CN103562659A - 喷射器及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种喷射器(200；400；600；700；800)，具有壳体(202)和插入件。壳体具有上游端(206)和下游端(208)和分支(220)。主流路从上游端延伸，以及次流路穿过分支加入主流路。插入件(204；402)在壳体内，并从上游端(250)延伸至下游端(252)。插入件具有带入口和出口的主动喷嘴(240)。混合器(242)至少部分地位于主动喷嘴的下游。设置一个或多个通路(304)，使得次流路延伸穿过分支和所述一个或多个通路加入主流路，插入件的至少一部分相比壳体的材料是较低结实性材料。

Description

喷射器及制造方法

相关申请的交叉引用

要求于2011年5月23日提交的、并且题目为“喷射器及制造方法”的美国专利申请No.61／489,035的益处，其公开内容通过引用全文结合到本文中，就如在本文详细阐述一样。

背景技术

本发明涉及制冷。更具体地，本发明涉及喷射器制冷系统。

在US1836318和US3277660中发现了用于喷射器制冷系统的早期提议。图1示出了喷射器制冷系统20的一个基础示例。该系统包括具有入口(吸入端口)24和出口(排出端口)26的压缩机22。压缩机和其它系统组件沿着制冷剂回路或流路27设置，并通过各种管道(管线)连接。排出管线28从出口26延伸到热交换器(在系统操作的正常模式下的排热热交换器(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(液体或超临界相或两相入口)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。吸入管线56从气体出口54延伸到压缩机吸入端口24。管线28、36、46、56和其之间的组件限定了制冷剂回路27的主环路60。制冷剂回路27的次环路62包括热交换器64(在正常操作模式下为吸热热交换器(例如，蒸发器))。蒸发器64包括沿着次环路62的入口66和出口68。膨胀装置70定位在管线72上，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。

在正常操作模式下，气态制冷剂通过吸入管线56和入口24由压缩机22吸入，并且被压缩并从排出端口26排入到排出管线28中。在排热热交换器中，制冷剂向传热流体(例如，风扇强制的空气或水或其它液体)丢出／排出热量。被冷却的制冷剂通过出口34离开排热热交换器，并通过管线36进入喷射器主入口40。

示例性的喷射器38(图2)由嵌套在外部构件102内的主动(主)喷嘴100组合形成。主入口40是主动喷嘴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，并且然后流入主动喷嘴100的收敛部段104。它随后通过喉部段106和膨胀(发散)部段108流动通过主动喷嘴100的出口(退出口)110。主动喷嘴100使流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。通过主动喷嘴造成主流的压力降低有助于将次流112吸入到外部构件中。外部构件包括具有收敛部段114和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下游的发散部段或扩散器118。主动喷嘴出口110位于收敛部段114内。当流103离开出口110时，它开始与流112混合，并通过提供混合区的混合部段116发生进一步的混合。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，在退出口处合并。在操作中，主流103在进入喷射器时通常可以是超临界，并且离开主动喷嘴时通常可以是次临界。次流112在进入次入口端口42时是气态(或气体与较小量液体的混合物)。所产生的合并流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为混合物。在进入分离器时，流120被分离回到流103和流112中。流103作为气体通过如上文所述的压缩机吸入管线。流112作为液体流到膨胀阀70。流112可通过阀70膨胀(例如，膨胀到低质量(具有少量蒸汽的两相))，并进入蒸发器64。在蒸发器64内，制冷剂从传热流体(例如，从风扇强制的空气流或水或其它液体)吸收热量，并作为前述气体从出口68排到管线74。

使用喷射器用于恢复压力／功。从膨胀过程中回收的功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，对于一个给定的期望蒸发器压力，压缩机的压力比(以及因此功耗)可减小。进入蒸发器的制冷剂质量也会降低。因此，单位质量流量的制冷效果可以增加(相对于非喷射器系统)。进入蒸发器的流体的分布得到改善(从而提高蒸发器性能)。由于蒸发器不直接向压缩机供给，因此不需要蒸发器产生过热的制冷剂流出流。因此，使用喷射器循环可允许减少或消除蒸发器的过热区。这可允许蒸发器在两相状态下操作，其提供了更高的传热性能(例如，在给定的容量下，便于蒸发器尺寸的减小)。

示例性的喷射器可以是固定几何形状的喷射器，或者可以是可控制的喷射器。图2示出了由具有针132和致动器134的针阀130提供的可控性。致动器134将针的尖端部136移入和移出主动喷嘴100的喉部段106，以调制通过主动喷嘴的流，并且进而调节经过整个喷射器的流。示例性的致动器134是电的(例如，螺线管或类似的)。致动器134可与控制器140联接，并由控制器140控制，控制器140可接收来自输入设备142(例如，开关、键盘或类似的)和传感器(未示出)的用户输入。控制器140可通过控制线144(例如，有线或无线通信路径)与致动器和其它可控制的系统组件(例如，阀、压缩机电机等)联接。控制器可包括下述中的一个或多个：处理器、存储器(例如，用于存储由处理器实施的程序信息以执行操作方法，并且用于存储由程序使用或生成的数据)、以及用于与输入／输出设备和可控制的系统组件对接的硬件接口设备(例如，端口)。

发明内容

本发明的一个方面涉及喷射器，其具有壳体和插入件。该壳体具有上游端和下游端和分支。主流路从上游端延伸，以及次流路穿过分支加入主流路。插入件插在壳体内，并从上游端延伸到下游端。插入件具有主动喷嘴，该主动喷嘴具有入口和出口。混合器至少部分地位于主动喷嘴的下游。设置一个或多个通路，使得次流路延伸穿过分支，并穿过该一个或多个通路加入主流路，插入件的至少一部分相比壳体的材料是较低结实性材料。

在各种实施方式中，插入件可进一步包括径向向外开口的通道，其通到分支。一个或多个通路可从通道延伸，使得次流路延伸穿过分支进入通道中，并穿过一个或多个通路加入主流路。该一个或多个通路可包括多个通路的环形阵列。插入件基本上可以是一体形成为单个零件(例如，忽略密封件、密封剂、粘合剂、涂层等)。单个零件可包括铸件。插入件可选择地基本上由两个零件组成：形成主动喷嘴的第一零件；和形成混合器和一个或多个通路的第二零件。

针可被安装成沿着主流路在第一位置和第二位置之间往复运动。针致动器可与针联接，以驱动针相对于主动喷嘴的运动。

本发明的其他方面涉及制冷系统，该制冷系统具有压缩机、联接到压缩机以接收由压缩机压缩的制冷剂的排热热交换器、吸热热交换器、分离器和这样的喷射器。分离器的入口可联接到喷射器的出口，以接收来自喷射器的制冷剂。

在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。通过说明书和附图以及通过权利要求，其它特征、目的和优点将是很明显的。

附图说明

图1是现有技术的喷射器制冷系统的示意图。

图2是现有技术的喷射器的轴向剖视图。

图3是喷射器的轴向剖视图。

图4是图3喷射器的插入件的轴向剖视图。

图5是第二喷射器的轴向剖视图。

图6是第三喷射器的轴向剖视图。

图7是第四喷射器的轴向剖视图。

图8是第五喷射器的轴向剖视图。

各图中相同的标号和标记表示相同的元件。

具体实施方式

图3示出了喷射器200，其包括壳体202和在壳体内的插入件204。壳体从形成主(主动流)入口的上游端206延伸到形成主(合并流)出口的下游端208。示例性的壳体可为喷射器提供足够的结构完整性以承受压力差。因此，示例性的壳体包括主金属管或管道210(例如，不锈钢)，在上游和下游端206和208之间延伸并共用它们。该管道具有内部(内径)(ID)表面212和外部(外径)(OD)表面214。管道210具有中心纵向轴线500。该壳体还包括横向于管道的分支220。示例性的分支由T形接头223(例如，也是不锈钢)的分支管222形成。T形接头具有头部224，管道210插入通过该头部224。插入后，T形接头和管道可被焊接或钎焊到彼此。管道210具有侧向孔230，通到分支管222。分支管222沿着吸入流路从分支管的上游端226延伸到分支管的下游端228。在替代的实施方式中，分支管可以是在端部208直接焊接到管道210(例如，在钻孔230之前)的管／管道。图6示出了这样一个替代的喷射器600，其具有大的结构焊接点602，将分支管222作为短接头或凸台固定到管道210上。

插入件204限定主动喷嘴240、混合器242和扩散器244。插入件的使用允许足够的制造灵活性。例如，它允许用于插入件的材料和技术可以没有有效地生产足够结实的一件式喷嘴以承受操作压力(但是更结实的材料用于壳体(例如，更结实的、更坚硬的、更坚韧的、更耐磨的等和很可能更大密度的)。它还提供了定制和优化的机会。插入件的制作可通过各种所谓的快速原型法或3D打印技术，如那些涉及陶瓷、金属和／或聚合物材料的激光烧结，或那些涉及环氧树脂或其它聚合物材料的激光固化。替代技术包括金属铸造(例如，相对的轻金属如铝)，或非金属材料如塑料的成型(例如，PVC注塑成型)。插入件的使用还可提供整体重量的减少，其可以与运输制冷系统特别相关。插入件或它的零件之一可主要由较低结实性材料构成，或者较低结实性材料可制成插入件的在质量或体积上的主要部分。

示例性的插入件从上游端250延伸到下游端252，并具有外径表面254。受下文所述的凹槽等的影响，示例性的外径表面254可以是圆柱形，具有足够公以紧贴地滑入管道210。

上游端包括主动喷嘴的入口260。下游端包括合并出口262。示例性的主动喷嘴包括横截面相对恒定的上游部分266，接着是收敛部分268、喉部270、发散部分272和退出口280。示例性的退出口280容纳在混合器的收敛部分290内，其进而延伸至直部分292，并且然后至扩散器244。

次入口压力室300在收敛部段290的上游端处包围主动喷嘴。在示例性的实施方式中，具有环形通道302，在端口230处通过插入件的外径表面，以便与次流路连通。通路304的环形阵列在通道的底部和压力室300的内部的外表面之间延伸。因此，吸入流可从分支管222进入，流过端口230进入通道302中，通过通路304进入压力室300中，并向下游流入混合器中，以与主动流相混合。

为了将插入件密封到壳体上，示例性的喷射器具有上游密封件(例如，聚合物／弹性体O形环)320和下游密封件(例如，聚合物／弹性体O形环)322。示例性的O形环320和322被截获在位于管道的内径表面212和插入件的外径表面254中的互补通道的关联对中。

为了保持插入件轴向就位，插入件的上游和下游端的周边邻接位于管道的内径表面中的关联通道中的对应固定夹(例如，C形固定夹)330，332。静摩擦力或静态阻力(stiction)(例如，一方面在插入件和O形环之间，以及另一方面在管道和O形环之间)可提供所需的有限力，以旋转地保持插入件阻止围绕轴线500旋转。替代的轴向保持／固定装置包括一个或多个固定螺钉(例如，拧入插入件和管道之一中，并压靠另一个)或一个或多个销(例如，在插入件和管道之一或二者中的孔中)。这样的固定螺钉或销可附加地保持插入件阻止围绕轴线500旋转。

在入口端206、出口端208和分支管入口端226处，壳体可通过适当的管管／管接头和／或连接技术与图1系统中的相应管连接。

示例性的外径表面254，除了所述通道，是围绕轴线500的圆柱状。替代实施方式可移除/除去材料以离开该表面，(例如，留下轴向肋，或如图7所示，在插入件喷射器700中的圆形支承凸缘702)。

图5示出了一种替代喷嘴400，使用与喷射器200的外壳类似的壳体，但具有由两个主要零件形成的插入件402。插入件402包括主体零件404，其形成次入口压力室和混合室与扩散器的外部边界；而主动喷嘴插入件406形成主动喷嘴。该示例性配置允许更大的制造灵活性和对用于特有部件的材料和制造技术的优化。例如，相比于压力室、混合部和扩散器，它允许将更结实的材料和／或更精确的制造技术应用于主动喷嘴(其可承受较高的流速，并需要更高的精度)，压力室、混合部和扩散器需要相对低的精度并承受较低的流速和侵蚀。全部尺寸可以基本上与图3的实施方式的全部尺寸相同。插入件406包括形成在插入件组件上游端的凸缘410。凸缘的下侧邻接抵靠主零件404的上游端，并且零件406的肩部安装在零件404上游端处的开口内以对准主动喷嘴。零件404的示例性的上游开口包括沿压力室延伸至收敛部段的轴向表面。这使得第一零件404的制造相对容易。以举例的方式，主体零件404可通过快速原型技术、铸造技术或上述和相关材料的模制技术来形成，而主动喷嘴插入件406由不锈钢加工而成。

图8示出了喷射器800，在次入口压力室和混合器的直部段之间具有连续弯曲的过渡部分802。这样的弯曲过渡部分可通过上述3D打印和可选择的激光烧结类型工艺相对容易制造，不需要定制的工具，该定制的工具可能是加工类似轮廓所必需的。

在变体中，管道端部206和208可以不形成壳体的入口和出口。例如，入口或出口可以由类似接头223的T形接头的分支管形成，相邻的上游或下游管道端可被盖住或堵住。其他的变化可在一个或两个管道端部处放置肘部。其他的变体是可能的，其中壳体主要不是包括管(例如，加工的壳体)。虽然没有示出针，但可包括控制针连同常规致动器等。

虽然上面详细描述了实施方式，但这样的描述不用于限制本发明公开的范围。将理解的是可以进行各种修改而不脱离本发明公开的精神和范围。例如，使用喷射器的特定制冷系统的细节，可以影响任何特定实施方式的细节。因此，其它实施方式都在下面的权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种喷射器(200；400；600；700；800)，其包括：

壳体(202)，其具有上游端(206)和下游端(208)和分支(220)，主流路从所述上游端延伸，并且次流路穿过所述分支加入所述主流路；

位于所述壳体内的插入件(204；402；704)，所述插入件从上游端(250)延伸到下游端(252)，并包括：

具有入口和出口的主动喷嘴(240)；

混合器(242)，其至少部分地位于所述主动喷嘴的下游；

一个或多个通路(304)，其定位成使得所述次流路延伸穿过所述分支和所述一个或多个通路加入所述主流路，所述插入件的至少一部分相比所述壳体的材料是较低结实性材料。

2.根据权利要求1所述的喷射器(200；400；600；700；800)，其中：

所述插入件还包括沿径向向外开口的通道(302)，其通到所述分支；以及

所述一个或多个通路(304)从所述通道延伸，使得所述次流路延伸穿过所述分支进入所述通道，并且穿过所述一个或多个通路加入所述主流路。

3.根据权利要求2所述的喷射器(200；400；600；700；800)，其中：

所述一个或多个通路包括多个通路的环向阵列。

4.根据权利要求1所述的喷射器(200；400；600；700；800)，其中：

相对于所述较低结实性材料，壳体的所述材料具有更大密度、更结实，更硬、更坚韧和更耐磨中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的喷射器(200；600；700；800)，其中：

所述插入件基本上一体形成为单个零件。

6.根据权利要求5所述的喷射器(200；600；700；800)，其中：

所述单个零件包括铸件。

7.根据权利要求1所述的喷射器(400)，其中：

所述插入件基本由下述零件构成：

形成主动喷嘴的第一零件(406)；和

形成所述混合器和所述一个或多个通路的第二零件(404)。

8.根据权利要求7所述的喷射器(400)，其中：

所述第一零件包括铸造或机加工的第一金属件；和

所述第二零件包括非金属构件或第二金属件。

9.根据权利要求1所述的喷射器(200；400)，其中：

所述壳体包括不锈钢主管(210)和形成所述分支的T形接头(223)。

10.根据权利要求9所述的喷射器(200、400)，其中：

所述壳体上游端(206)和壳体下游端(208)是所述不锈钢主管(210)的相应端部。

11.根据权利要求1所述的喷射器(200；400；600；700；800)，还包括：

上游保持环(330)，其接合所述插入件的上游端，并且被壳体内表面中的上游环形通道截获；和

下游保持环(332)，其接合所述插入件的下游端，并且被截获在所述壳体内表面中的下游环形通道中。

12.根据权利要求1所述的喷射器(200；400；600；700；800)，其中：

所述插入件包括一个或多个沿径向向外开口的密封件通道；和

一个或多个密封件(320，322)，所述密封件被所述一个或多个沿径向向外开口的密封件通道的对应密封件通道至少部分截获。

13.根据权利要求1所述的喷射器(200；400；600；700；800)，其中：

除了所述一个或多个通路，所述插入件的流接触进入端口围绕中心纵向轴线(500)旋转对称。

14.根据权利要求1所述的喷射器(200；400；600；700；800)，其中：

所述主动喷嘴是收敛-发散形喷嘴；和

所述混合器包括收敛部分(290)，其至少部分地位于所述主动喷嘴的下游，以及所述插入件包括位于所述收敛部分下游的发散的扩散器部分(244)。

15.一种蒸汽压缩系统，其包括：

压缩机(22)；

排热热交换器(30)，其联接到所述压缩机以接收由所述压缩机压缩的制冷剂；

根据权利要求1所述的喷射器(200；400；600；700；800)；

吸热热交换器(64)；和

分离器(48)，其具有：

入口(50)，其联接到所述喷射器的出口，以接收来自喷射器的制冷剂；

气体出口(54)；和

液体出口(52)。

16.一种用于操作根据权利要求15所述系统的方法，所述方法包括：

在所述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出热量；

使所述制冷剂的流通过主喷射器入口；和

使所述制冷剂的次流通过次入口，以与主流合并。

17.根据权利要求16的方法，其中：

所述制冷剂包含按重量计至少50％的CO₂。

18.一种用于组装根据权利要求1所述喷射器的方法，所述方法包括：

提供所述壳体；和

将所述插入件插入所述壳体中。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述插入件作为单元插入；和

在插入所述插入件之后，将保持环安装到壳体内表面中的环形通道。

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