[0001] 本发明涉及制冷系统。

[0002] 在一些制冷系统中，热能可以经由制冷剂在第一热交换器和第二热交换器之间传递。

[0053] 图1和图2示出了包括回路20、吹风机30和控制器40的示例性制冷系统10。回路20包括一系列管道50、第一热交换器60、蓄料器300、压缩机70、计量设备80、第二热交换器90和热存储装置100。

[0054] 该系列管道50经由蓄料器300将第一热交换器60连接到压缩机70，将压缩机70连接到第二热交换器90，将第二热交换器90连接到计量设备80，将计量设备80连接到第一热交换器60，使得制冷剂可以绕回路20循环。

[0055] 第一热交换器60位于计量设备80的下游以及蓄料器300和压缩机70的上游，并在制冷剂和诸如空气的介质之间进行热交换。第二热交换器90位于压缩机70的下游和计量设备80的上游，并在制冷剂和热存储装置100之间进行热交换。

[0056] 压缩机70在图1所示的方向上绕回路20驱动制冷剂，使得制冷剂从压缩机70循环到第二热交换器90，从第二热交换器90循环到计量设备80，从计量设备80循环到第一热交换器60，以及经由蓄料器300从第一热交换器60循环到压缩机70。在随后讨论的一些操作模式中，压缩机70可以额外地压缩制冷剂。

[0057] 计量设备80可在受限状态和非受限状态下操作。在受限状态下，流过计量设备80的制冷剂膨胀，制冷剂的压力和温度降低。在非受限状态下，流过计量设备80的制冷剂不膨胀，制冷剂的压力和温度不变。在该示例中，计量设备80包括可变膨胀阀。在受限状态下，可变膨胀阀具有第一限制，在非受限状态下，可变膨胀阀具有第二限制较少的限制。

[0058] 热存储装置100存储用于传输到制冷剂和从制冷剂传输的热能，以便对制冷剂进行加热和冷却。在该特定示例中，热存储装置100包括相变材料。然后，这具有的好处是，热存储装置100可以利用相变材料的潜热容量来存储给定温度变化的更多热能。在一个示例中，相变材料可以是熔点在45℃和50℃之间的有机蜡或无机盐水合物。

[0059] 吹风机30包括由马达驱动的风扇，用于将介质(如空气)吹过第一热交换器60。

[0060] 控制器40控制压缩机70、计量设备80和吹风机30。例如，控制器40可以开启和关闭压缩机70和吹风机30，以及控制计量设备80的状态。控制器40还可以控制压缩机70和/或吹风机30的速度。

[0061] 在控制器40的控制下，制冷系统10可在第一模式和第二模式下操作。第一模式在本文中可被称为“冷却模式”，而第二模式在本文中可被称为“再生模式”，其原因将从以下描述中显而易见。

[0062] 在第一模式中，如图1所示，控制器40将计量设备80移动到受限状态并以第一速度操作吹风机30。由于计量设备80处于受限状态，流过计量设备80的制冷剂的压力和温度降低。在该特定示例中，制冷剂保持在液态，但可以想象可以经历从液态到液‑蒸汽态的相变。流过第一热交换器60的制冷剂的温度低于移动经过第一热交换器60的空气的温度。因此，第一热交换器60充当蒸发器以冷却空气，并加热和蒸发制冷剂。因此，制冷剂经历从液态到蒸汽态的相变。然后，制冷剂经由蓄料器300从第一热交换器60流向压缩机70，这将在下面进行更详细的描述。在压缩机70处，压缩制冷剂以增加制冷剂的压力，从而增加制冷剂的温度。离开压缩机70的压缩制冷剂处于蒸汽相，或主要是蒸汽相。然后，制冷剂流过第二热交换器90，第二热交换器90在制冷剂和热存储装置100之间交换热量。流过第二热交换器90的制冷剂的温度高于热存储装置100的温度。因此，第二热交换器90用作冷凝器以加热热存储装置100，并冷却和冷凝蒸汽制冷剂。因此，制冷剂在第二热交换器90中经历从蒸汽态到液态的相变。然后，制冷剂流向计量设备80，并重复循环。

[0063] 在第二模式中，如图2所示，控制器40将计量设备80移动到非受限状态，并以第二速度操作吹风机30。由于计量设备80处于非受限状态，流过计量设备80的制冷剂的压力和温度不变。在此特定示例中，制冷剂处于蒸汽态，但可以想象其处于液体蒸汽态或液态。流过第一热交换器60的制冷剂的温度高于移动经过第一热交换器60的空气的温度。因此，空气被加热，制冷剂被冷却。在该特定示例中，制冷剂未被冷却到其沸点以下，因此制冷剂不会冷凝或经历相变。然后，制冷剂从第一热交换器60流向蓄料器300，然后流向压缩机70。由于计量设备80的非受限状态，压缩机70不压缩制冷剂。然后，制冷剂流过第二热交换器90，第二热交换器90在制冷剂和热存储装置100之间交换热量。由于制冷剂在第一热交换器60处冷却，流过第二热交换器90的制冷剂的温度低于热存储装置100。因此，热存储装置100被冷却，并且制冷剂被加热。在该特定示例中，流过第二热交换器90的制冷剂处于蒸汽态，因此不会经历相变。然后，制冷剂流向计量设备80，并重复循环。

[0064] 在一些示例中，第一模式是可变冷却模式，其中第一热交换器处介质的冷却水平是可变的。这是例如通过改变压缩机70和/或吹风机30的速度来实现的。在其他示例中，这是通过改变跨计量设备80的压降，例如通过经由计量设备改变限制水平实现的。冷却水平也可以根据介质和/或热存储装置100的温度而改变。随着冷却水平的改变，在整个回路20的不同阶段可能存在不同数量的制冷剂。例如，当以第一模式提供低或最小冷却水平(即从第二热交换器90到第一热交换器60的低热传递速率)时，第二热交换器可包含比在更高冷却水平下更多的液体制冷剂。另一方面，在第一模式中可由制冷系统10实现的更高或最大冷却水平或“最大冷却能力”下，回路中循环的蒸气制冷剂的比例可能高于液态制冷剂，并且管道50和回路10的各种部件中的制冷剂总体上较少。

[0065] 蓄料器300被配置为容纳回路20中的多余液体制冷剂，特别是当制冷系统被操作以提供更高冷却水平时。当冷却水平降低时，它还用作可在回路20中循环的制冷剂的源。这里的蓄料器300在第一模式下的制冷系统的最大冷却能力下过大。换句话说，蓄料器300被配置为容纳比提供最大冷却能力所需的更大的体积的液体制冷剂。例如，可以通过压缩机70的额定值、制冷系统10中使用的制冷剂的类型、制冷系统10中制冷剂的装料水平和/或制冷系统10的预期用途(例如介质的预期温度范围)来限制最大冷却能力。

[0066] 在第二种模式中，如上所述，主要是蒸汽制冷剂在回路20周围循环。这与第一模式形成对比，在第一模式中，即使在最大冷却能力下，在第二热交换器90和计量设备80之间的至少一条液体管线中以及在计量设备80和第一热交换器60之间的管线中也存在一些液体制冷剂。在第二模式下，绕整个回路20循环的制冷剂也将比在第一模式下少。因此，蓄料器300的尺寸设置成当制冷系统10在第二模式下操作时至少容纳这种多余的制冷剂。在一些示例中，为此目的，蓄料器300的尺寸类似地过大，以便在回路中提供显著的制冷剂缓冲器。

[0067] 如下文将参照图5更详细地描述，蓄料器300还被配置为分离液体和气态制冷剂，使得在第一和第二模式中只有气态制冷剂返回到压缩机70。这样，蓄料器300起到双重作用，既防止压缩机中制冷剂的液体吸入，又充当回路20中液体制冷剂的缓冲器。此外，如果省略第二再生模式，则通常在第二热交换器90和计量设备80之间的液体管线中定位制冷剂缓冲器，例如接收器，以容纳在第一模式中冷却能力变化时的多余制冷剂。在第一热交换器60和压缩机70之间提供过大的、两用蓄料器允许制冷系统10在第一模式和第二模式下操作，而不需要液体管线中的额外缓冲器，并且不需要改变制冷剂通过回路20的流动方向，否则改变流动方向将需要复杂的阀门布置。这导致更简单的制冷系统10，其能够在不需要向介质提供冷却时冷却热存储装置100。

[0068] 控制器40响应于输入在第一模式和第二模式之间切换。在该示例中，制冷系统10包括用于测量热存储装置100的温度的温度传感器，并且控制器40响应于由温度传感器测量的热存储装置100的温度的变化而在第一模式和第二模式之间切换。特别地，控制器40响应于热存储装置100的温度超过上阈值而切换到第二模式。第一热交换器和第二热交换器(即制冷系统的热侧和冷侧)的温差越大，系统的效率就越低。因此，上阈值可以表示超过其制冷系统10则不再能够有效或高效地冷却空气的温度。或者，上阈值可以表示超过其则热存储装置的体积膨胀变得过大，或者热存储装置的温度变得过热的温度，这可能存在安全问题或可能导致热存储装置的物理和/或化学性质的不利变化。此外，上阈值可以表示超过其制冷剂的压力变得过大的温度。然后，控制器40响应于热存储装置100的温度低于下阈值而切换到第一模式。如上所述，制冷系统的效率随着第一热交换器和第二热交换器的温度差的减小而增加。因此，下阈值可以表示制冷系统10能够有效或高效地冷却空气的温度。在热存储装置包括相变材料的情况下，上阈值和下阈值可以分别大于和低于相变材料的熔点。例如，当相变材料具有46℃的熔点时，上阈值可为48℃并且下阈值可为44℃。因此，制冷系统10在第一模式下操作，以在第一热交换器60处冷却空气并在第二热交换器90处加热热存储装置。制冷系统10在第一模式下操作，直到热存储装置的温度超过上阈值。然后，制冷系统10切换到第二模式，以在第一热交换器60处加热空气并在第二热交换器90处冷却热存储装置100。制冷系统10继续在第二模式下操作，直到热存储装置100的温度下降到低于下阈值，此时制冷系统10切换到第一模式。

[0069] 在进一步的示例中，输入可以由用户接口提供。用户接口可以形成制冷系统10的一部分(例如专用接口)，或者用户接口可以形成经由无线接口连接到控制器40的单独设备(诸如移动电话、平板电脑或其他计算设备)的一部分。因此，用户能够控制制冷系统10。在一个示例中，用户可以指定空气的目标温度，并且控制器40可以操作制冷系统10以便将空气保持在目标温度。在第二示例中，用户可以调度需要冷却的时间(例如在白天)，并且控制器40可以在调度冷却时将制冷系统切换到第一模式以冷却空气，并且在未调度冷却时(例如在夜间)将制冷系统切换到第二模式以冷却热存储装置100。在第三示例中，可以使用地理围栏，使得当用户在家时，控制器40将制冷系统10切换到第一模式，并且当用户不在家时，控制器40将制冷系统10切换到第二模式。用户接口还可以用于例如调节或控制吹风机30的速度。

[0070] 输入也可以由温度传感器(例如房间恒温器)提供。控制器40可以响应于空气温度的变化打开和关闭制冷系统10，使得制冷系统10将房间保持在所需温度。

[0071] 使用上述制冷系统10，当在第一模式下操作时，在第一热交换器60处冷却空气并且在第二热交换器90处加热热存储装置100。通过在计量设备80处采用第一限制来在第一热交换器60处冷却空气，这降低了制冷剂的压力并因此降低了制冷剂的温度。当在第二模式下操作时，在第一热交换器60处加热空气并且在第二热交换器90处冷却热存储装置100。热存储装置100通过在计量设备80处采用第二限制较少的限制来冷却，这不会降低制冷剂的压力。在常规制冷循环中，热存储装置的加热和冷却可以通过具有可逆制冷剂流来实现，这通常需要四通阀等。利用上述制冷系统10，制冷剂在第一模式和第二模式中以相同的方向绕回路20循环。特别是，压缩机70在两种模式下以相同的方向驱动制冷剂绕回路20。因此，可以在不需要四通阀的情况下实现热存储装置100的加热和冷却。制冷系统10的潜在缺点是，热存储装置100的冷却速率可能低于通过可逆制冷循环可以实现的速率。然而，这种潜在的缺点可以通过省略四通阀来节省成本来抵消。

[0072] 热存储装置100可以包括相变材料。然后，这使得能够利用相变材料的潜热容量来存储给定温度变化的更多热能。因此，制冷系统10可以在第一热交换器60处提供较长时间的冷却。尽管如此，制冷系统可以用不包括相变材料的热存储装置100操作。

[0073] 制冷剂仅在第一模式下经历相变。然而，设想了其他实施例，其中制冷剂在第二模式下经历相变。

[0074] 在上述示例中，计量设备80在第二模式下具有非受限状态。因此，计量设备80处的制冷剂的压力和温度不变。这种效果，即计量设备80处的压力或温度没有变化，可以通过其他方式实现。例如，正如现在将参照图3和图4描述的那样，制冷系统可以包括用于在第二模式下旁通计量设备的旁通阀。

[0075] 图3和图4示出了制冷系统110的另一个示例。制冷系统110与上述相同，并且在图1和图2中示出，但有两个例外。首先，计量设备80仅具有受限状态，即计量设备80不具有非受限状态。当制冷剂流过计量设备80时，制冷剂膨胀并且制冷剂的压力和温度降低。在该示例中，计量设备80包括毛细管，该毛细管在回路20中提供限制。其次，制冷系统110包括旁通环路210。

[0076] 旁通环路210包括第一管道、第二管道和旁通阀220。第一管道将旁通阀220连接到计量设备80和第二热交换器90之间的回路20，第二管道将旁通阀220连接到计量设备80和第一热交换器60之间的回路20。旁通阀220可在关闭状态和打开状态下操作。在关闭状态下，制冷剂流过计量设备80，由此制冷剂膨胀并且制冷剂的压力和温度降低。在打开状态下，制冷剂流过旁通环路210以旁通计量设备80。由此，制冷剂不膨胀，制冷剂的温度和压力不变。在该特定示例中，旁通阀220包括电磁线圈，用于在控制器40的控制下在关闭状态和打开状态之间移动旁通阀220。

[0077] 制冷系统110再次可在第一模式和第二模式下操作。

[0078] 在第一模式中，如图3所示，控制器40将旁通阀220移动到关闭状态，使得制冷剂流过计量设备80。由于计量设备80具有限制，流过计量设备80的制冷剂的压力和温度降低。在该特定示例中，制冷剂保持在液态，但可以想象可以经历从液态到液‑蒸汽态的相变。流过第一热交换器60的制冷剂的温度低于移动经过第一热交换器60的空气的温度。因此，第一热交换器60充当蒸发器以冷却空气，并加热和蒸发制冷剂。因此，制冷剂经历从液态到蒸汽态的相变。然后，制冷剂从第一热交换器60流向压缩机70，于是制冷剂被压缩以增加制冷剂的压力，从而增加制冷剂的温度。然后，制冷剂流过第二热交换器90，第二热交换器90在制冷剂和热存储装置100之间交换热量。流过第二热交换器90的制冷剂的温度高于热存储装置100的温度。因此，第二热交换器90用作冷凝器以加热热存储装置100，并冷却和冷凝制冷剂。因此，制冷剂经历从蒸汽态到液态的相变。然后，制冷剂流向计量设备80，并重复循环。

[0079] 在第二模式中，如图4所示，控制器40将旁通阀220移动到打开状态，使得制冷剂流过旁通环路210并旁通计量设备80。由于制冷剂旁通计量设备80，流过旁通环路210的制冷剂的压力和温度不变。在此特定示例中，制冷剂处于蒸汽态。流过第一热交换器60的制冷剂的温度高于移动经过第一热交换器60的空气的温度。因此，空气被加热，制冷剂被冷却。在该特定示例中，制冷剂未被冷却到其沸点以下，因此制冷剂不会冷凝或经历相变。然后，制冷剂从第一热交换器60流向压缩机70。由于制冷剂旁通计量设备80，压缩机70不压缩制冷剂，而是用来驱动制冷剂绕回路20。然后，制冷剂流过第二热交换器90，第二热交换器90在制冷剂和热存储装置100之间交换热量。流过第二热交换器90的制冷剂的温度低于热存储装置100的温度。因此，热存储装置100被冷却，并且制冷剂被加热。在该特定示例中，流过第二热交换器90的制冷剂处于蒸汽态，因此不会经历相变。然后，制冷剂流向旁通环路210，并重复循环。

[0080] 由此，图3和图4的制冷系统110实现了与图1和图2的制冷系统10相同的优点。与图1和图2的制冷系统10相反，其中计量设备80包括可变膨胀阀，制冷系统110包括用于旁通计量设备80的旁通阀220。可变膨胀阀可以提供用于在两种模式下实现不同制冷剂压力的有效机构，而旁通阀220可以提供更具成本效益的机构。

[0081] 图5示出了蓄料器300的示意性示例构造。蓄料器300包括用于存储制冷剂的腔室310和出口320，出口320包括被配置为在竖管开口331处通向腔室310的竖管330。蓄料器300还包括在入口开口341处通向腔室310的入口340。入口340在图5中示出为在竖管330对面竖直地通向腔室310，但是应当理解，入口可以在任何其他合适的位置通向腔室310，诸如水平地偏离竖管330和/或在竖管开口332下方。

[0082] 蓄料器300被配置为使得当制冷系统在冷却模式下操作时，竖管330始终在腔室310中的液体制冷剂的自由表面水平350之上通向腔室。换句话说，腔室310足够大，以在冷却模式下在最大冷却能力下容纳回路中的多余制冷剂，同时保持低于竖管开口331的制冷剂的自由表面水平350。以这种方式，仅或大部分气态制冷剂经由竖管330从蓄料器300传递到压缩机70。

[0083] 蓄料器300和/或竖管330包括金属和/或由金属形成，例如铜和/或铝。换句话说，限定腔室310的外壳311包括导热材料和/或由导热材料形成。具体地，外壳311由纺丝铜球(spun copper bulb)形成。在其他示例中，蓄料器300和/或竖管330由任何其他合适的材料形成，例如金属和/或聚合物。在一些示例中，蓄料器300包括热绝缘材料，由热绝缘材料形成和/或被热绝缘材料包围。

[0084] 图6A和图6B示出了包括制冷系统10的示例性风扇组件500。具体地，如图6B所示，风扇组件500包括加热、通风和空调(HVAC)系统400，该系统包括制冷系统10。风扇组件500还包括喷嘴511和主体515。

[0085] 喷嘴511附接到主体515，并且包括用于接收来自主体515的气流的喷嘴入口512和用于排放气流的喷嘴出口513。在图6a和6b的示例中，喷嘴511通常为跑道形状，入口526包括在喷嘴511的基部中的开口，并且喷嘴出口513包括一对狭槽，每个狭槽沿着喷嘴511的直线部分延伸。在一些示例中，喷嘴511可包括板条、百叶窗或用于改变从喷嘴出口513排出的气流的方向的其他装置。因此，可以改变气流的方向，而无需旋转喷嘴511或主体515。

[0086] 主体515包括壳体517、制冷系统10和气流发生器，气流发生器在这里是制冷系统10的吹风机30。壳体517容纳HVAC系统400，特别是制冷系统10和吹风机30。

[0087] 壳体517包括壳体入口525和壳体出口526，气流通过壳体入口525被吸入主体515，气流通过壳体出口526特别是经由喷嘴入口512被排放到喷嘴511中。在所示的示例中，壳体517是圆柱形的，壳体入口525在壳体517的侧壁中包括多个孔，壳体出口526在壳体517的顶壁中包括开口。

[0088] 吹风机30包括由电动马达驱动的叶轮。吹风机30在主体515的壳体出口526和壳体入口525之间产生气流。更具体地，气流经由壳体入口525被吸入壳体517，于是气流如上所述地移动经过制冷系统10的第一热交换器60以调节气流。然后，经调节的气流穿过吹风机30，并经由壳体出口526从主体515排出。

[0089] 风扇组件500旨在主要用于提供冷却的气流。例如，这种冷却的气流可以用于冷却人或房间。为了实现这一点，风扇组件500的制冷系统10在如上所述的第一模式下操作。

[0090] 在不需要冷却期间，或当已达到热存储装置100的最大储热容量时，风扇组件500可以在第二再生模式下操作。在第二模式中，风扇组件500排出在第一模式期间存储的热量。因为当在再生模式下操作时从风扇组件500排出加热的气流，所以可以在房间未被占用(或不太可能被占用)时或在实际上希望加热时发生热存储装置100的再生。例如，风扇组件500可以被计划在白天以冷却模式操作，在夜间以再生模式操作。在进一步的示例中，可以使用地理围栏，并且当用户不再出现在风扇组件500所在的房间或建筑物中时，风扇组件
500可以以再生模式操作。

[0091] 所示的HVAC系统400和制冷系统10用于风扇组件500，因此其尺寸设置成能够为人或房间提供足够的冷却。以这种方式，与例如建筑物的制冷系统和/或工业HVAC系统相比，制冷系统10相对较小。例如，制冷系统10可以装载高达100g、高达150g、高达200g或高于200g的制冷剂，并且蓄料器的尺寸可以容纳高达100ml、高达150ml、高达200ml、高达250ml或高于250ml的液体制冷剂。

[0092] 然而，应当理解，本发明可以用于任何其他合适的HVAC，诸如建筑物和/或工业HVAC系统。在这种HVAC系统中，制冷系统10及其部件，特别是蓄料器300，可以相应地更大，并且尺寸设置为适合其预期目的。

[0093] 在上述示例中，在第二模式中，制冷剂的压力和温度不会被计量设备80降低。然而，可以想象，在第二模式中，制冷剂的压力和温度可以通过计量设备80少量降低，前提是流过第一热交换器60的制冷剂的温度高于空气的温度。然而，这可能导致制冷系统10、110可以在第一模式中在第一热交换器60处冷却空气的有效性降低。

[0094] 在上述示例中，制冷系统用于在第一热交换器60处冷却空气。然而，制冷系统10、110可以用于在第一热交换器60处冷却替代介质，例如另一种气体或液体。此外，虽然上述示例包括吹风机30，但可以省略吹风机30，并且可以依靠诸如对流装置或泵之类的其他机构来使介质移动经过第一热交换器60。

[0095] 上述实施例应被理解为本发明的说明性示例。应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用或与所描述的其它特征组合使用，并且还可以与任何其他实施例或其他实施例的任何组合的一个或多个特征组合使用。此外，在不脱离在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同物和修改。