CN103003640B - 喷射器循环制冷剂分离器 - Google Patents

Abstract

系统具有压缩机（22，412）。排热换热器（30）被联接到压缩机以接收由压缩机压缩的制冷剂。？该系统具有吸热换热器（64）。该系统包括分离器（170），该分离器包括具有内部的容器。分离器具有入口；第一出口；和第二出口。入口导管可从入口延伸并可具有导管出口，导管出口可被定位成将入口流排放入容器内部以使入口流在前进到该容器内的液体制冷剂积聚前撞击壁。

Description

喷射器循环制冷剂分离器

相关申请的交叉引用

要求于2010年7月23日提交的名称为“EjectorCycleRefrigerantSeparator”的美国专利申请61/367086的权益，该文献的公开内容整体通过引用并入本文，就如同被详细记载一样。

背景技术

本公开涉及制冷。更具体地，其涉及制冷剂分离器。

对喷射器制冷系统的早期建议可在US1836318和US3277660中找到。图1示出了喷射器制冷系统20的一个基础示例。该系统包括具有入口（吸入端口）24和出口（排出端口）26的压缩机22。压缩机和其它系统部件被沿着制冷剂回路或流动路径27定位并通过各种导管（管线）连接。排出管线28从出口26延伸到换热器30（在正常系统运行模式下是排热换热器（例如，冷凝器或气体冷却器））的入口32。管线36从排热换热器30的出口34延伸到喷射器38的主入口（液体或超临界或两相入口）40。喷射器38还具有次入口（饱和的或过热的蒸气或两相入口）42和出口44。管线46从喷射器出口44延伸到分离器48的入口50。该分离器具有液体出口52和气体出口54。吸入管线56从气体出口54延伸到压缩机吸入端口24。管线28、36、46、56和它们之间的部件限定了制冷剂回路27的主环路60。制冷剂回路27的次环路62包括换热器64（在正常运行模式下是吸热换热器（例如蒸发器））。蒸发器64包括沿着次环路62的入口66和出口68并且膨胀设备70被定位在管线72内，管线72在分离器液体出口52和蒸发器入口66之间延伸。喷射器次入口管线74从蒸发器出口68延伸到喷射器次入口42。

在正常运行模式下，气态制冷剂由压缩机22通过吸入管线56和入口24抽吸并且被压缩并从排放端口26排入排出管线28。在排热换热器中，制冷剂向传热流体（例如由风扇推动的空气或水或其它流体）损失热或排热。被冷却的制冷剂通过出口34离开排热换热器并通过管线36进入喷射器主入口40。

示例性的喷射器38（图2）被形成为套设在外构件102内的动力（主）喷嘴100的组合。主入口40是通向动力喷嘴100的入口。出口44是外构件102的出口。主制冷剂流103进入入口40并此后进入动力喷嘴100的渐缩段104。此后它经过喉段106和膨胀（渐扩）段108从而通过动力喷嘴100的出口110。动力喷嘴100对流103进行加速并降低该流的压力。次入口42形成外构件102的入口。由动力喷嘴引起的对主流的压力减小有助于将次流112抽入外构件。外构件包括具有渐缩段114和细长的喉或混合段116的混合器。外构件还具有在细长的喉或混合段116下游的渐扩段或扩散器118。动力喷嘴出口110被定位在次喷嘴渐缩段114内。当流103离开出口110时，其开始与流112混合，而进一步混合通过提供混合区的混合段116来发生。在运行中，主流103通常在进入喷射器时可以是超临界的并且在离开动力喷嘴时可以是亚临界的。次流112在进入次入口端口42时是气态的（或者气体和较少量液体的混合物）。得到的混合流120是液体/蒸气混合物并且在扩散器118内减速并升压同时维持混合物。在进入分离器时，流120被分离回到流103和流112。流103如以上讨论地作为气体经过压缩机吸入管线。流112作为液体前进到膨胀阀70。流112可由阀70膨胀（例如，低品质地（带有少量蒸气的两相））并且被传递到蒸发器64。在蒸发器64中，制冷剂从传热流体（例如，从由风扇推动的空气流或水或其它液体）吸热并作为前述的气体被从出口68排放到管线74。

使用喷射器来回收压力/功。从膨胀过程回收的功被用于在气态制冷剂进入压缩机之前对其进行压缩。因此，对于给定的期望蒸发器压力，可以减少压缩机的压力比（并且因此功率消耗）。也可以降低进入蒸发器的制冷剂干度。因此，可（相对于没有喷射器的系统）增加每单位质量流量的制冷效应。改善了进入蒸发器的流体分布（由此改善了蒸发器性能）。因为蒸发器没有直接馈送压缩机，所以不要求蒸发器产生过热制冷剂出流。喷射器循环的使用因此可允许减少或消除蒸发器的过热区。这可允许蒸发器在两相状态下运行，两相状态提供了更高的传热性能（例如，对于给定能力有利于减少蒸发器尺寸）。

示例性的喷射器可以是固定几何尺寸喷射器或者可以是可控喷射器。图2示出了由针阀130提供的可控性，针阀130具有针132和致动器134。致动器134移动针的针尖部分136进出动力喷嘴100的喉段106，从而调节通过动力喷嘴的并且进而通过喷射器整体的流动。示例性的致动器134是电动的（例如，螺线管等）。致动器134可被联接到控制器140并由其控制，控制器140可从输入设备142（例如，开关、键盘等）和传感器（未示出）接收使用者输入。控制器140可通过控制线144（例如有线路径或无线通信路径）被联接到致动器和其它可控系统部件（例如，阀、压缩机马达等）。控制器可包括一个或多个：处理器；存储器（例如，用于存储用来由处理器执行以实现操作方法的程序信息和用于存储由程序使用或产生的数据）；以及硬件接口设备（例如，端口）以与输入/输出设备和可控系统部件实现交互。

已经提出了对这种喷射器系统的各种改进。在US20070028630中的一个示例涉及沿着管线46设置第二蒸发器。US20040123624公开了具有两对喷射器/蒸发器的系统。在US20080196446中示出了另外的两个蒸发器、单个喷射器的系统。

发明内容

本公开的一个方面涉及具有压缩机的系统。排热换热器被联接到压缩机以接收由压缩机压缩的制冷剂。该系统具有吸热换热器。该系统包括分离器，该分离器包括具有内部的容器。该分离器具有：入口；第一出口；和第二出口。入口导管可从入口延伸并可具有导管出口，导管出口可被定位成将入口流排放入容器内部以使入口流在前进到该容器内的液体制冷剂积聚前撞击壁。

在各种实施方式中，喷射器可具有：主入口，其联接到排热换热器以接收制冷剂；次入口；和出口。分离器入口可被联接到喷射器的出口。膨胀设备可位于紧邻吸热换热器的上游。制冷剂可包括至少50％的二氧化碳（按重量）。分离器也可被用作经济循环的闪蒸箱设备。

本公开的其它方面涉及运行该系统的方法。

一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中公开。其它的特征、目的和优点可通过该描述和附图、以及通过权利要求而易于理解。

附图说明

图1是现有技术喷射器制冷系统的示意图。

图2是喷射器的轴向截面图。

图3是第一制冷系统的示意图。

图4是图3的系统的分离器的放大图。

图5是另外的分离器的局部、部分示意、剖视图。

图6是第二个另外的分离器的局部、部分示意、剖视图。

图7是第三个另外的分离器的局部、部分示意、剖视图。

图8是第四个另外的分离器的局部、部分示意、剖视图。

图9是第五个另外的分离器的局部、部分示意、剖视图。

图10是第六个另外的分离器的局部、部分示意、剖视图。

图11是第二制冷系统的示意图。

在各个附图中相同的附图标记和指示表示相同的元件。

具体实施方式

图3示出了喷射器循环蒸气压缩（制冷）系统160。系统160可以被制造成是系统20或另一系统的改进或者被制造成是原始的制造/构造。在示例性的实施例中，可从系统20保留下来的相同的部件被示出为具有相同的附图标记。运行可类似于系统20的运行，除了如下讨论地控制器响应于来自各种温度传感器和压力传感器的输入而控制运行。

图1中的分离器48由可能更像现有的蓄能器的分离器（例如，被制造或设计为现有的蓄能器的改进）代替。改进可向现有的/基线蓄能器添加额外的出口以形成分离器液体出口。可令人满意的是利用分离器内的积聚来避免入口流的高速影响。这种影响可能导致起泡沫，而起泡沫可能提供不期望的将蒸气制冷剂引入所述积聚并由此通过液体出口。如下面进一步所讨论，提供装置以偏转入口流从而减小入口流遇到积聚时的速度。

不过，可能令人满意的是提供受控量的混合相出口流（例如，少量的蒸气通过液体出口排出和/或少量的液体通过蒸气或气体出口排出）。如果期望，还可提供用于提供这种混合相流的装置。例如，如果期望，通过将两相混合物馈送入压缩机，压缩机的排出温度可被减小（因此延展了压缩机系统的运行范围）。也可期望用少量的液体馈送吸入管线换热器（SLHX）和/或压缩机来改善SLHX和压缩机的效率。示例性的制冷剂被以85-99％品质（蒸气质量流百分比）传递，更窄地，90-98％或94-98％。也通过将两相混合物馈送到蒸发器上游的膨胀阀，可精确地控制系统能力，这可阻止不必要的系统停机（平顺性和改善的可靠性）并改善温度控制。这可有助于改善制冷剂在蒸发器歧管内的分布并进一步改善蒸发器性能。示例性的制冷剂以1-10％品质（蒸气质量流百分比）传递，更窄地2-6％。

示例性的分离器170（图4）可基于传统的蓄能器。改进的蓄能器具有箱或容器172、入口174、用于排出蒸气（或高品质）制冷剂177的第一出口176、和用于排出液体（或低品质）制冷剂179的第二出口178。基线蓄能器具有入口导管180，其延伸到下游端182，下游端182在其它情况下将形成入口导管的出口。示例性的端部182在顶部空间194内，顶部空间194将在积聚200的上方。通过将管插件185的上端184插入到入口导管（并通过焊接、夹紧等固定）来改进基线蓄能器。导管182因此变成得到的入口导管（组件）的第一构件/部分，而插件185变成第二构件/部分。

管插件185的下端186被关闭并安置在容器的底部187上（例如，用于支撑以使得与入口导管182的接合处的应力最小）。沿着中间部分（仍然高于积聚200的表面），管插件185带有小开口（孔）188。小开口188将入口流120偏转以减小入口流遇到积聚时的速度。例如，小开口188可导致入口流偏转离开容器的侧壁189的内表面（例如，沿着侧壁流到积聚）。这种偏转减少了积聚200内的起泡沫并有助于提供流177和179内的蒸气和液体的受控平衡。

在一个示例性的实施方式中，入口管具有15.9mm的内径（ID），这对应于特定的标准管尺寸。可使用其它的尺寸，这视系统要求而定。

在示例中，孔188被分组成两排，每排五个孔，每组中的每个孔都与另一组的相关联的孔直接相对。示例性的孔的直径是0.25英寸（6.35mm）。可提供其它样式的孔。例如，可提供样式以建立具体的流动样式，以适应其它的内部部件等。类似地，孔取向可被改变为偏离径向或偏离水平。例如，偏离水平/径向朝上成最大45度的角度的孔倾斜可允许沿着侧壁的流动来使用更多的侧壁。更广泛地，入口导管或其中插件的示例性的管尺寸是八分之一英寸到两英寸（3.2mm-50.8mm）。类似地，孔尺寸的示例性范围（尤其对于钻孔）在直径方面是0.8mm-20mm，这视期望流速、导管尺寸等而定。非圆形的孔可具有类似的示例性横截面面积。总孔面积与当地管内横截面面积的示例性比是0.5-20，更窄地1-5或1-2。

示例性的第一出口176是在U管（或J管）190的下游端处。U管延伸到第二端（气体入口端）192，第二端通向箱的顶部空间194用于从该顶部空间抽吸气体流196。U管的下部（槽或基部）198被浸没在箱的下部中的在顶部空间下方的液体制冷剂积聚200中。为了携带期望量的液体202进入气体流以形成高品质流177，可沿着U管形成一个或多个孔204，包括在下部198内。孔的尺寸和位置被构造成提供进入SLHX和/或压缩机的期望品质的两相混合物。钻孔的示例性孔尺寸是0.01英寸-0.5英寸（0.25mm-12.7mm），更窄地0.2-0.3英寸（5.1-7.6mm）。可使用多个孔并且该多个孔可被设置成实现期望的结果。

为了在低品质流179中提供少量的气体，一个或多个蒸气管线管220可从具有一个或多个气体入口（孔）224的部分222延伸到顶部空间内。示例性的部分222是封闭端部的上部分。第二部分226（下部分）具有在液体积聚200内的一个或多个孔228。孔228和224的尺寸被选择成使得气态制冷剂流230被通过孔224抽吸并变为被携带在通过孔228抽吸的液体制冷剂流232内，以提供低品质流179的期望组成。孔224的示例性尺寸对于钻孔来说在直径方面最大为2英寸（50mm）或者对于其它孔来说是等效面积，更窄地，0.1-0.5英寸(2.5-13mm)或者0.1-0.3英寸(2.5-7.6mm)。孔228的示例性尺寸对钻孔来说在直径方面是0.1-2英寸或者对其它孔来说是等效面积，更窄地，0.2-1.0英寸(5-25mm)或者0.25-0.75英寸(6.35-19.1mm)。孔尺寸的比值（224蒸气与228液体）是0到0.9；更窄地，0.1到0.5；更窄地，0.1到0.3。

图5-10示出了另外的分离器，其可在其它方面类似于图4的分离器。在图5中，流120被直接引导到容器侧壁（例如，通过肘管300），肘管具有附接到入口导管180的第一端302和第二端304（形成所得到的入口导管的出口306），第二端304紧邻地面向侧壁以将所述流直接排出到侧壁上。肘管300可以是与入口导管相配的合适的现有配件类型。

图6示出了具有板322（例如，圆形平坦金属板）的分流器320，板322被固定成与入口导管端部182间隔开（例如，通过金属轴或其它的轴324），轴被安装到星形臂或其它垫片326，星形臂或其它垫片326被安装到入口导管（例如，通过焊接、铜焊等）。在导管的第一部分的边沿/出口182和板322之间的环形间隙328因此变成所得到的导管组件的出口。示例性的入口流被该板侧向地偏转以撞击侧壁。

图7示出了另外的分流器340，其可在其它方面类似于另外的分流器320。不过，板由圆锥形的或以其它方式向上凹的结构342代替。类似于分流器320，环形的空间/间隙344变为导管组件的有效出口。这种构造将入口流向后地向上偏转以沿着侧壁撞击更高并且以更低的入射角撞击，以更加减小了在撞击中携带蒸气的可能性。

图8示出了插入在入口导管182并安装在其上（例如，通过焊接、铜焊等）的螺旋挡板360。挡板可减慢所述流并在入口流沿着挡板流动时促进蒸气和液体的分离。挡板还可像在其它实施例中一样引起入口流的侧向排出以撞击侧壁。例如，挡板360的下端部362的定位可提供在导管第一部分的导管端部182下方的有效开口364。

图9示出了相对于基线端182封闭的入口导管的下游端380。孔382可被沿着入口导管定位并可以与孔188类似的方式工作。替换地，孔可沿着插件形成，其中端部在容器底部上方而不由其支撑。

图10用多孔构件390的小开口394代替孔382（例如，网或穿孔薄板），多孔构件被固定成横跨侧向大孔/开口392。示例性的多孔构件具有10-95％的开放面积百分比，更窄地，20-80%或50-70%。示例性的孔尺寸（例如，圆孔的直径或者方形网孔的长度/宽度）是0.01英寸-0.5英寸(0.25mm-12.7mm)，更窄地，1.27-3.81mm。总开口尺寸与管横截面面积的空气比可以和针对图4的实施例所讨论的一样多。

分离器也可被用作闪蒸箱节约装置。图11示出了另一个制冷系统400，其中分离器170被定位在第一和第二膨胀设备402和404之间。第一膨胀设备从气体冷却器接收制冷剂并对该制冷剂进行膨胀。入口174接收膨胀后的制冷剂。第一出口176通过节约装置管线408联接到压缩机412的节约装置端口（中间端口）410以传送高品质制冷剂。第二出口178被联接到第二膨胀设备以传送低品质制冷剂。第二膨胀设备对制冷剂进行膨胀以传送到蒸发器，并此后，返回到压缩机吸入端口。

所述系统可使用对于特定目的用途来说合适的传统技术由传统的部件制造。

虽然上面详细描述了多个实施例，但并非意在用这些描述限制本公开的范围。应当理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可进行各种改进。例如，当以现有系统的再制造或现有系统构造的重建实施时，现有构造的细节可影响或规定任一特定实施方式的细节。因此，其它实施例也在后面的权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种系统，其包括：

压缩机；

排热换热器，其被联接到压缩机以接收由压缩机压缩的制冷剂；

吸热换热器；以及

分离器，其包括：

具有内部的容器；

入口；

第一出口；

第二出口；以及

入口导管，其从入口延伸并具有被所述容器的底部支撑的封闭的下端和形成导管出口的侧向小开口，导管出口被定位成将入口流排放入容器内部以使入口流在前进到该容器内的液体制冷剂积聚前撞击容器的侧壁。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：

喷射器，其具有：

主入口，其联接到排热换热器以接收制冷剂；

次入口；以及

出口；

其中：

分离器的入口被联接到喷射器的出口；以及

分离器的第二出口联接到吸热换热器以将制冷剂传送到吸热换热器。

3.如权利要求2所述的系统，其中：

该系统没有其它的喷射器；以及

该系统没有其它的压缩机。

4.一种用于运行如权利要求2所述的系统的方法，包括使压缩机在第一模式运行，其中：

制冷剂在第一压缩机内被压缩；

由排热换热器从第一压缩机接收的制冷剂在排热换热器中排热以产生初始地被冷却的制冷剂；

初始地被冷却的制冷剂移动通过喷射器；

来自喷射器的制冷剂出口流前进到分离器，从而形成液体制冷剂积聚，积聚上方有顶部空间；以及

出口流变成进入容器内部的入口流并且被偏转远离所述壁。

5.如权利要求1所述的系统，其中：

分离器被定位成经济装置。

6.如权利要求1所述的系统，其中：

制冷剂包括按重量至少50％的二氧化碳。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述导管出口被定位成使得流动被偏转离开所述侧壁的内表面。

8.如权利要求1所述的系统，其中：

所述侧向小开口位于横跨侧向开口的网或筛中。

9.如权利要求1所述的系统，其中：

所述侧向小开口位于所述容器内部中的液体制冷剂积聚的上方。

10.如权利要求9所述的系统，其中：

所述侧向小开口位于横跨侧向开口的网或筛中。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述分离器还包括管，且所述管具有浸没在液体制冷剂积聚内的部分并且具有沿着该部分的至少一个孔，该至少一个孔定位成将来自积聚的液体携带在从顶部空间到第一出口通过该管的气体流内。

12.如权利要求11所述的系统，其中：

所述管是U管，该U管具有通向顶部空间的气体入口端并且延伸到第一出口。

13.如权利要求1所述的系统，还包括：

膨胀设备，其位于紧邻吸热换热器的入口的上游。