本公開內容涉及制冷。更具體而言，其涉及噴射器制冷系統。

背景技術：

使用噴射器制冷系統的較早方案見于US1836318和US3277660中。圖1示出了噴射器制冷系統（蒸汽壓縮系統）20的一個基本實例。該系統包括具有入口（吸氣端口）24及出口（排氣端口）26的壓縮機22。壓縮機及其他系統部件沿制冷劑回路或流路27定位，且經由不同管路（連接管）來連接。示例性制冷劑為基于二氧化碳（CO2）的制冷劑（例如，按重量計，含至少50%的CO2）。排氣連接管28從出口26延伸到熱交換器30（在系統運行的正常模式中的排熱熱交換器（例如，冷凝器或氣體冷卻器））的入口32。連接管36從排熱熱交換器30的出口34延伸至噴射器38的主入口40（液體或超臨界或兩相入口）。噴射器38還具有次入口（飽和的或過熱的蒸汽或兩相入口）42以及出口44。連接管46從噴射器出口44延伸至分離器48的入口50。分離器具有液體出口52和氣體或蒸汽出口54。吸氣連接管56從氣體出口54延伸至壓縮機吸氣端口24。連接管28、36、46、56以及它們之間的部件限定了制冷劑回路27的主回路60。

從分離器，流路分成完成主回路60以返回壓縮機的第一支路61以及形成次回路62的一部分的第二支路63。制冷劑回路27的次回路62包括熱交換器64（在正常運行模式中是吸熱熱交換器（例如，蒸發器））。蒸發器64包括沿次回路62的入口66和出口68。膨脹裝置70定位在連接管72中，該連接管72在分離器液體出口52和蒸發器入口66之間延伸。噴射器次入口連接管74從蒸發器出口68延伸到噴射器次入口42。

在正常運行模式中，氣態制冷劑由壓縮機22抽吸通過吸氣連接管56和入口24、并且被壓縮，并從排氣端口26被排出至排氣連接管28中。在排熱熱交換器中，制冷劑向熱傳遞流體（例如，風扇驅動的空氣或水或其他流體）輸出/排出熱量。冷卻的制冷劑經由出口34離開排熱熱交換器，并且經由連接管36進入噴射器主入口40。

示例性噴射器38（圖2）形成為被嵌套在外部構件102內的主動（主）噴嘴100的組合。主入口40是至主動噴嘴100的入口。出口44是外部構件102的出口。主制冷劑流103進入入口40并且隨后傳送到主動噴嘴100的漸縮部104中。其隨后穿過喉部106和膨脹（漸擴）部108，通過主動噴嘴100的出口（離開口）110。主動噴嘴100加速了流103并且降低了該流的壓力。次入口42形成外部構件102的入口。由主動噴嘴引起的主流的壓力降低有助于將次流112抽吸到外部構件中。該外部構件包括混合器，該混合器具有漸縮部114和細長喉部或混合部116。外部構件還具有在該細長喉部或混合部116下游的漸擴部或擴散器118。主動噴嘴出口110定位在漸縮部114內。當流103離開出口110時，其開始與流112混合，而進一步的混合通過提供混合區域的混合部116來發生。因此，各自的主流路和次流路從主入口和次入口延伸至出口，在離開口處合并。在運行中，主流103典型地可在進入噴射器時是超臨界的，并且在離開主動噴嘴時是亞臨界的。次流112在進入次入口端口42時是氣態的（或氣體與較少量液體的混合物）。由此引起的組合流120是液體/蒸汽混合物，并且在擴散器118中減速和恢復壓力，同時保持為混合物。在進入分離器時，流120分離返回成流103和112。如上所述，流103作為氣體經過壓縮機吸氣連接管。流112作為液體傳送到膨脹閥70。流112可通過閥70膨脹（例如，至低干度（帶有少量蒸汽的兩相））且傳送到蒸發器64。在蒸發器64內，制冷劑從熱傳遞流體（例如，從風扇驅動的空氣流或水或其他液體）吸熱且作為如前所述氣體從出口68排出至連接管74。

使用噴射器用于回收壓力/功。從膨脹過程回收的功被用于在氣態制冷劑進入壓縮機之前壓縮該氣態制冷劑。因此，對于給定的期望蒸發器壓力而言，壓縮機的壓力比（且因而壓縮機的功耗）可以減少。還可以降低進入蒸發器的制冷劑的干度。因此，每單位質量流量的制冷效應可以增加（相對于無噴射器系統）。改善了進入蒸發器的流體的分布（因而改善了蒸發器性能）。由于蒸發器并不直接給壓縮機供汽，因此蒸發器不需要產生過熱的制冷劑流出流。因此，使用噴射器循環可允許減少或消除蒸發器的過熱區域。這可允許蒸發器在兩相狀態下運行，所述兩相狀態提供較高的熱傳遞性能（例如，對于給定容量，有利于減小蒸發器尺寸）。

示例性噴射器可以是固定幾何尺寸的噴射器或者可以是可控噴射器。圖2示出了由針閥130提供的可控能力，該針閥130具有針132和執行器134。執行器134將針的末梢部分136移入以及移出主動噴嘴100的喉部106，從而調節通過主動噴嘴的流量，并且繼而在總體上調節噴射器。示例性執行器134是電氣的（例如，電磁閥等）。執行器134可聯接到控制器140并由該控制器140控制，該控制器可接收來自輸入裝置142（例如，開關、鍵盤等）和傳感器（所示出的示例性溫度傳感器150、152、154、156以及壓力傳感器160、162、164、166）的用戶輸入。控制器140可經由控制線路144（例如，有線或無線通信路徑）來聯接到執行器和其他可控系統部件（例如，閥、壓縮機馬達等等）。控制器可包括一個或多個：處理器；存儲器（例如，用于存儲由處理器運行來執行該運行方法的程序信息，并且用于存儲由（多個）程序使用或產生的數據）；以及硬件接口裝置（例如，端口），硬件接口裝置用于與輸入/輸出裝置和可控系統部件連接。

另外的變型在于2003年3月12日公開的Ozaki等人的JP2003-074992A中示出。Ozaki等人示出了從主動噴嘴的上游至膨脹裝置的下游的旁通流路。在沒有膨脹裝置的情況下，備選的旁通目的地為至分離器。

技術實現要素：

本公開內容涉及蒸汽壓縮系統，包括：壓縮機；第一熱交換器；第二熱交換器；噴射器；分離器；以及膨脹裝置。噴射器包括：主動流入口；次流入口；以及出口。分離器具有：入口；液體出口；以及蒸汽出口。

多個管路被定位成限定第一流路，第一流路依次通過：壓縮機；第一熱交換器；從主動流入口通過噴嘴出口的噴射器；以及分離器，且隨后分成：返回至壓縮機的第一支路；以及穿過膨脹裝置和第二熱交換器至次流入口的第二支路。多個管路定位成限定旁通流路，其旁通繞過主動噴嘴，并再接入第一流路，其接入點壓力在本質上為分離器壓力，但其接入點遠離分離器。

在其他實施例的一個或多個實施例中，多個管路被定位成使得旁通流路在分離器入口上游處再接入第一流路。

在其他實施例的一個或多個實施例中，多個管路被定位成使得旁通流路在等于進入分離器的流路的有效直徑的四倍至一百倍的距離處再接入分離器入口上游的第一流路。

在其他實施例的一個或多個實施例中，多個管路被定位成使得所述旁通流路在所述分離器液體出口下游與所述膨脹裝置的上游再接入第二支路。

在其他實施例的一個或多個實施例中，多個管路定位成使得旁通流路在分離器蒸汽出口的下游及壓縮機入口的上游再接入第一支路。

在其他實施例的一個或多個實施例中，噴射器包括能夠在第一位置與第二位置之間移動的控制針閥。

在其他實施例的一個或多個實施例中，壓力調節器沿旁通流路布置。

在其他實施例的一個或多個實施例中，壓力調節器為可變節流孔板膨脹閥。

在其他實施例的一個或多個實施例中，可變節流孔板電子膨脹閥沿旁通流路布置。

在其他實施例的一個或多個實施例中，雙位開關閥沿旁通流路布置。

在其他實施例的一個或多個實施例中，控制器構造成在至少一部分運行工況上用于收發分置開關閥的脈沖寬度調節運行。

在其他實施例的一個或多個實施例中，控制器構造成在至少一部分運行工況上：隨著通過排熱熱交換器的總流量的增加，沿旁通流路經過的總流量的比例也增加。

在其他實施例的一個或多個實施例中，控制器構造成：在所述一部分運行工況上，響應于增加的高壓側壓力來增加沿所述旁通流路的流量。

在其他實施例的一個或多個實施例中，控制器構造成：在所述一部分運行工況上，增加沿旁通流路經過的總流量的比例，以便減小壓縮機溫度。

在其他實施例的一個或多個實施例中，制冷劑充注量按重量計，包括至少50%的二氧化碳。

本公開內容的另一方面涉及用于運行蒸汽壓縮系統的方法。該方法包括，在至少一部分運行工況上：隨著通過排熱熱交換器的總流量的增加，沿旁通流路經過的總流量的比例也增加。

在其他實施例的一個或多個實施例中，響應于增加的感測到的高壓側壓力來增加沿所述旁通流路經過的總流量的比例。

在其他實施例的一個或多個實施例中，用于運行蒸汽壓縮系統的方法包括：在至少一部分運行工況上：增加沿旁通流路經過的總流量的比例，以便降低壓縮機溫度。

在其他實施例的一個或多個實施例中，響應于增加的感測到的壓縮機排氣溫度來增加沿所述旁通流路經過的總流量的比例。

將在下文的附圖及文字描述中闡明一個或多個實施例的細節。其他特征、目的及優點將根據文字描述及附圖變得顯而易見，且根據權利要求變得顯而易見。

附圖說明

圖1為現有技術的噴射器制冷系統的示意性視圖。

圖2為現有技術的噴射器的軸向截面視圖。

圖3為第二噴射器制冷系統的示意性視圖；圖3A為第二噴射器制冷系統中的接合處的放大視圖。

圖4為第三噴射器制冷系統的示意性視圖。

圖5為第四噴射器制冷系統的示意性視圖。

相同的參考數字及名稱在不同附圖中指示相同的元件。

具體實施方式

圖3示出了第二蒸汽壓縮系統200，其在其他方面上可類似于系統20。然而，系統200增加了旁通流路202來旁通噴射器38。在此實施例中，旁通流可直接與噴射器出口44（例如，擴散器出口）和/或直接與分離器入口50流體連通。更具體而言，旁通流路旁通了噴射器主動噴嘴。如下文進一步所論述，在再設計沒有此類旁通流路的基準系統時，可增加旁通流路。基準系統可具有噴射器（具體是主動噴嘴），其尺寸大小可確定成操縱通過壓縮機及排熱熱交換器的最大預期制冷劑流速（例如，100%負荷條件）。此類噴射器或主動噴嘴在正常/典型負荷條件下可為相對效率低下的。再設計可用較小的噴射器（例如，具有較小的主動噴嘴喉部橫截面面積）替換基準噴射器，其在正常運行條件下比基準噴射器更有效。

在一些實例中，替換的噴射器可具有基準噴射器的40%至90%的主動噴嘴橫截面面積，例如50%至80%的主動噴嘴橫截面面積，或70%的主動噴嘴橫截面面積。旁通流路的增加允許在需要時卸載噴射器。例如，卸載噴射器的原因可包括：在由完全收回控制針閥所緩解的壓力不足時緩解高壓側部件的壓力（例如，防止排熱熱交換器的損壞），增加了效率（例如，在一些情況下，可通過若干旁通來產生噴射器的更有效的運行），或包括前述至少一者的組合。

在示出的實施例中，旁通流路包括旁通連接管204，其從主動噴嘴上游的第一位置204沿主流路/回路60延伸至第二位置208。在示出的實施例中，第二位置208還沿著主回路/流路60。更具體而言，示例性位置208在噴射器出口44與分離器入口50之間。

流量控制裝置210定位成控制沿旁通流路200的流量。示例性流量控制裝置包括閥（例如，電子控制閥），質量流量控制器，壓力調節器，流量節流孔板，或包括前述至少一者的組合。電子控制閥的一個實例為在控制器140的控制下的脈沖寬度調節（PWM）閥（例如，開關電磁閥）。示例性壓力調節器為可變閥。此類閥的實例可經由壓力和/或溫度傳感器直接控制。例如，可存在響應于在熱交換器30或64處的壓力傳感器164或166的直接控制。如果在熱交換器30處，則可將閥設置成使得壓力增加來引起閥開啟面積上的相應的增加，以緩解在排熱熱交換器30處的壓力。如果在蒸發器64處，則控制可反轉。即，在蒸發器64處的壓力上的降低可引起閥210的開啟。這可對于引起傳送至蒸發器64的制冷劑流量的增加有用，且因此可引起蒸發器溫度的增加，以避免結冰，同時還減小排熱熱交換器30處的壓力。其他可變閥為脈沖寬度調節閥，如上所述，其可由控制器響應于來自在諸如熱交換器的位置處的傳感器的輸入來控制。

又一個變型可涉及非PWM雙位開關閥。然而，在一些情況下，此類實施例可能限制了制冷系統控制的靈活性（例如，在系統的選定區處的壓力和/或溫度），其可能是非期望的。

許多控制上的變型是可能的。例如，在再設計的基準系統中，旁通的控制可搭載在一些其他控制方面上。例如，基準系統的程序可包括壓縮機速度的控制。旁通可直接作為壓縮機速度的函數來控制（且因此間接地作為由控制器使用來確定該速度的任何參數的函數）。

相對于Ozaki等人的旁通至分離器的實施例，圖3的實施例的系統200 根據分離器上游的位置208的定位可具有若干優點中的一個或多個。通過將旁通流與主流的混合移動至分離器的上游，允許這些流在更穩定的條件下混合及進入分離器入口50（以提供流在進入分離器前的完全混合）。這與在分離器中混合兩種流形成對比，其中使相分離可變得更困難（例如，由于湍流特性）。因此，在一個實例中，位置208在入口50的上游流路（例如，管路內部橫截面面積）的至少四倍直徑（內部直徑（ID））處，其中該流路為進入分離器入口的流路。對于假想的非圓形截面，可關于相同橫截面面積的圓形的直徑測量距離。在此尺寸上更大的范圍為至少五倍或至少十倍，但不多于一百倍。

在某些實施例中，旁通流和主流可在Y-附件250（圖3A）（形成位置或接合處208）中混合。流進入附件的相應臂252A（主）、252B（旁通）的末端端口，且在其中混合，并從支腳254的末端離開）。在下文的圖4和圖5的系統的示例中可使用相似的附件。在示出的實例中，臂與臂彼此間成角θ，且與支腳的凸起成θ/2（在這樣的情況下，示例性的角θ高達120°，更具體而言，高達90°或高達60°或高達45°或高達30°）。備選方案可使臂中的一個與支腳共線（在這樣的情況下，示例性θ高達90°，更具體而言，高達45°或高達30°）。這可以提供更平滑的流的混合，且具有更少的能量損失或壓力擾動。盡管示出的兩個臂具有類似的尺寸，但它們也可以不同（例如，用于旁通支路的臂可具有更小的橫截面面積）。

圖4示出了系統300，其在其他方面可以類似于系統200，其具有旁通流路302，旁通流路302具有從類似的上游位置306延伸但延伸到下游位置308的連接管304。然而示例性的下游位置308在沿次回路62與第二支路63的分離器出口52的下游和膨脹裝置70的上游。在此實施例中，旁通流可直接與膨脹裝置70的入口流體連通。

該控制在其他方面可以類似于上文對圖3所述的控制。

相對于Ozaki等人的旁通至分離器的實施例，圖4的實施例的系統300可以允許使用更小的分離器。相對于Ozaki等人的旁通至膨脹裝置70的下游的實施例，圖4的實施例可允許改善的混合與流動均勻性（例如，雖然旁通流與主流的相對比例變化，但將存在離開膨脹裝置的流的狀態上的更少變動）。

圖5示出了系統400，其在其他方面可以類似于系統200和300，其具有從類似的上游位置406延伸但延伸至下游位置408的連接管404。然而，示例性的下游位置408在分離器蒸汽出口54與壓縮機吸氣端口24之間（例如，沿吸氣連接管56與流路支路61）。

該控制在其他方面可以類似于上文對圖3所述的控制。

圖3中的旁通制冷劑的一部分將從分離器48流向蒸發器64，而另一部分將流至壓縮機；而本質上圖4中的全部旁通制冷劑均流至蒸發器。然而，本質上圖5中的全部旁通制冷劑流至壓縮機，因此旁通繞開了第二支路63。在此實施例中，旁通流可直接與壓縮機入口24流體連通。因此，相對于Ozaki等人的旁通至分離器的實施例，圖5的實施例的系統400可以允許使用更小的分離器。

圖5的系統400相對于Ozaki等人的旁通至分離器的其他潛在的優點涉及到壓縮機冷卻。這可涉及到與圖3和圖4的系統的控制過程不同的控制過程。系統400可將相對冷的制冷劑旁通至壓縮機，相對冷的制冷劑可具有不可忽略的液體相。比較低溫度的制冷劑流過旁通流路，加上蒸發的潛熱，允許將熱量帶離壓縮機，以限制壓縮機溫度并減小損壞壓縮機的可能性。取決于構造的具體細節，如果壓縮機在閾值排氣溫度（例如，用于一些壓縮機的閾值排氣溫度可為265°F至330°F（129℃至166℃））上運行，則可能導致壓縮機損壞。精確的閾值取決于運行條件、循環壓縮機的冷卻液的量、壓縮機潤滑油、壓縮機類型或包括前述至少一者的組合。在一些實施例中，有限量的制冷劑液體進入壓縮機對于壓縮機而言不是問題。

可對控制器編程來允許旁通，以限制壓縮機溫度。此控制可加上如所討論的控制來一并用于其他系統。控制可響應于直接感測的溫度或計算的溫度或其代理服務器。例如，排氣溫度傳感器152可聯接至控制器以提供排氣溫度數據。備選地，可對控制器編程以從其他測量值（例如，來自各自的傳感器160和162的排氣和吸氣壓力以及來自傳感器150的吸氣溫度）推測排氣溫度。可對控制器編程以充分地旁通制冷劑來將溫度保持在閾值處或閾值以下。閾值可以是設定的參數，或可對控制器編程來計算用于具體運行條件的具體閾值。在組合控制的一個實例中，如果噴射器流或負荷超越閾值（例如，在噴射器處的壓力（可通過傳感器164或更靠近噴射器的傳感器來有效地測量）或跨越噴射器的壓力差（例如，可在傳感器164和160或更靠近噴射器的傳感器之間測量）超越閾值）或壓縮機溫度（例如，來自傳感器152的排氣溫度）超越其閾值，則可對控制器編程來旁通制冷劑。

可對圖5的控制器編程來限制旁通的量以避免壓縮機由于液體而液擊。液擊的閾值也可為基于測量的排氣溫度和/或其他附加測量參數，諸如吸氣和排氣壓力（來自傳感器160和162）以及吸氣溫度（來自傳感器150）。例如，程序可指示旁通主動流的期望程度，以達到期望的結果，諸如改善的噴射器性能、改善的系統性能或其組合。在一些實施例中，如果控制器并未發現最小溫度閾值得以滿足，則程序可無視基于效率的控制并減小或停止旁通流。

說明書中及隨后的權利要求中的“第一”、“第二”等的使用僅為了在權利要求中加以區別，而并不是必要地指示相對或絕對重要性或暫時的順序。類似地，將權利要求中的一個元件識別為“第一”（等等）并不排除將此類“第一”元件識別成在另一權利要求中或在說明書中稱之為“第二”（等等）的元件。

在測量在由包含SI或其他單位的附帶說明跟隨的英制單位給出的情況下，附帶說明的單位為轉換值且不應意味著未在英制單位中發現的精確程度。

已經描述了一個或多個實施例。然而，將理解的是，可對本發明做出不同改型。例如，當應用于現有的基本系統時，此類構造的細節或其關聯的使用可影響具體示例的細節。還可實施與蒸汽壓縮系統共有的其他變型，諸如吸氣連接管熱交換器、經濟器等等。還可實施具有附加壓縮機、熱交換器等等的系統。因此，其他實施例為在隨后的權利要求的范圍內。