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CN101688697B - 具有双节能器回路的制冷剂蒸汽压缩系统 - Google Patents

具有双节能器回路的制冷剂蒸汽压缩系统 Download PDF

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CN101688697B CN2007800534882A CN200780053488A CN101688697B CN 101688697 B CN101688697 B CN 101688697B CN 2007800534882 A CN2007800534882 A CN 2007800534882A CN 200780053488 A CN200780053488 A CN 200780053488A CN 101688697 B CN101688697 B CN 101688697B
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Abstract

一种制冷剂蒸汽压缩系统，包括设置在制冷剂回路中介于制冷剂排热热交换器与制冷剂吸热热交换器之间的构成串行制冷剂流关系的闪蒸罐节能器和制冷剂-制冷剂热交换器节能器。设置在制冷剂回路中与制冷剂吸热热交换器工作性联接并位于其上游的主膨胀阀以及设置在制冷剂回路中与闪蒸罐节能器工作性联接并位于其上游的节能器膨胀阀提供两步膨胀过程以膨胀从制冷剂排热热交换器流至制冷剂吸热热交换器的制冷剂回路中的制冷剂。

Description

具有双节能器回路的制冷剂蒸汽压缩系统
技术领域
本发明总体上涉及制冷剂蒸汽压缩系统，更具体地涉及对工作在亚临界循环或跨临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统的效率和容量的同时改进。
背景技术
制冷剂蒸汽压缩系统为本领域公知，通常用于对将输送给住宅、办公楼、医院、学校、饭店或其他建筑内的气候受控舒适区域的空气进行调节。制冷剂蒸汽压缩系统通常也用于对输送给陈列箱、市场、冷冻柜、冷藏室或其他商业场所中的易腐/冷冻产品储藏区域的空气进行冷却。
制冷剂蒸汽压缩系统通常还用在运输制冷系统中以便对输送给用于通过卡车、拖车、船或联合运输系统来运输易腐/冷冻货物的卡车、拖车、集装箱或类似物的温度受控的货舱的空气进行冷却。与运输制冷系统联合使用的制冷剂蒸汽压缩系统通常由于大范围的工作负载条件和大范围的户外环境条件而面临更严厉的工作环境，制冷剂蒸汽压缩系统必须在这些条件下工作以便将货舱中的产品维持在预期温度下。需要控制货物处于预期温度下，该预期温度也可根据要被保藏的货物的性质而在大范围内变化。制冷剂蒸汽压缩系统不仅要有足够容量以使在环境温度下载入货舱的产品的温度快速下降，还要在运输期间维持稳定的产品温度时有效地工作在低负载下。此外，运输制冷剂蒸汽压缩系统面临固定制冷剂蒸汽压缩系统不会经历的振动和移动。
传统上，这些制冷剂蒸汽压缩系统中的大多数工作在亚临界制冷剂压力下并且通常包括压缩机、冷凝器、蒸发器以及膨胀装置，膨胀装置通常为相对于制冷剂流而位于蒸发器上游和冷凝器下游的膨胀阀。这些基本的制冷剂系统元件通过制冷剂管线彼此连成封闭的制冷剂回路，该封闭的制冷剂回路根据已知的制冷剂蒸汽压缩循环设置并工作在所使用的特定制冷剂的亚临界压力范围内。工作在亚临界范围内的制冷剂蒸汽压缩系统通常填充有碳氟化合物制冷剂，例如但不限于例如为R22的氟氯烃(HCFC)以及更常用的例如为R134a、R410A、R404A和R407C的氢氟烃(HFC)。
在当今市场中，更倾向于在空调和运输制冷系统中使用例如二氧化碳的“天然”制冷剂来取代HFC制冷剂。但是，由于二氧化碳的临界温度低，多数填充有二氧化碳作为制冷剂的制冷剂蒸汽压缩系统被设计为工作在跨临界压力区域。在工作于亚临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统中，冷凝器和蒸发器的热交换器均工作在制冷剂临界点以下的制冷剂温度和压力下。但是，在工作于跨临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统中，作为气体冷却器而不是冷凝器的排热热交换器则工作在超出制冷剂临界点的制冷剂温度和压力下，而蒸发器工作在亚临界范围内的制冷剂温度和压力下。因此，对于工作在跨临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统，气体冷却器内的制冷剂压力与蒸发器内的制冷剂压力之间的差实质上特征性地大于工作在亚临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统的冷凝器内的制冷剂压力与蒸发器内的制冷剂压力之间的差。
将节能器结合至制冷剂回路以增大制冷剂蒸发压缩系统的容量也是公知常识。例如在一些系统中，制冷剂-制冷剂热交换器被结合至制冷剂回路作为节能器。离开冷凝器的制冷剂的第一部分穿过热交换器的第一通道，该热交换器的第一通道与穿过热交换器的第二通道的制冷剂的第二部分交换热量。制冷剂的第二部分通常由离开冷凝器的一部分制冷剂构成，该部分制冷剂转向通过膨胀装置，制冷剂的该部分在穿过节能器制冷剂-制冷剂热交换器的第二通道之前在膨胀装置中膨胀成更低压和更低温的蒸汽或气/液混合制冷剂。在穿过节能器热交换器的第二通道之后，制冷剂的第二部分从此进入压缩过程的中间压力转变。主制冷剂回路中的制冷剂穿过制冷剂-制冷剂节能器热交换器的第一通道并因此在其先于进入蒸发器而穿过系统主膨胀装置之前被进一步冷却。美国专利No.6058729公开了一种用于运输制冷装置的亚临界制冷剂蒸汽压缩系统，其具有作为节能器结合至制冷剂回路的制冷剂-制冷剂热交换器。
在一些系统中，闪蒸罐节能器在冷凝器和蒸发器之间连接至制冷剂回路。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例如恒温膨胀阀或电子膨胀阀的膨胀装置被膨胀，在闪蒸罐中膨胀后的制冷剂分离为液体制冷剂组分和蒸汽制冷剂组分。制冷剂的蒸汽组分在此从闪蒸罐进入压缩过程的中间压力级。制冷剂的液体组分则从闪蒸罐在进入蒸发器之前通过系统的主膨胀阀。美国专利No.5174123公开了一种亚临界蒸汽压缩系统，其包括在冷凝器和蒸发器之间结合到制冷剂回路中的闪蒸罐节能器。
在常规的亚临界制冷剂蒸汽压缩系统中，从冷凝器穿行至蒸发器的制冷剂的膨胀通常为单步骤过程，在该过程中制冷剂在进入蒸发器之前从冷凝器通过通常为恒温膨胀阀、电子膨胀阀或固定节流孔装置的单个膨胀装置穿行至蒸发器。美国专利No.6694750公开了一种亚临界制冷系统，其包括在冷凝器和蒸发器之间串行布置在制冷剂回路中的第一制冷剂-制冷剂热交换器节能器和第二制冷剂-制冷剂热交换器节能器。穿过主制冷剂回路从冷凝器穿行至蒸发器的制冷剂在先于进入蒸发器而穿过主制冷剂回路的单个蒸发器膨胀装置之前串行穿过第一制冷剂-制冷剂热交换器的第一通道并从此穿过第二制冷剂-制冷剂热交换器的第一通道。穿过冷凝器的制冷剂的第二部分从主制冷剂回路分流并穿过辅助膨胀阀并从此在将被注入至压缩过程的高压阶段之前穿过第一制冷剂-制冷剂热交换器的第二通道。穿过冷凝器的制冷剂的第三部分从主制冷剂回路分流并穿过另一辅助膨胀阀并从此在被注入至压缩过程的低压阶段之前穿过第二制冷剂-制冷剂热交换器的第二通道。
美国专利No.6385980公开了一种跨临界制冷剂蒸汽压缩系统，其具有在气体冷却器和蒸发器之间结合到制冷剂回路中的闪蒸罐节能器。但是，在跨临界制冷剂蒸汽压缩系统中，在单步骤膨胀过程中将制冷剂从气体冷却器工作的超临界压力膨胀至蒸发器工作的亚临界压力可能会由于气体冷却器压力和蒸发器压力之间的大压差而导致系统效率较低和压缩机过热。
发明内容
一种制冷剂蒸汽压缩系统，包括设置在制冷剂回路中介于制冷剂排热热交换器和制冷剂吸热热交换器之间的构成串行制冷剂流关系的制冷剂-制冷剂热交换器节能器和闪蒸罐节能器。设置在制冷剂回路中与制冷剂吸热热交换器工作性联接并位于其上游的主膨胀阀以及设置在制冷剂回路中与闪蒸罐节能器工作性联接并位于其上游的第二膨胀阀提供两步膨胀过程以膨胀从制冷剂排热热交换器穿过制冷剂回路至制冷剂吸热热交换器的制冷剂。
本发明涉及一种制冷剂蒸汽压缩系统，包括：
制冷剂回路，其包括制冷剂压缩装置、用于传输从所述制冷剂压缩装置接收的与冷却介质构成热交换关系的处于高压的制冷剂的制冷剂冷却热交换器、用于传输与加热介质构成热交换关系的处于低压的制冷剂的制冷剂加热热交换器、以及设置在制冷剂回路中位于所述制冷剂冷却热交换器下游且位于所述制冷剂加热热交换器上游的主膨胀装置；
所述制冷剂压缩装置具有第一压缩级、与所述第一压缩级设置形成串行制冷剂流关系且位于所述第一压缩级下游的第二压缩级、以及与所述第一压缩级和所述第二压缩级中的至少一个设置形成并行制冷剂流关系的第三压缩级；
第一节能器回路，其包括制冷剂-制冷剂热交换器节能器和第一节能器回路制冷剂管线，所述制冷剂-制冷剂热交换器节能器具有设置在制冷剂回路中位于所述制冷剂冷却热交换器下游且位于所述主膨胀装置上游的第一制冷剂通道，所述第一节能器回路制冷剂管线从所述制冷剂回路穿过所述制冷剂-制冷剂热交换器节能器的第二制冷剂通道，并且所述第一节能器回路制冷剂管线，在所述第一压缩级与所述第二压缩级之间和所述第三压缩级的吸气入口中的一个位置处的所述制冷剂压缩装置的中间压缩级处，再连接到所述制冷剂回路；
第二节能器回路，其包括闪蒸罐节能器和第二节能器回路制冷剂管线，所述闪蒸罐节能器被设置在制冷剂回路中位于所述制冷剂冷却热交换器下游且位于所述主膨胀装置上游，所述第二节能器回路制冷剂管线在所述闪蒸罐节能器与所述制冷剂回路之间，在所述第一压缩级与所述第二压缩级之间和所述第三压缩级的吸气入口中的一个位置处的所述制冷剂压缩装置的中间压力级处，建立制冷剂蒸汽流通，所述闪蒸罐节能器和所述制冷剂-制冷剂节能器设置在所述制冷剂回路中构成串行制冷剂流的关系；以及
第二膨胀装置，其设置在制冷剂回路中，与所述闪蒸罐节能器工作性联接并位于所述闪蒸罐节能器上游。
附图说明
为了进一步理解本发明，下面将参照附图详细描述本发明，附图中：
图1为示出根据本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第一实施例的示意图；
图2为示出根据本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第二实施例的示意图；
图3为示出根据本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第三实施例的示意图；
图4为示出根据本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的第四实施例的示意图；
图5为示出图1所示的工作在跨临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统的实施例的压力与焓的关系的图表；
图6为示出工作在跨临界循环内的、具有单个制冷剂-制冷剂热交换器节能器的现有技术制冷剂蒸汽压缩系统的压力与焓的关系的图表；以及
图7为示出工作在跨临界循环内的、具有单个闪蒸罐节能器的现有技术制冷剂蒸汽压缩系统的压力与焓的关系的图表。
具体实施方式
现在参照图1-4，其中示出了适于用在运输制冷系统中以便对输送至用于运输易腐和冷冻货物的卡车、拖车、集装箱车或类似物的温度受控的货舱的空气进行冷却的制冷剂蒸汽压缩系统10的实施例。制冷剂蒸汽压缩系统10也适用于对将被输送至住宅、办公楼、医院、学校、饭店或其他建筑内的气候受控舒适区域的空气进行调节。该制冷剂蒸汽压缩系统也可用于对输送至陈列箱、市场、冷冻室、冷藏室或其他商业场所中易腐和冷冻产品储存区域的空气进行冷却。
制冷剂蒸汽压缩系统10包括多步压缩装置20、制冷剂排热热交换器40、在此也被称作蒸发器的制冷剂吸热热交换器50以及蒸发器膨胀阀55，蒸发器膨胀阀55例如为电子膨胀阀或恒温膨胀阀，其与蒸发器50操作性地相连，通过多条制冷剂管线2、4和6在主制冷剂回路中连接前述部件。在工作于亚临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统中，制冷剂排热热交换器40构成制冷剂冷凝热交换器，热的高压制冷剂流过该热交换器从而与最通常是环境空气的冷却介质形成热交换关系。在工作于跨临界循环内的制冷剂蒸汽压缩系统中，制冷剂排热热交换器40构成气体冷却器热交换器，超临界制冷剂流过该热交换器从而与同样最通常是环境空气的冷却介质形成热交换关系。在此，制冷剂排热热交换器40也可称作冷凝器/气体冷却器。制冷剂排热热交换器40可包括翅管热交换器42，热的高压制冷剂由此流过从而与通常是环境空气的、通过冷凝器风扇44抽吸通过热交换器42的冷却介质形成热交换关系。翅管热交换器42可包括例如翅和圆管热交换蛇形管，或者翅和扁平微通道管热交换器。
此外，本发明的制冷剂蒸汽压缩系统10包括制冷剂-制冷剂热交换器节能器60和闪蒸罐节能器70，这些节能器设置在主制冷剂回路的制冷剂管线4中形成串行制冷剂流的关系，相对于冷凝器/气体冷却器40的制冷剂流处于下游并且相对于蒸发器50的制冷剂流处于上游。第一节能器回路制冷剂管线12通过制冷剂-制冷剂热交换器节能器60将制冷剂管线4与制冷剂管线2连接成制冷剂流通关系。第二节能器回路制冷剂管线14将闪蒸罐节能器70与压缩过程的中间压力级连接成制冷剂流通关系。以下将分别讨论由制冷剂-制冷剂热交换器节能器60及与其相关联的制冷剂管线12所形成的节能器回路的工作，以及由闪蒸罐节能器70及与其相关联的制冷剂管线14所形成的节能器回路的工作。
如下面将进一步详细讨论的，压缩装置20用于压缩制冷剂并循环制冷剂流过主制冷剂回路和两个节能器。在图1所示的实施例中，压缩装置20包括单个多级制冷剂压缩器，例如为涡旋压缩机、螺杆式压缩机或往复式压缩机，其设置在主制冷剂回路中并具有第一压缩级20a、第二压缩级20b和第三压缩级20c。第一和第二压缩级串行设置在制冷剂流中，制冷剂离开第一压缩级直接流向第二压缩级以进一步压缩。第三压缩级20c设置在制冷剂管线12中，与第二压缩级20b形成并行制冷剂流关系。
在图2所示的实施例中，压缩装置20包括第一两级压缩机，例如为涡旋压缩机、螺杆式压缩机或往复式压缩机，其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。第一和第二压缩级设置形成串行制冷剂流关系，制冷剂离开第一压缩级直接流向第二压缩级以进一步压缩。分开的、独立的第二压缩机30设置在制冷剂管线12中，与第一两级压缩机20的压缩级20a和20b形成并行制冷剂流的关系。第二压缩机30也可为涡旋压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机或其他任何类型压缩机或者是多个任何这些压缩机。
在图3和4所示的实施例中，压缩装置20为一对压缩机20A和20B，压缩机20A和20B通过制冷剂管线8以串行制冷剂流关系设置在主制冷剂回路中，制冷剂管线8连接第一压缩机20A的出口端与第二压缩机20B进口端而形成制冷剂流通关系。在图3所示的实施例中，第三压缩机30平行于第一压缩机20A设置在制冷剂管线12中。压缩机20A、20B和30可为涡旋压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机或其他任何类型压缩机或者任何这些压缩机的组合。
如前所述，本发明的制冷剂蒸汽压缩系统10包括制冷剂-制冷剂热交换器节能器60，节能器60设置在主制冷剂回路的制冷剂管线4中，相对于冷凝器/气体冷却器40的制冷剂流处于下游并且相对于蒸发器50的制冷剂流处于上游。制冷剂-制冷剂热交换器节能器60包括第一制冷剂通道62和第二制冷剂通道64，这些通道设置为形成热传输关系。第一制冷剂通道62插入制冷剂管线4中并形成主制冷剂回路的一部分。第二制冷剂通道64插入第一节能器回路制冷剂管线12中并构成第一节能器回路制冷剂管线12的一部分。第一节能器回路制冷剂管线12可在如图1和2所示的相对于制冷剂-制冷剂热交换器的第一通道62的制冷剂流的上游或者在如图3和4所示的相对于制冷剂-制冷剂热交换器的第一通道62的制冷剂流的下游连接至主制冷剂回路的制冷剂管线4。
第一节能器膨胀阀65设置在第一节能器回路制冷剂管线12中，相对于制冷剂-制冷剂热交换器节能器60的第二通道64的制冷剂流处于上游。第一节能器膨胀阀65定量控制流过制冷剂管线12并且与流经热交换器节能器60的第一通道的制冷剂构成热交换关系的制冷剂-制冷剂热交换器节能器60的第二通道64的制冷剂流，以便将离开热交换器节能器60的第二通道64的制冷剂蒸汽中的过热维持在预期水平从而确保不存在液体。如前所述，膨胀阀65可为恒温膨胀阀，例如为图4所示，膨胀阀65根据传感装置67测得的制冷剂温度和压力的信号指示而定量控制制冷剂流，传感装置67可为传统温度传感元件，例如为安装在制冷剂管线12中、处于热交换器节能器60的第二通道的下游的感温包或热电偶。膨胀阀65也可为电子膨胀阀，例如为图1-3所示，膨胀阀65根据来自控制器(未示出)的信号而定量控制制冷剂流以维持制冷剂管线12中压缩机30(图2和3)的吸气端或压缩装置20(图1)的压缩级20c处的预期吸气温度或吸气压力。
本发明的制冷剂蒸汽压缩系统10也可包括闪蒸罐节能器70，其设置在主制冷剂回路的制冷剂管线4中，相对于冷凝器/气体冷却器40的制冷剂流处于下游并且相对于蒸发器50的制冷剂流处于上游，以接收流经制冷剂管线4的制冷剂。制冷剂-制冷剂热交换器节能器60和闪蒸罐节能器70设置在主制冷剂回路的制冷剂管线4中构成串行制冷剂流的关系。闪蒸罐节能器70也可相对于制冷剂-制冷剂热交换器节能器60的制冷剂流设置在下游，如图1、2和4所示的实施例。可选地，闪蒸罐节能器70可相对于制冷剂-制冷剂热交换器60的制冷剂流设置在上游，如图3所示的实施例。
在任一情况下，第二膨胀阀75都设置在主制冷剂回路的制冷剂管线4中，相对于闪蒸罐入口的制冷剂流处于上游，以在制冷剂流入闪蒸罐节能器70之前膨胀流经制冷剂管线4的制冷剂至更低压和更低温。第二膨胀阀75可为电子膨胀阀或简单的为固定节流孔膨胀装置。无论系统10工作在亚临界循环或跨临界循环内，在闪蒸罐节能器70中，膨胀后的制冷剂分为收集在闪蒸罐节能器70的下部的液体制冷剂部分以及收集在闪蒸罐节能器70内位于液面以上的上部的蒸汽部分。
收集在闪蒸罐节能器70液面以上的部分中的蒸汽制冷剂随后从闪蒸罐节能器70流过第二节能器制冷剂管线14在压缩过程的中间压力级回到压缩装置20。如果如图1和2所示的实施例，压缩装置20为单个多级压缩机，则第二节能器回路制冷剂管线14构成压缩过程的中间压力级。例如，如果压缩装置20为多级往复式压缩机，则制冷剂管线14直接排出制冷剂至往复式压缩机的中间压力级。如果压缩装置20为单个涡旋式压缩机或单个螺杆式压缩机，则制冷剂管线14排出制冷剂至压缩装置20的喷射端口，在第一压缩级20a和第二压缩级20b之间的中间压力处连接至压缩装置20的压缩室。如果如图3和4所示的实施例，压缩装置20为一对压缩机20A、20B，例如为串联的一对涡旋式压缩机、螺杆式压缩机或往复式压缩机，或者为具有汽缸的第一储槽和第二储槽的单个往复式压缩机，则第二节能器回路制冷剂管线14连接制冷剂管线8，而制冷剂管线8将第一压缩机20A的排出出口端与第二压缩机20B的吸入进口端连接成制冷剂流通关系。
收集在闪蒸罐节能器70的下部的液体制冷剂流过制冷剂管线4并分流至主制冷剂回路膨胀阀55，膨胀阀55可为电子膨胀阀或传统的恒温膨胀阀，其设置在制冷剂管线4中，相对于蒸发器50的制冷剂流处于上游。如果该液体制冷剂流入第一膨胀阀55，其在进入蒸发器50之前膨胀至更低压力和温度。蒸发器50构成制冷剂蒸发热交换器，例如为传统翅管热交换器52，例如为翅片和圆管热交换蛇形管或翅片和微通道扁平管热交换器，膨胀后的制冷剂流经蒸发器从而与加热流体构成热交换关系，制冷剂由此被气化并通常被过热。流过的与蒸发器50中的制冷剂构成热交换关系的加热流体可为流过翅管热交换器52的空气，由相连的翅片54冷却并通常被除湿，并从此输送至气候受控环境，例如为与运输制冷装置相连的易腐/冷冻货物存储区域、商业场所的食品陈列或储藏区域、与空调系统相连的建筑物舒适区域。离开蒸发器50的低压制冷剂蒸汽通过制冷剂管线6回到如图1和2所示实施例中的压缩装置20的第一级20a的吸气端，或者回到如图3和4所示实施例中的压缩机20A。
如同在传统实践中，蒸发器膨胀阀55定量控制流经制冷剂管线6的制冷剂流以便将离开蒸发器50的制冷剂蒸汽中的过热维持在预期水平，以确保在离开蒸发器的制冷剂中没有液体存在。如前所述，蒸发器膨胀阀55可为恒温膨胀阀，例如如图4所示，其中膨胀阀55根据传感装置57测得的制冷剂温度或压力的信号指示而定量控制制冷剂流，传感装置57可为传统温度传感元件，例如为安装在制冷剂管线6中的蒸发器出口附近的感温包或热电偶。蒸发器膨胀阀55也可为电子膨胀阀，其中膨胀阀55根据来自控制器(未示出)的信号定量控制制冷剂流，以维持制冷剂管线6中的压缩装置20的吸气端处的预期吸气温度或吸气压力。
将参照跨临界模式来描述本发明的制冷剂蒸汽压缩系统10的工作，例如为二氧化碳的制冷剂在系统的高压侧处于超临界状态而在系统的低压侧处于亚临界状态。首先将参照下述实施例描述系统10的工作，其中制冷剂-制冷剂热交换器节能器60相对于闪蒸罐热交换器70的制冷剂流设置在上游。先参照图1、2和4，制冷剂作为高压高温蒸汽从压缩装置20排出，穿过制冷剂管线2流向气体冷却器40的热交换器42。当制冷剂蒸汽分流至热交换器42时，制冷剂蒸汽与通常为通过风扇44被吸过热交换器42的环境空气的冷却介质形成热交换关系而被冷却。离开热交换器42的冷却后的制冷剂从此流过制冷剂管线4并通过制冷剂-制冷剂热交换器60的第一通道62，并由此在进入闪蒸罐节能器70之前流过第二膨胀阀75。
如图1和2所示，流过制冷剂管线4的冷却后的制冷剂蒸汽的一部分在相对于热交换器节能器60的第一通道62的制冷剂流的上游处被从制冷剂管线4分流至第一节能器回路制冷剂管线12，或者如图4所示，在热交换器节能器60的第一通道62的下游且在第二膨胀阀75的上游处分流。流过制冷剂管线12的制冷剂首先流入第一节能器膨胀阀65，制冷剂在其中被膨胀至更低压和更低温的蒸汽。膨胀后的制冷剂蒸汽由此流过热交换器节能器60的第二通道64，与流经热交换器节能器60的第一通道62的制冷剂蒸汽构成热交换关系，以进一步冷却该制冷剂蒸汽。在流过热交换器节能器60的第二通道64之后，该已被分流的制冷剂部分继续通过制冷剂管线12以被再引入主制冷剂回路。
在如图1和2所示的实施例中，该被分流的部分通过压缩装置20的第三压缩级20c或者独立压缩机30被再压缩至系统的高压侧并被再引入至气体冷却器40上游的制冷剂管线2。在图1所示的实施例中，穿过第一节能器回路制冷剂管线12的制冷剂穿过压缩装置20的第三压缩级20c，第三压缩级20c与压缩装置20的压缩级20a和20b平行地工作。在图2所示的实施例中，穿过第一节能器回路制冷剂管线12的制冷剂穿过与主压缩装置20平行地工作的第二压缩机30。
在图4所示的实施例中，分流至制冷剂管线12的制冷剂在压缩过程的中间压力级处被再引入至主制冷剂回路，中间压力级是介于也被称为吸气压力的系统低压力侧与也被称为排气压力的系统高压力侧之间的中间压力。如果穿过第一节能器膨胀阀65的制冷剂已被膨胀至稍高于中间喷射压力的压力，则穿过制冷剂管线12的制冷剂则可被直接喷射至压缩装置20的中间压缩级而不再进一步压缩，如图4所示。但是，如果穿过第一节能器膨胀阀65的制冷剂已被膨胀至低于中间喷射压力的压力，则可在制冷剂管线12内设置辅助压缩机30以压缩制冷剂至预期的中间压力，如图3所示。
已穿过制冷剂-制冷剂热交换器60的第一通道62的制冷剂在进入闪蒸罐节能器70之前穿过第二膨胀阀75时被膨胀至更低压和更低温的液体与蒸汽混合物。在闪蒸罐节能器70内，制冷剂混合物分离为收集在闪蒸罐节能器70下部的液体制冷剂以及收集在闪蒸罐节能器70内高于液面的闪蒸罐节能器70的上部的制冷剂蒸汽。收集在高于闪蒸罐节能器70液面的部分内的蒸汽制冷剂从闪蒸罐节能器70穿过制冷剂管线14在压缩过程的中间压力级回到压缩装置20。收集在闪蒸罐节能器70下部内的液体制冷剂从此穿过制冷剂管线4并在穿过蒸发器50之前穿过主制冷剂回路膨胀阀55。离开蒸发器50的制冷剂蒸汽穿过制冷剂管线6至压缩装置20的吸气入口，该吸气入口为第一压缩级20a或第一压缩机20A的吸气入口。
在图3所示的制冷剂蒸汽压缩系统10的实施例中，蒸汽罐节能器70相对于制冷剂-制冷剂热交换器节能器60的制冷剂流设置在上游，而不是如图1、2和4所示的实施例中设置在下游。先参照图3，制冷剂以高压高温蒸汽从压缩装置20排出，并穿过制冷剂管线2至气体冷却器40的热交换器42。当制冷剂蒸汽穿过热交换器42时，制冷剂蒸汽与通过风扇44被吸过热交换器42的最典型为环境空气的冷却介质形成热交换关系从而被冷却。离开热交换器42的已冷却的制冷剂蒸汽从此在进入闪蒸罐节能器70之前穿过制冷剂管线4和节能器膨胀阀75。进入闪蒸罐节能器70之前，制冷剂在穿过第二膨胀阀75时被膨胀为更低压和更低温的液体与蒸汽混合物。
在闪蒸罐节能器70内，制冷剂混合物分离为收集在闪蒸罐节能器70下部内的液体制冷剂以及收集在闪蒸罐节能器70液面上的闪蒸罐节能器70上部内的制冷剂蒸汽。收集在液面上的闪蒸罐节能器70部分内的蒸汽制冷剂在此从闪蒸罐节能器70穿过制冷剂管线14在压缩过程的中间压力级回到压缩装置20。收集在闪蒸罐节能器70的下部内的液体制冷剂从此穿过制冷剂管线4，穿过制冷剂-制冷剂热交换器60的第一通道62并在穿过蒸发器50之前穿过主制冷剂回路膨胀阀55。离开蒸发器50的制冷剂蒸汽穿过制冷剂管线6至压缩装置20的吸气入口，该吸气入口为第一压缩级20a或第一压缩机20A的吸气入口。
穿过制冷剂管线4的一部分已被冷却的制冷剂蒸汽从制冷剂管线4在相对于热交换器节能器60的第一通道62的制冷剂流上游、热交换器节能器60的第一通道62的下游或主膨胀阀55的上游处被分流至第一节能器回路制冷剂管线12。穿过制冷剂管线12的制冷剂首先穿过第一节能器膨胀阀65，制冷剂在此被膨胀为更低压和更低温的蒸汽。已被膨胀的制冷剂蒸汽从此穿过热交换器节能器60的第二通道64，与穿过热交换器节能器60的第一通道62的制冷剂蒸汽形成热交换，从而进一步冷却该制冷剂蒸汽。在穿过热交换器节能器60的第二通道64后，该被分流的制冷剂部分继续穿过制冷剂管线12以被再引入至主制冷剂回路。在图3所示的实施例中，分流至制冷剂管线12的制冷剂被再引入至压缩机30的吸气入口并被再压缩至压缩过程的预期中间压力级，该中间压力为介于也被称为吸气压力的系统低压力侧与也被称为排气压力的系统高压力侧之间的中间压力。
与蒸发器50相连的主膨胀阀55以及与闪蒸罐节能器70相连的第二膨胀阀75的组合提供两步膨胀过程以膨胀从冷凝器/气体冷却器40穿过制冷剂管线4至蒸发器50的制冷剂。本发明的制冷剂蒸汽压缩系统集成了带双节能器回路的两步膨胀处理以提供与具有单步膨胀处理以及制冷剂-制冷剂热交换器节能器或闪蒸罐节能器的现有系统相比改进了效率和容量的系统。
通过将图5所示的代表了图1的制冷剂蒸汽压缩系统的压力与焓的关系特性的压力与焓之间的关系与图6或图7所示的传统制冷剂蒸汽压缩系统的压力与焓的关系进行比较，可以看出本发明的制冷剂蒸汽压缩系统的容量改进。图6示出具有单个制冷剂-制冷剂热交换器节能器的传统的现有技术制冷剂蒸汽压缩的压力与焓的关系特性。图7示出具有单个闪蒸罐节能器的传统的现有技术制冷剂蒸汽压缩的压力与焓的关系特性。在图5-7的任一个中，A、B表示气体冷却器40内的气体排热过程，KG表示制冷剂-制冷剂热交换器节能器回路内的过程，JK表示闪蒸罐节能器回路内的过程，DE表示蒸发器50内的气体吸热过程。图1中的蒸发器线DE比与现有技术单节能器系统相关的蒸发器线都要长，表明本发明的两步膨胀双节能器制冷剂蒸汽压缩系统的容量有所改进。
本领域技术人员将会认识到，可对在此描述的特定实施例做出许多改变。例如，可通过改变相对于制冷剂-制冷剂热交换器节能器的上游/下游关系或通过将单个两级压缩机替换为一对压缩机或反之亦然来修改所述实施例。所用的制冷剂-制冷剂热交换器可为铜焊平板热交换器、套管式热交换器、壳管式热交换器或其他任何类型的向制冷剂热交换器提供高效制冷剂的热交换器。
尽管已特别示出并参照附图所示的优选模式描述了本发明，本领域技术人员将会理解的是，可以在不脱离本发明的、由所附权利要求限定的精神和范围的情况下做出各种细节改变。

Claims (22)

1.一种制冷剂蒸汽压缩系统，包括：
制冷剂回路，其包括制冷剂压缩装置、用于传输从所述制冷剂压缩装置接收的与冷却介质构成热交换关系的处于高压的制冷剂的制冷剂冷却热交换器、用于传输与加热介质构成热交换关系的处于低压的制冷剂的制冷剂加热热交换器、以及设置在制冷剂回路中位于所述制冷剂冷却热交换器下游且位于所述制冷剂加热热交换器上游的主膨胀装置；
所述制冷剂压缩装置具有第一压缩级、与所述第一压缩级设置形成串行制冷剂流关系且位于所述第一压缩级下游的第二压缩级、以及与所述第一压缩级和所述第二压缩级中的至少一个设置形成并行制冷剂流关系的第三压缩级；
第一节能器回路，其包括制冷剂-制冷剂热交换器节能器和第一节能器回路制冷剂管线，所述制冷剂-制冷剂热交换器节能器具有设置在制冷剂回路中位于所述制冷剂冷却热交换器下游且位于所述主膨胀装置上游的第一制冷剂通道，所述第一节能器回路制冷剂管线从所述制冷剂回路穿过所述制冷剂-制冷剂热交换器节能器的第二制冷剂通道，并且所述第一节能器回路制冷剂管线，在所述第一压缩级与所述第二压缩级之间和所述第三压缩级的吸气入口中的一个位置处的所述制冷剂压缩装置的中间压缩级处，再连接到所述制冷剂回路；
第二节能器回路，其包括闪蒸罐节能器和第二节能器回路制冷剂管线，所述闪蒸罐节能器被设置在制冷剂回路中位于所述制冷剂冷却热交换器下游且位于所述主膨胀装置上游，所述第二节能器回路制冷剂管线在所述闪蒸罐节能器与所述制冷剂回路之间，在所述第一压缩级与所述第二压缩级之间和所述第三压缩级的吸气入口中的一个位置处的所述制冷剂压缩装置的中间压力级处，建立制冷剂蒸汽流通，所述闪蒸罐节能器和所述制冷剂-制冷剂节能器设置在所述制冷剂回路中构成串行制冷剂流的关系；以及
第二膨胀装置，其设置在制冷剂回路中，与所述闪蒸罐节能器工作性联接并位于所述闪蒸罐节能器上游。
2.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述闪蒸罐节能器设置在所述制冷剂回路中，相对于所述制冷剂-制冷剂热交换器的第一制冷剂通道的制冷剂流处于下游。
3.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述闪蒸罐节能器设置在所述制冷剂回路中，相对于所述制冷剂-制冷剂热交换器的第一制冷剂通道的制冷剂流处于上游。
4.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述制冷剂-制冷剂热交换器节能器包括设置为构成热交换关系的第一制冷剂通道和第二制冷剂通道，所述第一制冷剂通道与所述制冷剂回路的制冷剂彼此流通，且所述第二制冷剂通道与所述第一节能器回路的制冷剂彼此流通。
5.根据权利要求4所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述第一节能器回路进一步包括：
节能器回路膨胀装置，其插入所述第一节能器回路制冷剂管线中，位于所述制冷剂-制冷剂热交换器的第二制冷剂通道的上游。
6.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述制冷剂压缩装置包括具有设置形成串行制冷剂流关系的至少两个压缩级的第一压缩机和与所述第一压缩机形成并行流关系的第二压缩机。
7.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述制冷剂压缩装置包括相对于制冷剂流以串联关系设置在制冷剂回路中的至少两个压缩机和与串行关系设置的所述至少两个压缩机之一形成并行制冷剂流关系的第三压缩机。
8.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述系统工作在亚临界循环内。
9.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述系统工作在跨临界循环内。
10.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，制冷剂包括二氧化碳。
11.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述主膨胀装置包括电子膨胀阀。
12.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述主膨胀装置包括恒温膨胀阀。
13.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述第二膨胀装置包括电子膨胀阀。
14.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述第二膨胀装置包括固定节流孔膨胀装置。
15.根据权利要求5所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述节能器回路膨胀装置包括电子膨胀阀。
16.根据权利要求5所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述节能器回路膨胀装置包括恒温膨胀阀。
17.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述制冷剂压缩装置包括涡旋式压缩机。
18.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述制冷剂压缩装置包括往复式压缩机。
19.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述制冷剂压缩装置包括螺杆式压缩机。
20.根据权利要求1所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述系统被结合到运输制冷系统中以对温度受控的货舱区域进行调节。
21.根据权利要求20所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，所述系统工作在跨临界循环内。
22.根据权利要求21所述的制冷剂蒸汽压缩系统，其中，制冷剂包括二氧化碳。
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