CN113203216A - 用于热回收或功回收系统的喷射器和热回收或功回收系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例，提供了一种用于热回收或功回收系统的喷射器和热回收或功回收系统。所述喷射器包括：高压流体通道；吸入流体通道；分别与高压流体通道和吸入流体通道流体连通的混合室；以及所述混合室下游的扩散室，所述扩散室具有围绕所述扩散室的扩散室壁；其中，所述扩散室壁具有第一位置和沿流体流动方向处于所述第一位置下游的第二位置，所述第一位置具有第一扩散角，所述第二位置具有小于所述第一扩散角的第二扩散角。根据本发明的实施例的喷射器可充分恢复流体的压力并抑制流分离的出现。

Description

用于热回收或功回收系统的喷射器和热回收或功回收系统
技术领域
本发明涉及热回收(heat recovery)或功回收(work recovery)系统领域，更具体地，本发明涉及一种用于热回收或功回收系统的喷射器以及具有该类喷射器的热回收或功回收系统。
背景技术
商用的热回收或功回收系统中，尤其是需要大压差的系统使用喷射器来提高效率。喷射器一般借助高压流体对吸入流体加压，并将混合流体提供至压缩机入口，由此提高压缩机入口流体的压力，从而降低对压缩机能力的需求，提高系统的效率。
喷射器通常包括高压流体喷嘴以将高压流体转换成高动量流体，吸入流体随高动量流体而被吸入并在混合室与高动量流体混合，随后在扩散室中扩散以增加流体的压力并随后供应至压缩机。扩散室的壁具有扩散角，扩散角的设计需考虑有效回收压力和避免产生流分离。另一方面，喷射器尤其是扩散室的长度受到实际应用场景的限制。
发明内容
本发明的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。
根据一方面，提供了一种用于热回收或功回收系统的喷射器，所述喷射器包括：
高压流体通道；
吸入流体通道；
分别与高压流体通道和吸入流体通道流体连通的混合室；以及
所述混合室下游的扩散室，所述扩散室具有围绕所述扩散室的扩散室壁；
其中，所述扩散室壁具有第一位置和沿流体流动方向处于所述第一位置下游的第二位置，所述第一位置具有第一扩散角，所述第二位置具有小于所述第一扩散角的第二扩散角。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述第二扩散角为正值或负值。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述第一扩散角在3°至10°之间，所述第二扩散角的绝对值大于或等于0°且小于所述第一扩散角的绝对值。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述扩散室壁包括第一区段和第二区段，所述第一区段中具有恒定的扩散角，所述第一位置取自所述第一区段，所述第二区段中具有恒定的扩散角，所述第二位置取自所述第二区段。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述第一区段和所述第二区段邻接。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述扩散室壁包括具有渐小的扩散角的弧形区段，所述第一位置和所述第二位置均取自所述弧形区段。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述扩散室壁由具有恒定的扩散角的第一区段和具有恒定的扩散角的第二区段组成，或者，所述扩散室壁由具有渐小的扩散角的弧形区段组成。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述扩散室的长度D2在0.8D1至3D1的范围中，所述D1为混合室长度。
可选地，在所述喷射器的实施例中，所述高压流体通道包括：高压流体入口和高压流体喷嘴，所述高压流体喷嘴依次包括收缩段，喉部，扩散段和高压流体出口，所述高压流体出口面向所述混合室；所述吸入流体通道包括吸入流体入口以及围绕所述高压流体喷嘴的吸入室，所述吸入室与所述混合室连通并且所述吸入室与所述混合室之间具有呈渐缩结构的过渡段。
另一方面，提供了一种热回收或功回收系统，所述热回收或功回收系统包括根据各个实施例所述的喷射器。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的功回收系统的示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的喷射器的结构示意图；
图3示出了根据本发明的另一个实施例的喷射器的结构示意图；
图4示出了单一角度喷射器和根据本发明的实施例的喷射器的仿真模拟压力对比图；以及
图5示出了单一角度喷射器和根据本发明的实施例的喷射器的仿真模拟速度对比图。
具体实施方式
参考图1来介绍一个应用根据本发明的实施例的喷射器的功回收系统，例如，以其可为制冷设备为例。功回收系统可包括：压缩机83，压缩机83的出口与其下游的冷凝器82入口连接，冷凝器82出口与喷射器80的高压流体入口11连接。另一方面，喷射器80的流体出口43与分离器84连接。由喷射器80的流体出口43流出的流体在分离器中分离，其中气相返回至压缩机83的入口而液相经过阀85和蒸发器86后来到喷射器80的吸入流体入口21。在所示的实施例中，喷射器80用于如图1所示的功回收系统，在备选实施例中，喷射器80也可应用于其他类型的更为复杂的功回收系统中，此外，喷射器80也可应用于热回收系统中，例如包括发电机的热回收系统。在所示实施例中，功回收系统仅包括一个喷射器，在备选实施例中，系统可包括多个喷射器。因此，根据各个实施例的喷射器可应用于各种类型的热回收或功回收系统中。
继续参考图2来介绍根据本发明的一个实施例的喷射器。喷射器包括：高压流体通道1；吸入流体通道2；分别与高压流体通道1和吸入流体通道2流体连通的混合室3；以及混合室3下游的扩散室4。在一些实施例中，高压流体通道1包括：高压流体入口11和高压流体喷嘴，所述高压流体喷嘴依次包括收缩段13，喉部14和扩散段15和高压流体出口16，高压流体出口16面向混合室3。在一些实施例中，吸入流体通道2包括吸入流体入口21以及围绕高压流体喷嘴的吸入室22，吸入室22与混合室3连通。在一些实施例中，吸入室22和混合室3之间的过渡段23呈渐缩结构。在一些实施例中，混合室3可为具有等截面积的圆筒形形状，在其中，通过高压流体通道1进入的高压流体与通过吸入流体通道2吸入的吸入流体充分混合，以形成亚音速的流体，该流体在扩散室4中扩散以将其中的动能恢复成压力，从而形成中压流体来提供到例如压缩机入口。在扩散室4的设计中，扩散角需保证流体压力的充分恢复，另一方面，扩散角也不能过大而引起流动分离，其将导致局部湍流和流体能量损失。此外，扩散室4的长度受到实际应用环境的限制，如热回收或功回收系统或装置的尺寸等。因此，期望的是提供一种能够充分恢复流体压力且尽可能紧凑的喷射器。
在本发明的设计中，扩散室4具有围绕所述扩散室的扩散室壁，其中，扩散室壁具有第一位置A和沿流体流动方向处于第一位置A下游的第二位置B，第一位置A具有第一扩散角α，第二位置具有小于第一扩散角α的第二扩散角β。应当理解，在说明书和权利要求书中，扩散壁中某一位置的扩散角指的是例如在图2或图3所示截面中，该位置处的切线与扩散室的中心线方向所呈的夹角。
在如图2所示的实施例中，扩散室壁由第一区段41和第二区段42组成。第一区段41中具有恒定的扩散角，其形状大致呈沿流体方向渐扩的锥形，第一位置A取自第一区段41。第二区段42中具有恒定的扩散角，第二位置取自所述第二区段42。因此，第一区段41的各处的扩散角的数值均与第一扩散角α相等，第二区段42中各处的扩散角的数值均与第二扩散角β相等。在一些实施例中，第一扩散角α为正值，例如在3°至10°的范围之内，例如在3°至6°的范围中，或例如在3°至4.5°的范围中，或者第一扩散角α可为3°，4.5°，6°或3°至4.5°的范围中，或4.5°至6°的范围中。在一些实施例中，第二区段的扩散角β可为正值或负值，其中，正值代表扩散室壁以该角度渐扩，负值则指扩散室壁以该角度渐缩。在图2所示的实施例中，第二区段42以第二扩散角β的角度值渐缩，也即，第二扩散角β为负值。在备选实施例中，第二扩散角β也可为正值，即扩散室壁在该第二区段42中以不同于第一扩散角α的第二扩散角β的数值渐扩。在一些实施例中，第二扩散角β的绝对值可在大于等于0°且小于第一扩散角α的范围中。在图2所示的实施例中，扩散室壁由各自具有不同的扩散角的第一区段41和第二区段42组成，在备选实施例中，扩散室壁可具有更多的区段，例如可具有沿流体流动方向处于第二区段下游的第三区段，第三区段也为具有一致扩散角的区段，并且其具有小于第二扩散角的第三扩散角，或者第三区段可为弧形区段等等。
在一些实施例中，第一区段41和第二区段42可直接邻接，在备选实施例中，第一区段41和第二区段42之间可由其它区段间隔开，例如它们之间可具有中间区段，中间区段可例如为具有0°的扩散角的区段。如图2所示，可将扩散室壁在入口(A处)与出口(C处)的连线与中心线方向所呈的角度γ称为扩散室4的净扩散角γ。在一些实施例中，第一扩散角α和第二扩散角β的绝对值均可大于净扩散角γ。在一些实施例中，第一扩散角α和第二扩散角β的绝对值中的一者可大于净扩散角γ，而另一者则小于净扩散角γ。
继续参考图3，其示出了根据本发明的喷射器的另一个实施例中。在该实施例中，与之前实施例中相同的结构不再重复。在此实施例中，扩散室壁包括具有渐小扩散角的弧形区段，第一位置A和第二位置B取自该弧形区段。在第一位置A处，第一扩散角α为位置A处的切线L1与代表中心线方向的L4之间的夹角，而在第二位置B处，第二扩散角β为位置B处的切线L2与与代表中心线方向的L5之间的夹角。此外，扩散室入口(A处)与扩散室出口(C处)的连线L3与代表中心线方向的L4之间的夹角γ可称为净扩散角。具有渐小扩散角的弧形区段指的是在该弧形区段中，任一位置处的扩散角均大于其下游的任一点位置处的扩散角。在图3所示的实施例中，扩散室壁完全由具有渐小扩散角的弧形区段组成，在备选实施例中，扩散室壁可具有其他区段，例如如图2中那样的带有一定扩散角的直区段或其他类型的弧形区段等。在一些实施例中，扩散室的长度D2在0.8D1至3D1的范围中，其中D1为混合室的长度，在备选实施例中，扩散室的长度D2可在0.8D1至2D1的范围中，或在0.8D1至1.5D1的范围中，或在0.8D1至1.2D1的范围中。在一些实施例中，扩散室长度D2小于混合室长度D1，例如在0.7D1至0.9D1的范围中，或在0.8至0.9D1的范围内。
继续参考图4和图5，示出了根据本发明的实施例的喷射器与常规喷射器的压力和流速的模拟对比图。在图4中，上图为具有恒定的3°扩散角的扩散室，下图为根据本发明的实施例的扩散室，其具有4.5°的扩散角的第一区段和3°扩散角的第二区段，图中颜色越深则表示压力越大。从图中可见，F点和G点为等压力点，由此可见，根据本发明的实施例的扩散室可在更短长度内恢复至相同压力。换一个角度来说，根据本发明的实施例的扩散室在相同长度的扩散区的情况下可使流体的压力更充分地恢复。图5中上图示出了具有一致的3°扩散角的扩散室，下图为根据本发明的实施例的扩散室，其具有4.5°的扩散角的第一区段和3°扩散角的第二区段，图中颜色较深则代表速度越慢。从图中可见，根据本发明的实施例的扩散室在相同长度的扩散区的情况下可获得速度更低的流体(即压力更大)。因此，通过本发明的实施例的扩散室可通过接近入口区的较大扩散角的区段来更充分地恢复压力，并通过后续区段来防止流分离，可在较短距离内充分恢复压力，由此适应更紧凑的使用环境。
此外，本发明的实施例还提供了一种热回收或功回收系统，其包括根据本发明的各个实施例的喷射器。
以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本发明的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本发明的原理更容易理解。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本发明进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括：
高压流体通道；
吸入流体通道；
分别与高压流体通道和吸入流体通道流体连通的混合室；以及
所述混合室下游的扩散室，所述扩散室具有围绕所述扩散室的扩散室壁；
其中，所述扩散室壁具有第一位置和沿流体流动方向处于所述第一位置下游的第二位置，所述第一位置具有第一扩散角，所述第二位置具有小于所述第一扩散角的第二扩散角。
2.根据权利要求1所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述第二扩散角为正值或负值。
3.根据权利要求2所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述第一扩散角在3°至10°之间，所述第二扩散角的绝对值大于或等于0°且小于所述第一扩散角的绝对值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述扩散室壁包括第一区段和第二区段，所述第一区段中具有恒定的扩散角，所述第一位置取自所述第一区段，所述第二区段中具有恒定的扩散角，所述第二位置取自所述第二区段。
5.根据权利要求4所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述第一区段和所述第二区段邻接。
6.根据权利要求1所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述扩散室壁包括具有渐小的扩散角的弧形区段，所述第一位置和所述第二位置均取自所述弧形区段。
7.根据权利要求1所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述扩散室壁由具有恒定的扩散角的第一区段和具有恒定的扩散角的第二区段组成，或者，所述扩散室壁由具有渐小的扩散角的弧形区段组成。
8.根据权利要求1所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述扩散室的长度D2在0.8D1至3D1的范围中，所述D1为混合室长度。
9.根据权利要求1所述的用于热回收或功回收系统的喷射器，其特征在于，所述高压流体通道包括：高压流体入口和高压流体喷嘴，所述高压流体喷嘴依次包括收缩段，喉部，扩散段和高压流体出口，所述高压流体出口面向所述混合室；所述吸入流体通道包括吸入流体入口以及围绕所述高压流体喷嘴的吸入室，所述吸入室与所述混合室连通并且所述吸入室与所述混合室之间具有呈渐缩结构的过渡段。
10.一种热回收或功回收系统，其特征在于，所述热回收或功回收系统包括如权利要求1-9中任一项所述的喷射器。
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