路(51)或者混合通路(107)的壓力，由混合部分(103)以0-100％的范圍內(nèi)的比率混合和調(diào)整來(lái)自旁路(51)的制冷劑和來(lái)自混合通路(107)的制冷劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界循環(huán)，其中來(lái)自旁路(51)的制冷劑和來(lái)自混合通路(107)的制冷劑被混合和調(diào)整，以便流入溫度檢測(cè)部分(47)中的制冷劑的溫度不會(huì)超過(guò)預(yù)定溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界循環(huán)，其中所述混合部分(103)與膨脹閥(37)或者內(nèi)部熱交換器(45)整體地形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界循環(huán)，其中所述內(nèi)部熱交換器(45)構(gòu)成主內(nèi)部熱交換器(45)，并且旁路(51)構(gòu)成第一旁路(51)，所述超臨界循環(huán)進(jìn)一步包括第二旁路(153)，所述第二旁路(153)并聯(lián)地布置到主內(nèi)部熱交換器(45)的低壓側(cè)，并且低壓側(cè)制冷劑流過(guò)所述第二旁路(153)；和副熱交換器(155)，通過(guò)在第二旁路(153)中流動(dòng)的制冷劑和第一旁路(51)中流動(dòng)的制冷劑之間交換熱量、通過(guò)第一旁路(51)，所述副熱交換器(155)降低流入溫度檢測(cè)部分(47)的制冷劑的溫度。
14.一種膨脹閥，包括主閥部分(39)，所述主閥部分(39)用于使從制冷循環(huán)的高壓側(cè)流到低壓側(cè)的制冷劑膨脹；溫度檢測(cè)部分(47)，所述溫度檢測(cè)部分(47)用于控制主閥部分(39)；溫度檢測(cè)通路(5)，所述溫度檢測(cè)通路(5)用于將制冷劑從內(nèi)部熱交換器(45)的高壓上游側(cè)或中間部分引入溫度檢測(cè)部分(47)中，所述內(nèi)部熱交換器(45)用于在制冷循環(huán)中在散熱器的下游的制冷劑和壓縮機(jī)的上游的制冷劑之間交換熱量；和制冷劑返回通路(53)，所述制冷劑返回通路(53)用于將制冷劑從溫度檢測(cè)部分(47)供應(yīng)到主閥部分(39)的下游的制冷劑通路。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超臨界循環(huán)，該超臨界循環(huán)包括以一定順序布置的蒸發(fā)器(41)、壓縮機(jī)(33)、氣體冷卻器(35)和膨脹閥(37)的主閥體(30)。內(nèi)部熱交換器(45)用于在從氣體冷卻器流向膨脹閥的主閥部分(39)的高壓側(cè)制冷劑和從蒸發(fā)器流向壓縮機(jī)的低壓側(cè)制冷劑之間交換熱量。膨脹閥與溫度檢測(cè)部分(47)整體地構(gòu)成以用于控制主閥部分，并包括用于將制冷劑從內(nèi)部熱交換器的上游側(cè)供應(yīng)到溫度檢測(cè)部分的旁路(51)，高壓側(cè)制冷劑在內(nèi)部熱交換器中流動(dòng)，膨脹閥還包括管孔(53)，該管孔用于將制冷劑從溫度檢測(cè)部分供應(yīng)到主閥部分(39)的下游的制冷劑回路。內(nèi)部熱交換器被布置在裝置之間以利于其安裝，同時(shí)縮短管長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)F25B41/06GK101046336SQ200710089320
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
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