专利名称：喷射循环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括喷射器的喷射循环(ejector cycle)。在喷射循环中，变量节流阀设置在喷射器的喷嘴的上游，以便高压制冷剂在喷嘴中减压之前在变量节流阀(variable throttle)中减压。
为了解决该问题，在JP-A-5-149652中，固定节流阀设置在喷射器中的喷嘴的上游，以便制冷剂通过固定节流阀和喷嘴分两步减压。即，制冷剂第一步在固定节流阀中沸腾一次，并且制冷剂在喷嘴的入口处膨胀以便第二步在喷嘴中沸腾同时产生气泡核(bubble core)。在喷射器中，由于第一节流阀是固定节流阀，因此不能调节流量。从而，不能在宽负荷变化范围提高喷射循环的喷嘴效率和喷射器效率。
根据本发明的喷射器循环，喷射器包括喷嘴，所述喷嘴用于通过将制冷剂的压力能转换成制冷剂的速度能使流自高压热交换器的制冷剂减压和膨胀；以及压力增加部分，所述压力增加部分设置用于当将从喷嘴喷射的制冷剂与从低压热交换器吸入的制冷剂混合时通过将制冷剂的速度能转换成制冷剂的压力能增加制冷剂的压力。此外，气液分离器用于将来自喷射器的制冷剂分离成气态制冷剂和液态制冷剂，气液分离器包括连接到压缩机的制冷剂吸入侧的气态制冷剂出口，以及连接到低压热交换器的制冷剂入口侧上的液态制冷剂出口。在喷射循环中，变量节流阀设置在高压热交换器和喷射器之间的制冷剂通道中，并且变量节流阀的节流阀开口程度是可变的，以便低压热交换器的制冷剂出口侧或在压缩机的制冷剂吸入侧的制冷剂过热度变得在预定范围内。因此，可以在制冷剂引入喷射器的喷嘴之前适当地使制冷剂减压。因此，在喷射循环的宽负荷波动或变化范围能够有效提高喷射器效率和喷嘴效率同时在喷射循环中能够获得足够的致冷容量。
优选方式是，变量节流阀设置用于使来自高压热交换器的高压制冷剂减压，到气液两相状态。因此，在喷射循环的宽负荷波动或变化范围能够有效提高喷射器效率和喷嘴效率。
例如，变量节流阀是机械膨胀阀，该阀基于传感部分探测的制冷剂过热度(superheating degree)机械地操作。作为选择，变量节流阀是电子节流阀，该阀基于传感器探测的制冷剂过热度以电子方式操作。因此，能够基于过热度精确控制变量节流阀的节流阀打开程度(throttle openingdegree)。
优选方式是，至少变量节流阀的一部分与喷射器一体形成。在这种情况下，能够使喷射循环的结构简单，并且能够降低喷射循环的尺寸。
(第一个实施例)在第一个实施例中，喷射循环典型地用于蒸汽压缩式冷冻机，蒸汽压缩式冷冻机用于冷冻食物的陈列橱。如
图1所示，压缩机10是用于吸入和压缩喷射循环中循环的制冷剂的电动式压缩机。散热器20是高压热交换器，用于通过进行外面的空气和高温高压制冷剂之间的热交换操作冷却从压缩机10排出的高温高压制冷剂。此外，蒸发器30是低压热交换器，用于通过蒸发液体制冷剂，更具体地说，通过进行空气和低压制冷剂之间的热交换操作，冷却将吹入陈列厨中的空气。喷射器40吸入在蒸发器30中蒸发的制冷剂同时在喷嘴41中使从散热器20流出的制冷剂减压并且膨胀，并且通过将膨胀能转换成压力能增加将吸入压缩机10中的制冷剂的压力。
喷射器40包括喷嘴41，混合部分42，扩散段或扩散器43等。喷嘴41通过将来自散热器20的高压制冷剂的压力能转换成速度能(speedenergy)使流入喷射器40中的高压制冷剂等焓减压并且膨胀。混合部分42通过利用从喷嘴41喷射的高速制冷剂流的卷吸或挟带功能吸入在蒸发器30中蒸发的制冷剂，并且将吸入的制冷剂和喷射的制冷剂混合。此外，扩散器43将从喷嘴41喷射的制冷剂和从蒸发器30吸入的制冷剂混合，并且通过将混合的制冷剂的速度能转换成压力能增加制冷剂压力。
在混合部分42中，来自喷嘴41的制冷剂驱动流和来自蒸发器30的制冷剂吸引流混合以便保存它们的动量总和(momentum sum)，由此增加制冷剂压力。在扩散器43中，由于制冷剂通道截面面积朝向出口逐渐增加，因此，制冷剂速度能(动压)转换成制冷剂压力能(静压)。因此，在喷射器40中混合部分42和扩散器43增加制冷剂压力。从而，在喷射器40中，压力增加部分由混合部分42和扩散器43构成。
在第一个实施例中，“拉瓦尔喷嘴”(参见东京大学出版社出版的流体工学)用作喷嘴41，以便使从喷嘴41喷射的制冷剂加速，等于或高于声速。这里，拉瓦尔喷嘴41包括在其制冷剂通道中通道面积最小的节流阀或节流部分41a。然而，朝向出口逐渐变细的喷嘴可以用作喷嘴41。
在图1中，制冷剂从喷射器40排出，并且流入气液分离器50。气液分离器50将来自喷射器40的制冷剂分离成气态制冷剂和液态制冷剂，并且在其中存储分离的气态制冷剂和分离的液态制冷剂。气液分离器50包括连接到压缩机10的吸入口上的气态制冷剂出口，以及连接到蒸发器30的入口上的液态制冷剂出口。因此，在喷射器循环中，液态制冷剂流入蒸发器30中，而来自散热器20的制冷剂在喷射器40的喷嘴41中减压。
设置节流阀60用于使从气液分离器50流向蒸发器30的制冷剂减压。油返回通道70设置在气液分离器50中，以便气液分离器50分离的润滑油吸入到压缩机10。
变量节流阀80设置在蒸发器20和喷射器40之间的制冷剂通道中。变量节流阀80是设置在喷射器的喷嘴41的上游的膨胀阀，该膨胀阀使流自散热器20的高压制冷剂减压至气液两相状态。变量节流阀80控制节流阀打开程度，使蒸发器30的出口侧制冷剂的过热度变成预定范围(例如，0.1至10度)。变量节流阀80可以具有类似众所周知的热膨胀阀的结构。
具体地说，变量节流阀80包括温度传感部分81，温度传感部分81探测蒸发器30的制冷剂出口侧的制冷剂温度，并且变量节流阀80通过温度传感部分81内的气体压力，蒸发器30中的压力和变量节流阀80中的弹簧压力之间的平衡控制节流阀打开程度。因此，当蒸发器30中的压力，即蒸发器30中的热负荷变大时，变量节流阀80的节流阀打开程度变大。相反，当蒸发器30中的压力，即蒸发器30中的热负荷变低时，变量节流阀80的节流阀打开程度变小。
在第一个实施例中，变量节流阀80的阀体82与喷射器40一体形成，以便降低由变量节流阀80和喷射器40构成的减压部分的尺寸。
其次，下面将描述根据第一个实施例的喷射器40的操作效果。如图1所示，从压缩机10排出的制冷剂朝向散热器20循环。然后，高压制冷剂在散热器20中冷却并且在变量节流阀80中等焓减压至气液两相状态。然后，来自变量节流阀80的制冷剂在喷射器40的喷嘴41中进一步等焓减压，以便喷射器的喷嘴41的出口的制冷剂速度变得等于或高于声速。之后，来自喷嘴41的出口的制冷剂流入喷射器40得混合部分42中。
图2A和2B示出了喷射循环中两步减压操作的制冷剂状态。在图2B中，变量节流阀80的阀体82和喷射器40的喷嘴41简单一体表示，用于说明变量阀80和喷嘴41所产生的两步减压。如图2A和2B中所示，如图2B中的(1)所示制冷剂流入变量节流阀80中，并且如图2B中的(2)所示由变量节流阀80减压以便在喷嘴41的入口侧沸腾一次。即，如图2B中的(3)所示，变量节流阀80产生气泡，并且气泡在喷嘴41的入口侧消失之后产生沸腾核。具有沸腾核的制冷剂由喷嘴41进一步沸腾，以便如图2B中的(4)所示产生制冷剂细小液滴(即，微小液滴)。由于在喷嘴41中促进了制冷剂的沸腾，因此，在喷嘴41中能够促进制冷剂微小液滴的产生。从而，能够有效地提高喷嘴效率。
在第一个实施例中，氟利昂用作制冷剂以便高压侧的制冷剂压力低于制冷剂的临界压力。从而，流入喷嘴41的制冷剂压力低于制冷剂的临界压力。
混合部分42通过利用从喷嘴41喷射的高速制冷剂流的夹带功能吸入在蒸发器30中蒸发的制冷剂，并且将吸入的制冷剂和喷射的制冷剂混合，此外，扩散器43将喷嘴41喷射的制冷剂和从蒸发器30吸入的制冷剂混合，并且增加制冷剂压力。从而，能够提高喷射器效率。因此，在气液分离器50中的低压制冷剂循环顺序通过节流阀60，蒸发器30和喷射器40的压力增加部分，并且返回到气液分离器50。
根据本发明的第一个实施例，在喷嘴41的喉部41a的上游侧，变量阀80将制冷剂减压到气液两相制冷剂。从而，能够防止制冷剂被节流超过必要的程度同时能够有效地提高喷射器效率。此外，由于基于热负荷(例如，蒸发器30的出口侧的制冷剂的过热度)控制变量阀的节流阀打开程度，因此，即使当致冷负荷(空气调节负荷)改变时也能够提高喷射循环的喷射器效率。由此，喷射循环能够用于宽负荷变化范围，同时提高喷射器效率，喷嘴效率以及喷射循环的致冷容量。
(第二个实施例)在上述第一个实施例中，控制变量节流阀80的节流阀打开程度，以便蒸发器30的出口侧的制冷剂过热度变得在预定范围中。然而，在第二个实施例中，控制变量节流阀80的节流阀打开程度，以便在压缩机10的制冷剂吸入侧的制冷剂过热度变得在预定范围中(例如，0.1至30度)。即，温度传感部分81设置在压缩机10的制冷剂吸入侧，并且控制变量节流阀81的节流阀打开程度以便压缩机10的制冷剂吸入侧的过热度变得在预定范围中。
在第二个实施例中，其他部分类似于上述第一个实施例的部分，其详细描述省去。因此，能够获得上述第一个实施例中描述的优点。
(第三个实施例)在上述第一个实施例和第二个实施例中，变量节流阀80是机械变量节流阀，其中其节流阀打开程度基于压力差值等机械地改变。然而，在第三个实施例中，如图4和5所示，设置电子温度传感器84以便探测制冷剂温度，并且电子控制单元(ECU)基于电子温度传感器84的信号控制致动器83，以便控制变量节流阀80的节流阀打开程度。在图4所示的例子中，电子温度传感器84设置在蒸发器30的制冷剂出口侧以便探测蒸发器30的制冷剂出口侧的制冷剂温度(制冷剂过热度)。因此，在这种情况下，ECU控制致动器83以便控制变量节流阀80的节流阀打开程度，从而，蒸发器30的制冷剂出口侧的过热度变得在预定范围中。另一方面，在图5所示的例子中，电子温度传感器84设置在压缩机10的制冷剂吸入侧以便探测压缩机10的制冷剂吸入侧的制冷剂温度(制冷剂过热度)。因此，在这种情况下，ECU控制致动器83以便控制变量节流阀80的节流阀打开程度，从而，压缩机10的制冷剂吸入侧的过热度变得在预定范围中。
在第三个实施例中，其他部分类似于上述第一个实施例的部分，其详细描述省去。因此，能够获得上述第一个实施例中描述的优点。
尽管参照附图结合优选实施例充分描述了本发明，需要注意各种变化和修改对本领域普通技术人员而言是显而易见的。
例如，在本发明的上述实施例中，氟利昂用作喷射循环中的制冷剂。然而，本发明能够用于二氧化碳用作制冷剂的喷射循环。即使在这种情况下，制冷剂由变量节流阀80和喷嘴41通过两步减压，并且变量节流阀80的节流阀打开程度能够基于喷射循环中低压侧的热负荷控制。此外，本发明能够用于高压侧制冷剂压力等于或高于制冷剂临界压力的喷射循环。
在本发明的上述实施例中，喷射循环用作蒸汽压缩式冷冻机，蒸汽压缩式冷冻机用于冷冻食物的陈列橱。然而，本发明的喷射循环能够用于空调。此外，在上述实施例中，在喷射循环中在蒸发器30的制冷剂出口侧或在压缩机10的制冷剂吸入侧的低压制冷剂的过热度从制冷剂温度以机械或电子方式探测。一般制冷剂温度与制冷剂压力有关。因此，能够以机械或电子方式从制冷剂压力探测喷射循环中低压制冷剂的过热度。
此外，在上述实施例中，在制冷剂流入喷射器40的喷嘴41的节流阀部分或节流部分41a之前制冷剂由变量节流阀80减压到气液两相状态。然而，变量节流阀80不限于将制冷剂减压到气液两相状态。即，在制冷剂流入喷嘴41的节流阀部分41a之前，变量节流阀80能够将来自散热器20的高压制冷剂减压到适当的减压状态。此外，在上述实施例中，变量节流阀80能够等焓减压。
这些变化和修改理解为在本发明权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种喷射循环，包括用于压缩制冷剂的压缩机(10)；高压热交换器(20)，所述高压热交换器(20)用于对从压缩机排出的高压制冷剂的热量进行散热；低压热交换器(30)，所述低压热交换器(30)用于蒸发减压之后的低压制冷剂；喷射器(40)，所述喷射器(40)包括喷嘴(41)，所述喷嘴(41)用于通过将制冷剂的压力能转换成制冷剂的速度能使流自高压热交换器的制冷剂减压和膨胀；以及压力增加部分(42，43)，所述压力增加部分(42，43)设置用于当将从喷嘴喷射的制冷剂与从低压热交换器吸入的制冷剂混合时通过将制冷剂的速度能转换成制冷剂的压力能增加制冷剂的压力；以及气液分离器(50)，所述气液分离器(50)用于将来自喷射器的制冷剂分离成气态制冷剂和液态制冷剂，气液分离器具有连接到压缩机的制冷剂吸入侧的气态制冷剂出口，以及连接到低压热交换器的制冷剂入口侧上的液态制冷剂出口；以及变量节流阀(80)，所述变量节流阀设置在高压热交换器和喷射器之间的制冷剂通道中，其中变量节流阀的节流阀开口程度是可变的，以便低压热交换器的制冷剂出口侧的制冷剂过热度变得在预定范围内。
2.根据权利要求1所述的喷射循环，其中变量节流阀设置用于使来自高压热交换器的高压制冷剂减压到气液两相状态。
3.根据权利要求1或2所述的喷射循环，其中，变量节流阀是具有传感部分(81)的机械膨胀阀，所述传感部分(81)用于探测低压热交换器的制冷剂出口侧的制冷剂过热度，以及变量节流阀基于传感部分探测的制冷剂过热度机械地操作。
4.根据权利要求1或2所述的喷射循环，还包括传感器(84)，所述传感器(84)用于探测低压热交换器的制冷剂出口侧的制冷剂过热度，其中变量节流阀是电子节流阀(80)，所述电子节流阀(80)基于传感器探测的制冷剂过热度以电子方式操作。
5.根据权利要求1或2所述的喷射循环，其中至少变量节流阀的一部分与喷射器一体形成。
6.根据权利要求1或2所述的喷射循环，其中喷嘴使在变量节流阀中减压之后的制冷剂减压。
7.一种喷射循环，包括用于压缩制冷剂的压缩机(10)；高压热交换器(20)，所述高压热交换器(20)用于对从压缩机排出的高压制冷剂的热量进行散热；低压热交换器(30)，所述低压热交换器(30)用于蒸发减压之后的低压制冷剂；喷射器(40)，所述喷射器(40)包括喷嘴(41)，所述喷嘴(41)用于通过将制冷剂的压力能转换成制冷剂的速度能使流自高压热交换器的制冷剂减压和膨胀；以及压力增加部分(42，43)，所述压力增加部分(42，43)设置用于当将从喷嘴喷射的制冷剂与从低压热交换器吸入的制冷剂混合时通过将制冷剂的速度能转换成制冷剂的压力能增加制冷剂的压力；以及气液分离器(50)，所述气液分离器(50)用于将来自喷射器的制冷剂分离成气态制冷剂和液态制冷剂，气液分离器具有连接到压缩机的制冷剂吸入侧的气态制冷剂出口，以及连接到低压热交换器的制冷剂入口侧上的液态制冷剂出口；以及变量节流阀(80)，所述变量节流阀设置在高压热交换器和喷射器之间的制冷剂通道中，其中变量节流阀的节流阀开口程度是可变的，以便压缩机的制冷剂吸入侧的制冷剂过热度变得在预定范围内。
8.根据权利要求7所述的喷射循环，其中变量节流阀设置用于使来自高压热交换器的高压制冷剂减压到气液两相状态。
9.根据权利要求7或8所述的喷射循环，其中，变量节流阀是具有传感部分(81)的机械膨胀阀，所述传感部分(81)用于探测压缩机的制冷剂吸入侧的制冷剂过热度，以及变量节流阀基于传感部分探测的制冷剂过热度机械地操作。
10.根据权利要求7或8所述的喷射循环，还包括传感器(84)，所述传感器(84)用于探测低压热交换器的制冷剂吸入侧的制冷剂过热度，其中变量节流阀是电子节流阀(80)，所述电子节流阀(80)基于传感器探测的制冷剂过热度以电子方式操作。
11.根据权利要求7或8所述的喷射循环，其中至少变量节流阀的一部分与喷射器一体形成。
12.根据权利要求7或8所述的喷射循环，其中喷嘴使在变量节流阀中减压之后的制冷剂减压。
全文摘要
一种喷射循环，具有喷射器(40)，喷射器包括用于使制冷剂减压的喷嘴(41)，变量节流阀(80)设置在喷射器的喷嘴的上游以便使流自散热器(20)的高压制冷剂减压和膨胀。例如，变量节流阀使在喷射器喷嘴的上游位置的处于气液两相状态的高压制冷剂减压和膨胀。变量节流阀控制节流阀开口程度，以便在蒸发器的制冷剂出口侧或在压缩机的制冷剂吸入侧的制冷剂的过热度变得在预定范围内。因此，在喷射循环的宽负荷变化范围喷射循环提高了喷嘴效率并且提高了喷射器效率。
文档编号F25B41/00GK1470823SQ0314750
公开日2004年1月28日 申请日期2003年7月9日 优先权日2002年7月11日
发明者武内裕嗣, 西嶋氪盒, 水野秀一, 一, 盒 申请人:株式会社电装