制冷系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有整体式储液器－膨胀器－热交换器的制冷系统。来自冷凝器／气体冷却器的制冷剂经过毛细管时被节流，同时与来自蒸发器的制冷剂发生热交换。该方法可以提高压缩机的效率，增大比冷却能力，以及增强系统的性能。具有膨胀设备和热交换器双重作用的毛细管设置在同样具有储液器作用的容器内部。这种将三个独立部件合为一体的新型装置可以简化制造过程，减小系统的尺寸和重量，并因此降低了整个系统的成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及带有热交换器的制冷系统，尤其但不限于用在汽车中的跨临界系统，例如以CO2空调器的形式。
技术介绍
闭合循环制冷/热泵系统通常采用压缩机，这就意味着在相对低的压力下吸入气态制冷剂，并在相对高的压力下释放出热制冷剂。如果压力和温度高于临界点的压力和温度，热制冷剂随后在气体冷却器中冷却，否则冷凝成液体，因此该气体冷却器称为冷凝器。“临界点”是由温度和压力定义的纯物质的物理性质。高于临界点时，该物质处于超临界状态，并包含一种既不是气体也不是液体的超临界流体。典型地包括一个膨胀阀或者有时可能包括一根或多根毛细管的膨胀设备连同压缩机，将系统分为高压侧和低压侧。工作流体经由膨胀设备进入蒸发器，并且在流经膨胀设备的同时进行膨胀和冷却。该流体一般以富液体的状态进入蒸发器，而后吸收热量并蒸发。在一些处于低热负荷的工作条件下，不可能所有的液体都蒸发。一定量的液态制冷剂用于稀释循环油，并将它们带回压缩机。然而，大量的液体是不符合要求的，因为如果大量液态制冷剂进入压缩机，会降低系统效率，并严重损坏压缩机(被认为是“液击”)。因此，优选的是在蒸发器和压缩机之间设置一个储液器，用于分离蒸汽和液体，并储存多余的液体。储液器具有收集液体并将一定量的液体回流至压缩机的计量功能，这就防止了液击，并控制了回油。这一点在汽车空调系统中尤为重要，由于变化的动态运行条件，汽车空调系统中会经常出现液态制冷剂的波动。此外，因为不需要传统运行的蒸发器中使用的干式盘管，所以储液器的使用可以提高蒸发器的效率。跨临界制冷系统在跨过制冷剂的临界点的温度和压力范围内运行。在这些系统中，对于临界温度较低的制冷剂，例如临界温度为31.7℃的二氧化碳，就难于具有高的比冷却能力，这严重阻碍了高性能系数(COP)的获得。为了克服这一局限，使用了内部热交换器，用于交换不同部件的制冷剂之间的热量；其中一个连接冷凝器/气体冷却器和膨胀设备，另一个连接蒸发器和压缩机。该方法在美国专利No.5,245,833、6,523,365和6,681,597中进行了描述。已知制冷系统的另一特征是在储液器-热交换器系统中包括膨胀器(美国专利Nos.5,622,055和6,530,230)。然而，在美国专利6,530,230中，膨胀设备简单地装配在储液器-热交换器的入口处，而不是功能性地集成一体。在美国专利5,622,055中，膨胀器、热交换器和储液器组装在一个罐中。然而，这些开发仅仅集中于亚临界制冷剂，并没有考虑跨/超临界替代方案的特性；因此，发生在跨-亚临界系统中的超临界流体向液体的相变没有在膨胀器的设计中考虑。此外，需要把毛细盘管浸入储液器的液相中。这不会增加比冷却能力，同时所需的额外循环制冷剂还将消耗更多的能量。因此，整个系统的性能可能不会得到显著的改善。而且，从蒸发器出口和压缩机(包括储液器)入口之间的环境中吸收的热量将降低系统的COP。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于制冷系统的装置，包括具有用于容纳制冷剂的室的储液器、位于所述室内部的外壳，所述外壳由外壳壁限定且具有流体入口和流体出口，以及用于膨胀制冷剂且设置在所述外壳内部的膨胀器，其中所述膨胀器包括用于从中输送制冷剂的管，所述管在其长度的至少一部分中具有管阻，以在沿程的流体中产生压降。在该配置中，膨胀设备包括其管壁提供热交换面的管，以致，例如，经由膨胀管流入制冷系统的蒸发器的制冷剂可以与由蒸发器流入压缩机的制冷剂进行热交换。将膨胀管至少部分地设置在储液器室中外壳的内部使膨胀管与储液器室内的液态制冷剂隔离，并允许流经该管的制冷剂主要与来自制冷系统的蒸发器的气态和/或两相制冷剂进行热交换。该配置同时避免了对独立膨胀设备的需求，从而使制冷系统更紧凑，也促进了有助于防止液态制冷剂流入压缩机的热交换过程。该配置还减少了储液器中液态制冷剂的蒸发，以致蒸发器中能够得到更多的液体，因此提高了制冷系统的效率和冷却能力。由于该系统不依靠与储液器中液态制冷剂的任何热交换，因此该配置尤其适合使用其液化比其它传统制冷剂更困难的超临界制冷剂，例如CO2。在一些实施方案中，该管具有管阻，其中管阻分布于该管在外壳内长度的大部分，在一个实施方案中可以包括毛细管。通常，膨胀管提供足够的管阻以在沿程的流体中产生用于导入蒸发器的充足压降。在一些实施方案中，该装置还包括用于将制冷剂液体与制冷剂气体分离以及用于将制冷剂气态导入外壳入口的分离装置。该分离装置可以包括用于将流体导入室内的流体入口，该入口设置成防止流经入口的流体直接流入外壳入口。这样，液体可以汇集在室的下部，同时气态制冷剂可以从液体上部的空间吸入外壳入口。在一些实施方案中，外壳制成管的形式，膨胀管沿外壳管的长度延伸，以致来自室内的气态和/或两相制冷剂在管的表面上流动，以促进与流经膨胀管的高压制冷剂的热交换。在一些实施方案中，该装置还可以包括一个膨胀设备，该膨胀设备限定一个或多个节流孔，可调节其大小以提高流体流动的管阻至超过由膨胀器管提供的管阻。有利的是，对该组合的总管阻有贡献的孔式膨胀设备的增置使膨胀器管的管阻能够减轻或减少。这又使膨胀器管的横截面积以至表面积增加，从而促进了与由蒸发器流入制冷系统的压缩机的制冷剂之间的热交换。作为选择方案，或除此之外，这种配置也允许膨胀器管的长度缩短，因此使膨胀器管能够更紧凑。在一些实施方案中，该装置还包括阀装置，用于将膨胀设备的至少一个孔的大小。有利的是，这使该组合膨胀器的管阻以至蒸发器入口处的制冷剂温度得到控制。因此，阀设备使制冷系统的冷却能力能够独立于压缩机速度进行控制。这对压缩机由发动机驱动以至压缩机速度取决于汽车速度的汽车空调系统尤其有利。例如，当汽车怠速但系统的热负荷可能保持不变时，压缩机速度将很低。在这种情况下，由较低压缩机速度引起的冷却能力的降低可以通过控制阀设备来补偿，以增加通过组合膨胀器的压降，从而降低蒸发器入口处的制冷剂温度，提高系统的冷却能力。在一些实施方案中，阀设备响应于一个参数例如温度或压力，来改变孔的大小。阀设备可以包括随其温度的变化而移动的结构。有利的是，这使阀设备能够根据局部温度的变化，例如蒸发器入口处温度的变化而自动打开或关闭。在一些实施方案中，该结构包括能够沿其长度呈现弯曲的组件，其中所呈现弯曲的张紧度随温度变化，以致弯曲的张紧张在穿过该孔的平面内变化。有利的是，这种配置提供一种用于操作该孔阀的紧凑且结实的装置。在一些实施方案中，该组件包括包含第一材料的第一组件和包含第二材料的第二组件，其中第一材料的热膨胀系数与第二材料的不同，并且两个组件并排地设置在平面内。在一些实施方案中，组件包括成螺旋形式的细长带。在一些实施方案中，该装置进一步包括用于将流体从储液器输送至压缩机的另外的管和用于将流体从压缩机输送至储液器的返回管，其中另外的管和返回管之间存在热交换关系。这种配置允许在储液器和压缩机之间(例如系统的冷却器/冷凝器和储液器之间)的制冷剂回路部分中流入压缩机的流体和流出压缩机的流体之间发生额外的热交换，以提高系统的效率。另外的管和返回管可以彼此接触和/或一根管可以位于另一根管的内部，以实现从中流过的流体之间的热交换。在一些实施方案中，返回管可以在沿其长度的至少一部分提供管阻，例如可以包括毛细管，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制冷系统的装置，包括具有用于容纳制冷剂的室的储液器；位于所述室内部的外壳，所述外壳由外壳壁限定且具有流体入口和流体出口；以及用于膨胀制冷剂且设置在所述外壳内部的膨胀器，其中所述膨胀器包括用于从中输送制冷剂的管，所述管 在其长度的至少一部分上具有管阻，以在沿程的流体中产生压降。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷俊杰，
申请(专利权)人：谷俊杰，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]