CN1470821B - 带有节流可控喷嘴的喷射器和使用它的喷射循环 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷射器(40)，其包括具有喉部(41a)的喷嘴(41)；和针阀(44)，该针阀至少从喉部延伸至喷嘴的出口。针阀设置在喷嘴的轴向上以既调节喉部的开口程度又调节喷嘴的出口的开口程度。因此，即使当流入喷嘴的制冷剂流量变化时，通过适宜地调节喉部的开口程度和喷嘴的出口的开口程度能够防止垂直振动波产生。因此，不管制冷剂的流量的变化，能够提高喷嘴效率。

Description

带有节流可控喷嘴的喷射器和使用它的喷射循环

技术领域

本发明涉及一种带有节流可控喷嘴的喷射器和使用它的喷射循环，其中能够控制喉部和喷嘴的出口的两个开口程度。喷射器具有流体抽吸功能，用于通过携带高速喷射的传送流体来循环流体。

背景技术

在喷射循环中，吸入压缩机的制冷剂的压力通过在喷射器内把膨胀能转换成压力能而增加，由此减少了压缩机所消耗的动力。此外，制冷剂通过使用喷射器的抽吸功能而循环进入喷射循环的蒸发器中。然而，当喷射器的能量转换效率，即，喷射器效率减小时，抽吸至压缩机的制冷剂压力不能充分地被喷射器增加。在这种情况下，压缩机所消耗的动力不能令人满意地减小。另一方面，喷嘴的节流度(通道开口度)在喷射器中是固定的。因此，当流入喷嘴的制冷剂的数量变化时，喷嘴效率和喷射器效率根据制冷剂流量的变化而变化。其中，当喷嘴中的压能转化成速度能时，喷嘴效率是喷嘴的能量转换效率。

此外，根据本发明的发明人所做的实验，只要喷嘴的喉部的开口度简单变化，则垂直振动波在喉部和喷嘴的出口之间产生，并且制冷剂的压力在它们之间迅速变化。因此，在喷嘴的出口，流体(制冷剂)是处于亚音速的状态，并是过消耗状态的。因此，制冷剂在喷嘴中等熵状态不能减压，并且喷嘴效率可大大地降低。

发明内容

考虑上述问题，本发明的目的是提供一种喷射器，其无论制冷剂的流量大小能够充分地增加喷嘴效率。

本发明的另一个目的是提供一种使用此喷射器的喷射循环。

根据本发明，喷射器包括喷嘴和压力增加部分，所述喷嘴用于确定其中的通道，传送流体流过所述通道，在所述压力增加部分，流体通过带走从喷嘴喷出的传送流体喷射流而被抽吸并与从喷嘴喷射的传送流混合。在此喷射器中，喷嘴包括喉部，该喉部具有在喷嘴的通道上最小的横截面，并且设置调节部件以既调节喉部的开口度又调节喷嘴的出口的开口度。由于喉部的开口度和喷嘴的出口的开口度能够通过调节部件控制，因此即使当流入喷嘴的传送流体的流量变化时，仍能够有效地限制垂直振动波的产生。因此，能够防止引起超膨胀状态，在所述超膨胀状态，喷嘴的出口处的传送流体的流速成为亚音速。因此，无论流入喷嘴的传送流体的流量大小，喷嘴效率能够充分增加。

优选地，调节部件包括针阀，所述针阀至少从喉部延伸至喷嘴的出口。因此，喉部的开口度和喷嘴的出口的开口度都能够容易地同时被控制。通常，针阀设置成在喷嘴的轴向上能够移动，并且超出所述喷嘴的出口的端部。

本发明的喷射器能够适合用于喷射循环，所述喷射循环包括压缩机，其用于压缩和排出制冷剂；第一热交换器，其设置用于制冷从压缩机中排放的制冷剂；气-液分离器，其用于把制冷剂从喷射器分离成气体制冷剂和液体制冷剂，和第二热交换器，其设置用于蒸发气-液分离器中的液体制冷剂.在这种情况下，第一热交换中的制冷剂在喷嘴中被减压，并在蒸发器中被蒸发的制冷剂被抽吸至喷射器的压力增加部分.当在压力增加部分制冷剂的压力增加时，来自喷嘴的制冷剂和来自蒸发器的制冷剂在压力增加部分混合.因此，当喷嘴效率能够提高时，也能够进行喷射循环.

附图说明

本发明的其它目的和优点参照附图从下面的优选实施方案的详细描述中更容易看出，其中：

图1是说明根据本发明的优选实施方案的喷射循环的示意图；

图2A是说明根据此实施方案的喷射器的示意截面图；图2B时说明图2A的喷射器的喷嘴的一部分的示意放大图；

图3是说明在喷射循环中制冷剂压力和焓之间的关系的莫里尔曲线(p-h曲线)；

图4是解释对比例中的问题的视图；

图5是说明在本发明和对比例中喷嘴效率的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图将说明本发明的优选实施方案。

在实施方案中，喷射循环的喷射器典型地用做空调设备。图1所示的喷射循环中，碳氟化合物(fleon，134a)或二氧化碳等能够用做制冷剂。在喷射循环中，压缩机10通过从车辆发动机所获得的动力抽吸和压缩制冷剂。控制压缩机10的排放容量(排放量)以至于蒸发器30的温度或压力在预定范围内。设置散热器20以冷却从压缩机10中排放出的制冷剂。具体地，散热器20是高压热交换器，其在从压缩机10流出的制冷剂和外部空气之间进行热交换。

设置蒸发器30以蒸发液体制冷剂。具体地，蒸发器30是低压热交换器，其通过从流过的空气中吸收热而使液体制冷剂蒸发。因此，流过蒸发器30的空气被制冷，制冷了的空气能够吹进间隔室以冷却间隔室。

喷射器40抽吸蒸发器30中蒸发的制冷剂，同时使从散热器20中流出制冷剂减压和膨胀，并通过把膨胀能量转化成压力能量而增加制冷剂的压力以使其抽入压缩机10。

气-液分离器50把来自喷射器40的制冷剂分离成气体制冷剂和液体制冷剂，并在那里储存分离了的制冷剂。气-液分离器50包括连接至压缩机10的抽吸端的气体-制冷剂出口，和连接至蒸发器30的入口侧的液体-制冷剂出口。节流阀60设置在气-液分离器50的液体制冷剂出口和蒸发器30的入口侧之间的制冷剂通道，因此，使从气-液分离器50供应至蒸发器30的液体制冷剂减压。

在喷射循环中，图3所示的参考数字C1-C9分别说明了当二氧化碳用作制冷剂时图1所示的参考数字C1-C9所表示的位置处的制冷剂状态。

其次，参照图1、2A和2B详细地描述喷射器40的结构.如图2所示，喷射器40包括喷嘴41，混合部分42和扩散器43.喷嘴41通过在等熵的状态下把高压制冷剂的压力能转换成速度能而使来自散热器20的高压制冷剂减压并膨胀.蒸发器30的气体制冷剂通过从喷嘴41喷射的制冷剂的高速流而抽吸至混合部分42，并且抽吸了的气体制冷剂和喷射了的制冷剂在混合部分42中混合.扩散器43通过把制冷剂的速度能量转换成制冷剂的压力能量而使制冷剂的压力增加，同时把从蒸发器30中所抽吸的气体制冷剂和从喷嘴41所喷射的制冷剂混合.

在混合部分42中，混合从喷嘴41中所喷射的制冷剂和从蒸发器30中所抽吸的制冷剂以至于两种制冷剂流的动力和被保存下来。因此，在混合部分42中的制冷剂的静压也增加了。因为在扩散器43中制冷剂通道的截面积逐渐增加，制冷剂的动压被转换成扩散器43中制冷剂的静压。所以，在混合部分42和扩散器43中制冷剂压力都增加。因此，在此实施方案中，压力增加部分具有混合部分42和扩散器43的构造。理论上，在喷射器40中，在混合部分42中的制冷剂压力增加以至于两种制冷剂流的总动力在混合部分42中被保存，并且在扩散器43中制冷剂压力进一步增加以至于制冷剂的能量在扩散器43中保存。

喷嘴41是拉瓦尔喷嘴，其具有喉部41a和膨胀部分41b，所述膨胀部分41b在喉部41a的下游。这里，喉部41a的横截面积在喷嘴41的制冷剂通道中是最小的。如图2A所示，膨胀部分41b的内径尺寸从喉部41a朝向喷嘴41的下游末端(出口)逐渐增加。针阀44在喷嘴41的轴向上被致动器45移动，因此，喷嘴41的制冷剂通道的节流程度被调节。即，喷嘴41的制冷剂通道的节流程度通过针阀44的移动而调节。在此实施方案中，喉部41a的开口程度和喷嘴41的膨胀部分41b出口的开口程度同时或独立地由调节部件(例如针阀44)控制，因此调节喷嘴41的制冷剂通道的节流程度。把单一针阀44设置成至少从喉部41a延伸至膨胀部分41b的出口，以至于喷口41a的开口程度和喷嘴41的膨胀部分41b出口的开口程度都被调节。通过适宜地调节喷口41a的开口程度和喷嘴41的膨胀部分41b出口的开口程度，能够防止在喷口41a和喷嘴41的出口之间产生垂直振动波。因此，无论流入喷嘴41的制冷剂的流量的变化，喷嘴效率都能够提高。

在此实施方案中，电致动器(例如线性螺管线圈电动机和包括螺旋机构的步进电动机)被用作致动器45。而且，高压制冷剂的压力通过压力传感器(未出示)检测。然后，通过针阀41而调节喷口41a的开口程度和喷嘴41的膨胀部分41b出口的开口程度，以至于由压力传感器所检测的压力成为目标压力，所述目标压力基于温度传感器所检测的温度而确定。温度传感器设置在高压侧以检测在喷射循环中高压侧制冷剂的温度。设定目标压力以使喷射循环的系数相对于喷射循环中高压侧的制冷剂温度是最大的。如图3所示，当二氧化碳被用作制冷剂时，高压侧制冷剂的压力比制冷剂的临界压力高。在这种情况下，控制喷嘴41的制冷剂通道的开口面积以至于流入喷嘴的制冷剂的压力等于或高于临界压力。另一方面，当流入喷嘴的制冷剂的压力低于制冷剂的临界压力时，控制喷嘴41的制冷剂通道的开口面积以使流入喷嘴41的制冷剂具有预定的过冷度。

在此喷射循环中，制冷剂在压缩机10中被压缩，并被排放至散热器20.从压缩机10中排出的制冷剂在散热器20中被冷却，并且通常在等熵的状态下在喷射器40的喷嘴41中减压.在喷射器40的喷嘴41中制冷剂的流速被增加至等于或高于喷嘴42出口处的声速，并流入喷射器40的混合部分42.此外，在蒸发器30中所蒸发的气体制冷剂通过抽吸功能被抽吸进入喷射器40的混合部分42，所述抽吸功能是由于带走从喷嘴41流入混合部分42的高速制冷剂而产生的.从蒸发器30中所抽吸的制冷剂和从喷嘴41中所喷射的制冷剂在混合部分42中混合，并在扩散器43中制冷剂的动压被转化成制冷剂的静压之后，流入气-液分离器50.因此，低压侧制冷剂依次通过节流阀60、蒸发器30和喷射器40的压力增加部分而从气-液分离器50循环至气-液分离器50.

在理想的喷嘴41中，流入喷嘴41的制冷剂从喷嘴41的入口朝向节流部分41a时被节流，并且从喷嘴41的入口朝向节流部分41a制冷剂的流速增加。然后，在喉部41a处，制冷剂处于临界状态，流速为马赫(Mach)1。制冷剂通过喉部41a之后，煮沸制冷剂并在膨胀部分41b处使其膨胀，制冷剂的流速在喷嘴41的膨胀部分41b处超过Mach1.

然而，在实际的制冷剂循环中，流入喷嘴41的制冷剂流量根据空气调节负荷而变化。因此，通常，基于最大空气调节负荷中的最大流量来设置和制成喉部41a的通道截面和喷嘴41的膨胀部分41b的出口，并且当制冷剂流量由于减小了的空气调节负荷而减小时，喉部41a的开口程度液被减小。在图4所示的对比例中，当制冷剂的流量变化时，仅喉部41的开口度被控制，因为喷嘴41的出口的开口度是固定的，在膨胀部分41b的出口周围的膨胀部分41b处制冷剂的压力低于膨胀部分41b的出口周围喷嘴41外部的制冷剂的压力。因此，垂直振动波容易产生，并且在喷嘴41的出口处的制冷剂的流速成为亚音速状态，而制冷剂在喷嘴41的出口处过膨胀。所以，在此对比例中，制冷剂在喷嘴41中在等熵情况下没有减压，并且随着喷嘴41中制冷剂的流量的减少，喷嘴效率大大地减少，如图5所示。

根据本发明，把针阀44设置在喷嘴41中的制冷剂通道上并至少延伸至喷嘴41的出口(下游末端)。因此，通过在喷嘴41的轴向上的针阀44的移动，喉部41a的处出口的开口度和喷嘴41出口的开口度都能够被控制。因此，即使当流入喷嘴41的制冷剂的流量在通常图5所示的使用面积上变化时，通过控制喉部41a的处出口的开口度和喷嘴41出口的开口度能够把喷嘴效率保持在大约最大值，如图5所示。在图5中，P1说明了一种状态，在此状态下，在空气调节装置中以高的载体速度进行制冷操作。即，P1说明了大的制冷负荷状态。

在本发明中，通过针阀44和致动器45调节喉部41a的处出口的开口度和喷嘴41出口的开口度，以至于能够防止垂直振动波在喷嘴41中产生。因此，能够防止制冷剂由于在喷嘴的出口处的亚音速流而处于过膨胀状态。

虽然参照附图结合优选实施方案已充分地说明了本发明，但应该指出对那些对此技术熟悉的人来说，多种变化和修改将成为明显的。

在上述实施方案中，本发明典型地应用于车辆空气调节设备中。然而，本发明能够应用于另一种喷射循环中(例如制冷器、冷冻器和水的加热器)。致动器45可以是使用惰性气体压力的机械致动器或是使用压电元件的非电磁的电致动器)。例如，电致动器是步进电动机或线性螺线管电动机。

在上述实施方案中，通过使用致动器45所操控的单一针阀44，喉部41a的处出口的开口度和喷嘴41出口的开口度同时被控制。然而，在本发明中，能够独立地提供控制喉部41a的处出口的开口度的阀和控制喷嘴41出口的开口度的阀。即使在这种情况下，通过适宜地控制喉部41a的处出口的开口度和喷嘴41出口的开口度，喷嘴41的减压度能适宜地被调节，并且喷嘴效率能够有效地提高。

应该理解在由所附的权利要求书所确定的本发明范围内的变化和修改。

Claims (14)

1.一种喷射器，包括：

喷嘴(41)，该喷嘴用于在其中限定一个通道，传动流体流过所述通道，该喷嘴包括喉部(41a)，所述喉部(41a)具有在喷嘴(41)的制冷剂通道中最小的横截面积；

压力增加部分(42、43)，其中流体通过带走从喷嘴喷出的传送流体喷射流而被吸入并且与从喷嘴所喷射出的传动流体混合；和

调节部件其设置成既调节喉部(41a)的开口程度又调节喷嘴的出口的开口程度。

2.根据权利要求1所述的喷射器，其中调节部件包括针阀(44)，所述针阀(44)至少从喉部延伸至喷嘴的出口。

3.根据权利要求2所述的喷射器，其中针阀设置成使其在喷嘴的轴向上能够移动，并且超出所述喷嘴的出口的端部。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的喷射器，其中：

喷嘴进一步包括喉部下游的膨胀部分(41b)；和

针阀至少延伸至膨胀部分的出口。

5.根据权利要求1所述的喷射器，其中：

调节部件包括针阀(44)，所述针阀(44)至少从喉部延伸至喷嘴的出口；和用于移动针阀的致动器(45)。

6.根据权利要求5所述的喷射器，其中针阀至少从喷嘴的入口延伸至喷嘴的出口。

7.根据权利要求1所述的喷射器，其中：

所述调节部件包括针阀(44)，所述针阀以针阀的远端从喷嘴的出口突出的方式在喷嘴中沿流体方向至少从喉部(41a)延伸到喷嘴的出口，以及致动器(45)，所述致动器用于使所述针阀沿其轴向移动，以既调节喉部(41a)的开口程度又调节喷嘴的出口的开口程度。

8.根据权利要求7所述的喷射器，其中：

所述针阀(44)具有径向设置在喉部(41a)中的第一锥形部分和径向设置在喷嘴(41)的出口中的第二锥形部分，第一锥形部分和第二锥形部分形成为不同形状。

9.一种喷射循环，包括：

用于压缩和排出制冷剂的压缩机(10)；

第一热交换器(20)，其设置用于制冷从压缩机中排放的制冷剂；

喷射器(40)，其包括用于膨胀和减压从第一热交换器流来的制冷剂的喷嘴(41)；

气-液分离器(50)，其用于把制冷剂从喷射器分离成气体制冷剂和液体制冷剂；

第二热交换器(30)，其设置用于蒸发气-液分离器中的液体制冷剂，其中：

所述喷嘴具有喉部(41a)，该喉部具有在喷嘴的制冷剂通道中最小的横截面积；和

喷射器进一步包括压力增加部分(42、43)，其中来自蒸发器的制冷剂通过带走从喷嘴喷出的制冷剂而被吸入并且与从喷嘴所喷射出的制冷剂混合；和调节部件该调节部件设置成既调节喉部的开口程度又调节喷嘴的出口的开口程度。

10.根据权利要求9所述的喷射器循环，其中调节部件包括针阀(44)，该针阀至少从喉部延伸至喷嘴的出口。

11.根据权利要求9所述的喷射器循环，其中针阀设置成在喷嘴的轴向上可移动以既调节喉部的开口程度又调节喷嘴的出口的开口程度。

12.根据权利要求9至11中任何一项所述的喷射器循环，进一步包括：

致动器(45)，该致动器用于在喷嘴的轴向上移动针阀。

13.根据权利要求9所述的喷射器循环，其中：

所述调节部件包括针阀(44)，所述针阀以针阀的远端从喷嘴(41)的出口突出的方式在喷嘴中沿流体方向至少从喉部(41a)延伸到喷嘴的出口，以及致动器(45)，所述致动器用于使所述针阀沿其轴向移动，以既调节喉部(41a)的开口程度又调节喷嘴的出口的开口程度。

14.根据权利要求13所述的喷射器循环，其中：

所述针阀(44)具有径向设置在喉部(41a)中的第一锥形部分和径向设置在喷嘴(41)的出口中的第二锥形部分，第一锥形部分和第二锥形部分形成为不同形状。

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