CN102187164A - 二元流体喷射器和使用方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种二元流体振荡射流压力交换喷射器和作为使用方法的二元流体喷射器制冷循环。该喷射器包括能够均衡或者以别的方式处理不同流体的高纵横比射流喷嘴几何形状、空间域射流调制、蛇状射流喷流形态和不同流体通路几何形状。作为一种使用方法，二元流体喷射器提供一种显著地优化二元流体集而无损于喷射器本身性能的手段，该二元流体集被选择或者以别的方式被制定专用于二元流体喷射器制冷循环中，以有利于制冷热性能(COP)。

Description

二元流体喷射器和使用方法

交叉引用

本申请要求于2008年8月14日提交的第61/088,957号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明的实施例涉及经由交换喷射器而相互接触的两种不同操作流体及其使用方法。

背景技术

常规喷射器或者射流型泵可以被表征为直接能量传递设备，这是指以下功能：即借助两种流体之间的直接(密切)接触将能量从主要流体向次要流体传送。所有气相射流泵共有的另一操作原理在于，使用高速低静态压的动能用来夹带次要流体，然后在更高静压将混合物减速至低速度，因此将所谓速度头(velocity head)转换成压头(pressure head)，即将动能转换成势能。这是用于次要流体压缩的主要手段。常规喷射器或者射流泵的一个区别特征在于，借助以下手段进行次要流体夹带：1)在主要流体与次要流体之间的界面处的剪切湍流互作用，这在研究文献和专利中被称为动量交换、湍流剪切、湍流混合夹带；或者2)在主要流体与次要流体之间的界面处的动态压力互作用，这在研究文献和专利中常被称为压力交换。

需要一种喷射器和使用方法，其处理两种不同流体并且包括以下各项中的至少一项或者多项的：特有的射流喷嘴几何形状、主要流体射流形态、射流调制和喷射器本体几何形状。

发明内容

本发明的实施例涉及在借助非稳态振荡射流压力交换喷射器来密切接触的两种不同操作流体之间的直接能量传递及其使用方法。另外，本发明的实施例涉及借助从更高能量的原动(motive)流体的直接能量传递来夹带、传送和压缩低能量工作流体。本发明的实施例还涉及一种新类别的喷射器，其有目的地专用于不同流体操作，因此名称为二元流体喷射器。就这一点而言的一个重要区别在于，操作流体未被选择、调配或者以别的方式优化作为提高喷射器性能的手段，相反，喷射器本身有目的地专用于作为自相一致(self-consistent)功能的二元流体操作，该功能获得性能和效率的提升。另一方面，常规系统教导可以选择或者以别的方式调配某些流体和/或某些流体材料性质作为一种提高射流喷射器的性能或者效率的手段。本发明的实施例教导了一种为流体、具体为不同流体而定制的特有喷射器，以用于产生二元流体设备这一自相一致的目的。本发明的实施例也涉及在这里作为一种使用方法而公开的二元流体喷射器制冷循环。

在本公开内容的上下文中，二元流体意指在化学组成或者除了相或者态之外的材料性质方面不同的任何两个流体的集合。这样的物理性质的例子可以包括但不限于化学组成、比热之比k(k＝C_p/C_v，其中C_p和C_v分别是在恒压和恒定体积的时的比热)、相变热函Δh_v(蒸发潜热)、分子质量以及其他。这一定义特别地排除状态条件，比如压力、温度、速度和相(例如气体相对于饱和蒸汽)。这一定义包括二元集中的任一种或者两种流体，无论它们是否：自相一致和匀质，即由单种化学化合物或者实体构成；不一致和异质，即由两种或者更多种化学化合物或者流体实体(无论是否可混合)的组合构成；或者混杂和复合，即由包含另一如下流体的一些载体流体构成，该流体悬浮为必然不可混合的流体粒子(比如雾状物或者双液饱和蒸汽)或者在其中悬浮和分散为胶体的固体粒子(例如气载尘埃)。

术语双重流体意指按照源、位置或者状态而被区别的任何两种流体的集合。这样的区别的例子可以包括但不限于：流体从作为源的什么系统元件流动、流体朝作为供应的什么系统元件而流动、流体在系统或者设备中的位置或者它的状态(比如压力、温度、速度、比容(密度)或者相(即气体或者蒸汽))。双重的定义特别排除按照化学组成或者材料性质而区别的流体。

术语主要流体应当意指用于驱动喷射器的原动高压供应流体。主要流体被提供至射流喷嘴且与之连通，从而提供用于向次要流体传递的流体能量的源。术语次要流体应当意指通过射流作用而夹带、压缩或者以别的方式抽运的反应性低压工作流体。次要流体被提供至高速度主要流体射流并且与之连通，以用于随之夹带、推动、传送和压缩的目的，因此从主要流体接收流体能量。以下为二元流体和双重流体的一些例子。该列表也示范了在本公开内容中用来表明主要相对于次要流体的惯例：水/戊烷：二元流体，其中水为主要流体而戊烷为次要流体；戊烷/水，二元流体，其中戊烷为主要流体而水为次要流体；水/水，双重流体，其中水为主要流体，且水为次要流体；以及戊烷/戊烷，双重流体，其中戊烷为主要流体并且戊烷为次要流体。

在本公开内容的正文中，术语流体应当用来并且意指包括如下流体，该流体在其操作于二元流体喷射器内或者穿过二元流体喷射器时，以气态或者饱和汽态离开；特别排除液相，区别在于可压缩相对于不可压缩。主要和次要流体可以彼此独立存在于这两相中的任一相。例如主要流体可以处于液相，其中次要流体可以存在于汽相，或者反之亦然，或者主要和次要流体可以存在于同相，气体或者饱和汽体。

在本公开内容中，按照负责夹带次要流体的操作原理(即剪切湍流夹带相对于动态压力夹带)而区别出两种类型。适用于气相射流泵的第二区别特征在于，恒定面积混合相对于恒定压力混合。恒定面积混合表示如下特定设计，其中喷射器的在主要射流和夹带区域下游的混合分段相对于它的长度具有恒定横截面积，因此提供用于在两种流体朝设备的出口端行进时混合它们的恒定体积。在这一设计中，在混合时段期间，流体体积保持恒定，而流体压力变化。反言之，恒定压力混合表示喷射器内的如下混合分段，该混合分段具有相对于它的长度而减少横截面，因此提供两个流体混合于其中的恒定压力区域。在这一设计中，在混合时段期间，流体压力保持恒定而流体体积变化。最后一个区别操作原理在于，稳态相对于非稳态的射流操作。剪切湍流夹带型喷射器由恒定稳态主要流体射流驱动，从而在空间和时间中以固定的定向和差压进行操作。动态压力夹带型喷射器利用在时域中脉动或者以别的方式运动或者在空间域中振荡或者兼而有之的非稳态主要射流。这些操作原理以图1中所示简单分类图的形式为绘出。

如图1中所示，按照定义，所有射流泵和喷射器涉及在主要原动流体与次要工作流体之间的密切接触(因此为常见分类)。类似地，所有射流泵和喷射器利用在速度头与压头之间的流体动能变换作为一种互相抽运或者以别的方式压缩流体的手段。基础物理学允许高能量主要流体射流生成高速度的低压区域，接着是某一较低速度的较高压区域，由此使用能量变换和质量流来收集、夹带、传送和压缩次要较低能量工作流体。本领域技术人员将理解和认识，尽管有诸多和不同喷射器射流泵设计、几何形状和配置，但是涉及到的流体物理学和热动力学是相同的。因此，任何常规射流泵或者喷射器均可以按照图1中被示为其操作原理的基本普遍公理来进行分类。该图表与下文将说明的本公开内容所教导的技术相关。

由于所有喷射器涉及到在各种压力、温度和速度传导流体，所以它们的设计必然需要设计在喷射器的各种流体通路内的所有部件和区域之间的几何形状、尺寸、横截面积、长度和相对比。例如，气相射流喷射器设计领域技术人员广泛已知和理解的是，喷射器性能与某些非尺度比有关，例如像是压缩比γ(下文术语)、膨胀比χ、射流喷嘴与混合喉部面积比

以及多个其它非尺度比。喷射器夹带比ω＝m_s/m_p(一个对喷射器性能的重要度量值)随着面积比

和膨胀比χ增加以及随着压缩比γ减少而增加。无论是如何建模的，即使当模型按照源、相或者状态(比如热函、温度、压力、速度等)来区别主要和次要流体时，描述传统喷射器的公式集和状态等式仍然包含用于作为双重流体的单种操作流体的流体性质项。例如考虑描述典型喷射器的等式(1、2和3)：

$M_2^2[1+(1-n_d)\frac{T_2}{T_3}(\left(\frac{d\left[\ln \left(\frac{T_2}{v_2}\right)\right]}{d\left(\ln v_2\right)}\right)+\frac{k}{1-\frac{P_4}{P_2}})]=1---\left(1\right)$

${(P_3/P_2)}^{\frac{k-1}{k}}-n_d{M}_2^2(k-1)/2=1---\left(2\right)$

$A_2=\frac{m_1{V}_1}{(P_{2}k{M}_2^2+P_2)-P_4}---\left(3\right)$

其中：

对于等式(1、2和3)以及上述术语参照图2，标号0至4表示位置和/或在该位置的流体状态(相、压力、温度、速度等)。示出了主要流体流、次要流体流、射流喷嘴、夹带分段E、混合分段M和去除分段D。等式(1)和(2)将利用n_d、k、P₀、P₃和P₄的测量值或者已知值产生M₂和P₂的解。然后，可以通过将M₂和P₂的计算值代入等式(3)中，来提取作为一个重要喷射器设计标准的最佳混合面积比

注意，在所有三个上述等式中，比热之比k与比容v分别表示用于单个流体的单个值，即使在喷射器中的该点处的流体可以是主要和次要流体的混合物。对气相射流喷射器的设计和性能进行建模的这些和其它等式仅仅在主要和次要流为相同流体的双重流体的情况下有效。与这一教导有关的显著区别在于，对传统喷射器的设计、几何形状和性能进行描述的这些和其它等式无法对本发明的实施例进行建模，除非其中的材料性质项被扩展成或者以别的方式修改成包括两种不同流体，而不是仅按照相和/或状态区别的一种流体。因而，公开了一种新类别的气相喷射器，称为二元流体喷射器，其中按照这一关键操作原理来区别二元流体喷射器。图3按照操作原理对现有技术和本发明的实施例进行分类。请注意，一些操作原理为多种类型喷射器所共有。

在可以提供有不同流体并且在被要求操作的常规喷射器与有意地专用于利用不同流体工作的本发明实施例之间，存在一个重要区别。作为例子，针对任何给定质量流率m_s、m_p、夹带比ω和压缩比γ，对于专用于戊烷/水的二元流体喷射器相对于设计用于水/水的传统喷射器而言，用于E、M、D、d_t、d_n、d_m和d_d的尺度值将是分离和不同的。不能使用与常规系统一致的常规设计等式或者方法对本发明的实施例进行建模。另外，针对m_s、m_p、ω和γ的任何给定值，对于专用于水/戊烷的二元流体喷射器相对于专用于戊烷/水的二元流体喷射器而言，用于E、M、D、d_t、d_n、d_m和d_d的尺度值将是分离和不同的，其中任一个都不能使用与常规系统一致的常规等式或者方法来建模。

除了基于操作原理的这一重要区别之外，本发明的实施例就射流喷嘴几何形状、主要流体射流形态、射流调制技术和喷射器本体几何形状而言是特有的。这里教导这些和其它新颖设计特征。

由于它涉及一种使用方法，所以本发明的实施例可以相对于传统喷射器制冷循环赋予某些优点。特别地，可以使本发明的实施例与二元流体喷射器制冷循环集成为一种使用方法，从而获得相对于原型二元流体喷射器制冷系统而言的显著性能提高。

尽管研究和开发已逾一个世纪，但是现代喷射器制冷系统在有限数目的特殊应用中具有商业可行性。甚至在这些特别情况下，使用常规技术的传统喷射器制冷系统是能量低效的，因此仅在极端环境条件或者操作境况胜过它们的低性能系数时才使用传统喷射器。之所以如此是因为，剪切湍流夹带喷射器受到与在两种流体的界面边界处的粘性湍流关联的高水平不可逆能量损耗所困扰。尽管压力交换喷射器提供了能量效率的增量提高，但是它们仍然为双重流体设备，即主要流体和次要流体按照相和/或状态来区别，并且因而如果应用于二元流体制冷循环则按照边缘性能进行操作。这在此处公开的本发明的实施方式以及使用方法的背景中，是一个引人注意的观测结论。

喷射器制冷循环必然是热驱动的系统。之所以是情况如此是因为，使用机械泵或者压缩器对用于射流的主要流体进行加压按照推理将会违背使用喷射器而不是马达驱动的压缩器的原因。尽管传统喷射器的能量效率不佳，但是有另一同等重要的原因使传统双重流体和二元流体喷射制冷系统受到不足性能系数的困扰：相反地指示优化工作流体以相对于于制冷性能来有利于喷射器性能。反过来也成立：相反指示优化工作流体以相对于于制冷性能来有利于喷射器性能。这一冲突在其表面上是细微的，但是就对性能和效率的有害影响而言却是显著的。

例如在双重流体喷射器制冷系统(即运用单种工作流体的喷射器制冷系统)的情况下，制冷剂选择所必需的设计是高相变热函Δh_v(大量蒸发潜热)。之所以如此是因为，Δh_v值高的流体传送每单位蒸发流体质量的大量热。这是有益的，因为它限制蒸发器的尺寸、喷射器的尺寸和喷射器的所需质量夹带率。然而与这些益处相反的是，Δh_v值高的流体需要大型煮器以及大型冷凝器(见图4)。(冷凝器必须散失来自主要和次要流体的热，因为喷射器要对它们进行混合)。结果是限制系统的热性能和效率的益处抵消；因此系统性能系数保持为低。这一相反指示设计冲突也增加系统复杂性和制造成本。

在现有技术教导的二元流体喷射器制冷系统(也就是运用两种不同流体的喷射器制冷系统)的情况下，也存在类似冲突但是原因不同。如果选择或者以别的方式调配主要流体以有利于喷射器性能且选择或者以别的方式调配次要流体以有利于制冷循环性能，则两种流体必须在单个喷射器内均衡，该单个喷射器由于它被设计成利用单种双重流体操作而不能高效工作。反言之，如果选择或者以别的方式调配二元流体以仅有利于制冷性能，或者如果选择或者以别的方式调配二元流体以仅有利于喷射器性能，则一种或者另一种流体受低操作效率困扰，并且总性能效率再次保持为低。

相比之下，本发明的实施例由于它的特有几何形状、主要射流形态和设计原则而能够在夹带比和压缩比更高时利用不同流体高效地工作。这一设计给出了较常规系统设计而言的一个根本和显著性能区别，从而允许优化为了运用于二元流体射流喷射制冷系统中而选择或者以别的方式调配的流体，以有利于制冷性能而对喷射器性能或者效率无有害影响。

本发明实施例的新颖技术代表一种类别的气相射流喷射器、二元流体振荡射流压力交换设备，该设备包括能够均衡或者以别的方式处理不同流体的特有矩形本体几何形状、在空间域中振荡的高纵横比主要射流、新颖的主要射流流体形态和不同的面积比。该设计提高喷射器性能或者效率以利用不同流体工作，从而用于利用不同流体工作的专用目的。另外，本发明的实施例提供一种优化二元流体集而无损于喷射器本身性能或者效率的手段，该二元流体集被选择或者以别的方式调配专用于二元流体喷射器制冷循环中以有利于制冷热性能(性能系数(COP))。

因而，本发明的一个实施例是一种出于自相一致功能的目的的二元流体气相喷射器，该喷射器被设计成均衡或者以别的方式处理不同流体，以便用于在不同流体之间借助在二者之间的直接流体接触来传送流体能量的专用目的。这通过以下来实现的：设计喷射器本体形状、射流喷嘴几何形状、夹带、混合和扩散分段长度和面积及其面积比，以考虑与二元流体集中的两种不同流体关联的材料性质的集合两者。

二元流体设计/专用原则的一个附属结果在于与常规喷射器相比质量夹带比更高、压缩比更大并且能量传递效率更高而熵增加更小。

本发明的实施例借助具有矩形横截面喉部几何形状的新颖高纵横比主要射流喷嘴，也提高压力交换型喷射器的能量传递效率、质量夹带比和压缩比。

本发明的实施例借助在空间域中调制主要射流，由此定期横切夹带分段，进而在流体射流中产生等时蛇状几何形状，也提高压力交换型喷射器的能量传递效率、质量夹带比和压缩比。

另外，本发明的实施例借助比圆形更成矩形的新颖流体通路横截面几何形状，也提高压力交换型喷射器的性能。这一特有喷射器本体几何形状通过匹配很大程度上为矩形的主要射流横截面形状，而以更小的熵增加提高了次要流体的质量夹带。喷射器的混合分段和扩散分段也具有这一横截面形状，或者趋向于这一形状。

此外，本发明的实施例借助与作为一种使用方法的循环而集成的本发明实施例，提高二元流体喷射器制冷循环的总热性能系数(COP)。

压力交换型喷射器依赖于由非稳态主要流体射流供应的高速度气体波阵面，以向次要流体传送能量以便抽运和压缩流体。在这一波阵面与次要流体之间的界面边界处出现推动和夹带。与在波阵面的流向平行的动态压力的矢量分量是用于能量传递的有效媒介。在波阵面之后未与次要流体直接接触的任何压缩气体体积不能参与能量传递，并且因而代表由喷射器简单吸收的主要流体，即浪费的能量。因而，主要流体射流本身的表面与体积之比在喷射性能上发挥重要作用。

射流喷嘴喉部和喷射器本体的圆形横截面几何形状普遍存在。相比之下，本发明的实施例包括一种提供高纵横比的矩形成形射流喷嘴。出于本公开内容的目的，术语“高纵横比”在应用于喷嘴或者流体射流本身时意指比值h/w大于一(1)，h/w＞1，其中h是喷嘴喉部或者流体射流本身的高度，而w为它们的宽度(见图6以及图7a、7b)。本发明实施例的矩形喷嘴几何形状即使对于适度纵横比也仍然优于传统圆形喷嘴几何形状。矩形主要流体射流的更大表面与体积之比直接转变成在主要流体与次要流体之间的质量夹带比、压缩比和能量传递的显著提高。之所以如此是因为，对于压力交换型喷射器而言，能量是在在分离两种流体的界面边界处从主要流体向次要流体传送的。因而对于给定质量流率，更大界面表面积造成更高能量传递速度。因而，较常规喷射器设计而言，大大增加了能量效率和抽运性能。

本公开内容继续教导称为双向往复的新颖主要射流调制。双向往复是产生形状为矩形蛇状(见图7a、7b)的振荡流体射流几何形状的一类射流调制。注意图7a为流体射流的俯视图，图7b为侧视图，并且尺度w和h对应于图6中所示喷嘴喉部的宽度(w)和高度(h)。虽然射流喷流的几何形状的蛇状外观可以是用于一些流体振荡器和放大器的原型，但是它的几何形状的高纵横比为特有的，并且将它应用于喷射器设计是新颖的。可以经由需要活动部分的机械这种或者无需活动部分的流体装置来生成振荡运动。

调制的流体射流以准恒定频率经过喷射器行进，从而缩短波长，减少速度并增加压力幅度(见图8)。注意，在这一示例实施例中，示出了从一侧向另一侧往复的机械喷嘴，因此朝在136表示的接触点L和R交替地引导流体射流喷流。在喷射器的壁与射流喷流的连续波之间捕获次要流体，由此接着在它们接踵而来时夹带次要流体。在喷射器的夹带分段内，流体射流的蛇状几何形状在其界面边界向次要流体提供动态压力，从而造成在两种流体之间的能量传递。这一力矢量的量值是在界面边界在主要与次要流体之间的动态差压、在考虑的区域中的主要流体速度和射流调制频率的函数。射流调制或者振荡频率居先，因为它确定纵向压力矢量的量值，该矢量是可用总动态压力的矢量分量。在两种流体之间的界面边界处的动态差压负责次要流体能量交换，而不是静态差压。由于射流调制频率对于给定的射流流体速度和夹带分段宽度增加，射流喷流与喷射器的长轴所成的角度变得更陡，并且总压力矢量的更大一部分变得平行于流向。这增加作用于次要流体的纵向矢量分量，由此增加从主要流体向次要流体的能量传递的速度和效率(见图10a和10b)。

作为例子，考虑基于本发明实施例的示例喷射器，其具有的射流速度为马赫数2，而夹带分段尺度为3cm宽。如果振荡频率为零(0)，则射流喷流以实质上直线沿着喷射器的长轴中心而行进。在这一状况中，喷射器作为剪切湍流夹带设备来工作，因为借助在两种流体之间的界面边界处的粘性湍流剪切互作用而发生次要流体夹带。在这一情况下熵增加很大，因为湍流剪切能量传递在很大程度上不可逆。作为用于这一示例的抽象引证，如果可以使射流调制频率为无穷(∞)，则射流喷流在流向上实质上平坦经过与喷射器的长轴垂直的夹带分段行进。在这一状况中，喷射器作为压力交换设备来工作，其中纵向压力矢量分量接近一，等于动态压力。之所以如此是因为动态压力矢量平行于流体流向，即与界面边界正交。在这一定向下，剪切湍流能量传递接近零，并且几乎所有夹带和推动能量交换随着波行进而出现于两种流体之间的界面边界。在这一情况下熵增加较小，因为动态压力能量交换在很大程度上可逆。对于在零与一些实际上限之间的中间射流调制频率，纵向压力矢量为可用于做功的总动态压力矢量的某一部分，这在很大程度上取决于射流振荡频率和速度。对于这一例子，单位动态压力在射流调制频率为8kHz时的纵向矢量分量为0.51的量级而在16kHz时近似为0.77。因此，在调制频率为8kHz时，总可用动态压力的近似51％对次要流体做功，而在16kHz时，可用动态压力的近似77％对次要流体做有用功。在所有其它变量一致的一般情况下，更高频率的射流调制引起更大质量夹带和更高压缩而熵增加更少。与喷嘴的高纵横比所提供的流体射流表面积增加一起，还改进质量夹带、压缩和能量传递。这一新颖的射流调制方法代表喷射器设计和操作领域中的一种典型。

本发明实施例的二元流体喷射器的一个操作人工因素在于，经过喷射器的喉部向停滞压力分段(见图8)中传输的压力波振动。这些振动或者压力波波动出现于主要射流调制频率及其各次谐波。这一类压力振荡自所遇到的第一倾斜或者垂直表面(比如流出管道中的管肘或者阀)自然反射。这些反射压力波未经修改相对于射流调制频率在一些无序频率重新进入喷射器的喉部分段。这部分地由于与两个相对波阵面的不和谐碰撞相关联的压力能量损耗，而造成更低能量传递。然而，这一反射的声学振动提供一个进一步改进主要流体与次要流体之间的能量传递的机会。可以使压力波人工因素按照射流调制波长的某一分数(或者倍数)从在策略上放置于流出路径中的实心隔板或者开放栅格反射。这些反射的压力波将与主导流动逆向行进，朝着喷射器的喉部分段退回。当恰当定位时，隔板或者栅格将在喷射器的压力停滞分段中激起声学驻波。如果准确调谐，则这一驻波与调制的射流所生成的主要压力波交感地协调，因此在喷射器的喉部分段中引起声学谐振状况。在谐振时，反射的压力波响应于主波，因此增强压缩和能量传递。

作为一种使用方法，可以使本发明的实施例与二元流体喷射器制冷循环(例如如图11中所示回路25但不限于此)结合起来。在这一类系统中，喷射器替换典型反向兰金型制冷循环的机械压缩器。在这一特殊情况下，优化组成二元工作流体的两种流体，以有利于用于制冷循环的高热性能系数而不考虑它们在二元流体喷射器中如何工作。一旦选择或者以别的方式调配二元工作流体，那么随后可以设计与所选两种流体的材料性质一致的二元流体喷射器。本发明实施例的二元流体喷射器的自相一致性质以运用常规喷射器的二元流体制冷系统不可用的方式，提供了这一新颖设计原则。在二元流体喷射器与简单地被提供二元工作流体并且被要求随之操作的传统喷射器之间形成一个重要区别。同样重要的是在专用于二元流体操作的喷射器与为了优化喷射器的性能而选择或者以别的方式调配然后简单地被要求在二元流体制冷循环中操作的两种流体之间的区别。用来选择或者以别的方式调配二元流体以相对于喷射器性能有利于制冷循环性能的工程标准为相反指示。本发明的实施例在本质上解决这一冲突，因为它是一种关于两种组成流体的材料性质而不是截然相反方式来直接论证的二元流体设备。

本发明的其它变化、实施例和特征将从下文具体描述、附图和权利要求书中变得清楚。

附图说明

图1是根据操作原理对现有技术的喷射器或者射流泵技术进行分类的框图；

图2示出了现有技术教导的典型剪切湍流夹带型喷射器的简化功能图；

图3是根据操作原理对现有技术的喷射器或者射流泵技术进行分类并且与本发明的实施例做比较的扩展框图；

图4描绘了与大量现有技术一致的典型单流体型喷射器制冷循环；

图5详述了简化的示例性射流喷嘴的横截面俯视图，以用于教导根据本发明实施例的高纵横比喷嘴设计的技术的目的；

图6详述了来自图5的截面A-A，该截面示出了简化的示例性射流喷嘴的横截面端视图，以用于教导根据本发明实施例的高纵横比喷嘴设计技术的目的；

图7a和7b描绘了射流流体等时蛇状几何形状的简化表示，以用于教导根据本发明实施例借助主要流体射流的双向往复的调制射流技术的技艺，其中图7a示出了与射流流体等时蛇状几何形状的俯视图，而图7b示出了侧视图；

图8描绘了根据本发明实施例的二元流体喷射器的简化表示，以用于教导喷射器本体几何形状、调制流体射流几何形状、主要流体射流喷嘴位置和新颖次要流体夹带作用这些技术的目的；

图9描绘了根据本发明实施例的二元流体喷射器的简化表示，以用于教导它的新颖横截面几何形状技术的目的；

图10a和10b描绘了高频射流调制相对于低频射流调制的简化表示，以用于教导根据本发明实施例双向往复射流技术的目的，以作为一种在流体射流中产生等时蛇状几何形状以及示范它有益于次要流体夹带效率、质量夹带和压缩功能的手段；以及

图11示出了描绘集成二元流体喷射器的二元流体喷射器制冷回路，以用于教导根据本发明实施例的一种使用方法的目的。

具体实施方式

本领域普通技术人员将理解，可以用其它具体形式实施本发明而不脱离其精神实质或者基本特性。因此，当前公开的实施例在所有方面都视为示例性而非限制性。

本发明的实施例涉及一种代表一种新类别的直接能量交换射流泵的喷射器，对于利用不同流体操作而言，其具有自相一致的功能，该操作代表一种新颖操作原理。就这一点而言，开创性区别在于如何区别主要流体与次要流体。如果按相和状态区别流体，则用于喷射器设计的工程标准必然是相等式和状态等式，这些等式的项与对象流体有关。如果按类型或者种类区别主要流体与次要流体，则用于喷射器设计的工程标准必然为相等式和状态等式这两组，这些等式的项与两种不同流体有关。因此，我们介绍基于主要流体相对于次要流体的区别(即双重流体相对于二元流体)的喷射器的操作原理的划分。

图1是基于操作原理对现有技术的流体喷射器进行分类的框图5。图3是对基于操作原理对现有技术以及本发明实施例进行分类的框图10。注意，一些操作原理对于所有类型的气相喷射是共有的。例如，经由密切流体接触6的直接能量传递为所有气相射流泵设备所通用。还需注意，所有气相喷射器设备利用在高速度动态压力7与低速度静态压力之间的流体动态变换作为次要流体压缩的手段。一类喷射器使用来自另一类喷射器的操作原理将无法恰当工作，除非该原理为二者所共有。例如，比如授予Smith等人的第6,308,740号专利教导的压力交换型喷射器需要非稳态主要射流以便进行操作。在这样的情况下，在时域中将射流调制为在某一频率的规则脉冲系列。注意，在图3中非稳态主要射流是压力交换型喷射器的操作原理的前提。如果稳态主要射流用来驱动Smith的设备，则它不会或者完全不可能恰当操作。

本发明的实施例涉及使用双重流体将无法恰当操作的二元流体设备8。进而，传统气相喷射器是如下双重流体设备，尽管存在一些设备已经投入二元流体制冷循环中的任务这样的事实，但是这些设备使用二元流体将无法恰当操作。已知的是可以选择或者以别的方式调配用于二元流体使命的两种流体以提高喷射器性能，如授予MacCracken的第4,761,970号美国专利教导的那样。然而并未教导反例。也就是一种专用于二元流体操作使命的喷射器。因此，我们介绍本发明的实施例作为一种因其特有操作原理而截然不同的二元流体型喷射器。图2示出了现有技术的动量能量交换喷射器15，而图4示出了现有技术的双重流体喷射器制冷循环20。

图5和图6示出了简化的示例性射流喷嘴100的横截面俯视图和端视图，以用于教导本发明实施例的高纵横比喷嘴设计技术的目的。与所有射流喷嘴一样，在入口101引入高压流体源，然后经过横截面积比入口更小的喉部104限制流，然后在张开成横截面积比喉部104略大的出口102处排放该流。图5和图6中所示喷嘴100旨在于示出通用特征，除非下文阐明某些尺度关系，否则这些特征是不太显著的。对于湍流型设备以及压力交换型设备，主要流体射流的表面与体积之比在喷射性能和效率方面发挥关键作用。之所以这样是因为，对于任一喷射器类型，能量传递和次要流体夹带是在主要流体与次要流体之间的界面边界处进行的动态过程。对于任何给定的界面边界区域，不能通过增加在与边界本身有一些距离处驻留的流体的质量或者体积来提高质量夹带速率，也就是说，位于远离界面边界的射流喷流中的流体仅能对次要流体施加很少的影响或者不能施加影响。在主要流体与次要流体之间的接触是湍流或者压力能量交换的前提，这是需在本发明实施例的上下文中理解的微妙而强大的观测结论。

对本技术的另一同等重要的观测结论在于如下事实：对于每单位长度，具有圆形横截面的流体射流的表面与体积之比对于任何给定的横截面积而言固定。这对于方形、三角形或者除了矩形之外的任何规则多边形的横截面几何形状而言同样成立。相比之下，具有单位横截面矩形形状的射流喷流的每单位长度的表面与体积之比尽管有实际上限，但是根据它的纵横比可以是大于四(4)的任何数量。这也适用于与矩形近似的任何横截面几何形状(比如在图6中以112示出的矩形)或者离心率大的椭圆形。因此对于任何给定射流喷流长度和横截面积，纵横比大于一(1)的任何矩形将具有比圆形、方形或者除了三角形之外的任何规则多边形的几何形状更大的表面与体积之比。出于这一原因并且由于能量是在分离主要流体和次要流体的界面边界处从主要向次要流体传送的，所以本发明的实施例涉及一种高纵横比射流喷嘴。

图6是在旋转轴103附近的来自图5的截面A-A，其示出了高纵横比的喷嘴喉部矩形几何形状112。高纵横比是大于一(1)的任何尺度比h/w，h/w＞1，其中以113表明h而以114表明w。喉部111的视图与流向相反，其朝向喷嘴入口101。注意，喷嘴喉部111的横截面形状并非理想矩形。在所示例子中，它以115示出为具有略微圆化端部。在本发明实施例的上下文中，喷嘴喉部111的横截面形状未必为理想矩形，仅需它的一般尺度h 113和w 114遵循规则h/w＞1，因此将它限定为具有高纵横比。例如，限定离心率很大的椭圆，也就是相对于其主轴具有小短轴的椭圆。此外，喷嘴喉部111的壁112无需是平坦的或者平行的。壁112可以参照彼此为凹陷、凸起或者一些不规则形状。这一新颖喉部几何形状针对任何给定主要流体质量流率增加射流喷流的表面积，因此增加向次要流体传送能量的速度。

考虑将常规流体射流的圆形横截面形状与本发明实施例的高纵横比的矩形形状的射流做比较。参照图5和图6，这些图描绘了本发明实施例的射流喷嘴的简化示例表示，射流喷嘴喉部以及从它排放的流体射流的纵横比被定义为：

$\mathrm{\β}\≡\frac{h}{w},---\left(4\right)$

其中h和w分别指示作为高度和宽度的喉部或者射流喷流的横截面尺度。单位长度的表面与体积之比φ在数值上等效于周长与横截面积之比，并且这里定义为：

$\mathrm{\φ}\≡\frac{p}{a},---\left(5\right)$

其中p和a分别表示周长和横截面积。

对于圆形横截面，射流喷嘴喉部或者流体射流：

${\mathrm{\φ}}_c=\frac{P_c}{a_c}=\frac{{2\mathrm{\πr}}_c}{\mathrm{\π}{r}_c^2}=\frac{2}{r_c},---\left(6\right)$

其中r为半径而下标c表示圆形。矩形横截面射流喷嘴喉部或者流体射流的比值又给定如下：

${\mathrm{\φ}}_r=\frac{p_r}{a_r}=\frac{2(h+w)}{\mathrm{hw}},---\left(7\right)$

其中h和w同前，而下标r表示矩形。在纵横比为1(β＝1)的矩形(该矩形当然为方形，其中h＝w)的情况下，它的周长总是大于相同面积的圆形，即a_r＝a_c。因此对于a的任何值：

φ_r＞φ_c，           (8)

对于任何值a，为了在数值上比较等式(6)和(7)，等式6按照共同项改写为等效半径r_r：

$r_r={\left(\frac{a_r}{\mathrm{\π}}\right)}^{0.5}={\left(\frac{\mathrm{hw}}{\mathrm{\π}}\right)}^{0.5},---\left(9\right)$

其中如果矩形的面积整形为圆形，则r_r为矩形的等效半径。用r_r替换等式(6)中的r_c，可以出于数值比较的目的用共同项改写等式(8)：

$\⇒\frac{2(h+w)}{\mathrm{hw}}>\frac{2}{{\left(\frac{\mathrm{hw}}{\mathrm{\π}}\right)}^{0.5}}---\left(10\right)$

对于单位面积a＝1，其中h＝w对应于纵横比β＝1，等式(10)具有以下解：

$\⇒\frac{2(1+1)}{1}>\frac{2\sqrt{\mathrm{\π}}}{1}$

$\⇒4>3.54,$

其中φ_r＝4并且φ_c＝3.54，这表明对于a的任何共同值，纵横比为1的矩形的周长总是大于圆形。出于公开的目的，如应用于喷嘴或者流体射流本身时术语“高纵横比”意指大于一的任何β值，即β＞1。将用于如a和β的等式定义的h和w的等价等效，h和w这些项替换为等式(6)和(7)中的a和β，因此：

$\⇒{\mathrm{\φ}}_c=\frac{2{\mathrm{\π}}^{0.5}}{a^{0.5}};---\left(6a\right)$

并且：

$\⇒{\mathrm{\φ}}_r=\frac{2[{\left(\mathrm{\βa}\right)}^{0.5}+{(a/\mathrm{\β})}^{0.5}]}{a}.---\left(7a\right)$

因此，对于给定喉部面积a和纵横比β，等式(6a)和(7a)预测了用于圆形和矩形喷嘴几何形状的表面与面积之比φ。下表示出了与所选纵横相对于应的φ_r和φ_c值。注意，对于考虑的β值，作为数值比较手段已经将喷嘴喉部面积a标准化成值为一(1)。

表1

如清楚示范的那样，即使考虑适度纵横比，本发明实施例的矩形喷嘴几何形状也优于传统圆形喷嘴几何形状。高纵横比的主要流体射流的更大表面与体积之比直接转变成质量夹带比、压缩比和在主要与次要流体之间的能量传递的显著改进。之所以如此是因为，对于压力交换型喷射器，能量是在分离主要流体和次要流体的界面边界处从主要流体向次要流体传送的。因而对于给定质量流率，更大界面表面积将造成更高能量传递速率。因而，能量效率和抽运性能较常规喷射器设计而言大大增加。

图7a和图7b描绘了射流喷流等时蛇状几何形状的简化表示，以用于教导借助主要流体射流双向往复的新颖射流调制技术的目的。图7a示出了射流喷流等时蛇状几何形状的俯视图，而图7b示出了侧视图。按照需要，来调制压力能量交换型气相喷射器的流体射流。在本发明实施例的情况下，在与时域相对的空间域中对其进行调制，也就是说，按一频率在空间上从一侧向另一侧或者上下振荡射流喷流，而不是按一频率脉动射流喷流，由此交替地横切夹带分段，从而形成所示蛇状流动图案。最好将这一波动作用描述为双向往复。几何形状为等时的，因为在连续形成的波阵面之间的空隙以规则间隔出现。可以通过按照弧度以往复方式机械地振荡射流喷嘴、通过非机械方式(比如通过无活动部分的流体振荡器)、借助压电-流体振荡器(其具有叠加于射流喷流中的压电振动簧片)或者通过其它手段，来产生波动作用。图7a中所示等时蛇状几何形状被高度地简化，因为它并未描绘原本将随着主要流体与次要流体混杂而必然出现的流体湍流或者最终连续性丧失。该形状被以这一高度程式化的形式描绘以辅助理解这一类射流调制的空间性质。在图7a中，主要流体射流从射流喷嘴120发出，然后如从区域121所示朝喷射器的流出端123那样继续进行。图7b描绘了如从侧面(注意为高纵横比射流喷嘴127)查看的相同流体运动。在它的纵向横越期间，如定向箭头124所示，射流喷流速度减少而静态压力增加。在121的射流喷流具有高速度、高动态压力和低静态压力。随着射流喷流朝喷射器的流出端123行进，以静态压力局部增加的形式将高速动能转换成低速势能。由此推动并且随后压缩由射流喷流直接夹带的或者因伴随的压力波在其间交错的任何次要流体126。虽然调制的射流喷流的频率在喷射器的长度内保持相对恒定，但是波长由于压缩而缩短。射流喷流的宽度w 125及其高度h 129对应于图6中所示射流喷嘴喉部111的宽度w 113和高度h 114。因而，射流喷流的横截面几何形状反映射流喷嘴110(图6)的高纵横比特性。在三维中，可以将它建模为薄波状带。

图8描绘了本发明实施例的二元流体喷射器的简化表示，以用于教导喷射器本体几何形状、调制的流体射流几何形状、主要流体射流喷嘴位置和次要流体夹带作用这些技术的目的。出于讨论的目的，可以将喷射器130划分成一般分段，比如夹带131、压缩132和压力停滞133；然而，夹带、混合、扩散和压缩应当视为级联(concatenated)过程，在这些过程之间有相当宽的过渡区。高压力主要流体以高速度从射流喷嘴134发出。在这一例子的情况下，高纵横比喷嘴134以一侧向另一侧的往复方式按照弧度围绕轴135机械地旋转。在其它实施例中，可以借助无活动部分的流体振荡器或者通过其它手段来实现射流调制。由此借助如下双向往复来调制射流喷流138，该双向往复使射流喷流138形成所示等时蛇状几何形状。随着射流喷流138大体上朝喷射器的流出端行进，它的调制频率保持准恒定，而它的波长由于流体压缩而缩短。在相同过程内，射流喷流速度随着能量传向夹带的次要流体而减少，而在图8中所示一般区域133中以静态压力局部增加的形式将动能转换成势能。

在喷射器本体几何形状的上下文中，重要的是考虑能量传递效率与高纵横比射流喷流的表面与体积之比成正比。这一理解提供一条指向如下单一结论的认知轨迹：喷射器本体的横截面形状应当是射流喷流几何形状在它的振荡形式下的同类物。因此，本发明实施例的喷射器本体包括这样的几何形状。参照图9，注意喷射器本体150的横截面形状未圆化，而宁可说是矩形。截面A-A 151、B-B 152和C-C 153对应于俯视图和侧视图150。这一特有喷射器本体几何形状有意地配合于流体射流在它振荡时的横截面几何形状。射流喷嘴154的旋转轴156被定位成与喷射器的长轴157相交。在侧视图中注意喷嘴喉部155从喷射器本体的内底部向内顶部与高度h 158对应地延伸，该高度又对应于图6中的喷嘴喉部111的高度h 113和图7b中的流体射流本身的高度h 129。这一喷嘴布置将流体射流置于它从喷射器本体的内底部向内顶部延伸的位置。由于射流流体与底部和顶部内壁紧密邻近，所以它通过柯恩达效应的作用将它本身附着到壁。现在回到图8，注意随着射流喷流往复，它也在接触点L 136和R 136的一般区域中将其本身交替地附着到喷射器的侧壁。射流喷流138在与喷嘴出口134相距至少一个波长距离处保持附着到喷射器本体的四个壁中的各壁内部。在一个实施例中，作为有助于射流流体附着的手段，使喷射器的内壁很平坦并且将这些内壁高度地抛光。次要流体在137处在射流喷嘴的任一侧上进入夹带分段。随着喷嘴或者射流从一侧向另一侧往复，通过由高速射流生成的低静态压力的作用来向前汲取次要流体。随着次要流体绕着射流喷嘴流动，产生尖劈湍流，从而使旋转次要流体的交替波浪移入一般区域137a中。在这一区域中的流体然后由后继射流喷流波包围，因此在区域137b中，在压力波和喷射器壁内交错次要流体体积。在一般区域137c中的交错次要流体随着主要流体膨胀以及次要流体压缩而朝向喷射器喉部139行进。次要流体压缩以与射流调制相同的频率出现于连续时段中，因而本质上为蠕动。这一次要流体夹带和压缩方法在喷射器和射流泵领域中是特有的。

在伴随的压力波阵面内交错次要流体的上下文中，公开一种本发明实施例特有的流体夹带方式。因此，流体操纵在很大程度上是可能的，因为流体射流通过柯恩达效应的作用而附着到喷射器本体的四个内壁。常规压力交换型喷射器设计借助周期射流脉冲或者连续旋转流体射流将主要射流压力波赋予次要流体。对于这些和其它方法，未借助夹带向次要流体的本体提供流体脉冲或者旋转射流。在脉动流体射流的情况下，从射流喷嘴向喷射器本体的夹带分段中排放流体波浪。虽然脉冲式压力波阵面的某一小部分对次要流体施加动态力，但是大量次要流体在一团高速主要流体周围自由滑移。在旋转流体射流的情况下，未提供附着或者未使附着出现于旋转射流与喷射器的夹带分段的内部本体之间。因而，如在脉冲式喷射情况下那样，次要流体随着流体射流旋转而在它们周围自由滑移或者以别的方式脱离。与此相对，由于本发明实施例有意地与蛇状主要流体射流的横截面几何形状及其从喷射器本体的内底部向内顶部延伸的尺度匹配的特有本体几何形状，所以主要流体射流附着到喷射器的四个内壁中的各内壁。这提供一种在连续流体压力波的空隙内俘获或者以别的方式包含次要流体的手段，从而在其间交错次要流体。这一次要流体夹带方法为特有的，并且这里称为交错。

图10a和10b描绘了高频射流调制相对于低频射流调制的简化示例表示，以用于教导双向往复射流技术的目的，以作为一种在流体射流中产生等时蛇形几何形状并且示范它对次要流体夹带效率、质量夹带和压缩的益处的手段。射流调制频率对从主要流体向次要流体的能量传递速率有影响。在某些限制内，更高调制频率造成更大能量传递速率以及更大能量传递效率。本发明的实施例针对一种压力交换型喷射器，也就是说，它运用与剪切湍流相对的动态压力作为次要流体夹带的手段。这一类喷射器依赖于高速流体波阵面向次要流体传送能量，以便抽运和压缩该流体。推动、夹带和压缩发生于这一波阵面与次要流体之间的界面边界。通过射流动量的作用，这一波阵面以压力矢量(每单位面积的力)的形式向次要流体提供动态力。随着波阵面尝试行进经过或者以别的方式移位次要流体的本体，通过分子碰撞的作用来交换动量：主要流体失去动量而次要流体获得动量。这一压力矢量的量值与在主要与次要流体之间的差速(前者比后者高得多)、流体密度和在两种流体之间的分子质量之差成比例。在一个实施例中，主要流体具有比次要流体更大的分子质量。

由于动态压力本质上为液压，所以它的矢量无论存在的条件如何都总是与在主要流体与次要流体之间的界面边界正交。与在界面边界的流向平行的动态压力矢量分量是用于能量传递的有效媒介，并且称为“纵向分量”。在本文中的流向总是从射流喷嘴朝着与喷射器的喷射器本体长轴(图9中的157)平行的流出端。与在界面边界的流向垂直的动态压力矢量分量不能传送能量，并且称为“横向分量”。重要的是理解射流喷流的蛇状形状并非正弦。波形大概为三角形的，但是喷射器本体的侧壁参照波顶或者波峰为渐近的。之所以如此是因为经过恰当调制，射流喷流的横向路径具有恒定空间梯度。因而，波阵面的大部分相当平坦，并且被取用以用于这一考察。参照图10b，注意在149处的角度θ。这是对波阵面与垂直于流向(在147的箭头所示)的线所成的角度的测量。角度θ随着调制频率而变化：随着频率增加，θ迫近零。在调制频率为零(即无调制)时，射流喷流沿着与流向平行的喷射器中心轴稳态流动，并且θ将等于π弧度。在这一情况下，横向矢量分量142为一，等于压力矢量141的量值，而纵向矢量分量142为零。在这一状况中，沿着主要流体射流和次要流体的界面边界通过剪切湍流的作用来进行所有次要流体夹带；动态压力夹带将为零。

如果可以使调制频率为无穷，则波阵面将变成垂直于一般流向，并且θ将等于0弧度。在这一情况下，横向分量142将为零，而纵向分量143将为一，等于动态压力矢量141的量值。在这一状况中，将在界面边界区域之上通过动态压力的作用来进行所有次要流体夹带；剪切湍流夹带将为零。

对于在零与一些实际上限之间的中间调制频率，纵向矢量分量的量值与角度θ的余弦成比例。因此，在某些限制内，更高调制频率产生更大纵向矢量分量，从而获得在主要流体与次要流体之间的更高能量传递速率，以及大得多的次要流体质量夹带。

图10a针对具有λ波长140的调制频率描绘了纵向矢量分量相对于横向矢量分量的相对大小。图10b针对具有2λ波长148的调制频率描绘了相同的相对比较。纵向矢量分量在更高频率的情况下更大。该比较是定量的。

使用这一构造，作为调制频率的函数的纵向力量值Λ可以预测如下：

$\mathrm{\Λ}\left(f\right)=\cos \left({\tan }^{-1}\frac{v}{2\mathrm{fx}}\right),---\left(11\right)$

其中v是射流喷流速度[m/s](非马赫数)，f是调制频率[Hz]，而x标识喷射器本体的夹带分段的宽度[m]。

主要流体向次要流体的能量转换效率与Λ成正比。

表2针对f和v的所选值示出了Λ的值。作为一种提供在f与v之间的数值比较的手段，将x的值被标准化为3.0E-02：

表2

从等式(11)和在表2中的样本数据清楚的是：对于给定能量转换效率，更高射流喷流速度需要更高调制速率。

提供数值考察作为一种与二元流体智能循环集成的本发明实施例的使用方法的例子。用于住宅冷却的标准空气调节系统为速率相对恒定的机器。除了按照蒸发温度来被动调制的液体膨胀阀之外，两个风扇和压缩器并非主动可变，尽管马达消耗在某一程度上确实随着热负荷和外界空气温度而变化。这意味着无论空间中的热负荷如何，系统都按照接近全输出容量来操作。传统空调系统通过循环接通和关断(因此在恒温设置点的任一侧上振动)针对制冷输出来管理热负荷。在炎热天气期间，传统反向兰金系统更频繁地循环，并且在每个“接通”循环中运行更长时段。(例如)太阳能驱动的二元流体制冷系统将在根本不同的基础上最佳工作。这样的系统将随着提供的热负荷而变化它的制冷输出，因为太阳能随着时间变化，一般而言，在气温更高时能量密度更高并且反之亦然(尽管存在可能将这一关系弯曲一些的云量和夜晚)。如果未加以控制，则这一可变热输入(在这一情况下为太阳能隔离)将使煮器压力、冷凝器压力、喷射器质量夹带和次要流体压缩响应式地变化。这意味着与本发明实施例集成的二元流体喷射器制冷系统将在连续基础上最佳工作，从而匹配它的制冷输出与空间热负荷和来自热源的可用能量。对于传统喷射器，这代表一项工程挑战，因为最优喷射器性能相对于在喷射器两端的差压是有限的。对于在射流喷嘴两端的差压以及蒸发压力与冷凝压力之差就是这种情况。然而，在本发明实施例的情况下，可以容易地改变射流调制频率，以连续跟踪来自空间的热供应和热负荷的变化，这样做是作为一种管理在射流喷嘴两端的差压、质量夹带比和次要流体压缩的所得变化的手段。因而，可以针对任何可以变化的输入条件明显优化二元流体喷射器的热性能和流体性能。

对于这一例子，进行以下假设：

1.760W/m²太阳能隔离；

2.太阳能吸收效率：65％；

3.来自收集器/煮器的可用热能：494W/m²(.65x760W/m²)；

4.外界气温：37℃；

5.内部气温设置点：24℃；

6.在上述条件之下的热负荷：16.5kW(4.7吨)；

7.平均US房屋尺寸2006：218.3m²；(2,349ft²)；

8.ω的值＝0.2；

9.主要原发流体：全氟化碳；以及

10.次要制冷流体；水

用于选择二元流体制冷循环中的两种流体作为COP提高手段的一个首要判据在于，最大化主要流体相对于次要流体的相变热函之差。次要制冷流体具有的相变热函Δh_v高于主要原发流体的相变热函。在本例中，使用水作为次要制冷流体，而使用全氟化碳作为主要原发流体(分别具有～2,500kj/kg和～89kj/kg的Δh_v值)。这转变成5.1的总COP，从而仅需要6平方米(边长2.5米)的太阳能收集器，针对这一例子占用了仅2.6％可用屋顶面积。较现有技术教导的或者业内目前工业可用的双重和二元流体喷射器系统而言，这展现不可思议和显著的改进。

可设想针对如这里所述二元流体喷射器及其用途的无数其它应用。

虽然已经参照若干实施例具体描述本发明，但是附加变化和修改存在于如所附权利要求书中描述和限定的本发明范围和精神实质内。

Claims (28)

1.一种二元流体喷射器，包括：

喷射器本体，限定入口、出口和在所述入口与出口之间的喉部，所述喷射器本体可操作用以接收主要流体和次要流体；以及

射流喷嘴，配置成排放所述主要流体，所述射流喷嘴具有大于一的纵横比。

2.根据权利要求1所述的二元流体喷射器，其中所述射流喷嘴具有基本上矩形或者椭圆形横截面。

3.根据权利要求1所述的二元流体喷射器，其中所述入口、喉部和出口中的一个或者多个具有基本上矩形或者椭圆形横截面。

4.根据权利要求1所述的二元流体喷射器，其中所述喷射器本体具有与主要流体射流喷流的尺度和形状一致的尺度和横截面形状。

5.根据权利要求1所述的二元流体喷射器，其中所述射流喷嘴被配置成进行振荡。

6.根据权利要求1所述的二元流体喷射器，其中所述主要流体和次要流体在化学组成或者除了相或者状态之外的材料性质方面不同。

7.根据权利要求1所述的二元流体喷射器，其中所述主要流体处于气态或者饱和汽态，以及所述次要流体处于气态或者饱和汽态。

8.一种二元流体喷射器系统，包括：

喷射器本体，限定入口、出口和在所述入口与出口之间的喉部；

射流喷嘴，配置成在所述喷射器本体内以振荡方式排放主要流体，所述射流喷嘴具有大于一的纵横比；以及

次要流体源，配置成向所述喷射器本体中排放次要流体。

9.根据权利要求8所述的二元流体喷射器系统，其中所述射流喷嘴经由机械手段来振荡。

10.根据权利要求8所述的二元流体喷射器系统，其中所述射流喷嘴经由流体振荡器来振荡。

11.根据权利要求8所述的二元流体喷射器系统，其中所述射流喷嘴经由压电流体振荡器来振荡。

12.根据权利要求8所述的二元流体喷射器系统，其中所述射流喷嘴在固定频率振荡。

13.根据权利要求8所述的二元流体喷射器系统，其中所述主要流体处于气态或者饱和汽态。

14.根据权利要求8所述的二元流体喷射器系统，其中所述次要流体处于气态或者饱和汽态。

15.根据权利要求8所述的二元流体喷射器系统，其中所述主要流体和次要流体在化学组成或者除了相或者状态之外的材料性质方面不同。

16.一种操作二元流体喷射器的方法，包括：

向喷射器本体中排放主要流体和次要流体，所述喷射器本体限定入口、出口和在所述入口与出口之间的喉部；以及

其中通过具有纵横比大于一的射流喷嘴排放所述主要流体。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述喷射器本体和所述主要流体射流喷流布置成充分邻近以引起主要流体射流喷流的壁附着。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括配置所述射流喷嘴以具有基本上矩形或者椭圆形横截面。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括配置所述入口、喉部和出口中的一个或者多个，以具有基本上矩形或者椭圆形横截面。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括配置所述喷射器本体以具有与主要流体射流喷流的尺度和形状一致的尺度和横截面形状。

21.根据权利要求16所述的方法，还包括以振荡方式经过所述射流喷嘴排放所述主要流体。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括利用机械手段、流体振荡器或者压电流体振荡器。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括在固定频率以振荡方式排放所述主要流体。

24.根据权利要求16所述的方法，还包括排放处于气态或饱和汽态的所述主要流体和次要流体。

25.根据权利要求16所述的方法，还包括利用在化学组成或者除了相或者状态之外的材料性质方面不同的主要流体和次要流体。

26.一种二元流体喷射器，包括：

喷射器本体，限定入口、出口和在所述入口与出口之间的喉部，其中所述入口、喉部和出口中的一个或者多个的横截面为圆形或者椭圆形。

27.一种制冷系统，包括：

二元流体喷射器，具有限定入口、喉部、出口和喷嘴喷射的本体，其中所述喷嘴喷射具有大于一的纵横比；

分馏冷凝器；

煮器；

蒸发器；

膨胀阀；以及

其中所述二元流体喷射器被配置成从所述蒸发器接收煮器气体和饱和蒸汽，所述二元流体喷射器还被配置成从所述蒸发器排放包括所述煮器气体和饱和蒸汽的气体。

28.根据权利要求27所述的制冷系统，还包括重力泵。

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