DE102022209707A1

DE102022209707A1 - Nozzle arrangement with integrated guidance of the nozzle needle

Info

Publication number: DE102022209707A1
Application number: DE102022209707.6A
Authority: DE
Inventors: Heino Schiller; Jessica Wolf; Philipp Sawall; Oliver Tappe; Andrea Obtmeier; Stephan Bachmann; Mert Aydin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2024-03-21

Abstract

Um eine Düsenanordnung (20), insbesondere für einen regelbaren Ejektor (10), aufweisend eine um eine Axialachse (A) im Wesentlichen rotationssymmetrische Düse (21) mit einer zentrierten Düsenöffnung (22), aufweisend eine Düsennadel (23), die dazu eingerichtet ist, endseitig durch die Düsenöffnung (22) zumindest bereichsweise zu ragen und einen Querschnitt der Düsenöffnung (22) zu verändern, aufweisend eine Führung (27), die einen Schaft (26) der Düsennadel (23) axial beweglich gegenüber der Düsenöffnung (22) zentriert, wobei die Führung (27) in Strömungsrichtung (S) der Düsenöffnung (22) vorgelagert angeordnet ist, zu schaffen, die eine verringerte Bauteilvielfalt aufweist, wird vorgeschlagen, die Düse (21) und die Führung (27) einteilig auszuführen.

To a nozzle arrangement (20), in particular for a controllable ejector (10), having a nozzle (21) which is essentially rotationally symmetrical about an axial axis (A) and has a centered nozzle opening (22), having a nozzle needle (23) which is designed for this purpose , to protrude at least partially through the nozzle opening (22) at the end and to change a cross section of the nozzle opening (22), having a guide (27) which centers a shaft (26) of the nozzle needle (23) in an axially movable manner relative to the nozzle opening (22). , wherein the guide (27) is arranged upstream of the nozzle opening (22) in the flow direction (S), which has a reduced variety of components, it is proposed to make the nozzle (21) and the guide (27) in one piece.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenanordnung, insbesondere für einen regelbaren Ejektor, aufweisend eine um eine Axialachse im Wesentlichen rotationssymmetrische Düse mit einer zentrierten Düsenöffnung und eine Düsennadel, die dazu eingerichtet ist, endseitig durch die Düsenöffnung zu ragen und einen Querschnitt der Düsenöffnung zu verändern. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Ejektor und ein System.The invention relates to a nozzle arrangement, in particular for a controllable ejector, having a nozzle which is essentially rotationally symmetrical about an axial axis and has a centered nozzle opening and a nozzle needle which is designed to protrude through the nozzle opening at the end and to change a cross section of the nozzle opening. The invention further relates to an ejector and a system.

Ejektoren werden in verschiedenen technischen Bereichen eingesetzt. Diese Bauteile agieren in Form von Strahlpumpen und werden durch einen Treibmassenstrom eines Treibmittels angetrieben. Der Treibmassenstrom erzeugt einen Unterdruck, wodurch ein Fördermedium angesaugt und gefördert wird. Üblicherweise kann das Treibmedium aus einer Düse mit einer hohen Geschwindigkeit austreten und somit einen Druckabfall erzeugen, welcher als Unterdruck zum Ansaugen des Fördermediums dient.Ejectors are used in various technical areas. These components act in the form of jet pumps and are driven by a propellant mass flow of a propellant. The propellant mass flow creates a negative pressure, whereby a pumped medium is sucked in and conveyed. Typically, the propellant can emerge from a nozzle at a high speed and thus generate a pressure drop, which serves as a negative pressure for sucking in the pumped medium.

Es sind bereits regelbare Ejektoren bekannt, die einen variablen Querschnitt der Düse durch eine axial verstellbare Düsennadel ermöglichen. Derartige regelbare Ejektoren werden beispielsweise in Klimaanlagensystemen verwendet. Dabei resultiert die Beschleunigung des Treibmediums durch die Düse in einer Änderung des Aggregatzustands.Controllable ejectors are already known which enable a variable cross section of the nozzle through an axially adjustable nozzle needle. Such controllable ejectors are used, for example, in air conditioning systems. The acceleration of the propellant through the nozzle results in a change in the state of aggregation.

In der US 2009/0317691 A1 ist beispielsweise ein regelbarer Ejektor für den Einsatz in einer Brennstoffzelle offenbart. Der Ejektor weist eine Düsennadel auf, die in einem Düsenkörper radial gelagert und axial beweglich ausgestaltet ist. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Gleitbuchse vorgesehen, die die Düsennadel relativ zu einer Düse des Ejektors mit einer Austrittsöffnung zentriert. Auch in der US 2016/0327319 A1 ist ein Ejektor beschrieben, bei dem die Düsennadel durch ein Radiallager gegenüber der Düse geführt und zentriert wird. Derartige Ejektoren benötigen verschiedene aufeinander abgestimmte Komponenten, um eine präzise Führung der Düsennadel zu ermöglichen und somit eine hohe Regelgüte zu erzielen. Dies resultiert üblicherweise in einem komplexen Aufbau und in vergrößerten Abmessungen. Darüber hinaus steigt der Herstellungsaufwand durch die hohe Bauteilvielfalt.In the US 2009/0317691 A1 For example, a controllable ejector for use in a fuel cell is disclosed. The ejector has a nozzle needle which is mounted radially in a nozzle body and is designed to be axially movable. In addition, an additional sliding bushing is provided which centers the nozzle needle relative to a nozzle of the ejector with an outlet opening. Also in the US 2016/0327319 A1 An ejector is described in which the nozzle needle is guided and centered relative to the nozzle by a radial bearing. Such ejectors require various coordinated components to enable precise guidance of the nozzle needle and thus achieve high control quality. This usually results in a complex structure and increased dimensions. In addition, the manufacturing effort increases due to the high variety of components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenanordnung und einen regelbaren Ejektor mit einer derartigen Düsenanordnung zu schaffen, die eine verringerte Bauteilvielfalt aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The invention is based on the object of creating a nozzle arrangement and a controllable ejector with such a nozzle arrangement, which have a reduced variety of components. This task is solved by the features specified in claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Düsenanordnung, insbesondere für einen regelbaren Ejektor, bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Düsenanordnung kann beispielsweise in Ejektoren von Klimaanlagensystemen verbaut werden.According to one aspect of the invention, a nozzle arrangement, in particular for a controllable ejector, is provided. The nozzle arrangement according to the invention can be installed, for example, in ejectors of air conditioning systems.

Die Düsenanordnung weist eine um eine Axialachse im Wesentlichen rotationssymmetrische Düse mit einer zentrierten Düsenöffnung auf. Weiterhin ist eine Düsennadel vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, endseitig durch die Düsenöffnung zu ragen und einen Querschnitt der Düsenöffnung zu verändern. Je nach Ausgestaltung kann die Düsennadel auch den Querschnitt der Düsenöffnung vollständig verschließen. Die Düsenanordnung weist eine Führung auf, die einen Schaft der Düsennadel axial beweglich gegenüber der Düsenöffnung zentriert. Die Führung ist in Strömungsrichtung der Düsenöffnung vorgelagert angeordnet. Erfindungsgemäß sind die Düse und die Führung einteilig ausgestaltet.The nozzle arrangement has a nozzle which is essentially rotationally symmetrical about an axial axis and has a centered nozzle opening. Furthermore, a nozzle needle is provided, which is designed to protrude through the nozzle opening at the end and to change a cross section of the nozzle opening. Depending on the design, the nozzle needle can also completely close the cross section of the nozzle opening. The nozzle arrangement has a guide which centers a shaft of the nozzle needle in an axially movable manner relative to the nozzle opening. The guide is arranged upstream of the nozzle opening in the flow direction. According to the invention, the nozzle and the guide are designed in one piece.

Durch die einteilige Ausgestaltung der Düse und der Führung kann die Düsennadel optimal relativ zur Düsenöffnung zentriert werden. Das Bereitstellen einer separaten Führungshülse oder eines Zentrierlagers kann hierdurch entfallen. Somit sind die Lagerung der Düsennadel und die Düse in einem einzigen Bauteil integriert bzw. ausgebildet.Due to the one-piece design of the nozzle and the guide, the nozzle needle can be optimally centered relative to the nozzle opening. This eliminates the need to provide a separate guide sleeve or centering bearing. The bearing of the nozzle needle and the nozzle are therefore integrated or formed in a single component.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Ejektor bereitgestellt. Der Ejektor weist mindestens eine erfindungsgemäße Düsenanordnung auf, die in einem Diffusorgehäuse angeordnet ist. Das Diffusorgehäuse weist eine in Strömungsrichtung der Düsenanordnung nachgelagerte Zuführung eines Saugmediums auf, die in einen Mischbereich übergeht. Des Weiteren ist ein Sammelraum der Düsenanordnung vorgesehen. Durch mindestens eine Bohrung ist der Sammelraum mit einer Zuführung für ein Treibmedium verbunden. Eine Düsennadel der Düsenanordnung ist axial beweglich mit einer Stelleinheit gekoppelt. Hierdurch kann die Düsennadel durch die Stelleinheit in ihrer linearen Position verändert und/oder arretiert werden.According to a further aspect of the invention, an ejector is provided. The ejector has at least one nozzle arrangement according to the invention, which is arranged in a diffuser housing. The diffuser housing has a supply of a suction medium downstream in the flow direction of the nozzle arrangement, which merges into a mixing area. Furthermore, a collecting space for the nozzle arrangement is provided. The collecting space is connected to a supply for a propellant medium through at least one hole. A nozzle needle of the nozzle arrangement is axially movably coupled to an actuating unit. As a result, the nozzle needle can be changed and/or locked in its linear position by the adjusting unit.

Das Treibmedium, welches durch die Zufuhr für das Treibmedium in den Ejektor hineingeleitet wird, befindet sich beim Eintritt in die Düsenanordnung vorzugsweise in einem überkritischen Zustand. Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Treibmediums beim Austritt aus der Düsenöffnung führt zu einer Änderung des Aggregatzustandes, beispielsweise in einen Nassdampf. Diese Wirkung kann optimal für Klimatisierungssysteme verwendet werden. Durch die materialunabhängige Wirkungsweise des Ejektors kann dieser bei CO2-Klimaanlagensystemen eingesetzt werden.The propellant medium, which is fed into the ejector through the propellant medium supply, is preferably in a supercritical state when it enters the nozzle arrangement. The increase in the flow speed of the propellant as it exits the nozzle opening leads to a change in the aggregate state, for example into wet steam. This effect can be optimally used for air conditioning systems. Because the ejector works independently of materials, it can be used in CO2 air conditioning systems.

Das Diffusorgehäuse kann weiterhin eine Diffusorkontur umfassen, die in Strömungsrichtung dem Mischbereich nachgelagert ist. In Strömungsrichtung vor dem Mischbereich sind die Zuführung des Saugmediums und die Zuführung des Treibmediums angeordnet. Die Diffusorkontur, der Mischbereich, die Zuführung des Saugmediums und die Zuführung des Treibmediums sind in dem einteilig bzw. integral ausgestalteten Diffusorgehäuse ausgebildet. Die Diffusorkontur bildet beispielsweise einen Auslauf des Mischbereichs aus, welcher eine gleichmäßige und kontrollierte Expansion des Saugmediums und des Treibmediums ermöglicht.The diffuser housing can further comprise a diffuser contour which is in the direction of flow Mixing area is downstream. The supply of the suction medium and the supply of the propellant medium are arranged in the direction of flow in front of the mixing area. The diffuser contour, the mixing area, the supply of the suction medium and the supply of the propellant medium are formed in the one-piece or integrally designed diffuser housing. The diffuser contour, for example, forms an outlet of the mixing area, which enables a uniform and controlled expansion of the suction medium and the propellant medium.

Je nach Ausgestaltung kann das Diffusorgehäuse Fluidverbindungen aufweisen, welche die Zuführung des Saugmediums und/oder die Zuführung des Treibmediums mit Mischbereichen und/oder Zuführung des Saugmediums und/oder die Zuführung des Treibmediums von weiteren Ejektoren koppeln.Depending on the design, the diffuser housing can have fluid connections which couple the supply of the suction medium and/or the supply of the propellant medium to mixing areas and/or the supply of the suction medium and/or the supply of the propellant medium from further ejectors.

Ein Volumenstrom des Treibmediums kann besonders präzise eingestellt werden, wenn die Düsennadel eine in Strömungsrichtung dem Schaft nachgelagerte Spitze aufweist. Bevorzugterweise weist die Spitze einen maximalen Durchmesser auf, welcher geringer ausgestaltet ist als ein Durchmesser des Schafts. Die Spitze und der Schaft sind vorzugsweise in Strömungsrichtung durch einen sich verjüngenden Verbindungsabschnitt miteinander verbunden.A volume flow of the propellant can be set particularly precisely if the nozzle needle has a tip downstream of the shaft in the direction of flow. Preferably, the tip has a maximum diameter which is smaller than a diameter of the shaft. The tip and the shaft are preferably connected to one another in the direction of flow by a tapered connecting section.

Insbesondere kann die Spitze der Düsennadel dazu eingerichtet sein, einen Querschnitt der Düsenöffnung für das Ausströmen des Treibmediums einzustellen. Der Verbindungsabschnitt der Düsennadel kann dazu eingesetzt werden, die Düsenöffnung vollständig zu verschließen und somit eine Ventilfunktion umzusetzen. Durch diese Maßnahme kann die Bauteilvielfalt weiter gesenkt werden.In particular, the tip of the nozzle needle can be designed to set a cross section of the nozzle opening for the outflow of the propellant. The connecting section of the nozzle needle can be used to completely close the nozzle opening and thus implement a valve function. This measure can further reduce the variety of components.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen der Düse und der Führung ein Sammelraum ausgebildet. Mindestens eine Bohrung zum Zuführen eines Treibmediums mündet dabei in dem Sammelraum. Die Düsenanordnung bzw. ihr Düsenkörper weist somit neben der Düse und der Führung kegelig angeordnete Bohrungen auf, die die Zuführung des Treibmediums mit dem Sammelraum in Strömungsrichtung vor der Düse bzw. Düsenöffnung verbinden.According to a further exemplary embodiment, a collecting space is formed between the nozzle and the guide. At least one hole for supplying a propellant medium opens into the collecting space. The nozzle arrangement or its nozzle body therefore has, in addition to the nozzle and the guide, conically arranged bores which connect the supply of the propellant medium to the collecting space in the direction of flow in front of the nozzle or nozzle opening.

Ein Treibmassenstrom des Treibmediums kann gleichmäßig auf mehrere Bohrungen verteilt werden, wenn im Bereich der Führung eine umfangsseitig verlaufende Ausnehmung vorgesehen ist. Die mindestens eine Bohrung verbindet zum Zuführen eines Treibmediums den Sammelraum mit der umfangsseitig verlaufenden Ausnehmung. Hierdurch kann der Zufluss des Treibmediums in Form einer laminaren Strömung sichergestellt werden.A propellant mass flow of the propellant medium can be evenly distributed over several bores if a circumferential recess is provided in the area of the guide. The at least one bore connects the collecting space with the circumferential recess in order to supply a propellant medium. This allows the inflow of the propellant medium to be ensured in the form of a laminar flow.

Der Treibmassenstrom des Treibmediums kann mit einer besonders hohen Homogenität in den Sammelraum strömen, wenn die mindestens eine Bohrung schräg verläuft und auf eine zentrierte Axialachse im Bereich des Sammelraums gerichtet ist.The propellant mass flow of the propellant medium can flow into the collecting space with a particularly high degree of homogeneity if the at least one bore runs obliquely and is directed towards a centered axial axis in the area of the collecting space.

Nach einer weiteren Ausführungsform verbinden mehrere Bohrungen die umfangsseitig verlaufende Ausnehmung mit dem Sammelraum. Die Bohrungen sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Düsenanordnung verteilt angeordnet. Durch die Aufspaltung des Treibmassenstromes in die einzelnen Bohrungen wird eine Gleichverteilung des Treibmassenstromes vor der Düse erreicht und die Ausbildung eines Dralls unterbunden. Der Drall und die Ungleichverteilung beeinträchtigen die Ausbildung eines optimalen Strömungsbildes des Treibmassenstromes in und nach der Düse.According to a further embodiment, several bores connect the circumferential recess with the collecting space. The bores are preferably arranged evenly distributed over the circumference of the nozzle arrangement. By splitting the propellant mass flow into the individual bores, an even distribution of the propellant mass flow in front of the nozzle is achieved and the formation of a swirl is prevented. The swirl and the uneven distribution affect the formation of an optimal flow pattern of the propellant mass flow in and after the nozzle.

Die Düsenanordnung kann zum Abschalten des Treibmassenstromes verwendet werden, wenn die Düsennadel oder der Verbindungsabschnitt dazu eingerichtet sind, die Düsenöffnung in einer Verschlussposition fluiddicht zu verschließen. Hierdurch kann ein in einem Klimaanlagensystem eingebauter Ejektor mit der erfindungsgemäßen Düsenanordnung zum Umsetzen einer Wärmepumpenfunktion verwendet werden.The nozzle arrangement can be used to switch off the propellant mass flow if the nozzle needle or the connecting section is designed to close the nozzle opening in a fluid-tight manner in a closed position. As a result, an ejector installed in an air conditioning system with the nozzle arrangement according to the invention can be used to implement a heat pump function.

Insbesondere kann die Düsennadel im vorderen Anschlag die Düse vollständig verschließen. Ein weiteres Stellglied zur Abschaltung des Treibmassenstromes ist somit nicht notwendig. Die Funktionalität der Düsenanordnung und die Funktion des Abschaltventiles des Treibmassenstromes werden somit in einem Bauteil zusammengefasst.In particular, the nozzle needle can completely close the nozzle in the front stop. A further actuator to switch off the propellant mass flow is therefore not necessary. The functionality of the nozzle arrangement and the function of the shut-off valve for the propellant mass flow are thus combined in one component.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt. Das System weist einen erfindungsgemäßen Ejektor auf, bei dem ein Diffusorgehäuse des Ejektors eine Fluidverbindung aufweist. Die Fluidverbindung verbindet eine Zuführung eines Saugmediums des Ejektors mit einem Ausgang eines zweiten Ejektors oder mit einem Ausgang eines Ventils fluidführend. Hierdurch kann das Diffusorgehäuse des Ejektors derart erweitert werden, dass weitere Ejektoren und oder Kältemittelventile angebunden sind. Somit kann das System beispielsweise in Form eines Steuermoduls zur Regelung eines Kältemittelkreislaufes im BEV realisiert werden.According to a further aspect of the invention, a system is provided. The system has an ejector according to the invention, in which a diffuser housing of the ejector has a fluid connection. The fluid connection connects a supply of a suction medium of the ejector to an outlet of a second ejector or to an outlet of a valve in a fluid-carrying manner. As a result, the diffuser housing of the ejector can be expanded in such a way that additional ejectors and/or refrigerant valves are connected. The system can therefore be implemented, for example, in the form of a control module for regulating a refrigerant circuit in the BEV.

Nach einer Ausführungsform sind eine erste Stelleinheit des Ejektors und eine zweite Stelleinheit des zweiten Ejektors oder des Ventils an dem Diffusorgehäuse befestigt. Hierdurch werden mehrere Bauteile zu einer Baugruppe verbunden. Die mindestens eine Fluidverbindung kann als ein integrierter Fluidkanal in das Diffusorgehäuse eingebracht sein. Zusätzliche Schläuche oder Rohre können durch diese Maßnahme entfallen, sodass die Gefahr von Leckagen und Undichtigkeiten sinkt.According to one embodiment, a first actuating unit of the ejector and a second actuating unit of the second ejector or the valve are attached to the diffuser housing. This will result in several Components connected to an assembly. The at least one fluid connection can be introduced into the diffuser housing as an integrated fluid channel. This measure eliminates the need for additional hoses or pipes, reducing the risk of leaks and leaks.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Ejektors gemäß einer Ausführungsform,
2 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Düsenanordnung gemäß einer Ausführungsform, und
3 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Systems gemäß einer Ausführungsform.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic sectional view of the ejector according to the invention according to one embodiment,
2 a schematic sectional view of the nozzle arrangement according to the invention according to one embodiment, and
3 a schematic sectional view of the system according to the invention according to one embodiment.

In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.In the figures, the same structural elements have the same reference numbers.

Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Ejektors 10 gemäß einer Ausführungsform. Der Ejektor 10 ist beispielsweise für die Verwendung in einem nicht näher beschriebenen Kältemittelkreislauf vorgesehen und weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Düsenanordnung 20 auf.The 1 shows a schematic sectional view of the ejector 10 according to the invention according to one embodiment. The ejector 10 is intended, for example, for use in a refrigerant circuit that is not described in more detail and has a nozzle arrangement 20 in the exemplary embodiment shown.

Eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Düsenanordnung 20 ist im Detail auch in der 2 gezeigt. Die Düsenanordnung 20 ist in einem Diffusorgehäuse 11 angeordnet und weist eine um eine Axialachse A im Wesentlichen rotationssymmetrische Düse 21 mit einer zentrierten Düsenöffnung 22 auf. Die Düse 21 bildet beispielhaft einen in Strömungsrichtung S endseitigen Abschnitt, aus dem ein Treibmedium hinausströmen kann.A schematic sectional view of the nozzle arrangement 20 according to the invention is also shown in detail in the 2 shown. The nozzle arrangement 20 is arranged in a diffuser housing 11 and has a nozzle 21 which is essentially rotationally symmetrical about an axial axis A and has a centered nozzle opening 22. The nozzle 21 forms, for example, a section at the end in the flow direction S, from which a propellant medium can flow out.

Weiterhin ist eine Düsennadel 23 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, endseitig durch die Düsenöffnung 22 zu ragen und einen Querschnitt der Düsenöffnung 22 zu vergrößern oder zu verkleinern. Je nach Ausgestaltung kann die Düsennadel 23 auch den Querschnitt der Düsenöffnung 22 vollständig verschließen. Hierzu weist die Düsennadel 23 einen sich in einer Strömungsrichtung S verjüngenden Verbindungsabschnitt 25 auf, welcher eine Spitze 24 der Düsennadel 23 mit einem Schaft 26 der Düsennadel 23 verbindet.Furthermore, a nozzle needle 23 is provided, which is designed to protrude through the nozzle opening 22 at the end and to enlarge or reduce a cross section of the nozzle opening 22. Depending on the design, the nozzle needle 23 can also completely close the cross section of the nozzle opening 22. For this purpose, the nozzle needle 23 has a connecting section 25 which tapers in a flow direction S and which connects a tip 24 of the nozzle needle 23 to a shaft 26 of the nozzle needle 23.

Der Schaft 26 der Düsennadel 23 ist endseitig mit einer Stelleinheit 110 mechanisch gekoppelt. Die Stelleinheit 110 kann die Düsennadel 23 entlang der Axialachse A, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel der Strömungsrichtung S des aus der Düse 21 ausströmenden Treibmediums entspricht, verstellen.The shaft 26 of the nozzle needle 23 is mechanically coupled at the end to an actuating unit 110. The adjusting unit 110 can adjust the nozzle needle 23 along the axial axis A, which in the illustrated embodiment corresponds to the flow direction S of the propellant flowing out of the nozzle 21.

Die Düsenanordnung 20 weist eine Führung 27 auf, die den Schaft 26 der Düsennadel 23 axial beweglich gegenüber der Düsenöffnung 22 zentriert. Die Führung 27 ist in Strömungsrichtung S der Düsenöffnung 22 vorgelagert angeordnet. Die Düse 21 und die Führung 27 sind einteilig bzw. als eine einteilige Komponente ausgestaltet.The nozzle arrangement 20 has a guide 27 which centers the shaft 26 of the nozzle needle 23 in an axially movable manner relative to the nozzle opening 22. The guide 27 is arranged upstream of the nozzle opening 22 in the flow direction S. The nozzle 21 and the guide 27 are designed in one piece or as a one-piece component.

Des Weiteren ist in der Düsenanordnung 20 in Strömungsrichtung S vor der Düsenöffnung 22 ein Sammelraum 28 ausgebildet, welcher über Bohrungen B mit einer umfangsseitig verlaufenden Ausnehmung 29 verbunden ist. Hierdurch kann ein Treibmassenstrom des Treibmediums gleichmäßig auf mehrere Bohrungen B verteilt und gleichmäßig in den Sammelraum 28 geleitet werden. Die Ausnehmung 29 ist mit einer Zuführung 12 für das Treibmedium des Diffusorgehäuses 11 verbunden.Furthermore, a collecting space 28 is formed in the nozzle arrangement 20 in the flow direction S in front of the nozzle opening 22, which is connected via bores B to a recess 29 running on the circumference. As a result, a propellant mass flow of the propellant medium can be evenly distributed over several bores B and evenly guided into the collecting space 28. The recess 29 is connected to a feed 12 for the driving medium of the diffuser housing 11.

Das Diffusorgehäuse 11 des Ejektors 10 weist weiterhin eine in Strömungsrichtung S der Düsenanordnung 20 nachgelagerte Zuführung 13 eines Saugmediums auf, die in einen Mischbereich 14 übergeht. Der Mischbereich 14 ist der Düsenöffnung 22 nachgelagert angeordnet. Das Treibmedium kann über die Zuführung 12 des Treibmediums über die Bohrungen B in den Sammelraum 28 der Düsenanordnung 20 gelangen und anschließend durch die Düsenöffnung 22 aus der Düsenanordnung austreten.The diffuser housing 11 of the ejector 10 also has a feed 13 of a suction medium downstream in the flow direction S of the nozzle arrangement 20, which merges into a mixing area 14. The mixing area 14 is arranged downstream of the nozzle opening 22. The propellant medium can reach the collecting space 28 of the nozzle arrangement 20 via the supply 12 of the propellant medium via the bores B and then exit the nozzle arrangement through the nozzle opening 22.

Der Druck des Treibmassenstroms des Treibmediums ist höher als der Druck des Saugmassenstroms, wodurch ein Unterdruck an der Zuführung 13 des Saugmediums entsteht, welcher das Saugmedium in den Mischbereich 14 des Diffusorgehäuses 11 ansaugt. Das Treibmedium und das Saugmedium können beispielsweise als ein Kältemittel, wie beispielsweise CO₂, ausgestaltet sein.The pressure of the propellant mass flow of the propellant medium is higher than the pressure of the suction mass flow, which creates a negative pressure at the feed 13 of the suction medium, which sucks the suction medium into the mixing area 14 of the diffuser housing 11. The driving medium and the suction medium can be designed, for example, as a coolant, such as CO ₂ .

Im resultierenden Ringspalt der Düsenöffnung 22 und der Spitze 24 der Düsennadel 23 wird der Treibmassenstrom beschleunigt. Der Impuls des Treibmassenstroms wird nach der Düse 21 auf den Saugmassenstrom übertragen. Beide Massenströme vermischen sich anschließend im Mischbereich 14. Die Variabilität des Düsenquerschnittes der als Treibdüse ausgestalteten Düse 21 wird durch die entlang der Axialrichtung A verstellbare Düsenadel 23 erreicht. Durch die axiale Verschiebung der Düsennadel 23 kann die Größe des Ringspaltes den Anforderungen des Ejektors 10 angepasst werden.The propellant mass flow is accelerated in the resulting annular gap of the nozzle opening 22 and the tip 24 of the nozzle needle 23. The impulse of the propellant mass flow is transferred to the suction mass flow after the nozzle 21. Both mass flows then mix in the mixing area 14. The variability of the nozzle cross section of the nozzle 21, which is designed as a driving nozzle, is achieved by the nozzle needle 23, which is adjustable along the axial direction A. Due to the axial displacement of the nozzle needle 23, the size of the annular gap can be adapted to the requirements of the ejector 10.

Im Diffusorgehäuse 11 folgt auf den Mischbereich eine Diffusorkontur 15 mit einem sich vergrößernden Querschnitt. Hierdurch wird die Geschwindigkeit des Summenmassenstroms aus dem Saugmedium und dem Treibmedium verringert, sodass der Druck über das Niveau des Saugmassenstroms steigt.In the diffuser housing 11, the mixing area is followed by a diffuser contour 15 with an increasing cross section. This increases the speed speed of the total mass flow from the suction medium and the propellant medium is reduced, so that the pressure rises above the level of the suction mass flow.

Die 3 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Systems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das System 100 weist einen in der 1 gezeigten Ejektor 10 auf, bei dem ein Diffusorgehäuse 11 des Ejektors 10 eine Fluidverbindung 16 aufweist. Die Fluidverbindung 16 verbindet die Zuführung 13 des Saugmediums des Ejektors 10 mit einem Ausgang eines Ventils 120 fluidführend. Alternativ kann anstelle des Ventils 120 ein Ausgang 122 eines zweiten Ejektors 121 in der Fluidverbindung 16 münden. Der Ausgang des zweiten Ejektors 121 kann als ein stirnseitiger Endabschnitt einer Diffusorkontur des zweiten Ejektors 121 ausgestaltet sein.The 3 a schematic sectional view of the system 100 according to the invention according to one embodiment. The system 100 has one in the 1 ejector 10 shown, in which a diffuser housing 11 of the ejector 10 has a fluid connection 16. The fluid connection 16 connects the supply 13 of the suction medium of the ejector 10 to an outlet of a valve 120 in a fluid-carrying manner. Alternatively, instead of the valve 120, an output 122 of a second ejector 121 can open into the fluid connection 16. The output of the second ejector 121 can be designed as a front end section of a diffuser contour of the second ejector 121.

Das Diffusorgehäuse 11 wird somit derart erweitert, dass mehrere Ejektoren 10, 121 und oder Ventile 120 parallel oder in Reihe angebunden sind. Somit kann das System 100 beispielsweise in Form eines Steuermoduls zur Regelung eines Kältemittelkreislaufes realisiert werden.The diffuser housing 11 is thus expanded in such a way that several ejectors 10, 121 and/or valves 120 are connected in parallel or in series. The system 100 can therefore be implemented, for example, in the form of a control module for regulating a refrigerant circuit.

Des Weiteren weist das System 100 zwei Stelleinheiten 110, 111 auf. Eine erste Stelleinheit 110 ist endseitig mit dem Schaft 26 der Düsennadel 23 der Düsenanordnung 20 des ersten Ejektors 10 verbunden und dient zum Einstellen bzw. Verändern des Querschnitts der Düsenöffnung 22. Hierfür wird eine Position der Düsennadel 23 am Schaft 26 bidirektional entlang der Axialrichtung A verstellt.Furthermore, the system 100 has two control units 110, 111. A first adjusting unit 110 is connected at the end to the shaft 26 of the nozzle needle 23 of the nozzle arrangement 20 of the first ejector 10 and is used to adjust or change the cross section of the nozzle opening 22. For this purpose, a position of the nozzle needle 23 on the shaft 26 is adjusted bidirectionally along the axial direction A .

Eine zweite Stelleinheit 111 kann dazu vorgesehen sein, das Ventil 120 anzusteuern oder eine nicht dargestellte Düsenöffnung des zweiten Ejektors 121 zu verstellen. Beispielhaft ist nur eine Fluidverbindung 16 dargestellt. Dabei kann eine Vielzahl von Fluidverbindungen 16 in das Diffusorgehäuse 11 integriert werden.A second actuating unit 111 can be provided to control the valve 120 or to adjust a nozzle opening, not shown, of the second ejector 121. Only one fluid connection 16 is shown as an example. A large number of fluid connections 16 can be integrated into the diffuser housing 11.

Als Aktoren bzw. Stelleinheiten 110, 111 können beispielsweise Proportionalmagneten mit einer nicht dargestellten Positionssensorik, ein Schrittmotor mit einem Spindelgetriebe, DC-Motoren mit Spindelgetrieben oder Aktoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen verwendet werden.For example, proportional magnets with a position sensor system (not shown), a stepper motor with a spindle gear, DC motors with spindle gears or actuators based on shape memory alloys can be used as actuators or actuating units 110, 111.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100: Systemsystem
110110: erste Stelleinheitfirst actuator
111111: zweite Stelleinheitsecond actuating unit
120120: VentilValve
121121: zweiter Ejektorsecond ejector
122122: Ausgang des Ventils oder des zweiten Ejektors Output of the valve or the second ejector
1010: Ejektor / erster EjektorEjector / first ejector
1111: DiffusorgehäuseDiffuser housing
1212: Zuführung für ein TreibmediumSupply for a propellant medium
1313: Zuführung für ein SaugmediumSupply for a suction medium
1414: Mischbereich des DiffusorgehäusesMixing area of the diffuser housing
1515: DiffusorkonturDiffuser contour
1616: Fluidverbindung Fluid connection
2020: DüsenanordnungNozzle arrangement
2121: Düsejet
2222: Düsenöffnungnozzle opening
2323: Düsennadelnozzle needle
2424: SpitzeGreat
2525: Verbindungsabschnittconnection section
2626: Schaftshaft
2727: Führungguide
2828: SammelraumCollection room
2929: umfangsseitig verlaufende Ausnehmung circumferential recess
AA: AxialrichtungAxial direction
Bb: Bohrungdrilling
SS: StrömungsrichtungDirection of flow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 20090317691 A1 [0004]
US 20160327319 A1 [0004]

Claims

Nozzle arrangement (20), in particular for a controllable ejector (10), having a nozzle (21) which is essentially rotationally symmetrical about an axial axis (A) and has a centered nozzle opening (22), having a nozzle needle (23) which is designed for this purpose, at the end to protrude at least partially through the nozzle opening (22) and to change a cross section of the nozzle opening (22), having a guide (27) which centers a shaft (26) of the nozzle needle (23) in an axially movable manner relative to the nozzle opening (22), whereby the guide (27) is arranged upstream of the nozzle opening (22) in the flow direction (S), characterized in that the nozzle (21) and the guide (27) are designed in one piece.

Nozzle arrangement according to Claim 1 , wherein the nozzle needle (23) has a tip (24) downstream of the shaft (26) in the flow direction (S), the tip (24) having a maximum diameter which is smaller than a diameter of the shaft (26), wherein the tip (24) and the shaft (26) are connected to one another by a connecting section (25) which tapers in the flow direction (S).

Nozzle arrangement according to Claim 1 or 2 , wherein a collecting space (28) is formed between the nozzle (21) and the guide (27), with at least one bore (B) for supplying a propellant medium opening into the collecting space (28).

Nozzle arrangement according to Claim 3 , wherein in the area of the guide (27) a circumferential recess (29) is provided, the at least one bore (B) for supplying a propellant medium connecting the collecting space (28) with the circumferential recess (29).

Nozzle arrangement according to Claim 3 or 4 , wherein the at least one bore (B) runs obliquely and is directed towards a centered axial axis (A) in the area of the collecting space (28).

Nozzle arrangement according to one of the Claims 3 until 5 , wherein a plurality of bores (B) connect the circumferential recess (29) with the collecting space (28), the bores (B) being arranged evenly distributed over the circumference of the nozzle arrangement (20).

Nozzle arrangement according to Claim 1 or 2 , wherein the nozzle needle (23) or the connecting section (25) are designed to close the nozzle opening (22) in a fluid-tight manner in a closed position.

Ejector (10), having at least one nozzle arrangement (20) according to one of the preceding claims, wherein the nozzle arrangement (20) is arranged in a diffuser housing (11), the diffuser housing (11) being in the flow direction (S) of the nozzle arrangement (20). has a downstream feed (13) of a suction medium, which merges into a mixing area (14), a collecting space (28) of the nozzle arrangement (20) being connected to a feed (12) for a propellant medium through at least one bore (B), and where a nozzle needle (23) is axially movably coupled to an actuating unit (110).

System (100), having an ejector (10) according to Claim 8 , wherein a diffuser housing (11) of the ejector (10) has a fluid connection (16) which has a feed (12) of a suction medium of the ejector (10) with an outlet (122) of a second ejector (121) or with an outlet (122 ) of a valve (120) connects in a fluid-carrying manner.

System after Claim 9 , wherein a first actuating unit (110) of the ejector (10) and a second actuating unit (111) of the second ejector (121) or the valve (120) are attached to the diffuser housing (11).