專利名稱：壓出器的流量控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封閉式制冷系統(tǒng)的壓出器。
背景技術(shù)：
所有的封閉式制冷系統(tǒng)依次地包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置、和蒸發(fā)器。膨脹裝置包括固定的孔口、毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、透平、和膨脹器-壓縮器或壓出器。在每一種膨脹裝置中，隨著高壓液體制冷劑經(jīng)受壓力降低，該高壓液體制冷劑發(fā)生閃發(fā)，其中該液體制冷劑中的至少一部分變成蒸氣，從而導(dǎo)致比容增大。在壓出器中，容積的增大用于向配裝的壓縮器提供動力，該壓縮器將高壓制冷劑蒸氣輸送到系統(tǒng)壓縮機(jī)的排出口，由此增加系統(tǒng)能力。因為發(fā)生在該壓出器中的壓縮過程不由電動機(jī)來提供動力，而是由閃發(fā)的液體制冷劑來提供動力，所以制冷的總效率提高的量與系統(tǒng)能力提高的量相同。
對于制冷機(jī)的通常應(yīng)用的壓力比來說，該壓力比Pr代表排出壓力與吸入壓力的比率，該壓力比用于控制該系統(tǒng)。容積比Vi在壓縮情況下是吸入容積比排出容積，而在膨脹情況下是排出容積比吸入容積。對于液體膨脹，Vi的數(shù)量級為10或更高。對于相同的壓力比，對于蒸氣膨脹Vi僅為大約3或4。液體膨脹與蒸氣膨脹之間的不同的原因在于蒸氣的容積是在相同的溫度和壓力條件下相應(yīng)量的液體的容積的大約80倍。此外，相變需要能量以便將液體轉(zhuǎn)化成蒸氣。如果膨脹器具有非常高的Vi，例如10或更高，則在吸入過程的結(jié)束時液體將填充限定膨脹器的受限容積的腔。當(dāng)不發(fā)生閃發(fā)時，即沒有過冷液體時，或者如果由于液體不可膨脹性使得閃發(fā)率與容積變化不匹配，該膨脹器不能適當(dāng)?shù)墓ぷ鳌，F(xiàn)有技術(shù)的裝置使用預(yù)先節(jié)流來顯著降低對于膨脹器的Vi或Pr。因此，在吸入過程結(jié)束時，在腔容積中存在有兩個相。預(yù)先節(jié)流浪費(fèi)了動力，這是因為沒有利用該能量。

發(fā)明內(nèi)容
一種旋轉(zhuǎn)葉片式或雙螺旋式膨脹器-壓縮器(或壓出器)單元用作膨脹裝置，以用于實現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)中的相變。該旋轉(zhuǎn)葉片式或雙螺旋式的壓出器是有效的具有兩個階段的裝置，其中膨脹器作為第一階段并提供用于驅(qū)動壓縮器的動力，而壓縮器作為第二階段并將壓縮后的高壓制冷劑輸送到從系統(tǒng)壓縮機(jī)延伸到冷凝器的排出管路中。依據(jù)本發(fā)明的教示，液體制冷劑供給到膨脹器的入口。在吸入過程結(jié)束時，來自壓出器壓縮器排出口的高壓蒸氣供給到受限容積中。這使得膨脹器適當(dāng)?shù)毓ぷ?，同時使得可完全地獲得液體到蒸氣的膨脹的機(jī)械動力。在啟動時，熱的高壓氣體的一部分從排出管路直接供給到壓出器的膨脹器，由此啟動旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的一目的是提供飽和或過冷的液體膨脹成蒸氣的高效膨脹，以便獲得機(jī)械動力。
本發(fā)明的另一目的是控制壓出器的旋轉(zhuǎn)速度或流量。
本發(fā)明的又一目的是在啟動時將排出氣體直接供給到壓出器的膨脹器。
本發(fā)明的再一目的是省去了對供給到壓出器的膨脹器的液體進(jìn)行預(yù)先節(jié)流的需要。結(jié)合以下的對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的這些和其它的目的是明顯的。
本質(zhì)上，飽和的或過冷的液體供給到壓出器的膨脹器。正好在吸入過程結(jié)束之前或正好在吸入過程完成之后啟動，來自壓出器壓縮器排出口的高壓蒸氣供給到在進(jìn)行的膨脹作用下限定受限容積的腔中。


參照以下的詳細(xì)描述并結(jié)合以下附圖，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1是使用本發(fā)明的制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1所示的系統(tǒng)的壓出器的簡化示意圖，其中壓出器是旋轉(zhuǎn)葉片式裝置；圖3是圖1所示的系統(tǒng)的壓出器的簡化示意圖，其中壓出器是雙螺旋式裝置；和圖4是壓出器的膨脹和壓縮過程中容積變化的示意圖表。
具體實施例方式
在圖1中，附圖標(biāo)記10總體上表示制冷系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)10從壓縮機(jī)12開始依次地包括排出管路14、冷凝器16、管路18、形式為壓出器20的膨脹裝置、管路22、蒸發(fā)器24和吸入管路26，以使完成該回路。參照圖2，所示的壓出器20是旋轉(zhuǎn)葉片式裝置，該裝置名義上將每一圈旋轉(zhuǎn)的一半作為膨脹器，而名義上將每一圈旋轉(zhuǎn)的一半作為壓縮器，因此壓出器20是一種有效的在載荷等方面平衡的兩個階段的裝置。如圖所示，壓出器20具有圍繞旋轉(zhuǎn)軸線A的轉(zhuǎn)子21和八個對稱地沿外周間隔開的葉片，該葉片分別命名為V-1到V-8。由于離心力，葉片V-1到V-8與由氣缸20-1限定的氣缸壁一起起密封作用，或者如果必要或需要，該葉片被彈簧偏壓以與該氣缸壁接觸。凹槽形成在每一葉片的排出側(cè)上，以便防止在葉片槽口中的該腔收集流體并形成流體彈性部分。壓出器20的氣缸20-1相對于軸線B具有均勻的半徑。管路22及其端口22-1相對于腔C-4和C-5是不對稱的，以便降低壓出器20的壓縮器的吸入容積，該吸入容積由相對于壓出器20的膨脹器排出容積為密封的腔C-5來限定，排出容積由腔C-4的最大容積來限定，這是因為膨脹器除了壓出器20的壓縮器之外還向蒸發(fā)器24供給制冷劑?；蛘撸瑲飧?0-1的半徑可以是改變，以使得在腔C-5中的最大容積小于在腔C-4中的最大容積。
葉片V-1如圖所示地完全收回到其在轉(zhuǎn)子21中的槽口中，但仍與氣缸20-1的壁接觸密封。葉片V-2稍微從其在轉(zhuǎn)子21中的槽口中延伸出，并與氣缸20-1的壁接觸密封。由葉片V-1和V-2腔之間和轉(zhuǎn)子21以及氣缸20-1的壁限定的腔C-1經(jīng)由管路18被供以來自冷凝器16的底部的高壓液體(飽和的或過冷的)制冷劑。因為在腔C-1中的流體壓力作用在葉片V-2上的區(qū)域比作用在葉片V-1上的區(qū)域大，所以存在一由在腔C-1中的流體施加的力以便趨向于使轉(zhuǎn)子21沿順時針方向移動，如圖所示。腔C-2處于在膨脹過程中的相對于腔C-1的下一階段，并具有更大的容積。腔C-1被供以液體制冷劑，但是如果腔C-1在移動出與管路18連通的狀態(tài)之前與管路154連通，則該腔C-1可被供以蒸氣態(tài)制冷劑。腔C-2與管路154流體連通，隨著腔C-2從開始與管路154接觸從而容積增大，直到移動出與管路154連通的狀態(tài)，該管路154將高壓蒸氣供給到腔C-2。這樣，盡管腔C-2大于腔C-1，但增大的容積被供以蒸氣態(tài)制冷劑，而不是由于供給到腔C-2的液體制冷劑在腔C-1的位置處閃發(fā)而容積增大。因為在腔C-2中的流體壓力作用在葉片V-3上的區(qū)域比作用在葉片V-2上的區(qū)域大，所以存在一由在腔C-2中的流體施加的力以便趨向于使轉(zhuǎn)子21沿順時針方向移動。
腔C-3處于在膨脹過程中的相對于腔C-2的下一階段，并具有更大的容積。因為當(dāng)腔C-3處于腔C-2的位置時被供以蒸氣態(tài)制冷劑，所以膨脹過程在不需要預(yù)先節(jié)流并在沒有產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)裝置的功率/效率損失的情況下進(jìn)行。因為在腔C-3中的流體壓力作用在葉片V-4上的區(qū)域比作用在葉片V-3上的區(qū)域大，所以存在一由在腔C-3中的流體施加的力以便趨向于使轉(zhuǎn)子21沿順時針方向移動。腔C-4位于膨脹過程的結(jié)束位置。一旦葉片V-5暴露于管路22，來自腔C-4的低壓液體制冷劑輸送到管路22中，同時低壓制冷劑氣體的一部分經(jīng)過葉片V-5進(jìn)入腔C-5。通常，在腔C-4中的制冷劑在數(shù)量級70-86％的程度上為液相，而其余為蒸氣相。進(jìn)入腔C-5的制冷劑的蒸氣相部分由特定制冷劑、循環(huán)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來規(guī)定。例如，對于制冷劑134a，對于水冷式制冷機(jī)，重新壓縮的蒸氣質(zhì)量流率是進(jìn)入壓出器20的總液體質(zhì)量流率的6％。通常，對于風(fēng)冷式制冷機(jī)，重新壓縮的蒸氣質(zhì)量流率是進(jìn)入壓出器20的總液體質(zhì)量流率的10％。通常，重新壓縮的蒸氣質(zhì)量流率至少是進(jìn)入壓出器20的總液體質(zhì)量流率的5％。端口22-1的位置規(guī)定了腔C-5的封閉及其初始容積。假設(shè)在制冷劑為134a以及水冷式制冷機(jī)的情況下，供給到腔C-5的蒸氣態(tài)制冷劑在數(shù)量級上是來自腔C-4的總制冷劑的6％?；蛘?，氣缸20-1的半徑可以是改變，以使得在腔C-5中的最大容積小于在腔C-4中的最大容積。
腔C-5位于壓縮過程的第一階段，并且在腔C-4和腔C-5處于其最大容積的位置處腔C-5具有比腔C-4更小的容積，這是因為端口22-1的位置或氣缸20-1的壁的半徑在腔C-5的區(qū)域中減小而造成的。在腔C-4和腔C-5中的低壓與其它腔相比對于使轉(zhuǎn)子21旋轉(zhuǎn)或阻止其旋轉(zhuǎn)具有最小的作用力，但凈力將沿順時針方向。腔C-6代表在壓縮的較早階段中被壓縮的氣態(tài)制冷劑的受限容積。因為在腔C-6中的流體壓力作用在葉片V-6上的區(qū)域比作用在葉片V-7上的區(qū)域大，所以存在一由在腔C-6中的流體施加的力以便趨向于使轉(zhuǎn)子21沿逆時針方向移動。氣缸20-1的壁的半徑減小，如果存在，將降低葉片V-6和V-7暴露的流體力。被壓縮的容積的減小防止了在膨脹器中的相應(yīng)力的抵消，以使轉(zhuǎn)子沿順時針方向移動。
腔C-7位于壓縮過程的最終階段。因為在腔C-7中的流體壓力作用在葉片V-7上的區(qū)域比作用在葉片V-8上的區(qū)域大，所以存在一由在腔C-7中的被壓縮流體施加的力以便趨向于使轉(zhuǎn)子21沿逆時針方向移動。在腔C-2中的高壓抵消了該力，使得轉(zhuǎn)子21沿順時針旋轉(zhuǎn)。腔C-8處于壓縮過程的排出階段，并與管路150連通并且在名義上處于壓縮機(jī)12的排出壓力下。腔C-8與管路150流體連通，該管路150向管路14供給高壓制冷劑。此外，管路150向管路151供給處于壓縮機(jī)排出壓力的蒸氣態(tài)制冷劑，該管路151經(jīng)由限流管路152處于與管路154和腔C-2連續(xù)的連通狀態(tài)。該管路151經(jīng)由包含閥160的管路153處于與管路154和腔C-2選擇性地連通的狀態(tài)。閥160可以是任何形式的閥，例如使用脈沖控制流經(jīng)其的流率的電磁閥。電磁閥160根據(jù)由液面?zhèn)鞲衅?62感測的在冷凝器16中的液面由微處理器170來控制。
在操作中，來自壓縮機(jī)12的熱的高壓制冷劑經(jīng)由排出管路14供給到冷凝器16，在冷凝器中該制冷劑蒸氣冷凝成液體。來自冷凝器底部的液體制冷劑經(jīng)由管路18供給到壓出器20，在壓出器中該液體制冷劑流經(jīng)由腔C-1至C-4所示的膨脹過程。來自腔C-4的低壓液體/蒸氣制冷劑混合物經(jīng)由管路22供給到蒸發(fā)器24，在蒸發(fā)器中該液體制冷劑蒸發(fā)，以冷卻所需的空間，并且所形成的氣態(tài)制冷劑經(jīng)由吸入管路26供給到壓縮機(jī)12，以完成該循環(huán)。來自腔C-4的制冷劑蒸氣的一部分供給到壓出器20的壓縮器的腔C-5。在順序地由腔C-5至C-8所示的壓縮過程中，低壓的制冷劑蒸氣被壓縮到等于在排出管路14中的壓縮機(jī)12排出壓力的壓力。腔C-8向管路150排氣，該管路150把來自腔C-8的高壓氣態(tài)制冷劑的一部分輸送到管路14，在管路14中，該氣態(tài)制冷劑的一部分有效地增加了輸送到冷凝器16的熱的高壓制冷劑的量。排出到管路150中的來自腔C-8的高壓氣態(tài)制冷劑的一部分進(jìn)入管路151并經(jīng)由限流管路152進(jìn)入管路154和腔C-2，腔C-2剛好與高壓液體制冷劑管路18斷開或仍與高壓液體制冷劑管路18相連但即將斷開。限流管路152使得高壓蒸氣態(tài)制冷劑以相應(yīng)于轉(zhuǎn)子21的最小旋轉(zhuǎn)速度的一流率進(jìn)入腔C-2。管路153與限流管路152平行，并包含電磁閥160，電磁閥160根據(jù)由冷凝器16中的液面?zhèn)鞲衅?62感測的冷凝器16中的液面由微處理器170來控制。轉(zhuǎn)子21的旋轉(zhuǎn)速度通過閥160的開啟度來增大。除了壓出器排氣之外，供給到腔C-2的該高壓制冷劑蒸氣可經(jīng)由管路14和150由壓縮機(jī)12的排出口供給以便在啟動過程中驅(qū)動壓出器20。通過使用存在于膨脹過程的腔C-2部分的制冷劑蒸氣，該膨脹器可適當(dāng)工作，并且液體到蒸氣的膨脹的機(jī)械動力可完全地獲得。
從管路18引入腔C-1的高壓液體入口18-1適合于液體到蒸氣的膨脹Vi，并且蒸氣供給口154-1適合于相同壓力比的蒸氣膨脹Vi。該高壓蒸氣經(jīng)閥160控制的流量可控制壓出器20的旋轉(zhuǎn)速度。轉(zhuǎn)子21的最小速度和最小膨脹流量(系統(tǒng)10的制冷量)在閥160關(guān)閉時出現(xiàn)。閥160用于控制轉(zhuǎn)子21的速度，該速度對應(yīng)于壓出器20的流量。當(dāng)閥160完全開啟寸，轉(zhuǎn)子21的速度或壓出器20的流量處于最大值。
通常在運(yùn)行過程中經(jīng)管路150的流動是從壓出器20的壓縮器部分的排出口流到排出管路14。然而在啟動時，假設(shè)系統(tǒng)10中的壓力至少名義上是平衡的，供給到排出管路14中的壓縮機(jī)12的排氣的一部分經(jīng)由管路150供給到壓出器20。如圖2清晰所示，管路150與腔C-8流體連通，在腔C-8處該管路150幾乎不起作用。然而，管路150經(jīng)由管路151、152、154與腔C-2流體連通，如上所述，使得在腔C-2中增壓的流體使轉(zhuǎn)子21沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，由此有助于壓出器20的啟動。
參照圖3，壓出器20’是等效于壓出器20的成對的螺旋轉(zhuǎn)子。壓出器20’的所有結(jié)構(gòu)以與壓出器20的等效結(jié)構(gòu)相同的附圖標(biāo)記來表示。盡管僅示出了一個轉(zhuǎn)子21’，但清晰的是，腔C-1至C-4逐漸地增加容積以確定壓出器的膨脹器部分，而腔C-5至C-8逐漸地減小容積，以確定壓出器的壓縮器部分。端口22-1的位置使得腔C-5的關(guān)閉延遲了，并由此減小了相對于腔C-4的最大封閉容積的腔C-5的最大封閉容積。如果必要或需要，端口22-1可使在壓縮過程中的第一受限容積的關(guān)閉延遲，使得其出現(xiàn)在腔C-6中。
圖4是腔從如上所述的腔C-1到腔C-8的過程中壓出器20和壓出器20’的膨脹過程和壓縮過程的圖表。由低壓液體/蒸氣排出表示的中央?yún)^(qū)域?qū)?yīng)于在圖2中所示的在其位置處的腔C-4和C-5。
雖然示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可進(jìn)行其它變型。因此，本發(fā)明的范圍僅由后附的權(quán)利要求的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種封閉式制冷系統(tǒng)，其依次地包括主壓縮機(jī)、排出管路、冷凝器、壓出器、蒸發(fā)器、和吸入管路，其中所述壓出器具有在每一循環(huán)的一半過程中作為膨脹器的部分以及在每一循環(huán)的另一半過程中作為壓縮器的部分；每一循環(huán)的所述一半的所述膨脹器部分包括多個容積增大的受限容積，該受限容積順序地連接到用于供給來自所述冷凝器的液體制冷劑的裝置；用于供給來自所述壓出器的所述壓縮器的排出壓力的裝置；和用于向所述蒸發(fā)器和所述壓出器的所述壓縮器排氣的裝置；以及每一循環(huán)的所述另一半的所述壓縮器部分包括多個受限容積，該受限容積在每一循環(huán)的所述另一半過程中容積順序地減小。
2.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述膨脹器部分中的最大受限容積大于所述壓縮器部分中的最大受限容積。
3.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述壓出器是旋轉(zhuǎn)葉片式裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，其還包括用于調(diào)節(jié)從所述壓出器的所述壓縮器部分到所述膨脹器部分的受限容積的所述供給的裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述壓出器是螺旋式裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的封閉式制冷系統(tǒng)，其特征在于，其還包括用于在啟動過程中將所述排出管路連接到所述膨脹器部分的裝置，由此所述主壓縮機(jī)將增壓制冷劑蒸氣供給到所述膨脹器部分，以用于在啟動狀況下驅(qū)動所述壓出器。
全文摘要
飽和的或過冷的液體供給到壓出器的膨脹器。正好在吸入過程結(jié)束之前或正好在吸入過程完成之后啟動，來自壓出器壓縮器排出口的高壓蒸氣供給到在進(jìn)行的膨脹作用下限定受限容積的腔中。
文檔編號F25B11/02GK1469093SQ03148770
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者湯炎, J·J·布拉斯茲, 布拉斯茲, 炎 湯 申請人:開利公司