KR20230014844A - Jet pumps and nozzle mechanisms for jet pumps - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제트 펌프를 위한 노즐 기구에 대한 것으로서, 상기 노즐 기구는 구동 노즐 및 제 1 흡입 노즐을 포함하고, 상기 제 1 흡입 노즐은 상기 구동 노즐의 반경 방향 외측에 배치되며, 상기 노즐 기구는 구동 노즐을 통해 흐르는 유체 유동이 제 1 흡입 노즐을 통과하는 유체를 구동시키도록 된다. 본 발명은 이러한 노즐 기구를 포함하는 제트 펌프에 대한 것이다.The present invention relates to a nozzle mechanism for a jet pump, wherein the nozzle mechanism includes a driving nozzle and a first suction nozzle, the first suction nozzle is disposed radially outside the driving nozzle, and the nozzle mechanism is driven. Fluid flow through the nozzle is adapted to drive the fluid through the first suction nozzle. The present invention relates to a jet pump including such a nozzle mechanism.
Description
본 발명은 제트펌프용 노즐기구에 관한 것으로, 상기 노즐 기구는 구동노즐과 제 1 흡입 노즐을 포함하고, 상기 제 1 흡입노즐은 상기 구동노즐의 반경 방향 외측에 배치되며, 상기 노즐기구는 구동 노즐을 통한 유체 유동이 제 1 흡입 노즐을 통해 유체 유동을 구동하도록 설계된다. 본 발명은 또한 대응하는 노즐 기구를 포함하는 제트 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a nozzle mechanism for a jet pump, wherein the nozzle mechanism includes a driving nozzle and a first suction nozzle, the first suction nozzle is disposed radially outside the driving nozzle, and the nozzle mechanism comprises a driving nozzle. The fluid flow through is designed to drive the fluid flow through the first suction nozzle. The invention also relates to a jet pump comprising a corresponding nozzle mechanism.
제트 펌프는 1차 구동 유체 유동을 통해 2차 유체 유동을 생성하는 데 사용된다. 1차 구동 유체는 예를 들어 펌프에 의해 가속되고 2차 유체와 접촉하도록 안내된다. 두 유체 사이의 속도 및 압력 구배는 제 2 유체가 제 1 유체 유동에 의해 가속되도록 한다. 따라서 제트 펌프에서 제 2 유체 유동은 제 1 유체 유동에 의해 구동된다.A jet pump is used to create a secondary fluid flow over a primary drive fluid flow. The primary drive fluid is accelerated, for example by a pump, and guided into contact with the secondary fluid. The velocity and pressure gradient between the two fluids causes the second fluid to be accelerated by the first fluid flow. Thus in the jet pump the second fluid flow is driven by the first fluid flow.
제트 펌프는 단일 단계 또는 복수의 펌프 단계 및 노즐을 포함하는 다단계 제트 펌프로 설계될 수 있다. 제트 펌프의 주요 단점은 1차 구동 유체의 고속 제트와 거의 정체된 2차 유체의 혼합으로 인해 효율이 낮다는 것이다. Jet pumps can be designed as single-stage or multi-stage jet pumps comprising multiple pump stages and nozzles. The main disadvantage of jet pumps is their low efficiency due to the mixing of the high-velocity jets of the primary drive fluid with the nearly stagnant secondary fluid.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 제트 펌프 및 제트 펌프 노즐 구조에 비해 우수한 효율을 나타내는 개선된 제트 펌프 및 개선된 제트 펌프 노즐 구조를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide improved jet pumps and improved jet pump nozzle structures that exhibit superior efficiency compared to known jet pumps and jet pump nozzle structures.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 노즐 기구 및 청구항 10에 따른 제트 펌프에 의해 달성되며, 상기 제트 펌프는 적어도 하나의 이러한 노즐 기구를 포함한다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속항의 주제이다.The object of the present invention is achieved by a nozzle device according to
본 발명에 따르면, 제트 펌프용 노즐 기구가 제공되며, 상기 노즐 기구는 구동 노즐 및 제 1 흡입 노즐을 포함하고, 상기 제 1 흡입 노즐은 상기 구동 노즐의 반경 방향 외측에 배열되며, 상기 노즐 기구는 구동 노즐을 통한 유체 유동이 제 1 흡입 노즐을 통한 유체 유동을 구동하도록 설계된다. 간단한 실시예에서, 구동 노즐 출구는 구동 노즐의 저압 및 고속 유체 유동이 제 1 흡입 노즐의 유체와 상호 작용할 수 있도록 제 1 흡입 노즐 출구에 충분히 가깝게 위치될 수 있다. According to the present invention, there is provided a nozzle mechanism for a jet pump, the nozzle mechanism including a driving nozzle and a first suction nozzle, the first suction nozzle being arranged radially outside the driving nozzle, the nozzle mechanism comprising: The fluid flow through the drive nozzle is designed to drive the fluid flow through the first suction nozzle. In a simple embodiment, the drive nozzle outlet may be located sufficiently close to the first suction nozzle outlet such that the low pressure and high velocity fluid flow of the drive nozzle can interact with the fluid of the first suction nozzle.
제 1 흡입 노즐은 제트와 흡입 매스(mass) 사이의 경계에서의 전단 응력 또는 구동 노즐을 통한 유체 유동과 제 1 또는 추가 흡입 노즐을 통한 유체 유동이 감소되도록 위치될 수 있다. 이는 위에서 정의한 전단 응력이 유체 점도와 속도 구배의 곱이라는 사실과 관련이 있다. 후자는 당업계에 공지된 제트 펌프에서 매우 클 수 있다. 높은 전단 응력은 난류를 발생시키고, 이는 알려진 제트 펌프의 낮은 효율에 대한 이유인 1차 에너지의 소산을 오히려 초래한다. 본 발명의 제트 펌프 및 노즐 장치는 둘 이상의 매스 유동 또는 유체 유동의 혼합이 유도될 때 전단 응력이 감소되기 때문에 향상된 제트 펌프 효율을 제공한다.The first suction nozzle may be positioned such that the shear stress at the interface between the jet and the suction mass or the fluid flow through the drive nozzle and the fluid flow through the first or further suction nozzle is reduced. This is related to the fact that the shear stress defined above is the product of the fluid viscosity and the velocity gradient. The latter can be very large in jet pumps known in the art. High shear stresses generate turbulence, which rather leads to dissipation of primary energy, which is the reason for the low efficiency of known jet pumps. The jet pump and nozzle arrangement of the present invention provides improved jet pump efficiency because shear stress is reduced when mixing of two or more mass flows or fluid flows is induced.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 노즐 기구는 제 1 흡입 노즐이 구동 노즐 주위에 동심으로 배열되도록 및/또는 제 1 흡입 노즐이 환형 체적과 같은 축대칭 체적을 포함하도록 설계될 수 있다. 구동 노즐 및/또는 제 1 흡입 노즐은 특히 노즐 중 하나 또는 노즐 둘 모두의 중심축 주위에서 회전 대칭을 특징으로 하는 노즐 벽 섹션을 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the invention, the nozzle mechanism can be designed such that the first suction nozzles are concentrically arranged around the drive nozzle and/or the first suction nozzles comprise an axisymmetric volume, such as an annular volume. The driving nozzle and/or the first suction nozzle may in particular comprise a nozzle wall section characterized by rotational symmetry around a central axis of one or both of the nozzles.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 노즐 기구는 제 1 혼합 튜브가 구동 노즐과 제 1 흡입 노즐의 하류에 제공되도록 설계될 수 있다. 상기 제 1 혼합 튜브는 상기 제 1 흡입 노즐의 외벽에 연결될 수 있다. 특히, 제 1 혼합 튜브과 제 1 흡입 노즐의 외벽은 일체형으로 이루어질 수 있다. 상기 제 1 혼합 튜브, 구동 노즐 및 제 1 흡입 노즐은 서로 동축으로 배열될 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the nozzle mechanism may be designed such that the first mixing tube is provided downstream of the drive nozzle and the first suction nozzle. The first mixing tube may be connected to an outer wall of the first suction nozzle. In particular, outer walls of the first mixing tube and the first suction nozzle may be integrally formed. The first mixing tube, the driving nozzle and the first suction nozzle may be arranged coaxially with each other.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 노즐 기구는 제 1 혼합 튜브가 제 1 혼합 튜브의 하류 단부에 있는 제 1 디퓨저 스테이지를 포함하도록 설계될 수 있다. 제 1 디퓨저 스테이지는 제 1 디퓨저 스테이지의 더 상류에 위치된 제 1 혼합 튜브의 섹션보다 더 큰 단면적을 특징으로 할 수 있다. 제 1 혼합 튜브의 제 1 디퓨저 스테이지는 제 1 혼합 튜브 및/또는 구동 노즐 및/또는 제 1 흡입 노즐의 다른 부분과 동심원으로 배열될 수 있다.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the nozzle mechanism may be designed to include a first diffuser stage in which the first mixing tube is at the downstream end of the first mixing tube. The first diffuser stage may be characterized by a larger cross-sectional area than a section of the first mixing tube located further upstream of the first diffuser stage. The first diffuser stage of the first mixing tube may be arranged concentrically with other parts of the first mixing tube and/or the drive nozzle and/or the first suction nozzle.
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시예에서, 상기 노즐 기구는 제 2 흡입 노즐이 제 1 혼합 튜브의 하류에 배열되도록 설계될 수 있으며, 여기서 노즐 기구는 제 1 혼합 튜브를 통한 유체 유동이 제 2 흡입 노즐을 통과하는 유체를 구동하도록 설계되며, 및/또는 상기 제 2 흡입 노즐은 제 1 혼합 튜브 주위에 동심으로 배치되며 및/또는 제 2 흡입 노즐은 축대칭 체적부를 포함한다. 제 2 흡인 노즐의 설계 및 기능은 적용 가능한 경우 제 1 흡인 노즐에 대해 설명된 것과 같은 특징을 포함할 수 있다. In another particularly preferred embodiment of the present invention, the nozzle arrangement may be designed such that the second suction nozzle is arranged downstream of the first mixing tube, wherein the nozzle arrangement is such that the fluid flow through the first mixing tube is directed to the second suction tube. It is designed to drive fluid through the nozzle, and/or the second suction nozzle is disposed concentrically around the first mixing tube and/or the second suction nozzle comprises an axisymmetric volume. The design and function of the second suction nozzle may include the same features as described for the first suction nozzle, where applicable.
특히, 제 2 흡입 노즐은 제 1 혼합 튜브의 저압 및 고속 유체 유동이 제 2 흡입 노즐의 유체와 상호 작용할 수 있도록 제 1 혼합 튜브의 출구에 충분히 가깝게 위치할 수 있다. 제 2 흡입 노즐은 제트와 흡입 매스 사이의 경계에서의 전단 응력 또는 제 1 혼합 튜브를 통한 유체 유동과 제 2 흡입 노즐을 통한 유체 유동이 감소되도록 위치될 수 있다.In particular, the second suction nozzle may be located sufficiently close to the outlet of the first mixing tube so that the low pressure and high velocity fluid flow in the first mixing tube can interact with the fluid in the second suction nozzle. The second suction nozzle may be positioned such that the shear stress at the interface between the jet and the suction mass or fluid flow through the first mixing tube and through the second suction nozzle is reduced.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 노즐 기구는 제 2 혼합 튜브가 제 1 혼합 튜브 및 제 2 흡입 노즐의 하류에 제공되도록 설계될 수 있다. 상기 제 2 혼합 튜브는 상기 제 2 흡입 노즐의 외벽에 연결될 수 있다. 특히, 상기 제2 혼합 튜브와 상기 제 2 흡입 노즐의 외벽은 일체형으로 이루어질 수 있다. 상기 제 2 혼합 튜브, 제 1 혼합 튜브, 구동 노즐 및/또는 상기 제 1 흡입 노즐 및 제 2 흡입 노즐은 서로 동축으로 배치될 수 있다.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the nozzle mechanism may be designed such that a second mixing tube is provided downstream of the first mixing tube and the second suction nozzle. The second mixing tube may be connected to an outer wall of the second suction nozzle. In particular, outer walls of the second mixing tube and the second suction nozzle may be integrally formed. The second mixing tube, the first mixing tube, the driving nozzle and/or the first and second suction nozzles may be disposed coaxially with each other.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 노즐 기구는 제 2 혼합 튜브가 제 2 혼합 튜브의 하류 단부에 있는 제 2 디퓨저 스테이지를 포함하도록 설계될 수 있다. 상기 제 2 디퓨저 스테이지는 제 2 디퓨저 스테이지의 더 상류에 위치된 제 2 혼합 튜브의 섹션보다 더 큰 단면적을 특징으로 할 수 있다. 제 2 디퓨저 스테이지는 제 2 혼합 튜브 및/또는 구동 노즐 및/또는 제 1 및/또는 제 2 흡입 노즐의 다른 부분과 동심으로 배열될 수 있다.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the nozzle mechanism may be designed to include a second diffuser stage in which the second mixing tube is at the downstream end of the second mixing tube. The second diffuser stage may be characterized by a larger cross-sectional area than the section of the second mixing tube located further upstream of the second diffuser stage. The second diffuser stage may be arranged concentrically with the second mixing tube and/or drive nozzle and/or other parts of the first and/or second suction nozzle.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 노즐 기구는 제 1 유체가 구동 노즐을 통해 흐르고 제 2 유체가 제 1 및/또는 제 2 흡입 노즐을 통해 흐르도록 설계될 수 있으며, 여기서 제 1 및 제 2 유체는 동일한 종류의 유체이며 또는 제 1 및 제 2 유체는 상이한 종류의 유체이다. 구동 노즐을 통해 흐르는 제 1 유체를 구동 유체라 할 수 있다. 제 1 및 제 2 유체는 동일한 유체 소스 또는 서로 다른 분리된 유체 소스로부터 제공될 수 있다. In a particularly preferred embodiment of the present invention, the nozzle mechanism may be designed such that a first fluid flows through the actuating nozzle and a second fluid flows through the first and/or second suction nozzles, wherein the first and second fluids is the same type of fluid or the first and second fluids are different types of fluid. The first fluid flowing through the driving nozzle may be referred to as a driving fluid. The first and second fluids may be provided from the same fluid source or from different and separate fluid sources.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 노즐 기구는 제 1 유체가 기체이고 제 2 유체가 기체이고 및/또는 제 2 유체가 액체이도록 설계될 수 있다. 일반적으로, 본 노즐 설계는 액체 및/또는 기체의 임의의 적절한 조합과 함께 사용될 수 있다. 가스가 유체 중 하나 또는 둘 다로 사용되는 경우, 공기, 연료 증기, 연소 가스 및 이들의 혼합물이 유체 중 하나로 선택될 수 있다.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the nozzle mechanism can be designed such that the first fluid is a gas and the second fluid is a gas and/or the second fluid is a liquid. In general, this nozzle design can be used with any suitable combination of liquid and/or gas. When gas is used as one or both of the fluids, air, fuel vapor, combustion gases, and mixtures thereof may be selected as one of the fluids.
본 발명은 또한 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 노즐 기구를 포함하는 제트 펌프에 관한 것이다. 제트 펌프라는 용어는 노즐 기구에 더하여 추가 구성요소를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 추가 구성요소는 전원, 압력원, 제어 장치, 전자 연결부, 유체 연결부, 하나 이상의 유체원 및/또는 유체 도관을 포함할 수 있다.The invention also relates to a jet pump comprising at least one nozzle mechanism according to
본 발명의 추가 세부사항 및 이점은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다.
도 1은 구동 노즐 1개와 흡입 노즐 2개로 구성된 노즐 장치를 도시한다.
도 2a, 2b는 최신 기술에 따른 노즐 기구의 개략도이다.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 노즐 기구의 개략도이다.Further details and advantages of the present invention are described with reference to the embodiments shown in the drawings.
1 shows a nozzle arrangement consisting of one driving nozzle and two suction nozzles.
2a, 2b are schematic diagrams of a nozzle mechanism according to the state of the art;
3A and 3B are schematic diagrams of a nozzle mechanism according to the present invention.
도 1은 제트 펌프용 노즐 기구를 도시한다. 제트 펌프라는 용어는 넓은 의미로 이해될 수 있으며 도 1에 표시된 실제 노즐 형상 이외의 추가 구성 요소를 포함할 수 있다. 노즐 기구는 구동 노즐(10)과 제 1 흡입 노즐(1)을 포함하며, 제1 흡입 노즐(1)은 구동 노즐(10)의 반경 방향 외측에 배치되고, 노즐 기구는 구동 노즐(10)을 통해 흐르는 유체 유동이 제 1 흡입 노즐(1)을 통해 흐르는 유체를 구동하도록 설계된다. 노즐 장치는 중심선(C) 주위에 배치될 수 있다. 특히, 노즐 기구는 중심선(C)에 대해 적어도 부분적으로 대칭일 수 있다.1 shows a nozzle mechanism for a jet pump. The term jet pump may be understood in a broad sense and may include additional components other than the actual nozzle shape shown in FIG. 1 . The nozzle mechanism includes a
제1 흡입 노즐(1)은 구동 노즐(10)을 중심으로 동심원상으로 배치될 수 있다. 구동 노즐(10)은 원형 단면을 가질 수 있고 원통형 도관부를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 구동 노즐(10)은 비원통형 도관부를 포함할 수 있다. 제 1 흡입 노즐(1)은 축대칭 체적부 또는 축대칭 도관부를 포함할 수 있다. 구동 노즐(10)의 도관부는 적어도 일부가 제 1 흡인노즐(1)의 도관부 내에 위치할 수 있다. 이러한 경우에 노즐 기구는 중심선(C)을 따라 있는 일부 위치에서 적어도 중심선(C) 주위에서 회전 대칭을 나타낼 수 있다.The
대안적으로, 상기 노즐 기구는 중심선(C)을 포함하고 도 1의 투영 평면에 수직인 평면에 대해 반사 대칭을 나타낼 수 있다. 이 경우, 흡입 노즐(1)과 구동 노즐(10)은 예를 들어 직육면체 또는 인근 도관부를 포함할 수 있다. 또한, 노즐 기구는 정의된 상기 평면에 대해 반사 대칭을 나타내지 않을 수 있지만 여전히 전적으로 또는 적어도 부분적으로 직육면체 형상의 도관부를 포함할 수 있다. 도관부라는 용어는 현재 반경 방향으로 단단한 벽에 의해 경계를 이루는 도관부를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 중실벽은 도관부의 원주 방향으로 도관부를 완전히 둘러쌀 수 있다. Alternatively, the nozzle mechanism may exhibit reflection symmetry with respect to a plane that includes centerline C and is perpendicular to the projection plane of FIG. 1 . In this case, the
구동 노즐(10)과 제 1 흡인노즐(1)의 도관부는 제 1 벽(11)에 의해 적어도 부분적으로 분리될 수 있다. 제 1 벽(11)은 원뿔형 부분 및 상기 원뿔형 부분에 직접 연결된 적어도 하나의 원통형 부분을 포함할 수 있다.The conduit of the driving
제 1 벽(11)의 우측단부 또는 하류단부는 구동 노즐(10)의 출구부라 할 수 있으며, 여기서 구동 노즐(10)의 제 1 유체와 제 1 흡인 노즐(1)의 제 2 유체가 두 유체는 상호작용하여, 제 2 유체는 제 1 유체에 의해 구동된다. 제 1 벽(11)의 내측은 구동 노즐(10)을 완전히 둘러싸서 그 자체로 구동 노즐(10)의 단면적 및 형상을 정의할 수 있다. 제 1 벽(11)의 외측은 제 1 흡입 노즐(1)의 내측 경계를 정의할 수 있다. 제 1 벽(11)의 내측과 외측은 서로 평행하거나 거의 평행한 면을 포함할 수 있다. 특히, 제 1 벽(11)은 적어도 하나의 원통형 부분 또는 유동 방향을 따라 일정한 단면적을 갖는 부분을 포함할 수 있다. 이는 특히 제 1 벽(11)의 가장 먼 하류 부분 또는 가장 먼 하류 부분에 가까운 제 1 벽(11)의 부분에 적용된다. 제 1 벽의 이러한 2개의 면의 밀접한 정렬은 구동 노즐(10)을 통과하는 유동의 유선(streamline)과 제 1 흡입 노즐(1)을 통과하는 유동의 유선은 서로 함께 흐르거나 만날 때 서로 평행하거나 거의 평행하도록 보장한다.The right end or the downstream end of the
구동 노즐(10)의 출구부의 하류에는 제 1 혼합 튜브(3)가 제공된다. 유체 유동 방향은 3개의 화살표에 의해 노즐 기구의 왼쪽과 위쪽으로 표시된다. 중심선(C) 부근에서 도 1의 일반적인 유동 방향은 왼쪽에서 오른쪽이다. 따라서 부품의 하류 위치는 도 1의 노즐 기구 부품 오른쪽에서 찾을 수 있다.Downstream of the outlet of the
따라서 제 1 혼합 튜브(3)는 구동 노즐(10)과 제 1 흡입 노즐(1)의 하류에 제공된다. 혼합 튜브(3)의 직경 또는 단면적은 구동 노즐(10)과 제 1 흡입 노즐(1)의 결합된 체적유동을 수용할 수 있도록 선택될 수 있다.Thus, the
제 1 혼합 튜브(3)는 제 2 벽(32)에 의해 구속될 수 있고 및/또는 제 1 혼합 튜브(3)는 부분적으로 또는 전체적으로 원통형 도관부를 포함할 수 있다. 제 1 혼합 튜브(3)의 길이는 혼합 튜브(3)의 폭 또는 직경의 2배 내지 5배로 선택될 수 있다. 특히 혼합 튜브(3)의 길이는 혼합 튜브(3)의 폭 또는 직경의 2.5배 내지 4배로 선택될 수 있다.The
제 1 혼합 튜브(3)는 제 1 혼합 튜브(3)의 하류 단부에 제 1 디퓨저 스테이지(31)를 포함하도록 설계될 수 있다. 제 1 디퓨저 스테이지(31)는 특히 제 1 혼합 튜브(3)의 다른 부분, 특히 상류 부분보다 더 큰 단면적, 직경 또는 폭을 가질 수 있다. 제 1 디퓨저 스테이지(31)는 제 1 혼합 튜브(3)의 최하류 부분이거나 최하류 부분에 근접할 수 있다. 제 1 혼합튜브(3)와 제 1 디퓨저 스테이지(31)는 제 2 벽(32)에 의해 일체로 형성될 수 있다.The
제 1 디퓨저 스테이지(31)는 제 1 혼합 튜브(3)의 하류에 배열된 제 2 흡입 노즐(2)에 가깝거나 그 일부일 수 있으며, 노즐 기구는 제 1 혼합 튜브(3)를 통한 유체 유동이 제 2 흡입 노즐(2)을 통과하는 유체를 구동하도록 설계되고 및/또는 제 2 흡입 노즐(2)은 제 1 혼합 튜브(3) 주위에 동심으로 배열되고 및/또는 제 2 흡입 노즐(2)은 내벽과 외벽으로 둘러싸인 축대칭 체적부를 포함한다. The
도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노즐 기구는 다수의 흡입 노즐(1, 2) 및/또는 구동 노즐(10)을 포함하는 하나 이상의 스테이지 노즐 기구일 수 있다. 따라서, 제 1 혼합 튜브(3)의 최하류 부분, 특히 제 1 혼합 튜브(3)의 출구 부분은 다른 구동 노즐 또는 제 2 흡입 노즐(2)을 통해 유체를 구동하기 위한 또다른 구동 노즐의 일부로 간주될 수 있다.As shown in the embodiment of FIG. 1 , the nozzle mechanism of the present invention may be one or more stage nozzle mechanisms including a plurality of
제 2 흡입 노즐(2)의 기하학적 구조는 중심선(C) 주위의 회전 대칭 또는 전술한 제 1 흡입 노즐(1)의 반사 대칭과 유사하게 반사 대칭을 나타낼 수 있다는 점에서 제 1 흡입 노즐(1)의 기하학적 구조에 대응할 수 있다. 또는, 상술한 바와 같이 비대칭 실시예도 가능하다. 또한, 제 2 흡입 노즐(2)의 경계를 이루는 벽, 즉 제 2 흡입 노즐(2)의 내부에 있는 제 2 벽(32)과 제 2 흡입 노즐(2)의 외부에 있는 또다른 벽은 제 2 흡입 노즐(2)을 통과하는 유동을 제 1 혼합 튜브(3)를 통과하는 유동에 근접하게 정렬하도록 배향될 수 있다. 특히, 제 2 흡입노즐(2)은 제 2 흡입노즐(2)을 통과하는 유체의 속도 벡터가 제 1 혼합 튜브(3)를 통과하는 유체 유동의 속도 벡터에 방향과 크기가 근접하도록 제공될 수 있다. 따라서 제 2 흡입 노즐(2)의 경계벽은 제 1 혼합 튜브(3)를 통한 유동과 제 2 흡입 노즐(2)을 통한 유동이 최소한의 손실로 함께 혼합되도록 혼합 튜브(3)를 통한 유동 방향에 평행 및/또는 각을 이룰 수 있다.The
제 1 혼합 튜브(3)와 제 2 흡입 노즐(2)의 하류에는 제 2 혼합 튜브(4)가 마련될 수 있다. 제 2 혼합 튜브(4)는 원통형 도관부 및/또는 제 2 혼합 튜브(4)의 하류 단부에 있는 제 2 디퓨저 스테이지(41)를 포함할 수 있다. 제 2 혼합 튜브(4)의 하류 단부는 유체 도관에 연결되거나 연결될 수 있다. A second mixing tube 4 may be provided downstream of the
노즐 기구의 작동시 구동 노즐(10)에는 제 1 유체가 흐르고, 제 1 흡입 노즐(1) 및/또는 제 2 흡입 노즐(2)에는 제 2 유체가 흐르며, 제 1 유체와 제 2 유체는 동종의 유체이며 또는 제 1 및 제 2 유체는 상이한 종류의 유체이다. 구동 노즐(10)의 제 1 유체는 흡입 노즐(1,2)을 흐르는 유체를 구동하며, 유체는 기체 및/또는 액체일 수 있다.During operation of the nozzle mechanism, a first fluid flows through the driving
제 1 흡입 노즐(1) 또는 2개 이상의 흡입 노즐(1, 2)은 원형 구동노즐(10)을 둘러싸거나 적어도 부분적으로 추가적인 구동 노즐을 둘러싸는 환형 또는 환형에 가까운 노즐일 수 있다. 구동 노즐(10)은 동심으로 둘러싸일 수도 있고 다른 방식으로 둘러싸일 수도 있다. 구동 노즐(10)은 구동 에어 노즐일 수 있다. 상기 노즐 기구는 내연 기관의 터보 챠저와 함께 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 노즐 기구는 예를 들어 연료 탱크로부터 연소 엔진으로 가스를 펌핑하기 위한 제트 펌프의 일부로 간주될 수 있다.The
본 발명의 노즐은 인접한 노즐의 유동 속도 및/또는 유동 방향이 가능한 한 유사하도록 설계될 수 있다. 특히, 노즐은 구동 노즐(10)을 빠져나가는 제 1 유체 유동의 유동 방향 및/또는 속도가 제 1 및/또는 제 2 흡입 노즐(1, 2)을 빠져나가는 제 2 유체 유동과 가능한 한 유사하도록 설계될 수 있다.Nozzles of the present invention can be designed so that adjacent nozzles have flow rates and/or flow directions that are as similar as possible. In particular, the nozzle is designed such that the flow direction and/or velocity of the first fluid flow exiting the
본 발명의 노즐 장치 및 대응하는 제트 펌프는 사실상 적어도 하나의 추가 흡입 노즐(1, 2)을 제공하여 흡입 유동이 구동 유동과 혼합되기 전에 흡입 유동의 유속을 증가시킨다. 추가 흡입 노즐(1, 2)은 적어도 2개의 유체 유동, 즉 제 1 및 제 2 유체 유동의 혼합 동안 난류의 생성을 효과적으로 감소시킨다. 결과적으로 펌프의 동력과 효율이 증가하게 된다.The inventive nozzle arrangement and corresponding jet pump in fact provides at least one
동력은 구동 매스 유동의 형태로 해당 제트 펌프에 공급되며, 이는 구동 노즐에서 가속되고 이에 따라 고속 및 저압의 유체 제트를 생성하게 된다. 발생하는 낮은 압력은 구동 유동, 즉 제 1 유체 유동과 혼합되는 흡입 매스 유동을 펌프 또는 노즐 기구로 끌어들이는 데 사용된다. 구동 매스 유속 또는 제 1 유체 유동 및 흡입 매스 유속 또는 제 2 유체 유동은 유동의 압력을 증가시키는 하나 이상의 디퓨저 스테이지(31, 41)를 통과한 후에 펌프 또는 노즐 장치를 떠나게 된다.Power is supplied to the corresponding jet pump in the form of a motive mass flow, which is accelerated at the motive nozzle and thereby creates a high velocity and low pressure fluid jet. The resulting low pressure is used to draw the drive flow, ie the suction mass flow, which mixes with the first fluid flow, into the pump or nozzle mechanism. The drive mass flow rate or first fluid flow and the suction mass flow rate or second fluid flow leave the pump or nozzle arrangement after passing through one or more diffuser stages (31, 41) which increase the pressure of the flow.
제트 펌프의 주요 장점 중 하나는 움직이는 부품이 필요 없는 단순한 설계라는 것이다. 주요 단점은 거의 정체된 유체와 고속 제트의 혼합으로 인해 이러한 펌프의 낮은 효율을 포함한다는 것이다. One of the main advantages of jet pumps is their simple design, which requires no moving parts. The main disadvantages include the low efficiency of these pumps due to the mixing of the nearly stagnant fluid with the high-velocity jet.
도 2a는 당업계에 공지된 전형적인 제트 펌프 유동 구성의 개략도를 보여준다. 도 2b는 해당 유체 유동의 단순화된 표현을 보여준다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 구동 노즐(10)에 의해 고속 제트가 생성되고, 이는 일반적으로 매우 낮은 속도를 갖는 흡입 매스 유동을 끌어들이게 된다.2A shows a schematic diagram of a typical jet pump flow configuration known in the art. Figure 2b shows a simplified representation of the fluid flow in question. As shown in FIG. 2A, a high-velocity jet is created by the
도 2b는 일반적인 제트 펌프 유동을 이상적으로 나타낸 것이다. 저속 흡입 매스 유동은 짧은 수평 화살표로 표시된다. 이것은 긴 수평 화살표로 표시된 고속 제트와 혼합된다. 표시된 높은 속도 구배는 높은 전단 응력으로 이어진다. 도 2b에 도시된 유동은 제트 방향, 즉 수평 방향의 유동 성분만을 도시한다.Figure 2b is an ideal representation of a typical jet pump flow. Slow suction mass flow is indicated by a short horizontal arrow. It mixes with the high-velocity jet indicated by the long horizontal arrow. The high velocity gradient shown leads to high shear stress. The flow shown in FIG. 2B shows only flow components in the jet direction, that is, in the horizontal direction.
제트와 흡입 매스 유동 사이 또는 제 1 유체 유동과 제 2 유체 유동 사이의 경계에서의 전단 응력(τ)는 각각 해당 유체 유동의 속도 구배에 따라 증가하게 된다. 후자는 일반적으로 두 유체 유동의 속도 차이가 크기 때문에 매우 크다. 높은 전단 응력은 난류를 발생시키고, 그 결과 제트 펌프의 효율이 낮은 1차 에너지 소실로 이어지게 된다. 보다 효율적인 제트 펌프는 두 매스 유동의 혼합으로 인해 발생하는 전단 응력의 감소를 필요로 한다. 제트 속도는 필요한 펌핑 압력에 의해 결정되므로, 경계면에서 전단 응력을 줄이는 유일한 방법은 제트 유동 방향으로 흡입 유동의 유속을 증가시키는 것이다. The shear stress (τ) at the boundary between the jet and the suction mass flow or between the first and second fluid flows respectively increases with the velocity gradient of the corresponding fluid flow. The latter is usually very large because the difference in velocity between the two fluid flows is large. High shear stress causes turbulence, which in turn leads to low primary energy dissipation and low efficiency of the jet pump. A more efficient jet pump requires a reduction in the shear stress caused by the mixing of the two mass flows. Since the jet velocity is determined by the required pumping pressure, the only way to reduce the shear stress at the interface is to increase the flow rate of the suction flow in the direction of the jet flow.
도 3a 및 3b는 흡입 유동이 제트와 혼합되기 전에 가속되어 속도 구배가 감소하는 제트 펌프 유동 구성을 도시한다. 이렇게 하면 전단 응력이 감소하므로 생성된 난류 및 소산되는 에너지의 양이 감소하게 된다. 결과적으로 에너지 손실이 적고 제트 펌프가 더 효율적으로 된다. 도 3a에서, 제트 펌프 또는 노즐 기구는 구동 노즐(10) 및 흡입 유동을 위한 제 1 흡입 노즐(1)을 포함한다. 도 3b는 해당 유동의 이상적인 상태를 도시한다. 흡입 유속은 짧은 수평 화살표로 표시되고 제트 유속은 긴 수평 화살표로 도시된다. 도시된 바와 같이, 길이와 속도의 차이는 도 2b에 표시된 상황보다 작다. 따라서 전단 응력이 감소하게 된다. 이전과 마찬가지로 도 3b에 표시된 유동은 제트 방향, 즉 수평 방향의 유동 성분만을 도시한다. 흡입 노즐(1, 2)은 제 1 유체 유동에 평행한 방향으로 또는 매우 작은 각도로 제 1 유체 유동에 접근하도록 제 2 유체 유동을 지향하도록 설계될 수 있다. 이러한 효과를 달성하기 위해, 흡입 노즐(1, 2)은 상응하는 각진 경계를 포함할 수 있다.3A and 3B show a jet pump flow configuration in which the suction flow is accelerated before mixing with the jet and the velocity gradient is reduced. This reduces the shear stress and therefore reduces the amount of turbulence created and dissipated energy. As a result, less energy is lost and the jet pump is more efficient. In Fig. 3a, the jet pump or nozzle mechanism comprises a driving
본 발명은 차량의 크랭크 케이스 및 연료 탱크의 환기(ventilation)에 특히 사용된다. 누출 및 연료 증발로 인해, 이러한 구성 요소는 현재의 배출 규제를 준수하기 위해 해당 제트 펌프를 사용하여 환기해야 한다. 여기서, 내연 기관에 공급되는 공기는 구동 유체 또는 제 1 유체로 사용될 수 있다. 제공되는 공기는 예를 들어 터보 챠저 또는 압축기에서 나오는 압축 공기일 수 있다. 본 발명은 낮은 구동 압력과 높은 구동 압력을 야기하는 풀 쓰로틀링 작동 및 아이들 엔진에서 이들 구성요소를 환기시키기 위한 고성능 수단을 제공한다. 동시에, 본 발명은 엔진의 풀 쓰로틀링에서 구동 공기 또는 구동 유체의 소비가 적은 제트 펌프를 제공한다.The invention is particularly used for ventilation of crankcases and fuel tanks of vehicles. Due to leaks and fuel evaporation, these components must be vented using corresponding jet pumps to comply with current emission regulations. Here, air supplied to the internal combustion engine may be used as a driving fluid or a first fluid. The air provided can be compressed air, for example from a turbocharger or compressor. The present invention provides a high performance means for venting these components in full throttling operation and idle engine resulting in low drive pressure and high drive pressure. At the same time, the present invention provides a jet pump with low consumption of drive air or drive fluid at full throttling of the engine.
본 발명은 전술한 실시예 또는 특징에 제한되지 않는다. 본 발명은 설명된 실시예에 대한 다양한 추가 또는 수정을 포함할 수 있다.The present invention is not limited to the foregoing embodiments or features. The present invention may include various additions or modifications to the described embodiments.
구조적 세부 사항, 공간 배치 및 절차적 단계를 포함하여 청구범위, 설명 및 도면에서 발생하는 모든 특징 및 장점은 개별적으로 그리고 가장 다양한 조합으로 본 발명에 필수적일 수 있다.All features and advantages arising from the claims, description and drawings, including structural details, spatial arrangements and procedural steps, may be essential to the invention individually and in the most varied combinations.
1: 제 1 흡입 노즐
2: 제 2 흡입 노즐
3: 제 1 혼합 튜브
4: 제 2 혼합 튜브
10: 구동 노즐
11: 제 1 벽
31: 제 1디퓨저 스테이지
32: 제 2 벽
41: 제 2 디퓨저 스테이지
C: 중심선1: first suction nozzle
2: second suction nozzle
3: first mixing tube
4: second mixing tube
10: drive nozzle
11: first wall
31: first diffuser stage
32 second wall
41: second diffuser stage
C: center line
Claims (10)
상기 제 1 흡입 노즐(1)은 상기 구동 노즐(10) 주위에 동심으로 배치되고 및/또는 상기 제 1 흡입 노즐(1)은 축대칭 체적부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to claim 1,
A nozzle mechanism, characterized in that the first suction nozzle (1) is arranged concentrically around the drive nozzle (10) and/or the first suction nozzle (1) comprises an axisymmetric volume.
상기 구동 노즐(10)과 상기 제 1 흡입 노즐(1)의 하류에는 제 1 혼합 튜브(3)가 구비되는 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to claim 1 or 2,
A nozzle mechanism characterized in that a first mixing tube (3) is provided downstream of the driving nozzle (10) and the first suction nozzle (1).
상기 제 1 혼합 튜브(3)는 제 1 혼합 튜브(3)의 하류 단부에 있는 제 1 디퓨저 스테이지(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to claim 3,
The nozzle mechanism, characterized in that the first mixing tube (3) comprises a first diffuser stage (31) at the downstream end of the first mixing tube (3).
제 2 흡입 노즐(2)은 제 1 혼합 튜브(3)의 하류에 배치되고, 상기 노즐 기구는 제 1 혼합 튜브(3)를 통해 흐르는 유체 유동이 제 2 흡입 노즐(2)을 통과하는 유체를 구동하도록 되고, 상기 제 2 흡입 노즐(2)은 제 1 혼합 튜브(3) 주위에 동심으로 배치되고 및/또는 상기 제 2 흡입 노즐(2)은 축대칭 체적부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to claim 3 or 4,
The second suction nozzle (2) is disposed downstream of the first mixing tube (3), and the nozzle mechanism is such that the fluid flow flowing through the first mixing tube (3) controls the fluid passing through the second suction nozzle (2). characterized in that the second suction nozzle (2) is arranged concentrically around the first mixing tube (3) and/or the second suction nozzle (2) comprises an axisymmetric volume. .
상기 제 1 혼합 튜브(3)와 상기 제 2 흡입 노즐(2)의 하류에 제 2 혼합 튜브(4)가 구비되는 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to claim 5,
A nozzle mechanism characterized in that a second mixing tube (4) is provided downstream of the first mixing tube (3) and the second suction nozzle (2).
상기 제 2 혼합 튜브(4)는 제 2 혼합 튜브(4)의 하류 단부에 있는 제 2 디퓨저 스테이지(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to claim 6,
The nozzle mechanism, characterized in that the second mixing tube (4) comprises a second diffuser stage (41) at the downstream end of the second mixing tube (4).
제 1 유체는 구동 노즐을 통해 유동하고, 제 2 유체는 제 1 흡입 노즐(1) 및/또는 제 2 흡입 노즐(2)을 통해 유동하고, 제 1 유체 및 제 2 유체는 동일한 종류의 유체이고 또는 제 1 유체 및 제 2 유체는 다른 종류의 유체인 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to any one of claims 1 to 4,
The first fluid flows through the driving nozzle, the second fluid flows through the first suction nozzle 1 and/or the second suction nozzle 2, and the first fluid and the second fluid are the same kind of fluid and or the first fluid and the second fluid are different types of fluids.
제 1 유체는 기체이고, 제 2 유체는 기체이고 및/또는 제 2 유체는 액체인 것을 특징으로 하는 노즐 기구.According to claim 8,
The nozzle mechanism, characterized in that the first fluid is a gas, the second fluid is a gas and/or the second fluid is a liquid.
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