[发明专利]喷射器循环制冷剂分离器

说明书

相关申请的交叉引用

要求于2010年7月23日提交的名称为“Ejector Cycle Refrigerant Separator”的美国专利申请61/367,097的权益，该文献的公开内容整体通过引用并入本文，就如同被详细记载一样。

背景技术

本公开涉及制冷。 更具体地，其涉及喷射器制冷系统。

对喷射器制冷系统的早期建议可在US1836318和US3277660中找到。 图1示出了喷射器制冷系统20的一个基础示例。该系统包括具有入口（吸入端口）24和出口（排出端口）26的压缩机22。压缩机和其它系统部件被沿着制冷剂回路或流动路径27定位并通过各种导管（管线）连接。 排出管线28从出口26延伸到换热器30（在正常系统运行模式下是排热换热器（例如，冷凝器或气体冷却器））的入口32。管线36从排热换热器30的出口34延伸到喷射器38的主入口（液体或超临界或两相入口）40。喷射器38还具有次入口（饱和的或过热的蒸气或两相入口）42和出口44。管线46从喷射器出口44延伸到分离器48的入口50。该分离器具有液体出口52和气体出口54。吸入管线56从气体出口54延伸到压缩机吸入端口24。管线28、36、46、56和它们之间的部件限定了制冷剂回路27的主环路60。制冷剂回路27的次环路62包括换热器64（在正常运行模式下是吸热换热器（例如蒸发器））。 蒸发器64包括沿着次环路62的入口66和出口68并且膨胀设备70被定位在管线72内，管线72在分离器液体出口52和蒸发器入口66之间延伸。喷射器次入口管线74从蒸发器出口68延伸到喷射器次入口42。

在正常运行模式下，气态制冷剂由压缩机22通过吸入管线56和入口24抽吸并且被压缩并从排放端口26排入排出管线28。在排热换热器中，制冷剂向传热流体（例如由风扇推动的空气或水或其它液体）损失热或排热。 被冷却的制冷剂通过出口34离开排热换热器并通过管线36进入喷射器主入口40。

示例性的喷射器38（图2）被形成为套设在外构件102内的动力（主）喷嘴100的组合。主入口40是通向动力喷嘴100的入口。出口44是外构件102的出口。主制冷剂流103进入入口40并此后进入动力喷嘴100的收缩段104。此后它经过喉段106和膨胀（扩散）段108从而通过动力喷嘴100的出口110。动力喷嘴100对流103进行加速并降低该流的压力。 次入口42形成外构件102的入口。由动力喷嘴引起的对主流的压力减小有助于将次流112抽入外构件。 外构件包括具有收缩段114和细长的喉或混合段116的混合器。外构件还具有在细长的喉或混合段116下游的扩散段或扩散器118。动力喷嘴出口110被定位在次喷嘴收缩段114内。当流103离开出口110时，其开始与流112混合，而进一步混合通过提供混合区的混合段116来发生。 在运行中，主流103通常在进入喷射器时可以是超临界的并且在离开动力喷嘴时可以是亚临界的。 次流112在进入次入口端口42时是气态的（或者气体和较少量液体的混合物）。得到的混合流120是液体/蒸气混合物并且在扩散器118内减速并升压同时维持混合物。 在进入分离器时，流120被分离回到流103和流112。流103如以上讨论地作为气体经过压缩机吸入管线。 流112作为液体前进到膨胀阀70。流112可由阀70膨胀（例如，低品质地（带有少量蒸气的两相））并且被传递到蒸发器64。在蒸发器64中，制冷剂从传热流体（例如，从由风扇推动的空气流或水或其它液体）吸热并作为前述的气体被从出口68排放到管线74。

使用喷射器来回收压力/功。 从膨胀过程回收的功被用于在气态制冷剂进入压缩机之前对其进行压缩。 因此，对于给定的期望蒸发器压力，可以减少压缩机的压力比（并且因此功率消耗）。 也可以降低进入蒸发器的制冷剂干度。 因此，可（相对于没有喷射器的系统）增加每单位质量流的制冷效果。 改善了进入蒸发器的流体分布（由此改善了蒸发器性能）。 因为蒸发器没有直接馈送压缩机，所以不要求蒸发器产生过热制冷剂出流。 喷射器循环的使用因此可允许减少或消除蒸发器的过热区。 这可允许蒸发器在两相状态下运行，两相状态提供了更高的传热性能（例如，对于给定能力有利于减少蒸发器尺寸）。