喷射器制冷回路的制作方法

本发明涉及喷射器制冷回路，具体地说涉及包括至少两个喷射器的喷射器制冷回路，以及控制这种喷射器制冷回路的操作的方法。

发明背景

在制冷回路中，喷射器可以用作另外提供所谓的喷射器泵的膨胀装置，以用于使用在使制冷剂从高压力水平膨胀为中等压力水平时变得可用的能量来将制冷剂从低压力水平压缩为中等压力水平。

因此，将为有益的是最大化操作喷射器制冷回路的效率，具体地说是允许在广泛的操作条件范围内以高效率操作喷射器制冷回路。

发明概要

根据本发明的示例性实施方案，一种喷射器制冷回路包括高压回路，所述高压回路在循环制冷剂的流动方向上包括：排热换热器/气体冷却器，所述排热换热器/气体冷却器具有入口侧和出口侧；具有不同容量的至少两个可变喷射器，所述至少两个可变喷射器并联地连接，所述可变喷射器中的每一者包括主要高压输入端口、次要低压输入端口和输出端口，其中所述至少两个可变喷射器的所述主要高压输入端口流体地连接至所述排热换热器/气体冷却器的所述出口侧；接收器，所述接收器具有入口、液体出口和气体出口，其中所述入口流体地连接至所述至少两个可变喷射器的所述输出端口；以及至少一个压缩机，所述至少一个压缩机具有入口侧和出口侧，所述至少一个压缩机的所述入口侧流体地连接至所述接收器的气体出口，并且所述至少一个压缩机的所述出口侧流体地连接至所述排热换热器/气体冷却器的所述入口侧。所述喷射器制冷回路还包括制冷蒸发器流动路径，所述制冷蒸发器流动路径在所述循环制冷剂的流动方向上包括：至少一个制冷膨胀装置，所述至少一个制冷膨胀装置具有流体地连接至所述接收器的所述液体出口的入口侧以及出口侧；以及至少一个制冷蒸发器，所述至少一个制冷蒸发器流体地连接在所述至少一个制冷膨胀装置的所述出口侧与所述至少两个可变喷射器的所述次要低压输入端口之间。

一种操作根据本发明的示例性实施方案的喷射器制冷回路的方法包括选择性地操作和/或控制所述至少两个可变喷射器中的至少一者。

喷射器的效率随高压质量流速而变，高压质量流速经由所需高压降给出以作为控制输入。本发明的示例性实施方案允许根据实际环境温度和/或制冷需求来调整流动至喷射器的制冷剂的质量流量。这允许调整喷射器制冷回路的操作，从而在广泛的操作条件范围内得到最优效率。

图式简短描述

下文将关于附图描述本发明的示例性实施方案：

图1示出了根据本发明的示例性实施方案的喷射器制冷回路的示意图。

图2示出了可用于图1所示的示例性实施方案中的可变喷射器的示意性截面图。

图式详细描述

图1示出了根据本发明的示例性实施方案的喷射器制冷回路1的示意图，喷射器制冷回路包括相应地使制冷剂如箭头f1、f2和f3所指示而循环的高压喷射器回路3、制冷蒸发器流动路径5以及低温流动路径9。

高压喷射器回路3包括压缩机单元2，压缩机单元包括并联连接的多个压缩机2a、2b、2c。

所述压缩机2a、2b、2c的高压侧出口22a、22b、22c流体地连接至出口歧管，出口歧管经由排热换热器/气体冷却器入口管线将制冷剂从压缩机2a、2b、2c输送至排热换热器/气体冷却器4的入口侧4a。排热换热器/气体冷却器4被配置用来将热从制冷剂转移至环境中，从而降低制冷剂的温度。在图1所示的示例性实施方案中，排热换热器/气体冷却器4包括两个风扇38，风扇38可操作以用于吹动通过排热换热器/气体冷却器4的空气，以便增强从制冷剂到环境的热转移。当然，风扇38是视情况选用的并且其数量可以按照实际需要来调整。

经由高压输入管线31和视情况选用的检修阀20将在出口侧4b离开排热换热器/气体冷却器4的冷却后的制冷剂输送至具有不同容量的两个可变喷射器6、7的主要高压输入端口6a、7a。两个可变喷射器6、7彼此并联连接并且被配置用来使经由高压输入管线31输送的制冷剂膨胀为减小的(中等)压力水平。下文将参照图2进一步描述可变喷射器6、7的操作的细节。

膨胀的制冷剂通过各自的喷射器输出端口6c、7c离开可变喷射器6、7并且借助喷射器输出管线35被输送至接收器8的入口8a。在接收器8内，制冷剂借助重力被分成收集于接收器8的底部的液体部分以及收集于接收器8的上部的气相部分。

制冷剂的气相部分通过提供于接收器8的顶部的接收器气体出口8b离开接收器8。当喷射器制冷回路1在喷射器模式下操作时，这将在下文更详细地进行描述，所述气相部分经由接收器气体出口管线40和可切换的阀单元15被输送至压缩机2a、2b、2c的入口侧21a、22b、22c，从而完成高压喷射器回路3的制冷剂循环。

来自收集于接收器8的底部的制冷剂的液相部分的制冷剂经由提供于接收器8的底部的液体出口8c离开接收器8并且通过接收器液体出口管线36被输送至制冷膨胀装置10(“中等温度膨胀装置”)的入口侧10a，并且任选地输送至低温膨胀装置14。

在已通过制冷膨胀装置10的出口侧10b离开制冷膨胀装置10(在该处制冷剂已膨胀)之后，制冷剂进入制冷蒸发器12(“中等温度蒸发器”)中，制冷蒸发器12被配置成在“正常”冷却温度下，具体地说是在-10℃至+5℃的温度范围内操作以用于提供“常温”制冷。

在已经由出口12b离开制冷蒸发器12之后，蒸发的制冷剂流动通过低压入口管线33，并且取决于可切换的阀单元15的设置而进入压缩机2a、2b、2c的入口侧21a、21b、21c(“基线模式”)或进入两个喷射器入口阀26、27的入口侧(“喷射器模式”)。

喷射器入口阀26、27的出口侧分别连接至可变喷射器6、7的次要低压输入端口6b、7b。将喷射器入口阀26、27提供为可控阀，所述阀可基于控制单元28提供的控制信号而选择性地打开和关闭。优选地将可控喷射器入口阀26、27提供为不可调整的关闭阀，即这些阀的打开程度优选地不可变。在相应喷射器入口阀26、27打开的情况下，离开制冷蒸发器12的制冷剂借助经由相应的主要高压输入端口6a、7a进入的高压流而被吸入至相关联的可变喷射器6、7的各自的次要低压输入端口6b、7b中。下文将参照图2更详细地描述可变喷射器6、7提供喷射器泵的这个功能。

当制冷系统1在基线模式下操作时，闪发气体管线11允许选择性地将闪发气体从接收器8的顶部输送至压缩机2a、2b、2c的入口侧21a、21b、21c中，闪发气体管线11包括可控的且具体地说是可调整的闪发气体阀13并且将接收器8的气体出口8b流体地连接至阀单元15的入口，阀单元15与制冷蒸发器12的出口12b流体地连接在一起。调整可控的且具体地说是可调整的闪发气体阀13允许调整接收器8内的气体压力以用于优化制冷系统1的效率。

液体制冷剂的已被输送至视情况选用的低温膨胀装置14并且通过所述低温膨胀装置14膨胀的部分进入视情况选用的低温蒸发器16中，低温蒸发器16具体地说被配置成在-40℃至-25℃的范围内的低温下操作以用于提供低温制冷。已离开低温蒸发器16的制冷剂被输送至低温压缩机单元18的入口侧，低温压缩机单元18包括一个或多个，在图1所示的实施方案中是两个低温压缩机18a、18b。

在操作中，低温压缩机单元18将由低温蒸发器16供应的制冷剂压缩为中等压力，即与从接收器8的气体出口8b输送的制冷剂的压力基本上相同的压力。将经过压缩的制冷剂与从接收器8的气体出口8b提供的制冷剂一起供应至压缩机2a、2b、2c的入口侧21a、21b、21c。

被配置用来测量制冷剂的压力和/或温度的传感器30、32、34相应地提供于以下各项处：高压输入管线31，所述高压输入管线流体地连接至可变喷射器6、7的主要高压输入端口6a、7a；低压输入管线33，所述低压输入管线流体地连接至次要低压输入端口6b、7b；以及输出管线35，所述输出管线流体地连接至喷射器6、7的输出端口6c、7c。

控制单元28被配置用来基于传感器30、32、34提供的压力值和/或温度值以及实际制冷需求而控制喷射器制冷回路1的操作，具体地说是压缩机2a、2b、2b、18a、18b，可变喷射器6、7以及提供于可变喷射器6、7的次要低压输入端口6b、7b处的可控阀26、27的操作。

甚至当可变喷射器6、7的主要高压输入端口6a、7a打开时，相关联的低压入口阀26、27也可保持关闭以用于将各自的可变喷射器6、7操作为绕过另一可变喷射器7、6的高压旁路阀。只有在主要高压输入端口6a、7a的打开程度达到各自的可变喷射器6、7稳定并有效地运转的点之后，与所述可变喷射器6、7相关联的低压入口阀26、27可打开以用于增大流动通过制冷膨胀装置10和制冷蒸发器12的制冷剂的流量。

尽管图1中仅示出两个可变喷射器6、7，但是不言而喻的是，本发明可以类似地适用于包括三个或三个以上并联连接的可变喷射器6、7的喷射器制冷回路。

第二喷射器7的容量具体地说可以是第一喷射器6的容量的两倍大，视情况选用的第三喷射器(未示出)的容量可以是第二喷射器7的容量的两倍大等等。喷射器6、7的这种配置通过选择性地操作可变喷射器6、7的合适组合而提供广泛的可用容量范围。可选地，第二喷射器7可以具有第一喷射器6的最大容量的45%至80%。

可以基于实际制冷需求和/或环境温度而选择多个可变喷射器6、7中的每一个来作为“第一喷射器”单独操作，以便通过使用可以在最接近其最佳操作点的情况下操作的可变喷射器来增强喷射器制冷回路1的效率。

图2示出了可变喷射器6的示例性实施方案的示意性截面图。如图2所示，可变喷射器6可以用作图1所示的喷射器制冷回路1中的可变喷射器6、7中的每一者。

喷射器6由套在外部部件102内的动力喷嘴100形成。主要高压输入端口6a形成动力喷嘴100的入口。喷射器6的输出端口6c是外部部件102的出口。主制冷剂流103经由主要高压输入端口6a进入并且接着进入动力喷嘴100的收敛区段104中。其接着经过咽喉区段106和穿过动力喷嘴100的出口110的扩展的膨胀区段108。动力喷嘴100使流103加速并且减小流的压力。次要低压输入端口6b形成外部部件102的入口。由动力喷嘴导致的主流的压力减小将次流112从次要低压输入端口6b汲取至外部部件102中。外部部件102包括具有收敛区段114和细长的咽喉或混合区段116的混合部。外部部件102还具有在细长的咽喉或混合区段116下游的扩展区段或扩散部118。动力喷嘴出口110位于收敛区段114内。当流103离开出口110时，其开始与次流112混合，其中进一步混合通过提供混合区的混合区段116而发生。因此，相应的主要和次要流动路径分别从主要高压输入端口6a和次要低压输入端口6b延伸至输出端口6c，从而在出口处合并。

在操作中，主流103在进入喷射器6后可以是超临界的并且在离开动力喷嘴100后可以是亚临界的。次流112在进入次要低压输入端口6b后可以是气态的或气体与少量液体的混合物。所得组合流120是液体/蒸汽混合物并且在扩散部118中减速并恢复压力同时仍然是混合物。

本发明的示例性实施方案中使用的示例性可变喷射器6、7是可控的。其可控性由针阀130提供，针阀130具有针132和致动器134。致动器134被配置用来使针132的尖端部分136移动进出动力喷嘴100的咽喉区段106以调节通过动力喷嘴100，并且又通过喷射器6整体的流量。示例性致动器134是电的，例如螺线管或类似物。致动器134可以耦合至控制单元28并受控制单元28控制。控制单元28可以经由硬连线或无线通信路径耦合至致动器134和其它可控系统组件。控制单元28可以包括以下各项中的一个或多个：处理器；存储器(例如，用于存储程序信息以供处理器执行来执行操作方法和用于存储程序使用或生成的数据)；以及用于与输入/输出装置和可控系统组件介接的硬件接口装置(例如，端口)。

进一步实施方案：

下文阐述了一些视情况选择的特征。这些特征可以单独地或结合其它特征中的任一者在特定实施方案中实现。

在一实施方案中，最大容量(即，第二可变喷射器的最大质量流量)在第一可变喷射器的最大容量的45%至80%的范围内。这提供高效的喷射器组合，从而允许在广泛的操作条件范围内调整其组合容量。

在替代实施方案中，可变喷射器具备双倍容量比，即1:2:4:8...，以便覆盖广泛的可能容量范围。

在一实施方案中，可切换的低压入口阀提供于可变喷射器中的每一者的次要低压输入端口的上游。提供这种可切换的低压入口阀允许通过关闭相应喷射器的可切换的低压入口阀而将相应喷射器操作为旁路膨胀装置。

在一实施方案中，被配置用来测量制冷剂的压力和/或温度的至少一个传感器相应地提供于以下各项中的至少一项中：高压输入管线，所述高压输入管线流体地连接至主要高压输入端口；低压输入管线，所述低压输入管线流体地连接至次要低压输入端口；以及输出管线，所述输出管线流体地连接至可变喷射器的输出端口。这种传感器允许基于所测量的压力和/或温度来优化可变喷射器的操作。

在一实施方案中，至少一个检修阀提供于可变喷射器的主要高压输入端口的上游，从而允许在喷射器需要维修或更换的情况下关闭制冷剂到主要高压输入端口的流动。

在一实施方案中，喷射器制冷回路还包括至少一个低温回路，所述低温回路连接于接收器的液体出口与至少一个压缩机的入口侧之间。低温回路在制冷剂的流动方向上包括：至少一个低温膨胀装置；至少一个低温蒸发器；以及至少一个低温压缩机，所述至少一个低温压缩机用于提供除了制冷蒸发器流动路径提供的中等冷却温度之外的低温。

在一实施方案中，喷射器制冷回路还包括可切换的阀单元，所述可切换的阀单元被配置用来选择性地将至少一个压缩机的入口侧流体地连接至接收器的气体出口以用于喷射器制冷回路的喷射器操作或连接至制冷蒸发器的出口以用于基线操作。当喷射器的主要高压输入端口与输出端口之间的压力差较低时，基线操作更高效，而当喷射器的主要高压输入端口与输出端口之间的压力差较高时，喷射器操作更高效。

在一实施方案中，喷射器制冷回路还包括将接收器的气体出口流体地连接至阀单元的入口的闪发气体管线，阀单元与制冷蒸发器的出口流体地连接在一起。闪发气体管线优选地包括可控的且具体地说是可调整的闪发气体阀。选择性地将闪发气体从接收器的顶部输送至压缩机的入口侧可以有助于增大操作喷射器制冷回路的效率。

操作根据本发明的实施方案的喷射器制冷回路可以包括：仅操作容量小于第二喷射器的第一喷射器直到达到第一喷射器的最大容量(即，其最大质量流量)为止；以及在实际制冷需求超过第一喷射器的最大容量的情况下，关闭第一喷射器并操作第二喷射器直到达到第二喷射器的最大容量(即，其最大质量流量)为止；以及在实际制冷需求甚至超过第二喷射器的最大容量的情况下，操作第一喷射器外加第二喷射器。这允许在广泛的制冷需求范围内以最大效率操作喷射器制冷回路。

在一实施方案中，所述方法包括逐渐打开至少一个额外可变喷射器的主要高压输入端口以便按照实际制冷需求调整通过额外可变喷射器的质量流量。逐渐打开主要高压输入端口允许精确地调整通过额外可变喷射器的质量流量。

在一实施方案中，所述方法还包括在次要低压输入端口关闭的情况下操作可变喷射器中的至少一者。可控阀可以提供于可变喷射器中的至少一者/每一者的次要低压输入端口处，从而允许关闭相应的次要低压输入端口。优选地将提供于次要低压处的可控阀提供为可控的但不可调整的关闭阀；即，提供为可以基于控制单元提供的控制信号选择性地打开和关闭的阀。然而，所述可控阀的打开程度优选地不可变。这允许将可变喷射器中的至少一个作为旁路高压控制阀运转，从而在其次要低压输入端口打开时所述喷射器将无法稳定和/或高效地运转的情况下增大通过排热换热器/气体冷却器的制冷剂的质量流量。

在一实施方案中，所述方法还包括打开至少一个喷射器的次要低压输入端口以用于增大流动通过排热换热器的制冷剂的质量流量以便满足实际制冷需求，所述至少一个喷射器已在其次要低压输入端口关闭的情况下被操作。

在一实施方案中，所述方法还包括在通过仅运转额外可变喷射器中的至少一者而更高效地操作喷射器制冷回路的情况下关闭提供于第一喷射器的主要高压输入端口中的针阀和/或提供于次要低压输入端口处的喷射器入口阀的步骤。

在一实施方案中，所述方法还包括使用二氧化碳作为制冷剂，其提供高效且安全的制冷剂。

在温度和/或压力传感器相应地提供于以下各项中的至少一项中的情况下：高压入口管线，所述高压入口管线流体地连接至主要高压输入端口；低压入口管线，所述低压入口管线流体地连接至次要低压输入端口；以及喷射器出口管线，所述喷射器出口管线流体地连接至至少两个喷射器的输出端口，所述方法可以包括基于压力和/或温度传感器中的至少一个的输出值而控制至少一个压缩机、至少两个喷射器和/或可切换的低压入口阀，以便优化喷射器制冷回路的效率。

在示例性实施方案中，所述方法包括操作至少一个低温回路以便在低温蒸发器处提供低温。

在喷射器制冷回路包括被配置用来选择性地将至少一个压缩机的入口侧连接至接收器的气体出口或连接至制冷蒸发器的出口的可切换的阀单元的情况下，所述方法可以包括切换可切换的阀以用于选择性地将至少一个压缩机的入口侧连接至接收器的气体出口以用于在喷射器模式下操作喷射器制冷回路，或连接至制冷蒸发器的出口以用于在基线模式下操作喷射器制冷回路。在喷射器的主要高压输入端口与输出端口之间的压力差较高的情况下，喷射器模式更高效，而在喷射器的主要高压输入端口与输出端口之间的压力差较低时，基线模式更高效。

所述方法还可包括操作可控的且具体地说是可调整的闪发气体阀，所述闪发气体阀提供于闪发气体管线中，所述闪发气体管线将接收器的气体出口流体地连接至制冷蒸发器的出口以用于调整接收器内的气体压力。

尽管已参照示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解可以进行各种改变并且等效物可以取代其元件而不脱离本发明的范围。具体地说，可以进行修改以使特定情形或材料适应本发明的教导而不脱离其基本范围。因此，本发明旨在不限于公开的特定实施方案，而是本发明将包括落在待决权利要求的范围内的所有实施方案。

参考数字

1制冷系统

2压缩机单元

2a、2b、2c压缩机

3高压喷射器回路

4排热换热器/气体冷却器

4a排热换热器/气体冷却器的入口侧

4b排热换热器/气体冷却器的出口侧

5制冷蒸发器流动路径

6第一可变喷射器

6a第一可变喷射器的主要高压入口端口

6b第一可变喷射器的次要低压入口端口

6c第一可变喷射器的输出端口

7第二可变喷射器

7a第二可变喷射器的主要高压入口端口

7b第二可变喷射器的次要低压入口端口

7c第二可变喷射器的输出端口

8接收器

8a接收器的入口

8b接收器的气体出口

8c接收器的液体出口

9低温流动路径

10制冷膨胀装置

10a制冷膨胀装置的入口

10b制冷膨胀装置的出口

11闪发气体管线

12制冷蒸发器

12b制冷蒸发器的出口侧

13闪发气体阀

14低温膨胀装置

15可切换的阀单元

16低温蒸发器

18低温压缩机单元

18a、18b低温压缩机

20检修阀

21a、21b、21c压缩机的入口侧

22a、22b、22c压缩机的出口侧

28控制单元

30、32、34压力传感器

31高压入口管线

33低压入口管线

35喷射器出口管线

38排热换热器/气体冷却器的风扇