噴射器及制造方法
【專利摘要】一種噴射器(200；400；600；700；800)，具有殼體(202)和插入件。殼體具有上游端(206)和下游端(208)和分支(220)。主流路從上游端延伸，以及次流路穿過分支加入主流路。插入件(204；402)在殼體內(nèi)，并從上游端(250)延伸至下游端(252)。插入件具有帶入口和出口的主動噴嘴(240)?；旌掀?242)至少部分地位于主動噴嘴的下游。設(shè)置一個或多個通路(304)，使得次流路延伸穿過分支和所述一個或多個通路加入主流路，插入件的至少一部分相比殼體的材料是較低結(jié)實性材料。
【專利說明】噴射器及制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]要求于2011年5月23日提交的、并且題目為“噴射器及制造方法”的美國專利申請N0.61 / 489，035的益處，其公開內(nèi)容通過引用全文結(jié)合到本文中，就如在本文詳細闡述一樣。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及制冷。更具體地，本發(fā)明涉及噴射器制冷系統(tǒng)。
[0004]在US1836318和US3277660中發(fā)現(xiàn)了用于噴射器制冷系統(tǒng)的早期提議。圖1示出了噴射器制冷系統(tǒng)20的一個基礎(chǔ)示例。該系統(tǒng)包括具有入口(吸入端口)24和出口(排出端口)26的壓縮機22。壓縮機和其它系統(tǒng)組件沿著制冷劑回路或流路27設(shè)置，并通過各種管道(管線)連接。排出管線28從出口 26延伸到熱交換器(在系統(tǒng)操作的正常模式下的排熱熱交換器(例如，冷凝器或氣體冷卻器))30的入口 32。管線36從排熱熱交換器30的出口 34延伸到噴射器38的主入口(液體或超臨界相或兩相入口)40。噴射器38還具有次入口(飽和或過熱蒸汽或兩相入口)42和出口 44。管線46從噴射器出口 44延伸到分離器48的入口 50。分離器具有液體出口 52和氣體出口 54。吸入管線56從氣體出口 54延伸到壓縮機吸入端口 24。管線28、36、46、56和其之間的組件限定了制冷劑回路27的主環(huán)路60。制冷劑回路27的次環(huán)路62包括熱交換器64 (在正常操作模式下為吸熱熱交換器(例如，蒸發(fā)器))。蒸發(fā)器64包括沿著次環(huán)路62的入口 66和出口 68。膨脹裝置70定位在管線72上，管線72在分離器液體出口 52和蒸發(fā)器入口 66之間延伸。噴射器次入口管線74從蒸發(fā)器出口 68延伸到噴射器次入口 42。
[0005]在正常操作模式下，氣態(tài)制冷劑通過吸入管線56和入口 24由壓縮機22吸入，并且被壓縮并從排出端口 26排入到排出管線28中。在排熱熱交換器中，制冷劑向傳熱流體(例如，風(fēng)扇強制的空氣或水或其它液體)丟出/排出熱量。被冷卻的制冷劑通過出口 34離開排熱熱交換器，并通過管線36進入噴射器主入口 40。
[0006]示例性的噴射器38 (圖2)由嵌套在外部構(gòu)件102內(nèi)的主動(主)噴嘴100組合形成。主入口 40是主動噴嘴100的入口。出口 44是外部構(gòu)件102的出口。主制冷劑流103進入入口 40，并且然后流入主動噴嘴100的收斂部段104。它隨后通過喉部段106和膨脹(發(fā)散)部段108流動通過主動噴嘴100的出口(退出口)110。主動噴嘴100使流103加速，并且降低該流的壓力。次入口 42形成外部構(gòu)件102的入口。通過主動噴嘴造成主流的壓力降低有助于將次流112吸入到外部構(gòu)件中。外部構(gòu)件包括具有收斂部段114和細長喉部或混合部段116的混合器。外部構(gòu)件還具有位于細長喉部或混合部段116下游的發(fā)散部段或擴散器118。主動噴嘴出口 110位于收斂部段114內(nèi)。當(dāng)流103離開出口 110時，它開始與流112混合，并通過提供混合區(qū)的混合部段116發(fā)生進一步的混合。因此，相應(yīng)的主流路和次流路從主入口和次入口延伸到出口，在退出口處合并。在操作中，主流103在進入噴射器時通常可以是超臨界，并且離開主動噴嘴時通?？梢允谴闻R界。次流112在進入次入口端口 42時是氣態(tài)(或氣體與較小量液體的混合物)。所產(chǎn)生的合并流120是液體/蒸汽混合物，并且在擴散器118中減速并恢復(fù)壓力同時保持為混合物。在進入分離器時，流120被分離回到流103和流112中。流103作為氣體通過如上文所述的壓縮機吸入管線。流112作為液體流到膨脹閥70。流112可通過閥70膨脹(例如，膨脹到低質(zhì)量(具有少量蒸汽的兩相))，并進入蒸發(fā)器64。在蒸發(fā)器64內(nèi)，制冷劑從傳熱流體(例如，從風(fēng)扇強制的空氣流或水或其它液體)吸收熱量，并作為前述氣體從出口 68排到管線74。
[0007]使用噴射器用于恢復(fù)壓力/功。從膨脹過程中回收的功用于在氣態(tài)制冷劑進入壓縮機之前壓縮該氣態(tài)制冷劑。因此，對于一個給定的期望蒸發(fā)器壓力，壓縮機的壓力比(以及因此功耗)可減小。進入蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)量也會降低。因此，單位質(zhì)量流量的制冷效果可以增加(相對于非噴射器系統(tǒng))。進入蒸發(fā)器的流體的分布得到改善(從而提高蒸發(fā)器性能)。由于蒸發(fā)器不直接向壓縮機供給，因此不需要蒸發(fā)器產(chǎn)生過熱的制冷劑流出流。因此，使用噴射器循環(huán)可允許減少或消除蒸發(fā)器的過熱區(qū)。這可允許蒸發(fā)器在兩相狀態(tài)下操作，其提供了更高的傳熱性能(例如，在給定的容量下，便于蒸發(fā)器尺寸的減小)。
[0008]示例性的噴射器可以是固定幾何形狀的噴射器，或者可以是可控制的噴射器。圖
2示出了由具有針132和致動器134的針閥130提供的可控性。致動器134將針的尖端部136移入和移出主動噴嘴100的喉部段106，以調(diào)制通過主動噴嘴的流，并且進而調(diào)節(jié)經(jīng)過整個噴射器的流。示例性的致動器134是電的(例如，螺線管或類似的)。致動器134可與控制器140聯(lián)接，并由控制器140控制，控制器140可接收來自輸入設(shè)備142(例如，開關(guān)、鍵盤或類似的)和傳感器(未示出)的用戶輸入。控制器140可通過控制線144 (例如，有線或無線通信路徑)與致動器和其它可控制的系統(tǒng)組件(例如，閥、壓縮機電機等)聯(lián)接?？刂破骺砂ㄏ率鲋械囊粋€或多個:處理器、存儲器(例如，用于存儲由處理器實施的程序信息以執(zhí)行操作方法，并且用于存儲由程序使用或生成的數(shù)據(jù))、以及用于與輸入/輸出設(shè)備和可控制的系統(tǒng)組件對接的硬件接口設(shè)備(例如，端口)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個方面涉及噴射器，其具有殼體和插入件。該殼體具有上游端和下游端和分支。主流路從上游端延伸，以及次流路穿過分支加入主流路。插入件插在殼體內(nèi)，并從上游端延伸到下游端。插入件具有主動噴嘴，該主動噴嘴具有入口和出口?；旌掀髦辽俨糠值匚挥谥鲃訃娮斓南掠巍ＴO(shè)置一個或多個通路，使得次流路延伸穿過分支，并穿過該一個或多個通路加入主流路，插入件的至少一部分相比殼體的材料是較低結(jié)實性材料。
[0010]在各種實施方式中，插入件可進一步包括徑向向外開口的通道，其通到分支。一個或多個通路可從通道延伸，使得次流路延伸穿過分支進入通道中，并穿過一個或多個通路加入主流路。該一個或多個通路可包括多個通路的環(huán)形陣列。插入件基本上可以是一體形成為單個零件(例如，忽略密封件、密封劑、粘合劑、涂層等)。單個零件可包括鑄件。插入件可選擇地基本上由兩個零件組成:形成主動噴嘴的第一零件；和形成混合器和一個或多個通路的第二零件。
[0011]針可被安裝成沿著主流路在第一位置和第二位置之間往復(fù)運動。針致動器可與針聯(lián)接，以驅(qū)動針相對于主動噴嘴的運動。
[0012]本發(fā)明的其他方面涉及制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)具有壓縮機、聯(lián)接到壓縮機以接收由壓縮機壓縮的制冷劑的排熱熱交換器、吸熱熱交換器、分離器和這樣的噴射器。分離器的入口可聯(lián)接到噴射器的出口，以接收來自噴射器的制冷劑。
[0013]在附圖和下面的描述中闡述了一個或多個實施方式的細節(jié)。通過說明書和附圖以及通過權(quán)利要求，其它特征、目的和優(yōu)點將是很明顯的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的噴射器制冷系統(tǒng)的示意圖。
[0015]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的噴射器的軸向剖視圖。
[0016]圖3是噴射器的軸向剖視圖。
[0017]圖4是圖3噴射器的插入件的軸向剖視圖。
[0018]圖5是第二噴射器的軸向剖視圖。
[0019]圖6是第三噴射器的軸向剖視圖。
[0020]圖7是第四噴射器的軸向剖視圖。
[0021]圖8是第五噴射器的軸向剖視圖。
[0022]各圖中相同的標(biāo)號和標(biāo)記表示相同的元件。
【具體實施方式】
[0023]圖3示出了噴射器200，其包括殼體202和在殼體內(nèi)的插入件204。殼體從形成主(主動流)入口的上游端206延伸到形成主(合并流)出口的下游端208。示例性的殼體可為噴射器提供足夠的結(jié)構(gòu)完整性以承受壓力差。因此，示例性的殼體包括主金屬管或管道210 (例如，不銹鋼)，在上游和下游端206和208之間延伸并共用它們。該管道具有內(nèi)部(內(nèi)徑)(ID)表面212和外部(外徑)(OD)表面214。管道210具有中心縱向軸線500。該殼體還包括橫向于管道的分支220。示例性的分支由T形接頭223 (例如，也是不銹鋼)的分支管222形成。T形接頭具有頭部224，管道210插入通過該頭部224。插入后，T形接頭和管道可被焊接或釬焊到彼此。管道210具有側(cè)向孔230，通到分支管222。分支管222沿著吸入流路從分支管的上游端226延伸到分支管的下游端228。在替代的實施方式中，分支管可以是在端部208直接焊接到管道210(例如，在鉆孔230之前)的管/管道。圖6示出了這樣一個替代的噴射器600，其具有大的結(jié)構(gòu)焊接點602，將分支管222作為短接頭或凸臺固定到管道210上。
[0024]插入件204限定主動噴嘴240、混合器242和擴散器244。插入件的使用允許足夠的制造靈活性。例如，它允許用于插入件的材料和技術(shù)可以沒有有效地生產(chǎn)足夠結(jié)實的一件式噴嘴以承受操作壓力(但是更結(jié)實的材料用于殼體(例如，更結(jié)實的、更堅硬的、更堅韌的、更耐磨的等和很可能更大密度的)。它還提供了定制和優(yōu)化的機會。插入件的制作可通過各種所謂的快速原型法或3D打印技術(shù)，如那些涉及陶瓷、金屬和/或聚合物材料的激光燒結(jié)，或那些涉及環(huán)氧樹脂或其它聚合物材料的激光固化。替代技術(shù)包括金屬鑄造(例如，相對的輕金屬如鋁)，或非金屬材料如塑料的成型(例如，PVC注塑成型)。插入件的使用還可提供整體重量的減少，其可以與運輸制冷系統(tǒng)特別相關(guān)。插入件或它的零件之一可主要由較低結(jié)實性材料構(gòu)成，或者較低結(jié)實性材料可制成插入件的在質(zhì)量或體積上的主要部分。
[0025]示例性的插入件從上游端250延伸到下游端252，并具有外徑表面254。受下文所述的凹槽等的影響，示例性的外徑表面254可以是圓柱形，具有足夠公以緊貼地滑入管道210。
[0026]上游端包括主動噴嘴的入口 260。下游端包括合并出口 262。示例性的主動噴嘴包括橫截面相對恒定的上游部分266，接著是收斂部分268、喉部270、發(fā)散部分272和退出口 280。示例性的退出口 280容納在混合器的收斂部分290內(nèi)，其進而延伸至直部分292，并且然后至擴散器244。
[0027]次入口壓力室300在收斂部段290的上游端處包圍主動噴嘴。在示例性的實施方式中，具有環(huán)形通道302，在端口 230處通過插入件的外徑表面，以便與次流路連通。通路304的環(huán)形陣列在通道的底部和壓力室300的內(nèi)部的外表面之間延伸。因此，吸入流可從分支管222進入，流過端口 230進入通道302中，通過通路304進入壓力室300中，并向下游流入混合器中，以與主動流相混合。
[0028]為了將插入件密封到殼體上，示例性的噴射器具有上游密封件(例如，聚合物/彈性體0形環(huán))320和下游密封件(例如，聚合物/彈性體0形環(huán))322。示例性的0形環(huán)320和322被截獲在位于管道的內(nèi)徑表面212和插入件的外徑表面254中的互補通道的關(guān)聯(lián)對中。
[0029]為了保持插入件軸向就位，插入件的上游和下游端的周邊鄰接位于管道的內(nèi)徑表面中的關(guān)聯(lián)通道中的對應(yīng)固定夾(例如，C形固定夾)330，332。靜摩擦力或靜態(tài)阻力(stiction)(例如，一方面在插入件和0形環(huán)之間，以及另一方面在管道和0形環(huán)之間)可提供所需的有限力，以旋轉(zhuǎn)地保持插入件阻止圍繞軸線500旋轉(zhuǎn)。替代的軸向保持/固定裝置包括一個或多個固定螺釘(例如，擰入插入件和管道之一中，并壓靠另一個)或一個或多個銷(例如，在插入件和管道之一或二者中的孔中)。這樣的固定螺釘或銷可附加地保持插入件阻止圍繞軸線500旋轉(zhuǎn)。
[0030]在入口端206、出口端208和分支管入口端226處，殼體可通過適當(dāng)?shù)墓芄?管接頭和/或連接技術(shù)與圖1系統(tǒng)中的相應(yīng)管連接。
[0031]示例性的外徑表面254，除了所述通道，是圍繞軸線500的圓柱狀。替代實施方式可移除/除去材料以離開該表面，(例如，留下軸向肋，或如圖7所示，在插入件噴射器700中的圓形支承凸緣702)。
[0032]圖5不出了一種替代噴嘴400,使用與噴射器200的外殼類似的殼體,但具有由兩個主要零件形成的插入件402。插入件402包括主體零件404，其形成次入口壓力室和混合室與擴散器的外部邊界；而主動噴嘴插入件406形成主動噴嘴。該示例性配置允許更大的制造靈活性和對用于特有部件的材料和制造技術(shù)的優(yōu)化。例如，相比于壓力室、混合部和擴散器，它允許將更結(jié)實的材料和/或更精確的制造技術(shù)應(yīng)用于主動噴嘴(其可承受較高的流速，并需要更高的精度)，壓力室、混合部和擴散器需要相對低的精度并承受較低的流速和侵蝕。全部尺寸可以基本上與圖3的實施方式的全部尺寸相同。插入件406包括形成在插入件組件上游端的凸緣410。凸緣的下側(cè)鄰接抵靠主零件404的上游端，并且零件406的肩部安裝在零件404上游端處的開口內(nèi)以對準主動噴嘴。零件404的示例性的上游開口包括沿壓力室延伸至收斂部段的軸向表面。這使得第一零件404的制造相對容易。以舉例的方式，主體零件404可通過快速原型技術(shù)、鑄造技術(shù)或上述和相關(guān)材料的模制技術(shù)來形成，而主動噴嘴插入件406由不銹鋼加工而成。[0033]圖8示出了噴射器800，在次入口壓力室和混合器的直部段之間具有連續(xù)彎曲的過渡部分802。這樣的彎曲過渡部分可通過上述3D打印和可選擇的激光燒結(jié)類型工藝相對容易制造，不需要定制的工具，該定制的工具可能是加工類似輪廓所必需的。
[0034]在變體中，管道端部206和208可以不形成殼體的入口和出口。例如，入口或出口可以由類似接頭223的T形接頭的分支管形成，相鄰的上游或下游管道端可被蓋住或堵住。其他的變化可在一個或兩個管道端部處放置肘部。其他的變體是可能的，其中殼體主要不是包括管(例如，加工的殼體)。雖然沒有示出針，但可包括控制針連同常規(guī)致動器等。
[0035]雖然上面詳細描述了實施方式，但這樣的描述不用于限制本發(fā)明公開的范圍。將理解的是可以進行各種修改而不脫離本發(fā)明公開的精神和范圍。例如，使用噴射器的特定制冷系統(tǒng)的細節(jié)，可以影響任何特定實施方式的細節(jié)。因此，其它實施方式都在下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種噴射器(200 ；400 ；600 ；700 ;800)，其包括: 殼體(202)，其具有上游端(206)和下游端(208)和分支(220)，主流路從所述上游端延伸，并且次流路穿過所述分支加入所述主流路； 位于所述殼體內(nèi)的插入件(204 ；402 ;704)，所述插入件從上游端(250)延伸到下游端(252)，并包括: 具有入口和出口的主動噴嘴(240)； 混合器(242)，其至少部分地位于所述主動噴嘴的下游； 一個或多個通路(304)，其定位成使得所述次流路延伸穿過所述分支和所述一個或多個通路加入所述主流路，所述插入件的至少一部分相比所述殼體的材料是較低結(jié)實性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200；400 ；600 ；700 ;800)，其中: 所述插入件還包括沿徑向向外開口的通道(302)，其通到所述分支；以及 所述一個或多個通路(304)從所述通道延伸，使得所述次流路延伸穿過所述分支進入所述通道，并且穿過所述一個或多個通路加入所述主流路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射器(200；400 ；600 ；700 ;800)，其中: 所述一個或多個通路包括多個通路的環(huán)向陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200；400 ；600 ；700 ;800)，其中: 相對于所述較低結(jié)實性材料，殼體的所述材料具有更大密度、更結(jié)實，更硬、更堅韌和更耐磨中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200；600 ；700 ;800)，其中: 所述插入件基本上一體形成為單個零件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴射器(200；600 ；700 ;800)，其中: 所述單個零件包括鑄件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(400)，其中: 所述插入件基本由下述零件構(gòu)成: 形成主動噴嘴的第一零件(406);和 形成所述混合器和所述一個或多個通路的第二零件(404)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴射器(400)，其中: 所述第一零件包括鑄造或機加工的第一金屬件；和 所述第二零件包括非金屬構(gòu)件或第二金屬件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200;400)，其中: 所述殼體包括不銹鋼主管(210)和形成所述分支的T形接頭(223)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的噴射器(200、400)，其中: 所述殼體上游端(206)和殼體下游端(208)是所述不銹鋼主管(210)的相應(yīng)端部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200；400 ；600 ；700 ;800)，還包括: 上游保持環(huán)(330)，其接合所述插入件的上游端，并且被殼體內(nèi)表面中的上游環(huán)形通道截獲；和 下游保持環(huán)(332)，其接合所述插入件的下游端，并且被截獲在所述殼體內(nèi)表面中的下游環(huán)形通道中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200；400 ；600 ；700 ;800)，其中: 所述插入件包括一個或多個沿徑向向外開口的密封件通道；和 一個或多個密封件(320，322)，所述密封件被所述一個或多個沿徑向向外開口的密封件通道的對應(yīng)密封件通道至少部分截獲。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200；400 ；600 ；700 ;800)，其中: 除了所述一個或多個通路，所述插入件的流接觸進入端口圍繞中心縱向軸線(500)旋轉(zhuǎn)對稱。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200；400 ；600 ；700 ;800)，其中: 所述主動噴嘴是收斂-發(fā)散形噴嘴；和 所述混合器包括收斂部分(290)，其至少部分地位于所述主動噴嘴的下游，以及所述插入件包括位于所述收斂部分下游的發(fā)散的擴散器部分(244)。
15.一種蒸汽壓縮系統(tǒng)，其包括: 壓縮機(22)； 排熱熱交換器(30)，其聯(lián)接到所述壓縮機以接收由所述壓縮機壓縮的制冷劑； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射器(200 ；400 ；600 ；700 ；800)； 吸熱熱交換器(64);和 分離器(48)，其具有:` 入口(50)，其聯(lián)接到所述噴射器的出口，以接收來自噴射器的制冷劑； 氣體出口 (54);和 液體出口(52)。
16.一種用于操作根據(jù)權(quán)利要求15所述系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 在所述壓縮機中壓縮制冷劑； 在排熱熱交換器中從被壓縮的制冷劑排出熱量； 使所述制冷劑的流通過主噴射器入口 ；和 使所述制冷劑的次流通過次入口，以與主流合并。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中: 所述制冷劑包含按重量計至少50%的CO2。
18.一種用于組裝根據(jù)權(quán)利要求1所述噴射器的方法，所述方法包括: 提供所述殼體；和 將所述插入件插入所述殼體中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中: 所述插入件作為單元插入；和 在插入所述插入件之后，將保持環(huán)安裝到殼體內(nèi)表面中的環(huán)形通道。
【文檔編號】F25B41/00GK103562659SQ201280025200
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月23日
【發(fā)明者】A·A·阿拉亞里 申請人:開利公司