阅读说明：本技术 喷射器和制冷系统 (Ejector and refrigeration system ) 是由 李胜 吴信宇 于 2019-03-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了喷射器和制冷系统。喷射器包括：高压流体通道,所述高压流体通道中设置有控制流量的流量阀；吸入流体通道；混合室,所述混合室包括混合流体出口；感温包,所述感温包设置在所述流量阀上游,所述高压流体通道中或外侧；及弹性膜片,所述弹性膜片设置在高压流体通道中,所述弹性膜片的第一侧为封闭容腔,所述弹性膜片的第二侧为高压流体通道,所述感温包与所述封闭容腔连通,并且所述感温包和所述封闭容腔中充满流体,所述弹性膜片与所述流量阀关联,使得所述流量阀的开度响应于所述弹性膜片两侧的压力差的变化而变化。根据本发明的喷射器自适应地控制高压流体的压力和流量。(The invention provides an ejector and a refrigeration system. The ejector includes: the high-pressure fluid channel is internally provided with a flow valve for controlling flow; a suction fluid channel; a mixing chamber comprising a mixed fluid outlet; a thermal bulb disposed upstream of the flow valve, in or outside the high pressure fluid passage; the elastic diaphragm is arranged in the high-pressure fluid channel, the first side of the elastic diaphragm is a sealed containing cavity, the second side of the elastic diaphragm is the high-pressure fluid channel, the temperature sensing bulb is communicated with the sealed containing cavity, the temperature sensing bulb and the sealed containing cavity are filled with fluid, and the elastic diaphragm is associated with the flow valve, so that the opening degree of the flow valve is changed in response to the change of the pressure difference of the two sides of the elastic diaphragm. The ejector according to the present invention adaptively controls the pressure and flow rate of high-pressure fluid.)

喷射器和制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷系统，更具体地，本发明涉及喷射器和带有喷射器的制冷系统。

背景技术

商用的制冷系统中，尤其是需要大压差的系统使用喷射器来提高效率。喷射器一般借助高压流体对吸入流体加压，并将混合流体提供至压缩机入口，由此提高压缩机入口流体的压力，从而降低对压缩机能力的需求，提高系统的效率。在喷射器运行时，需基于温度调节高压流体通道中的高压流体的压力，从而实现系统效率的最优化。现有技术中通常采用电控系统基于高压流体的温度和压力来控制步进电机，从而控制高压流体通道的流量阀开度，以便实现当前温度下的最优压力，另一方面，在维持压力的情况下，调节系统负荷。

跨临界制冷系统是指存在亚临界和超临界两种状态的制冷剂的制冷循环系统。超临界状态是指流体的压力和温度分别超过其临界压力和临界温度的状态。常见的跨临界制冷系统例如包括二氧化碳作为制冷剂的系统。

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，提供了一种喷射器，其用于制冷系统中，所述喷射器包括：

高压流体通道，所述高压流体通道从高压流体入口延伸至混合室,所述高压流体通道中设置有控制流量的流量阀；

吸入流体通道，所述吸入流体通道从吸入流体入口延伸至混合室；

混合室，所述混合室包括混合流体出口；

感温包，所述感温包设置在所述流量阀上游，所述高压流体通道中或外侧；及

弹性膜片，所述弹性膜片设置在高压流体通道中，所述弹性膜片的第一侧为封闭容腔，所述弹性膜片的第二侧为高压流体通道，所述感温包与所述封闭容腔连通，并且所述感温包和所述封闭容腔中充满流体，所述弹性膜片与所述流量阀关联，使得所述流量阀的开度响应于所述弹性膜片两侧的压力差的变化而变化。

可选地，在所述的喷射器中，所述流量阀和所述弹性膜片机械连接。

可选地，在所述的喷射器中，所述高压流体通道包括高压流体喷嘴，所述高压流体喷嘴依次包括收缩段，喉部和扩散段，所述流量阀为位于所述高压流体喷嘴的喉部处的针阀。

可选地，在所述的喷射器中，所述针阀的后端与所述弹性膜片连接。

可选地，在所述的喷射器中，所述高压流体通道中还设置有支撑件以及连接在所述支撑件和针阀之间的弹性构件。

可选地，在所述的喷射器中，所述支撑件的位置可调节。

可选地，在所述的喷射器中，所述吸入流体通道包括围绕所述高压流体喷嘴的吸入室。

可选地，在所述的喷射器中，所述封闭容腔中的流体完全或部分地由与所述高压流体通道中的流体成分基本相同的饱和制冷剂组成。

可选地，在所述的喷射器中，所述封闭容腔中的流体包括与所述高压流体通道中的流体成分基本相同的第一组分和不同于所述第一组分的第二组分，所述第二组分在所述第一组分处于超临界状态时起作用。

可选地，在所述的喷射器中，所述混合室依次包括收缩区段，颈部区段和扩散区段。

另一方面，提供了一种制冷系统，所述制冷系统包括根据本发明的各个实施例所述的喷射器。

可选地，在所述的制冷系统中，所述制冷系统包括单个喷射器或多个并联的喷射器。

可选地，在所述的制冷系统中，所述喷射器的高压流体入口经可选的回热器和换热器与压缩机出口连接，所述喷射器的吸入流体入口与蒸发器连接，所述喷射器的出口与分离器连接。

可选地，在所述的制冷系统中，所述系统包括：

中温压缩机，所述中温压缩机出口经换热器和可选的回热器与所述喷射器的高压流体入口连接；

气液分离器，所述喷射器的混合流体出口连接至所述气液分离器，并且所述气液分离器的气相出口连接至所述中温压缩机入口，所述气液分离器的液相出口经中温膨胀阀和中温蒸发器连接至所述喷射器的吸入流体入口。

可选地，在所述的制冷系统中，所述气液分离器的液相出口还经低温膨胀阀和低温蒸发器连接至低温压缩机入口，所述低温压缩机的出口连接至所述中温压缩机的入口。

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示出了根据本发明的一个实施例的喷射器的结构示意图；以及

图2示出了应用根据本发明的实施例的喷射器的制冷系统的结构示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

首先参考图1，示出了根据本发明的一个实施例的喷射器的内部结构。根据本发明的实施例的喷射器包括：高压流体通道1，高压流体通道1从高压流体入口11延伸至混合室8,高压流体通道1中设置有控制流量的流量阀，感温包75设置在流量阀上游的高压流体通道中或外侧，吸入流体通道2，吸入流体通道2从吸入流体入口21延伸至混合室8；以及混合室8，混合室8包括混合流体出口84；其中，高压流体通道1中设有弹性膜片5，弹性膜片5的第一侧为封闭容腔73，弹性膜片5的第二侧为高压流体通道，感温包75与封闭容腔73连通，并且感温包75和封闭容腔73中充满流体，弹性膜片5与流量阀关联，使得流量阀的开度响应于弹性膜片5两侧的压力差的变化而变化。不同于现有常见的通过步进电机，基于温度和压力传感器的电控控制方式，根据本发明的实施例实现了喷射器中高压流体通道的流量阀开度的机械控制。

高压流体通道1用于接收来自如压缩机出口的，具有较高压力的高压流体MF，如具有90bar的制冷剂流体，在该流体MF经过高压流体通道时将加速，由此将吸入流体入口处的流体吸入并与之混合。在所示的实施例中，高压流体通道1可依次包括：高压流体入口11，第一区段12，第二区段13以及高压流体喷嘴14。在一些实施例中，第二区段13可与第一区段12相垂直。在所示的实施例中，弹性膜片5设置在高压流体通道1的第二区段13中、与喷嘴14相对的一端处。弹性膜片5的一侧为封闭容腔73而另一侧为高压流体通道，换而言之，弹性膜片5从高压流体通道1中隔出封闭容腔73。在一些实施例中，高压流体喷嘴14可依次包括截面积逐渐缩小的收缩段141，具有最小截面积的喉部142和截面积逐渐增大的扩散段143。在一些实施例中，流量阀为位于所述高压流体喷嘴的喉部附近的针阀41。针阀41包括第一端或前端411和第二端或后端412。在一些实施例中，针阀41的第二端或后端412可与弹性膜片5连接，使得其第一端41可响应于弹性膜片5的移动而接近或远离喷嘴的喉部142，由此控制经过喷嘴14的喉部142的气体流量，从而起到流量阀的作用。在备选实施例中，高压流体通道1可具有其他任何适合的结构，和/或高压流体通道中可设置其他形式的流量阀。在备选实施例中，流量阀可通过其他任何适合的方式与弹性膜片机械连接，从而响应于弹性膜片5两侧的压力变化来调节流量阀的开度。高压流体在经过喷嘴后被加速，例如可加速至超音速。

在一些实施例中，高压流体通道中还设置有支撑件61以及连接在支撑件61和针阀41之间的弹性构件62。弹性构件62可设置成给予针阀41一定的预压力或预拉力，以用于针阀41回位或用于补偿针阀41移动中受到的摩擦力等。可通过选择适当的弹性构件62以便设置预压力或预拉力的大小。在一些实施例中，支撑件61的位置可调节(例如沿图中的左右方向调节)，以便设置针阀41的初始位置。尽管图中未示出，高压流体通道中还可设置引导针阀41的移动的导向件，如固定至高压流体通道侧壁处并套在针阀41中部的环形构件。

吸入流体通道2则用于接收例如来自蒸发器出口的，具有较低压力如30bar的吸入流体SF。在一些实施例中，吸入流体通道2可包括吸入流体入口21，第一区段22以及吸入室23。在图片所示的实施例中，吸入室23围绕高压流体喷嘴14。在备选实施例中，吸入流体通道2可具有任何适合的结构。在一些实施例中，高压流体MF和吸入流体SF在进入混合室8混合，混合室8可例如依次包括截面积逐渐减小的收缩区段81，截面积基本保持不变的颈部区段82和截面积逐渐增大的扩散区段83以及混合流体的出口84。在备选实施例中，混合室8可具有其他布局。从混合流体出口84离开的混合流体EF可具有高于吸入流体SF的压力，如35bar。该混合流体EF可提供至压缩机入口，由此将具有更高压力的流体提供给压缩机，从而降低了对压缩机能力的要求。

在一些的实施例中，感温包75布置在吸入流体通道1的第一区段12的外侧，感温包75通过导管74与封闭容腔73连通。可对感温包75，导管74和封闭容腔73进行适当的隔热保护。在另外的实施例中，感温包75可布置在高压流体入口11和流量阀之间的高压流体通道中或外侧，以感测高压流体的温度。在感温包75位于高压流体通道中的情况下，导管74也可布置在高压流体通道中，如沿高压流体通道的侧壁布置。

对于具有喷射器的亚临界制冷系统而言，理想状态是，在一定温度下，高压流体MF的期望压力可等于当前温度下饱和制冷剂的压力。但在实际应用中，考虑到一旦高压流体MF的压力小于当前温度下饱和制冷剂的压力，可能导致系统性能（效率和制冷量）的大幅衰减。因此，一般而言，高压流体MF的期望压力可设置成稍高于(例如，高出5%-10%)当前温度下饱和制冷剂的压力，以提供安全裕度。另外，可通过设置弹性构件62来提供预拉力，以便平衡高压流体MF和封闭容腔73中的饱和制冷剂之间的压力差。在一些实施例中，封闭容腔73中的流体可完全由与高压流体通道1中的流体成分相同的饱和制冷剂组成。在这样的情况下，当高压流体MF的压力低于期望压力时，弹性膜片5以及针阀41将向右移动，流量阀的开度将减小，从而使高压流体MF的压力提高，当高压流体MF的压力高于期望压力时，封闭容腔73中的流体的压力低于高压流体MF，弹性膜片5以及针阀41将向左移动，流量阀的开度将增大，从而使高压流体MF的压力降低。通过上述过程，高压流体通道中的高压流体MF的压力将趋向于当前温度下的期望压力。在一些实施例中，封闭容腔73中的流体可部分地由高压流体通道1中的制冷剂组成，例如，封闭容腔73中的流体的90%(质量百分比)以上，85%以上或70%以上由高压流体通道1中的制冷剂组成，其余部分可由惰性气体组成。

对于具有喷射器的跨临界制冷系统而言，如制冷剂包括CO₂的情况，高压流体MF的期望压力与当前温度也存在确切关系。当高压流体MF温度超过临界温度时，高压流体MF的期望压力高于临界压力，随高压流体温度的升高而升高。封闭容腔73中的制冷剂将转化为气态，并满足理想气体状态方程，压力P、温度T和体积V有如下关系：PV=mRgT。其中，m为气体质量，Rg 为常数(与气体组分有关)。所以，温度上升，压力也会上升，两者关系为近似线性，斜率与流体充注质量和封闭腔体连带导管及感温包的总容积有关。该关系与超临界状态下高压流体的期望压力(最优效率压力)与其温度的关系近似。因此，在一些实施例中，封闭容腔73中的流体可完全由与高压流体通道1中的流体成分相同的流体组成。此时，封闭容腔73内的流体全为气态，其压力随温度的上升而上升，两者关系由设计过程中封闭容腔73内流体的充注质量以及封闭容腔73、感温包75和导管74的容积确定。通过合适的设计，在一定的温度下，封闭容腔73的压力接近于当前温度下高压流体MF的期望压力。在这样的情况下，由于流量阀的开度响应于弹性膜片5两侧的压力差的变化而变化，高压流体通道中的高压流体MF的压力将趋向于当前温度下的期望压力。在一些实施例中，封闭容腔73中的流体可部分地由高压流体通道1中的制冷剂组成，例如，封闭容腔73中的流体的90%(质量百分比)以上，85%以上或70%以上由高压流体通道1中的制冷剂组成，其余部分可由惰性气体组成。通过调节惰性气体质量百分可调节方程PV=mRgT的关系中常数Rg，以便调整封闭容腔中的气体性质更接近于期望状态。

本发明还提供了一种制冷系统，制冷系统包括根据本发明的各个实施例所述的喷射器。继续参考图2介绍一个应用根据本发明的实施例的制冷系统，例如，以商用冷柜为例。在一些实施例中，制冷系统可包括多个并联的喷射器941,942,943，在备选实施例中，也可仅提供一个喷射器。各个喷射器的高压流体入口与压缩机911,912,913的出口连接，其间可设置有换热器921和可选的回热器93，换热器921例如可为冷凝器或气冷器。在本实施例中，压缩机911,912,913可为中温压缩机，中温压缩机911,912,913经过换热器921和可选的回热器93与各个喷射器941,942,943的高压流体入口连接，在回热器93中流体可与分离器的气相流体换热。另外，各个喷射器941,942,943的混合流体出口与分离器95连通，分离器95的气相经可选的回热器93通至中温压缩机911,912,913的入口，而分离器的液相经可选的增压泵961或旁通通路962和中温膨胀阀963进入蒸发器971，随后进入各个喷射器941,942,943的吸入流体入口。另外，在可选的实施例中，气液分离器的液相流体的一部分还可经低温膨胀阀和低温蒸发器981流至低温压缩机991,992的入口，所述低温压缩机的出口连接至中温压缩机911,912,913的入口。在备选实施例中，根据各个实施例的喷射器还可应用于其他类型的制冷装置中。

根据本发明的优选实施例可实现：

1）无电控和步进电机，节省成本，提高系统稳定性；

2）机械控制具有自适应的特质，免除人工调节；以及

3）自动地实现了压力和制冷剂流量的控制。

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。