專利名稱：噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分兩個步驟對致冷劑進行減壓的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)。
另一方面，當(dāng)縮小噴嘴的直徑以便在低熱負載中獲得合適的減壓率(節(jié)流率)時，在高熱載中獲得合適的減壓率(節(jié)流率)時，在高熱負載中的致冷劑流量增大的時候，壓縮機的負載就會過度增大。因此，在這種情況下，該噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的COP降低。
當(dāng)在噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中使用二氧化碳時，在高熱負載中高壓一側(cè)的致冷劑壓力變得高于二氧化碳的臨界壓力，并且在低熱負載中高壓一側(cè)的致冷劑壓力變得低于臨界壓力。圖7是一個模擬曲線圖，示出了外部氣溫與當(dāng)噴射泵循環(huán)系統(tǒng)用于空調(diào)機時COP變?yōu)樽畲蟮暮线m噴嘴直徑之間的關(guān)系。在圖7中，噴射泵的混合部分的直徑為2.7mm。如圖7所示，在過臨界區(qū)中的合適的噴嘴直徑與在分為兩個階段的區(qū)域(非過臨界區(qū))中的合適的噴嘴直徑存在非常大的區(qū)別。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個能在運行的同時維持高COP的噴氣泵循環(huán)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，噴射泵循環(huán)系統(tǒng)包括一個壓縮機，用于吸入與壓縮致冷劑；一個冷卻器，對壓縮機釋放的致冷劑進行冷卻；一個蒸發(fā)器，用于蒸發(fā)致冷劑；一個氣-液分離器，把來自噴射泵的致冷劑分離成氣態(tài)致冷劑和液態(tài)致冷劑。噴射泵包括一個噴嘴，用于把來自冷卻器的高壓致冷劑的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣饶?，以便高壓致冷劑的減壓與膨脹，以及在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的氣態(tài)致冷劑被吸收；還有一個增壓部件，用于把速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，以便在從噴嘴釋放的致冷劑與來自蒸發(fā)器的汽態(tài)致冷劑進行混合的同時增大致冷劑的壓力。在該噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中，在致冷劑流噴嘴的上游方設(shè)置了一個減壓部件，用于對流自冷卻器的致冷劑進行減壓。而且，在流入減壓部件之前當(dāng)致冷劑的壓力等于或高于一個預(yù)定壓力時，減壓部件的節(jié)流閥開放度變得大于在流入減壓部件之前致冷劑的壓力小于該預(yù)定壓力時的開放度。因此，在一個高于該預(yù)定壓力的壓力區(qū)中只要噴嘴的徑向尺寸設(shè)置合適，在熱負載小，低于該預(yù)定壓力的壓力區(qū)中，就能夠防止節(jié)流閥的開放度過度降低。這樣，在高熱負載和低熱負載這兩種情況下，噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的COP都能得到有效改善。
例如，當(dāng)從壓縮機釋放的致冷劑的壓力增大到致冷劑的臨界壓力時，該預(yù)定的壓力被定為該致冷劑的臨界壓力。因此，在過臨界區(qū)與兩階段區(qū)中，噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的COP均能得以有效提高。
更可取的是，在致冷劑入口一側(cè)，在蒸發(fā)器與氣-液分離器之間，設(shè)置了一個可變節(jié)流閥部件，用于對流入蒸發(fā)器的致冷劑的流量進行最低限度的控制。因此，即使在減壓部件的節(jié)流閥開放度被放大時，噴射泵系統(tǒng)的容量也能夠通過對設(shè)于低壓一側(cè)的可變節(jié)流閥部件的開放度進行控制而得以精確控制。
更可取的是，可變節(jié)流閥是一個膨脹閥。在這一情況下，對可變節(jié)流閥部件的閥門開放度進行控制，以便在蒸發(fā)器出口一側(cè)的致冷劑的受熱度成為預(yù)定的度。換句話說，該可變節(jié)流閥部件是一個壓差閥。在這種情況下，對該壓差閥的閥門開放度進行控制，以便壓差閥門的入口一側(cè)的致冷劑與出口一側(cè)的致冷劑間的壓差成為預(yù)定的差。
在該實施例中，本發(fā)明典型地應(yīng)用于車輛空調(diào)器噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中二氧化碳(CO2)用作致冷劑。
在該實施例中，用驅(qū)動源比如說車輛的發(fā)動機(未示出)驅(qū)動壓縮機100以便吸入并壓縮致冷劑(如，在第一實施例中的二氧化碳)。在冷卻器200(即高壓一側(cè)的熱交換器)中，從壓縮機100釋放的致冷劑與乘客間外面的空間(外部的空氣)進行熱交換。壓縮機100是可變排氣量壓縮機，釋放容量(釋放流量)是受控的，以便將被吸入壓縮機100的致冷劑的溫度達到預(yù)定的溫度。
在蒸發(fā)器300(即低壓一側(cè)的熱交換器)中，噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中的液態(tài)致冷劑與將被吹入乘客間的空氣進行熱交換，以使空氣冷卻。噴射泵400使流自吸入在蒸發(fā)器300中蒸發(fā)的氣態(tài)致冷劑的冷卻器200的高壓致冷劑減壓并膨脹，并且把膨脹能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芤栽龃髮⒈晃雺嚎s機100的致冷劑的壓力。對致冷劑減壓的電可變節(jié)流閥450設(shè)置在致冷劑流向上的噴射泵400的上游方。在可變節(jié)流閥450中，節(jié)流閥的開放度可以受控以便加以改變。
如圖2中所示，噴射泵400包括噴嘴410，致冷劑流動部分420，流合部分430，和霧化器440。噴嘴410通過把致冷劑的壓力能(壓力頭)轉(zhuǎn)變?yōu)樗乃俣饶?速度頭)的方式使流自冷卻器200的高速致冷劑減壓并膨脹。在蒸發(fā)器300中蒸發(fā)的氣態(tài)致冷劑流入噴射泵400的致冷劑流動部分420。從蒸發(fā)器300流入致冷劑流動部分420的氣態(tài)致冷劑借助于從噴嘴410噴出的高速致冷劑被吸入空氣混合部分430，以便在混合部分430中與從噴嘴410噴出的致冷劑混合。而且，在霧化器440中，致冷劑的速度能量被轉(zhuǎn)換成壓力能量，以便增大將被吸入壓縮機100的致冷劑的壓力。致冷劑流動部分420圍繞著噴嘴410形成一個圓錐形，其氣道的截面積隨著位置與混合部分430的接近而減小。
這里，噴射泵400中的致冷劑壓力不僅在霧化器440中增大，而且在混合部分430中也被增大。因此，在噴射泵400中，增壓部分是由混合部分430和霧化器440構(gòu)成的。在第一個實施例中，混合部分430的橫截面積保持不變，直到霧化器440為止。但是，混合部分430可以作成圓錐形，以便橫截面積在朝著霧化器440的方向上逐漸變大。
如

圖1中所示，來自噴射泵400的致冷劑流入氣-液分離器500，在該氣-液分離器500中被分離為氣態(tài)致冷劑和液態(tài)致冷劑。在氣-液分離器500中分離出的氣態(tài)致冷劑被吸入壓縮機100，而分離出的液態(tài)致冷劑被吸往蒸發(fā)器300。
氣-液分離器500通過致冷劑通道與蒸發(fā)器300連接。在致冷劑通道中，可以提供一個流量控制閥門600，如一個毛細管；一個固定節(jié)流閥；和一個可變節(jié)流閥。當(dāng)致冷劑流徑流量控制閥門600時，產(chǎn)生預(yù)定的壓力損耗，將要被吸入蒸發(fā)器300的致冷劑得以充分減壓。而且，流量控制閥門600對流入蒸發(fā)器300的致冷劑的流量進行控制。
此外，還設(shè)置了一個內(nèi)熱交換器700，以執(zhí)行在從冷卻器200流來的致冷劑與從氣-液分離器500流向壓縮機100氣態(tài)致冷劑之間的熱交換。
接著，將對噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的運行進行描述。壓縮機100開始運行時，來自氣-液分離器500的氣態(tài)致冷劑被吸入壓縮機100，而經(jīng)過壓縮的致冷劑從壓縮機100釋放到冷卻器200中。在被壓縮之前當(dāng)高壓側(cè)的致冷劑壓力接近等于或高于二氧化碳的臨界壓力時，可變節(jié)流閥450被完全開放。因此，在冷卻器200中冷卻的致冷劑在噴射泵400的噴嘴410中減壓，而蒸發(fā)器300中的氣態(tài)致冷劑被吸入噴射泵400。另一方面，當(dāng)高壓一側(cè)的致冷劑壓力接近低于臨界壓力時，可變節(jié)流閥450的節(jié)流閥開放度按照一個預(yù)定的度從全開放向下降，以便通過可變節(jié)流閥450與噴射泵400的噴嘴410這兩個步驟對致冷劑進行減壓。因此，在這種情況下，來自冷卻器200的致冷劑在可變節(jié)流閥450和噴射泵400的噴嘴410這兩個步驟中進行減壓。
從蒸發(fā)器300吸入的致冷劑與從噴嘴410噴出的致冷劑在混合部430中進行混合，而致冷劑的動壓力被轉(zhuǎn)變?yōu)槠潇o壓力。然后，來自噴射泵400的致冷劑流入氣-液分離器500。
另一方面，由于氣態(tài)致冷劑從蒸發(fā)器300被吸入噴射泵400，來自氣-液分離器500的液態(tài)致冷劑流入蒸發(fā)器300，通過從空氣中吸熱的方式被蒸發(fā)，以便被吹入乘客間。
圖3是一個模擬結(jié)果，示出了從噴嘴410的致冷劑出口到霧化器440的致冷器出口的致冷劑流速(相對速度Vgi/Vgno)與從噴射泵400的致冷劑通道橫截面的中心起的半徑方向上的徑向位置之間的關(guān)系。進行圖3的模擬，假定致冷劑流速的分布(氣體流速分布)是以一條中心軸線為基準(zhǔn)而對稱的，并假定噴嘴410出口處的致冷劑流速為1。在圖3中，A表示從噴嘴410流出的射流氣態(tài)致冷劑，B表示從蒸發(fā)器300吸入的吸氣致冷劑(吸流氣體)。如圖3所示，當(dāng)射流氣態(tài)致冷劑吸收來自蒸發(fā)器300的致冷劑并對其加速時，噴嘴410釋放的射流氣態(tài)致冷劑的流速變低。因此，在混合部分430的致冷劑出口一側(cè)(霧化器440的致冷劑入口一側(cè))，如圖3中“a”所示，射流氣態(tài)致冷劑流速的下降接近終止，而如圖3中“b”所示，從蒸發(fā)器300吸入的氣態(tài)致冷劑被充分加速。也就是說，在混合部分430的致冷劑出口一側(cè)(霧化器440的致冷劑入口一側(cè))，噴嘴410所釋放的氣態(tài)致冷劑與從蒸發(fā)器300吸入的氣態(tài)致冷劑被加以混合以便從蒸發(fā)器300吸入的氣態(tài)致冷劑的流速變得接近等于出自噴嘴410的氣態(tài)致冷劑的流速。在混合部分430中進行混合的致冷劑流入霧化器440，并且在致冷劑的流速增大的同時，在霧化器440中致冷劑的壓力增大。
在理想噴射泵400中，致冷劑的壓力在混合部分430中增大，以便出自噴嘴410的驅(qū)動流致冷劑(射流致冷劑)的動量與出自蒸發(fā)器300的吸流致冷劑的動量的總和得以維持，并且在霧化器440中致冷劑壓力增大，以便其能量得以維持。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)壓縮機100釋放的高壓一側(cè)的致冷劑的壓力接近等于或高于臨界壓力時，可變節(jié)流閥450全開放，以便致冷劑在噴嘴410中減壓，而無須在可變節(jié)流閥450中減壓。另一方面，當(dāng)高壓一側(cè)的致冷劑壓力低于臨界壓力時，可變節(jié)流閥450的節(jié)流閥開放度自全開放度開始下降，以便致冷劑在可變節(jié)流閥450與噴嘴410這兩個步驟中減壓。因此，甚至當(dāng)在過臨界區(qū)中適當(dāng)?shù)卦O(shè)定噴嘴直徑時，也能夠防止在熱載小的非臨界區(qū)(兩階段區(qū))中減壓度被(節(jié)流閥開放度)被過度降低。因此，在非臨界區(qū)中，也能防止冷卻器200的冷卻量不足。這樣，在臨界區(qū)與非臨界區(qū)中，就都能夠通過簡單的方法來使噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的COP得以提高。
對噴嘴410的徑向尺寸進行設(shè)定，使其在高負載運行中具有合適的節(jié)流。因此，當(dāng)致冷劑由在高負載運行中具有最大容量的壓縮機釋放時，致冷劑在噴嘴410中進行節(jié)流，以便壓縮機100釋放的高壓一側(cè)的致冷劑壓力被增大到高壓一側(cè)的致冷劑能在冷卻器200中與外部空氣充分地進行熱交換的壓力。因此，在具有過臨界區(qū)的高負載運行中，流徑冷卻器200的致冷劑充分地與外部空氣進行熱交換，被外部空氣充分冷卻。然而，由于本發(fā)明中噴射泵400的噴嘴410是固定噴嘴，就不可能在外部空氣溫度低的低負載中把噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)效率合適地維持于一個合適的值。在低負載運行中，壓縮機100的釋放容量能夠降低，并且在循環(huán)中環(huán)流的致冷劑的流量能夠降低。然而，在這種情況下，致冷劑流的合適節(jié)流不可能由噴嘴410(固定節(jié)流閥)來執(zhí)行。在圖4中，CON表示在噴嘴中進行一步節(jié)流噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，PS表示在噴嘴410與可變節(jié)流閥450中的進行兩步節(jié)流噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的運行狀態(tài)。而且，在該兩步節(jié)流中，PF是在第一步中減壓的已減壓力，而PE是在噴嘴400中的已減壓力。
如圖4所示，對于在噴嘴中進行一步減壓的CON情況，流入冷卻器200的致冷劑的流量與低負載中的冷卻器200的冷卻能力相比是相對較大的，并且在冷卻器200中致冷劑不能被充分冷卻。
在該實施例中，可變節(jié)流閥450設(shè)置在固定噴嘴410在低負載中的節(jié)流閥開放度，在噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中環(huán)境的致冷劑的量能夠得以控制以被節(jié)流。也就是說，甚至在低外部氣溫的低負載運行中，噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中致冷劑的流量也能通過噴嘴410的節(jié)流與可變節(jié)流閥450的節(jié)流進行控制，以便致冷劑流量能夠降至能夠在冷卻器200中與外部空氣充分進行熱交換的量值。因此，COP能夠在噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中甚至在低負載運行中得以提高。
如圖5中所示，在該實施例中，與致冷劑由噴嘴410的一個步驟進行減壓的固定節(jié)流閥的情況相比，消耗的功率已降低。
在上述的實施例中，把電可變節(jié)流閥作為可變節(jié)流閥450來使用。然而，可變節(jié)流閥450能夠用具有一個閥門和一個放氣孔的閥門件來構(gòu)成，致冷劑總是流經(jīng)該放氣門而繞過閥門。在這種情況下，該閥門以電氣或機械方式進行，當(dāng)高壓一側(cè)的致冷劑壓力低于臨界壓力時關(guān)閉致冷劑通道，而當(dāng)高壓一側(cè)致冷劑壓力等于或高于臨界壓力的時候，打開致冷劑通道。
還有，根據(jù)該實施例，流量控制閥門600設(shè)于蒸發(fā)器300的入口一側(cè)，這就是說，流量控制閥門600是設(shè)在低壓一側(cè)。因此，甚至當(dāng)高壓一側(cè)的致冷劑壓力等于或高于臨界壓時而全開放可變節(jié)流閥450的時候，也能夠通過流量控制閥門600來精確地控制致冷劑流量。
在上述實施例中，流量控制閥門600可由一個固定節(jié)流閥或一個可變節(jié)流閥構(gòu)成。當(dāng)流量控制閥門600由可變節(jié)流閥比如一個膨脹閥和一個壓差閥構(gòu)成時，節(jié)流閥的開放度可被改變。當(dāng)流量控制閥門600由膨脹閥構(gòu)成時，流量控制閥門600的開放度受到控制，以便蒸發(fā)器300的出口處致冷劑受熱度為一個預(yù)定值。另一方面，當(dāng)流量控制閥門600是壓差閥時，該壓差閥600的開放度受控，以便該壓差閥600的入口和出口之間的壓差變?yōu)橐粋€預(yù)定的壓差。
在上述實施例中，可變節(jié)流閥450的開放度能夠持續(xù)控制，隨著高壓一側(cè)致冷劑壓力的增大而變大，并隨著高壓一側(cè)致冷劑壓力的下降而變小。
在上述實施例中，可以使用電力壓縮機來代替可變排氣量的壓縮機100。
雖然本發(fā)明已參考附圖，結(jié)合其優(yōu)選實施例進行了全面的描述，但是還會發(fā)現(xiàn)，對于該領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，各種變更與修改將會是顯然的事情。
例如，在根據(jù)上述實施例的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中，二氧化碳被用作致冷劑。但是，本發(fā)明可用于使用諸如碳氫化合物以及碳氟化合物作致冷劑的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)。
在本發(fā)明的上述實施例中，噴射泵循環(huán)系統(tǒng)用于車輛空調(diào)機。然而，該噴射泵循環(huán)系統(tǒng)能夠用于供任何一個分隔間，制冷單元或使用熱泵的供暖單元。
在本發(fā)明的上述實施例中，在噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置了內(nèi)熱交換器700。但是，在該噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中該內(nèi)熱交換器可以省去。
在上述實施例中，可變節(jié)流閥450能以電氣方式運行，或者，也能以機械方式運行。
在上述實施例中，可變節(jié)流閥450的開放度可以根據(jù)一個預(yù)定的壓力來開與關(guān)，不受致冷劑臨界壓力的限制。也就是說，當(dāng)高壓一側(cè)的致冷劑壓力高于該預(yù)定壓力時，可變節(jié)流閥450可以全開，而當(dāng)高壓致冷劑壓力低于該預(yù)定壓力時，可變節(jié)流閥450的開放度可以自全開放向下降。甚至在這種情況下，可變流閥450的開放度能夠持續(xù)控制，以致隨著高壓一側(cè)致冷劑壓力的增大而變大，并隨著高壓一側(cè)致冷劑壓力的減小而變小。
還有，本發(fā)明可用于高壓一側(cè)的致冷劑壓力低于致冷劑的臨界壓力的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)。
只要在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，只要由所附權(quán)利要求來界定，這樣的變更與修改將是可以理解的。
權(quán)利要求
1.一個噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機(100)，用于吸入并壓縮致冷劑；冷卻器(200)，冷卻壓縮機所釋放的致冷劑；蒸發(fā)器(300)，用于蒸發(fā)致冷劑；噴射泵(400)，包括一個噴嘴(410)，用于把來自冷卻器的高壓致冷劑的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣饶?，以便高壓致冷劑減壓與膨脹以及在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的氣態(tài)致冷劑被吸入，還包括一個增壓部件(430，440)，在此，速度能被轉(zhuǎn)換為壓力能，以便致冷劑的壓力增大，同時從噴嘴釋放的致冷劑與來自蒸發(fā)器的氣態(tài)致冷劑被混合；減壓部件(450)，置于沿著致冷劑的流動方向的噴嘴的上游方，用于對來自冷卻器的致冷劑進行減壓；汽一液分離器(500)，用于把從噴射泵流出的致冷劑分離為氣態(tài)致冷劑與液態(tài)致冷劑，其中在進入減壓部件之前當(dāng)致冷劑的壓力等于或高于一個預(yù)定壓力時，減壓部件的節(jié)流閥開放度變得大于在流入減壓部件之前致冷劑的壓力低于該預(yù)定壓力時的開放度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中的預(yù)定壓力是致冷劑的臨界壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中在流入減壓部件之前當(dāng)致冷劑的壓力等于或高于致冷劑的臨界壓力時，減壓部件全開放。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中在流入減壓部件之前當(dāng)致冷劑的壓力低于致冷劑的臨界壓力時，減壓部件的開放度降低，因為在流入減壓部件之前致冷劑的壓力變低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中把閥門開放度置得更大，因為在流入減壓部件之前致冷劑的壓力變大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一個權(quán)利要求所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中氣-液分離器有一個氣態(tài)致冷劑出口，與壓縮機的致冷劑吸入一側(cè)耦合，還有一個液態(tài)致冷劑出口，與蒸發(fā)器一側(cè)耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，還包括可變節(jié)流閥部件(600)，置于蒸發(fā)器與氣-液分離器之間，用于對流入蒸發(fā)器的致冷劑的流量進行最低限度的控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中可變節(jié)流閥部件是一個膨脹閥，其中的閥門開放度是受控的，以便在蒸發(fā)器出口一側(cè)致冷劑受熱度變成一個預(yù)度的度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴射泵循環(huán)系統(tǒng)，其中可變節(jié)流閥部件是一個壓差閥，其中的閥門開放度是受控的，這樣，該壓差閥的致冷劑入口一側(cè)與致冷劑出口一側(cè)之間的壓力差就會變?yōu)橐粋€預(yù)定的差。
全文摘要
在噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中，可變節(jié)流閥(450)設(shè)置于噴射泵(400)的上游方。當(dāng)噴射泵循環(huán)系統(tǒng)中高壓一側(cè)的致冷劑壓力接近等于或高于致冷劑的臨界壓力時，可變節(jié)流閥被完全開放。當(dāng)高壓一側(cè)的致冷劑壓力接近低于致冷劑的臨界壓力時，可變節(jié)流閥的節(jié)流閥開放度從全開放度向下降，以便高壓一側(cè)的致冷劑按照可變節(jié)流閥與噴射泵這兩個步驟進行減壓。因此，在噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的高熱負載與低熱負載這兩種情況下，噴射泵循環(huán)系統(tǒng)的COP都能得以提高。
文檔編號F25B40/00GK1410731SQ0214308
公開日2003年4月16日 申請日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月4日
發(fā)明者武內(nèi)裕嗣 申請人:株式會社電裝