专利名称：具有蒸气注射系统的压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及蒸气注射，特别是一种具有改进的蒸气注射系统的热泵系统。
背景技术：
包括空调、冷却器、制冷和热泵系统的加热和/或冷却系统可以包括布置在热交 换器和压缩机之间的膨胀箱，以用于提高系统能力和效率。膨胀箱接收来自热交换器的液 体制冷剂并将一部分该液体制冷剂转换为蒸气以供压缩机使用。因为该膨胀箱相对于入口 液体制冷剂保持在较低的压力下，一些液体制冷剂蒸发，使得在膨胀箱中的剩余液体制冷 剂失去热量并且变得过冷。在膨胀箱中产生的蒸气处于升高的压力下，并可以被注射到压 缩机中以增加系统的加热和/或冷却能力。来自膨胀箱的气化的制冷剂被分配到压缩机的中等或中间压力入口。因为该气化 的制冷剂的压力比离开蒸发器的气化的制冷剂的压力高得多，而比离开压缩机的出口制冷 剂流的压力要低，该来自膨胀箱的加压的制冷剂使得压缩机可以将该加压的制冷剂压缩到 通常的出口压力，同时使该加压的制冷剂只经过压缩机的一部分。位于膨胀箱中的过冷的制冷剂类似地增加了该热交换器的能力和效率。从膨胀箱 排出过冷的液体并根据所需的模式(即，加热或冷却)将该制冷剂送到热交换器之一中。因 为该液体处于过冷状态，该热交换器可以从周围环境吸收更多的热量，从而改进该加热或 冷却循环的整体性能。调节从膨胀箱到压缩机的加压制冷剂流，以确保压缩机只接收气化的制冷剂。类 似地，调节从膨胀箱流到热交换器的过冷液体制冷剂流，以阻止从膨胀箱到热交换器的气 化制冷剂流。可以通过调节流入膨胀箱中的液体制冷剂流来控制上述两种情形。换句话说， 通过调节流入膨胀箱中的液体制冷剂流，可以控制气化的制冷剂和过冷液体制冷剂的量， 从而控制到压缩机中的气化的制冷剂流和到热交换器中的过冷的液体制冷剂流。
发明内容
—种热泵系统，包括与膨胀箱、第一热交换器和第二热交换器流体连通的涡旋 压缩机；布置在所述第一和第二热交换器中的一个与所述膨胀箱之间的第一毛细管；布置 在所述第一和第二热交换器中的所述一个与所述第一毛细管之间的第一阀，所述第一阀在 第一状态时允许制冷剂通向所述第一毛细管，在第二状态时限制制冷剂通向所述第一毛细 管；以及布置在所述第一和第二热交换器中的所述一个与所述膨胀箱之间的第二毛细管， 所述第二毛细管独立于所述第一阀进行操作，以便当所述第一阀处于所述第一状态或所述 第二状态时，所述第二毛细管接收制冷剂。一种热泵系统，包括与第一热交换器和第二热交换器流体连通的压缩机；膨胀箱、布置在所述第一热交换器和所述膨胀箱的入口之间的第一毛细管，布置在所述第一热 交换器和所述膨胀箱的所述入口之间的第二毛细管、布置在所述第二热交换器和所述膨胀 箱的出口之间的第三毛细管以及布置在所述第二热交换器和所述膨胀箱的所述出口之间 的第四毛细管，其中所述第一毛细管、所述第二毛细管、所述第三毛细管和所述第四毛细管 能操作以便根据室外环境条件来调节热泵系统的能力。优选地，所述热泵系统还包括布置在所述第一热交换器和所述第一毛细管之间的
阀。 优选地，所述阀是电磁阀，该电磁阀能在第一模式下操作以便限制制冷剂来自所 述第一毛细管，该电磁阀能在第二模式下操作以便允许制冷剂通向所述第一毛细管。优选地，所述第二毛细管、所述第三毛细管和所述第四毛细管独立于所述电磁阀 进行操作。优选地，所述热泵系统还包括布置在所述膨胀箱的出口和所述第三毛细管之间的阀。优选地，所述阀是电磁阀，该电磁阀能在第一模式下操作以便限制制冷剂来自所 述第三毛细管，该电磁阀能在第二模式下操作以便允许制冷剂通向所述第三毛细管。优选地，所述第一毛细管、所述第二毛细管和所述第四毛细管独立于所述电磁阀 进行操作。一种使制冷剂在包括压缩机的流路中在第一热交换器和第二热交换器之间流通 的热泵系统中的蒸气注射系统，包括膨胀箱；布置在第一热交换器和所述膨胀箱的入口 之间的第一毛细管；布置在第一热交换器和所述膨胀箱的所述入口之间的第二毛细管；布 置在第二热交换器和所述膨胀箱的出口之间的第三毛细管；以及布置在第二热交换器和所 述膨胀箱的所述出口之间的第四毛细管；其中能操作所述第一毛细管、所述第二毛细管、所 述第三毛细管和所述第四毛细管以便根据室外环境条件调节能力。优选地，所述蒸气注射系统还包括布置在第一热交换器和所述第一毛细管之间的 阀。优选地，所述阀是电磁阀，该电磁阀能在第一模式下操作以便限制制冷剂来自所 述第一毛细管，该电磁阀能在第二模式下操作以便允许制冷剂通向所述第一毛细管。优选地，所述第二毛细管、所述第三毛细管和所述第四毛细管独立于所述电磁阀 进行操作。优选地，所述蒸气注射系统还包括布置在所述膨胀箱的出口和所述第三毛细管之 间的阀。优选地，所述阀是电磁阀，该电磁阀能在第一模式下操作以便限制制冷剂来自所 述第三毛细管，该电磁阀能在第二模式下操作以便允许制冷剂通向所述第三毛细管。优选地，所述第一毛细管、所述第二毛细管和所述第四毛细管独立于所述电磁阀 进行操作。一种热泵系统，包括压缩机；与所述压缩机流体连通的第一热交换器；与所述第 一热交换器和所述压缩机流体连通的第二热交换器；与所述第一热交换器和所述第二热交 换器流体连接的膨胀箱；在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间延伸的第一管道； 以及与所述第一管道相关的阀，所述阀能够在打开状态下操作，以允许沿着所述第一管道在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间的流动，从而至少部分地旁通所述膨胀箱， 并且所述阀能够在关闭状态下操作，以阻止沿着所述第一管道在所述第一热交换器和所 述 第二热交换器之间的流动，从而将流动引导到所述膨胀箱中。优选地，所述热泵系统能够在加热模式和冷却模式下运行。优选地，当所述热泵系统处于所述加热模式时，所述阀能够在所述第一状态和所 述第二状态下操作。优选地，当所述热泵系统处于所述冷却模式时，所述阀能够在所述第一状态和所 述第二状态下操作。优选地，当所述热泵系统在所述加热模式下运行并且室外温度高时，所述阀处于 所述打开状态，并且当所述热泵系统在所述加热模式下运行并且所述室外温度低时，所述 阀处于所述关闭状态。优选地，当所述热泵系统在所述冷却模式下运行并且室外温度低时，所述阀处于 所述打开状态，并且当所述热泵系统在所述冷却模式下运行并且所述室外温度高时，所述 阀处于所述关闭状态。优选地，所述阀基于室外环境条件而在所述第一状态和所述第二状态之间移动。优选地，所述阀是电磁阀。优选地，所述热泵系统还包括布置在所述阀与所述第一热交换器和所述第二热交 换器中的一个的入口之间的毛细管。优选地，所述热泵系统还包括在所述第一热交换器和所述第二热交换器中的一个 与所述膨胀箱的入口之间延伸的第二管道。优选地，所述第二管道将所述膨胀箱的入口与所述第一管道流体连接，以选择性 地从所述第一热交换器和所述第二热交换器中的一个输送制冷剂到所述膨胀箱。优选地，当所述阀处于所述关闭状态时，来自所述第一热交换器和所述第二热交 换器中的所述一个的所有制冷剂经由所述第二管道被输送到所述膨胀箱。优选地，当所述阀处于所述打开状态时，制冷剂经由所述第二管道流到所述膨胀 箱中并沿着所述第一管道流过所述阀。优选地，当所述阀处于所述关闭状态时，来自所述第一热交换器和所述第二热交 换器中的所述一个的所有制冷剂被输送到所述膨胀箱。优选地，当所述阀处于所述打开状态时，所述制冷剂流到所述膨胀箱中并沿着所 述第一管道流过所述阀。—种使制冷剂在包括压缩机的流路中在第一热交换器和第二热交换器之间流通 的热泵系统中的蒸气注射系统，包括膨胀箱；第一管道，所述第一管道将所述膨胀箱的入 口与所述第一热交换器和所述第二热交换器流体连接，并能够操作成将制冷剂从所述第一 热交换器和所述第二热交换器中的至少一个输送到所述膨胀箱；以及第二管道，所述第二 管道在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间延伸，并能够操作成选择性地将制冷剂 从所述第一热交换器和所述第二热交换器中的一个输送到所述第一热交换器和所述第二 热交换器中的另一个，从而至少部分地旁通所述膨胀箱。优选地，所述蒸气注射系统还包括与所述第二管道相关的阀，所述阀能够在关闭 状态和打开状态之间操作，所述关闭状态阻止经过所述阀并沿着所述第二管道在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间的流动，所述打开状态允许经过所述阀并沿着所述第二 管道在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间的流动。优选地，所述阀基于室外环境条件而在所述第一状态和所述第二状态之间移动。优选地，所述阀是电磁阀。优选地，所述蒸气注射系统还包括布置在所述阀与所述第一热交换器和所述第二 热交换器中的一个的入口之间的毛细管。优选地，当所述阀处于所述关闭状态时，来自所述第一热交换器和所述第二热交 换器中的一个的所有制冷剂经由所述第一管道被输送到所述膨胀箱。优选地，当所述阀处于所述打开状态时，制冷剂经由所述第一管道流到所述膨胀 箱中并沿着所述第二管道流过所述阀。
优选地，当所述热泵系统在加热模式下运行并且室外温度高时，所述阀处于所述 打开状态，并且当所述热泵系统在所述加热模式下运行并且所述室外温度低时，所述阀处 于所述关闭状态。优选地，当所述热泵系统在冷却模式下运行并且室外温度低时，所述阀处于所述 打开状态，并且当所述热泵系统在所述冷却模式下运行并且所述室外温度高时，所述阀处 于所述关闭状态。优选地，当所述热泵系统在加热模式下运行时，所述阀能够在所述第一状态和所 述第二状态下操作。优选地，当所述热泵系统在冷却模式下运行时，所述阀能够在所述第一状态和所 述第二状态下操作。从以下的详细描述中，本发明的其它应用领域会更加明显。应当理解这些详细的 描述和特定的实例只是为了示意的目的而不是用于限制本发明的范围。
从详细的描述和附图中本发明会变得更加能够完全理解，其中图1是根据本发明的原理的热泵系统的示意图；图2是表示为HEAT模式的图1中的热泵系统的示意图；图3是表示为COOL模式的图1中的热泵系统的示意图；图4是与热泵系统一起使用的根据本发明的原理的蒸气注射系统的示意图；图5是与热泵系统一起使用的根据本发明的原理的蒸气注射系统的示意图；以及图6是与热泵系统一起使用的根据本发明的原理的蒸气注射系统的示意图。
具体实施例方式下列描述本身仅仅是示例性的，而绝不是用于限制本发明、应用或使用。蒸气注射可以用在空调、冷却器、制冷和热泵系统中以便提高系统的能力和效率。 蒸气注射系统可以包括用于使供给压缩机的制冷剂蒸发并使供给热交换器的制冷剂过冷 的膨胀箱。蒸气注射可以用于热泵系统中，该热泵系统能够给商业和住宅楼提供加热和冷 却，以便提高加热和冷却之一或两者的能力和效率。由于一些原因，膨胀箱可以用在冷却器应用中以便给水提供冷却效果，用在制冷系统中以便冷却陈列柜或冰箱的内部空间，以及用在空调系统中以便影响房间或楼的温 度。热泵系统可以包括冷却循环和加热循环，而冷却器、制冷和空调系统通常只包括冷却循 环。但是，提供加热和冷却循环的热泵冷却器在世界的一些区域是标准规范。各系统利用 制冷剂以便通过制冷循环产生所需的冷却或加热效果。对于空调应用，采用制冷循环来降低要被冷却的新的空间(通常是房间或楼)的 温度。对于该应用，通常采用风扇或吹风机来迫使周围空气与蒸发器形成更快的接触以便 增加热交换并冷却周围环境。对于冷却器应用，制冷循环冷却或冷冻水流。当在HEAT模式下操作时，热泵冷却 器利用制冷循环加热水流。不是采用风扇或吹风机，而是制冷剂保留在热交换器的一侧同 时循环的水或盐水提供用于蒸发的热源。在HEAT模式中，热泵冷却器通常采用周围空气 来作为用于蒸发的热源，但是也可以采用其它源，例如地下水，或采用从大地吸热的热交换 器。这样，当在COOL模式下热量由水传送到制冷剂中以及在HEAT模式下热量由制冷剂传 送到水中时，热交换器冷却或加热流经该热交换器的水。在制冷系统中，例如冰箱或冷藏陈列柜，热交换器冷却装置的内部空间，冷凝器排 出吸收的热量。通常使用风扇或吹风机来迫使装置内部空间中的空气与蒸发器形成更快的 接触，以便增加热交换并冷却内部空间。在热泵系统中，制冷循环用于加热和冷却。热泵系统可以包括第二热交换器和第 一热交换器，第二热交换器加热和冷却商业或住宅楼的房间或内部空间。热泵也可以是具 有“室外”和“室内，，部分组合在一个框架中的整体结构。如前所述，制冷循环可应用于空调、冷却器、热泵冷却器、制冷和热泵系统。尽管各 系统具有独特的部件，蒸气注射可以用来提高系统能力和效率。即，在各系统中，可以给压 缩机的中间或中等压力输入提供接收来自热交换器的液体制冷剂并将一部分液体制冷剂 转化为蒸气的膨胀箱。该气化的制冷剂的压力比离开蒸发器的气化的制冷剂的压力高得 多，而比离开压缩机的出口制冷剂流的压力要低。因此，来自膨胀箱的加压的制冷剂使得压 缩机可以将该加压的制冷剂压缩到正常的出口压力，同时使该加压的制冷剂只流经压缩机 的一部分。另外，在膨胀箱中的过冷制冷剂对于增加热交换器的能力和效率是有用的。因为从膨胀箱排出的液体是过冷的，当将该液体供给热交换器时，可以从周围环 境中吸收更多的热量，从而增加了加热或制冷循环的整体性能。下面参考附图提供更多的 特定实例，但是本领域技术人员应当认识到尽管本申请所述的实例包括空气调节和加热， 本发明也可用于其它系统，关于特定类型的系统所述的特定部件也同样可用于其它类型的 系统。 参考图1，设有热泵系统10，该热泵系统包括第一热交换器12、第二热交换器14、 涡旋压缩机16、储罐18和蒸气注射系统20。该第一热交换器12和第二热交换器14与涡 旋压缩机16、储罐18和蒸气注射系统20流体连通，以便制冷剂可以在之间流通。制冷剂 在涡旋压缩机16的压力下循环通过该系统10，并且在第一热交换器12和第二热交换器14 之间流通以便排出和吸收热量。可以理解，第一热交换器12或第二热交换器14是排出还 是接受热量取决于该热泵系统10是设定为COOL模式还是HEAT模式，如下面进一步所述。该第一热交换器12包括第一盘管或热交换器22和第一风机24，第一风机24由马 达26驱动，该马达可以是单速、双速或变速马达。该第一热交换器12包括包住盘管22和风机24的保护壳体，以便风机24吸入周围空气经过盘管22以增加热交换。另外，该第一 热交换器12通常容纳涡旋压缩机16和储罐18。尽管公开了风机24，应当理解在冷却器应 用中，热量从水流直接传送到制冷剂中，这样，可以排除风机24的需要。尽管已经描述第一 热交换器12包括风机24以吸入周围空气经过盘管22，应当理解从盘管22传送热量的任何 方法(例如将盘管22埋在地下或使水流经过盘管22周围)都被认为在本发明的范围内。第二热交换器14包括第二盘管或热交换器28以及由马达32驱动的第二风机30， 该马达可以是单速、双速或变速马达。将第二风机30和盘管28包在箱体中以便风机30迫 使周围的室内空气以由变速马达32的速度确定的速度经过第二盘管28。经过盘管28的空 气流引起在周围环境和盘管28之间的热交换。在这方面，盘管28和第二风机30 —起选择 地升高或降低环境的温度。另外，尽管公开了风机30，应当理解在冷却器应用中，热量由水流直接传送到制冷 剂中，这样可以排除对风机30的需要。而且，尽管公开的第二热交换器14包括风机30以 便吸入周围空气经过盘管28，应当理解从盘管28传送热量的任何方法(例如将盘管28埋 在地下或使水流经过盘管28周围)都被认为在本发明的范围内。是否需要风机24，30来和第一和第二热交换器12，14 一起使用在很大程度上取决 于第一和第二热交换器12，14的应用。例如，如果第一热交换器在制冷系统中用作冷凝器， 优选的是将盘管22埋在地下而不是采用风机24。但是，在该系统中，当第二热交换器14用 作蒸 发器时，将第二热交换器14埋在地下而不是采用风机30则不是优选的，而由此倾向于 采用风机30来使空气流通过盘管28以便冷却冰箱或制冷柜(未示)的内部空间。通过简单地由四通换向阀34转换第二盘管28和第一盘管22的功能，将热泵系统 10用于冷却和加热。具体地说，当四通阀34设为COOL模式时，第二盘管28作为蒸发器盘 管而第一盘管22作为冷凝器盘管。相反，当四通阀34转变为HEAT模式(交替的位置)时， 盘管22，28的功能转换，即，第二盘管28作为冷凝器而第一盘管22作为蒸发器。当第二盘管28作为蒸发器时，移动通过第二盘管28的液体制冷剂从周围室内环 境吸收热量。所述在第二盘管28和液体制冷剂之间的热传递冷却周围的室内空气。相反， 当第二盘管28用作冷凝器时，通过第二盘管28从气化的制冷剂中排出热量，从而加热周围 室内空气。涡旋压缩机16可以容纳在第一热交换器12中且给热泵系统10加压以便使制冷 剂在整个系统10中流通。涡旋压缩机16包括吸入口 36、排出口 38和蒸气注射口 40。排 出口 38通过管道42与四通阀34流体连接，以便加压的制冷剂可以经由四通阀34分配到 第一和第二热交换器12，14中。吸入口 36经由管道44与储罐18流体连接，以便涡旋压缩 机16从储罐18吸入制冷剂用于压缩。涡旋压缩机16在吸入口 36接收来自储罐18的制冷剂，该储罐18经由管道46和 四通阀34流体连接。另外，储罐18从第一和第二热交换器12，14接收制冷剂用于涡旋压 缩机16的压缩。储罐18储存从第一和第二盘管22，28接收的低压制冷剂并保护压缩机16 免于接收液态制冷剂。蒸气注射口 40经由管道58和蒸气注射系统20流体连接并从该蒸气注射系统20 接收加压的制冷剂。止回阀60可以设置在通常位于蒸气注射口 40和蒸气注射系统20之 间的管道58上，以防止制冷剂从蒸气注射口 40流到蒸气注射系统20中。
蒸气注射系统20产生加压的蒸气，该加压的蒸气的压力水平比储罐18提供的蒸 气压力要高，但比涡旋压缩机16产生的压力要低。当该加压的蒸气达到升高的压力水平 后，蒸气注射系统20可以将加压的制冷剂经由蒸气注射口 40传送到涡旋压缩机16中。通 过将加压的蒸气制冷剂传送到涡旋压缩机16中，提高了系统的能力和效率。当室外温度和 所需室内温度的差相对较大时(即，在较热或较冷的天气)，这种效率的增加甚至会更加显著。参考图1，所示蒸气注射系统20包括膨胀箱62、一对入口膨胀装置64，65、一对出 口膨胀装置66，67以及冷却膨胀装置68。应当理解尽管各膨胀装置64，65，66，67，68将被 描述并表示为毛细管，所述膨胀装置64，65，66，67，68可选择地是热膨胀阀或电子膨胀阀。 另外，蒸气注射系统20包括与入口膨胀装置64，65之一相邻的第一控制阀69以及与出口 膨胀装置66，67之一相邻的第二控制阀71。尽管此后所述控制阀69，71为电磁阀，应当理 解能够选择地限制来自毛细管64，66的制冷剂的任何控制阀都认为在本发明的范围内。膨胀箱62包括入口 70、蒸气出口 72和过冷液体出口 74，各口和内部容积76流体 连接。入口 70经由管道78，79，89与第一和第二热交换器12，14流体连接。蒸气出口 72 经由管道58与涡旋压缩机16的蒸气注射口 40流体连接，而过冷液体出口 74经由管道82， 83，80与室外和第二热交换器12，14流体连接。特别参考图1-3详细描述热泵系统10的操作。所述热泵系统10包括COOL模式 和HEAT模式，蒸气注射系统20在HEAT模式过程中提供中间压力蒸气和过冷液体制冷剂而 在COOL模式下被旁通。应当理解，尽管此后所述和如图所示的蒸气注射系统20在COOL模 式下被旁通，通过简单转换第一和第二热交换器12，14的功能，该蒸气注射系统20可选择 地在HEAT模式下被旁通，以及由此通过系统10的制冷剂流被旁通。当热泵系统10设为COOL模式(图3)时，蒸气注射系统20被旁通，这样没有在压 缩机16的蒸气注射口 40处注入蒸气，没有给第二热交换器28供给过冷液体制冷剂。在COOL模式下，涡旋压缩机16在储罐18上产生吸力以便将气化的制冷剂吸入到 涡旋压缩机16中。一旦充分压缩蒸气，高压制冷剂就经由排出口 38和管道42从涡旋压缩 机16排出。四通阀34经由管道84将加压的制冷剂引导到第一热交换器12中。一旦制冷 剂到达第一盘管22，由于在室外空气、盘管22和由涡旋压缩机16产生的压力之间的相互作 用，制冷剂释放储存的热量。当制冷剂释放了足够的热量后，制冷剂从气相或气化相转变为 液相。当制冷剂从气相转变为液相时，制冷剂经由管道80从第一盘管22移动到第二盘 管28。止回阀86沿着管道82布置以便防止液体制冷剂在出口 74处进入膨胀箱62。由于 来自第一盘管22的液体制冷剂比过冷液体制冷剂的压力高，来自膨胀箱62的过冷液体制 冷剂不与来自第一盘管22的液体制冷剂混合。毛细管68通常沿着管道80布置在第一热交换器12和第二热交换器14之间。由 于移动的液体制冷剂和毛细管68内壁的相互作用，毛细管68降低了液体制冷剂的压力。该 液体制冷剂的较低压力使得制冷剂在到达第二热交换器14之前膨胀并开始转变回气相。由于膨胀箱62的压力比离开毛细管68的制冷剂的压力高，低压制冷剂不进入膨 胀箱62。因此，当系统10设为COOL模式时，制冷剂旁通过膨胀箱62且蒸气不在蒸气注射 口 40处注入涡旋压缩机16。因为在COOL模式期间制冷剂不进入膨胀箱62，所以在膨胀箱62内不收集过冷液体制冷剂。因此，在COOL模式期间，第二热交换器14不接收过冷液体制 冷剂。当液体制冷剂到达第二热交换器14时，该液体制冷剂进入第二盘管28以便完成 从液相到气相的转变。液体制冷剂在低压下(由于和毛细管68的相互作用，如前所述)进 入第二盘管28并从周围环境中吸收热量。当风机30使空气经过第二盘管28时，制冷剂吸 收热量并完成相变，从而冷却经过第二盘管28的空气，并由此冷却周围环境。一旦制冷剂 到达第二盘管28的端部，制冷剂就处于低压气态。这里，涡旋压缩机16的吸力使得制冷剂 经由管道88和四通阀34返回到储罐18中。当热泵系统10设 为HEAT模式(图2)时，蒸气注射系统20给涡旋压缩机16的蒸 气注射口 40提供中间压力的蒸气并给第一热交换器22提供过冷液体制冷剂。在HEAT模式下，涡旋压缩机16对储罐18产生吸力以便将气化的制冷剂吸入到涡 旋压缩机16中。一旦给蒸气充分加压，高压制冷剂就经由排出口 38和管道42从涡旋压缩 机16中排出。四通阀34将加压的制冷剂经由管道88引导到第二热交换器14中。当制冷 剂达到第二盘管28时，由于内部空气、盘管28和由涡旋压缩机16产生的压力之间的相互 作用，制冷剂释放出储存的热量并由此加热周围区域。当制冷剂释放出足够的热量时，制冷 剂从气相或气化相转变为液相。一旦制冷剂进行从气体到液体的相变，制冷剂就从第二盘管28经由管道80，78和 79移动到第一盘管22中。液体制冷剂首先沿着管道80运动直到到达止回阀90。止回阀 90限制液体制冷剂沿着管道80从第二盘管28到第一盘管22的进一步运动。这样，止回阀 90使得液体制冷剂流入管道78，79并遇到电磁阀69和毛细管65。如果电磁阀69处于打 开状态，制冷剂还会遇到毛细管64。当室外环境条件较高时(即当室内需要较少的热量时)，将电磁阀69触发到打开 状态以使得制冷剂遇到毛细管64。当室外环境条件较高时，由于允许制冷剂流经两个毛细 管64，65，更多的制冷剂进入膨胀箱62。允许流经两个毛细管64，65降低了流动的阻力并 因此增加了制冷剂的压力。增加制冷剂的压力降低了系统10的加热能力并且也防止了较 低的蒸发器温度条件以及在第一热交换器22上结霜。当室外环境条件较低时关闭电磁阀69，从而引导所有的制冷剂通过毛细管65并 旁通过毛细管64。旁通过毛细管64增加了流动阻力并因此降低了制冷剂的压力。降低制 冷剂的压力增加了系统10的加热能力并且因此在较低的室外环境条件下是有用的。应当注意在COOL模式中采用蒸气注射系统20并在HEAT模式中旁通蒸气注射系 统的系统中，当室外环境条件较低时(即当室内需要较少的冷却效果时)打开电磁阀69。 相反，在该系统中，当室外环境条件较高时(即当室内需要较多的冷却效果时)关闭电磁阀 69。在制冷剂于入口 70处进入膨胀箱62之前，毛细管64，65使来自第二盘管28的制 冷剂膨胀。制冷剂的膨胀使得制冷剂开始从液相转变为气相。当液体制冷剂流过入口 70 时，开始填充膨胀箱62的内部容积76。当膨胀箱62的容积被充满时，进入的液体制冷剂使 得固定的内部容积76开始加压。一旦液体制冷剂到达膨胀箱62，液体释放热量使得一些液体制冷剂蒸发而一些液 体制冷剂进入过冷状态。此时，膨胀箱62具有气化的制冷剂和过冷的液体制冷剂的混合。该气化的制冷剂的压力比离开第一和第二盘管22，28的气化的制冷剂的压力要高，但是比 离开涡旋压缩机16的排出口 38的气化的制冷剂的压力要低。气化的制冷 剂经由蒸气出口 72离开膨胀箱62并供入涡旋压缩机16的蒸气注射 口 40。加压的蒸气制冷剂使得涡旋压缩机16可以以所需的输出压力传送出口制冷剂流，从 而提高系统10的整体效率。过冷的液体制冷剂经由出口 74排出膨胀箱62并经由管道82，83，80到达第一热 交换器12。过冷的液体制冷剂离开出口 74并遇到电磁阀71和毛细管67。毛细管67使液 体制冷剂在到达第一盘管22之前膨胀以便提高制冷剂从外部吸取热量的能力。如果电磁 阀71处于打开状态，制冷剂还遇到毛细管66。当室外环境条件较高时(即当室内需要较少的热量时)，将电磁阀71触发到打开 状态以便使得制冷剂遇到毛细管66。当室外环境条件较高时，由于允许制冷剂流过两个毛 细管66，67，更多的制冷剂离开膨胀箱62。使得流过两个毛细管66，67降低了流动阻力并 由此增加了制冷剂的压力。增加制冷剂的压力降低了系统10的加热能力并且也防止了较 低的蒸发器温度条件以及在第一热交换器22上的结霜。当室外环境条件较低时关闭电磁阀71，从而引导所有的制冷剂经过毛细管67并 旁通过毛细管66。旁通过毛细管66增加了流动阻力并因此降低了制冷剂的压力。降低制 冷剂的压力增加了系统10的加热能力并且因此在较低的室外环境条件下是有用的。应当注意在COOL模式中采用蒸气注射系统20并在HEAT模式中旁通蒸气注射系 统的系统中，当室外环境条件较低时(即当室内需要较少的冷却效果时)打开电磁阀71。 相反，在该系统中，当室外环境条件较高时(即当室内需要较多的冷却效果时)关闭电磁阀 71。电磁阀69，71可以用来给热泵系统提供四种组合以便根据环境条件来调整热泵 系统10的能力。例如，电磁阀69可以处于关闭状态同时电磁阀71处于打开状态、电磁阀 69可以处于打开状态同时电磁阀71处于关闭状态、电磁阀69，71都处于打开状态、以及电 磁阀69，71都处于关闭状态。上述四种阀组合给热泵系统10提供了根据室外环境条件来 优化毛细管节流的能力。如上所述，热泵系统10包括一对电磁阀69，71。但是，应当理解热泵系统10可选 择地包括单个电磁阀(即电磁阀69或电磁阀71)以便使系统的复杂程度最小化。这种具 有布置在膨胀箱62的入口处(即电磁阀69的位置)或布置在膨胀箱62的出口处(即电 磁阀71的位置)的单个电磁阀的热泵系统10给热泵系统提供了两种组合以便根据环境条 件来调整热泵系统10的能力。一旦制冷剂经由第一盘管22从外部吸收热量，制冷剂就再次返回到气体阶段并 经由管道84和四通阀34返回储罐18以便开始再次循环。参见图4，设有蒸气注射系统20a，该蒸气注射系统20a可以替代如图1_3所示的 蒸气注射系统20。由于蒸气注射系统20的相关部件相对于蒸气注射系统20a在结构和功 能上基本类似，在下文及附图中采用相同的参考标号来指代相同的部件，而包含字母扩展 (letter extensions)的参考标号用来指代变化的部件。蒸气注射系统20a包括布置在膨胀箱62的入口 70附近的毛细管65和布置在膨 胀箱62的入口 74附近的毛细管67。毛细管65在制冷剂进入膨胀箱62之前使制冷剂膨胀以有助于蒸发，同时毛细管67使过冷的液体制冷剂膨胀以提高制冷剂在第一热交换器22 中吸收热量的能力。蒸气注射系统20a也包括沿着管道78a布置的电磁阀69a和膨胀装置64a，管道 78a通常在管道80和第一热交换器22的入口之间延伸。当电磁阀69a处于打开状态时，电 磁阀69a使得制冷剂遇到毛细管64a以便一部分制冷剂旁通过膨胀箱62。当室外环境条件 较高时(即当室内需要较少的热量时)，将电磁阀69a触发到打开状态。当室外环境条件较高时，将制冷剂引导通过毛细管65进入膨胀箱62并通过毛细 管64a。离开毛细管65的制冷剂在进入膨胀箱62之前通过毛细管65膨胀。一旦制冷剂处 于膨胀箱62中，该制冷剂就分离成过冷的液体制冷剂和中间压力的蒸气并被用来增加系 统的能力，如前所述。离开毛细管64a的制冷剂同样膨胀并通过管道直接进入第一热交换器22的入口。 制冷剂旁通过膨胀箱62并通过管道直接进入第一热交换器22。允许制冷剂流过两个毛细 管64a，65降低了由膨胀箱62接收的制冷剂的量并增加了制冷剂的压力，从而降低了系统 的加热能力。当环境条件较高时(即当需要额外的能力时)，系统加热能力的减小降低了液 体溢回和在第一盘管22上结霜的可能性。当室外环境条件较低时，关闭电磁阀69a以便引导所有的制冷剂经过毛细管65并 进入膨胀箱62。将所有的制冷剂引导到膨胀箱62中增加了到达膨胀箱62中的制冷剂的量 并降低了制冷剂的压力，由于更多的中间蒸气达到压缩机16且更多的过冷液体制冷剂到 达第一盘管22，从而增加了系统加热的整体能力。
应当注意在COOL模式中采用蒸气注射系统20a并在HEAT模式中旁通蒸气注射系 统的系统中，当室外环境条件较低时(即当室内需要较少的冷却效果时)打开电磁阀69a 以便降低热泵系统的冷却能力。相反，在该系统中，当室外环境条件较高时(即当室内需要 较多的冷却效果时)关闭电磁阀69a以便增加热泵系统的冷却能力。参见图5，设有蒸气注射系统20b，该蒸气注射系统20b可以替代如图1-3所示的 蒸气注射系统20。由于蒸气注射系统20的相关部件相对于蒸气注射系统20b在结构和功 能上基本类似，在下文及附图中采用相同的参考标号来指代相同的部件，而包含字母扩展 的参考标号用来指代变化的部件。蒸气注射系统20b包括布置在膨胀箱62的出口 74附近的电磁阀71和毛细管66， 67。另外，毛细管65布置在膨胀箱62的入口 70附近。经过毛细管65的制冷剂在进入膨 胀箱62之前膨胀以便有助于蒸发，而流经毛细管66，67的制冷剂膨胀以便开始从液体转变 为蒸气从而有助于制冷剂在第一热交换器22处吸收热量的能力。蒸气注射系统20b提供两种操作模式。第一，当室外环境条件较高时(即当室内 需要较少的热量时)，可以将电磁阀71触发到打开状态以使得制冷剂遇到毛细管66。当允 许制冷剂遇到毛细管66时，制冷剂在到达第一热交换器22之前流过管道82，83并进入管 道80。通过使得制冷剂流过两个毛细管66，67，增加了制冷剂的压力且较多量的制冷剂到 达第一热交换器22。制冷剂的升高的压力降低了系统的加热能力。第二，当室外环境条件较低时(即当室内需要更多的热量时)，可以将电磁阀71触 发到关闭状态以便限制制冷剂到达毛细管66。通过限制制冷剂流过毛细管66，降低了制冷 剂的压力且增加了系统的加热能力。因此，在打开和关闭状态之间控制电磁阀71给蒸气注射系统20b提供了适应波动的室外环境条件的能力。另外，应当注意在COOL模式中采用蒸气注射系统20b并在HEAT模式中旁通蒸气 注射系统20b的系统中，当室外环境条件较低时(即当室内需要较少的冷却效果时)打开 电磁阀71以降低热泵系统的冷却能力。相反，在该系统中，当室外环境条件较高时(即当 室内需要较多的冷却效果时)关闭电磁阀71以增加热泵系统的冷却能力。 参见图6，设有蒸气注射系统20c，该蒸气注射系统20c可以替代如图1_3所示的 蒸气注射系统20。由于蒸气注射系统20的相关部件相对于蒸气注射系统20c在结构和功 能上基本类似，在下文及附图中采用相同的参考标号来指代相同的部件，而包含字母扩展 的参考标号用来指代变化的部件。蒸气注射系统20c包括布置在膨胀箱62的入口 70附件的毛细管65。经过毛细 管65的制冷剂在进入膨胀箱62之前膨胀以便有助于蒸发。另外，蒸气注射系统20c还包 括布置在膨胀箱62的出口 74附近的电磁阀，例如电子膨胀阀71c。膨胀阀71c通过控制在 百分之零和百分之百之间的开度来调节流出膨胀箱62的制冷剂流量。尽管公开了电子膨 胀阀71c，应当理解或者可以采用任何能够调节流量的阀，例如热膨胀阀。电子膨胀阀71c可以通过控制在出口 74处排出膨胀箱的过冷液体制冷剂的量来 控制向压缩机16中的蒸气注入。当电子膨胀阀71c完全关闭时(即百分之零的开度)，不 允许过冷液体制冷剂排出膨胀箱62，这样，膨胀箱62在入口 70处不能接收制冷剂流入。在 这样的条件下，制冷剂在膨胀箱62内不膨胀并因此不能被压缩机16使用。当电子膨胀阀71c在完全打开的状态时(即百分之百的开度)，允许过冷制冷剂在 出口 74处离开膨胀箱62并流入第一热交换器22。当允许过冷液体制冷剂离开膨胀箱62 时，允许制冷剂在入口 70处进入膨胀箱62并因此可以膨胀为蒸气以供压缩机16使用。因 此，通过控制电子膨胀阀71c的状态，蒸气注射系统20c可以用来控制系统的加热能力。当室外环境条件较低从而需要额外的加热时，将电子膨胀阀71c驱动到减少制冷 剂流量的位置(即，在出口 74和管道80之间形成较小的开度)。减少通过出口 74的制冷 剂流量降低了制冷剂的压力并因此增加了系统的加热能力。相反，当室外环境条件较高从 而不需要额外的加热时，打开电子膨胀阀71c以便使得更多的制冷剂流过出口 74并增加制 冷剂的压力。增加制冷剂的压力减小了系统的加热能力。应当注意在当COOL模式时采用蒸气注射系统20c而当HEAT模式时旁通蒸气注射 系统20c的系统中，当室外环境条件较低时(即当室内需要较小的冷却效果时)打开电子 膨胀阀71c以便降低热泵系统的冷却能力。类似地，在该系统中，当室外环境条件较高时 (即当室内需要较大的冷却效果时)部分关闭电子膨胀阀71c以便增加热泵系统的冷却能 力。各蒸气注射系统20，20a, 20b, 20c可以用来调节流过膨胀箱62的制冷剂，以便根 据室外环境条件来调整热泵系统10的加热能力。类似地，各蒸气注射系统20，20a, 20b，20c 可以用来调节流过膨胀箱62的制冷剂，以便当在HEAT模式下旁通膨胀箱62时，可以根据 室外环境条件来调整热泵系统10的冷却能力。本发明的描述本身只是示例性的，因此不偏离本发明的主旨的变化属于本发明的 范围内。不认为这种变化偏离了本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种热泵系统，包括与第一热交换器和第二热交换器流体连通的压缩机；膨胀箱、布置在所述第一热交换器和所述膨胀箱的入口之间的第一毛细管，布置在所 述第一热交换器和所述膨胀箱的所述入口之间的第二毛细管、布置在所述第二热交换器和 所述膨胀箱的出口之间的第三毛细管以及布置在所述第二热交换器和所述膨胀箱的所述 出口之间的第四毛细管，其中所述第一毛细管、所述第二毛细管、所述第三毛细管和所述第 四毛细管能操作以便根据室外环境条件来调节热泵系统的能力。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，还包括布置在所述第一热交换器和所述第一毛细 管之间的阀。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其中所述阀是电磁阀，该电磁阀能在第一模式下 操作以便限制制冷剂来自所述第一毛细管，该电磁阀能在第二模式下操作以便允许制冷剂 通向所述第一毛细管。
4.一种使制冷剂在包括压缩机的流路中在第一热交换器和第二热交换器之间流通的 热泵系统中的蒸气注射系统，包括膨胀箱；布置在第一热交换器和所述膨胀箱的入口之间的第一毛细管； 布置在第一热交换器和所述膨胀箱的所述入口之间的第二毛细管； 布置在第二热交换器和所述膨胀箱的出口之间的第三毛细管；以及 布置在第二热交换器和所述膨胀箱的所述出口之间的第四毛细管； 其中能操作所述第一毛细管、所述第二毛细管、所述第三毛细管和所述第四毛细管以 便根据室外环境条件调节能力。
5.根据权利要求4所述的蒸气注射系统，还包括布置在第一热交换器和所述第一毛细 管之间的阀。
6.根据权利要求5所述的蒸气注射系统，其中所述阀是电磁阀，该电磁阀能在第一模 式下操作以便限制制冷剂来自所述第一毛细管，该电磁阀能在第二模式下操作以便允许制 冷剂通向所述第一毛细管。
7.一种热泵系统，包括 压缩机；与所述压缩机流体连通的第一热交换器； 与所述第一热交换器和所述压缩机流体连通的第二热交换器； 与所述第一热交换器和所述第二热交换器流体连接的膨胀箱； 在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间延伸的第一管道；以及 与所述第一管道相关的阀，所述阀能够在打开状态下操作，以允许沿着所述第一管道 在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间的流动，从而至少部分地旁通所述膨胀箱， 并且所述阀能够在关闭状态下操作，以阻止沿着所述第一管道在所述第一热交换器和所述 第二热交换器之间的流动，从而将流动引导到所述膨胀箱中。
8.根据权利要求7所述的热泵系统，其中所述热泵系统能够在加热模式和冷却模式下 运行。
9.一种使制冷剂在包括压缩机的流路中在第一热交换器和第二热交换器之间流通的热泵系统中的蒸气注射系统，包括 膨胀箱；第一管道，所述第一管道将所述膨胀箱的入口与所述第一热交换器和所述第二热交换 器流体连接，并能够操作成将制冷剂从所述第一热交换器和所述第二热交换器中的至少一 个输送到所述膨胀箱；以及第二管道，所述第二管道在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间延伸，并能够 操作成选择性地将制冷剂从所述第一热交换器和所述第二热交换器中的一个输送到所述 第一热交换器和所述第二热交换器中的另一个，从而至少部分地旁通所述膨胀箱。
10.根据权利要求9所述的蒸气注射系统，还包括与所述第二管道相关的阀，所述阀能 够在关闭状态和打开状态之间操作，所述关闭状态阻止经过所述阀并沿着所述第二管道在 所述第一热交换器和所述第二热交换器之间的流动，所述打开状态允许经过所述阀并沿着 所述第二管道在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间的流动。
全文摘要
本发明致力于一种热泵系统，包括第一热交换器、与所述第一热交换器流体连通的第二热交换器、与各所述第一和第二热交换器流体连通的涡旋压缩机、以及与各所述第一和第二热交换器及所述涡旋压缩机流体连通的膨胀箱。第一毛细管布置在所述第一热交换器和所述膨胀箱的入口之间，第一阀布置在第一热交换器和所述第一毛细管之间以便控制制冷剂通向所述第一毛细管。
文档编号F25B41/06GK102109249SQ20111002119
公开日2011年6月29日 申请日期2006年6月14日 优先权日2005年8月22日
发明者张立毅, 胡文威 申请人:艾默生环境优化技术有限公司