CN101336357A - 进入蒸发器入口的制冷剂系统缷载旁路 - Google Patents

Abstract

一种制冷剂系统，具有至少一个选择性连通压缩机压缩腔和蒸发器上游位置之间的制冷剂的卸载阀。当压缩机在卸载模式下运行时，部分压缩的制冷剂返回蒸发器上游位置。在卸载模式下，与现有技术中旁路制冷剂返回到蒸发器下游的情况相比，流过蒸发器的制冷剂质量流量更高。这就通过更有效地将油返回压缩机而提高了系统效率，否则油会存留在蒸发器中。另外，与现有技术的压缩机系统中旁路制冷剂直接返回压缩机吸气管线相比，卸载操作中进入压缩机的制冷剂的过热度降低。降低的制冷剂过热度提高了系统效率，改善了电机性能并降低了压缩机排气温度。通过移动卸载管线进一步远离压缩机而在压缩机前方不再连接卸载管线，压缩机的更换也得以简化。

Description

进入蒸发器入口的制冷剂系统卸载旁路

技术领域

本发明涉及一种用于卸载管线阀门和低压制冷剂管线之间的连接的独特设置。

背景技术

特别适用于本发明的一种压缩机类型是涡旋式压缩机。涡旋式压缩机正日益广泛地被用于压缩机领域中。但是，涡旋式压缩机存在一些设计上的难题。一个特别的设计难题是如何在不需要全负荷运行时实现降低的负荷等级。

因此，涡旋式压缩机，作为示例，设置有旁路卸载阀，以便将一部分被压缩的制冷剂送回压缩机吸气端口。以这样的方式，可减少被压缩机压缩的制冷剂量。当然，其他类型的压缩机也可以具有用于相似目的的旁路阀，例如，螺杆压缩机中的旁路阀能够将部分制冷剂从螺杆压缩机内的中间压缩腔旁路送回吸气管线。

在美国专利5996364公开的系统中，制冷剂系统具有旁路管线和节约器回路。旁路管线将蒸气从节约器管线直接连通至吸气管线。该旁路管线设置有卸载阀。当想要进行卸载操作时，卸载阀打开，并且节约器阀关闭。这样制冷剂即可从压缩过程的中间位置直接返回到吸气部分。

美国专利6883341公开了一种对上述系统的改进，其中节约器管线返回与低压制冷剂主管线连接的位置不在蒸发器和压缩机之间，而是在蒸发器的上游。通过这种设置可以实现很多有益的效果。这些内容都已在由本申请的发明人发明并且由本申请的受让人拥有的美国专利6883341中公开。但是，该申请被限制在系统内也装入了节约器回路的情况。还被限制在系统内只有单个旁路阀的情况。本发明涉及一种压缩机，其中卸载管线和节约器回路不相关。本发明还公开了一种操作方法，其中可以存在多条卸载管线。除了旁路管线可以被全开或全关较长一段时间之外，本发明还公开了一种能够以脉宽调制形式操作的旁路阀：快速地打开和关闭以控制旁路流入蒸发器上游位置的制冷剂量。阀门打开的时间比例确定了旁路调制的实现程度。脉宽调制阀的循环速率被选择为短于系统的响应时间。在此情况下，系统对通过卸载管线的制冷剂流量的变化响应不够快，从而产生一种情况，其中系统响应为，阀门就像被部分打开而不是在其打开和关闭位置之间循环。

尽管该现有技术的系统已经实现了很多有益的效果，但是某些额外的改进仍然将会是有利的。

发明内容

在本发明公开的实施例中，压缩机设置有至少一条旁路管线。卸载阀被设置在旁路管线上并且在操作上选择性地将制冷剂从压缩位置连通至蒸发器上游的位置。该卸载管线被连接至压缩过程的中间位置处的一个位置。

本发明提供了多个优于制冷剂从中间压缩位置直接返回到吸气管线的现有技术的优点。在本发明中，来自中间压缩位置的制冷剂返回到蒸发器上游(优选地在主膨胀阀和蒸发器入口之间的位置)，而不是返回到蒸发器的下游(在蒸发器出口和压缩机吸气端口之间的位置)。这与现有技术相比在卸载运行期间实现了更大的流经蒸发器的制冷剂质量流量。制冷剂质量流量的增大改善了卸载运行期间油返回到压缩机的回流，从而通过改善蒸发器的热交换特性而提高了蒸发器的效率。改进的油回流还最小化了将油从压缩机油箱泵送出去并储存在蒸发器内的风险。如果油被从压缩机泵送出去，那么由于轴承和其他压缩机部件可能无法接收到用于正确操作的足够润滑而使得压缩机可能被损坏。

另外，已知的是，传感器通常被设置在蒸发器的下游以控制主膨胀装置的开度来保持离开蒸发器的制冷剂的所需过热度。通过将来自卸载管线的制冷剂返回到传感器和蒸发器的上游，进入压缩机的制冷剂的温度将会低于如果将制冷剂返回蒸发器入口下游时的制冷剂温度。当制冷剂被返回蒸发器下游时，进入压缩机的制冷剂的温度更高是因为其中还携带有来自中间压缩位置排出的附加热旁路支流的制冷剂。不希望进入压缩机的制冷剂温度过高是因为这会使驱动内部压缩机部件的电机过热，从而导致排气温度过高和造成润滑油降解或由于过热而损坏内部压缩机部件。

在另一特征中，现有技术具有刚好在压缩机外侧的旁路卸载阀。这样，阀及其相关管线等的设置经常会处于更换压缩机可能必需的位置上。通过将旁路管线和旁路卸载阀向蒸发器入口移动到远离压缩机的位置，即可建立起围绕压缩机的更多空间，这样就简化了压缩机的更换。而在本发明的另一个特征中，压缩机设有多于一条卸载管线和相关的旁路卸载阀。每条卸载管线都被连接在不同的压缩位置。通过这种设置，一条卸载管线能够被连接为将部分压缩的制冷剂返回蒸发器上游而另一条卸载管线能够将部分压缩的制冷剂返回蒸发器下游。而在另一种设置中两条卸载管线都能够被连接为使得它们都将制冷剂返回蒸发器上游。按照上述逻辑，即使是卸载管线多于两条，也能够被用于本发明中。电磁阀是可用于这些应用的旁路阀类型的一个例子，其中阀柱塞移动以在打开和关闭位置之间切换阀开度。旁路阀的阀类型除了全开或者全关较长一段时间之外，还可以选择上述的一种旁路阀作为快速循环阀；其中该阀通过脉宽调制控制而在打开和关闭位置之间工作。阀门打开的时间比例确定了实现的调制程度和通过该阀的旁路流量。阀循环速率通常被选择为短于系统的响应时间。这样，系统响应为，阀门就像被部分打开而不是在其全开和全关位置之间循环。

因此本发明提供了多个很有价值的有益技术效果。

本发明的这些以及其他的特征可以通过下述说明以及附图的内容而被更好地理解，下面是附图简要说明。

附图说明

图1是制冷剂循环的现有技术的示意图。

图2示出了本发明具有单条卸载管线的制冷剂循环。

图3示出了本发明具有两条卸载管线的制冷剂循环，两条卸载管线都将制冷剂返回蒸发器上游。

图4示出了本发明具有两条卸载管线的制冷剂循环，其中一条卸载管线将制冷剂返回蒸发器上游而另一条将制冷剂返回蒸发器下游。

图5示出了用于单条卸载管线的压缩机内部旁路端口的位置。

图6示出了用于两条卸载管线的压缩机内部旁路端口的位置。

图7示出了另一个实施例。

图8又示出了另一个实施例。

具体实施方式

如表示现有技术的图1中所示，设置有压缩机20，其具有吸气端口71，中间压缩端口72和排气端口73。管线40通过管线44在中间压缩端口72和吸气管线45之间建立起连通。

如图所示，传感器61检测蒸发器58下游的管线74内的制冷剂的状态并与主膨胀装置63连通。应当注意，传感器61可以是例如热力膨胀阀(TXV)的感温球或电子膨胀阀(EXV)的温度传感器。但是，无论传感器的类型或膨胀装置的类型如何，设置传感器的目的都在于控制主膨胀装置的开度以实现所需膨胀量的制冷剂到达蒸发器58，从而使得离开蒸发器58的制冷剂以所需的过热度进入压缩机吸气端口71。然而，在卸载操作期间，旁路管线44将相对较热的制冷剂返回传感器61下游的吸气管线45中。当压缩机在旁路模式下运行时，传感器61就因此不能够使经吸气管线45返回到压缩机20的吸气入口71的制冷剂达到所需的过热度。也就是说，由于从旁路管线44返回的较热制冷剂与来自管线74的制冷剂相混合，因此传感器61就无法检测到管线45内的制冷剂温度的升高，并因此不能使通过端口71进入压缩机的制冷剂达到所需的过热度。

优选地，旁路管线44和阀42被设置在涡旋式压缩机壳体之外，因此简化了阀42的控制组件而且简化了涡旋式压缩机的组装。但是，旁路管线44和阀42也可以设置在壳体内。阀42选择性地打开和关闭以控制流过管线44的制冷剂量。

图2示出了本发明的系统。具有大致相同结构和位置的部件用图1中的相同附图标记表示。旁路管线144和卸载阀142此时被设置为使得制冷剂通过蒸发器58上游的旁路管线144返回。当在卸载模式下制冷剂通过旁路管线144返回时，该制冷剂将与在管线75中向蒸发器58流动的主制冷剂相混合。仍位于蒸发器58下游的温度传感器161此时检测来自管线144的旁路制冷剂和主制冷剂流动的混合作用效果。但是，此时传感器将控制离开蒸发器58并通过吸气端口71进入压缩机的混合流动中的制冷剂过热度。因此，与现有技术的设置相比，通过端口71进入压缩机的制冷剂温度会被降低。该温度的降低通过降低电机的线圈温度而提高了压缩机的可靠性，防止了压缩机润滑油性能的下降，而且还降低了压缩机的排气温度和由于过热而损坏内部压缩机部件的潜在风险。

另外，与现有技术的系统相比，由于在进入蒸发器之前有额外的制冷剂量被加入到主制冷剂流中，因此卸载模式操作中经蒸发器58的制冷剂的质量流量更大。流过蒸发器的制冷剂量的增加改善了油通过吸气管线45到压缩机20的返回。由于保持在蒸发器传热表面上的油更少，因此油返回的改善又提高了蒸发器的传热能力。油返回到压缩机的改善还最小化了油离开压缩机的可能性，由此防止了由于缺少润滑油而导致压缩机损坏的潜在风险。

另外，在现有技术中，旁路管线和旁路阀被设置在压缩机附近以使得旁路制冷剂与吸气管线连通，这样压缩机的更换是很麻烦的。本发明通过将旁路管线和旁路阀移动到进一步远离压缩机的位置，从而简化了压缩机的更换。

图3示出了另一个实施例，其中具有单独卸载阀152的第二卸载管线150被加入到制冷剂系统中。能够看出，第二卸载管线150返回连通了蒸发器58上游的制冷剂管线75。请注意，作为实施例的变形，阀142和152下游的管线，除了都被连接至管线75之外，还可以首先在阀142和152的下游彼此连接在一起，然后再将位于这些阀下游的该公共连接连接至管线75。

图4示出了另一个实施例，给出的例子是卸载管线中的一条连通蒸发器的下游而另一条卸载管线连通蒸发器的上游。在该实施例中，卸载管线180和单独的阀182连通传感器61下游的位置184。图3和图4所示的选择允许压缩机设计者实现制冷剂卸载量的改变，也可以实现输送至蒸发器上游的制冷剂量的改变。上述实施例还包括能够控制旁路阀142和/或阀152和/或阀182操作的控制器60。该控制器能够在需要旁路操作时保持这些阀中的至少一个打开，或者在不需要旁路通过至少一条旁路管线时保持这些阀中的至少一个关闭。如果阀适用于快速脉宽调制，那么控制器能够控制任意这些阀保持打开和关闭的时间量以保持流过这些阀的所需旁路流量。

图5示出了用于实现例如图2所示实施例的单条卸载管线的涡旋式压缩机实施例的内部结构。如图所示，固定的涡旋部件200和转动的涡旋部件202相配合。内部卸载端口204返回连通端口72并随后连通至管线40。内部排气端口206被示出在内部旁路端口204的下游。

图6示出了适用于图3和图4实施例的实施例。附加内部端口210被设置在端口204所处位置的下游。管线180连通端口210。

图7示出了另一个压缩机348的实施例，其中压缩机泵送单元350被设置在壳体351内。卸载管线352及其阀354也设置在该壳体内。吸气管线356如图所示与管线352相连通。当然，该实施例只是示意性地示出了相关特征，但是，确实清楚地示出了将制冷剂旁路至蒸发器下游的其中一条卸载管线可以被装在压缩机壳体351的内部。

图8示意性地示出了另一个实施例300。在该实施例中，由两个转子构成的压缩机泵送单元302如图所示由电机308驱动，卸载管线304和306沿压缩机泵送单元302的长度方向轴向间隔设置。卸载管线304和306与螺杆压缩机泵送单元在压缩过程中的不同位置处相连通。在此结构中，这些卸载管线至系统其余部分的连接可以按照与图3和图4所示管线40和150或180连接的相似方式进行。当然，除了如图8所示具有两条旁路管线以外，螺杆压缩机泵送单元也可以具有多于两条的旁路管线或者只有一条旁路管线。在只有一条旁路管线的情况下，该旁路管线至系统其余部分的连接可以按照与图2所示管线40连接的相似方式进行。当然，其他类型的压缩机也可以被用于本发明。

尽管已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域普通技术人员应该理解，在本发明的保护范围之内还可以进行某些修正。因此，应该理解以下的权利要求来确定本发明真正的保护范围和内容。

Claims (17)

1、一种制冷剂循环系统，包括：

压缩机；

所述压缩机具有将制冷剂提供给冷凝器的出口，所述冷凝器将制冷剂提供给主膨胀装置，制冷剂从所述主膨胀装置移动至蒸发器，以及位于所述蒸发器下游的压缩机吸气入口；和

至少一个卸载阀，所述卸载阀用于选择性地将来自所述压缩机的被压缩制冷剂从至少一个中间压缩位置连通至所述蒸发器上游的位置。

2、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中所述至少一个卸载阀是电磁阀。

3、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中所述至少一个卸载阀是快速循环阀。

4、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中有两个卸载阀将来自所述压缩机的被压缩制冷剂从两个中间压缩位置连通至所述蒸发器上游的至少一个位置。

5、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中有两个卸载阀从两个中间压缩位置连通来自所述压缩机的被压缩制冷剂，其中第一卸载阀连通至所述蒸发器上游的位置而第二卸载阀连通至所述蒸发器下游的位置。

6、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中所述压缩机是涡旋式压缩机。

7、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中所述压缩机是螺杆压缩机。

8、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中所述至少一个卸载阀被设置在安装于压缩机壳体外部的旁路通道内。

9、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中所述至少一个卸载阀被设置在安装于压缩机壳体内部的旁路通道内。

10、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中传感器被设置在所述蒸发器的下游和所述压缩机的所述吸气入口的上游，所述传感器控制所述主膨胀装置以在所述蒸发器的出口处实现所需的过热度。

11、如权利要求1所述的制冷剂循环系统，其中有一个卸载阀将制冷剂从中间压缩位置返回至所述蒸发器上游的所述位置。

12、一种制冷剂循环系统，包括：

具有压缩腔的涡旋式压缩机泵送单元；

至少一个通入所述压缩腔的端口；

所述压缩机泵送单元具有一个将制冷剂提供给冷凝器的出口，所述冷凝器将制冷剂提供给主膨胀装置，且所述制冷剂从所述主膨胀装置移动至蒸发器，以及被设置为在所述蒸发器下游返回所述压缩机的吸气入口；和

卸载系统，所述卸载系统选择性地将端口连通至所述蒸发器上游的位置，所述卸载系统包括连接至所述蒸发器上游的所述位置的旁路管线和选择性地打开所述旁路管线的卸载阀，当所述卸载阀打开时，来自所述压缩腔的被压缩的制冷剂通过所述端口并流至所述蒸发器上游的所述位置。

13、如权利要求12所述的制冷剂循环系统，其中传感器被设置在所述蒸发器的下游和所述压缩机的所述吸气入口的上游，所述传感器控制所述主膨胀装置以在所述蒸发器的出口处实现所需的过热度。

14、如权利要求12所述的制冷剂循环系统，其中所述卸载阀被设置在安装于压缩机壳体外部的旁路通道内。

15、如权利要求12所述的制冷剂循环系统，其中所述卸载阀将制冷剂从中间压缩位置返回至所述蒸发器上游的所述位置。

16、如权利要求12所述的制冷剂循环系统，其中有两个卸载阀将来自所述压缩机的被压缩制冷剂从两个中间压缩位置连通至所述蒸发器上游的至少一个位置。

17、如权利要求12所述的制冷剂循环系统，其中有两个卸载阀从两个中间压缩位置连通来自所述压缩机的被压缩制冷剂，其中第一卸载阀连通至所述蒸发器上游的位置而第二卸载阀连通至所述蒸发器下游的位置。

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