用于跨临界蒸气循环系统的充注控制系统技术方案

一种冷却系统包括主要制冷剂回路，所述主要制冷剂回路包括压缩器、排热换热器、扩胀器和膨胀装置中的一个、联接到热负荷的至少一个蒸发器、以及抽吸蓄积器。充注管理回路包括与压缩器和排热换热器并列配置的充注管理接收器。控制器配置成将储备制冷剂聚集到充注管理接收器且从充注管理接收器排放储备制冷剂，以在主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请是2013年12月17日提交的美国专利申请No.14/109,416的部分延续，所述美国专利申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请No.61/785,900的优先权，本申请还要求2015年XXX提交的美国临时专利申请No.XX/XXX,XX的优先权，所有这些申请的全部内容通过引用结合于此。
公开了一种操作在航空航天应用中的冷却系统的改进方法，且更特别地，公开了一种操作包括在跨临界或亚临界模式下操作的冷却系统的改进方法。
技术介绍
已经越来越期望的是改进在航空航天应用中的冷却系统。典型地，冷却系统为商用和其它航空航天系统提供空气调节、制冷和冷冻服务等等。概括而言，对于提供冷却可使用各种已知的选项，但是这些选项具有缺点，所述缺点限制用于航空航天应用的设计选项。一个已知的选项包括蒸气压缩循环。蒸气压缩循环通过两相操作传递制冷剂，且能够高效操作以及利用与气体相反的液体的载热容量，且利用液体制冷剂的蒸发热。因此，当与基于气体或空气的系统比较时，通过一部分蒸气压缩循环，冷却系统能够明显更加紧凑，因为被携载的流体是液体形式。然而，蒸气压缩循环典型地受限于较低环境温度操作且对于高的环境温度操作不可提供有用的解决方案。另一已知的选项是利用诸如空气的气体作为制冷剂的基于单相气体的系统。然而，虽然空气能够有用地用作制冷剂介质，但是空气不是高效热流体，因为空气的热容量受限于其质量流动率和热容量的函数。因此，基于气体的系统典型地比蒸气压缩系统效率更低，且典型地单独出于这个原因，大于蒸气压缩系统。附加地，空气系统典型地包括显著的管道通道，以携载实现典型地出于航空航天目的使用的冷却量所需的空气的量。为了适应航空器的可能环境操作条件的宽泛范围，用于航空航天应用的冷却系统典型地使用基于气体的系统。换言之，虽然期望的是在航空器或航空航天应用中减小质量和体积，但是典型的冷却系统包括更大且效率更低的基于气体的系统，以覆盖能够经历的条件的范围。典型地，航空器在操作条件的范围内操作，在此期间可能也需要操作航空器的冷却系统。在一个示例中，诸如当为了离开而滑行、加载乘客或货物、或等待天气条件允许时，航空器可驻留在停机坪上。在另一示例中，航空器可在高海拔处操作。在又一示例中，航空器可在过渡中且在升高海拔期间操作。这种操作会给制冷系统的操作带来挑战，因为冷凝器和整个冷却系统在可能操作条件的这个范围期间会暴露到宽泛的各种温度和条件下。其它已知的系统包括作为制冷剂的二氧化碳(CO2)，所述二氧化碳当在跨临界模式(即，超临界到亚临界之间的跨越操作)下操作时提供的机会，以由于显著改进的系统效率而显著减小系统的整体尺寸。跨临界系统的性能对在主要回路中循环的制冷剂充注非常敏感。COP最大和冷却容量依据环境和蒸发温度。当环境温度或负荷被改变时，循环制冷剂的量也应该改变。如果循环制冷剂的量维持相同，则用于环境和蒸发温度的操作范围(envelope)可能被显著限制。由于泄漏造成的制冷剂充注的短缺可能引起从性能不足到严重失效的系统故障。因此，在系统中的制冷剂库存的诊断和即时的制冷剂充注服务对于维持稳健的系统性能而言是极其重要的。照此，需要改进冷却系统，其能够在操作条件和温度的宽泛范围内操
作。附图说明虽然权利要求不受限于特定示图，但是通过对示图的各个示例的讨论将最佳地理解各个方面。现在参照附图，详细示出示例性示图。虽然附图代表示图，但是所述附图并非必然成比例，且特定特征可被放大以更好地展示和说明示例的创造性方面。而且，在此描述的示例性示图并非旨在是详尽性的或以其它方式限制或约束到在附图中示出的且在以下详细说明中公开的准确形式和配置。通过参照如下附图详细描述示例性示图：图1是采用在此讨论的改进的气体涡轮机发动机的示图；图2是具有可选阀控制冷剂流动路径的冷却系统的示图；图3是具有第二压缩器的冷却系统的示图；图4是冷却系统的示图，其具有用于作为增压压缩器操作的排出器；图5是具有次级膨胀环路的冷却系统的示图；图6是由废热源部分热驱动的冷却系统的示图；图7是根据一个示例的具有两个冷却回路的冷却系统的示图；图8是根据一个示例的具有两个冷却回路的冷却系统的示图；图9是在图7中展示的冷却系统中使用的两个冷却回路之一的示例性示图；图10是在图8中展示的冷却系统中使用的两个冷却回路的示例性示图；图11是依据一个实施方式的冷却系统的示例性示图，其具有接收器、传感器、和能够控制的控制阀；图12展示根据一个示例性实施方式的跨临界CO2系统或蒸气控制系统(VCS)；图13展示具有扩胀器的跨临界CO2系统或蒸气控制系统(VCS)；以及图14展示具有扩胀器的跨临界CO2系统或蒸气控制系统(VCS)。具体实施方式在本文中描述用于航空器应用的示例性冷却系统及其各种实施方式。冷却系统包括主要制冷剂回路，主要制冷剂回路包括压缩器、排热换热器、扩胀器和膨胀装置之一、联接到热负荷的至少一个蒸发器、以及抽吸蓄积器。充注管理回路包括与压缩器和排热换热器并列配置的充注管理接收器。控制器配置成将储备制冷剂聚集到充注管理接收器且从充注管理接收器排放储备制冷剂，以在主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。冷却系统可具有将压缩器排放侧和蒸发器入口连接的热气旁通器。当热气旁通器是OFF时，充注管理接收器被接合；当热气旁通器是OFF时，热气旁通阀基于在低压侧中的读取压力而调制热气的流率且最终调制蒸发器容量。充注管理接收器被用作提供制冷剂库存的诊断的装置。当在充注管理接收器中的压力高于设定点(设定点高于抽吸压力)时，在所述系统中制冷剂库存是充分的。否则，需要制冷剂充注服务。操作冷却系统的方法包括：使制冷剂在主要制冷剂回路中经过，主要制冷剂回路包括压缩器、排热换热器、膨胀装置和扩胀器之一、联接到热负荷的至少一个蒸发器、以及抽吸蓄积器；使制冷剂在充注管理回路中经过，所述充注管理回路具有与压缩器和排热换热器并列配置的充注管理接收器；并且将储备制冷剂聚集到充注管理接收器且从充注管理接收器排放储备制冷剂，以在主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。所述方法在热旁通阀完全关闭时被应用。冷却系统包括：第一换热器；与航空器的热负荷联接的蒸发器；联接到换热器的第一和第二冷却回路，第一和第二冷却回路能够经由一组冷却回路阀选择，所述一组冷却回路阀设置成基于在航空器的环境条件下穿过第一换热器的空气而指引制冷剂经过第一回路、第二回路、或第一和第二回路；以及接收器，其配置成聚集储备制冷剂，以在冷却系统在亚临界、
跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。另一示例性示图包括操作冷却系统的方法，所述方法包括：操作引起制冷剂穿过换热器且根据环境条件指引制冷剂经过第一冷却回路、第二冷却回路、或两者的一组阀；且在接收器中聚集储备制冷剂，以在冷却系统在亚临界、跨临界、和超临界操作模式下操作时提供系统操作的灵活性。现在参照附图，图1展示气体涡轮机10的示意图，气体涡轮机是利用在此公开的改进的用于航空器的初级发动器或推进源。涡轮机10包括初级压缩器12、燃烧器14和初级涡轮机组件16。风扇18本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却系统，包括：主要制冷剂回路，其包括：压缩器；排热换热器；扩胀器和膨胀装置中的一个；联接到热负荷的至少一个蒸发器；以及抽吸蓄积器；充注管理回路，其具有与所述压缩器和所述排热换热器并列配置的充注管理接收器；以及控制器，其配置成将储备制冷剂聚集到所述充注管理接收器且从所述充注管理接收器排放储备制冷剂，以提供在所述主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界的操作模式下操作时的系统操作的灵活性。

【技术特征摘要】
2015.02.03 US 62/1112341.一种冷却系统，包括：主要制冷剂回路，其包括：压缩器；排热换热器；扩胀器和膨胀装置中的一个；联接到热负荷的至少一个蒸发器；以及抽吸蓄积器；充注管理回路，其具有与所述压缩器和所述排热换热器并列配置的充注管理接收器；以及控制器，其配置成将储备制冷剂聚集到所述充注管理接收器且从所述充注管理接收器排放储备制冷剂，以提供在所述主要制冷剂回路中的制冷剂在亚临界、跨临界、和超临界的操作模式下操作时的系统操作的灵活性。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，热负荷来自航空器且制冷剂是CO2。3.根据权利要求1所述的冷却系统，还包括：在所述充注管理接收器的各低压侧和高压侧上的第一和第二接收器阀；且所述控制器配置成基于所述航空器的环境条件而操作所述第一和第二接收器阀。4.根据权利要求1所述的冷却系统，所述主要制冷剂回路还包括热气旁通阀，所述热气旁通阀配置成将热气从所述压缩器的排放部转移到所述抽吸蓄积器和回热式换热器的入口之一。5.根据权利要求4所述的冷却系统，其中，当热气旁通阀是打开时，所述第一和第二接收器阀是关闭。6.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述控制器配置成基于压缩器的排放压力而控制所述充注管理接收器中的储备制冷剂的量。7.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述控制器配置成将所述压缩器的抽吸压力与在所述充注管理接收器内的压力进行比较，且基于所述比较而确定在所述主要制冷剂回路内的制冷剂的充注是充分的还是不充分的。8.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述系统具有并列连接的“n”个蒸发器，且至少“n-1”个蒸发器具有在相关蒸发器下游定位的背压调节器。9.根据权利要求8所述的冷却系统，其中，所述热气旁通阀基于与设定点比较的在所述蒸发器出口处的过热值而控制蒸发器容量：如果至少一个过热低于相关设定低点且所有其它过热值在范围内，则HGBV打开；如果至少一个过热高于相关设定高点且所有其它过热值在范围内，则HGBV关闭。10.根据权利要求8所述的冷却系统，其中，每个背压调节器基于与设定点比较的在蒸发器出口处的过热而控制蒸发器容量：当所述过热高于设定高点时，所述背压调节器打开，且当所述过热低于低设定点时，所述背压调节器关闭。11.一种操作冷却系统的方法，所述方法包括：使制冷剂在主要制冷剂回路中经过，所述主要制...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·魏斯曼，
申请(专利权)人：劳斯莱斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US