CN1043383A - 制冷系统的运行方法和运行装置 - Google Patents

Abstract

一种制冷系统10的运行方法和运行装置，其中，节省式热交换器34平常连接制冷剂压缩机14的中间压力口IP，以冷却从接受器20到蒸发器22的主制冷剂流，强化制冷剂的冷却循环。在热气流加热循环期，该热交换器34将热量加给蒸发器22，并建立起在加热循环期间起作用的另一条液体管路60，使该热交换器34此时实际上起蒸发器的作用。当压缩机14由内燃机15驱动时，在加热循环期间内燃机冷却剂可用来将所需的热量加给该热交换器34。

Description

本发明涉及依靠加热和冷却循环来保持温度设定点的制冷系统的运行方法和运行装置，具体涉及使这类系统的加热和化霜循环强化的方法和装置。

制冷系统的先有技术中，冷却循环已得到强化，方法是将制冷剂流体分流一部分到一个蒸发器，使该分流部分膨胀，用膨胀的制冷剂来冷却热交换器中的制冷剂主流。这样的热交换器称为节省式热交换器。膨胀的制冷剂返回到压缩机中。本发明的目的是利用这节省式热交换器来强化冷却循环外，还用来强化加热和/或化霜循环。

简要地说，本发明涉及的制冷系统运行方法和运行装置包括一个这样的制冷回路，其压缩机除了有吸入口和排出口外，还有一个中间压力口。象先有技术中一样，也使用了一个节省式热交换器来强化冷却循环，但它有三条流通路径，第一流通路径是制冷剂主流体从制冷剂接受器流动到蒸发器，第二流通路径是一部分制冷剂主流体经由一个节省式热交换器膨胀阀分流。膨胀后的制冷剂通过中间压力口返回到压缩机中。

在节省式热交换器内设置的第三流通路径，是与第二流通路径间有热交换关系的。在本发明的优选实施例中，加热和化霜循环期间，第一流通路径未予利用。在本制冷系统的这种加热和化霜循环期间，第三流通路径可控地接收从制冷回路外部源来的热流，例如接收来自液体冷却剂的热量。此液体冷却剂是用以冷却驱动制冷剂压缩机的内燃机的。

在加热和化霜循环期间，压缩机排出的热气流导入对蒸发器加热的通路内，经由节省式热交换器的第二流通路径使制冷剂返回到压缩机中。在加热和化霜循环期间，节省式热交换器起蒸发器的作用。在此期间，它只向压缩机的中间压力口供给制冷剂。或者，在此期间由于节省式热交换器是压缩机的唯一制冷剂源，因此可使用一个节省式分流阀来把一些吸入的气体分流到压缩机的吸入口。该节省式分流阀只在这种加热和化霜循环期间才受到有效的控制。

配合有关的附图阅读下面对示例性实施例的详细说明后，可以更好地理解本发明，本发明的优点和应用也更显而易见。

图1示例出本发明的第一个实施例的制冷系统构成，其中，在加热和冷却循环期间蒸发器是间接加热的;

图2是图1所示的制冷系统的一种变型，其中，在加热和冷却循环期间蒸发器是直接加热的;

图3示例出本发明的另一个实施例的制冷系统构成，其中，蒸发器是间接加热的，在加热和化霜循环期间起作用的一个分流阀把制冷剂同时送入压缩机的吸入口和中间压力口，并在加热和冷却循环期间对接受器加压，强使较多的制冷剂进入这些循环中;

图4示例出本发明的又一个实施例的制冷系统构成。

现在参看附图，具体参看图1，这里示出了根据本发明的第一个实施例构成的制冷系统10。制冷系统10例如是个运输型的制冷系统，它适合于在卡车、拖车或容器的货仓空间内进行空气调节。通常制冷系统10的类型是属于依靠加热和冷却循环来保持服务空间内的温度设定点。这两种循环中都利用了制冷剂压缩机排出口排出的热气流。这种制冷系统中，蒸发器部分的化霜也可利用压缩机排出的热气流来实现。

更具体地说，制冷系统10包括制冷剂回路12，该回路12包含有由原动机15驱动的压缩机14、冷凝器16、检测阀18、接受器20、蒸发器22、以及蒸发器22的膨胀阀24。压缩机14属于这样的类型，它具有吸入口S、中间压力口IP和排出口D。压缩机热气流排出管26通过一个三通阀门28或者等效的两个独立的协调阀门将压缩机14的排出口D连通到冷凝器16。液体管路30将接受器20与蒸发器膨胀阀24相连通，吸入管32将蒸发器22与压缩机14的吸入口S相连通。

热交换器34称为节省式热交换器，它具有第一、第二和第三各别的三个流通路径36、38和40。第一流通路径36接入液体管路30。第二流通路径38由配置在第一和第三流通路径36和40周围的壳体42限定，壳体42包含有入口44和出口46。虽然，对于上述布置来说液体泄流不成为问题，但出口46可以这样配置，若壳体42内包含有任何液态制冷剂48时，应该只有气态制冷剂可经由出口46流出壳体42。第三流通路径40连通到可控热源50。对可控热源50的控制，例如可以用电磁控制阀52的形式。热源50处在制冷剂回路12之外，它最好是一种靠压缩机原动机15的运行来加热的流体。原动机15例如可以是狄塞尔引擎之类的内燃机，而热源50可以是液体散热冷却剂或废气。

液体管路30内制冷剂的一小部分在T形接头54处从制冷剂主流体中分流出来，该T形接头54位于接受器20与节省式热交换器34之间。分流出的制冷剂在膨胀阀56中膨胀，膨胀后的制冷剂引入到第二流通路径38中。这膨胀的制冷剂与第一流通路径36发生热交换，以使在制冷系统10的冷却循环期间冷却第一流通路径36中的制冷剂，从而强化冷却循环。由于第二流通路径内气态制冷剂的压力比从吸入管32和蒸发器22进入压缩机14吸入口S中的制冷剂的压力高，所以将出口46连通到中间压力口IP上，以使压缩机14的负荷小些。

当服务空间需要热量以保持温度设定点时，或者当蒸发器22需要热量化霜时，三通阀门28工作，将热气管26中的热气流分流，以实现对蒸发器的加热。在图1的实施例中，蒸发器22是由与蒸发器22发生热交换的装置58来加热的，例如是由蒸发器管束中单独的一组管子来加热的。

蒸发器加热装置58起冷凝器的作用，从这里离开的制冷剂通过另一条通路或者管路60和节省式热交换器34的第二流通路径38返回到压缩机14中。由于从蒸发器加热装置58提供的冷凝功能看，管路60起液体管路的作用，所以把它称为另一条液体管路。该液体管路60例如可以连接到T形接头54与接受器20之间的T形接头62上。在加热和化霜循环期间，液体管路30中的电磁阀64关闭，以保证制冷剂通过节省式膨胀阀56和节省式热交换器34的第二流通路径38返回到压缩机14。另外，在加热和化霜循环期间，电磁阀52打开，允许热源50来的热流体经由第三流通路径40形成环流，把热量加到第二流通路径38中的制冷剂上，以强化加热和化霜循环。因此，在加热和化霜循环期间，节省式热交换器34起蒸发器的作用，把制冷剂回路12之外的热源50来的热量加到制冷剂上，使更多的热量进入加热和化霜过程。由热源50加到第二流通路径38中制冷剂上的热量，使积存在第二流通路径38中的任何液态制冷剂48汽化，而出口46只允许汽化的制冷剂抽入压缩机14的中间压力口IP。节省式热交换器34还取消了在先有技术中要使用高压液体/吸入气体式热交换器的需求，在那里，是把高温液体管路来的一些热量转化为低温吸入气体来改善系统的能力的。本发明中，在冷却和加热（包括化霜）两种状态下均改善了系统的能力。

图2、图3和图4示例出本发明推荐的实施例。图1中对制冷系统10各部件使用的编号，也同样地应用于这些实施例中。图2示例出制冷系统70，它取消了图1实施例中对单独的蒸发器加热器58的需求。制冷系统70中包括一个制冷回路72，它与制冷回路12的区别在于，在加热和化霜循环期间它使制冷剂流经过蒸发器22反流，实际上把蒸发器作为冷凝器来使用。制冷回路72需要增加一个三通阀门74和一个检测阀门76。三通阀门74起这样的连通作用，在冷却循环期间其位置是把蒸发器22的出口与吸入管路32连通，在加热和化霜循环期间其位置是使热气管26与蒸发器22经由三通阀门28连通。检测阀门76连接在另一条液体管路60中，用以防止制冷剂在冷却循环期间从T形接头62进入液体管路60。制冷系统70运行时，在冷却循环期间其工作过程与制冷系统10相同，在加热或化霜循环期间，热气流自压缩机14和热气管26经由三通阀门28和74引入蒸发器22。检测阀门76使蒸发器22出来的制冷剂经由另一条液体管路60和节省式热交换器34的第二流通路径返回到压缩机14。与图1的实施例相似，在加热和化霜循环期间电磁阀64是关闭的，而电磁阀52是打开的，把热量加到经由节省式热交换器34的第二流通路径返回至压缩机14的制冷剂上。

图3示例出制冷系统80，它具有制冷回路82，该回路82在某些方面与图1实施例中的制冷回路12相似，也使用了单独的蒸发器加热器58。图3也是本发明的一个推荐实施例，在形式上具有一个节省式分流阀84。该分流阀84连接在压缩机14的吸入口S与中间压力口IP两者之间。在加热和化霜循环期间，将分流阀84打开。在此期间，进入吸入口S的正常气流是关断的。如果压缩机只通过有限的节省式端口起压泵作用，压泵能力会受到限制。节省式分流阀84防止了对压泵能力的任何限制。

图3还示明了本发明的另一个方面，亦即设置了一条小的泄流通路，它可以对加热和化霜期间可能发生的瞬时状态提供适应能力。这个功能是通过将压缩机的热气流经由泄流管86与接受器20连接起来而实现的，图中用限流阀87来示明受限的流动。由于泄流而在蒸发器中可能发生的任何热交换是无关紧要的。

图3中，在另一条吸入管路60中还增加了一个三通阀门90，它的连接和控制是这样的，在冷却循环期间允许液体管路30中的一些制冷剂主流体经过节省式膨胀阀56流动，进入热交换器34的第二流通路径38中，同时，阻塞它流入另一条液体管路60。在加热或化霜循环期间，三通阀门90有效地切断T形接头54，使得自蒸发器加热器58来的所有制冷剂经由节省式膨胀阀56和热交换器34的第二流通路径38返回到压缩机14中。膨胀阀56必须选择得适应于正常或冷却状态和加热/化霜状态，而图3的布置的优点在于，三通阀门90只需用来控制液态制冷剂。

图4示例出制冷系统100，它具有制冷回路102，该回路与图2和图3中的回路在某些方面相类似。经由三通阀门74给蒸发器22加热，这与图2的实施例相似;采用节省式分流阀84，这与图3的实施例相似。图4的制冷回路102中也示出，三通阀门104在冷却循环期间可将液体管路30与蒸发器22连通，在加热和化霜循环期间可将蒸发器22与另一条液体管路60连通。因此，有了三通阀门104，可以取消图2实施例中的检测阀76。另外，由于三通阀门104在加热和化霜循环期间阻塞了液体管路30，所以图3实施例中的增压泄流管86也不需要了。

图4实施例的特点还在于，具有可对节省式膨胀阀56进行分流的三通阀门106。在其第一位置上，允许在冷却循环期间对经由T形接头54来的液体管路30中的主液流分流一部分;在其第二位置上，使制冷剂经由另一条液体管路60和热交换器34的第二流通路径38返回到压缩机14中。在前面的几个实施例中，另一条液体管路60包括可节省式膨胀阀56。在本实施例中，液体管路60必须很细，如限流阀105所示明。三通阀门106需用来控制液体和气体，但膨胀阀56应选择得只使用于冷却状态。

综上所述，这里揭示出一种新的、改进的制冷系统运行方法，该制冷系统具有一个节省式热交换器，该热交换器为改善冷却循环而在液体管路中设置有第一流通路径。还揭示出一种新的、改进的用以实现本方法的制冷回路。本发明的节省式热交换器提出双重用途，亦即在冷却循环期间的应用，以及在加热和化霜循环期间的应用。本方法包括以下内容：

1.提供出经过热交换器的第二流通路径，它既应用于冷却循环中，也用于加热循环中;

2.在加热循环期间，利用压缩机热气流排出管来的制冷剂给蒸发器加热;

3.提供出另一条液体管路，它在加热循环期间起作用，使制冷剂经由热交换器的第二流通路径返回到压缩机的中间压力口;

4.在加热循环期间给热交换器加热，使热交换器起蒸发器的作用，以强化加热循环。对热交换器加热的方法依靠提供出一条经过热交换器的第三流通路径来实现。

Claims (24)

1、制冷系统(10、70、80、100)的一种运行方法，它通过加热和冷却循环保持一温度设定值；该系统包括一个制冷回路(12、72、82、102)，该回路包含有以下部件：具有一个吸入口(S)、一个中间压力口(IP)和一个排出口(D)的压缩机(14)；压缩机热气流排出管(26)；冷凝器(16)；接受器(20)；液体管路(30)、蒸发器(22)；吸入管(32)；供液体管路中蒸发器用的膨胀阀(24)；热交换器(34)，它具有处在接受器和蒸发器膨胀阀之间的液体管路中的第一流通路径(36)；供热交衔器用的膨胀阀(56)，它用以在冷却循环期间减少来自接受器的一部分制冷剂流的压力，为在液体管路中冷却制冷剂提供气流；本改进包括以下内容：

提供一条经过热交换器(34)的第二流通路径，它既应用于冷却循环中，也应用于加热循环中：

利用三通阀门(28)和蒸发器加热装置(58)将来自压缩机排出管的制冷剂热气流在加热循环期间给蒸发器加热；

提供另一液体管路(60)，它在加热循环期间起作用，使制冷剂经由热交换器的第二流通路径返回到压缩机(14)的中间压力口(IP)处；

利用热源(50)、第三流通路径(40)和电磁阀(52)在加热循环期间对热交换器加热，使热交换器起蒸发器的作用，以强化加热循环。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，包括和热循环期间在热交换器和蒸发器之间利用电磁阀（64）或三通阀门（104）阻塞液体管路。

3、根据权利要求1所述的方法，其中，在加热循环期间，利用压缩机热气流排出管中的制冷剂给蒸发器加热，它包括以下内容：

在与蒸发器发生热交换关系中提供热交换装置（58）;

在加热循环期间，由三通阀门（28）将压缩机热气流排出管（26）中的制冷剂引导流经上述热交换装置（58）。

4、根据权利要求1所述的方法，其中，在加热期间将另一条液体管路（60）中的制冷剂返回到压缩机（14）的中间压力口（IP），它包括提供出一条包含有热交换器膨胀阀（56）的通路。

5、根据权利要求1所述的方法，其中，在加热循环期间将另一条液体管路（60）中的制冷剂返回到压缩机（14）的中间压力口（IP），它包括提供出一条使热交换器膨胀阀（56）分流的通路。

6、根据权利要求1所述的方法，其中，利用压缩机热气流排出管（26）中的制冷剂给蒸发器加热，它包括以下内容：

用电磁阀（64）阻塞热交换器（34）与蒸发器膨胀阀（24）之间的液体管路（30），

在冷却循环期间，由三通阀门（74）将压缩机热气流排出管（26）中的制冷剂引导流经蒸发器（22），其方向与流经此处的制冷剂流相反。

又，其中将另一条液体管路（60）中的制冷剂返回到压缩机的中间压力口（IP），它包括提供一条包含有热交换器膨胀阀（56）的通路。

7、根据权利要求1所述的方法，其中，利用来自压缩机热气流排出管（26）的制冷剂加热蒸发器（22），它包括以下内容，

用三通阀门（104）阻塞热交换器与蒸发器膨胀阀之间的液体管路，

在冷却循环期间，将来自压缩机热气流排出管路（26）的制冷剂引导流经蒸发器（22），其方向与流经此处的制冷剂流相反，

又，其中将另一条液体管路（60）中的制冷剂返回到压缩机（14）的中间压力口（IP），它包括提供出一条使热交换器膨胀阀（56）分流的通路（106）。

8、根据权利要求1所述的方法，其中，另一条液体管路（60）中的制冷剂返回到压缩机（14）的中间压力口（IP），还有一部分制冷剂经节省式分流阀（84）返回到吸入口。

9、一种制冷系统（10、70、80、100），通过加热和冷却循环该系统保持一个温度设定点，该系统包括：制冷回路（12、72、82、102），该回路包括有：一个压缩机（14），它具有一个吸入口（S）、一个中间压力口（IP）和一个排出口（D）;压缩机热气流排出管（26）;冷凝器（16）;接受器（20）;液体管路（30）;蒸发器（22）;吸入管（32）;液体管路中蒸发器用的膨胀阀（24）;热交换器（34），它具有在接受器与蒸发器膨胀阀之间液体管路内的第一流通路径;用于热交换器的膨胀阀（56），在冷却循环期间它降低来自接受器的一部分制冷剂流的压力，以供给气体流来冷却液体管路中的制冷剂，本改进包括：

提供出流经热交换器（34）的第二流通路径（38），它既用于冷却循环，也用于加热循环，

在加热循环期间用压缩机热气流排出管来的制冷剂使蒸发器加热的三通阀门（28）和蒸发器加热装置（58），

在加热循环期间提供另一条液体管路（60），用以使制冷剂经由热交换器的第二流通路径返回到压缩机（14）的中间压力口（IP），

在加热循环期间将热量加给热交换器的热源（50）、电磁阀（52）和第三流通路径（40），以使该热交换器起蒸发器的作用，强化加热循环。

10、根据权利要求9所述的制冷系统，包括在加热循环期间阻塞热交换器与蒸发器之间液体管路的电磁阀（64）或三通阀门（104）。

11、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，用压缩机热气流排出管来的制冷剂给蒸发器加热的装置包括：

与蒸发器发生热交换关系的热交换装置，在加热循环期间将压缩机热气流排出管来的制冷剂引导流经上述热交换装置的装置。

12、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，另一条液体管路（60）提供出一条包含有热交换器膨胀阀（56）的返回流流通路径。

13、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，另一条液体管路（60）提供出一条使热交换器膨胀阀（56）分流的返回流流通路径。

14、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，用压缩机热气流排出管来的制冷剂给蒸发器（22）加热的装置包括：

用以阻塞热交换器（34）与蒸发器膨胀阀（24）之间液体管路的电磁阀（64），

在冷却循环期间使压缩加热气流排出管（26）来的制冷剂引导流经蒸发器（22）的三通阀门（74），流动方向与流经此处的制冷剂流相反，

又，其中另一条液体管路（60）提供出一条包含有热交换膨胀阀（56）的流通路径。

15、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，用压缩机热气流排出管（26）来的制冷物给蒸发器（22）加热的装置包括：

阻塞热交换器（34）与蒸发器膨胀阀（24）之间液体管路（30）的三通阀门（104），

在冷却循环期间使压缩机热气流排出管（26）来的制冷物引导流经蒸发器（22）的三通阀门（74），流动方向与流经此处的制冷剂流相反，

又，其中另一条液体管路（60）提供出一条使热交换器膨胀阀（56）分流的流通路径。

16、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，包含有使一部分制冷剂在加热循环期间返回到压缩机（14）吸入口（S）的节省式分流阀（84）。

17、根据权利要求9所述的制冷系统，其中包括驱动压缩机（14）的内燃机（15）和用于该内燃机的液体冷却剂（50），又，其中在加热循环期间将热量加给热交换器的第三流通路径（40）使该液体冷却剂与热交换器（34）发生热交换关系。

18、根据权利要求9所述的制冷系统，其中包括在加热循环期间连接压缩机热气流排出管（26）和接受器（20）的泄流管（86），以适应瞬时状态。

19、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，用压缩机热气流排出管（26）来的制冷剂给蒸发器（22）加热的装置包括有压缩机热气流排出管（26）中的第一三通阀门（28）和第二三通阀门（74），用以使制冷剂流到蒸发器（22）中，还包括有另一条液体管路（60）中的检测阀（76）。

20、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，用压缩机热气流排出管（26）来的制冷剂给蒸发器（22）加热的装置包括有在压缩机热气流排出管（26）中的第一三通阀门（28）和第二三通阀门（74），用以使制冷剂流到蒸发器（22）中，还包括有另一条液体管路（60）中的三通阀门（106）。

21、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，用压缩机热气流排出管（26）来的制冷剂给蒸发器加热的装置包括压缩机热气流排出管（26）来的第一三通阀门（28）的第二三通阀门（74），用以使制冷剂流到蒸发器（22）中，还包括有另一条液体管路（60）中的第三三通阀门（104）和第四三通阀门（106），在加热循环期间由第四三通阀门（106）使加热交换器膨胀阀（56）分流。

22、根据权利要求9所述的制冷系统，其中，用压缩机热气流排出管中的制冷剂给蒸发器加热的装置包括有与蒸发器（22）发生热交换关系的热交换装置（58），以及在加热循环期间使压缩机热气流排出管（26）来的制冷剂流经该热交换装置（58）的三通阀门（28）。

23、根据权利要求22所述的制冷系统，其中，另一条液体管路（60）包括有三通阀门（90），用以使制冷剂经由热交换器膨胀阀（56）流到热交换器（34），同时，阻塞接受器（20）来的制冷剂流流到热交换器膨胀阀（56），还包括有泄流管（86），用以在加热循环期间通过三通阀门（28）将压缩机热气流排出管（26）与接受器（20）连通。

24、根据权利要求9所述的制冷系统，其中包括流经热交换器（34）的第三流通路径（40）、驱动压缩机（14）的内燃机（15）和用于该内燃机（15）的液体冷却剂（50），又，其中在加热循环期间将热量加到热交换器（34）上的装置使上述液体冷却剂流经热交换器（34）中的第三流通路径（40）。

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