增效串列式喷嘴两相流引射器及其组成的制冷系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种增效串列式喷嘴两相流引射器及其组成的制冷系统，以提高引射效率。引射器壳体内部安装有喷射结构，喷射结构包括喷射本体，喷射结构的喷射入口端与喷射出口端之间串联有至少两段喷嘴，相邻两段喷嘴之间为扩张段；引射器壳体内壁与喷射本体之间为接收室，喷射出口端与引射流出口部件之间依次为混合室和扩压室；制冷剂在首段喷嘴内压力能转变为动能，制冷剂加速，然后流入扩张段减速；之后进入下一段喷嘴，经过两次或多次加速、增压，与被引射流一同依次进入混合室、扩压室，经引射流出口部件流出，流体接近均质流状态，引射比和制冷系统能效得到提高。
【专利说明】增效串列式喷嘴两相流引射器及其组成的制冷系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增效串列式喷嘴两相流引射器及其组成的制冷系统。
【背景技术】
[0002]在两相流制冷循环系统中，回收一部分高压工质的压力能量可以大幅度提高制冷系统性能系数(COP)。目前，主要有两种方法:一种是利用膨胀机来代替节流阀，该方案优点是能量回收效率较高，但存在膨胀机结构复杂、成本高等问题，且膨胀机主要工作在两相区，带液膨胀对其工作可靠性造成较大影响，目前尚有许多技术难题需要解决。另一种方法用引射器作为增压泵，将高压工质的膨胀功转化为动能，然后再将动能转成压力能加以回收，以提高制冷系统性能。引射器制冷循环结构简单、成本低、无运动部件、可靠性高，制冷剂流量容易控制，与采用膨胀机回收机械能的方案相比具有独特优势，更容易做到实用化。
[0003]但是，在蒸汽压缩式制冷循环中，引射器内工质呈现两相流动，流体汽、液相密度相差很大，如果采用普通缩放喷嘴引射器，喷嘴内工质液滴直径大，造成引射器内工质分相十分严重，汽、液相间速度差很大，极大影响了喷嘴实际引射效率，从而影响制冷装备整机性能。
[0004]为了解决单级缩放喷嘴引射效率低的问题，国内外许多研究者提出了相应的技术解决方案，如:通过对蒸汽引射制冷循环进行数值模拟来预测系统性能，探寻引射器最佳尺寸，或通过研究冷凝温度、引射流体温度的影响，找出工况与制冷循环系统性能的关系等。
[0005]但是，目前各种研究工作均是针对单级缩放喷嘴引射器的制冷系统，并未对引射器有实质性的改变，具体性能提高状况也还未见深入报道，且改进措施受多种因素影响，控制难度明显增加。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种多段串列式喷嘴两相流引射器，以提闻引射效率。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种制冷系统性能系数高的制冷循环系统。
[0008]为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
[0009]一种增效串列式喷嘴两相流引射器，包括引射器壳体、喷射结构、接收室、混合室、扩压室和引射流出口部件，所述引射器壳体上设置有主引射流入口和被引射流入口 ；所述引射器壳体内部安装有所述喷射结构，所述喷射结构包括喷射本体，所述喷射本体一端为喷射入口端，另一端为喷射出口端，所述喷射入口端与所述主引射流入口连接，所述主引射流入口端和所述喷射入口端为圆柱形流道，所述喷射入口端与所述喷射出口端之间串联设置有至少两段喷嘴，相邻两段喷嘴之间为扩张段；所述引射器壳体内壁与所述喷射本体之间为所述接收室，所述喷射出口端与所述引射流出口部件之间依次为所述混合室和扩压室；制冷剂在首段喷嘴内压力能转变为动能，制冷剂加速，然后流入扩张段减速；之后进入下一段喷嘴，经过两次或多次加速、增压，与被引射流一同依次进入混合室、扩压室，经引射流出口部件流出。
[0010]所述喷射本体与所述引射器壳体之间采用螺纹连接。
[0011]一种含有所述引射器的制冷系统，包括压缩机、冷凝器、主蒸发器、辅助蒸发器、汽液分离器和所述的引射器，所述压缩机的出口与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述引射器的主引射流入口端连接，所述主蒸发器的出口与所述引射器的被引射流入口连接，所述引射器的引射流出口部件的出口与所述汽液分离器的进口连接，所述汽液分离器的气体出口通过所述辅助蒸发器与所述压缩机的进口连接。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0013]1、本发明的引射器采用多段串列式喷嘴，制冷剂在串列式喷嘴内动能、压力势能经过多次转化，制冷剂液滴更加细化，流体更接近于均质流，引射效率高。
[0014]2、本发明的引射器结构简单、成本低、无运动部件、可靠性高，更容易加工和推广应用。
[0015]3、本发明的制冷系统中采用串列式喷嘴，制冷系统能效比COP得到提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1所示为本发明增效串联式两相流引射器的结构示意图；
[0017]图2所示为喷射结构的示意图；
[0018]图3所示为本发明的引射器组成的制冷系统的示意图；
[0019]图4所示为冷凝温度不变蒸发温度改变时的单级缩放喷嘴与串列式喷嘴性能对比实验曲线；
[0020]图5所示为蒸发温度不变冷凝温度改变时单级缩放喷嘴与串列式喷嘴性能对比实验曲线。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0022]本发明增效串列式喷嘴两相流引射器的示意图如图1和图2所示，包括引射器壳体1、喷射结构2、接收室3、混合室4、扩压室5和引射流出口部件6，所述引射器壳体I上设置有主引射流入口(图1中左侧箭头处)和被引射流入口 7。所述引射器壳体I内部安装有所述喷射结构2，所述喷射结构2包括喷射本体8，所述喷射本体8 一端为喷射入口端9，另一端为喷射出口端10，所述喷射入口端9与所述主引射流入口连接，所述主引射流入口端和所述喷射入口端9为圆柱形流道，所述喷射入口端9与所述喷射出口端10之间串联设置有至少两段喷嘴11-1、11_2，相邻两段喷嘴之间为扩张段12。所述引射器壳体I内壁与所述喷射本体8之间为所述接收室3，所述喷射出口端10与所述引射流出口部件6之间依次为所述混合室4和扩压室5。制冷剂在首段喷嘴内压力能转变为动能，制冷剂加速，然后流入扩张段减速；之后进入下一段喷嘴，经过两次或多次加速、增压，与被引射流一同依次进入混合室、扩压室，经引射流出口部件流出。
[0023]本实施例中，所述喷射本体8与所述引射器壳体之间采用螺纹连接。
[0024]本发明含有上述引射器的制冷系统的示意图如图3所示，包括压缩机13、冷凝器14、主蒸发器15、辅助蒸发器16、汽液分离器17和所述的引射器18，引射器的结构与图1和图2所示结构相同。所述压缩机13的出口与所述冷凝器14的入口连接，所述冷凝器14的出口与所述引射器18的主引射流入口端9连接，所述主蒸发器15的出口与所述引射器18的被引射流入口 7连接，所述引射器18的引射流出口部件6的出口与所述汽液分离器17的进口连接，所述汽液分离器17的气体出口通过所述辅助蒸发器16与所述压缩机13的进口连接。
[0025]由压缩机13出来的高温高压制冷剂过热蒸汽进入冷凝器14冷凝，由冷凝器14排出的过冷液态制冷剂经主引射流入口端9进入串列式喷射结构2，在流经第一段喷嘴时，压力能转变为动能，制冷剂加速，然后流入扩张段减速。在这个过程中制冷剂压力下降并部分汽化，随后制冷剂进入第二段喷嘴，速度进一步提高，制冷剂液滴破碎，相间阻力减小，流体接近均质流状态，从而达到与单相流接近的目的，随着制冷剂在喷射结构内的加速，喷射出口端制冷剂流速将达到超音速，此时接收室中压力下降，从蒸发器出来的汽态制冷剂由被引射流入口卷吸至接收室，然后进入混合室内与主引射流体混合。在扩压室中制冷剂动能转化为压力能，最终制冷剂进入系统汽液分离器。经汽液分离器分离后的湿蒸汽由汽液分离器上部流出，经过辅助蒸发器后进入压缩机，液体则由汽液分离器下部流出进入主蒸发器蒸发。
[0026]图4为冷凝温度不变蒸发温度改变时，制冷系统分别应用本发明两段喷嘴串联的引射器和单级缩放喷嘴性能对比实验曲线，由图可见，当冷凝温度不变，改变蒸发温度时，单级缩放喷嘴与串列式喷嘴均存在一引射比最大值，且串列式喷嘴引射比始终大于单级缩放喷嘴引射比；制冷系统性能系数COP随着蒸发温度的上升呈逐渐上升趋势，且串列式喷嘴制冷系统COP始终大于单级缩放喷嘴制冷系统C0P。
[0027]图5为蒸发温度不变冷凝温度改变时，制冷系统分别应用本发明两段喷嘴串联的引射器和单级缩放喷嘴性能对比实验曲线，由图可见，当蒸发温度不变，改变冷凝温度时，单级缩放喷嘴与串列式喷嘴的引射比随冷凝温度的升高先增大后减小，并存在一最大值；制冷系统性能系数COP均随着冷凝温度的升高而减小。串列式喷嘴引射比及制冷系统COP均高于单级缩放喷嘴引射器的引射比及制冷系统C0P。由图5可见，串列式喷嘴比普通单级缩放式喷嘴引射比最大提闻了 18%,制冷系统能效比COP最大提闻了 12%。
[0028]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种增效串列式喷嘴两相流引射器，其特征在于，包括引射器壳体、喷射结构、接收室、混合室、扩压室和引射流出口部件，所述引射器壳体上设置有主引射流入口和被引射流入口 ；所述引射器壳体内部安装有所述喷射结构，所述喷射结构包括喷射本体，所述喷射本体一端为喷射入口端，另一端为喷射出口端，所述喷射入口端与所述主引射流入口连接，所述主引射流入口端和所述喷射入口端为圆柱形流道，所述喷射入口端与所述喷射出口端之间串联设置有至少两段喷嘴，相邻两段喷嘴之间为扩张段；所述引射器壳体内壁与所述喷射本体之间为所述接收室，所述喷射出口端与所述引射流出口部件之间依次为所述混合室和扩压室；制冷剂在首段喷嘴内压力能转变为动能，制冷剂加速，然后流入扩张段减速；之后进入下一段喷嘴，经过两次或多次加速、增压，与被引射流一同依次进入混合室、扩压室，经引射流出口部件流出。
2.根据权利要求1所述的增效串列式喷嘴两相流引射器，其特征在于，所述喷射本体与所述引射器壳体之间采用螺纹连接。
3.一种含有权利要求1所述引射器的制冷系统，其特征在于，包括压缩机、冷凝器、主蒸发器、辅助蒸发器、汽液分离器和权利要求1所述的引射器，所述压缩机的出口与所述冷凝器的入口连接，所述冷凝器的出口与所述引射器的主引射流入口端连接，所述主蒸发器的出口与所述引射器的被引射流入口连接，所述引射器的引射流出口部件的出口与所述汽液分离器的进口连接，所述汽液分离器的气体出口通过所述辅助蒸发器与所述压缩机的进口连接。
【文档编号】F25B41/00GK103983053SQ201410234209
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】郭宪民, 汪伟华, 任立乾 申请人:天津商业大学