CN114353357A - 制冷系统和制冷剂控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了制冷系统和制冷剂控制方法。一种制冷系统，包括：压缩机；所述压缩机下游的冷凝器；所述冷凝器下游的第一膨胀阀；所述第一膨胀阀下游的闪蒸罐，所述闪蒸罐包括液相出口和气液两相出口，所述闪蒸罐将来自所述第一膨胀阀的制冷剂分离成呈液相的第一流体和呈气液两相的第二流体，所述第一流体从所述液相出口离开所述闪蒸罐，所述第二流体从所述气液两相出口离开所述闪蒸罐；喷射器，所述喷射器包括：高压流体入口、吸入流体入口和流体出口，其中，所述喷射器的高压流体入口连接至所述闪蒸罐的气液两相出口以接收所述第二流体以及蒸发器。根据本发明的装置和方法提升了喷射器的效能。

Description

制冷系统和制冷剂控制方法

技术领域

本发明涉及制冷领域，更具体地，本发明涉及一种具有喷射器的制冷系统和冷柜，以及其中的制冷剂控制方法。

背景技术

在采用传统的或跨临界的制冷剂的制冷系统中均可采用喷射器以恢复节流损失。相比于用于蒸汽的喷射器，如喷射器中具有过冷液体，则其可能具有较低的效率，尤其是亚临界状态下。鉴于此，开发了具有膨胀阀以提供两相流体来经过喷射器的制冷系统。然而，在该类系统中，在环境温度较低时，喷射器的压升可能不足，则需要采用额外的增压泵来驱动两相流体通过喷射器。另外，由于更少的液相经过蒸发器，制冷系统的整体效率将降低。

另一种方案是在具有喷射器的制冷系统中提供多级的蒸发器，各个级中的蒸发器可具有不同的蒸发温度，然而这增加了系统的复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。

一方面，提供了一种制冷系统，包括：

压缩机；

所述压缩机下游的冷凝器；

所述冷凝器下游的第一膨胀阀；

所述第一膨胀阀下游的闪蒸罐，所述闪蒸罐包括液相出口和气液两相出口，所述闪蒸罐能够将来自所述第一膨胀阀的制冷剂分离成呈液相的第一流体和呈气液两相的第二流体，所述第一流体从所述液相出口离开所述闪蒸罐，所述第二流体从所述气液两相出口离开所述闪蒸罐；

喷射器，所述喷射器包括：高压流体入口、吸入流体入口和流体出口，其中，所述喷射器的高压流体入口连接至所述闪蒸罐的气液两相出口以接收所述第二流体；以及

蒸发器，所述蒸发器连接至所述闪蒸罐的液相出口以接收所述第一流体，并且连接至所述喷射器的吸入流体入口。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，其特征在于，所述闪蒸罐包括：

设置在所述闪蒸罐底部区域的液相出口；以及

气液两相管路，所述气液两相管路具有位于所述闪蒸罐中制冷剂液面上方的第一入口，部分地浸入所述制冷剂液面中的管道主体以及气液两相出口，所述管道主体具有液面下方的第二入口以允许液相制冷剂进入所述管道主体以与从所述第一入口进入的气相制冷剂混合，以将呈气液两相的所述第二流体提供至所述气液两相出口。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述管道主体基本竖直地布置在所述闪蒸罐中，所述第二入口为设置在所述管道主体上的多个小孔，以及所述气液两相出口位于所述闪蒸罐底部区域。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述制冷系统还包括：

分离器，所述喷射器的流体出口连通至所述分离器，所述分离器将制冷剂分离为气相和液相并且通过气相出口和液相出口输出，所述分离器的气相出口连通至所述压缩机的入口，所述分离器的液相出口经所述蒸发器连通至所述喷射器的吸入流体入口，所述压缩机的出口连通至所述冷凝器。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述闪蒸罐的液相出口经第二膨胀阀后直接连接至所述蒸发器，或者所述闪蒸罐的液相出口经第二膨胀阀后经过所述分离器连通至所述蒸发器。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述制冷系统能够在以下一种或多种模式下运行：

第一模式，所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀均起到节流作用；

第二模式，所述第一膨胀阀全开，所述第二膨胀阀关闭；以及

第三模式，所述第一膨胀阀起到节流作用，所述第二膨胀阀关闭。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述分离器的液相出口与所述蒸发器之间设置有流量调节阀。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述制冷系统还包括中间换热器，所述中间换热器包括能够相互换热的第一流路和第二流路，其中，所述中间换热器的第一流路连接在所述闪蒸罐的液相出口和所述第二膨胀阀之间，所述中间换热器的第二流路连接在所述蒸发器和所述喷射器的吸入流体入口之间。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述制冷系统采用跨临界制冷剂，诸如CO₂，或者所述制冷系统采用亚临界制冷剂，诸如氢氟烃类制冷剂。

可选地，在所述制冷系统的实施例中，所述制冷系统仅包括一个蒸发器，和/或所述制冷系统不包括增压泵。

另一方面，提供了一种用于制冷系统的制冷剂控制方法，包括：

使经过冷凝器的制冷剂在经过第一膨胀阀后进入闪蒸罐；

在所述闪蒸罐中将所述制冷剂分为呈液相的第一流体和呈气液两相的第二流体；以及

使所述第二流体进入喷射器的高压流体入口。

可选地，所述方法还包括：使所述第一流体经第二膨胀阀和蒸发器后进入所述喷射器的吸入流体入口。

可选地，使所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀均起到节流作用，并通过控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀的开度来控制所述第一流体和第二流体的比例，或者

使所述第一膨胀阀全开，所述第二膨胀阀关闭；或者

使所述第一膨胀阀起到节流作用，所述第二膨胀阀关闭。

可选地，使所述第一流体经第二膨胀阀后直接进入蒸发器，或者使所述第一流体经第二膨胀阀后进入分离器，其中，将所述分离器中的气相输送至压缩机入口，将所述分离器中的液相输送至蒸发器。

根据本发明的装置和方法提升了喷射器的效能。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：

图1是根据本发明的实施例的制冷系统的示意图；

图2是根据本发明的另一实施例的制冷系统的示意图；以及

图3是根据本发明的另一实施例的制冷系统的示意图。

具体实施方式

参考图1来介绍根据本发明的一个实施例的制冷系统。根据该实施例的制冷系统包括：压缩机1，压缩机1具有压缩机出口11和压缩机入口12。压缩机1下游布置有冷凝器2，冷凝器2下游继而布置有第一膨胀阀3。第一膨胀阀3下游布置有闪蒸罐4，该闪蒸罐4包括液相出口42和气液两相出口43。闪蒸罐4能够将来自第一膨胀阀3的制冷剂分离成呈液相的第一流体和呈气液两相的第二流体，第一流体从液相出口42离开而第二流体从气液两相出口43离开。制冷系统还包括喷射器5，所述喷射器5包括：高压流体入口51、吸入流体入口52和流体出口53，其中，闪蒸罐4的气液两相出口43连通至喷射器的高压流体入口51，由此将第二流体输送至喷射器5的高压流体入口51。在本发明的实施例中，通过使经过冷凝器2的制冷剂经过第一膨胀阀3和闪蒸罐4后形成气液两相状态的制冷剂，并将该制冷剂输送至喷射器5的高压流体入口51，由此提高喷射器5的效率并且提高具有喷射器的制冷循环的可靠性，使其能够在低环境温度下运行。制冷系统还包括蒸发器7，蒸发器7与闪蒸罐4的液相出口42连接以接收第一流体，并且蒸发器7连接至喷射器5的吸入流体入口52。在一些实施例中，第一流体从闪蒸罐4的液相出口42离开后被输送至蒸发器7，随后被输送至喷射器5的吸入流体入口52。在一些实施例中，第一流体从闪蒸罐4的液相出口42离开后经过下文将详细描述的分离器8后再被输送至蒸发器7。

在一些实施例中，闪蒸罐4可包括：位于其顶部区域的入口41，设置在闪蒸罐4的底部区域的液相出口42，例如设置在闪蒸罐4的底壁上或侧壁上接近底壁的位置，以及气液两相管路，气液两相管路具有位于闪蒸罐4中制冷剂液面49上方的第一入口48，部分地浸入制冷剂液面中的管道主体47以及气液两相出口43，管道主体47具有液面下方的第二入口(图中未示出)以允许液相制冷剂进入管道主体47中以与来自第一入口48的气相制冷剂混合，以将包含气液两相的制冷剂提供至气液两相出口43。在一些实施例中，管道主体47基本竖直地布置，第二入口为设置在管道主体47上的多个小孔，例如多个小孔可在管道主体47的不同高度水平上围绕管道主体47的外周。在一些实施例中，气液两相出口43可位于闪蒸罐4的底部区域，例如底壁上或侧壁上接近底壁的位置上。在一些实施例中，第二入口的开度例如是可调节，由此可调整气液两相流体中液体的比例。在一些实施例中，气液两相管路可具有其他的构造以使得气相制冷剂和液相制冷剂充分混合。

在一些实施例中，制冷系统还包括：分离器8，分离器8包括第一流体入口81，气相出口82和液相出口83。分离器8可将制冷剂分离成气相和液相并分别输出。在一些实施例中，分离器8的气相出口82可位于顶部区域，而液相出口83可位于底部区域，而第一流体入口81位于制冷剂液面上方。在一些实施例中，喷射器5的流体出口53连通至分离器8的第一流体入口81，而分离器的气相出口82连通至压缩机的入口12，分离器8的液相出口83经所述蒸发器7连通至喷射器5的吸入流体入口52，压缩机的出口11连通至冷凝器2，由此形成完整的制冷循环。在备选实施例中，制冷循环的其他部分可以另外的形式布置，此外，也可以将更多的部件添加到图1所示的制冷循环中。

在一些实施例中，闪蒸罐4的液相出口42经第二膨胀阀6连通至蒸发器7。在一些实施例中，制冷系统可在第一模式下运行，其中第一膨胀阀3和第二膨胀阀6均起到节流作用，并且借助于调节第一膨胀阀3和第二膨胀阀6的开度可调整离开闪蒸罐4的液相的比例，由此调节整个制冷系统所产生的冷量和制冷能力。在所示的实施例中，闪蒸罐的液相出口42经第二膨胀阀6后直接连接至所述蒸发器7。在一些实施例中，分离器8的液相出口83与蒸发器7之间设置有流量调节阀9，可基于负载来调节流量调节阀9的开度，由此调节制冷系统。

在一些实施例中，根据本发明的制冷系统可在多种模式下切换。在一些实施例中，在制冷系统的第二模式下，第一膨胀阀3全开，使其节流作用基本消除，第一膨胀阀3和闪蒸罐4成为管道流路的一部分，第二膨胀阀6全关，此实施例包括冷凝器2出口为两相（低环境温度）和过冷液体或超临界流体（高环境温度）两种情况，闪蒸罐4只起到储液和均匀混合的作用，其液体流路封闭，系统可以转化为普通的喷射式制冷循环。

在一些实施例中，在制冷系统的第三模式下，第一膨胀阀3起到节流作用以产生两相，第二膨胀阀6全关，液体流路也封闭。此时的冷凝器2出口为过冷液体或超临界流体。闪蒸罐4起到储液和均匀混合的作用，系统可以转化为普通的喷射式制冷循环。

继续参考图2，其示出了根据本发明的另一实施例的制冷系统。在该制冷系统中，闪蒸罐4的液相出口42经第二膨胀阀6后还经过分离器8以连通至蒸发器7，例如通过分离器8的第二流体入口83进入分离器8。类似地，分离器8中的液相被输送至蒸发器7，而气相被输送至压缩机入口12。

继续参考图3，其示出了根据本发明的另一实施例的制冷系统。在进一步的实施例中，制冷系统还包括中间换热器100，中间换热器100包括能够相互换热的第一流路和第二流路，其中，中间换热器100的第一流路连接在闪蒸罐4的液相出口42和第二膨胀阀6之间，例如第一流路的第一端口101连接至闪蒸罐4的液相出口42，而第一流路的第二端口102连接至第二膨胀阀6。另一方面，中间换热器100的第二流路连接在蒸发器7和喷射器5的吸入流体入口52之间，例如第二流路的第一端口104连接至蒸发器7，而第二流路的第二端口103连接至喷射器5的吸入流体入口52。提供了中间换热器100能够进一步提高离开闪蒸罐4的流体的过冷度，以产生更多的制冷能力，并且保证膨胀阀的稳定操作，或者产生溢出的蒸发器7操作以在更高的蒸发温度下产生更多益处和更多的制冷能力。

根据本发明的实施例的装置可适用于采用各种制冷剂的系统，例如，制冷系统采用跨临界制冷剂，诸如CO₂，或者制冷系统采用亚临界制冷剂，诸如氢氟烃类制冷剂。在一些实施例中，制冷系统不需要多个级的蒸发器，例如不包括具有不同蒸发温度的多个蒸发器。在一些实施例中，制冷系统具有足够的压升，因此不需要增压泵。

另一方面，提供了一种冷柜，冷柜包括根据各个实施例的制冷系统。备选地，制冷系统可应用于其他类型的制冷系统中，例如空调系统中。

另一方面，本发明的实施例还提供了一种制冷剂控制方法，包括：使经过冷凝器的制冷剂在经过第一膨胀阀后进入闪蒸罐；在闪蒸罐中将所述制冷剂分为呈液相的第一流体和呈气液两相的第二流体；以及使第二流体进入喷射器的高压流体入口。在一些实施例中，该方法还包括：使第一流体经第二膨胀阀和蒸发器后进入喷射器的吸入流体入口。根据本发明的实施例可通过控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀的开度来控制所述第一流体和第二流体的比例。

根据本发明的装置和方法通过形成两相制冷剂通过喷射器，提高了喷射器效率，改善具有喷射器的制冷循环的稳定性。根据本发明的装置和方法通过调节离开闪蒸罐的液态制冷剂的量可调节并产生更多的冷却能力。此外，可调节喷射器的压升和进入比例，由此满足不同的需求，例如高环境温度在更高的能力和低环境温度下更高的压升。另外，本发明的实施例中可仅具有一个蒸发器且不需要泵，使系统更简化。

以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本发明的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本发明的原理更容易理解。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本发明进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本发明的专利保护范围之内。

Claims (14)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括：

压缩机；

所述压缩机下游的冷凝器；

所述冷凝器下游的第一膨胀阀；

所述第一膨胀阀下游的闪蒸罐，所述闪蒸罐包括液相出口和气液两相出口，所述闪蒸罐能够将来自所述第一膨胀阀的制冷剂分离成呈液相的第一流体和呈气液两相的第二流体，所述第一流体从所述液相出口离开所述闪蒸罐，所述第二流体从所述气液两相出口离开所述闪蒸罐；

喷射器，所述喷射器包括：高压流体入口、吸入流体入口和流体出口，其中，所述喷射器的高压流体入口连接至所述闪蒸罐的气液两相出口以接收所述第二流体；以及

蒸发器，所述蒸发器连接至所述闪蒸罐的液相出口以接收所述第一流体，并且连接至所述喷射器的吸入流体入口。

2. 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述闪蒸罐包括：

设置在所述闪蒸罐底部区域的液相出口；以及

气液两相管路，所述气液两相管路具有位于所述闪蒸罐中制冷剂液面上方的第一入口，部分地浸入所述制冷剂液面中的管道主体以及气液两相出口，所述管道主体具有液面下方的第二入口以允许液相制冷剂进入所述管道主体以与从所述第一入口进入的气相制冷剂混合，以将呈气液两相的所述第二流体提供至所述气液两相出口。

3.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述管道主体基本竖直地布置在所述闪蒸罐中，所述第二入口为设置在所述管道主体上的多个小孔，以及所述气液两相出口位于所述闪蒸罐底部区域。

4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统还包括：

分离器，所述喷射器的流体出口连通至所述分离器，所述分离器将制冷剂分离为气相和液相并且通过气相出口和液相出口输出，所述分离器的气相出口连通至所述压缩机的入口，所述分离器的液相出口经所述蒸发器连通至所述喷射器的吸入流体入口，所述压缩机的出口连通至所述冷凝器。

5.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于，所述闪蒸罐的液相出口经第二膨胀阀后直接连接至所述蒸发器，或者所述闪蒸罐的液相出口经第二膨胀阀后经过所述分离器连通至所述蒸发器。

6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统能够在以下一种或多种模式下运行：

第一模式，所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀均起到节流作用；

第二模式，所述第一膨胀阀全开，所述第二膨胀阀关闭；以及

第三模式，所述第一膨胀阀起到节流作用，所述第二膨胀阀关闭。

7.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于，所述分离器的液相出口与所述蒸发器之间设置有流量调节阀。

8.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统还包括中间换热器，所述中间换热器包括能够相互换热的第一流路和第二流路，其中，所述中间换热器的第一流路连接在所述闪蒸罐的液相出口和所述第二膨胀阀之间，所述中间换热器的第二流路连接在所述蒸发器和所述喷射器的吸入流体入口之间。

9.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统采用跨临界制冷剂，诸如CO₂，或者所述制冷系统采用亚临界制冷剂，诸如氢氟烃类制冷剂。

10.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统仅包括一个蒸发器，和/或所述制冷系统不包括增压泵。

11.一种用于制冷系统的制冷剂控制方法，其特征在于，所述方法包括：

使经过冷凝器的制冷剂在经过第一膨胀阀后进入闪蒸罐；

在所述闪蒸罐中将所述制冷剂分为呈液相的第一流体和呈气液两相的第二流体；以及

使所述第二流体进入喷射器的高压流体入口。

12. 根据权利要求11所述的制冷剂控制方法，其特征在于，所述方法还包括：使所述第一流体经第二膨胀阀和蒸发器后进入所述喷射器的吸入流体入口。

13. 根据权利要求12所述的制冷剂控制方法，其特征在于，使所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀均起到节流作用，并通过控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀的开度来控制所述第一流体和第二流体的比例，或者

使所述第一膨胀阀全开，所述第二膨胀阀关闭；或者

使所述第一膨胀阀起到节流作用，所述第二膨胀阀关闭。

14.根据权利要求12所述的制冷剂控制方法，其特征在于，使所述第一流体经第二膨胀阀后直接进入蒸发器，或者使所述第一流体经第二膨胀阀后进入分离器，其中，将所述分离器中的气相输送至压缩机入口，将所述分离器中的液相输送至蒸发器。

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