喷射器制冷回路的制作方法

本发明涉及一种喷射器制冷回路，尤其涉及一种包括至少两个可控喷射器的喷射器制冷回路以及一种控制所述喷射器的方法。

背景技术：

可控喷射器在制冷回路中可以用作高压控制装置，以便通过改变制冷剂穿过喷射器的高压质量流率来控制循环制冷剂的高压水平。可变高压质量流量可通过喷射器开度来控制，并且可以在零与百分之一百之间调整。喷射器另外可以操作为所谓的喷射泵，以便使用在使制冷剂从高压水平膨胀至中压水平时变得可用的能量来将制冷剂从低压水平压缩至中压水平。

因此，对于任何给定的总高压质量流量，将有益于优化喷射器制冷回路的效率。

技术实现要素：

本发明的示例性实施方案包括一种操作喷射器制冷回路的方法，所述喷射器制冷回路具有至少两个可控喷射器，所述至少两个可控喷射器并联地连接并且分别包括可控的主要高压输入端口、次要低压输入端口和中压输出端口，其中所述方法包括以下步骤：

a)通过控制至少两个可控喷射器中的第一喷射器的可控的主要高压输入端口的开度来操作所述第一喷射器，直到已经达到所述第一喷射器的最大效率或者满足实际制冷需求为止；

b)倘若通过单独操作第一喷射器未能满足实际制冷需求，则通过打开至少两个可控喷射器中的至少一个附加喷射器的可控的主要高压输入端口来操作所述至少一个附加喷射器，以增大喷射器制冷回路的制冷容量。

本发明的示例性实施方案还包括一种喷射器制冷回路，所述喷射器制冷回路被配置用于使制冷剂，尤其是二氧化碳循环，并且包括：

至少两个可控喷射器，所述至少两个可控喷射器并联地连接并且分别包括可控的主要高压输入端口、次要低压输入端口和中压输出端口；以及

控制单元，所述控制单元被配置用于采用一种方法来操作喷射器制冷回路，所述方法包括以下步骤：

a)通过控制至少两个可控喷射器中的第一喷射器的可控高压端口的开度来操作所述第一喷射器，直到已经达到所述第一喷射器的最大效率或者满足实际制冷需求为止；

b)倘若通过单独操作第一喷射器未能满足实际制冷需求，则通过打开至少两个可控喷射器中的至少一个附加喷射器的可控的主要高压输入端口来操作所述至少一个附加喷射器，以增大喷射器制冷回路的制冷容量。

个别喷射器的效率是高压质量流率的函数，而整个高压质量流量(即通过所有喷射器的质量流量)在经历所需的高压压降之后被作为控制输入给出。为了应对部分负载操作，根据本发明的示例性实施方案的喷射器制冷回路配备有至少两个可控喷射器，所述可控喷射器被配置成并行地工作。

操作根据本发明的示例性实施方案的包括至少两个可控喷射器的喷射器制冷回路允许非常稳定而有效地操作喷射器制冷回路，因为所述喷射器制冷回路可靠地避免了使任何可控喷射器在其操作不太有效的操作范围内操作。这导致喷射器制冷回路在广泛范围的操作条件内都可产生优化效率。

附图简述

以下将相对于附图来描述本发明的示例性实施方案。

图1示出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示出如可以被采用于图1所示的示例性实施方案中的可控喷射器的示意性截面图。

具体实施方式

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，所述喷射器制冷回路包括使制冷剂分别像箭头f1、f2和f3所指示的一样循环的高压喷射器回路3、制冷蒸发器流路5和低温流路9。

高压喷射器回路3包括压缩机单元2，所述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，所述出口歧管从压缩机2a、2b、2c收集制冷剂并且经由排热换热器/气体冷却器入口线而将制冷剂递送至排热换热器/气体冷却器4的入口侧4a。排热换热器/气体冷却器4被配置用于将热量从制冷剂传递至环境以便降低制冷剂的温度。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，所述风扇可操作用于吹送空气穿过排热换热器/气体冷却器4，以便增强从制冷剂到环境的热传递。当然，风扇38是任选的，并且它们的数目可以根据实际需要来调整。

在其出口侧4b离开排热换热器/气体冷却器4的冷却的制冷剂经由包括检修阀20的高压输入线31而递送至两个可控喷射器6、7的主要高压入口端口6a、7a，所述两个可控喷射器并联地连接并且被配置用于将制冷剂膨胀至减压水平。在喷射器6、7需要维护或更换的情况下，检修阀20允许中断到达主要高压输入端口6a、7a的制冷剂流。

以下将参考图2来进一步描述可控喷射器6、7的细节。

膨胀的制冷剂通过相应的喷射器输出端口6c、7c离开可控喷射器6、7，并且借助于喷射器输出线35而递送至接收器8的入口8a。在接收器8内，制冷剂由于重力而分离为液体部分，所述液体部分收集在接收器8的底部处；以及气相部分，所述气相部分收集在接收器8的上部中。

制冷剂的气相部分通过设置在接收器8的顶部处的接收器气体出口8b而离开接收器8。所述气相部分经由接收器气体出口线40而递送至压缩机2a、2b、2c的入口侧21a、22b、22c，这完成了高压喷射器回路3的制冷剂循环。

来自收集在接收器8的底部处的制冷剂的液相部分的制冷剂经由设置在接收器8的底部处的液体出口8c而离开接收器8，并且通过接收器液体出口线36而递送至制冷膨胀装置10(“中温膨胀装置”)的入口侧10a并任选地递送至低温膨胀装置14。

在已经经由其出口侧10b而离开制冷膨胀装置10(在其中制冷剂已被膨胀)之后，所述制冷剂进入到制冷蒸发器12(“中温蒸发器”)中，所述制冷蒸发器被配置用于在“正常”冷却温度下，尤其是在-10℃至+5℃的温度范围内操作，以便提供中温制冷。

在已经经由其出口12b而离开制冷蒸发器12之后，制冷剂通过低压入口线33而流动至两个喷射器入口阀26、27的入口侧。所述喷射器入口阀26、27(其优选地提供为不可调整的截止阀)的出口侧分别连接至可控喷射器6、7的次要低压入口端口6b、7b。在相应的喷射器入口阀26、27打开的情况下，离开制冷蒸发器12的制冷剂借助于经由相应的喷射器6、7的主要高压入口端口6a、7a进入的高压流而被吸入到相关联的可控喷射器6、7中。以下将参考图2更详细地描述提供喷射器泵的可控喷射器6、7的这种功能。

已被递送至任选的低温膨胀装置14并经其膨胀的液体制冷剂的部分进入到任选的低温蒸发器16中，所述低温蒸发器特别被配置用于在低温下，尤其是在范围为-40℃至-25℃的温度下操作。在已经离开低温蒸发器16之后，制冷剂被递送至低温压缩机单元18的入口侧，所述低温压缩机单元包括一个或多个(在图1所示的实施方案中为两个)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供应的制冷剂压缩至中压，即为与从接收器8的气体出口8b递送的制冷剂的压力基本上相同的压力。压缩的制冷剂连同从接收器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。

被配置用于测量制冷剂的压力和/或温度的传感器30、32、34分别设置在以下各项上：高压输入线31，所述高压输入线流体地连接至可控喷射器6、7的主要高压输入端口6a、7a；低压输入线33，所述低压输入线流体地连接至次要低压输入端口6b、7b；以及输出线35，所述输出线流体地连接至喷射器输出端口6c、7c。控制单元28被配置用于基于由传感器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，尤其是压缩机2a、2b、2b、18a、18b，可控喷射器6、7以及设置在可控喷射器6、7的次要低压输入端口6b、7b处的可控阀26、27的操作。

在第一操作模式下，当制冷需求和/或排热换热器/气体冷却器4处的环境温度相对较低时，仅操作可控喷射器6、7中的单一(第一)喷射器6，同时第二喷射器7的主要高压入口端口7a和低压入口阀27都被关闭。随着制冷需求的增加和/或在排热换热器/气体冷却器4处的环境温度的升高，逐渐打开第一可控喷射器6的主要高压入口端口6a，直到满足实际制冷需求或者达到第一可控喷射器6的最优操作点为止。在满足实际制冷需求之前达到第一可控喷射器6的最优操作点的情况下，另外打开第二可控喷射器7的主要高压入口端口7a以用于增大喷射器制冷回路1的制冷量，以便在不需第一可控喷射器6操作到超出其最优操作点的情况下满足增加的制冷需求。

即使当第二可控喷射器7的主要高压入口端口7a打开时，相关联的低压入口阀27可以保持关闭，以便将第二可控喷射器7作为绕过第一可控喷射器6的高压旁通阀进行操作。当主要高压入口端口7a的开度已经达到允许第二可控喷射器7稳定而有效地运行的点时，可以打开所述第二可控喷射器7的低压入口阀27，以便增加流过制冷膨胀装置10和制冷蒸发器12的制冷剂流。

虽然图1中仅示出了两个可控喷射器6、7，但是显而易见的是，本发明可以类似地应用于包括三个或更多个并联连接的可控喷射器6、7的喷射器制冷回路。可控喷射器6、7可以具有相同的容量或不同的容量。具体而言，第二喷射器7的容量可以是第一喷射器6的容量的两倍大，任选的第三喷射器(未示出)的容量可以是第二喷射器7的容量的两倍大等。这种喷射器配置通过允许选择性地操作可控喷射器6、7的合适的组合来提供广泛范围的可用容量。

在提供具有相同容量的多个可控喷射器6、7的情况下，每个喷射器6、7可替代地可以用作第一喷射器6，即用作在低制冷需求和/或低环境温度下单独操作的喷射器6。这将导致可控喷射器6、7的均匀磨损，从而降低维护成本。

在可控喷射器6、7具备不同容量的情况下，可以基于实际制冷需求和/或环境温度而从多个可控喷射器6、7中选择任一个来充当“第一喷射器”单独进行操作，以便通过使用可以操作到最接近其最优操作点的可控喷射器6、7来提高喷射器制冷回路的效率。

图2示出了如可以被采用作为图1所示的喷射器制冷回路1中的可控喷射器6、7中的每一个的可控喷射器6的示例性实施方案的示意性截面图。

喷射器6由嵌套在外部构件102内的动力喷嘴100形成。主要高压入口端口6a形成动力喷嘴100的入口。喷射器输出端口6c是外部构件102的出口。主制冷剂流103经由主要高压入口端口6a进入，并且之后传递到动力喷嘴100的会聚区段104中。所述主制冷剂流之后通过喉部区段106和扩散膨胀区段108而传递至动力喷嘴100的出口110。动力喷嘴100使流103加速并且降低所述流的压力。次要低压入口端口6b形成外部构件102的入口。由动力喷嘴对主流引起的压力减小将次流112从次要低压入口端口6b吸入到外部构件102中。外部构件102包括具有会聚区段114和细长喉部或混合区段116的混合器。外部构件102还具有处于细长喉部或混合区段116下游的扩散区段(“扩散器”)118。动力喷嘴出口110定位在会聚区段114内。随着流103离开出口110，所述流开始与次流112混合，其中进一步的混合通过提供混合区的混合区段116来进行。因此，相应的主要流路和次要流路分别从主要高压入口端口6a和次要低压入口端口6b延伸至喷射器输出端口6c，从而在出口处汇合。

在操作中，主流103在进入喷射器6时可以是超临界的，并且在离开动力喷嘴100时是亚临界的。次流112在进入次要低压入口端口6b时可以是气态的或是包含少量液体的气体混合物。所得的混合流120是液体/蒸气混合物，并且在扩散器118中减速并恢复压力，同时维持混合物形式。

在本发明的示例性实施方案中采用的示例性喷射器6、7是可控喷射器。它们的可控性由具有针132和致动器134的针阀130来提供。致动器134被配置用于将针132的尖端部分136移入和移出动力喷嘴100的喉部区段106，以便调节通过动力喷嘴100，以及进而通过整个喷射器6的流量。示例性致动器134是电动的，例如螺线管等等。致动器134耦合至控制单元28并且受其控制。控制单元28可以经由硬连线或无线通信路径而耦合至致动器134和其他可控系统部件。控制单元28可以包括以下各项中的一项或多项：处理器；存储器(例如，用于存储程序信息，所述程序信息由处理器执行来执行操作方法；并且用于存储由程序使用或生成的数据)；以及硬件接口装置(例如，端口)，所述硬件接口装置用于与输入/输出装置和可控系统部件进行对接。

其他实施方案

在下文中阐述了多个任选的特征。这些特征可以单独地或以与任何其他特征的组合实现在特定实施方案中。

在实施方案中，所述方法包括逐渐打开至少一个附加可控喷射器的主要高压输入端口，以便根据实际制冷需求来调整通过附加可控喷射器的质量流量。逐渐打开主要高压输入端口允许精确调整通过附加可控喷射器的质量流量。

在实施方案中，所述方法还包括对可控喷射器中的至少一个在其次要低压输入端口关闭时进行操作。优选地以不可调整的截止阀的形式提供的可控阀可以设置在可控喷射器中的至少一个/每一个的次要低压输入端口的上游。在所述喷射器在其次要低压输入端口打开时无法稳定而有效地运行的情况下，这种可控阀允许关闭相应的喷射器的次要低压输入端口，以便将可控喷射器中的至少一个作为旁通高压控制阀运行，从而增大通过排热换热器/气体冷却器的制冷剂的质量流量。

在实施方案中，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，以增大通过排热换热器的制冷剂的质量流量，从而满足实际制冷需求，所述至少一个喷射器已在其次要低压输入端口关闭时进行过操作。

在实施方案中，所述方法还包括以下步骤：在喷射器制冷回路通过仅运行附加可控喷射器中的至少一个就能更有效地操作的情况下，关闭第一喷射器的主要高压输入端口和/或次要低压输入端口。

在实施方案中，所述方法还包括使用二氧化碳作为制冷剂，这将提供有效而安全的(即无毒的)制冷剂。

在实施方案中，喷射器制冷回路还包括：

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，其中排热换热器/气体冷却器的出口侧流体地连接至可控喷射器的主要高压输入端口；

接收器，所述接收器具有液体出口、气体出口和入口，所述入口流体地连接至可控喷射器的出口端口；

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，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，并且至少一个压缩机的出口侧流体地连接至排热换热器/气体冷却器的入口侧；

至少一个制冷膨胀装置，所述至少一个制冷膨胀装置具有输入侧，所述输入侧流体地连接至接收器的液体出口；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至少一个制冷膨胀装置的出口侧与可控喷射器的次要低压输入端口之间。

在实施方案中，所有可控喷射器具备相同的容量。这允许在可控喷射器之间自由地选择，并且尤其允许在可控喷射器之间均等地分配操作时间，以便产生可控喷射器的均匀磨损。

在替代实施方案中，可控喷射器具备不同的容量，从而允许通过操作可控喷射器的所选择的组合来覆盖广泛范围的操作条件。可控喷射器尤其可以双倍容量比率，即1:2:4:8...提供，以便覆盖广泛的可能容量。

在实施方案中，被配置用于测量制冷剂的压力和/或温度的至少一个传感器相应地设置在以下各项中的至少一项中：高压输入线，所述高压输入线流体地连接至主要高压输入端口；低压输入线，所述低压输入线流体地连接至次要低压输入端口；以及输出线，所述输出线流体地连接至可控喷射器的输出端口。这类传感器允许基于由传感器提供的压力值和/或温度值而优化可控喷射器的操作。

在实施方案中，至少一个检修阀设置在可控喷射器的主要高压输入端口的上游，以便在喷射器需要维护或更换的情况下允许中断到达主要高压输入端口的制冷剂流。

在实施方案中，喷射器制冷回路还包括至少一个低温回路，所述至少一个低温回路被配置用于提供除了由制冷蒸发器流路提供的中等冷却温度之外的低冷却温度。低温回路连接在接收器的液体出口与至少一个压缩机的入口侧之间，并且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和至少一个低温压缩机。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且对于其元件可以进行等效替代。具体而言，在不脱离本发明的本质范围的情况下，可以进行修改来使特定情况或材料适于本发明的教义。因此，本发明并不意在受限于所公开的特定实施方案，而是本发明将包括落在随附权利要求书的范围内的所有实施方案。

参考数字

1喷射器制冷回路

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制冷蒸发器流路

6第一可控喷射器

6a第一可控喷射器的主要高压入口端口

6b第一可控喷射器的次要低压入口端口

6c第一可控喷射器的输出端口

7第二可控喷射器

7a第二可控喷射器的主要高压入口端口

7b第二可控喷射器的次要低压入口端口

7c第二可控喷射器的出口

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低温流路

10制冷膨胀装置

10a制冷膨胀装置的入口侧

10b制冷膨胀装置的出口侧

12制冷蒸发器

12b制冷蒸发器的出口

14低温膨胀装置

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

26，27次要低压输入端口处的可控阀

28控制单元

30压力和/或温度传感器

31高压输入线

32压力和/或温度传感器

33低压输入线

34压力和/或温度传感器

35喷射器输出线

36接收器液体出口线

38排热换热器/气体冷却器的风扇

40接收器气体出口线

100动力喷嘴

102外部构件

103主制冷剂流

104动力喷嘴的会聚区段

106喉部区段

108扩散膨胀区段

110动力喷嘴的出口

112次流

114混合器的会聚区段

116喉部或混合区段

118扩散器

120混合流

130针阀

132针

134致动器