CN1172137C - 喷射器循环系统 - Google Patents

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Abstract

在一种喷射器循环系统中，当对蒸发器进行除霜时，压缩机排出的高温气体制冷剂绕过喷射器(400)和气-液分离器(500)而通过旁路通道(700)被引入到蒸发器(300)之中。此外，在由气-液分离器到蒸发器制冷剂入口间的制冷剂通路(L1)中配置了节流装置(520)或检压阀(510)。这样，在除霜时，压缩机排出的高温气体制冷剂可通过旁路被有效地引入蒸发器，而不会流向气-液分离器。

Description

喷射器循环系统
技术领域
本发明涉及具有改进的制冷剂通路结构的喷射器循环系统。
背景技术
在日本JP-A-6-1197描述的喷射器循环系统中，喷射器抽吸低压侧蒸发器蒸发的气态制冷剂，通过膨胀能向压力能的转化增加被抽吸制冷剂的压力并将其送至压缩机。在喷射器循环系统中，由喷射器排出的制冷剂流入气-液分离器，经气-液分离器分离的液态制冷剂供给蒸发器，经气-液分离器分离出的气态制冷剂被抽吸到压缩机中。这样，在制冷剂循环系统中，具有制冷剂按顺序流过压缩机、散热器、喷射器、气-液分离器和压缩机的制冷剂循环和按顺序流经气-液分离器、蒸发器、喷射器和气-液分离器的循环。在喷射器循环系统中，蒸发器有时会出现霜冻，因此需要对蒸发器进行除霜。但在上述喷射器循环系统中，不可能实现对蒸发器的除霜。
发明内容
正是针对上述问题而进行了本项发。本发明的一个目的是提供一种具有改进了的制冷剂通路结构的喷射器循环系统。
本发明的另一个目的是提供一种可进行蒸发器除霜的喷射器循环系统。
本发明的再一个目的是提供一种可缩短除霜时间的喷射器循环系统。
按本发明，喷射器循环系统包括一个用于抽吸和压缩制冷剂的压缩机、一个可使压缩机排出的制冷剂冷却的散热器、一个使制冷剂蒸发以获得制冷功能的蒸发器、一个具有与压缩机制冷剂抽吸侧相连的气态制冷剂出口和与蒸发器相连的液态制冷剂出口的气-液分离器和一个喷射器。喷射器包括一个喷嘴和增压部分：喷嘴用于将来自散热器的高压制冷剂的压力能转化为速度动能，从而使制冷剂减压和膨胀；速度动能在所述增压部分被转换为压力能，从而使制冷剂由喷嘴排出时压力增加并同来自蒸发器的气态制冷剂混合。在所述喷射器循环系统中，在对蒸发器进行除霜操作时，压缩机排出的制冷剂绕过喷射器和气-液分离器而被直接引入蒸发器。这样，它可防止气-液分离器的液态制冷剂在除霜操作时流入蒸发器。因此，可有效进行除霜操作并减少除霜的时间。也就是说，所述喷射器循环系统具有可对蒸发器进行除霜操作的制冷剂通路结构。
最好在制冷剂通路中配置一个可产生预定压降的减压装置，气-液分离器的液态制冷剂出口通过它与与蒸发器相连。例如，在制冷剂通路中配置一个节流型减压装置或一个可调节制冷剂通路开通程度的阀门来产生预定的压降。这样，压缩机排出的温度较高的气态制冷剂可通过旁路通道流入蒸发器中，而不流向气-液分离器。
最好在制冷剂通路中配置一个检压阀，气-液分离器的液态制冷剂出口通过它与蒸发器相连，以防止制冷剂通过制冷剂通路由蒸发器流向气-液分离器。这样，利用通过旁路通道引入蒸发器的温度较高的气态制冷剂可对蒸发器进行有效的除霜。
此外，可在连接蒸发器和喷射器的制冷剂通路中配置另外一个气-液分离器，由其分离的气态制冷剂通过其出口被抽吸到喷射器之中。这样，在除霜过程中，温度较高的气态制冷剂由压缩机经旁路通道被引入到蒸发器并对其进行加热，从而使仍留在蒸发器中的制冷剂(液态制冷剂)排到蒸发器外。在这种情况下，蒸发器排出制冷剂中的液态制冷剂停留在另外一个气-液分离器中，而由另外一个气-液分离器分离的气态制冷剂被抽吸到喷射器中。这样，带有喷射器的喷射器循环系统可进行有效的工作。
附图说明
以下结合附图的最佳实施例祥述将使本发明另外一些目标和优点更为明晰。附图包括：
图1框图表明按本发明第一最佳实施的喷射器循环系统的结构。
图2为表明本发明第一最佳实施中喷射器循环系统中喷射器的部分放大视图。
图3为表明本发明第一最佳实施中喷射器循环系统运行过程的焓熵图(压力-焓熵曲线)。
图4框图表明本发明第二最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图5框图表明本发明第三最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图6框图表明本发明第四最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图7框图表明本发明第五最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图8透视图表明本发明第六最佳实施中喷射器循环系统的蒸发器结构。
图9透视图表明本发明第七最佳实施中喷射器循环系统的蒸发器结构。
图10框图表明本发明第八最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图11框图表明本发明第九最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图12框图表明本发明第十最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图13框图表明本发明第十一最佳实施中喷射器循环系统的结构。
图14框图表明用于比较的喷射器循环系统的结构。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的最佳实施例进行详细说明。
参阅图1-3，现对本发明的第一最佳实施例进行说明。在本发明的第一实施例中，本发明喷射器循环系统一般用在车辆空调器中。
在第一最佳实施例中，压缩机100由汽车发动机(未画出)等动力装置驱动以抽吸和压缩制冷剂(如第一实施例中采用的二氧化碳)。在散热器200(即高压侧热交换器)中，压缩机100排出的制冷剂与车厢外空气进行热交换。在蒸发器300(即低压侧热交换器)中，喷射器循环系统中的液态制冷剂与将吹入车内以降低车厢内温度的空气进行热交换。喷射器400使来自散热器200的高压制冷剂减压和膨胀，以抽吸蒸发器300蒸发的气态制冷剂，并对将要吸入压缩机100的制冷剂进行增压。
如图2所示，喷射器400包括喷嘴410、混合区420和扩散器430。喷嘴410通过将制冷剂的压力能转换成速度动能而使散热器200排出的高压制冷剂减压和膨胀。在混合区420，在蒸发器300中蒸发的制冷剂受到喷嘴410喷出的高速制冷剂的抽吸。在扩散器430中，在喷嘴410喷出的制冷剂与由蒸发器300抽吸的制冷剂相互混合的同时，制冷剂的速度动能被转换成压力能，从而使将被抽吸到压缩机100的制冷剂压力增加。
在喷射器400中，制冷剂的压力不但在扩散器430而且在混合区420中得到增加。因此在喷射器400中，混合区420和扩散器430共同构成增压区。在第一实施例中，混合区420的截面面积在到达扩散器430前为一常数。然而，混合区420可具有锥度，即其截面面积在向扩散器430的方向上逐渐增大。
如图1所示，制冷剂由喷射器400流入气-液分离器500，在气-液分离器500中被分离为气态制冷剂和液态制冷剂。气-液分离器500分离出的气态制冷剂被抽吸到压缩机100，分离出的液态制冷剂被抽吸到蒸发器300。
气-液分离器500通过制冷剂通路L1与蒸发器300相连。在制冷剂通路L1中，配置有毛细管等微管结构520(即减压结构)或一个固定的节流装置。当制冷剂流经节流装置520时可产生预定压降，将要被抽吸到蒸发器300中的制冷剂压力得到有效降低。因此，制冷剂通路L1中节流装置520可产生的压力降，大于蒸发器300和喷射器400增压部分所产生的压降。
此外，还配置了高温气体通路700(旁路通道)，将压缩机100排出的高温高压制冷剂绕过散热器200、喷射器400和气-液分离器500而引入制冷剂通路L1。也就是说，散热器200的制冷剂入口通过高温气体通路700与制冷剂通路L1相连。阀门710配置在高温气体通路700中，用于开通/关闭高温气体通路700和使高温气体通路700中的制冷剂压力产生预定压降，使其压力小于蒸发器300的抵抗压力。
以下将说明所述喷射器循环系统的工作状况。当压缩机100开始工作时，气态制冷剂由气-液分离器500被抽吸到压缩机100中，经压缩的制冷剂由压缩机100排放到散热器200。制冷剂在散热器200中得到冷却，在喷射器400的喷嘴410受到减压，从而使蒸发器300中的气态制冷剂受到抽吸。由蒸发器300抽吸的制冷剂和由喷嘴410喷出的制冷剂在混合区420混合，制冷剂的动压被转换成静压。此后，制冷剂由喷射器400流入气-液分离器500。
另一方面，由于气态制冷剂被由蒸发器300抽吸到喷射器400，液态制冷剂由气-液分离器500流入蒸发器300并通过吸收车厢空气中的热量而蒸发。
图3表明第一实施例中所述喷射器循环系统的焓熵图。如图3所示，所述喷射器循环系统的制冷性能得到了改善。
在实行除霜操作以去除蒸发器300上可能产生的霜冻时，阀门710开通，由压缩机100排出的制冷剂绕过喷射器400和气-液分离器500、经高温气体通路700流入蒸发器300。因此，蒸发器300受到高温制冷剂(高温气体制冷剂)的加热可有效进行除霜。在对蒸发器300进行除霜操作时，制冷剂由压缩机100排出后依次流经蒸发器300、喷射器400和气-液分离器500，然后又回到压缩机100。
按本发明第一实施例，由于节流装置520配置在连接气-液分离器500和蒸发器300制冷剂入口的制冷剂通路L1之中，由高温气体通路700引导的制冷剂可直接流入蒸发器300，而不会流向气-液分离器500，从而可对蒸发器300进行有效的除霜操作。
如图14比较示例所示，当节流装置520不是配置在所述制冷剂通路L1中时，制冷剂通过点A由旁路700到气-液分离器500的压降可能会小于制冷剂通过蒸发器300和喷射器400由旁路700到气-液分离器500的压降。在这种情况下，旁路700中的制冷剂很少可能流到蒸发器300之中，而会通过制冷剂通路L1直接流向气-液分离器500。这样，将难于对蒸发器300进行有效的除霜。
按本发明第一实施例，由于节流装置520配置在制冷剂通路L1中，制冷剂通过节流装置520由旁路700到气-液分离器500的压降可大于制冷剂通过蒸发器300和喷射器400由旁路700到气-液分离器500的压降。从而，所述实施例1可对蒸发器300进行有效除霜。此外，在本发明第一实施例中，当进行除霜操作时，压缩机100排出的制冷剂绕过喷射器400和气-液分离器500、通过高温气体通路700引入蒸发器300之中。这样，在进行除霜操作时可防止气-液分离器500中的液态制冷剂流入蒸发器300，除霜所需时间可减少。
现结合图4说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，检压阀510取代固定的节流装置520配置在制冷剂通路L1中。配置检压阀510的作用是使制冷剂直接由气-液分离器500流入蒸发器300，同时防止制冷剂由蒸发器300流向气-液分离器500。这样，在对蒸发器300进行除霜时，压缩机100排出的高温气体制冷剂可被有效引入蒸发器300之中。
此外，在第二实施例中，制冷剂通路L1可使其中流动的制冷剂产生预定压降，从而可降低抽吸到蒸发器300中的制冷剂压力和蒸发器300的压力(蒸发压力)。例如，制冷剂通路L1可包括毛细管或固定的节流装置。这样，第二实施例可获得与上述第一实施例相似的优点。在对蒸发器300进行除霜时，压缩机100排出的高温气体制冷剂可有效引入蒸发器300之中。
现说明本发明的第三实施例。在第三实施例中，在高温气体通路700与制冷剂通路L1的交接处进一步配置了一个三通阀710A。这样，在对蒸发器300进行除霜时，压缩机100排出的高温制冷剂可通过三通阀710A有效引入蒸发器300。在第三实施例中，可在三通阀710A中配置一个用于使制冷剂减压的减压装置。
现结合图6说明本发明的第四实施例。在第四实施例中，制冷剂通路L1中配置了一个可控制开通程度的阀门530，用于取代实施例1中的固定节流装置520。阀门530的开通程度可在零到预定值之间进行控制，制冷剂通路L1在所述预定开通程度下将产生预定的压降。当阀门530的开通程度为零时，制冷剂通路L1关闭。这样，在除霜操作时，阀门710开通，阀门530关闭。
现结合图7说明本发明第五实施例。在第五实施例中，气-液分离器500(在第五实施例中称为“第一气-液分离器”)配置在制冷剂通路L1中，第二气-液分离器600配置在连接蒸发器300和喷射器400的制冷剂通路L2中。配置第二气-液分离器600是用于将蒸发器300流出的制冷剂分离成液态和气态制冷剂，第二气-液分离器600的气体制冷剂出口与喷射器400的混合区420相连。此外，在制冷剂通路L1中还配置了如第二实施例所述的检压阀510。
当进行除霜操作对蒸发器300上的霜冻进行除霜时，阀门710开通，压缩机100排出的高温制冷剂(高温气体制冷剂)绕过喷射器400和第一气-液分离器500被引入到蒸发器300之中对其进行除霜。
由于高温气体通路700流出的具有较高压力的制冷剂供给到第一气-液分离器500的液态制冷剂出口侧，由喷射器400流入第一气-液分离器500的制冷剂不会流向蒸发器300。
按第五实施例，由于第二气-液分离器600配置在连接蒸发器300和喷射器400的制冷剂通路L2中，被引入蒸发器300的高温气体制冷剂对蒸发器300进行加热，使蒸发器300中的液态制冷剂排出到蒸发器300之外。蒸发器300排出的制冷剂流入第二气-液分离器600，在第二气-液分离器600中的气体制冷剂被抽吸到喷射器400时，液态制冷剂存储在第二气-液分离器之中。
这样，在第五实施例中，当对蒸发器300进行除霜操作时，可防止第一气-液分离器500中的液态制冷剂流入蒸发器300，蒸发器300中的液态制冷剂数量减少。相应地，可限制高温气体制冷剂的热量被蒸发器300中的液态制冷剂所吸收，从而可减少进行除霜所需的时间。
现结合图8说明本发明的第六实施例。在第六实施例的喷射器循环系统中，第五实施例所述第二气-液分离器600和蒸发器300被综合在一起，如图8所示。在这种情况下，第二气-液分离器600可方便地安装在车辆上，同时也可改善喷射器循环系统的性能。
现结合图9说明本发明的第七实施例。第七实施例是对上述第六实施例进行了一些修改。在第七实施例中，蒸发器300的收集罐310起着上述第二气-液分离器600的作用。在蒸发器300中，收集罐310与一些流过制冷剂的细管相连，细管中流出的制冷剂被收集罐310收集回收。这样，第七实施例具有第五和第六实施例中所述的优点。
现结合图10说明本发明的第八实施例。在第八实施例中，高温气体通路700不与制冷剂通路L1相连，而是与连接喷射器400和蒸发器300的制冷剂通路L2相连。此外，阀门720配置在制冷剂通路L2中，以防止高温气体制冷剂在除霜操作中由高温气体通路700流向喷射器400。
这样，在除霜模式下，压缩机100排出的高温气体制冷剂绕过喷射器400和气-液分离器500、通过高温气体通路700流入蒸发器300，然后通过气-液分离器500返回压缩机100。这样，可防止液态制冷剂在除霜过程中流入蒸发器300，蒸发器300中的液态制冷剂数量得以减少。结果，可限制高温气体制冷剂的热量被蒸发器300中的液态制冷剂所吸收，从而可减少对蒸发器300的除霜时间。
现结合图11说明本发明的第九实施例。在上述各实施例中，高温气体通路700与散热器200的制冷剂入口侧相连。但在第九实施例中，如图11所示，高温气体通路700与散热器200的制冷剂出口侧相连。在本例中，当进行除霜操作时，散热器200排出的制冷剂可绕过喷射器400和气-液分离器500而被直接引入到蒸发器300。与上述第一及第三-第七实施例类似，高温气体通路700与散热器200的制冷剂出口侧相连。
现结合图12说明本发明的第十实施例。在第十实施例中，当进行除霜时，高温气体通路700的结构可使散热器200排出的高温气体由喷射器400的喷嘴410制冷剂入口侧引入蒸发器300。此外，在高温气体通路700中配置了三通阀710A。
当蒸发器300工作在吸热状态(制冷功能)时，阀门710A的“A”侧关闭，散热器200排出的制冷剂在三通阀710A中由“B”侧流向“A”侧。另一方面，当进行除霜时，阀门710A的“C”侧关闭，散热器200排出的制冷剂在三通阀710A中由“B”侧流向“A”侧。
现结合图13说明本发明的第十一实施例。第十一实施例在上述第十实施例的基础上做了一些修改。在第十一实施例中，如图13所示，当进行除霜时，高温气体通路700的结构可使散热器200排出的制冷剂绕过喷射器400和气-液分离器500而由喷嘴410的入口侧引入到蒸发器300。此外，在高温通路700中配置了双向阀门710。
当蒸发器300工作在吸热状态(制冷功能)时，阀门710关闭，散热器200排出的高压制冷剂被引入到喷射器400的喷嘴410。另一方面，当进行除霜时，阀门710开通，散热器200排出的制冷剂通过高温气体通路700引入到蒸发器300。
一般而言，喷射器400的喷嘴410可产生较大的压力损失，因此可防止由阀门710流来的制冷剂反向流入喷嘴410。也就是说，当阀门710开通时，可防止制冷剂在喷嘴410和阀门710间产生循环。
在第十一实施例中，当进行除霜时，压缩机100排出的制冷剂可绕过喷射器400和气-液分离器500而被引入蒸发器300。这样，可防止气-液分离器500中的液态制冷剂在除霜中流入蒸发器300，从而可减少除霜时间。
虽然以上结合附图对本发明的最佳实施例进行了详细说明，但熟悉本门技术的人们都会了解，对本发明作出增添、减少和修改是可能的。
例如，在上述实施例中，采用二氧化碳作为喷射器循环系统中的制冷剂；但本发明也适用于采用碳氢化合物和碳氟化合物等作为制冷剂的喷射器循环系统。
在本发明的上述实施例中，所述喷射器循环系统用在车辆空调中；但本发明喷射器循环系统也可用于任何形式的建筑物空调、制冷装置或采用热泵技术的加热装置。
在本发明的上述实施例中，阀门710配置在高温通路700中；但阀门710也可配置在散热器200与高温气体通路700的某一部分之间。
在本发明的上述实施例中，喷射器400为固定截面型式的喷射器，即增压部分420、430或喷嘴410的制冷剂通路截面是固定的；但本发明喷射器循环系统中也可采用变化截面的喷射器，即增压部分420、430或喷嘴410的制冷剂通路截面可根据热负荷等参数进行变化。
上述种种修改和变化应当被理解为不超出本发明所申明的权利要求的范围和要义。

Claims (17)

1、一种喷射器循环系统，包括：
一个用于抽吸和压缩制冷剂的压缩机(100)；
一个可使压缩机排出的制冷剂冷却的散热器(200)；
一个使制冷剂蒸发以获得制冷功能的蒸发器(300)；
一个包括喷嘴(410)和增压部分(420，430)的喷射器(400)，所述喷嘴用于将来自散热器的高压制冷剂的压力能转化为速度动能，从而使高压制冷剂减压和膨胀；速度动能在所述增压部分被转换为压力能，从而使制冷剂由喷嘴排出时压力增加并同来自蒸发器的气态制冷剂混合；
一个用于将来自喷射器的制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂的气-液分离器(500)，所述气-液分离器具有一个与压缩机制冷剂抽吸侧相连的气态制冷剂出口和一个与蒸发器相连的液态制冷剂出口；以及
一个旁路通路(700)，在对蒸发器进行除霜操作时，由压缩机排出的制冷剂可绕过所述喷射器和气-液分离器而通过所述旁路通路引入到蒸发器。
2、如权利要求1所述喷射器循环系统，其中：
在除霜过程中，由压缩机排出的制冷剂绕过所述喷射器和气-液分离器而由所述喷射器的一侧引入到蒸发器。
3、如权利要求1或2所述喷射器循环系统，进一步包括：
一个配置在制冷剂通路(L1)、用于在制冷剂通路中产生预定压降的减压装置，所述气-液分离器的液态制冷剂出口通过所述减压装置与蒸发器相连。
4、如权利要求3所述喷射器循环系统，其中所述减压装置为一节流装置(520)。
5、如权利要求3所述喷射器循环系统，其中所述减压装置是一个阀门(530)，它可调节制冷剂通路的开通程度，从而在制冷剂通路产生预定的压降。
6、如权利要求1或2所述喷射器循环系统，进一步包括：
一个配置在制冷剂通路(L1)之中、用于防止制冷剂由蒸发器通过制冷剂通路流向气-液分离器的检压阀(510)，所述气-液分离器的液态制冷剂出口通过所述检压阀与蒸发器相连。
7、如权利要求1或2所述喷射器循环系统，进一步包括：
配置在连接蒸发器和喷射器的制冷剂通路(L2)中的另外一个气-液分离器(600)，用于将来自蒸发器的制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂。
8、如权利要求7所述喷射器循环系统，其中所述另外一个气-液分离器与蒸发器综合为一体。
9、如权利要求1所述喷射器循环系统，其中所述旁路与散热器制冷剂入口侧相连，在除霜时可使制冷剂由散热器制冷剂入口侧引入到所述旁路通道。
10、如权利要求1或2所述喷射器循环系统，其中所述旁路通道与散热器制冷剂出口侧相连，在除霜时可使制冷剂由散热器制冷剂出口侧引入到所述旁路通道。
11、如权利要求1或2所述喷射器循环系统，进一步包括：
一个配置在所述旁路中的减压装置(710)，用于除霜时对流过旁路中的制冷剂进行减压。
12、如权利要求1或2所述喷射器循环系统，进一步包括：
一个三通阀(710A)，用于在除霜时使制冷剂由所述旁路流入蒸发器和防止制冷剂由喷射器或气-液分离器流入蒸发器。
13、一种喷射器循环系统，包括：
一个用于抽吸和压缩制冷剂的压缩机(100)；
一个可使压缩机排出的制冷剂冷却的散热器(200)；
一个使制冷剂蒸发以获得制冷功能的蒸发器(300)；
一个包括喷嘴(410)和增压部分(420，430)的喷射器(400)，所述喷嘴用于将来自散热器的高压制冷剂的压力能转化为速度动能，从而使高压制冷剂减压和膨胀；速度动能在所述增压部分被转换为压力能，从而使制冷剂由喷嘴排出时压力增加并同来自蒸发器的气态制冷剂混合；
一个用于将来自喷射器的制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂的第一气-液分离器(500)，所述第一气-液分离器具有一个与压缩机制冷剂抽吸侧相连的气态制冷剂出口和一个与蒸发器相连的液态制冷剂出口；以及
旁路结构(700，710，710A，510，520，530)，在对蒸发器进行除霜操作时，用于使压缩机排出的制冷剂绕过所述喷射器和第一气-液分离器而被引入到蒸发器。
14、如权利要求13所述喷射器循环系统，进一步包括：
一个配置在连接蒸发器和喷射器的制冷剂通路(L2)中的第二气-液分离器(600)，用于将来自蒸发器的制冷剂分离为气态制冷剂和液态制冷剂，
所述第二气-液分离器具有一个可使其中的气态制冷剂被抽吸到喷射器的制冷剂出口。
15、如权利要求13或14所述喷射器循环系统，其中所述旁路结构包括配置在制冷剂通路(L1)中、用于在制冷剂通路产生预定压降的减压装置，所述第一气-液分离器的液态制冷剂出口通过它与蒸发器相连。
16、如权利要求13或14所述喷射器循环系统，其中所述旁路结构包括配置在制冷剂通路(L1)中、用于防止制冷剂由蒸发器通过制冷剂通路流向气-液分离器的检压阀(510)，所述第一气-液分离器的液态制冷剂出口通过它与蒸发器相连。
17、如权利要求13或14所述喷射器循环系统，其中所述旁路结构包括旁路通道(700)和一个配置在所述旁路通道中的减压装置(710)，压缩机排出的制冷剂在除霜时绕过喷射器和第一气-液分离器而通过所述旁路通道引入到蒸发器，所述减压装置可使在所述旁路通道中流过的制冷剂减压。
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