CN103380336A - 喷射器 - Google Patents

Abstract

喷射器（200;300;400;600）具有：主入口（40）；次入口（42）；以及出口（44）。主流路从所述主入口延伸至所述出口。次流路从所述次入口延伸至所述出口。混合器会聚部段（114）位于所述次入口下游。动力喷嘴（100）围绕在与所述次流路的结合部上游的所述主流路。所述动力喷嘴具有退出口（110）。沿所述次流路的次入口通路具有终端部分，所述终端部分取向成以不平行于所述主流路的局部方向的小于75°的角度沿所述次流路排出次流。

Description

喷射器

相关申请的交叉引用

要求于2011年2月23日提交的并且主题为“Ejector”的美国专利申请No. 61/445,788、以及于2011年2月25日提交的主题为“Ejector”的美国专利申请No. 61/446,901的权益，上述申请的公开内容以引用的方式全文结合到本文，就像它们在本文被完整地阐述的那样。

技术领域

本公开内容涉及制冷。更具体地，本公开内容涉及喷射器制冷系统。

背景技术

在US 1836318和US3277660中找到用于喷射器制冷系统的较早方案。图1示出了喷射器制冷系统20的一个基础示例。该系统包括压缩机22，该压缩机具有入口（吸气端口）24和出口（排气端口）26。压缩机和其他系统部件沿制冷剂回路或流路27定位，并且借助各种管道（管线）连接。排气管线28从出口26延伸到热交换器（在正常系统操作模式中，排热热交换器（例如，冷凝器或气体冷却器））30的入口32。管线36从排热热交换器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（饱和或过热蒸汽或两相入口）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。分离器具有液体出口52和气体出口54。吸气管线56从气体出口54延伸到压缩机吸气端口24。管线28、36、46、56以及它们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包括热交换器64（在正常操作模式中是吸热热交换器（例如，蒸发器））。蒸发器64包括沿次环路62的入口66和出口68，并且膨胀装置70定位在管线72中，所述管线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。

在正常操作模式中，气态制冷剂由压缩机22抽吸通过吸气管线56和入口24、并且被压缩、以及从排气端口26排出到排气管线28中。在排热热交换器中，制冷剂失去/排出热量至热传递流体（例如，风扇促动的空气或水或其他流体）。被冷却的制冷剂借助出口34离开排热热交换器，并且借助管线36进入喷射器主入口40中。

示例性喷射器38（图2）形成为嵌套在外部构件102内的动力（主）喷嘴100的组合。主入口40是动力喷嘴100的入口。出口44是外部构件102的出口。主制冷剂流103进入入口40并且接着传送到动力喷嘴100的会聚部段104中。该主制冷剂流然后传送通过喉部部段106以及膨胀（扩散）部段108，通过动力喷嘴100的出口（退出口）110。动力喷嘴100将流103加速，并且降低该流的压力。次入口42形成外部构件102的入口。由动力喷嘴引起的主流的压力降低有助于将次流112抽吸到外部构件中。外部构件包括具有会聚部段114以及细长喉部或混合部段116的混合器。外部构件还具有位于细长喉部或混合部段116下游的扩散部段或扩散器118。动力喷嘴出口110定位在会聚部段114内。当流103离开出口110时，该流开始与流112混合，进一步的混合通过提供混合区域的混合部段116发生。因此，相应的主流路和次流路从主入口和次入口延伸到出口，在退出口处汇合。在操作中，主流103在进入喷射器时可典型地是超临界的，并且在离开动力喷嘴时是亚临界的。次流112在进入次入口端口42时是气态的（或气体与更少量液体的混合物）。得到的组合流120是液体/蒸汽混合物，并且在扩散器118中减速并恢复压力，同时保持混合物。在进入分离器时，流120分离回到流103和112。流103作为气体穿过如上所述的压缩机吸气管线。流112作为液体传送到膨胀阀70。流112可由阀70膨胀（例如，至低质量（具有少量蒸汽的两相））并且传送到蒸发器64。在蒸发器64内，制冷剂从热传递流体（例如，从风扇促动的空气流或水或其他液体）吸热，并且作为前述气体从出口68排出到管线74。

使用喷射器用于回收压力/功。从膨胀处理回收的功被用于在气态制冷剂进入压缩机之前压缩该气态制冷剂。因此，压缩机的压力比（且因此功耗）可针对给定期望蒸发器压力减小。进入蒸发器的制冷剂的质量也可以降低。因此，每单位质量流的制冷效果可增加（相对于非喷射器系统）。进入蒸发器的流体的分布被改善（由此提高蒸发器性能）。由于蒸发器并不直接给料压缩机，因此蒸发器不需要产生过热制冷剂输出流。使用喷射器循环因此可允许减少或消除蒸发器的过热区域。这可允许蒸发器以两相状态操作，在该两相状态中提供更高的热传递性能（例如，有利于给定容量的蒸发器的尺寸的减小）。

示例性喷射器可以是固定几何尺寸喷射器或可以是受控喷射器。图2示出了由针阀130提供的可控性，所述针阀具有针132和致动器134。致动器134将针的尖端部136移入以及移出动力喷嘴100的喉部部段106，以调节通过动力喷嘴的流量，并且继而总体上调节喷射器的流量。示例性致动器134是电气的（例如，螺线管等）。致动器134可联接到控制器140并由其控制，所述控制器可接收来自输入装置142（例如，开关、键盘等）和传感器（未示出）的用户输入。控制器140可借助控制线路144（例如，硬线或无线通信路径）联接到致动器和其他可控系统部件（例如，阀、压缩机马达等）。控制器可包括下述中的一者或多者：处理器；存储器（例如，用于存储由处理器执行的用于执行操作方法的程序信息以及用于存储由程序使用或生成的数据）；以及硬件接口装置（例如，端口），所述硬件接口装置用于与输入/输出装置和可控系统部件对接。

发明内容

本公开内容的一方面涉及喷射器，所述喷射器具有主入口、次入口和出口。主流路从所述主入口延伸至所述出口。次流路从所述次入口延伸至所述出口。混合器会聚部段位于所述次入口下游。动力喷嘴围绕在与所述次流路的结合部上游的所述主流路。所述动力喷嘴具有退出口。沿所述次流路的次入口通路具有终端部分，所述终端部分取向成以不平行于所述主流路的局部方向的小于75°的角度沿所述次流路排出次流。

在各种实施方式中，动力喷嘴可安装在第一孔中。次入口通路可由安装在第二孔中的配件至少部分地限定。所述第二孔可处于不垂直于所述第一孔的30-60°。可存在至少两个这样的次入口通路。针可安装用于沿所述主流路在第一位置和第二位置之间往复运动。针致动器可联接到所述针，以驱动所述针相对于所述动力喷嘴的所述运动。

本公开内容的其他方面涉及制冷系统，所述制冷系统具有：压缩机；排热热交换器，所述排热热交换器联接到所述压缩机，以接收由所述压缩机压缩的制冷剂；吸热热交换器；分离器；以及这种喷射器。所述分离器的入口可联接到所述喷射器的出口以从所述喷射器接收制冷剂。

一个或多个实施方式的细节在附图和下述说明中被阐述。其他特征、目的和优势从下述说明和附图以及从权利要求书将显而易见。

附图说明

图1是现有技术喷射器制冷系统的示意图。

图2是现有技术喷射器的轴向截面图。

图3是喷射器的示意性轴向截面图。

图3A是图3的喷射器的动力喷嘴腔区域的放大图。

图4是第二喷射器的示意性轴向截面图。

图5是第三喷射器的示意性轴向截面图。

图6是第四喷射器的示意性轴向截面图。

在各个附图中，相同的附图标记和符号表示相同的元件。

具体实施方式

图3示出了喷射器200。喷射器200可形成为喷射器38的改进，并且可用于当前使用常规喷射器的蒸汽压缩系统（例如，图1）中或可用于未来。示例性喷射器是结合CO₂制冷剂（例如，按重量计至少50%的CO₂）使用的两相喷射器。

示例性喷射器包括多部件主体组件（例如，由铝、不锈钢或其他机加工来形成）。主体部202、204、206借助螺钉、螺栓或其他紧固件208轴向固定到彼此，并且可具有合适的密封件210（例如，聚合物O形环）等。

次流管道216从次入口42延伸到管道出口217，并且限定次通路218。次通路的终端部分取向成不垂直于动力喷嘴的轴线排出次流。

示例性上游主体部202具有中心轴向孔220，动力喷嘴（或组件）222被安装到所述中心轴向孔。为了便于说明，对于动力喷嘴222的部分，将使用与现有技术喷嘴相同的附图标记。类似地，对于外部构件（由主体部分202、204、206形成）的部分，使用与用于外部构件102的附图标记相类似的附图标记。上游主体部202还具有台阶状次孔224，次入口配件226（例如，常规不锈钢螺纹配件）被安装（例如，借助螺纹接合）到所述次孔上。示例性配件的下游端227位于该次孔内。次入口配件的上游端228可限定喷射器的次入口42。次孔的终端部分230与围绕动力喷嘴的环形腔232交叉。在示例性构造中，次孔的终端部分230限定次入口通路的终端部分。该终端部分取向与沿次轴线502的配件共轴。沿该终端部分，轴线502与被排出到腔232中的次流的方向和质心大致重合。

示例性终端部分取向成大致以平行于第二轴线、不平行于动力流的中心线500和相关动力喷嘴轴线的角度θ排出次流。示例性θ是10-75°、更窄地是30-60°、35-55°或40-50°、或最窄地43-45°。通过相对现有技术的90°而言减少θ，减少冲量和混合损失，以及改善压力回收。因此，示例性θ小于75°、更窄地小于60°。然而，可能期望对θ设置最小值。如果θ太小，那么对于主流和次流的充分混合所需的喷嘴的长度可能太大。因此，θ的示例性最小值是10°、更窄地是15°或30°。如将在下文讨论的，动力喷嘴的外表面的相邻部分的向下游锥细可进一步平滑化该流并减少损失。

图3A示出了次流路的有效中心，该有效中心是中心线/轴线502与由台阶状孔穿透的以前的外壁233（或其凸起部520）的交点518。在该位置518处相对于喷射器和动力喷嘴轴线500的局部半径被示出为R₁。在该位置518与动力喷嘴的出口之间的轴向长度被示出为L₁。在一些可能的实施方式中，动力喷嘴的出口/退出口可与其喉部重合。在示例性喷射器中，示例性R₁是0.25-100mm、更窄地l-75mm或5-45mm。示例性L₁是1-100mm、更窄地3-60mm或5-40mm。示例性轴线502与轴线500在如下位置处相交，所述位置在所述动力喷嘴退出口上游的2.0R₁与下游的1.0R₁之间、更窄地在上游的1.0R₁与下游的0.5R₁之间、以及更窄地在上游的0.5R₁与出口自身之间。

相对低速喷射器抽吸流的径向速度分量（在靠近退出口110的最初混合位置处）与优化与非常高速度喷射器动力流相关联的混合的损失相关。如果不存在径向速度分量，那么这两个流花费更长时间来混合，并且与摩擦相关联的损失增加。如果径向速度与切向速度相比太大，那么快速发生混合，但是与粘滞耗散相关联的损失增加。存在最优径向速度，该最优径向速度最小化这两种损失同时最大化混合。

沿在动力喷嘴的退出口110上游的腔232和混合器114形成的环形流通道的截面面积极大地影响次（抽吸）流的总速度。然后，相邻表面的会聚角度有助于限定相对于轴向速度的径向速度。2.5-20°（更窄地，5-15°或8-12°）的半角范围被期望与0.25-20mm（更窄地，0.5-5mm）的流动通道直径相结合，该半角范围用于以下二者：靠近动力喷嘴退出口110的动力喷嘴外表面部分258（θ₂）；以及在退出口110处以及在该退出口下游的混合器会聚部段114的内表面部分260（θ₃）。图3A还示出了会聚部段114的内表面部分262，所述内表面部分在退出口110的上游处间隔开并且形成具有半角θ₄和长度L₂的短斜面。当抽吸流从抽吸入口流出并且进入到混合腔压力室中时，该斜面用于减少抽吸流的再循环。θ₄可大于θ₃。在该退出口附近并且从所述退出口向下游延伸（例如，长度是动力喷嘴退出口的直径的数倍）的区域上的θ₃以及在退出口110上游的动力喷嘴的类似相邻长度上的θ₂在其径向位置和流率方面极大地影响径向速度分量。然后，考虑到任何其他几何状况，角度θ可被选择以进一步最小化部分262上游的损失。

示例性喷射器主体作为模块化组件（例如，机加工金属/合金部件202、204、206的模块化组件）被示出。然而，替代的一体结构也是可能的。模块化构造可易于优化用于意图操作状况的长度。例如，不同的中心主体部分204可结合给定上游和下游部段/部分202和206被使用。不同的中心部204可具有变化的会聚部段长度和/或混合部段长度和/或总长度，以提供期望流动属性和紧凑性。精密机加工的中心凸台（例如，圆形横截面）234的示例性构造可有助于确保部分204和206的精确径向对准，使得形成中心的局部中心轴线相对于额定/意图中心轴线500几乎不存在相对位移，所述中心凸台从下游部段206的上游表面235突出并且被接收在部段204的下游表面237的适配室236中。这种径向位移的示例性高公差最大是0.5mm。较低的公差是0.1mm、0.02mm以及最高公差为0.005mm。类似的公差可与动力喷嘴的径向位置相关联。在示例性构造中，在部段202和204之间提供类似的凸台-室接合是不切实际的。因此，借助两个或更多个销240（例如，倒圆不锈钢）来确保径向定位，这些销的相应第一端部部分和第二端部部分被接收在部段202和204的从相应下游表面243和上游表面244延伸的相应室（孔）242中。

借助选择用于上游主体部分202的不同长度或借助在动力喷嘴与腔232的底部之间的一个或多个合适隔块248，可将动力喷嘴的轴向位置设定到期望值。示例性动力喷嘴并不是刚性地轴向固定到主体部202。而是，喷嘴的精密杆部分250被容纳在轴向孔220中，以合适地提供精确径向定位。腔232中的压力将喷嘴222向上游驱动，使得喷嘴的肩部252抵靠腔的底部（直接地或借助一个或多个隔块），以提供期望轴向定位。

可存在多于一个或甚至多于两个的次入口。图4示出了具有一对直径上对置的次入口通路218（218A和218B）的喷射器300，这些次入口通路由相关联的孔和配件形成，其他方面与图3的类似。为了便于说明，分开取名次入口（42A和42B）、通路（218A和218B）、通路终端部分（230A和230B）及它们的相关联轴线（502A和502B）的仅单独A和B示例。其他变形涉及围绕该轴线均匀角度地隔开的更大数量的这种通路。这种构造与图3的构造相比可提供一个或多个优点。例如，可存在围绕主/动力流的次/抽吸流的更均匀周向分布。这可导致改善的混合以及改善的效率和/或允许减少的轴向长度的某种组合。

在示例性总系统构造中，来自排热热交换器的流可被分流（例如，借助未示出的Y形配件），以单独地给料两个次通路。

图5示出了喷射器400，其中，通路218'A、218'B的终端部分以一角度到相关联的上游部分，这是因为次通路中心线可弯曲或可具有急剧角度变化。示例性终端部分由终端部分412形成，所述终端部分412延伸到替代次配件的弯曲/曲线管道410A、410B的端部414，并且延伸到腔232中。在将动力喷嘴和主体部的组件安装到彼此之前，示例性金属管道410A、410B或组件的部分可从该腔内部被插入。

图6示出了具有相对延长的配件226''的喷射器600，所述配件226''穿透/突出到腔232中。示例性配件下游/出口端部227''相对于相关联的轴线502处于直角，并且它们的中心限定位置518''。

喷射器及相关联的蒸汽压缩系统可利用适于具体意图用途的常规技术由常规材料和部件制成。控制还可借助常规方法来实现。虽然示例性喷射器被示出为省除了控制针，但是可添加这种针和致动器。

虽然在上文详细地描述了实施方式，但是这种说明并不旨在限制本公开内容的范围。将理解的是，可作出各种改进而不偏离本公开内容的精神和范围。例如，当在现有系统的再制造或现有系统构造的重构中实施时，现有构造的细节可影响或规定任何具体实施的细节。因此，其他实施方式落入下述权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种喷射器（200; 300; 400; 600），所述喷射器包括：

主入口（40）；

次入口（42）；

出口（44）；

从所述主入口至所述出口的主流路；

从所述次入口至所述出口的次流路；

位于所述次入口下游的混合器会聚部段（114）；以及

动力喷嘴（222），所述动力喷嘴围绕在与所述次流路的结合部上游的所述主流路并且具有退出口（110）；

其中：

次入口通路（218; 218A, 218B; 218'A , 218'B; 218''A, 218''B）具有终端部分，所述终端部分取向成以不平行于所述主流路的局部方向的小于75°的角度（θ）沿所述次流路排出次流。

2.根据权利要求1所述的喷射器（200; 300; 600），其中：

所述动力喷嘴被安装在第一孔中；以及

所述次入口通路至少部分地由安装在第二孔中的配件限定。

3.根据权利要求2所述的喷射器（600），其中：

所述配件突出到围绕所述动力喷嘴的腔（232）中。

4.根据权利要求2所述的喷射器，其中：

所述第二孔处于不垂直于所述第一孔的30-60°。

5.根据权利要求1所述的喷射器，其中：

所述终端部分的出口的中心处于距离所述动力喷嘴的轴线（500）半径（R₁）处，并且相对于所述动力喷嘴的所述退出口（110）轴向凹入距离（L₁），以及其中，L₁小于40mm并且R₁小于45mm。

6.根据权利要求1所述的喷射器，其中：

所述角度是35-55°。

7.根据权利要求1所述的喷射器（300; 400; 600），其中：

存在至少两个所述次入口通路（218A, 218B; 218'A, 218'B; 218''A, 218''B）。

8.根据权利要求1所述的喷射器，还包括：

针（132），所述针安装成沿所述主流路在第一位置和第二位置之间往复运动；以及

针致动器（134），所述针致动器联接到所述针，以驱动所述针相对于所述动力喷嘴的所述运动。

9.根据权利要求1所述的喷射器，其中：

外部构件包括多个部段的端部对端部的轴向组件。

10.根据权利要求9所述的喷射器，其中，所述部段包括：

至少部分地围绕所述动力喷嘴的上游部段（202）；

一个或多个中间部段（204），所述中间部段至少部分地限定会聚部分（214）和混合部分（216）；以及

至少一个下游部段（206），所述下游部段至少部分地限定扩散部分（118）。

11.根据权利要求10所述的喷射器，其中：

至少两个所述部段（204, 206）的接口包括一个部段的凸台突出到另一部段的室中。

12.一种蒸汽压缩系统，所述蒸汽压缩系统包括：

压缩机（22）；

排热热交换器（30），所述排热热交换器联接到所述压缩机，以接收由所述压缩机压缩的制冷剂；

权利要求1所述的喷射器（200; 300; 400; 600）；

吸热热交换器（64）；以及

分离器（48），所述分离器包括：

       入口（50），所述入口联接到所述喷射器的所述出口以从所述喷射器接收制冷剂；

       气体出口（54）；以及

       液体出口（52）。

13.一种用于操作权利要求12的系统的方法，所述方法包括：

在压缩机中压缩制冷剂；

在排热热交换器中从被压缩的制冷剂排热；

将制冷剂流传送通过主喷射器入口；以及

将制冷剂的次流传送通过次入口，以与所述主流汇合。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述制冷剂包括按重量计至少50%的CO₂。

15.一种喷射器，所述喷射器包括：

主入口（40）；

次入口（42）；

出口（44）；

从所述主入口至所述出口的主流路；

从所述次入口至所述出口的次流路；

位于所述次入口下游的会聚部段（114）；

动力喷嘴（222），所述动力喷嘴围绕在与所述次流路的结合部上游的所述主流路并且具有：

       喉部（106）；和

       退出口（110）；以及

用于有效地促进所述次流混合到所述主流中的机构。

16.根据权利要求15所述的喷射器，其中：

所述机构包括次通路的从所述次入口不径向地指向的终端部分。

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