專利名稱：噴射器循環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷。更具體地，本發(fā)明涉及噴射器制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于噴射器制冷系統(tǒng)的較早方案見于US 1836318和US3277660中。圖1示出了噴射器制冷系統(tǒng)20的一個(gè)基本示例。該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)22，該壓縮機(jī)具有入口(抽吸端口)24和出口(排出端口)26。壓縮機(jī)和其他系統(tǒng)部件沿制冷劑回路或流路27布置并且借助各種管道(管線)被連接。排出管線28從出口 26延伸到熱交換器(在系統(tǒng)的正常操作模式中是排熱熱交換器(例如，冷凝器或氣體冷卻器))30的入口 32。管線36從排熱熱交換器30的出口 34延伸到噴射器38的主入口(液相或超臨界或兩相入口)40。噴射器38還具有次入口(飽和的或過熱的蒸氣或兩相入口)42，以及出口 44。管線46從噴射器出口 44延伸到分離器48的入口 50。分離器具有液體出口 52和氣體出口 54。抽吸管線56從氣體出口 54延伸到壓縮機(jī)抽吸端口 24。管線28、36、46、56以及它們之間的部件限定制冷劑回路27的主環(huán)60。制冷劑回路27的次環(huán)62包括熱交換器64 (在正常操作模式中是吸熱熱交換器(例如，蒸發(fā)器))。蒸發(fā)器64包括沿次環(huán)62的入口 66和出口 68，并且膨脹裝置70定位在管線72中，該管線72在分離器液體出口 52和蒸發(fā)器入口 66之間延伸。噴射器次入口管線74從蒸發(fā)器出口 68延伸到噴射器次入口 42。在正常操作模式中，氣態(tài)制冷劑由壓縮機(jī)22抽吸通過抽吸管線56和入口 24、被壓縮并且從排出端口 26被排出到排出管線28中。在排熱熱交換器中，制冷劑向熱傳遞流體(例如，風(fēng)扇促動(dòng)的空氣或水或其他流體)釋放/排出熱量。冷卻的制冷劑借助出口 34離開排熱熱交換器，并且借助管線36進(jìn)入噴射器主入口 40。示例性噴射器38 (圖2)形成為被嵌套在外部構(gòu)件102內(nèi)的活動(dòng)(主)噴嘴100的組合。主入口 40是活動(dòng)噴嘴100的入口。出口 44是外部構(gòu)件102的出口。主制冷劑流103進(jìn)入入口 40并且接著傳送到活動(dòng)噴嘴100的會(huì)聚部104中。該主制冷劑流接著經(jīng)過喉部106和膨脹(發(fā)散)部108，從而通過活動(dòng)噴嘴100的出口 110?；顒?dòng)噴嘴100加速了流103并且降低了該流的壓力。次入口 42形成為外部構(gòu)件102的入口。由活動(dòng)噴嘴引起的主流的壓力降低有助于將次流112抽吸到外部構(gòu)件中。該外部構(gòu)件包括混合器，該混合器具有會(huì)聚部114和細(xì)長(zhǎng)喉部或混合部116。外部構(gòu)件還具有位于該細(xì)長(zhǎng)喉部或混合部116下游的發(fā)散部或擴(kuò)散器118。活動(dòng)噴嘴出口 110定位在會(huì)聚部114內(nèi)。當(dāng)流103離開出口 110時(shí)，該流開始與流112混合，而進(jìn)一步的混合通過提供混合區(qū)域的混合部116發(fā)生。在操作中，主流103典型地可以在進(jìn)入噴射器時(shí)是超臨界的，并且在離開活動(dòng)噴嘴時(shí)是亞臨界的。次流112在進(jìn)入次入口端口 42時(shí)是氣態(tài)的(或氣體與較少量液體的混合物)。形成的結(jié)合流120是液體/蒸氣混合物，并且在擴(kuò)散器118中減速和恢復(fù)壓力，同時(shí)保持混合物。在進(jìn)入分離器時(shí)，流120被分離回到流103和112。流103作為氣體流經(jīng)壓縮機(jī)抽吸管線，如上所述。流112作為液體流經(jīng)膨脹閥70。流112可由閥70膨脹(例如，至較低質(zhì)量(具有少量蒸氣的兩相))并且被傳送到蒸發(fā)器64。在蒸發(fā)器64內(nèi)，制冷劑從熱傳遞流體(例如，來自風(fēng)扇促動(dòng)的空氣流或水或其他液體)吸熱并且作為前述氣體從出口 68被排出到管線74。使用噴射器用于恢復(fù)壓力/回收功。從膨脹過程回收的功被用于在氣態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)之前壓縮該氣態(tài)制冷劑。因此，對(duì)于給定的期望蒸發(fā)器壓力來說，壓縮機(jī)的壓力比(且因此功耗)可以減少。還可以降低進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑的質(zhì)量。因此，每單位質(zhì)量流量的制冷效應(yīng)可以增加(相對(duì)于無噴射器系統(tǒng))。改善了進(jìn)入蒸發(fā)器的流體的分布(且因此改善了蒸發(fā)器性能)。由于蒸發(fā)器并不直接給壓縮機(jī)供料，因此蒸發(fā)器不需要產(chǎn)生過熱制冷劑流出流。使用噴射器循環(huán)因此可允許減少或消除蒸發(fā)器的過熱區(qū)域。這可允許蒸發(fā)器操作在兩相狀態(tài)，所述兩相狀態(tài)提供較高的熱傳遞性能(例如，對(duì)于給定容量，有利于減少蒸發(fā)器尺寸)。示例性噴射器可以是定幾何尺寸的噴射器(圖3)，或者可以是可控噴射器(圖2)。圖2示出了由針閥130提供的可控能力，所述針閥具有針132和致動(dòng)器134。致動(dòng)器134將針的針尖部136移入以及移出所述活動(dòng)噴嘴100的喉部106，以調(diào)節(jié)通過活動(dòng)噴嘴的流，并且繼而總體地調(diào)節(jié)噴射器。示例性致動(dòng)器134是電氣的(例如，螺線管等)。致動(dòng)器134可聯(lián)接到控制器140并由該控制器控制，該控制器可接收來自輸入裝置142(例如，開關(guān)、鍵盤等)和傳感器(未示出)的用戶輸入?？刂破?40可借助控制線路144 (例如，硬線或無線通信路徑)被聯(lián)接到致動(dòng)器和其他可控系統(tǒng)部件(例如，閥、壓縮機(jī)馬達(dá)等)?？刂破骺砂ㄏ率龅囊粋€(gè)或多個(gè)處理器；存儲(chǔ)器(例如，用于存儲(chǔ)用于由處理器執(zhí)行以執(zhí)行操作方法的程序信息，以及用于存儲(chǔ)由程序使用或由程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù))；以及硬件接口裝置(例如，端口)，所述硬件接口裝置用于與輸入/輸出裝置和可控系統(tǒng)部件交界。已經(jīng)提出了這種噴射器系統(tǒng)的各種變型。在US20070028630中的一個(gè)示例包括沿管線46布置第二蒸發(fā)器。US20040123624公開了一種具有兩對(duì)噴射器/蒸發(fā)器的系統(tǒng)。在US20080196446中示出了另外的兩個(gè)蒸發(fā)器、單個(gè)噴射器的系統(tǒng)。用于控制噴射器所提出的另一方法是使用熱氣旁通。在該方法中，小量的蒸氣繞過氣體冷卻器并且正好在活動(dòng)噴嘴的上游被噴射或者在活動(dòng)噴嘴的會(huì)聚部?jī)?nèi)噴射。由此引入到活動(dòng)流中的氣泡減少了有效喉部面積并且減少了主流。為了減少該流，引入更多的旁過流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面包括一種具有壓縮機(jī)的系統(tǒng)。排熱熱交換器被聯(lián)接到所述壓縮機(jī)，以接收由所述壓縮機(jī)壓縮的制冷劑。非受控的噴射器具有主入口，所述主入口被聯(lián)接到所述排熱熱交換器以接收制冷劑；次入口 ；以及出口。所述系統(tǒng)包括用于在所述噴射器上游實(shí)現(xiàn)超臨界至亞臨界過渡的機(jī)構(gòu)(例如，噴嘴)。在各種實(shí)施方式中，該機(jī)構(gòu)可主要包括噴嘴和控制閥。所述噴嘴可以是會(huì)聚噴嘴或會(huì)聚/發(fā)散噴嘴。所述機(jī)構(gòu)可以是無分支的并且內(nèi)嵌在所述排熱熱交換器和所述噴射器之間。所述系統(tǒng)還可包括分離器，所述分離器包括入口，所述入口被聯(lián)接到所述噴射器的所述出口以從所述噴射器接收制冷劑。所述分離器具有氣體出口，所述氣體出口被聯(lián)接到所述壓縮機(jī)，以將制冷劑返回到所述壓縮機(jī)。所述分離器具有液體出口，所述液體出口被聯(lián)接到所述噴射器的所述次入口，以將制冷劑傳送到所述噴射器。吸熱熱交換器可被聯(lián)接到所述分離器的液體出口，以接收由所述壓縮機(jī)壓縮的制冷劑。膨脹裝置可直接位于所述吸熱熱交換器的入口的上游。所述制冷劑可包括按重量計(jì)至少50%的二氧化碳。本發(fā)明的其他方面包括用于操作該系統(tǒng)的方法。一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)在附圖和下文的說明中被闡述。其他特征、目的和優(yōu)勢(shì)通過說明書和附圖以及權(quán)利要求書將是顯而易見的。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)噴射器制冷系統(tǒng)的示意圖。
圖2是噴射器的軸向截面圖。
圖3是第二噴射器的軸向截面圖。
圖4是第一制冷系統(tǒng)的不意圖。
圖5是第一制冷劑過渡機(jī)構(gòu)的視圖。
圖6是圖4的系統(tǒng)的壓力-焓(莫里爾(Mollier))圖。
圖7是第二過渡機(jī)構(gòu)的視圖。
圖8是第三過渡機(jī)構(gòu)的視圖。
圖9是第四過渡機(jī)構(gòu)的視圖。
圖10是第五過渡機(jī)構(gòu)的視圖。
圖11是第六過渡機(jī)構(gòu)的視圖。
在各個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記和符號(hào)指代相同的元件。
具體實(shí)施例方式圖4示出了噴射器循環(huán)蒸氣壓縮(制冷)系統(tǒng)170。該系統(tǒng)170可以被制造為系統(tǒng)20或另一系統(tǒng)的變型，或制造為原始制造/構(gòu)造。在不例性實(shí)施方式中，可以從系統(tǒng)20保留的相同部件以相同的附圖標(biāo)記示出。操作也可與系統(tǒng)20的操作類似，不同之處將在下文被討論，其中控制器響應(yīng)于來自各個(gè)溫度傳感器和壓力傳感器的輸入控制操作。所述噴射器是不可控噴射器。直接在噴射器主入口的上游的是機(jī)構(gòu)172，所述機(jī)構(gòu)用于在制冷劑進(jìn)入主入口之前提供超臨界至亞臨界過渡。第一示例性機(jī)構(gòu)包括會(huì)聚噴嘴180 (圖5)和控制閥182。會(huì)聚噴嘴180具有入口 184和出口 186。出口的流動(dòng)截面(內(nèi)表面)面積小于入口的流動(dòng)截面面積(例如，是10-95%、更確切地20-80%或40-60%)。出口截面面積與噴射器主入口和任何介于其中的管道/管線的截面面積名義上可以相同。入口截面面積可以與來自排熱熱交換器的管道/管線的截面面積相同。示例性閥(例如，針閥或球閥)可直接位于入口 184的上游或出口的下游(圖7)。圖6是具有圖5的機(jī)構(gòu)的圖4的系統(tǒng)的莫里爾圖。示例性蒸發(fā)器壓力是P3并且排出側(cè)或高側(cè)氣體冷卻器壓力是P1。機(jī)構(gòu)172將噴射器入口壓力降低為P4?；顒?dòng)噴嘴的流率和入口狀況能夠由機(jī)構(gòu)172控制，以將噴射器活動(dòng)噴嘴入口壓力保持低于臨界值。在操作中，膨脹裝置70被控制以保持離開蒸發(fā)器的制冷劑的期望過熱。離開蒸發(fā)器的目標(biāo)過熱可以被保持。通過來自蒸發(fā)器下游的壓力轉(zhuǎn)換器P和溫度傳感器T的輸入，可確定該過熱。替找地，能夠從沿蒸發(fā)器的飽和區(qū)域的溫度傳感器估計(jì)該壓力。為了增加過熱，膨脹裝置被關(guān)閉，以增加開度。第三示例性機(jī)構(gòu)包括取代會(huì)聚噴嘴180的會(huì)聚-發(fā)散噴嘴220(圖8)。會(huì)聚-發(fā)散噴嘴220具有入口 224、出口 226以及位于該入口和出口之間的喉部228。喉部的流動(dòng)截面(內(nèi)表面)面積小于該入口和出口之中較小者的截面面積(例如，是10-95%、更確切地20-80%或40-60%)。出口的示例性流動(dòng)截面(內(nèi)表面)面積大于或小于入口的截面面積(這取決于出口制冷劑速度需求；速度要求越高，則出口面積越大，在較低速度下出口面積較小)(例如，是20-175%、更確切地50-150%)。出口截面面積與噴射器主入口以及任何介于其中的管道/管線的截面面積名義上可以相同。入口截面面積可以與來自排熱熱交換器的管道/管線的截面面積相同。該機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步變形包括省掉控制閥182 (圖9，用于噴嘴220)。在這種情況下，噴嘴180或220的尺寸被預(yù)先選擇，以在預(yù)期操作狀況范圍內(nèi)將噴射器入口壓力保持低于臨界壓力。該機(jī)構(gòu)的又一變形將噴嘴220修改為具有可控流動(dòng)截面。對(duì)于會(huì)聚-發(fā)散噴嘴240(圖10)，這可包括可控喉部截面(例如，借助具有針242和致動(dòng)器(未示出)的針閥實(shí)現(xiàn))。該針可被控制，以控制噴嘴出口壓力或諸如流率和溫度等的系統(tǒng)參數(shù)。圖11還示出了所述機(jī)構(gòu)的另一變形，所述機(jī)構(gòu)包括具有節(jié)流孔252的節(jié)流孔板250。示例性節(jié)流孔252是節(jié)流孔板或文丘里管。該機(jī)構(gòu)的又一變形包括一系列會(huì)聚和/或會(huì)聚-發(fā)散噴嘴，其具有或不具有控制閥。例如，在噴射器之前可以僅存在會(huì)聚噴嘴。該系統(tǒng)可以通過使用適合具體旨在用途的常規(guī)技術(shù)用常規(guī)部件制造。雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述了實(shí)施方式，但是這種描述并不旨在限制本發(fā)明的范圍。將理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可作出各種修改。例如，當(dāng)在現(xiàn)有系統(tǒng)的再制造或現(xiàn)有系統(tǒng)構(gòu)造的重構(gòu)中實(shí)施時(shí)，現(xiàn)有構(gòu)造的細(xì)節(jié)可能影響或規(guī)定任何具體實(shí)施方式
的細(xì)節(jié)。因此，其他實(shí)施方式也落入下述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)(170),所述系統(tǒng)包括 壓縮機(jī)(22)； 排熱熱交換器(30)，所述排熱熱交換器被聯(lián)接到所述壓縮機(jī)，以接收由所述壓縮機(jī)壓縮的制冷劑；以及 噴射器(38)，所述噴射器包括 主入口(40)，所述主入口被聯(lián)接到所述排熱熱交換器以接收制冷劑； 次入口(42);以及 出口(44)， 其中 所述噴射器是非受控的噴射器；以及 所述系統(tǒng)還包括用于在所述噴射器上游實(shí)現(xiàn)超臨界至亞臨界過渡的機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 所述機(jī)構(gòu)主要包括噴嘴和控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中 所述噴嘴是會(huì)聚噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中 所述噴嘴是會(huì)聚/發(fā)散噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 所述機(jī)構(gòu)包括會(huì)聚/發(fā)散噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)構(gòu)包括 會(huì)聚噴嘴或會(huì)聚-發(fā)散噴嘴；以及 控制閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 所述機(jī)構(gòu)是無分支的并且內(nèi)嵌在所述排熱熱交換器和所述噴射器之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括 分離器(48)，所述分離器包括 入口(50)，所述入口被聯(lián)接到所述噴射器的所述出口以從所述噴射器接收制冷劑； 氣體出口(54)，所述氣體出口被聯(lián)接到所述壓縮機(jī)，以將制冷劑返回到所述壓縮機(jī)；以及 液體出口(52)，所述液體出口被聯(lián)接到所述噴射器的所述次入口，以將制冷劑傳送到所述噴射器；以及 吸熱熱交換器(64)，所述吸熱熱交換器位于所述分離器和所述噴射器的次入口之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中 所述系統(tǒng)不具有其他分離器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括 膨脹裝置(70)，所述膨脹裝置直接位于所述吸熱熱交換器(64)的入口(66)的上游。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 所述制冷劑包括按重量計(jì)至少50%的二氧化碳。
12.一種用于操作權(quán)利要求1的系統(tǒng)的方法，所述方法包括將所述壓縮機(jī)運(yùn)行在第一模式中，其中 所述制冷劑在所述壓縮機(jī)中被壓縮； 由所述排熱熱交換器從所述壓縮機(jī)接收的制冷劑在所述排熱熱交換器中排出熱量以產(chǎn)生最初冷卻的制冷劑；以及 所述最初冷卻的制冷劑流經(jīng)所述機(jī)構(gòu)并且在所述機(jī)構(gòu)中從所述超臨界過渡為亞臨界并且進(jìn)入所述噴射器的主入口亞臨界。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中 控制系統(tǒng)借助從一個(gè)或多個(gè)傳感器接收輸入來控制所述機(jī)構(gòu)；以及 響應(yīng)于所述輸入，控制所述機(jī)構(gòu)以便將噴射器活動(dòng)噴嘴入口壓力保持低于超臨界。
14.一種系統(tǒng)(170),所述系統(tǒng)包括 壓縮機(jī)(22)； 排熱熱交換器(30)，所述排熱熱交換器被聯(lián)接到所述壓縮機(jī)，以接收由所述壓縮機(jī)壓縮的制冷劑； 噴射器(38)，所述噴射器包括 主入口(40)，所述主入口被聯(lián)接到所述排熱熱交換器以接收制冷劑； 次入口(42);以及 出口(44)， 吸熱熱交換器(64)，所述吸熱熱交換器被聯(lián)接到第一噴射器的出口，以接收制冷劑； 至少一個(gè)噴嘴，所述至少一個(gè)噴嘴內(nèi)嵌在所述排熱熱交換器和所述噴射器的主入口之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中 所述至少一個(gè)噴嘴包括會(huì)聚噴嘴或會(huì)聚-分散噴嘴。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中 所述至少一個(gè)噴嘴包括單個(gè)噴嘴，所述單個(gè)噴嘴是會(huì)聚噴嘴或會(huì)聚-分散噴嘴。
全文摘要
系統(tǒng)(170)具有壓縮機(jī)(22)。排熱熱交換器(30)被聯(lián)接到所述壓縮機(jī)，以接收由所述壓縮機(jī)壓縮的制冷劑。非受控的噴射器(38)具有主入口，所述主入口被聯(lián)接到所述排熱熱交換器以接收制冷劑；次入口；以及出口。所述系統(tǒng)包括用于在所述噴射器上游產(chǎn)生超臨界至亞臨界過渡的機(jī)構(gòu)(172，例如，噴嘴)。
文檔編號(hào)F25B9/00GK103003644SQ201180036112
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者T.D.拉德克利夫, P.費(fèi)爾馬, J.王, F.J.科斯維爾 申請(qǐng)人:開利公司