CN117588868A - 带有喷射器的热泵 - Google Patents

Abstract

一种系统，具有：具有吸入端口和排出端口的压缩机；具有动力流入口、吸入流入口和出口的喷射器；具有入口、蒸气出口和液体出口的分离器；第一热交换器；膨胀装置；以及第二热交换器。导管和阀定位成在以下模式下提供备选操作：冷却模式和加热模式。在冷却模式下，喷射器的针关闭。在加热模式下，制冷剂顺序地从第二热交换器的第一区段传递到第二区段。在冷却模式下，制冷剂并行地穿过第一区段和第二区段。

Description

带有喷射器的热泵

相关申请的交叉引用

请求享有2022年8月10日提交并且名称为“Heat Pump with Ejector(带有喷射器的热泵)”的美国专利申请第63/396,768号的权益，并且这是2020年8月10日提交并且名称为“Heat Pump with Ejector”的美国专利申请第16/989,603号的部分继续申请，该申请又是2018年5月16日提交的美国专利申请第15/776,561号、现为美国专利第10,739,052号并且名称为“Heat Pump with Ejector”的继续申请，该申请又是2016年11月18日提交的PCT/US2016/062759的371美国国家阶段申请，该申请请求享有2015年11月20日提交并且名称为“Heat Pump with Ejector”的美国专利申请第62/258,345号的权益，所有这些申请的公开内容通过引用以其整体并入本文中，如同详细阐述一样。

技术领域

本公开涉及热泵。更具体地，本公开涉及以喷射器为特征的热泵。

背景技术

蒸气压缩系统长期以来一直用于空调。示例性蒸气压缩空调包括制冷剂压缩机、沿制冷剂流径位于压缩机的下游的室外热交换器、位于室外热交换器的下游的膨胀装置，以及在制冷剂流径返回到压缩机之前位于膨胀装置的下游的室内热交换器。制冷剂在压缩机中压缩。然后制冷剂在室外热交换器中排热并且失去温度。示例性室外热交换器是制冷剂-空气热交换器，其中风扇强制室外空气从制冷剂获取热。通过排热，制冷剂可在排热热交换器中从蒸气冷凝为液体。因此，此类交换器通常称为冷凝器。在其它系统中，制冷剂保持为蒸气，并且这称为气体冷却器。

制冷剂在膨胀装置中膨胀并且温度降低。因此，温度降低的制冷剂在吸热热交换器(例如蒸发器)中吸热。同样，蒸发器可为制冷剂-空气热交换器，风扇强制内部/室内气流受驱动跨过该制冷剂-空气热交换器，其中内部/室内气流将热排至制冷剂。

此蒸气压缩系统还可用于加热内部空间。在此情况下，制冷剂流动方向改变为首先从压缩机传递到室内热交换器，并且然后从室外热交换器返回压缩机。此布置称为热泵。

除了诸如孔口和阀的简单膨胀装置之外，喷射器也已用作膨胀装置。在室内环境与室外环境之间的温差较大的情况下，喷射器特别有效。

示例性喷射器形成为嵌套在外部部件或本体内的动力(主)喷嘴的组合。喷射器具有动力流入口(主入口)，其可形成至动力喷嘴的入口。喷射器出口可为外部部件的出口。动力/主制冷剂流进入入口，并且然后进入动力喷嘴的会聚区段中。然后其穿过喉部区段和膨胀(发散)区段，并且穿过动力喷嘴的出口。动力喷嘴加速流并且降低流的压力。喷射器具有形成外部部件的入口的次级入口。由动力喷嘴对主流造成的压力降低有助于将吸入流或次级流通过吸入端口吸入到外部部件中。外部部件可包括具有会聚区段和长形喉部或混合区段的混合器。外部部件还具有位于长形喉部或混合区段的下游的发散区段或扩散器。动力喷嘴出口可定位在会聚区段内。当动力流离开动力喷嘴出口时，其开始与吸入流混合，其中通过提供混合区的混合区段发生进一步混合。

喷射器可与常规制冷剂或基于CO₂的制冷剂一起使用。在利用CO₂的示例性操作中，动力流在进入喷射器时通常可为超临界的，并且在离开动力喷嘴时可为亚临界的。次级流在进入次级入口时为气态的(或气体与少量液体的混合物)。产生的组合流是液体/蒸气混合物，并且在扩散器中减速并且恢复压力，同时保持为混合物。

Takeuchi等人的2003年4月22日授权的并且名称为“Ejector Cycle System(喷射器循环系统)”的美国专利6550265公开了用于在冷却模式和加热模式下使用喷射器的切换布置。Okazaki等人的2012年7月19日公开的名称为“Heat Pump Apparatus(热泵装置)”的美国专利申请公开2012/0180510A1公开了一种具有喷射器和非喷射器加热模式以及非喷射器除霜模式的构造。另外，Feng等人的2015年5月14日提交的并且名称为“Heat Pumpwith Ejector(带有喷射器的热泵)”的PCT/US2015/030709公开了一种具有备选喷射器和非喷射器加热模式以及非喷射器冷却模式的构造。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种系统，其包括：具有吸入端口和排出端口的压缩机；具有动力流入口、吸入流入口和出口的喷射器；具有入口、蒸气出口和液体出口的分离器；第一热交换器；至少一个膨胀装置；第二热交换器；以及多个导管和多个阀。喷射器是具有在关闭位置与多个打开位置之间可转移的针的可控喷射器。导管和阀定位成在以下模式下提供备选操作：冷却模式；第一加热模式；以及第二加热模式。

在一个或多个实施例中，在冷却模式下，流径节段从第一热交换器穿过至少一个膨胀装置中的第一膨胀装置到达第二热交换器，并且针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流。在第一加热模式下，流径节段从第二热交换器穿过动力流入口、分离器入口和液体出口以及第一膨胀装置并且到达第一热交换器。在第二加热模式下，流径节段从第二热交换器穿过第一膨胀装置到达第一热交换器，并且喷射器具有吸入流，并且针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流。

在一个或多个实施例中，在冷却模式下，其中针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流。在第一加热模式下，其中流径节段从第二热交换器穿过动力流入口、分离器入口和液体出口以及膨胀装置并且到达第一热交换器。在第二加热模式下，其中针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，在冷却模式下，喷射器具有次级流。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，系统仅具有单个所述喷射器。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，系统仅具有单个所述膨胀装置。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，该系统仅具有单个四通切换阀并且没有三通切换阀。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，多个导管包括第一热交换器与第二热交换器之间的第一导管；至少一个膨胀装置包括沿第一导管的膨胀装置；多个导管包括位于分离器液体出口与第一导管之间的第二导管；并且多个阀包括第二导管中的止回阀。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第一导管包括：位于第一热交换器与膨胀装置之间的干线；通向第二热交换器上的第一端口的第一分支；以及延伸到第二热交换器上的第二端口的第二分支。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，多个阀包括沿第一分支的止回阀和沿第二分支的双向阀。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，多个导管包括从第二分支延伸到动力流入口的导管。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，控制器配置成在以下之间切换系统：在冷却模式下运行；在第一加热模式下运行；以及在第二加热模式下运行。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，控制器配置成基于感测到的室外温度在所述第一加热模式与所述第二加热模式之间切换系统。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，一种用于使用该系统的方法包括：在冷却模式下运行；在第一加热模式下运行；以及在第二加热模式下运行。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，该方法进一步包括至少部分地基于感测到的室外温度来选择在第一加热模式和第二加热模式中的哪一个下运行。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，模式中的至少两个之间的切换包括致动单个四通切换阀并且不致动三通切换阀。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，模式中的至少两个之间的切换包括，模式中的至少两个之间的切换包括致动单个四通切换阀，而不致动三通切换阀，并且不致动二通阀中的一个或多个。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，在冷却模式下，离开第二热交换器的管的制冷剂的第一部分穿过多个阀中的止回阀以与第二部分汇合，并且继而又从第二热交换器的端口通过；并且在第一加热模式和第二加热模式下，制冷剂从第二热交换器的端口进入管，并且从管离开第二端口。

本公开的另一方面涉及一种系统，其包括：具有吸入端口和排出端口的压缩机；具有动力流入口、吸入流入口和出口的喷射器，该喷射器是具有在关闭位置与多个打开位置之间可转移的针的可控喷射器；具有入口、蒸气出口和液体出口的分离器；第一热交换器；膨胀装置；具有第一区段和第二区段的第二热交换器；以及多个导管和多个阀。导管和阀定位成在以下模式下提供备选操作：冷却模式，其中针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流；以及加热模式，其中流径节段从第二热交换器穿过动力流入口、分离器入口和液体出口以及膨胀装置并且到达第一热交换器。多个阀定位成使得：在加热模式下，制冷剂顺序地从第一区段传递到第二区段；并且在冷却模式下，制冷剂并行地穿过第一区段和第二区段。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第一热交换器包括：第一歧管；第二歧管；以及第三歧管。在冷却模式下，制冷剂串联地穿过第一热交换器的第一区段和第一热交换器的第二区段。在加热模式下，制冷剂并行地穿过第一热交换器的第一区段和第一热交换器的第二区段。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第一热交换器第一区段大于第一热交换器第二区段；并且第二热交换器第一区段大于第二热交换器第二区段。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第一热交换器第一区段与第一热交换器第二区段的大小比率小于第二热交换器第一区段与第二热交换器第二区段的大小比率。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，系统仅具有单个喷射器。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，加热模式为第一加热模式；多个导管和多个阀进一步定位成在第二加热模式下提供备选操作，其中针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流；并且多个阀定位成使得在第二加热模式下，制冷剂顺序地从第一区段传递到第二区段。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，该系统进一步包括控制器，该控制器配置成在以下之间切换该系统：在冷却模式下运行；在第一加热模式下运行；以及在第二加热模式下运行。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，控制器配置成基于感测到的室外温度在所述第一加热模式与所述第二加热模式之间切换系统。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第一热交换器包括：第一端口；第二端口；定位成阻挡从第一歧管到第二歧管的流的所述多个阀中的第一止回阀；定位成阻挡从第二端口到第二歧管的流的所述多个阀中的第二止回阀；以及定位成阻挡从第三歧管到第二端口的流的所述多个阀中的第三止回阀。

本公开的另一方面涉及一种系统，包括：具有吸入端口和排出端口的压缩机；具有动力流入口、吸入流入口和出口的喷射器，该喷射器是具有在关闭位置与多个打开位置之间可转移的针的可控喷射器；具有入口、蒸气出口和液体出口的分离器；第一热交换器；至少一个膨胀装置；第二热交换器；以及多个导管和多个阀。导管和阀定位成在以下模式下提供备选操作：冷却模式，其中流径节段从第一热交换器穿过至少一个膨胀装置中的第一膨胀装置到达第二热交换器并且针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流；第一加热模式，其中流径节段从第二热交换器穿过动力流入口、分离器入口和液体出口以及第一膨胀装置并且到达第一热交换器；以及第二加热模式，其中流径节段从第二热交换器穿过第一膨胀装置到达第一热交换器，喷射器具有吸入流，并且针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流。第一热交换器包括：第一歧管；第二歧管；第三歧管。在冷却模式下，制冷剂串联地穿过第一热交换器的第一区段和第一热交换器的第二区段。在第一加热模式下，制冷剂并行地穿过第一热交换器的第一区段和第一热交换器的第二区段。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第一热交换器包括：第一端口；第二端口；定位成阻挡从第一歧管到第二歧管的流的所述多个阀中的第一止回阀；定位成阻挡从第二端口到第二歧管的流的所述多个阀中的第二止回阀；以及定位成阻挡从第三歧管到第二端口的流的所述多个阀中的第三止回阀。

本公开的另一方面涉及一种系统，其包括：具有吸入端口和排出端口的压缩机；具有动力流入口、吸入流入口和出口的喷射器，该喷射器是具有在关闭位置与多个打开位置之间可转移的针的可控喷射器；具有入口、蒸气出口和液体出口的分离器；第一热交换器；除喷射器之外的至少一个膨胀装置；第二热交换器；以及多个导管和多个阀。导管和阀定位成在以下模式下提供备选操作：冷却模式，其中流径节段从第一热交换器穿过至少一个膨胀装置中的第一膨胀装置到达第二热交换器，并且针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流；以及第一加热模式，其中流径节段从第二热交换器穿过动力流入口、分离器入口和液体出口以及第一膨胀装置并且到达第一热交换器。第一热交换器包括：第一歧管；第二歧管；第三歧管。在冷却模式下，制冷剂串联地穿过第一热交换器的第一区段和第一热交换器的第二区段。在第一加热模式下，制冷剂并行地穿过第一热交换器的第一区段和第一热交换器的第二区段。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第一热交换器包括：第一端口；第二端口；定位成阻挡从第一歧管到第二歧管的流的所述多个阀中的第一止回阀；定位成阻挡从第二端口到第二歧管的流的所述多个阀中的第二止回阀；以及定位成阻挡从第三歧管到第二端口的流的所述多个阀中的第三止回阀。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，第二热交换器具有第一区段和第二区段；并且多个阀定位成使得：在第一加热模式下，制冷剂顺序地从第二热交换器第一区段传递到第二热交换器第二区段；并且在冷却模式下，制冷剂并行地穿过第二热交换器第一区段和第二热交换器第二区段。

在前述实施例中任一个中的一个或多个实施例中，多个导管和多个阀定位成在以下模式下进一步提供操作：第二加热模式，其中：流径节段从第二热交换器穿过第一膨胀装置到达第一热交换器；并且喷射器具有吸入流，并且针处于关闭位置以阻挡来自动力流入口的流。

一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中阐述。其它特征、目的和优点将从描述和附图，以及从权利要求中清楚。

附图说明

图1是蒸气压缩系统的示意图，示出了与冷却模式相关联的制冷剂流动方向。

图1A是图1的系统的喷射器的示意图。

图2是图1的系统的示意图，示出了与第一加热模式相关联的制冷剂流动方向。

图2A是在第一加热模式下的喷射器的示意图。

图3是图1的系统的示意图，示出了与第二加热模式相关联的制冷剂流动方向。

图4是第二蒸气压缩系统的示意图，示出了与冷却模式相关联的制冷剂流动方向。

图4A是图4的系统的室内热交换器的示意图。

图5是图4的系统的示意图，示出了与第一加热模式相关联的制冷剂流动方向。

图5A是图5的系统的室内热交换器的示意图。

图6是图4的系统的示意图，示出了与第二加热模式相关联的制冷剂流动方向。

图7是第三蒸气压缩系统的示意图，示出了与冷却模式相关联的制冷剂流动方向。

图7A是图7的系统的室外热交换器的示意图。

图8是图7的系统的示意图，示出了与第一加热模式相关联的制冷剂方向。

图8A是图8的系统的室外热交换器的示意图。

图9是图7的系统的示意图，示出了与第二加热模式相关联的制冷剂流动方向。

在各个附图中，相同的参考数字和标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1示出了蒸气压缩系统20，其包括用于沿再循环流径驱动制冷剂流的一个或多个压缩机22(并联示出的22A和22B)。该系统进一步包括至少一个第一热交换器24和至少一个第二热交换器26。在示例中，系统可作为热泵或空调操作，在此情况下，第一热交换器是室外热交换器(盘管)，并且第二热交换器是室内热交换器(盘管)。

在图1的冷却或空调模式下，第一热交换器24是排热热交换器，并且第二热交换器26是吸热热交换器。在某些空气温度控制示例中，两个热交换器都可为制冷剂-空气热交换器。在诸如冷却器的其它示例中，一个或两个热交换器可为制冷剂-水热交换器、制冷剂-盐水热交换器等。

在图2和图3的热泵(加热)模式下，两个热交换器的热功能相对于图1的冷却模式基本上相反。热交换器24是吸热热交换器，并且热交换器26是排热热交换器。

该系统可包括一个或多个膨胀装置28(例如，电子膨胀阀(EEV或EXV)，而不是喷射器)。如下文进一步论述的，该系统还包括喷射器32和分离器34。图2和图3的模式至少在膨胀装置、喷射器和分离器的作用方面彼此不同。图2的模式充分利用了喷射器作为膨胀装置，并且可在较低的环境温度范围内使用。图3的模式有效地停用喷射器(例如，没有动力流或基本上没有动力流，如与流的内部泄漏水平相关联，其不足以驱动相关联的流通过吸入端口)，并且依赖于其它膨胀装置中的一个或多个(例如，膨胀装置28)。图3的模式可用于相对较高的环境温度范围。示例性图1的模式也停用喷射器。例如，可选择低与高之间的边界以实现高效操作。喷射器在较低温差下会失去效率。对于热泵操作，较低的温差与较高的环境温度相关联。控制可响应于测量的温差或响应于感测到的环境温度(假设目标室内温度将始终约为典型值)。特定的期望边界将取决于系统的特定制冷剂和构造细节。对于许多系统，适当的边界可能与30℉(-1.1℃)至47℉(8.3℃)范围内的环境(室外)温度相关联。备选的上限是60℉(15.6℃)。如果基于差异进行控制，典型温度(室内与室外)差异将在至少10℉(5.6℃)或至少23℉(12.8℃)的范围内。

压缩机22具有吸入端口(入口)40和排出端口(出口)42。喷射器包括动力流入口(主入口)50、吸入流入口(次级流入口)52和出口54。示例性喷射器包括动力流喷嘴(动力喷嘴)56，该动力流喷嘴定位成接收通过动力流入口50的动力流(例如，在图2的模式下)，该动力流入口50位于用于通过吸入流入口52输送的流的混合位置的上游。

示例性动力喷嘴56(图1A)是会聚-发散喷嘴，其在直混合部分上游的混合器58的会聚部分内具有离开口57。发散扩散器59从混合器向下游延伸。示例性喷射器是具有控制针60(图1A)和致动器61的可控喷射器。致动器61将针的尖端区段62移入和移出动力喷嘴56的喉部区段63，以调节通过动力喷嘴并且继而又整个喷射器的流。致动器61可为电驱动的(例如，螺线管、步进电机等)、机械驱动的，或通过本领域中已知的任何合适的装置驱动的。致动器可联接到控制器400(图1；下面论述)并且由控制器400控制。示例性可控喷射器可见于美国专利7178360和国际公开WO2015/116480A1。示例性针具有完全延伸的完全闭合/密封/就位位置/状态(图1A)和相对于其缩回的逐步或连续的多个打开位置/状态(图2A中所示的一个)。

在图1和图3中所描绘的操作模式下，如图1A中所描绘的，针60处于其关闭位置中以阻挡/防止喷射器动力流。在图2中所描绘的操作模式下，针处于打开位置，以允许如图2A中所描绘的动力流。

分离器34包括具有入口端口72、蒸气出口74和液体出口76的容器70。液相可积聚在容器的下部部分中，并且蒸气相积聚在其顶部空间中。压缩机吸入管线80在蒸气出口74与压缩机吸入端口40之间延伸。

互连各个构件的是多个导管(管线)和多个附加构件，包括阀、过滤器、粗滤器等。如下文进一步论述的，阀包括具有第一端口102的四通切换阀100。第一端口用作经由相关联的排出管线110连接到压缩机的排出端口42的入口，以接收压缩制冷剂流600。切换阀100进一步包括第二端口104、第三端口106和第四端口108。示例性切换阀构造有旋转阀元件112(在壳体114中)，该旋转阀元件112具有用于建立以下两个操作条件的通路：选择性地将第一端口102置于与第三端口和第四端口中的一个连通，同时将第二端口104置于与另一个连通。阀元件112在这两种状态之间的致动连同下面论述的其它阀致动便于图1-3的相应三个操作模式之间的转换。切换阀可包括用于实现四通切换阀100在两种状态之间切换的致动器(未示出)，诸如用于驱动阀元件112在两种状态之间旋转的旋转致动器。

图1进一步示出了具有端口122和124的可控阀120(例如，开关电磁阀，或在示例中，机动化、气动、液压阀，如可为所论述的其它双站(bistatic)开关阀)，以及具有端口132和134的止回阀(单向阀)130。在实施例中，膨胀装置28和阀120位于两个热交换器之间的管线140(前述导管中的一个)(热交换器间管线)中。止回阀130位于从分离器液体出口76延伸至热交换器间管线140的分支管线144中。管线144和相关联的流径节段在膨胀装置28与可控阀120之间的接合点146处连结热交换器间管线140。

动力流管线148和相关联的流径节段从与热交换器间管线140的接合点150延伸到喷射器动力流入口50。另外，在实施例中，附加管线及其相关联的流径包括：从端口104到喷射器次级入口52的管线152；从端口106到第一热交换器的第一端口(冷却模式入口)162的管线154；以及从第二热交换器的第二端口(冷却模式出口)168到端口108的管线156。

图1的冷却模式有效地停用喷射器(例如，无动力流)并且依赖于其它膨胀装置中的一个或多个。在该具体示例中，利用了膨胀装置28。由压缩机22压缩的制冷剂穿过切换阀100到达热交换器24。两个示例性热交换器各自具有用于流入口或流出口的两个通用位置。在热交换器24中，这两个位置包括第一端口162和第二端口164，第一端口162联接以接收来自压缩机的制冷剂，第二端口164定位成使制冷剂传递到热交换器26(经由一个或多个膨胀装置28)。

在图1的冷却模式下，阀120打开，以允许制冷剂从热交换器24的第二端口164穿过热交换器间管线140，通过膨胀装置28并且到达热交换器26的端口166。在喷射器针关闭的情况下，没有流将沿动力流管线148传递到喷射器动力流入口50。该管线148从热交换器间管线140或阀120与热交换器26之间的流径分支，以便允许下面相对于图2的加热模式论述的转移。

在图1的冷却模式下，离开第二热交换器26的第二端口168的制冷剂沿管线156及其相关联的流径节段行进到四通阀100的端口108，并且从那里通过端口104和管线152到达喷射器吸入端口52。然后该流继续通过喷射器到达分离器入口72。然而，第二热交换器26施加压降。因此，分离器处的压力将小于第二热交换器26的上游的压力。该压差基本上沿与其优选流动方向相反的方向跨过止回阀130施加。因此，将没有流穿过止回阀130并且分离器34将改为充当蓄积器。

用于对热交换器24除霜的除霜模式(未示出)可类似于图1的冷却模式。例如，一般驱动气流跨过热交换器24的电风扇169可关闭以限制热交换器24中的排热。这将升高输送至热交换器24的制冷剂的温度，以引起热交换器24排出热以融化任何累积的冰。沿由室内风扇171驱动的空气流径位于热交换器26下游的电加热器(未示出)可加热室内空气以避免热交换器26对室内空气的不期望的冷却。

图2的加热模式利用喷射器32作为喷射器/膨胀装置。为了切换到该模式(或下面论述的图3的加热模式)，切换阀100从其图1的状态致动至其图2/3的状态。在此情况下，在端口102和108之间建立流动连通，并且在端口104和106之间建立单独的流动连通。结果在于，压缩制冷剂流600从压缩机输送至第二热交换器26(经由端口168)，并且从第一热交换器24通过的制冷剂传递到喷射器吸入端口52。在该实施方式中，穿过热交换器26的图2的制冷剂流沿与图1中的方向相反的方向。类似地，穿过膨胀装置28和第一热交换器24的流沿与图1的方向相反的方向。

在图2的加热模式下，存在通过喷射器的动力流以夹带/驱动喷射器吸入流。为了提供此动力流，阀120由控制器400关闭。在图1和图3的模式下，阀120打开。在图2的模式下，制冷剂沿排出管线110从压缩机排出端口传递到阀100的端口102，并且然后穿过端口108到达延伸到热交换器26的管线156。

图2的模式可用在喷射器热泵高效的情形下。例如，如上所述，这在室内条件与室外条件之间存在相对高的温差的情况下可能是相关的。

图3的加热模式有效地停用喷射器(例如，无动力流)并且依赖于膨胀装置28。如上所述，当喷射器效率较低时，诸如当室内条件与室外条件之间存在较低温差时，可使用该模式。相对于图2的模式，阀120打开，并且跨过止回阀130的压差的方向(端口132处的压力高于端口134处的压力)意味着没有流通过分离器液体出口(使得分离器充当蓄积器)。因此，流体经由管线140直接从一个或多个排热热交换器26传递到一个或多个膨胀装置28。

图1进一步示出了控制器400。控制器可从输入装置(例如，开关、键盘等)和传感器(未示出，例如，各个系统位置处的压力传感器和温度传感器)接收用户输入。控制器可经由控制线(例如，硬接线或无线通信路径)联接到传感器和可控系统构件(例如，阀、轴承、压缩机电动机、叶片致动器等)。控制器可包括以下的一个或多个：处理器；存储器(例如，用于存储由处理器执行以执行操作方法的程序信息以及用于存储由一个或多个程序使用或生成的数据)；以及用于与输入/输出装置和可控系统构件对接的硬件接口装置(例如，端口)。

图4-6示出了第二系统300，其在结构、制造和操作中在其它方面可能类似于系统20。图4、图5和图6示出了与相应的图1、图2和图3模式相似的模式。用于在相应模式之间切换的喷射器针的致动可与系统20的致动相同。差异包括与室内热交换器26相比的室内热交换器302、添加止回阀310(下面论述)以及使用开关阀320代替阀120。阀320(具有端口322和324)可具有与阀120类似的结构，但是在不同的情况下致动。室内热交换器302具有三个端口304、306和308。

热交换器间管线140分叉，具有从室外热交换器24延伸至膨胀装置28的干线140-1。热交换器间管线140具有一对分支140-2和140-3。第一分支140-2在与第二分支140-3的接合点141与端口304之间延伸。止回阀310沿该分支和相关联的流径支路。止回阀310定向成允许流进入端口304但不允许流从端口304出来。第二分支140-3和相关联的流径支路延伸到端口308。阀320沿该分支和流径支路定位。类似地，接合点150沿该分支和流径支路。

热交换器302包括管的阵列或束(管长度/支路)330(图4A)。管阵列包括在第一侧与第二侧之间延伸的管长度，其中相应的连接器332和334在第一侧和第二侧处连接管支路。管阵列具有第一面340和第二面342。在示例性实施方式中，面340在气流344(例如，风扇强制)的方向上位于上游，并且面342在下游。管连接到用于制冷剂的入口和/或出口的若干歧管。第一歧管由分配器350形成，其入口由端口304形成并且其在图4的冷却模式下变得可操作。分配器具有延伸至相关联的管支路的单独分支352。第二歧管360是与分配器350并联的集管，并且在没有流通过入口304的加热模式(图5和图6)下相关。示例性集管360具有与相关联的相应支路连接的分支362。在实施例中，集管360是基线热交换器的现有集管，并且添加了分配器及其分支，其中分支352补接到相应的相关联分支362中。

在实施例中，管阵列分成两个相应的区段336和338。在加热模式下，集管360用于使制冷剂顺序地从区段336传递到区段338。相对于冷却模式，顺序布置增加了穿过室内热交换器的制冷剂流径长度。对于给定的热交换器大小和总体构造，这种增加的长度使得能够增加与增加的传热负荷相对应的压降。

在冷却模式下不需要顺序流。在冷却模式下，热交换器302是蒸发器，其中额外的长度将提供过热而不是过冷。但这需要在热交换器大小和压降方面付出很大代价，以降低过热制冷剂的密度。相比之下，归因于过冷制冷剂的高密度，故加热模式过冷不涉及这种代价。

为了允许此顺序通路，第三歧管370形成为包括端口306和308的第二集管。歧管370具有与热交换器的相邻支路连通的相关联分支372。为了便于加热模式操作，歧管370由止回阀380分成第一部分374和第二部分376(备选地，这些可视为单独的歧管)。

止回阀380定位成允许从区段376流到区段374，但不允许沿相反方向流动。因此，在图4的冷却模式下，制冷剂如在图1的模式下一样从压缩机穿过膨胀装置28。如上所述，与图1的模式不同，阀320关闭，使得流沿分支140-2通过止回阀310到达入口304和分配器350。随着喷射器针的关闭和阀320的关闭，没有流沿分支140-3穿过端口308。因此，制冷剂穿过分配器、穿过管线352，并且穿过平行于歧管370的管束的两个区段336和338。到达歧管区段376的流的一部分将穿过止回阀380，并且然后到达歧管区段374，并从那里离开端口306，最终传递到喷射器次级端口52。

在加热模式(图5和6)下，流进入端口306，穿过歧管370的区段374(图5A)到达管束的区段336，并从那里进入歧管360中。制冷剂从歧管360返回到管束的区段338中，并从那里进入歧管370的区段376中，然后离开端口308，以穿过阀320到达膨胀装置28。止回阀310阻挡(防止)离开端口304的流，并且因此有效地阻挡从管束进入分配器中的流。

止回阀380(图5A)的定位确定管束的两个区段336和338的相对大小。所示示例将五个回路置于管束336中，并且将三个回路置于管束338中。两个区段之间的大小平衡将取决于制冷剂的特性、热交换器的几何形状和目标操作温度。预期制冷剂的冷凝与接收来自束区段336的至少部分冷凝的制冷剂的束区段338中的较少数量的回路相关联。因此，当排热对比吸热时，分成两个区段以及交替的并联和串联流动提供了附加的制冷剂流径长度。额外的长度会产生额外的压差。当排热时，压降对性能的影响小于吸热时的影响。

控制例程可编程或以其它方式配置到控制器400中。该例程基于感测到的条件提供使用两种加热模式中的哪一种的自动选择。在基线热泵系统的重组中，该选择可叠加在控制器的正常编程/例程上(例如，提供添加了前述模式控制的基线系统的基本操作)。在一个示例中，可以仅响应于室外环境温度传感器402和/或压力传感器(传感器)404(定位成感测喷射器出口54处的压力)和408(定位成感测次级入口52处的压力)和/或压缩机速度信号(来自传感器406或控制器内部的逻辑)来控制两种加热模式的切换。控制器可确定压力传感器404和408之间的压差。在示例性控制例程中，一旦温度传感器402读数低于阈值(例如，32℉(0℃))，和/或一旦压差小于特定目标数(例如，2psid(14kPa))，和/或一旦压缩机达到其最小速度，则喷射器可在加热模式期间启用。尽管可使用单个压缩机，但是示出了两个压缩机并且可根据用于优化负载处理的已知方法来使用两个压缩机。

在图2或图4的喷射器模式下，喷射器针60可通过响应于基于由传感器410感测到的操作压力的控制算法来控制致动器61的控制器来定位(例如，定位成测量动力入口与室内热交换器26之间的压力)。为了优化喷射器效率，可通过调整喷射器针来调节该位置处的压力，目的在于提供通过端口166离开热交换器26的制冷剂过冷度的最佳程度。这可根据用于喷射器制冷系统的已知针控制程序来完成。

图7-9示出了第三系统600，其在结构、制造和操作中在其它方面可能类似于系统20和300。图7、8和9示出了与相应的图1/4、2/5和3/6模式相似的模式。用于在相应模式之间切换的喷射器针的致动可与针对系统20和300的致动相同。差异包括室外热交换器602与室外热交换器26的对比，其方式类似于室内热交换器302与室内热交换器26的对比。

具体地，示例性室外热交换器602具有形成用于管630的阵列或束的集管的歧管620和622(图7A)。管具有与图4A的热交换器320类似的连接器632,634。其它相似之处不予论述。以与歧管/集管370类似的方式，歧管/集管620由止回阀680分成第一部分或区段674和第二部分或区段676(备选地，这些可视为单独的歧管)。止回阀680定位成允许从第二部分676流到第一部分674，但不允许沿相反方向流动。第一部分674的与止回阀380相对的端部形成端口162或以其它方式向其开放。第二部分676的与止回阀680相对的端部与相反定向的第二止回阀682连通。因此，止回阀680和682定位成允许来自第二部分676的其相应端部的出口流，但不允许入口流。到第二部分676的入口流限制为来自管630的阵列或束的流。

在示例性实施方式中，室外热交换器602构造为上升气流抽吸式热交换器，其中风扇位于顶部处，并且束630围绕侧周延伸，其中歧管620,622竖直地定向以形成一对集管。集管620,622彼此接近地竖直延伸(例如，靠近圆角正方形覆盖区域的室外热交换器的一个角部)，其中管束大体上为圆或圆角正方形(具有在一个角部处的集管间间隙)的主弧。集管620,622可由管坯/管材形成。例如，止回阀680可为在形成歧管674和676的管坯/管材的相应件(例如，直件)之间串联的常规止回阀配件。阀682和684可位于形成歧管676和622的件的端部处，或者位于这些件与形成或通向端口164的接合点(例如，Y形配件或T形配件)之间的弯头的端部处。

歧管622具有封闭端和与止回阀684连通的相对端，该止回阀684定位成允许流入集管622但不允许从集管流出。止回阀682和684的相对端并联连接到端口164。形成区段638的管组连接到歧管676；而形成区段636的管组连接到歧管674。

因此，在图7的冷却模式下，入口流穿过端口162进入歧管674，并且然后通过区段636的相关联的管进入歧管622中。从歧管622到端口164的流出由止回阀684阻挡。因此，流然后穿过区段638的管到达歧管676并且经由止回阀682离开到出口164。

相比之下，在图8/8A的加热模式下(在其它方面类似于图5的加热模式)，流进入端口164。止回阀682阻挡流入歧管676；而止回阀684允许流入歧管622。流可通过管组区段636和638离开歧管622。穿过区段636的流直接传递到歧管674并且从出口162离开。穿过区段638的流传递到歧管676，并从那里通过止回阀680进入歧管674中以离开端口672。

因此，在图7的冷却模式下，通过室外热交换器602的流顺序地从入口162通过歧管674、形成区段636的管、歧管622、通过形成区段638的管、歧管676，并且然后止回阀682到达出口674。串流增加了制冷剂所经历的热交换器602内的流径的长度并且因此增加了过冷。类似地，与并联使用两组相比，流量限制(首先使用主要区段636，但然后使用较小区段638)增加了压降(以进一步增加过冷)。相比之下，图8的加热模式具有并行地通过两组的流，其中通过区段636的流沿与冷却模式相反的方向，并且通过区段638的流沿与冷却模式下相同的方向。

止回阀680(图7A)的定位确定管束的两个区段636和638的相对大小。在图7-9的实施例中，区段636的大小大于区段638的大小。具体地，每个区段都由相关联歧管之间的串联管组构成。区段636具有比区段638(图中两个)更多数量的组(图中九个)。两个区段之间的大小平衡将取决于制冷剂的特性、热交换器的几何形状和目标操作温度。预期制冷剂的冷凝与在冷却模式下接收来自束区段636的部分冷凝的制冷剂的束区段638中的较少数量的回路相关联。

如上所述，类似的情形出现在室内热交换器302中。室内热交换器302在图4的冷却模式下具有通过区段336和338的并行流，并且在加热模式下具有从区段336到区段338的串联流(图5A)。示例室内热交换器302在两个区段中具有更均匀的组平衡(较低的组大小比率)，其中示例区段336中具有五组并且示例区段338中具有三组。这是归因于当比较室内热交换器302和室外热交换器602时重要的几何考虑。这包括大小和气流的考虑。室外热交换器可更大。特别是当使用定速风扇时，室外热交换器可具有更大的气流。

另外，示例室外热交换器602缺少室内热交换器302的分配器350。这是因为在冷却模式下，膨胀装置28的下游的流是两相的，因此分配器均匀地分配到室内热交换器。在喷射器加热模式下，膨胀装置不使制冷剂膨胀，使得相对“低质量”(主要是液体)制冷剂或所有液体制冷剂进入室外热交换器602。

在图8的喷射器加热模式下，液体制冷剂通过端口76离开分离器70，并且所述液体制冷剂经由端口164均匀地分配到室外热交换器(充当蒸发器)602中。在室外热交换器中，其在经由端口162离开之前完全汽化。

在图9中，较高质量的两相流在端口164处进入，而不是图8的较低质量的(例如，单相液体)。考虑到图9的模式相对于图8的模式的预期使用率较低，归因于进入热交换器的两相流分布不均而导致的低效率较小。在一些实施方式中，控制器可配置成从不使用图9的模式。

在说明书和所附权利要求中使用“第一”、“第二”等仅是为了在权利要求内进行区分，并且不一定指示相对或绝对重要性或时间顺序。类似地，在一个权利要求中将一个元件标识为“第一”(等)并不排除该“第一”元件等同于在另一个权利要求中或说明书中称为“第二”(等)的元件。

当测量以英制单位给出且其后是包含SI或其它单位的括号时，括号的单位是换算并且不应暗示英制单位中没有的精确度。

已经描述了一个或多个实施例。然而，将理解，可进行各种修改。例如，当应用于现有的基本系统时，这样的构造的细节或其相关联的用途可影响特定实施方式的细节。因此，其它实施例在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种系统(300；600)，包括：

压缩机(22)，其具有吸入端口(40)和排出端口(42)；

喷射器(32)，其具有动力流入口(50)、吸入流入口(52)和出口(54)，所述喷射器是具有在关闭位置与多个打开位置之间可转移的针(60)的可控喷射器；

分离器(34)，其具有入口(72)、蒸气出口(74)和液体出口(76)；

第一热交换器(24；602)；

膨胀装置(28)；

第二热交换器(302)，其具有第一区段(336)和第二区段(338)；以及

多个导管(80,110,140,144,148,152,154,156)和多个阀(100,130,310,320,380；100,130,310,320,380,680,682,684)，其定位成在以下模式下提供备选操作：

冷却模式，其中所述针处于所述关闭位置以阻挡来自所述动力流入口的流；以及

加热模式，其中流径节段从所述第二热交换器穿过所述动力流入口、所述分离器入口和所述液体出口以及所述膨胀装置并且到达所述第一热交换器，

其中，所述多个阀定位成使得：

在所述加热模式下，制冷剂顺序地从所述第一区段(336)传递到所述第二区段(338)；并且

在所述冷却模式下，制冷剂并行穿过所述第一区段(336)和所述第二区段(338)。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述第一热交换器(602)包括：

第一歧管(674)；

第二歧管(676)；以及

第三歧管(622)；

在所述冷却模式下，制冷剂串联地穿过所述第一热交换器的第一区段(636)和所述第一热交换器的第二区段(638)；并且

在所述加热模式下，制冷剂并行地穿过所述第一热交换器的第一区段和所述第一热交换器的第二区段。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述第一热交换器第一区段大于所述第一热交换器第二区段；并且

所述第二热交换器第一区段大于所述第二热交换器第二区段。

4.根据权利要求3所述的系统，其中：

所述第一热交换器第一区段与所述第一热交换器第二区段的大小比率小于所述第二热交换器第一区段与所述第二热交换器第二区段的大小比率。

5.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述系统仅具有单个喷射器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述加热模式为第一加热模式；

所述多个导管和所述多个阀进一步定位成在第二加热模式下提供备选操作，其中所述针处于关闭位置以阻挡来自所述动力流入口的流；并且

所述多个阀定位成使得在所述第二加热模式下，制冷剂顺序地从所述第一区段传递到所述第二区段。

7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括控制器(400)，所述控制器配置成在以下之间切换所述系统：

在所述冷却模式下运行；

在所述第一加热模式下运行；以及

在所述第二加热模式下运行。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器(400)配置成基于感测到的室外温度在所述第一加热模式与所述第二加热模式之间切换所述系统。

9.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述第一热交换器(602)包括：

第一端口(162)；第二端口(164)；

定位成阻挡从所述第一歧管到所述第二歧管的流的所述多个阀中的第一止回阀(680)；

定位成阻挡从所述第二端口到所述第二歧管的流的所述多个阀中的第二止回阀(682)；以及

定位成阻挡从所述第三歧管(622)到所述第二端口的流的所述多个阀中的第三止回阀(684)。

10.一种系统(600)，包括：

压缩机(22)，其具有吸入端口(40)和排出端口(42)；

喷射器(32)，其具有动力流入口(50)、吸入流入口(52)和出口(54)，所述喷射器是具有在关闭位置与多个打开位置之间可转移的针(60)的可控喷射器；

分离器(34)，其具有入口(72)、蒸气出口(74)和液体出口(76)；

第一热交换器(602)；

至少一个膨胀装置(28)；

第二热交换器(302)；以及

多个导管(80,110,140,144,148,152,154,156)和多个阀(100,130,310,320,380,680,682,684)，其定位成在以下模式下提供备选操作：

冷却模式，其中流径节段从所述第一热交换器穿过所述至少一个膨胀装置中的第一膨胀装置(28)到达所述第二热交换器，并且所述针处于所述关闭位置以阻挡来自所述动力流入口的流；

第一加热模式，其中流径节段从所述第二热交换器穿过所述动力流入口、所述分离器入口和液体出口以及所述第一膨胀装置并且到达所述第一热交换器；以及

第二加热模式，其中：

流径节段从所述第二热交换器穿过所述第一膨胀装置到达所述第一热交换器；并且

所述喷射器具有吸入流，并且所述针处于所述关闭位置以阻挡来自所述动力流入口的流，

其中：

所述第一热交换器包括：

第一歧管(674)；

第二歧管(676)；以及

第三歧管(622)；

在所述冷却模式下，制冷剂串联地穿过所述第一热交换器的第一区段和所述第一热交换器的第二区段；并且

在所述第一加热模式下，制冷剂并行地穿过所述第一热交换器的第一区段和所述第一热交换器的第二区段。

11.根据权利要求10所述的系统，其中：

所述第一热交换器(602)包括：

第一端口(162)；第二端口(164)；

定位成阻挡从所述第一歧管到所述第二歧管的流的所述多个阀中的第一止回阀(680)；

定位成阻挡从所述第二端口到所述第二歧管的流的所述多个阀中的第二止回阀(682)；以及

定位成阻挡从所述第三歧管(622)到所述第二端口的流的所述多个阀中的第三止回阀(684)。

12.一种系统(600)，包括：

压缩机(22)，其具有吸入端口(40)和排出端口(42)；

喷射器(32)，其具有动力流入口(50)、吸入流入口(52)和出口(54)，所述喷射器是具有在关闭位置与多个打开位置之间可转移的针(60)的可控喷射器；

分离器(34)，其具有入口(72)、蒸气出口(74)和液体出口(76)；

第一热交换器(602)；

除所述喷射器之外的至少一个膨胀装置(28)；

第二热交换器(302)；以及

多个导管(80,110,140,144,148,152,154,156)和多个阀(100,130,310,320,380,680,682,684)，其定位成在以下模式下提供备选操作：

冷却模式，其中流径节段从所述第一热交换器穿过所述至少一个膨胀装置中的第一膨胀装置(28)到达所述第二热交换器，并且所述针处于所述关闭位置以阻挡来自所述动力流入口的流；以及

第一加热模式，其中流径节段从所述第二热交换器穿过所述动力流入口、所述分离器入口和液体出口以及所述第一膨胀装置并且到达所述第一热交换器，

其中：

所述第一热交换器包括：

第一歧管(674)；

第二歧管(676)；以及

第三歧管(622)；

在所述冷却模式下，制冷剂串联地穿过所述第一热交换器的第一区段和所述第一热交换器的第二区段；并且

在所述第一加热模式下，制冷剂并行地穿过所述第一热交换器的第一区段和所述第一热交换器的第二区段。

13.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述第一热交换器(602)包括：

第一端口(162)；

第二端口(164)；

定位成阻挡从所述第一歧管到所述第二歧管的流的所述多个阀中的第一止回阀(680)；

定位成阻挡从所述第二端口到所述第二歧管的流的所述多个阀中的第二止回阀(682)；以及

定位成阻挡从所述第三歧管(622)到所述第二端口的流的所述多个阀中的第三止回阀(684)。

14.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述第二热交换器(302)具有第一区段(336)和第二区段(338)；并且

所述多个阀定位成使得：

在所述第一加热模式下，制冷剂顺序地从所述第二热交换器第一区段(336)传递到所述第二热交换器第二区段(338)；以及

在所述冷却模式下，制冷剂并行地穿过所述第二热交换器第一区段(336)和所述第二热交换器第二区段(338)。

15.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述多个导管和所述多个阀定位成在以下模式下进一步提供操作：

第二加热模式，其中：

流径节段从所述第二热交换器穿过所述第一膨胀装置到达所述第一热交换器；并且

所述喷射器具有吸入流，并且所述针处于所述关闭位置以阻挡来自所述动力流入口的流。