[发明专利]高效率喷射器循环

说明书

相关申请的交叉引用

要求于2010年7月23日提交的且名称为“High Efficiency Ejector Cycle”的美国专利申请序号No. 61/367,100的权益，其公开内容整体地通过引用结合到本文中，如同其被详细地阐述一样。

技术领域

本公开涉及制冷。更具体地，本公开涉及喷射器制冷系统。

背景技术

在US1836318和US3277660中可找到对喷射器制冷系统的早期提议。图1示出喷射器制冷系统20的一个基本示例。所述系统包括具有进口（吸入端口）24和出口（排出端口）26的压缩机22。该压缩机及其它系统部件沿着制冷剂回路或流动路径27定位并经由各种管道（管线）连接。排出管28从出口26延伸到换热器（处于正常系统操作模式的排热换热器（例如，冷凝器或气体冷却器））30的进口32。管线36从排热换热器30的出口34延伸到喷射器38的主（primary）进口（液体或超临界或二相进口）40。喷射器38还具有次（secondary）进口（饱和或过热蒸气或二相进口）42和出口44。管线46从喷射器出口44延伸到分离器48的进口50。该分离器具有液体出口52和气体出口54。吸气管56从气体出口54延伸到压缩机吸入端口24。管线28、36、46、56及其之间的部件限定制冷剂回路27的主环路60。制冷剂回路27的次环路62包括换热器64（在正常操作模式下为吸热换热器（例如，蒸发器））。蒸发器64包括沿着次环路62的进口66和出口68且膨胀装置70定位于在分离器液体出口52与蒸发器进口66之间延伸的管线72中。喷射器次进口管线74从蒸发器出口68延伸到喷射器次进口42。

在正常操作模式下，气态制冷剂通过吸气管56和进口24被压缩机22吸取且被压缩并从排出端口26排放到排出管28中。在排热换热器中，制冷剂向传热流体（例如风扇强制空气或水或其它流体）释放/排出热量。冷却的制冷剂经由出口34离开排热换热器并经由管线36进入喷射器主进口40。

示例性喷射器38（图2）被形成为原动（主）喷嘴100和外构件102的组合，原动喷嘴100嵌套在外构件102内。主进口40是到原动喷嘴100的进口。出口44是外构件102的出口。主制冷剂流103进入进口40并随后进入原动喷嘴100的渐缩区段104。其随后穿过喉部区段106和膨胀（渐扩）区段108，穿过原动喷嘴100的出口110。原动喷嘴100使流103加速并降低流体的压力。次进口42形成外构件102的进口。由原动喷嘴对主流造成的降压帮助将次流112吸入到外构件中。该外构件包括具有渐缩区段114和细长喉部或混合区段116的混合器。该外构件还具有在细长喉部或混合区段116下游的渐扩区段或扩散器118。原动喷嘴出口110位于渐缩区段114内。随着流103离开出口110，其开始与流112混合，在通过混合区段116时发生进一步的混合，混合区段116提供混合区域。在操作中，主流103通常可以在进入喷射器时是超临界的且在离开原动喷嘴时是亚临界的。次流112在进入次进口端口42时是气态的（或气体与较少量液体的混合物）。所得到的混合流120是液体/蒸气混合物并且在扩散器118中减速和升压而同时依然是混合物。在进入分离器时，流120被分离而恢复成为流103和112。流103如上文所讨论的那样作为气体通过压缩机吸气管。流112作为液体通到膨胀阀70。阀70可以使流112膨胀（例如膨胀到低品质（具有少量蒸气的二相））并将其通到蒸发器64。在蒸发器64内，制冷剂从传热流体（例如从风扇强制气流或水或其它液体）吸收热量并作为上述气体从出口68排出到管线74。

所使用的喷射器用于回收压力/功（work）。从膨胀过程回收的功用来在气态制冷剂进入压缩机之前将其压缩。因此，可以针对给定的期望蒸发器压力而降低压缩机的压力比（并因此降低功耗）。还可以减少进入蒸发器的制冷剂的干度。因此，可以增加每单位质量流量的制冷效应（相对于非喷射器系统而言）。进入蒸发器的流体的分布得到改善（从而改善蒸发器性能）。由于蒸发器不直接对压缩机进行馈送，所以蒸发器不需要产生过热的制冷剂流出。因此，喷射器循环的使用可以允许减小或消除蒸发器的过热区。这可以允许蒸发器在提供较高传热性能的二相状态下操作（例如，对于给定容量，促进蒸发器尺寸减小）。