CN101688698B - 带有闪蒸罐节约器的制冷剂蒸汽压缩系统 - Google Patents

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Abstract

一种制冷剂蒸汽压缩系统，包括闪蒸罐，该闪蒸罐以连续制冷剂流关系设置在制冷剂回路中在制冷剂排热热交换器和制冷剂吸热热交换器的中间。主膨胀阀内置在制冷剂回路中在制冷剂吸热热交换器的上游，并且次级膨胀阀内置在制冷剂回路中在闪蒸罐的上游。提供制冷剂管线以将制冷剂蒸汽从闪蒸罐引导到达压缩过程的中间压力级。制冷剂间热交换器操作以将热量从流过主制冷剂回路的制冷剂传递给流过制冷剂蒸汽管线的制冷剂。

Description

带有闪蒸罐节约器的制冷剂蒸汽压缩系统
技术领域
本发明一般地涉及制冷剂蒸汽压缩系统，并且更具体而言，涉及改进具有闪蒸罐节约器的制冷剂蒸汽压缩系统的性能。
背景技术
制冷剂蒸汽压缩系统在本领域中为众所周知的，并且常用于调节供应给住宅、办公楼、医院、学校、餐馆或其它设施内的气候受控舒适区的空气。制冷剂蒸汽压缩系统还常用于对供应给阵列柜、推销展柜(merchandiser)、冷冻柜、冷藏室或商业机构中的其它易变质/冷冻制品储存区的空气进行制冷。
制冷剂蒸汽压缩系统还常用于运输制冷系统，以用于对供应给卡车、拖车、集装箱等的温度受控的货舱的空气进行制冷，以便通过卡车、铁路、船运或以联运的方式来运输易变质/冷冻物品。由于宽范围的操作负载条件和宽范围的室外环境条件(制冷剂蒸汽压缩系统必须在这种宽范围内操作以将货舱内的制品保持在期望的温度下)，所以与运输制冷系统结合使用的制冷剂蒸汽压缩系统通常遭受更严格的操作条件。取决于待保存的货物的性质，货物需要被控制成的期望温度还可在宽范围内变动。制冷剂蒸汽压缩系统不仅必须具有足够的容量和制冷剂充填量以快速地降低在环境温度下装载到货舱中的制品的温度，而且在运输期间保持稳定的制品温度时必须在制冷剂充装过多而负载低的情况下高效地操作。另外，运输制冷剂蒸汽压缩系统遭受静止的制冷剂蒸汽压缩系统所不会受到的震动和运动。因此，在压缩机吸入进口上游的吸入管线中使用传统制冷剂收集器以储存过多的制冷剂液体将在运动期间遭受晃动，这导致制冷剂液体不期望地被运载通过吸入管线经由压缩机的吸入进口而进入到压缩机中。
传统上，大多说这些制冷剂蒸汽压缩系统在亚临界制冷剂压力下操作，并且典型地包括压缩机、冷凝器和蒸发器以及通常为膨胀阀的膨胀装置(相对于制冷剂流，其设置在蒸发器的上游和冷凝器的下游)。这些基本的制冷剂系统部件由闭合的制冷剂回路中的制冷管线而相互连接，按照已知的制冷剂蒸汽压缩循环进行布置，并且在所使用的特定制冷剂的亚临界压力范围中操作。在亚临界范围中操作的制冷剂蒸汽压缩系统通常充装有碳氟化合物制冷剂，例如(但不限于)，氢氟氯碳化合物(HCFC)，如R22，和更常用的氢氟碳化合物(HFC)，如，R134a、R410A、R404A以及R407C。
在当今的市场中，正对用于空气调节和运输制冷系统中替代HFC制冷剂的“天然”制冷剂(例如，二氧化碳)表现出更大的关注，。然而，由于二氧化碳具有低临界温度，所以充装有二氧化碳作为制冷剂的大多数制冷剂蒸汽压缩系统被设计用于跨临界压力状态下的操作。在操作于亚临界循环中的制冷剂蒸汽压缩系统中，冷凝器和蒸发器热交换器都在低于制冷剂临界点的制冷剂温度和压力下操作。然而，在操作于跨临界循环中的制冷剂蒸汽压缩系统中，排热热交换器(其为气体冷却器，而并非冷凝器)在超过制冷剂临界点的制冷剂温度和压力下操作，而蒸发器在亚临界范围中的制冷剂温度和压力下操作。因此，对于在跨临界循环中操作的制冷剂蒸汽压缩系统，气体冷却器内的制冷剂压力和蒸发器内的制冷剂压力之间的差值特征性地基本上大于在亚临界循环中操作的用于制冷剂蒸汽压缩系统的冷凝器内的制冷剂压力和蒸发器内的制冷剂压力之间的差值。
将节约器结合到制冷剂回路中以用于增大制冷剂蒸汽压缩系统的容量也是习惯做法。例如，在一些系统中，制冷剂间热交换器被结合到制冷剂回路中作为节约器。美国专利No.6,058,729公开了一种用于将制冷剂间的热交换器结合到制冷剂回路中作为节约器的运输制冷单元的亚临界制冷剂蒸汽压缩系统。所公开的系统还包括用于对通往压缩机的吸入进口的制冷剂流进行节流调节的吸入调制阀(SMV)和用于压缩机容量控制的中间压力到吸入压力的卸载回路。美国专利No.7,114,349公开了一种带有普通节约器和内置(interdispose)在制冷剂回路中相对于制冷剂流在冷凝器下游且相对于制冷剂流在蒸发器上游的吸液式(liquid-suction)热交换器的制冷剂蒸汽压缩系统。通过各种旁通管线和操纵与旁通管线相关联的各种打开/关闭的电磁阀，该普通热交换器可作为节约器热交换器或作为吸液式热交换器而操作。美国专利No.6,694,750公开了一种亚临界制冷系统，其包括串联地设置在制冷剂回路中在冷凝器和蒸发器之间的第一制冷剂间热交换器节约器和第二制冷剂间换热节约器，其。
在一些系统中，将闪蒸罐节约器结合到制冷剂回路中、在冷凝器和蒸发器之间。在这种情况下，离开冷凝器的制冷剂在进入闪蒸罐之前通过膨胀装置(例如，恒温膨胀阀或电子膨胀阀)而膨胀，其中，膨胀后的制冷剂分离成液体制冷剂组分和蒸汽制冷剂组分。从此，制冷剂的蒸汽组分从闪蒸罐被引导到压缩过程的中间压力级中。制冷剂的液体组分在进入蒸发器之前从闪蒸罐被引导通过系统的主膨胀阀。美国专利No.5,174,123公开了一种在制冷剂回路中将闪蒸罐节约器结合在冷凝器和蒸发器之间的亚临界蒸汽压缩系统。美国专利No.6,385,980公开了一种在制冷剂回路中将闪蒸罐节约器结合在气体冷却器和蒸发器之间的跨临界制冷剂蒸汽压缩系统。
如前所述，运输制冷剂蒸汽压缩系统遭受静止的制冷剂蒸汽压缩系统所不会受到的震动和运动。因此，在运动期间，聚集在闪蒸罐节约器下部分中的制冷剂液体将遭受晃动，这可能导致制冷剂液体被带走在聚集在闪蒸罐内的、在制冷剂上方的制冷剂蒸汽中。另外，在某些操作模式期间(例如，在初始启动之后的货箱温度降低期间，或在达到高温设定点的温度控制操作期间)，通过闪蒸罐的过多的制冷剂质量流可导致关于闪蒸罐的制冷剂液体的高液位。从闪蒸罐进入到压缩过程的制冷剂蒸汽中所携带的任何液体制冷剂可损害压缩机性能，并且不利地影响系统的容量和效率。
发明内容
在本发明一个方面中，提供一种制冷剂蒸汽压缩系统，其具有：主制冷剂回路，该主制冷剂回路包括制冷剂压缩装置、设置在压缩装置的下游的制冷剂排热热交换器、设置在制冷剂冷却热交换器的下游的制冷剂吸热热交换器、内置在主制冷剂回路中在制冷剂冷却热交换器的下游和所述制冷剂加热热交换器的上游的主膨胀装置；和闪蒸罐，该闪蒸罐设置在主制冷剂回路中在制冷剂排热热交换器的下游和主膨胀装置的上游。闪蒸罐限定了分离室，在该分离室中，处于液态的制冷剂聚集在分离室的下部分中，并且处于蒸汽态的制冷剂聚集在液体制冷剂上方的分离室的部分中。次级膨胀装置以与闪蒸罐相关联操作且在闪蒸罐上游的方式而设置在主制冷剂回路中。制冷剂蒸汽管线在分离室的上部分和压缩装置的中间压力级之间建立制冷剂流连通。提供制冷剂间热交换器以将热量从流过主制冷剂回路的制冷剂传递给流过所述制冷剂蒸汽管线的制冷剂。
在一个实施例中，制冷剂间热交换器具有设置成处于热交换关系的第一制冷剂通路和第二制冷剂通路，第一制冷剂通路与主制冷剂回路处于制冷剂流连通，并且第二制冷剂通路与制冷剂蒸汽管线处于制冷剂流连通。在一个实施例中，制冷剂间热交换器的第一制冷剂通路设置在主制冷剂回路中在制冷剂冷却热交换器的下游和次级膨胀装置的上游。
制冷剂蒸汽压缩系统还可包括：第一节约器流量控制装置，该第一节约器流量控制装置内置在制冷剂蒸汽管线中在闪蒸罐和压缩装置的中间级的中间；制冷剂旁路管线，该制冷剂旁路管线在制冷剂蒸汽管线相对于制冷剂流在第一节约器流量控制装置上游的点处和制冷剂蒸汽管线相对于制冷剂流在第一节约器流量控制装置下游的点处之间建立制冷剂流连通，制冷剂间热交换器的第二制冷剂通路内置在制冷剂旁路管线中；以及第二节约器流量控制装置，该第二节约器流量控制装置内置在制冷剂旁路管线中相对于制冷剂流在制冷剂间热交换器的第二制冷剂通路的上游。可提供控制器，该控制器与第一节约器流量控制装置和第二节约器流量控制装置相关联操作以用于有选择性地控制第一节约器流量控制装置和第二节约器流量控制装置中的每一个在其分别的打开位置和关闭位置之间的定位。第一节约器流量控制装置和第二节约器流量控制装置可各自为具有第一打开位置和第二关闭位置的电磁阀。
在一个实施例中，制冷剂蒸汽压缩系统还包括：制冷剂蒸汽管线，该制冷剂蒸汽管线在分离室的上部分和压缩装置的中间压力级以及主制冷剂回路的吸入压力部分之间建立制冷剂流连通；制冷剂液体注入管线，该制冷剂液体注入管线在分离室的下部分和压缩装置的中间压力级之间以及主制冷剂回路的吸入压力部分之间建立制冷剂流连通；以及压缩机卸载管线，该压缩机卸载管线在压缩装置的中间压力级和主制冷剂回路的吸入压力部分之间。在该实施例中，除了第一节约器流量控制装置和第二节约器流量控制装置之外，可在制冷剂液体管线的上游部分中内置第三流量控制装置，可相对于制冷剂流在压缩装置的中间压力级的上游且相对于制冷剂流在第一节约器流量控制装置和第二节约器流量控制装置以及第三流量控制装置的下游设置第四流量控制装置，并且可相对于制冷剂流在主制冷剂回路的吸入压力部分的上游且相对于制冷剂流在第一节约器流量控制装置和第二节约器流量控制装置以及第三流量控制装置的下游设置第五流量控制装置。
附图说明
为了进一步理解本发明，将参看应结合附图来阅读的本发明的下文的详细描述，其中：
图1是示出根据本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第一示例性实施例的示意图；和
图2是示出根据本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第二示例性实施例的示意图。
具体实施方式
现参看图1和图2，图中图示了制冷剂蒸汽压缩系统10的示例性实施例，该制冷剂蒸汽压缩系统10适合使用在用于对用于运输易变质/冷冻物品的卡车、拖车或集装箱等的温度控制货舱内的空气或其它气气态环境进行制冷的运输制冷系统中。制冷剂蒸汽压缩系统10还适用于对供应给住宅、办公楼、医院、学校、餐馆或其它设施内的气候受控舒适区的空气进行调节。该制冷剂蒸汽压缩系统还可用于对供应给陈列柜、推销展柜、冷冻柜、冷藏室或商业机构中的其它易变质/冷冻制品储存区的空气进行制冷。
制冷剂蒸汽压缩系统10尤其适于在带有低临界温度制冷剂(诸如，例如，但不限于，二氧化碳)的跨临界循环中操作。然而，应理解的是，制冷剂蒸汽压缩系统10还可在带有较高临界的例如传统的氢氟氯碳化合物和氢氟碳化合物制冷剂的亚临界循环中操作。制冷剂蒸汽压缩系统10包括多级压缩装置20、制冷剂排热热交换器40、制冷剂吸热热交换器50(本文中也称为蒸发器)以及与蒸发器50相关联地操作的主膨胀阀55(诸如，例如，图1中所示的恒温膨胀阀或图2中所示的电子膨胀阀)，制冷剂管线2、4和6在主制冷剂回路中连接上述部件。
在操作于跨临界循环中的制冷剂蒸汽压缩系统中，制冷剂排热热交换器40构成超临界制冷剂(诸如，例如，但不限于，环境空气或水)以与冷却介质处于热交换关系的方式通过的气体冷却器，并且在本文中还可称为气体冷却器。在操作于亚临界循环中的制冷剂蒸汽压缩系统中，制冷剂排热热交换器40构成热的高压制冷剂以与冷却介质处于热交换关系的方式通过的制冷剂冷凝热交换器。在所示的实施例中，制冷剂排热热交换器40包括翅片管热交换器42，诸如，例如翅片圆管换热盘管或翅片微型通道平管热交换器，制冷剂以与环境空气处于热交换关系的方式通过该翅片管热交换器42，环境空气由与制冷剂排热热交换器40相关联的(多个)风扇44抽吸通过翅片管热交换器42。
制冷剂吸热热交换器50用作蒸发器，在其中，以与从温度受控环境200(例如，制冷运输卡车、拖车或集装箱的货箱，或陈列柜、推销展柜、冷冻柜、冷藏室或商业机构内的其它易变质/冷冻制品的储存区)或住宅、办公楼、医院、学校、餐馆或其它设施内的气候受控舒适区中抽吸并待返回到其中的、最常为空气的、以与待冷却的流体处于热交换关系的方式传送制冷剂液体。在所示的实施例中，制冷剂吸热热交换器50包括制冷剂以与空气处于热交换关系的方式通过的翅片管热交换器52，空气通过与蒸发器50相关联的(多个)蒸发器风扇54而从制冷货箱200中抽吸并返回至该制冷货箱200。翅片管热交换器52可包括(例如)翅片圆管热交换器盘管或者翅片微型通道平管热交换器。
如在下文中将进一步详述地所论述，压缩装置20起作用以压缩制冷剂并使制冷剂循环通过主制冷剂回路。在图1所示的示例性实施例中，压缩装置20可包括一对通过制冷剂管线8在主制冷剂回路中以连续制冷剂流关系连接的单独的压缩机20a和20b，制冷剂管线8将第一压缩机20a的排放出口端口连接成与第二压缩机20b的吸入进口端口处于制冷剂流连通。在图2中所示的示例性实施例中，压缩装置20可包括设置在主制冷剂回路中并具有第一压缩级20a和第二压缩级20b的单个多级制冷剂压缩机，诸如，例如涡旋式压缩机、螺杆式压缩机或往复式压缩机。第一压缩级和第二压缩级设置成处于连续制冷剂流关系，离开第一压缩级的制冷剂直接通到第二压缩级以用于进一步的压缩。在该单独压缩机的实施例中，压缩机20a和20b可为涡旋式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机或任何其它类型的压缩机或任何这类压缩机的组合。
另外，制冷剂蒸汽压缩系统10包括闪蒸罐节约器70，该闪蒸罐节约器70内置在主制冷剂回路的制冷剂管线4中相对于制冷剂流在制冷剂排热热交换器40的下游且相对于制冷剂流在蒸发器50的上游。次级膨胀装置65以与闪蒸罐节约器70相关联操作且在闪蒸罐节约器70上游的方式而内置在制冷剂管线4中。次级膨胀装置65可为诸如图1和图2中所示的电子膨胀阀、或固定节流孔膨胀装置。穿过次级膨胀装置65的制冷剂膨胀到足以形成处于蒸汽态的制冷剂和处于液态的制冷剂的混合物的较低亚临界压力。闪蒸罐节约器70限定了分离室72，在其中，处于液态的制冷剂聚集在分离室的下部分，并且处于蒸汽态的制冷剂聚集在液体制冷剂上方的分离室72的部分中。
聚集在闪蒸罐节约器70下部分的液体制冷剂从其中通过制冷剂管线4，并且穿过内置在制冷剂管线4中相对于制冷剂流在蒸发器50上游的主制冷剂回路膨胀阀55。当该液体制冷剂穿过主膨胀装置55时，其在进入蒸发器50之前膨胀至较低的压力和温度。蒸发器50构成制冷剂蒸发热交换器，膨胀后的制冷剂以与待冷却的空气处于热交换关系的方式通过该制冷剂蒸发热交换器，由此制冷剂被蒸发并且典型地被过热。
如在传统实际中，主膨胀阀55对通过制冷剂管线4的制冷剂流进行计量，以在离开蒸发器50的制冷剂蒸汽中保持期望的过热等级，以确保在离开蒸发器的制冷剂中不存在任何液体。如前所述，主膨胀阀55可为图2中所示的电子膨胀阀，在这样的情况下，响应于来自控制器的控制信号，膨胀阀55对制冷剂流进行计量，以保持压缩装置20的吸入侧上的制冷剂管线6中的期望的吸入温度或吸入压力。主膨胀装置55还可为图1中所示的恒温膨胀阀，在这样的情况下，响应于传感装置(其可为传统的温度传感元件57，例如，在蒸发器出口附近安装至制冷剂管线6的温包或热电偶)所感测的表示制冷剂温度或压力的信号，膨胀阀55对制冷剂流进行计量。离开蒸发器50的低压制冷剂蒸汽通过制冷剂管线6返回到第一压缩级的吸入口或压缩装置20的第一压缩机20a。
制冷剂蒸汽压缩系统10还包括节约器制冷剂蒸汽管线14，其在闪蒸罐节约器70的分离室72的上部分和压缩过程的中间级之间建立制冷剂流连通。在图1所示的制冷剂蒸汽压缩系统10的示例性实施例中，将制冷剂蒸汽或制冷液体注入到压缩过程的中间压力级中将通过将制冷剂蒸汽注入到从第一压缩机20a的排放出口通到第二压缩机20b的吸入进口的制冷剂中来完成。例如，如果压缩装置20是一对串联连接的压缩机20a、20b(例如，一对涡旋式压缩机、或螺杆式压缩机、或往复式压缩机)，则节约器制冷剂蒸汽管线14将制冷剂蒸汽引导到制冷剂管线8中，该制冷剂管线8将第一压缩机20a的排放出口端口连接成与第二压缩机20b的吸入进口端口连接成处于制冷剂流连通。在图2所示的制冷剂蒸汽压缩系统10的示例性实施例中，将制冷剂蒸汽注入到压缩过程的中间压力级将通过将制冷剂蒸汽注入到从单个压缩机的第一压缩级20a通入到第二压缩级20b中的制冷剂中来完成。例如，如果压缩装置20为具有第一组气缸和第二组气缸的多级往复式压缩机，则节约器制冷剂蒸汽管线14将制冷剂蒸汽直接引导到第一汽缸组20a与第二汽缸组20b之间的往复式压缩机的中间压力级中。如果压缩装置20为单个的涡旋式压缩机或单个的螺杆式压缩机，则节约器制冷剂蒸汽管线14将制冷剂蒸汽引导到通向处于压缩过程的中间压力的压缩机的压缩室的压缩机注入端口中。
制冷剂蒸汽压缩系统10包括：第一节约器流量控制装置73，其内置在节约器制冷剂蒸汽管线14中；制冷剂管线12，其提供第一节约器流量控制阀73周围的旁路；以及第二节约器流量控制阀75，其以与第一节约器流量控制装置73处于平行流量控制关系的方式内置在制冷剂管线12中。制冷剂管线12在第一节约器流量控制阀73上游的位置处接入到节约器制冷剂蒸汽管线14中，并且在第一节约器流量控制装置73下游的位置处再连接到节约器制冷剂蒸汽管线14。第一节约器流量控制装置73和第二节约器流量控制装置75可各包括流量控制阀，该流量控制阀可在打开位置(在打开位置中，制冷剂流可流过其分别的相关联的制冷剂管线)和关闭位置(在关闭位置中，各阀阻挡制冷剂流过其分别的相关联的制冷剂管线)之间有选择性地定位。在一个实施例中，第一节约器流量控制装置73和第二节约器流量控制装置75包括可在第一打开位置与第二关闭位置之间有选择性地定位的类型的两位式电磁阀。
制冷剂蒸汽压缩系统10还包括制冷剂间热交换器60(本文中也称为节约器蒸汽调节热交换器)，其具有设置成处于热量交换关系中的第一制冷剂通路62和第二制冷剂通路64。第一制冷剂通路62与制冷剂管线4处于制冷剂流连通。第二制冷剂通路64与制冷剂管线12处于制冷剂流连通。在一个实施例中，第一制冷剂通路62内置在主制冷剂回路的制冷剂管线4中在制冷剂排热热交换器40和次级膨胀阀65的中间，并且第二制冷剂通路64内置在制冷剂管线12中相对于制冷剂流在第二节约器流量控制装置75的下游。制冷剂间热交换器60可为钎焊板式热交换器、套管式(tube-in-tube)热交换器、叠管式(tube-on-tube)热交换器或壳管式热交换器。制冷剂间热交换器60的第一制冷剂通路62和第二制冷剂通路64可布置为处于平流(parallelflow)热交换关系或对流热交换关系。制冷剂间热交换器60还可包括热电热交换器，以用于将热量从较热较高压力的制冷剂驱(drive)到较冷较低压力的制冷剂。
已穿过制冷剂排热热交换器40的高压制冷剂蒸汽在其自制冷剂排热热交换器40起穿过制冷剂管线4到闪蒸罐70时通过第一制冷剂通路62。当第一节约器流量控制装置73打开并且第二节约器流量控制装置75关闭时，来自闪蒸罐70的制冷剂蒸汽直接通过节约器制冷剂蒸汽管线14并进入到压缩过程的中间压力级中，而不通过节约器蒸汽调节热交换器60的第二制冷剂通路64。
然而，当第一节约器流量控制装置73关闭且第二节约器流量控制装置75打开时，自闪蒸罐70起通过节约器制冷剂蒸汽管线14的制冷剂转向通过制冷剂旁路管线12，从而当在第一节约器流量控制阀73下游返回到节约器制冷剂蒸汽管线14并进入到压缩过程的中间压力级中之前以与通过节约器蒸汽调节热交换器60的第一制冷剂通路62的较高压力制冷剂处于热交换关系的方式通过第二制冷剂通路64。如此，通过制冷剂管线4的高压制冷剂(如果系统10在跨临界循环中操作，则该高压制冷剂将为超临界流体，而如果系统10在亚临界循环中操作，则该高压制冷剂将为制冷剂液体)进一步被冷却，并且由此通过制冷剂管线12的低压制冷剂蒸汽被加热。高压制冷剂的附加冷却通过在借助于次级膨胀装置65膨胀之前降低高压制冷剂的焓而对高压制冷剂进行调节。因此，膨胀以后聚集在闪蒸罐70中的制冷剂蒸汽与制冷剂液体的比降低，这改进了两种制冷剂相的分离，并且在闪蒸罐70中产生更少的制冷剂蒸汽和更多的制冷剂液体。
如前所述，携带在制冷剂蒸汽中自闪蒸罐70起通过节约器制冷剂蒸汽管线14以注入到压缩过程的中间压力级中的液体可损害压缩机性能，并且不利地影响系统容量和效率。对借助于制冷剂管线12而通过热交换器60的第二制冷剂通路64的制冷剂蒸汽进行加热确保可能从闪蒸罐70的分离室72中所携带并且保留在其中的任何液体被蒸发并且制冷剂蒸汽在进入到压缩装置20的中间压缩级中之前被过热。
在图2中所示的示例性实施例中，制冷剂蒸汽压缩系统10还包括制冷剂液体管线18，该制冷剂液体管线18在闪蒸罐70的分离室72的下部分(典型地借助于在闪蒸罐70下游且在主膨胀阀55上游分接制冷剂管线4)和压缩过程的中间级及制冷剂回路的吸入压力部分之间建立制冷剂流连通。另外，在该实施例中，制冷剂蒸汽管线14不仅如图1中所示的实施例中在闪蒸罐70的分离室72的上部分和压缩过程的中间级之间，而且在闪蒸罐70的分离室72的上部和制冷剂回路的吸入压力部分之间建立制冷剂流连通。另外，如图2中所示，制冷剂蒸汽压缩系统10还可包括压缩机卸载管线16，该压缩机卸载管线16在压缩装置20的中间压力级和制冷剂回路的吸入压力部分(例如，在蒸发器50的出口和压缩装置20的吸入进口之间延伸的制冷剂管线6)之间建立制冷剂流连通。在图2中所示的示例性实施例中，制冷剂蒸汽管线14的上游部分和制冷剂液体管线18的上游部分通成以与压缩机卸载旁路管线16处于制冷剂流连通，并且压缩机卸载管线16形成制冷剂蒸汽管线14和制冷剂液体管线18的下游延伸部分。
制冷剂蒸汽压缩系统10还可包括控制系统，该控制系统包括与内置在各种制冷剂管线中的多个流量控制装置相关联地操作的控制器100。如在传统实际中，除了对环境条件进行监测之外，控制器100还借助与控制器100相关联地操作且设置在整个系统中的选定位置处的各种传感器来监测各种操作参数。例如，在图1和图2中所示的示例性实施例中，压力传感器102设置成与闪蒸罐70处于操作关联，以感测闪蒸罐70内的压力，提供温度传感器103和压力传感器104以分别地感测制冷剂吸入温度和压力，并且提供温度传感器105和压力传感器106以分别感测制冷剂排放温度和压力。压力传感器102、104、106可为传统的压力传感器(诸如，例如，压力变换器)，并且温度传感器103和105可为传统的温度传感器，(诸如，例如，热电偶或热敏电阻器)。控制器100还可控制系统中的所以电子膨胀阀的操作，以及压缩装置20及风扇44和54的操作。
在图1中所示的制冷剂蒸汽压缩系统10的示例性实施例中，控制系统包括内置在节约器制冷剂蒸汽管线14中的第一节约器流量控制装置73和内置在制冷剂旁路管线12中的第二节约器流量控制装置75。在操作时，响应于操作状态，控制器100对第一节约器流量控制装置73和第二节约器流量控制装置75中的每一个进行有选择性地定位。如果操作状态是如此的(即，在离开闪蒸罐70的制冷剂蒸汽中不可能存在任何携带的液体)，则控制器100将第一流量控制装置73定位在其打开位置中并将第二流量控制装置75定位在其关闭位置中，由此，从闪蒸罐70传出的制冷剂蒸汽借助于节约器制冷剂蒸汽管线14直接前进至压缩过程的中间级，而不通过节约器蒸汽调节热交换器60。然而，如果操作状态是如此的(即，在离开闪蒸罐70制冷剂蒸汽中可能存在携带的液体，则控制器100将第一流量控制装置73定位在其关闭位置中并将第二流量控制装置75定位在其打开位置中，由此，从闪蒸罐70传出的制冷剂蒸汽在注入到压缩过程的中间压缩级中之前借助于节约器制冷剂蒸汽管线14和制冷剂旁路管线12前进通过节约器蒸汽调节热交换器60的第二制冷剂通路64。
在图2中所示的制冷剂蒸汽压缩系统10的示例性实施例中，控制系统不仅包括内置在节约器制冷剂蒸汽管线14中的第一节约器流量控制装置73和内置在制冷剂旁路管线12中的第二节约器流量控制装置75，而且包括内置在制冷剂液体注入管线18的上游部分中的第三流量控制装置53、在位于第三流量控制装置和制冷剂管线6中间的位置处内置在压缩机卸载旁路管线16中的第四流量控制装置83、以及在位于第一节约器流量控制装置73和压缩过程的中间压力级中间的位置处内置在压缩机卸载旁路管线16中的第五流量控制装置93。各前述流量控制装置53，83，93还可包括可在打开位置(在打开位置中，制冷剂流可通过流量控制阀内置在其中的制冷剂管线)和关闭位置(在关闭位置中，制冷剂流被阻挡通过流量控制阀内置在其中的制冷剂管线)之间有选择性地定位的流量控制阀。在一个实施例中，各流量控制阀53，83，93包括在控制器100的控制下可在第一打开位置和第二关闭位置之间有选择性地定位的可定位的类型的两位式电磁阀。
在如图2中所示的制冷剂蒸汽压缩系统10的操作中，控制器100不仅如前文关于图1实施例所描述地控制第一节约器流量控制阀73和第二节约器流量控制阀75，以有选择性地控制通过蒸发器制冷剂蒸汽调节热交换器60的第二制冷剂通路64的节约器制冷剂蒸汽流，而且还结合第一节约器制冷剂流量控制阀73和第二节约器制冷剂流量控制阀75、在其分别的打开位置和关闭位置之间来有选择性地控制多个流量控制装置53、83、93中的每一个的定位，以有选择性地引导制冷剂流通过制冷剂蒸汽管线14和制冷剂液体管线18。
另外，吸入调制阀(SMV)23可在制冷剂管线6中内置在蒸发器50的出口和压缩装置20的吸入进口的中间。在图2中所示的示例性实施例中，吸入调制阀23制冷剂管线6中定位在蒸发器50的出口和压缩机卸载管线16与制冷剂管线6的相交点之间。吸入调制阀23的操作由控制器100所控制。必要时，控制器100对吸入调制阀23进行调制以增大或降低通过制冷剂管线6到压缩装置20的吸入进口的制冷剂流量以控制制冷系统10的冷却能力时。在一个实施例中，吸入调质阀23包括脉冲宽宽调质电磁阀。
取决于负载要求和环境条件，可在选定的操作模式中操作制冷剂蒸汽压缩系统10。控制器100基于环境条件和各种感测的系统控制来确定期望的操作模式，并且然后相应地定位各种流量控制阀。为在其标准的非节约模式(即，标准循环)中操作制冷剂蒸汽压缩系统10，控制器100关闭图1实施例中的第一节约器流量控制装置73和75中的每一个，并且还关闭图2实施例中的流量控制装置53、83和93中的每一个，由此，制冷剂仅循环通过主制冷剂回路，更确切地说，从压缩装置20b的排放出口通过制冷剂管线2、4以及6，依次地穿过气体冷却器40、次级膨胀装置65、闪蒸罐70(其在非节约模式中仅仅作为接收器起作用)、主膨胀阀55、蒸发器50以及吸入调制阀23(如果在系统中包括的话)，并返回至压缩装置20a的吸入进口。
控制器100可在节约模式中操作制冷剂蒸汽压缩系统10，在其中，制冷剂不仅循环通过主制冷剂回路，而且制冷剂蒸汽还从闪蒸罐节约器70进入压缩过程的中间压力级中。在图1实施例中，控制器100简单地打开第一节约器流量控制装置73或第二节约器流量控制装置75中的一个，以允许制冷剂蒸汽如前文所述从闪蒸罐节约器70流到压缩过程的中间压力级。在图2的实施例中，控制器100可如此地在节约模式中操作制冷剂蒸汽压缩系统10，即，通过关闭流量控制装置53和83并且打开第一节约器流量控制装置73或第二节约器流量控制装置75中的一个以及还打开流量控制装置93，以允许制冷剂蒸汽如前文所述从闪蒸罐节约器70流到压缩过程的中间压力级。
在图2所示的制冷剂蒸汽压缩系统10的示例性实施例中，在节约循环中，控制器100对温度传感器105所感测的高排放温度进行如此地响应，即，通过有选择性地打开流量控制装置53和93以及节约器流量控制装置73或75中的一个，而同时保持流量控制阀83关闭，以同时地引导制冷剂蒸汽通过制冷剂管线14和制冷剂液体通过制冷剂管线18而进入和通过压缩机卸载旁路管线16的一部分，从而进入到压缩装置20的中间压力级中。在非节约模式中的该实施例中，控制器100响应于传感器102说感测的压力如此地控制闪蒸罐70中的压力，即，通过有选择性地打开节约器流量控制阀73或75中的一个以及控制阀83，而同时保持流量控制装置53和93关闭，以引导制冷剂蒸汽从闪蒸罐70通过制冷剂蒸汽管线14以及压缩机卸载旁路管线16的一部分而进入到制冷剂管线6中。此外，在该非节约模式中，控制器100如此地响应于如由温度传感器105说感测的高排放温度，即，通过间歇性地打开阀53以及上文的阀门调节配置(valvingconfiguration)，以引导少量的液体通过制冷剂管线18并通过压缩机卸载管线16的一部分而进入到制冷剂管线6中，以使制冷剂吸入流降低过热。
另外，在图2的实施例中，控制器100可在任何操作模式中如此地对压缩装置20进行卸载，即，通过关闭节约器流量控制阀73和75并且还关闭流量控制阀53，并且打开压缩机卸载旁路管线16中的两个流量控制阀83和93。由于两个流量控制阀83和93打开，制冷剂从压缩过程的中间级流出通过压缩机卸载旁路管线而进入制冷剂管线6，以直接返回至压缩装置的吸入侧，由此绕过第二压缩级或第二压缩机20a，由此对压缩装置20进行卸载。可实施这种通过压缩机卸载旁路管线16的压缩机20的卸载，以响应于高压缩机排放制冷剂温度，或用于降低容量或降低压缩机功率。如果需要附加的容量的削减(shedding)，则控制器100还可对吸入调制阀23进行调制(如果在主制冷剂回路中包括的话)。
本领域中的技术人员将认识到，可对本文中所述的具体示例性实施例作出许多变型。例如，可除去第二节约器流量控制装置75和制冷剂旁路管线，并且以替代的方式第二制冷剂通路64可内置在节约器制冷剂蒸汽管线14中相对于第一节约器流量控制装置73在下游。在该实施例中，第一节约器流量控制装置73将并非是电磁流量控制阀，而以替代的方式可为设定成在制冷剂管线14中在节约器蒸汽调节热交换器60的第二制冷剂通路64下游保持固定过热的恒温膨胀阀，或者可为响应于所选择的操作参数在控制器100作用下对制冷剂进行计量的电子膨胀阀。
尽管本发明的制冷剂蒸汽压缩系统尤其适于利用较低临界点制冷剂(例如，二氧化碳)在跨临界循环中操作，但是该系统也可利用传统的较高临界点制冷剂在亚临界循环中操作。虽然已参照如附图中所示的示例性实施例具体地显示和描述了本发明，但本领域中的技术人员将理解的是，在不背离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，本文中可实现细节上的各种改变。

Claims (18)

1.一种制冷剂蒸汽压缩系统，包括：
主制冷剂回路，所述主制冷剂回路包括制冷剂压缩装置、用于以与冷却介质处于热交换关系的方式传送从所述压缩装置接收的处于高压的制冷剂的制冷剂排热热交换器、用于以与加热介质处于热交换关系的方式传送处于低压的制冷剂的制冷剂吸热热交换器、以及内置在所述主制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器的下游和所述制冷剂吸热热交换器的上游的主膨胀装置；
闪蒸罐，所述闪蒸罐设置在所述主制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器的下游和所述主膨胀装置的上游，所述闪蒸罐限定了分离室，在所述分离室中，处于液态的制冷剂聚集在所述分离室的下部分中，并且处于蒸汽态的制冷剂聚集在液体制冷剂上方的所述分离室的部分中；
次级膨胀装置，所述次级膨胀装置以与所述闪蒸罐相关联操作且在所述闪蒸罐上游的方式而设置在所述主制冷剂回路中；
制冷剂蒸汽管线，所述制冷剂蒸汽管线在所述分离室的上部分和所述压缩装置的中间压力级之间建立制冷剂流连通；以及
制冷剂间热交换器，所述制冷剂间热交换器操作以将热量从流过所述主制冷剂回路的制冷剂传递给流过所述制冷剂蒸汽管线的制冷剂，所述制冷剂间热交换器具有设置成处于热交换关系的第一制冷剂通路和第二制冷剂通路，所述第一制冷剂通路内置在所述主制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器和所述次级膨胀阀的中间，所述第二制冷剂通路与所述制冷剂蒸汽管线处于制冷剂流连通，
第一节约器流量控制装置，所述第一节约器流量控制装置内置在所述制冷剂蒸汽管线中在所述闪蒸罐和所述压缩装置的中间级的中间；
制冷剂旁路管线，所述制冷剂旁路管线在所述制冷剂蒸汽管线相对于制冷剂流在所述第一节约器流量控制装置上游的点处和所述制冷剂蒸汽管线相对于制冷剂流在所述第一节约器流量控制装置的下游的点处之间建立制冷剂流连通，所述制冷剂间热交换器的第二制冷剂通路内置在所述制冷剂旁路管线中；以及
第二节约器流量控制装置，所述第二节约器流量控制装置内置在所述制冷剂旁路管线中相对于制冷剂流在所述制冷剂间热交换器的第二制冷剂通路的上游。
2.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述第一节约器流量控制装置和所述第二节约器流量控制装置中的每一个包括具有第一打开位置和第二关闭位置的电磁阀。
3.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述制冷剂蒸汽压缩系统还包括控制器，所述控制器与所述第一节约器流量控制装置和所述第二节约器流量控制装置相关联操作并且有选择性地控制所述第一节约器流量控制装置和所述第二节约器流量控制装置中的每一个在其分别的打开位置和关闭位置之间的定位。
4.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述第一节约器流量控制装置是膨胀阀；以及
所述制冷剂间热交换器的所述第二制冷剂通路内置在所述制冷蒸汽管线中相对于制冷剂流在所述第一节约器流量控制装置的下游。
5.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述第一节约器流量控制装置包括电子膨胀阀。
6.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述第一节约器流量控制装置包括恒温膨胀阀。
7.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述主膨胀装置包括电子膨胀阀。
8.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述主膨胀装置包括恒温膨胀阀。
9.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述次级膨胀装置包括电子膨胀阀。
10.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述次级膨胀装置包括固定节流孔膨胀装置。
11.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述压缩装置包括具有至少两个压缩级的单个压缩机。
12.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述压缩装置包括至少两个以相对于制冷剂流处于串联关系而设置在所述制冷剂回路中的压缩机。
13.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述系统结合在运输制冷系统中，以用于调节温度受控的货物储存区。
14.根据权利要求13所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述系统在跨临界循环中操作。
15.根据权利要求14所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述制冷剂包括二氧化碳。
16.一种制冷剂蒸汽压缩系统，包括：
主制冷剂回路，所述主制冷剂回路包括制冷剂压缩装置、用于以与冷却介质处于热交换关系的方式传送从所述压缩装置接收的处于高压的制冷剂的制冷剂排热热交换器、用于以与加热介质处于热交换关系的方式传送处于低压的制冷剂的制冷剂吸热热交换器、以及内置在所述主制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器的下游和所述制冷剂吸热热交换器的上游的主膨胀装置；
闪蒸罐，所述闪蒸罐设置在所述主制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器的下游和所述主膨胀装置的上游，所述闪蒸罐限定了分离室，在所述分离室中，处于液态的制冷剂聚集在所述分离室的下部分中，并且处于蒸汽态的制冷剂聚集在液体制冷剂上方的所述分离室的部分中；
次级膨胀装置，所述次级膨胀装置以与所述闪蒸罐相关联操作且在所述闪蒸罐上游的方式而设置在所述主制冷剂回路中；
制冷剂蒸汽管线，所述制冷剂蒸汽管线在所述分离室的上部分和所述压缩装置的中间压力级以及所述主制冷剂回路的吸入压力部分之间建立制冷剂流连通；
制冷剂液体管线，所述制冷剂液体管线在所述分离室的下部分和所述压缩装置的中间压力级以及所述主制冷剂回路的吸入压力部分之间建立制冷剂流连通；以及
制冷剂间热交换器，所述制冷剂间热交换器操作以将热量从流过所述主制冷剂回路的制冷剂传递给流过所述制冷剂蒸汽管线的制冷剂，所述制冷剂间热交换器具有设置成处于热交换关系的第一制冷剂通路和第二制冷剂通路，所述第一制冷剂通路内置在所述主制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器和所述次级膨胀阀的中间，所述第二制冷剂通路与所述制冷剂蒸汽管线处于制冷剂流连通，
第一节约器流量控制装置，所述第一节约器流量控制装置内置在所述制冷剂蒸汽管线中在所述闪蒸罐和所述压缩装置的中间级的中间；
制冷剂旁路管线，所述制冷剂旁路管线在所述制冷剂蒸汽管线相对于制冷剂流在所述第一节约器流量控制装置上游的点处和所述制冷剂蒸汽管线相对于制冷剂流在所述第一节约器流量控制装置的下游的点处之间建立制冷剂流连通，所述制冷剂间热交换器的第二制冷剂通路内置在所述制冷剂旁路管线中；以及
第二节约器流量控制装置，所述第二节约器流量控制装置内置在所述制冷剂旁路管线中相对于制冷剂流在所述制冷剂间热交换器的第二制冷剂通路的上游。
17.根据权利要求16所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述制冷剂蒸汽压缩系统还包括：
第三流量控制装置，所述第三流量控制装置内置在所述制冷剂液体管线的上游部分中；
第四流量控制装置，所述第四流量控制装置设置成相对于制冷剂流在所述压缩装置的所述中间压力级的上游且相对于制冷剂流在所述第一节约器流量控制装置和所述第二节约器流量控制装置以及所述第三流量控制装置的下游；以及
第五流量控制装置，所述第五流量控制装置设置成相对于制冷剂流在所述主制冷剂回路的所述吸入压力部分的上游且相对于制冷剂流在所述第一节约器流量控制装置和所述第二节约器流量控制装置以及所述第三流量控制装置的下游。
18.根据权利要求17所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其特征在于，所述第一节约器流量控制装置、所述第二节约器流量控制装置、所述第三流量控制装置、所述第四流量控制装置以及所述第五流量控制装置中的每一个包括具有第一打开位置和第二关闭位置的电磁阀。
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