具有蒸氣注射系統的壓縮機的製作方法

2023-08-13 07:22:21

專利名稱：具有蒸氣注射系統的壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及蒸氣注射，特別是一種具有改進的蒸氣注射系統的熱泵系統。
背景技術：
包括空調、冷卻器、製冷和熱泵系統的加熱和/或冷卻系統可以包括布置在熱交 換器和壓縮機之間的膨脹箱，以用於提高系統能力和效率。膨脹箱接收來自熱交換器的液 體製冷劑並將一部分該液體製冷劑轉換為蒸氣以供壓縮機使用。因為該膨脹箱相對於入口 液體製冷劑保持在較低的壓力下，一些液體製冷劑蒸發，使得在膨脹箱中的剩餘液體製冷 劑失去熱量並且變得過冷。在膨脹箱中產生的蒸氣處於升高的壓力下，並可以被注射到壓 縮機中以增加系統的加熱和/或冷卻能力。
來自膨脹箱的氣化的製冷劑被分配到壓縮機的中等或中間壓力入口。因為該氣化 的製冷劑的壓力比離開蒸發器的氣化的製冷劑的壓力高得多，而比離開壓縮機的出口製冷 劑流的壓力要低，該來自膨脹箱的加壓的製冷劑使得壓縮機可以將該加壓的製冷劑壓縮到 通常的出口壓力，同時使該加壓的製冷劑只經過壓縮機的一部分。
位於膨脹箱中的過冷的製冷劑類似地增加了該熱交換器的能力和效率。從膨脹箱 排出過冷的液體並根據所需的模式(即，加熱或冷卻)將該製冷劑送到熱交換器之一中。因 為該液體處於過冷狀態，該熱交換器可以從周圍環境吸收更多的熱量，從而改進該加熱或 冷卻循環的整體性能。
調節從膨脹箱到壓縮機的加壓製冷劑流，以確保壓縮機只接收氣化的製冷劑。類 似地，調節從膨脹箱流到熱交換器的過冷液體製冷劑流，以阻止從膨脹箱到熱交換器的氣 化製冷劑流。可以通過調節流入膨脹箱中的液體製冷劑流來控制上述兩種情形。換句話說， 通過調節流入膨脹箱中的液體製冷劑流，可以控制氣化的製冷劑和過冷液體製冷劑的量， 從而控制到壓縮機中的氣化的製冷劑流和到熱交換器中的過冷的液體製冷劑流。發明內容
—種熱泵系統，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；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，所述第一閥在 第一狀態時允許製冷劑通向所述第一毛細管，在第二狀態時限制製冷劑通向所述第一毛細 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膨脹箱之間的第二毛細管， 所述第二毛細管獨立於所述第一閥進行操作，以便當所述第一閥處於所述第一狀態或所述 第二狀態時，所述第二毛細管接收製冷劑。
一種熱泵系統，包括與第一熱交換器和第二熱交換器流體連通的壓縮機；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操作以便根據室外環境條件來調節熱泵系統的能力。優選地，所述熱泵系統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。優選地，所述閥是電磁閥，該電磁閥能在第一模式下操作以便限制製冷劑來自所述第一毛細管，該電磁閥能在第二模式下操作以便允許製冷劑通向所述第一毛細管。優選地，所述第二毛細管、所述第三毛細管和所述第四毛細管獨立於所述電磁閥進行操作。優選地，所述熱泵系統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。優選地，所述閥是電磁閥，該電磁閥能在第一模式下操作以便限制製冷劑來自所述第三毛細管，該電磁閥能在第二模式下操作以便允許製冷劑通向所述第三毛細管。優選地，所述第一毛細管、所述第二毛細管和所述第四毛細管獨立於所述電磁閥進行操作。一種使製冷劑在包括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中的蒸氣注射系統，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；其中能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室外環境條件調節能力。優選地，所述蒸氣注射系統還包括布置在第一熱交換器和所述第一毛細管之間的閥。優選地，所述閥是電磁閥，該電磁閥能在第一模式下操作以便限制製冷劑來自所述第一毛細管，該電磁閥能在第二模式下操作以便允許製冷劑通向所述第一毛細管。優選地，所述第二毛細管、所述第三毛細管和所述第四毛細管獨立於所述電磁閥進行操作。優選地，所述蒸氣注射系統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。優選地，所述閥是電磁閥，該電磁閥能在第一模式下操作以便限制製冷劑來自所述第三毛細管，該電磁閥能在第二模式下操作以便允許製冷劑通向所述第三毛細管。優選地，所述第一毛細管、所述第二毛細管和所述第四毛細管獨立於所述電磁閥進行操作。一種熱泵系統，包括壓縮機；與所述壓縮機流體連通的第一熱交換器；與所述第一熱交換器和所述壓縮機流體連通的第二熱交換器；與所述第一熱交換器和所述第二熱交換器流體連接的膨脹箱；在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間延伸的第一管道；以及與所述第一管道相關的閥，所述閥能夠在打開狀態下操作，以允許沿著所述第一管道 在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間的流動，從而至少部分地旁通所述膨脹箱， 並且所述閥能夠在關閉狀態下操作，以阻止沿著所述第一管道在所述第一熱交換器和所述 第二熱交換器之間的流動，從而將流動引導到所述膨脹箱中。
優選地，所述熱泵系統能夠在加熱模式和冷卻模式下運行。
優選地，當所述熱泵系統處於所述加熱模式時，所述閥能夠在所述第一狀態和所 述第二狀態下操作。
優選地，當所述熱泵系統處於所述冷卻模式時，所述閥能夠在所述第一狀態和所 述第二狀態下操作。
優選地，當所述熱泵系統在所述加熱模式下運行並且室外溫度高時，所述閥處於 所述打開狀態，並且當所述熱泵系統在所述加熱模式下運行並且所述室外溫度低時，所述 閥處於所述關閉狀態。
優選地，當所述熱泵系統在所述冷卻模式下運行並且室外溫度低時，所述閥處於 所述打開狀態，並且當所述熱泵系統在所述冷卻模式下運行並且所述室外溫度高時，所述 閥處於所述關閉狀態。
優選地，所述閥基於室外環境條件而在所述第一狀態和所述第二狀態之間移動。
優選地，所述閥是電磁閥。
優選地，所述熱泵系統還包括布置在所述閥與所述第一熱交換器和所述第二熱交 換器中的一個的入口之間的毛細管。
優選地，所述熱泵系統還包括在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器中的一個 與所述膨脹箱的入口之間延伸的第二管道。
優選地，所述第二管道將所述膨脹箱的入口與所述第一管道流體連接，以選擇性 地從所述第一熱交換器和所述第二熱交換器中的一個輸送製冷劑到所述膨脹箱。
優選地，當所述閥處於所述關閉狀態時，來自所述第一熱交換器和所述第二熱交 換器中的所述一個的所有製冷劑經由所述第二管道被輸送到所述膨脹箱。
優選地，當所述閥處於所述打開狀態時，製冷劑經由所述第二管道流到所述膨脹 箱中並沿著所述第一管道流過所述閥。
優選地，當所述閥處於所述關閉狀態時，來自所述第一熱交換器和所述第二熱交 換器中的所述一個的所有製冷劑被輸送到所述膨脹箱。
優選地，當所述閥處於所述打開狀態時，所述製冷劑流到所述膨脹箱中並沿著所 述第一管道流過所述閥。
—種使製冷劑在包括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 的熱泵系統中的蒸氣注射系統，包括膨脹箱；第一管道，所述第一管道將所述膨脹箱的入 口與所述第一熱交換器和所述第二熱交換器流體連接，並能夠操作成將製冷劑從所述第一 熱交換器和所述第二熱交換器中的至少一個輸送到所述膨脹箱；以及第二管道，所述第二 管道在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間延伸，並能夠操作成選擇性地將製冷劑 從所述第一熱交換器和所述第二熱交換器中的一個輸送到所述第一熱交換器和所述第二 熱交換器中的另一個，從而至少部分地旁通所述膨脹箱。
優選地，所述蒸氣注射系統還包括與所述第二管道相關的閥，所述閥能夠在關閉狀態和打開狀態之間操作，所述關閉狀態阻止經過所述閥並沿著所述第二管道在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間的流動，所述打開狀態允許經過所述閥並沿著所述第二管道在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間的流動。優選地，所述閥基於室外環境條件而在所述第一狀態和所述第二狀態之間移動。優選地，所述閥是電磁閥。優選地，所述蒸氣注射系統還包括布置在所述閥與所述第一熱交換器和所述第二熱交換器中的一個的入口之間的毛細管。優選地，當所述閥處於所述關閉狀態時，來自所述第一熱交換器和所述第二熱交換器中的一個的所有製冷劑經由所述第一管道被輸送到所述膨脹箱。優選地，當所述閥處於所述打開狀態時，製冷劑經由所述第一管道流到所述膨脹箱中並沿著所述第二管道流過所述閥。優選地，當所述熱泵系統在加熱模式下運行並且室外溫度高時，所述閥處於所述打開狀態，並且當所述熱泵系統在所述加熱模式下運行並且所述室外溫度低時，所述閥處於所述關閉狀態。優選地，當所述熱泵系統在冷卻模式下運行並且室外溫度低時，所述閥處於所述打開狀態，並且當所述熱泵系統在所述冷卻模式下運行並且所述室外溫度高時，所述閥處於所述關閉狀態。優選地，當所述熱泵系統在加熱模式下運行時，所述閥能夠在所述第一狀態和所述第二狀態下操作。優選地，當所述熱泵系統在冷卻模式下運行時，所述閥能夠在所述第一狀態和所述第二狀態下操作。從以下的詳細描述中，本發明的其它應用領域會更加明顯。應當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於限制本發明的範圍。


從詳細的描述和附圖中本發明會變得更加能夠完全理解，其中圖1是根據本發明的原理的熱泵系統的示意圖；圖2是表示為HEAT模式的圖1中的熱泵系統的示意圖；圖3是表示為COOL模式的圖1中的熱泵系統的示意圖；圖4是與熱泵系統一起使用的根據本發明的原理的蒸氣注射系統的示意圖；圖5是與熱泵系統一起使用的根據本發明的原理的蒸氣注射系統的示意圖；以及圖6是與熱泵系統一起使用的根據本發明的原理的蒸氣注射系統的示意圖。
具體實施例方式下列描述本身僅僅是示例性的，而絕不是用於限制本發明、應用或使用。蒸氣注射可以用在空調、冷卻器、製冷和熱泵系統中以便提高系統的能力和效率。蒸氣注射系統可以包括用於使供給壓縮機的製冷劑蒸發並使供給熱交換器的製冷劑過冷的膨脹箱。蒸氣注射可以用於熱泵系統中，該熱泵系統能夠給商業和住宅樓提供加熱和冷卻，以便提聞加熱和冷卻之一或兩者的能力和效率。
由於一些原因，膨脹箱可以用在冷卻器應用中以便給水提供冷卻效果，用在製冷 系統中以便冷卻陳列櫃或冰箱的內部空間，以及用在空調系統中以便影響房間或樓的溫 度。熱泵系統可以包括冷卻循環和加熱循環，而冷卻器、製冷和空調系統通常只包括冷卻循 環。但是，提供加熱和冷卻循環的熱泵冷卻器在世界的一些區域是標準規範。各系統利用 製冷劑以便通過製冷循環產生所需的冷卻或加熱效果。
對於空調應用，採用製冷循環來降低要被冷卻的新的空間(通常是房間或樓)的 溫度。對於該應用，通常採用風扇或吹風機來迫使周圍空氣與蒸發器形成更快的接觸以便 增加熱交換並冷卻周圍環境。
對於冷卻器應用，製冷循環冷卻或冷凍水流。當在HEAT模式下操作時，熱泵冷卻 器利用製冷循環加熱水流。不是採用風扇或吹風機，而是製冷劑保留在熱交換器的一側同 時循環的水或鹽水提供用於蒸發的熱源。在HEAT模式中，熱泵冷卻器通常採用周圍空氣 來作為用於蒸發的熱源，但是也可以採用其它源，例如地下水，或採用從大地吸熱的熱交換 器。這樣，當在COOL模式下熱量由水傳送到製冷劑中以及在HEAT模式下熱量由製冷劑傳 送到水中時，熱交換器冷卻或加熱流經該熱交換器的水。
在製冷系統中，例如冰箱或冷藏陳列櫃，熱交換器冷卻裝置的內部空間，冷凝器排 出吸收的熱量。通常使用風扇或吹風機來迫使裝置內部空間中的空氣與蒸發器形成更快的 接觸，以便增加熱交換並冷卻內部空間。
在熱泵系統中，製冷循環用於加熱和冷卻。熱泵系統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或住宅樓的房間或內部空間。熱泵也可以是具 有「室外」和「室內」部分組合在一個框架中的整體結構。
如前所述，製冷循環可應用於空調、冷卻器、熱泵冷卻器、製冷和熱泵系統。儘管各 系統具有獨特的部件，蒸氣注射可以用來提高系統能力和效率。即，在各系統中，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製冷劑並將一部分液體製冷劑 轉化為蒸氣的膨脹箱。該氣化的製冷劑的壓力比離開蒸發器的氣化的製冷劑的壓力高得 多，而比離開壓縮機的出口製冷劑流的壓力要低。因此，來自膨脹箱的加壓的製冷劑使得壓 縮機可以將該加壓的製冷劑壓縮到正常的出口壓力，同時使該加壓的製冷劑只流經壓縮機 的一部分。另外，在膨脹箱中的過冷製冷劑對於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，當將該液體供給熱交換器時，可以從周圍環 境中吸收更多的熱量，從而增加了加熱或製冷循環的整體性能。下面參考附圖提供更多的 特定實例，但是本領域技術人員應當認識到儘管本申請所述的實例包括空氣調節和加熱， 本發明也可用於其它系統，關於特定類型的系統所述的特定部件也同樣可用於其它類型的 系統。
參考圖1，設有熱泵系統10，該熱泵系統包括第一熱交換器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20流體連通，以便製冷劑可以在之間流通。製冷劑 在渦旋壓縮機16的壓力下循環通過該系統10，並且在第一熱交換器12和第二熱交換器14 之間流通以便排出和吸收熱量。可以理解，第一熱交換器12或第二熱交換器14是排出還 是接受熱量取決於該熱泵系統10是設定為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和第一風機24，第一風機24由馬達26驅動，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和風機24的保護殼體，以便風機24吸入周圍空氣經過盤管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。儘管公開了風機24，應當理解在冷卻器應用中，熱量從水流直接傳送到製冷劑中，這樣，可以排除風機24的需要。儘管已經描述第一熱交換器12包括風機24以吸入周圍空氣經過盤管22，應當理解從盤管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過盤管22周圍)都被認為在本發明的範圍內。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驅動的第二風機30，該馬達可以是單速、雙速或變速馬達。將第二風機30和盤管28包在箱體中以便風機30迫使周圍的室內空氣以由變速馬達32的速度確定的速度經過第二盤管28。經過盤管28的空氣流引起在周圍環境和盤管28之間的熱交換。在這方面，盤管28和第二風機30 —起選擇地升高或降低環境的溫度。另外，儘管公開了風機30，應當理解在冷卻器應用中，熱量由水流直接傳送到製冷劑中，這樣可以排除對風機30的需要。而且，儘管公開的第二熱交換器14包括風機30以便吸入周圍空氣經過盤管28，應當理解從盤管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過盤管28周圍)都被認為在本發明的範圍內。是否需要風機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於第一和第二熱交換器12，14的應用。例如，如果第一熱交換器在製冷系統中用作冷凝器，優選的是將盤管22埋在地下而不是採用風機24。但是，在該系統中，當第二熱交換器14用作蒸發器時，將第二熱交換器14埋在地下而不是採用風機30則不是優選的，而由此傾向於採用風機30來使空氣流通過盤管28以便冷卻冰箱或製冷櫃(未示)的內部空間。通過簡單地由四通換向閥34轉換第二盤管28和第一盤管22的功能，將熱泵系統10用於冷卻和加熱。具體地說，當四通閥34設為COOL模式時，第二盤管28作為蒸發器盤管而第一盤管22作為冷凝器盤管。相反，當四通閥34轉變為HEAT模式(交替的位置)時，盤管22，28的功能轉換，即，第二盤管28作為冷凝器而第一盤管22作為蒸發器。當第二盤管28作為蒸發器時，移動通過第二盤管28的液體製冷劑從周圍室內環境吸收熱量。所述在第二盤管28和液體製冷劑之間的熱傳遞冷卻周圍的室內空氣。相反，當第二盤管28用作冷凝器時，通過第二盤管28從氣化的製冷劑中排出熱量，從而加熱周圍室內空氣。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10加壓以便使製冷劑在整個系統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，以便加壓的製冷劑可以經由四通閥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吸入製冷劑用於壓縮。渦旋壓縮機16在吸入口 36接收來自儲罐18的製冷劑，該儲罐18經由管道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接收製冷劑用於渦旋壓縮機16的壓縮。儲罐18儲存從第一和第二盤管22，28接收的低壓製冷劑並保護壓縮機16免於接收液態製冷劑。蒸氣注射口 40經由管道58和蒸氣注射系統20流體連接並從該蒸氣注射系統20接收加壓的製冷劑。止回閥60可以設置在通常位於蒸氣注射口 40和蒸氣注射系統20之間的管道58上，以防止製冷劑從蒸氣注射口 40流到蒸氣注射系統20中。
蒸氣注射系統20產生加壓的蒸氣，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產生的壓力要低。當該加壓的蒸氣達到升高的壓力水平 後，蒸氣注射系統20可以將加壓的製冷劑經由蒸氣注射口 40傳送到渦旋壓縮機16中。通 過將加壓的蒸氣製冷劑傳送到渦旋壓縮機16中，提高了系統的能力和效率。當室外溫度和 所需室內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會更加顯 著。
參考圖1，所示蒸氣注射系統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。應當理解儘管各膨脹裝置64，65，66，67，68將被 描述並表示為毛細管，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。儘管此後所述控制閥69，71為電磁閥，應當理 解能夠選擇地限制來自毛細管64，66的製冷劑的任何控制閥都認為在本發明的範圍內。
膨脹箱62包括入口 70、蒸氣出口 72和過冷液體出口 74，各口和內部容積76流體 連接。入口 70經由管道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10的操作。所述熱泵系統10包括COOL模式 和HEAT模式，蒸氣注射系統20在HEAT模式過程中提供中間壓力蒸氣和過冷液體製冷劑而 在COOL模式下被旁通。應當理解，儘管此後所述和如圖所示的蒸氣注射系統20在COOL模 式下被旁通，通過簡單轉換第一和第二熱交換器12，14的功能，該蒸氣注射系統20可選擇 地在HEAT模式下被旁通，以及由此通過系統10的製冷劑流被旁通。
當熱泵系統10設為COOL模式(圖3)時，蒸氣注射系統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供給過冷液體製冷劑。
在COOL模式下，渦旋壓縮機16在儲罐18上產生吸力以便將氣化的製冷劑吸入到 渦旋壓縮機16中。一旦充分壓縮蒸氣，高壓製冷劑就經由排出口 38和管道42從渦旋壓縮 機16排出。四通閥34經由管道84將加壓的製冷劑引導到第一熱交換器12中。一旦製冷 劑到達第一盤管22，由於在室外空氣、盤管22和由渦旋壓縮機16產生的壓力之間的相互作 用，製冷劑釋放儲存的熱量。當製冷劑釋放了足夠的熱量後，製冷劑從氣相或氣化相轉變為 液相。
當製冷劑從氣相轉變為液相時，製冷劑經由管道80從第一盤管22移動到第二盤 管28。止回閥86沿著管道82布置以便防止液體製冷劑在出口 74處進入膨脹箱62。由於 來自第一盤管22的液體製冷劑比過冷液體製冷劑的壓力高，來自膨脹箱62的過冷液體制 冷劑不與來自第一盤管22的液體製冷劑混合。
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 於移動的液體製冷劑和毛細管68內壁的相互作用，毛細管68降低了液體製冷劑的壓力。該 液體製冷劑的較低壓力使得製冷劑在到達第二熱交換器14之前膨脹並開始轉變回氣相。
由於膨脹箱62的壓力比離開毛細管68的製冷劑的壓力高，低壓製冷劑不進入膨 脹箱62。因此，當系統10設為COOL模式時，製冷劑旁通過膨脹箱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模式期間製冷劑不進入膨脹箱62，所以在膨脹箱62內不收集過冷液體製冷劑。因此，在COOL模式期間，第二熱交換器14不接收過冷液體製冷劑。當液體製冷劑到達第二熱交換器14時，該液體製冷劑進入第二盤管28以便完成從液相到氣相的轉變。液體製冷劑在低壓下(由於和毛細管68的相互作用，如前所述)進入第二盤管28並從周圍環境中吸收熱量。當風機30使空氣經過第二盤管28時，製冷劑吸收熱量並完成相變，從而冷卻經過第二盤管28的空氣，並由此冷卻周圍環境。一旦製冷劑到達第二盤管28的端部，製冷劑就處於低壓氣態。這裡，渦旋壓縮機16的吸力使得製冷劑經由管道88和四通閥34返回到儲罐18中。當熱泵系統10設為HEAT模式(圖2)時，蒸氣注射系統20給渦旋壓縮機16的蒸氣注射口 40提供中間壓力的蒸氣並給第一熱交換器22提供過冷液體製冷劑。在HEAT模式下，渦旋壓縮機16對儲罐18產生吸力以便將氣化的製冷劑吸入到渦旋壓縮機16中。一旦給蒸氣充分加壓，高壓製冷劑就經由排出口 38和管道42從渦旋壓縮機16中排出。四通閥34將加壓的製冷劑經由管道88引導到第二熱交換器14中。當製冷劑達到第二盤管28時，由於內部空氣、盤管28和由渦旋壓縮機16產生的壓力之間的相互作用，製冷劑釋放出儲存的熱量並由此加熱周圍區域。當製冷劑釋放出足夠的熱量時，製冷劑從氣相或氣化相轉變為液相。一旦製冷劑進行從氣體到液體的相變，製冷劑就從第二盤管28經由管道80，78和79移動到第一盤管22中。液體製冷劑首先沿著管道80運動直到到達止回閥90。止回閥90限制液體製冷劑沿著管道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使得液體製冷劑流入管道78，79並遇到電磁閥69和毛細管65。如果電磁閥69處於打開狀態，製冷劑還會遇到毛細管64。當室外環境條件較高時(即當室內需要較少的熱量時)，將電磁閥69觸發到打開狀態以使得製冷劑遇到毛細管64。當室外環境條件較高時，由於允許製冷劑流經兩個毛細管64，65，更多的製冷劑進入膨脹箱62。允許流經兩個毛細管64，65降低了流動的阻力並因此增加了製冷劑的壓力。增加製冷劑的壓力降低了系統10的加熱能力並且也防止了較低的蒸發器溫度條件以及在第一熱交換器22上結霜。當室外環境條件較低時關閉電磁閥69，從而引導所有的製冷劑通過毛細管65並旁通過毛細管64。旁通過毛細管64增加了流動阻力並因此降低了製冷劑的壓力。降低製冷劑的壓力增加了系統10的加熱能力並且因此在較低的室外環境條件下是有用的。應當注意在COOL模式中採用蒸氣注射系統20並在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統的系統中，當室外環境條件較低時(即當室內需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥69。相反，在該系統中，當室外環境條件較高時(即當室內需要較多的冷卻效果時)關閉電磁閥69。在製冷劑於入口 70處進入膨脹箱62之前，毛細管64，65使來自第二盤管28的製冷劑膨脹。製冷劑的膨脹使得製冷劑開始從液相轉變為氣相。當液體製冷劑流過入口 70時，開始填充膨脹箱62的內部容積76。當膨脹箱62的容積被充滿時，進入的液體製冷劑使得固定的內部容積76開始加壓。一旦液體製冷劑到達膨脹箱62，液體釋放熱量使得一些液體製冷劑蒸發而一些液體製冷劑進入過冷狀態。此時，膨脹箱62具有氣化的製冷劑和過冷的液體製冷劑的混合。該氣化的製冷劑的壓力比離開第一和第二盤管22，28的氣化的製冷劑的壓力要高，但是比離開渦旋壓縮機16的排出口 38的氣化的製冷劑的壓力要低。氣化的製冷劑經由蒸氣出口 72離開膨脹箱62並供入渦旋壓縮機16的蒸氣注射口 40。加壓的蒸氣製冷劑使得渦旋壓縮機16可以以所需的輸出壓力傳送出口製冷劑流，從而提聞系統10的整體效率。過冷的液體製冷劑經由出口 74排出膨脹箱62並經由管道82，83，80到達第一熱交換器12。過冷的液體製冷劑離開出口 74並遇到電磁閥71和毛細管67。毛細管67使液體製冷劑在到達第一盤管22之前膨脹以便提高製冷劑從外部吸取熱量的能力。如果電磁閥71處於打開狀態，製冷劑還遇到毛細管66。當室外環境條件較高時(即當室內需要較少的熱量時)，將電磁閥71觸發到打開狀態以便使得製冷劑遇到毛細管66。當室外環境條件較高時，由於允許製冷劑流過兩個毛細管66，67，更多的製冷劑離開膨脹箱62。使得流過兩個毛細管66，67降低了流動阻力並由此增加了製冷劑的壓力。增加製冷劑的壓力降低了系統10的加熱能力並且也防止了較低的蒸發器溫度條件以及在第一熱交換器22上的結霜。當室外環境條件較低時關閉電磁閥71，從而引導所有的製冷劑經過毛細管67並旁通過毛細管66。旁通過毛細管66增加了流動阻力並因此降低了製冷劑的壓力。降低製冷劑的壓力增加了系統10的加熱能力並且因此在較低的室外環境條件下是有用的。應當注意在COOL模式中採用蒸氣注射系統20並在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統的系統中，當室外環境條件較低時(即當室內需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥71。相反，在該系統中，當室外環境條件較高時(即當室內需要較多的冷卻效果時)關閉電磁閥71。電磁閥69，71可以用來給熱泵系統提供四種組合以便根據環境條件來調整熱泵系統10的能力。例如，電磁閥69可以處於關閉狀態同時電磁閥71處於打開狀態、電磁閥69可以處於打開狀態同時電磁閥71處於關閉狀態、電磁閥69，71都處於打開狀態、以及電磁閥69，71都處於關閉狀態。上述四種閥組合給熱泵系統10提供了根據室外環境條件來優化毛細管節流的能力。如上所述，熱泵系統10包括一對電磁閥69，71。但是，應當理解熱泵系統10可選擇地包括單個電磁閥(即電磁閥69或電磁閥71)以便使系統的複雜程度最小化。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10給熱泵系統提供了兩種組合以便根據環境條件來調整熱泵系統10的能力。一旦製冷劑經由第一盤管22從外部吸收熱量，製冷劑就再次返回到氣體階段並經由管道84和四通閥34返回儲罐18以便開始再次循環。參見圖4，設有蒸氣注射系統20a，該蒸氣注射系統20a可以替代如圖1_3所示的蒸氣注射系統20。由於蒸氣注射系統20的相關部件相對於蒸氣注射系統20a在結構和功能上基本類似，在下文及附圖中採用相同的參考標號來指代相同的部件，而包含字母擴展(letter extensions)的參考標號用來指代變化的部件。蒸氣注射系統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在製冷劑進入膨脹箱62之前使製冷劑膨脹以有助於蒸發，同時毛細管67使過冷的液體製冷劑膨脹以提高製冷劑在第一熱交換器22中吸收熱量的能力。蒸氣注射系統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。當電磁閥69a處於打開狀態時，電磁閥69a使得製冷劑遇到毛細管64a以便一部分製冷劑旁通過膨脹箱62。當室外環境條件較高時(即當室內需要較少的熱量時)，將電磁閥69a觸發到打開狀態。當室外環境條件較高時，將製冷劑引導通過毛細管65進入膨脹箱62並通過毛細管64a。離開毛細管65的製冷劑在進入膨脹箱62之前通過毛細管65膨脹。一旦製冷劑處於膨脹箱62中，該製冷劑就分離成過冷的液體製冷劑和中間壓力的蒸氣並被用來增加系統的能力，如前所述。離開毛細管64a的製冷劑同樣膨脹並通過管道直接進入第一熱交換器22的入口。製冷劑旁通過膨脹箱62並通過管道直接進入第一熱交換器22。允許製冷劑流過兩個毛細管64a，65降低了由膨脹箱62接收的製冷劑的量並增加了製冷劑的壓力，從而降低了系統的加熱能力。當環境條件較高時(即當需要額外的能力時)，系統加熱能力的減小降低了液體溢回和在第一盤管22上結霜的可能性。當室外環境條件較低時，關閉電磁閥69a以便引導所有的製冷劑經過毛細管65並進入膨脹箱62。將所有的製冷劑引導到膨脹箱62中增加了到達膨脹箱62中的製冷劑的量並降低了製冷劑的壓力，由於更多的中間蒸氣達到壓縮機16且更多的過冷液體製冷劑到達第一盤管22，從而增加了系統加熱的整體能力。應當注意在COOL模式中採用蒸氣注射系統20a並在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統的系統中，當室外環境條件較低時(即當室內需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥69a以便降低熱泵系統的冷卻能力。相反，在該系統中，當室外環境條件較高時(即當室內需要較多的冷卻效果時)關閉電磁閥69a以便增加熱泵系統的冷卻能力。參見圖5，設有蒸氣注射系統20b，該蒸氣注射系統20b可以替代如圖1-3所示的蒸氣注射系統20。由於蒸氣注射系統20的相關部件相對於蒸氣注射系統20b在結構和功能上基本類似，在下文及附圖中採用相同的參考標號來指代相同的部件，而包含字母擴展的參考標號用來指代變化的部件。蒸氣注射系統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。經過毛細管65的製冷劑在進入膨脹箱62之前膨脹以便有助於蒸發，而流經毛細管66，67的製冷劑膨脹以便開始從液體轉變為蒸氣從而有助於製冷劑在第一熱交換器22處吸收熱量的能力。蒸氣注射系統20b提供兩種操作模式。第一，當室外環境條件較高時(即當室內需要較少的熱量時)，可以將電磁閥71觸發到打開狀態以使得製冷劑遇到毛細管66。當允許製冷劑遇到毛細管66時，製冷劑在到達第一熱交換器22之前流過管道82，83並進入管道80。通過使得製冷劑流過兩個毛細管66，67，增加了製冷劑的壓力且較多量的製冷劑到達第一熱交換器22。製冷劑的升高的壓力降低了系統的加熱能力。第二，當室外環境條件較低時(即當室內需要更多的熱量時)，可以將電磁閥71觸發到關閉狀態以便限制製冷劑到達毛細管66。通過限制製冷劑流過毛細管66，降低了製冷劑的壓力且增加了系統的加熱能力。因此，在打開和關閉狀態之間控制電磁閥71給蒸氣注射系統20b提供了適應波動的室外環境條件的能力。另外，應當注意在COOL模式中採用蒸氣注射系統20b並在HEAT模式中旁通蒸氣注射系統20b的系統中，當室外環境條件較低時(即當室內需要較少的冷卻效果時)打開電磁閥71以降低熱泵系統的冷卻能力。相反，在該系統中，當室外環境條件較高時(即當室內需要較多的冷卻效果時)關閉電磁閥71以增加熱泵系統的冷卻能力。參見圖6,設有蒸氣注射系統20c,該蒸氣注射系統20c可以替代如圖1_3所不的蒸氣注射系統20。由於蒸氣注射系統20的相關部件相對於蒸氣注射系統20c在結構和功能上基本類似，在下文及附圖中採用相同的參考標號來指代相同的部件，而包含字母擴展的參考標號用來指代變化的部件。蒸氣注射系統20c包括布置在膨脹箱62的入口 70附件的毛細管65。經過毛細管65的製冷劑在進入膨脹箱62之前膨脹以便有助於蒸發。另外，蒸氣注射系統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節流出膨脹箱62的製冷劑流量。儘管公開了電子膨脹閥71c，應當理解或者可以採用任何能夠調節流量的閥，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製冷劑的量來控制向壓縮機16中的蒸氣注入。當電子膨脹閥71c完全關閉時(即百分之零的開度)，不允許過冷液體製冷劑排出膨脹箱62，這樣，膨脹箱62在入口 70處不能接收製冷劑流入。在這樣的條件下，製冷劑在膨脹箱62內不膨脹並因此不能被壓縮機16使用。當電子膨脹閥71c在完全打開的狀態時(即百分之百的開度)，允許過冷製冷劑在出口 74處離開膨脹箱62並流入第一熱交換器22。當允許過冷液體製冷劑離開膨脹箱62時，允許製冷劑在入口 70處進入膨脹箱62並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，蒸氣注射系統20c可以用來控制系統的加熱能力。當室外環境條件較低從而需要額外的加熱時，將電子膨脹閥71c驅動到減少製冷劑流量的位置(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的製冷劑流量降低了製冷劑的壓力並因此增加了系統的加熱能力。相反，當室外環境條件較高從而不需要額外的加熱時，打開電子膨脹閥71c以便使得更多的製冷劑流過出口 74並增加製冷劑的壓力。增加製冷劑的壓力減小了系統的加熱能力。應當注意在當COOL模式時採用蒸氣注射系統20c而當HEAT模式時旁通蒸氣注射系統20c的系統中，當室外環境條件較低時(即當室內需要較小的冷卻效果時)打開電子膨脹閥71c以便降低熱泵系統的冷卻能力。類似地，在該系統中，當室外環境條件較高時(即當室內需要較大的冷卻效果時)部分關閉電子膨脹閥71c以便增加熱泵系統的冷卻能力。各蒸氣注射系統20，20a，20b，20c可以用來調節流過膨脹箱62的製冷劑，以便根據室外環境條件來調整熱泵系統10的加熱能力。類似地，各蒸氣注射系統20，20a，20b，20c可以用來調節流過膨脹箱62的製冷劑，以便當在HEAT模式下旁通膨脹箱62時，可以根據室外環境條件來調整熱泵系統10的冷卻能力。本發明的描述本身只是示例性的，因此不偏離本發明的主旨的變化屬於本發明的範圍內。不認為這種變化偏離了本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種熱泵系統，包括壓縮機；與所述壓縮機流體連通的第一熱交換器；與所述第一熱交換器和所述壓縮機流體連通的第二熱交換器；與所述第一熱交換器和所述第二熱交換器流體連接的膨脹箱；在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間延伸的第一管道；以及與所述第一管道相關的閥，所述閥能夠在打開狀態下操作，以允許沿著所述第一管道在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間的流動，從而至少部分地旁通所述膨脹箱， 並且所述閥能夠在關閉狀態下操作，以阻止沿著所述第一管道在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間的流動，從而將流動引導到所述膨脹箱中。
2.根據權利要求1所述的熱泵系統，其中所述熱泵系統能夠在加熱模式和冷卻模式下運行。
3.根據權利要求2所述的熱泵系統，其中當所述熱泵系統處於所述加熱模式時，所述閥能夠在所述第一狀態和所述第二狀態下操作。
4.根據權利要求2所述的熱泵系統，其中當所述熱泵系統處於所述冷卻模式時，所述閥能夠在所述第一狀態和所述第二狀態下操作。
5.根據權利要求2所述的熱泵系統，其中當所述熱泵系統在所述加熱模式下運行並且室外溫度高時，所述閥處於所述打開狀態，並且當所述熱泵系統在所述加熱模式下運行並且所述室外溫度低時，所述閥處於所述關閉狀態。
6.根據權利要求2所述的熱泵系統，其中當所述熱泵系統在所述冷卻模式下運行並且室外溫度低時，所述閥處於所述打開狀態，並且當所述熱泵系統在所述冷卻模式下運行並且所述室外溫度高時，所述閥處於所述關閉狀態。
7.根據權利要求1所述的熱泵系統，其中所述閥基於室外環境條件而在所述第一狀態和所述第二狀態之間移動。
8.根據權利要求1所述的熱泵系統，其中所述閥是電磁閥。
9.根據權利要求1所述的熱泵系統，還包括布置在所述閥與所述第一熱交換器和所述第二熱交換器中的一個的入口之間的毛細管。
10.根據權利要求1所述的熱泵系統，還包括在所述第一熱交換器和所述第二熱交換器中的一個與所述膨脹箱的入口之間延伸的第二管道。
全文摘要
本發明致力於一種熱泵系統，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製冷劑通向所述第一毛細管。
文檔編號F25B41/06GK102997500SQ20121022715
公開日2013年3月27日 申請日期2006年6月14日 優先權日2005年8月22日
發明者胡文威, 張立毅 申請人:艾默生環境優化技術有限公司