CN100516715C - 一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统 - Google Patents

一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统，包括压缩机、气液分离器、散热器，引射器和蒸发器，压缩机的出口端连接散热器，压缩机的入口端连接气液分离器，气液分离器通过一个阀门连接引射器的扩压段，阀门连接控制器；散热器通过管路与引射器的喷嘴连通，并且通过管路连接第一节流元件，第一节流元件通过管路与蒸发器连通，第一节流元件还通过管路与第二节流元件和与第二节流元件并联的第二单向阀连接至引射器吸入室，蒸发器通过管路上连接的第三节流元件、与第三节流元件并联的第三单向阀与气液分离器的液体端连通，气液分离器的气体端通过管路与压缩机相连。

Description

一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统
技术领域
本发明涉及一种蒸气压缩制冷系统，特别是一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统，该系统采用引射器作为主节流元件的蒸气压缩循环，可用于蒸气压缩式制冷、热泵装置中。
背景技术
在蒸气压缩循环中，制冷剂被压缩机压缩后，被压缩机排放到冷凝器中，向高温热源释放热量并冷凝，再经过节流元件(如毛细管、膨胀阀)时被节流，制冷剂压力和温度均降低，然后进入蒸发器，从低温热源吸收热量并蒸发，最后重新进入压缩机被压缩，完成一个完整循环。
1966年，美国的C.A.Cemper申请了专利号为US 3277660的专利，提出了引射制冷基本循环理论(见图1)的一种采用引射器来节流的蒸气压缩循环装置。其结构为：引射器位于冷凝器后，引射器后是气液分离器，气液分离器中的制冷剂液体进入蒸发器，然后进入引射器吸入口，气液分离器中的制冷剂气体，被压缩机压缩后进入冷凝器冷凝。由于当时的引射器和系统的研究均有不足，实际装置效果不理想。随着引射器和制冷系统的研究水平不断提高，引射基本循环被制冷研究领域重新重视，目前国内外均有开展引射基本循环的理论与实验研究。
现有技术中，日本电装(DENSO)株式会社近年来申请了系列引射制冷改型循环的专利，例如中国专利ZL200510007893.3中(见图2)，采用多个蒸发器，冷凝器下游分支1连接引射器，引射器下游设置第一蒸发器，第二蒸发器进、出口分别连接冷凝器下游分支2中的节流元件出口和引射器吸入口。
目前已有的引射循环专利，均为引射改型循环，专利方案中系统均设置多个蒸发器，各蒸发器的蒸发压力和温度不同，有利于需要多温区应用场合的使用，例如在汽车空调上使用，满足了车室内不同区域对温度的不同要求。目前没有公开资料说明这类改型循环的技术指标。
很多已有的理论研究表明，引射基本循环具有比常规的蒸气压缩制冷系统高20％以上的效率。同时，邓建强等在文献《Particular characteristics oftranscritical CO2 refrigeration cycle with an ejector》，Applied ThermalEngineering.2007，27(2-3)：p 381-388.从理论上分析得到：引射器性能、工况、系统运行性能有着强烈的耦合，在合适的工况下，引射基本循环有着优良的性能，而空调使用环境随着季节、昼夜、气候变化有很大的改变，在某些工况下系统性能会降的很低，甚至会由于引射器性能不再匹配系统运行工况，使引射基本循环不再稳定运行。
由于引射器结构简单，一般包括吸入室、喷嘴、混合段、扩压段四部分，若无特别设计的调节装置，一般为静止设备，稳定运行工况范围比较窄，自我调节能力有限。也有一些引射器设计构想，如电装株式会社申请的中国专利(ZL 03136281.8)，因为考虑喷嘴、扩压段需要适应在比较宽的介质流量范围内保持比较高的性能，而设计了喷嘴、扩压管通道截面可调机构，其具体引射器性能还未见报道，但这种可调机构明显带来成本增加和结构复杂化。
发明内容
本发明的目的是提供一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统，系统采用引射器作为主节流元件，从工程热力学的观点，是从引射基本循环与常规蒸气压缩循环两者混合而来的一种混合循环：即在合适的工况下，采用引射基本循环运行，以利用该循环的高能效比，在其它工况下，使用常规蒸气压缩循环运行，提供正常的运行性能以及化霜运行。如此，避开了引射器因稳定运行工况范围窄所带来的一系列应用问题。
为了实现上述任务，本发明采取的技术解决方案如下：
一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统，包括压缩机、气液分离器、散热器，引射器和蒸发器，其特征在于，压缩机的出口端连接散热器，压缩机的入口端连接气液分离器，气液分离器通过一个阀门连接引射器的扩压段，阀门连接控制器；散热器通过管路与引射器的喷嘴连通，并且通过管路连接第一节流元件，第一节流元件通过管路与蒸发器连通，第一节流元件还通过管路与第二节流元件和与第二节流元件并联的第二单向阀连接至引射器吸入室，蒸发器通过管路上连接的第三节流元件、与第三节流元件并联的第三单向阀与气液分离器的液体端连通，气液分离器的气体端通过管路与压缩机相连。
本发明通过制冷系统的控制器预先设定的温度标准值，对室外的温度传感器传来的室外温度数据进行判断比较，当室外温度低于设定的标准值时，打开制冷系统进行引射循环的相关通路，实现引射循环的高效运行，当室外温度低于设定的标准值时，关闭制冷系统进行引射循环的相关通路，实现制冷系统的蒸气压缩运行。
总之，制冷系统采用何种制冷循环需要对外界环境有一个测量，并预先设定好了工作程序，能够在蒸气压缩循环和引射循环间做切换。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：一方面，当制冷系统在引射循环运行时，具有比常规蒸气压缩制冷循环高15％以上的制冷性能；另一方面，当运行环境不利于引射循环运行时，制冷系统可以自动调整，采用常规蒸气压缩循环运行，此外，本循环的化霜运行简单实用。
附图说明
图1为现有技术中的引射基本循环示意图；
图2为常规蒸气压缩循环示意图；
图3为本发明提供的包含引射器的蒸气压缩制冷系统示意图；
下面结合附图对本发明的结构、制造方法做进一步的说明。
具体实施方式
参见图3，本发明的包含引射器的蒸气压缩制冷系统，包括压缩机20，压缩机20的出口端连接散热器22，压缩机20的入口端连接气液分离器24，气液分离器24通过一个阀门29连接引射器32的扩压段32d，阀门29连接控制器80；
散热器22通过管路12与引射器32的喷嘴32a连通，并且通过管路17连接第一节流元件47，第一节流元件47通过管路18与蒸发器28连通，管路18通过第二节流元件37和与第二节流元件37并联的第二单向阀67连接至引射器吸入室32b，蒸发器28通过管路19、第三节流元件27、与第三节流元件27并联的第三单向阀77与气液分离器24的液体端连通，气液分离器24的气体端通过管路16与压缩机20相连。
所述的阀门按照控制器的指令开启或关闭，使系统作引射循环运行状态或使压缩机压缩低压制冷剂蒸气至高温高压状态或使系统运行蒸气压缩循环状态。
所述的运行状态的选择依赖运行环境的判断，其运行环境包括室外温度、室内温度、湿度、换热器换热量、制冷剂压力、制冷剂温度其中一种或多种组合。
管路上单向阀来限制制冷系统中制冷剂流向。
管路上控制阀门29开启的控制器80，可以是电动式、电磁式等多种受控机构或热力式等其它自动机构。
当制冷系统判断出运行环境适合引射循环运行时，阀门29按照制冷系统控制器80的指令开启。此时，压缩机20压缩低压制冷剂蒸气至高温高压状态，然后进入散热器22，释放热量，降低温度，然后进入引射器32的喷嘴32a由势能转化为动能，高速喷出，在引射器32的吸入室32b，由于引射作用形成的低压，使气液分离器24中的液体制冷剂，通过第三节流元件27，进入蒸发器28蒸发成气态制冷剂，再流经第二单向阀67，然后被吸入引射器吸入室32b，在引射器混合段32c，进入引射器的两股制冷剂流体混合，然后合流在引射器扩压段32d扩压，再通过阀门29，进入气液分离器24，其中气态制冷剂被压缩机20吸入进行压缩。
在图3中，当制冷系统判断出运行环境不适合引射循环运行时，阀门29按照制冷系统控制器80的指令关闭。此时，压缩机20压缩低压制冷剂蒸气至高温高压状态，然后进入散热器22，释放热量，降低温度，然后进入引射器32的喷嘴32a由势能转化为动能，高速喷出，由于引射器下游阀门29关闭，引射器内制冷剂从引射器吸入室32b流出，流经节流元件37节流后，在蒸发器28中蒸发，气态制冷剂通过第三单向阀77，进入气液分离器24，然后其中气态制冷剂被压缩机20吸入进行压缩。
当制冷系统要进行制热运行或化霜时，阀门29按照控制器80的指令关闭，此时循环反向运行，制冷剂被排入气液分离器24，然后通过第三节流元件27，进入换热器28散热，从换热器28出来的制冷剂通过节流元件47，再流经单向阀57，进入换热器22，制冷剂在其中蒸发后，进入压缩机20被压缩。

Claims (3)

1.一种包含引射器的蒸气压缩制冷系统，包括压缩机、气液分离器、散热器、引射器和蒸发器，其特征在于，压缩机的出口端连接散热器，压缩机的入口端连接气液分离器，气液分离器通过一个阀门连接引射器的扩压段，阀门连接控制器；散热器通过管路(12)与引射器的喷嘴连通，并且通过管路(12)连接第一节流元件，第一节流元件通过管路(18)与蒸发器连通，第一节流元件还通过管路(18)与第二节流元件和与第二节流元件并联的第二单向阀连接至引射器吸入室，蒸发器通过管路(19)上连接的第三节流元件、与第三节流元件并联的第三单向阀与气液分离器的液体端连通，气液分离器的气体端通过管路(16)与压缩机相连，所述散热器通过管路(12)和单向阀(57)连接，所述单向阀(57)通过管路连接第一节流元件(47)。
2.如权利要求1所述的包含引射器的蒸气压缩制冷系统，其特征在于，所述的阀门按照所述控制器的指令开启或关闭，使系统作引射循环运行状态或使压缩机压缩低压制冷剂蒸气至高温高压状态或使系统运行蒸气压缩循环状态。
3.如权利要求2所述的包含引射器的蒸气压缩制冷系统，其特征在于，所述的运行状态的选择依赖运行环境的判断，其运行环境包括室外温度、室内温度、湿度、换热器换热量、制冷剂压力、制冷剂温度其中一种或多种组合。
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