喷射器制冷回路

文档序号:1813361 发布日期:2021-11-09 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 喷射器制冷回路 (Ejector refrigeration circuit ) 是由 S·赫尔曼 于 2020-12-18 设计创作,主要内容包括:喷射器制冷回路(1)包括:两相回路(2),其包括:排热热交换器(12),其包括入口(12a)和出口(12b);和喷射器(14),其包括高压入口(14a)、低压入口(14b)和出口(14c);其中喷射器高压入口(14a)联接至排热热交换器出口(12b);和蒸发器(18),其包括入口(18a)和出口(18b);其中,蒸发器(18)的出口(18b)联接至喷射器(14)的低压入口(14b);且其中喷射器制冷回路(1)还包括蒸气质量传感器(20),该蒸气质量传感器(20)位于排热热交换器(12)的出口(12b)处。(An ejector refrigeration circuit (1) comprises: a two-phase circuit (2) comprising: a heat rejection heat exchanger (12) comprising an inlet (12a) and an outlet (12 b); and an ejector (14) comprising a high pressure inlet (14a), a low pressure inlet (14b) and an outlet (14 c); wherein the ejector high pressure inlet (14a) is coupled to the heat rejecting heat exchanger outlet (12 b); and an evaporator (18) comprising an inlet (18a) and an outlet (18 b); wherein an outlet (18b) of the evaporator (18) is coupled to a low pressure inlet (14b) of the ejector (14); and wherein the ejector refrigeration circuit (1) further comprises a vapor quality sensor (20), the vapor quality sensor (20) being located at the outlet (12b) of the heat rejecting heat exchanger (12).)

喷射器制冷回路

技术领域

本发明涉及一种喷射器制冷回路,尤其涉及一种包括用于测量蒸气质量的传感器的喷射器制冷回路。

背景技术

在制冷回路中,喷射器可以用作制冷剂的膨胀装置。典型的制冷回路包括压缩机,以提高通常为气相的制冷剂的压力。制冷回路还包括排热热交换器/冷凝器,用于针对其将制冷剂冷凝为液体,然后使其通过膨胀装置和吸热热交换器。

可以在冷凝器的出口和蒸发器的入口之间采用喷射器。喷射器包括主要的高压入口、次要的低压入口和出口。当将喷射器用作制冷回路的一部分时,来自冷凝器的冷却后的制冷剂可以在高压入口处进入喷射器,并在喷射器的出口膨胀至较低压力。

在喷射器的出口处,制冷剂流通常将为液相和气相二者。气相将被送回到压缩机,而液相将供给通过另一个膨胀阀,且然后蒸发器。离开蒸发器的流体然后流到喷射器的低压入口。由于喷射器的高压入口和出口之间的压力差,液态制冷剂被吸入通过膨胀阀和蒸发器。

为了使系统有效运行,喷射器的高压入口和出口之间的压力差必须足以在所需压力下使制冷剂流体通过蒸发器吸入。

如果压力差下降到一定水平以下,则通过喷射器的低压入口的压力提升也将下降,或者在某些情况下减小到零。低压入口处的压力提升的减小导致通过蒸发器吸入的制冷剂的减少,这降低了制冷剂回路的工作效率。

因此,期望通过在喷射器中维持所需水平的压降来确保通过蒸发器的恒定流。

WO 2016/180487公开了一种喷射器制冷剂回路,其包括压缩机、排热热交换器/冷凝器、喷射器回路和蒸发器。为了确保制冷剂通过蒸发器的恒定流,在喷射器和蒸发器之间设有一个液体泵。制冷剂回路还包括一条旁通管线,允许在不需要时使制冷剂绕过泵。

在操作中,如果喷射器中的压降没有大到足以引起制冷剂通过蒸发器的抽吸,则操作液体泵以增加通过蒸发器的流体的压力和制冷剂的质量流量。

如果喷射器中的压降足以引起通过蒸发器的抽吸,则打开旁通阀,且制冷剂将绕过液体泵直接流向蒸发器。

发明内容

从第一方面来看,提供了一种喷射器制冷回路,该喷射器制冷回路包括:两相回路,其包括:包括入口和出口的排热热交换器,以及包括高压入口、低压入口和出口的喷射器,其中所述喷射器高压入口连接至排热热交换器出口;蒸发器,其包括入口和出口,其中蒸发器的出口连接到喷射器的低压入口;并且其中,喷射器制冷回路还包括位于排热热交换器的出口处的蒸汽质量传感器。

喷射器可以在跨临界条件下有效运行,但是在亚临界状态下,喷射器的压力提升会降低。为了抵消压力提升的这种降低,一旦压降下降到一定水平以下,一些现有技术的系统需要泵(如WO 2016/180487中),以用于维持所需的压力。

已经发现,在亚临界条件下系统中的少量蒸气可以增加喷射器的压力提升,而无需泵。因此,较高的蒸气质量导致喷射器效率提高。但是,这导致由压缩机处理的蒸气量增加。因此,如果蒸汽质量增加太多,可能需要更多的压缩机,这可能导致制冷回路的工作效率整体下降。

蒸气的最佳量应为足以提供喷射器压力提升的增加的量,因此不需要泵,但对压缩机的运行没有显著影响。

制冷回路通常使用温度和压力传感器来监视制冷剂并相应地控制高压回路。但是,鉴于制冷回路的高压回路中的流是两相的,这些传感器将不会提供必要信息以确定蒸汽质量。

上述提出的回路通过在排热热交换器的出口处设置蒸气质量传感器解决了该问题。由蒸气质量传感器记录的值可用于控制喷射器,特别是喷射器的打开,以确保存在明显的压降,以在低压入口处产生足够的压力提升。

通过确保提供足够的压力提升,通过膨胀阀和/或蒸发器的制冷剂流量也可以保持在所需的水平,而无需额外的泵。因此,第一方面的喷射器制冷回路可以不具有用于维持喷射器压力条件的附加泵。在一些示例中,制冷回路内的唯一增压装置可包括喷射器(或如下所述的多个喷射器)和回路的压缩机装置,其可以是多级或并联压缩装置。

鉴于不再需要泵,与常规布置相比,简化了制冷回路。这继而可以导致部件成本的减少以及维护时间和成本的降低,从而总体上降低了运营成本并提高了工作效率。

喷射器制冷回路可进一步包括具有入口和出口的压缩机以及包括入口、液体出口和气体出口的闪蒸罐。

喷射器出口可以联接至闪蒸罐的入口。闪蒸罐气体出口可以连接到压缩机的入口。压缩机的出口可以联接至排热热交换器的入口。

喷射器制冷回路可进一步包括膨胀阀。蒸发器的入口可以经由膨胀阀联接至闪蒸罐的液体出口至液体出口。包括一个膨胀阀允许系统控制释放到蒸发器中的制冷剂量。这有助于确保将最佳量的液体提供给蒸发器,并且仅蒸气离开蒸发器。可替代地,蒸发器的入口可以直接联接至闪蒸罐的液体出口。通过蒸发器的流可能是由于高压入口和出口之间的压降导致通过喷射器的低压入口的压力提升引起的。

蒸气质量传感器可以是光学传感器,例如照相机或显微镜。可替代地,蒸气质量传感器可以是介电传感器,例如电容探针。作为进一步的替代方案,蒸气质量传感器可以是丝网传感器、电阻传感器或电阻抗传感器。为了冗余和/或增加的精度,可以可选地包括多种传感器类型。

喷射器可以是具有一个或多个可控参数的可变几何形状的喷射器。一个或多个可控参数可以包括例如高压入口直径、低压入口直径、出口直径、喉部直径、扩散器直径、扩散器长度、混合室直径。可以调节一个或多个可控参数以改变喷射器的容量。

可以使用一个或多个致动器和/或阀来改变一个或多个可控参数。致动器可以是电动的,例如螺线管。可替代地,致动器可以是气动的或液压的。致动器可通过移动限流器来调节一个或多个可控参数,该限流器调节入口和出口的直径。可替代地,可以通过致动器来调节喉部或扩散器长度。喷射器可以包括布置在入口内的针阀和相应的针致动器。针致动器可以将针阀的尖端移入和移出喉部以相应地改变直径。

制冷回路可包括多个喷射器。喷射器的数量取决于制冷剂所需的膨胀水平。所需的膨胀水平可由压力传感器和温度传感器以及蒸汽质量传感器确定。这可以是整个喷射器制冷回路的设定输出。

多个喷射器还可提供一个或多个冗余。给定喷射器在回路中的位置,如果其发生故障,则整个回路也会发生故障。喷射器制冷回路可包括多个喷射器中的每个喷射器的每个入口上游的一个或多个分支流动路径。一个或多个分支流动路径中的每个可在分支点处从高压回路流动路径转向。可替代地,一个或多个分支流动路径中的每个可以直接连接至排热热交换器的出口。

在多个喷射器之一被其他装置阻塞或发生故障的情况下,阀可以防止至发生故障的喷射器的流,并且可以将其转向到仍可操作的其他多个喷射器之一。

这可以帮助确保喷射器制冷回路始终保持运行。

多个喷射器可以并联连接,使得每个高压入口分别连接至排热热交换器的出口。

多个喷射器中的每个可以是可变几何形状的喷射器。多个喷射器中的每个可以构造成具有不同的容量。这将导致在每个喷射器上产生不同的压降,且因此产生不同的压力提升,且因此为修改喷射器的工作效率提供更大的范围。

多个喷射器中的每个可以是不可变喷射器。每个不可变喷射器可以并联连接。多个喷射器中的每个可构造有单独的流量阀,该流量阀可控制至相应喷射器的高压入口的流量。可以通过限制通过用于多个喷射器中的一个或多个的阀的流量来修改多个喷射器的容量。阀和多个喷射器的使用允许使用不可变喷射器修改容量。

不可变喷射器是有利的,因为它们不包括运动部件。因此,它们不太容易出现故障,并且需要较少的维护。但是,与可变几何形状的喷射器相比,它们提供较小范围用于修改容量。此外,只能通过存在附加的喷射器来调节非可变喷射器的容量,而可变几何形状的喷射器的容量可以通过单个喷射器轻松地进行修改。

喷射器制冷回路可包括控制器。控制器可以从蒸气质量传感器接收信号。控制器可以基于来自蒸气质量传感器的信号来控制可变几何形状的喷射器的参数。控制器可以构造成调节可变几何形状的喷射器的参数,以确保横跨喷射器的足够的压降,以提供通过蒸发器的足够的抽吸。

可替代地,控制器可以被构造成限制通过多个非可变喷射器中的每个上的高压入口的一个或多个阀的流量。这可以控制至每个喷射器的流量,并用于将流体从可能发生故障的喷射器中转向离开。而且,每个喷射器不可变喷射器可以设置有不同的参数。因此,控制可以考虑膨胀需求并相应地彼此调整流量。

单个控制器可以被构造为控制多个可变几何形状的喷射器中的每个的参数。可替代地,多个可变几何形状的喷射器中的每个可以由单独的控制器控制。每个单独的控制器可以由中央处理器控制。作为进一步的替代,单个控制器可以被构造为控制多个不可变喷射器中的每个的所有阀,或者单独的控制器被构造为控制每个阀。

喷射器制冷系统还可包括一个或多个温度传感器和一个或多个压力传感器。除了蒸气质量传感器之外,或者作为替代,温度传感器和/或压力传感器可以提供有用的信息。

控制器可被构造为进一步从一个或多个温度传感器和一个或多个压力传感器接收信号,并基于所述信号修改可变几何形状的喷射器的参数。

控制器还可以控制喷射器制冷回路的其他部件(例如压缩机和膨胀阀)的操作。例如,控制器可以基于来自压力传感器的信号来控制压缩机的操作。特别地,压缩机单元可以包括多个压缩机。在需要高压缩的情况下,压缩机单元内的所有多个压缩机可以是活动的。可替代地,如果仅需要低压缩,则可以仅激活少量的压缩机。

在某些情况下,冷凝器出口和喷射器之间的回路可以是单相的,其中仅存在液体。在这种情况下,压力传感器和温度传感器可能足以提供必要的信息,以优化可变几何形状的喷射器的参数。单相回路也可以应用于仅存在蒸气的回路。

但是,如上所述,如果冷凝器之后的回路中残留少量蒸气,则喷射器效率提高。由于回路中存在蒸气,压力传感器和温度传感器不足以提供足够的信息,且需要进行进一步的蒸气质量测量。

冷凝器和喷射器之间的两相回路可以是高压回路。高压两相回路中的大多数制冷剂可以是流过压缩机和冷凝器的高压下的液体。

喷射器制冷回路可以进一步包括具有蒸发器的低压低温回路。低温低压回路可以进一步包括膨胀阀,该膨胀阀可以除了喷射器之外。

蒸发器可包括一个或多个风扇。风扇促进通过蒸发器的空气流,以提高吸热率。风扇的速度可以由控制器控制,并且可以取决于喷射器制冷回路所需的输出。该控制器可以是用于改变喷射器的相同控制器,或者其可以是单独的控制器。

闪蒸罐可包括液体部分和气态部分。液体部分和气态部分可以通过重力分开。闪蒸罐气体出口可能位于闪蒸罐的顶部附近,并可能向压缩机供给。闪蒸罐液体出口可位于罐的底部附近,并向膨胀阀和/或蒸发器供给。

当通过喷射器时,所得的两相混合物可能膨胀,导致压力和温度下降。在本系统中,在高压回路中已经存在少量蒸气,该蒸气供给到喷射器中。但是,一旦通过喷射器,可能会出现较大比例的蒸气。将蒸气与低温液体制冷剂一起送入蒸发器可能会降低蒸发器的效率。这是由于液体制冷剂和蒸发器盘管表面之间的接触表面积较小。通过包括闪蒸罐,可以分离蒸气和液体制冷剂,并定位供给到蒸发器的液体出口,该液体出口靠近闪蒸罐的底部确保了仅液体进入蒸发器。因此,通过提供闪蒸罐进一步提高了制冷回路的效率。

为了提供足够的升力和通过蒸发器的抽吸,越过喷射器的所需压降可以在0.2至4巴之间、可选地在1至2巴之间、可选地在1.5至2巴之间。

喷射器制冷回路可适用于任何类型的制冷剂。喷射器制冷回路可适合与二氧化碳一起用作制冷剂。喷射器制冷系统中使用的替代制冷剂可能包括氟利昂、CFC、HCFC和HFC。选择的制冷剂类型将影响喷射器制冷循环的性能。每种制冷剂的稳定性和可燃性也可能不同,这在选择制冷剂时可能是重要的考虑因素。

喷射器制冷回路可用于多种制冷应用中。这些可能包括家用和商用制冷,例如用于在家庭和商店中存储食物和饮料的制冷。喷射器制冷回路还可以用于冷藏和工业制冷中。另外,喷射器制冷回路可用于空调。

从第二方面来看,提供了一种操作喷射器制冷回路的方法,该喷射器制冷回路包括:控制器;两相回路,其包括具有入口和出口的排热热交换器,以及包括高压入口、低压入口和出口的喷射器,其中,喷射器高压入口联接至排热热交换器出口;蒸发器,其包括入口和出口,其中蒸发器的出口联接到喷射器的低压入口,以及位于排热热交换器的出口处的蒸汽质量传感器,其中该方法包括监测在两相回路中的蒸汽质量;向控制器提供指示蒸气质量的信号;以及响应于指示两相回路中的蒸气质量的信号来调节喷射器的容量。

该方法可以与上面关于第一方面所讨论的喷射器制冷回路一起使用,并且该回路可以包括上面所讨论的任何或所有其他可选特征。

喷射器可以是可变几何形状的喷射器。响应于指示蒸气质量的信号来调节的一个或多个参数可以是可变几何形状的喷射器的一个或多个参数。

因此,该方法可以包括调节可变几何形状的喷射器的一个或多个参数的步骤。这可以确保实现所需的压降,以确保在低压出口处的足够的压力提升,且因此确保通过蒸发器的足够的吸取。

该回路可以包括多个喷射器。控制器可以控制多个喷射器中的每个的操作。可替代地,多个控制器可以控制多个喷射器中的各个喷射器。

一个或多个控制器可以通过一系列致动器来调节可变几何形状的喷射器的一个或多个参数。每个致动器可以移动喷射器的单独部分。

喷射器回路可以包括多个不可变喷射器。多个不可变喷射器中的每个可以在高压入口的上游具有相应的流量阀。该方法可以包括响应于来自蒸气质量传感器的信号来限制通过一个或多个流量阀的流量。

该方法可以包括使用二氧化碳作为制冷剂。可替代地,可以使用氟利昂、CFC、HCFC或HFC作为制冷剂。

附图说明

下面仅通过举例的方式并参考附图来描述本发明的示例实施例。

图1示出了喷射器制冷回路的示意图。

具体实施方式

图1中所示的喷射器制冷回路1包括高压两相回路2和低压低温回路3。高压两相回路2包括一个或多个形成压缩机单元的压缩机10a,10b,10c,其具有入口10d和出口10e。

压缩机单元的压缩机10a,10b,10c的出口10e流体地连接到排热热交换器12的入口12a。排热热交换器也可以被称为冷凝器12。冷凝器12流体地连接到喷射器14的高压入口14a。

喷射器还包括低压入口14b和出口14c。喷射器的出口14c流体地连接到闪蒸罐16的入口16a。闪蒸罐16包括液体部分和蒸气部分,其中由于流体的不同密度,液体部分和蒸气部分通过重力而分开。

闪蒸罐16还包括在闪蒸罐顶部附近的蒸气出口16b和在闪蒸罐16底部附近的液体出口16c。

闪蒸罐16的蒸气出口16b流体地连接到压缩机单元10a,10b,10c的入口10d。闪蒸罐的液体出口16c经由膨胀阀17流体地连接至蒸发器18的入口18a。蒸发器18的出口18b流体地连接至喷射器14的低压入口14b。

在操作中,诸如二氧化碳的制冷剂循环通过喷射器制冷回路。低压蒸气管线24以气态形式将制冷剂输送到压缩机18。压缩机18增加制冷剂的压力并将其输送到冷凝器12。

冷凝器12构造成将热量从制冷剂传递到环境中,降低了过程中制冷剂的温度。温度的这种降低使制冷剂从蒸气冷凝为液体。在传统的喷射器制冷回路中,离开冷凝器12的出口12b的制冷剂是单相液态制冷剂。但是,在图1中所示的实施例中,离开冷凝器12的出口12b的制冷剂是液体和蒸汽两相制冷剂。大多数制冷剂是液体,其中剩余少量蒸气。

在图1的喷射器制冷回路1中,冷凝器包括两个风扇,所述两个风扇构造成将空气吹过冷凝器以增强从制冷剂到环境的热传递。将认识到的是,可以存在多于或少于两个的风扇。

高压两相管线将两相流体输送到喷射器14的高压入口14a,该喷射器构造成使制冷剂膨胀到较低压力水平。

在喷射器14中,制冷剂通过高压入口14a进入并进入会聚部分。然后,它穿过喷射器14的出口14c处的喉部,且然后穿过发散部分。从入口部分经过喉部且然后到达发散部分的运动增加了流速并降低了制冷剂的压力。喷射器14的入口14a和出口14c之间的制冷剂中的压降吸引通过低压入口14b的二次流。

低压两相制冷剂通过出口14c离开喷射器14,并通过闪蒸罐入口16a进入闪蒸罐16。在闪蒸罐16内,制冷剂由于重力而分离成闪蒸罐16的下部中的液体部分和闪蒸罐16的上部中的蒸气部分。

闪蒸罐16的蒸气部分中的制冷剂经由蒸气出口16b离开,并返回到压缩机单元10a,10b,10c。同时,液体部分中的制冷剂通过液体出口16c离开闪蒸罐16,并输送到膨胀阀17,且然后进入蒸发器18。根据由喷射器14实现的膨胀程度,膨胀阀17可以不是必要的。在这种情况下,可以使用旁路管线(未显示)。

在蒸发器18中,热量从环境传递到液态制冷剂。该热量导致制冷剂蒸发,从环境中除去了热量。所产生的制冷剂蒸气通过出口18b离开蒸发器18,并被输送到喷射器的低压入口14b。

在操作中,喷射器的高压入口14a和出口14c之间的压降使得制冷剂从闪蒸罐16通过膨胀阀17和蒸发器18被吸入低压入口14b。因此,该压降必须保持在所需的量,且因此喷射器14的效率也必须保持在最佳水平。

在传统系统中,冷凝器12和喷射器14之间的高压回路2中的制冷剂是单相液态制冷剂。然而,已经表明,在离开冷凝器的制冷剂中具有少量蒸气可以提高喷射器14的效率。

但是,这必须与压缩机容量保持平衡,因为回路中存在的蒸气越多,压缩机要做的工作就越多。这可能导致需要更多的压缩机,这将增加制冷回路的复杂性并降低总体运行效率。

因此,存在最佳的蒸气量,这会导致喷射器效率充分提高,而不会对压缩机的工作量产生显著影响。

传统的喷射器制冷剂回路包括对于单相流足够的压力和温度传感器。然而,假设高压回路2中的流动是两相的,则压力和温度测量本身不能提供足够的信息来相应地控制系统。

图1中所示的喷射器制冷回路1在冷凝器12的出口12b处包括蒸气质量传感器20。蒸气质量传感器20可以是光学传感器,例如照相机或显微镜。可替代地,蒸气质量传感器20可以是诸如电容探针的介电传感器。

喷射器制冷回路1还包括控制器22,该控制器22构造成接收来自蒸气质量传感器20的信号。该控制器也可以构造成接收来自压力和温度传感器(图中未示出)的信号。

基于从蒸气质量传感器20接收的信号,控制器22被构造为调节喷射器14的容量以维持最佳压降,以确保通过低压入口14b的所需抽吸,同时保持到压缩机的蒸气量至最小。

喷射器14可以是可变几何形状的喷射器,其包括用于调节喷射器的一个或多个参数的一个或多个致动器。致动器被构造为基于来自蒸汽质量传感器的信号由控制器22控制。

喷射器制冷回路1可以根据所需的膨胀水平而包括多个喷射器14。多个喷射器14可以并联连接。

多个喷射器中的每个可以是可变几何形状的喷射器,每个具有用于调节一个或多个参数的一个或多个致动器。控制器22可以构造每个喷射器以具有相同的容量。可替代地,控制器22可以将每个喷射器14构造成具有不同的容量。流量阀可以位于每个喷射器14的高压入口14a的上游。控制器22可以构造成根据喷射器的所需容量来限制通过一个或多个阀的流量。

在替代布置中,多个喷射器14中的每个可以是不可变喷射器,每个喷射器在高压入口14a的上游具有流量阀。

控制器22可以构造成限制通过用于多个喷射器14中的每个喷射器14的一个或多个流量阀的流量。该方法可以用作基于从蒸气质量传感器接收的信号来调节喷射器的容量的替代方式,而不是使用可变几何形状的喷射器。

因此,喷射器制冷回路1确保最佳的压降,以确保通过膨胀阀和蒸发器的足够的抽吸,而无需像常规系统中那样需要泵。这导致回路简化,更紧凑,其中维护成本更低。

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