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1、10申请公布号CN104075508A43申请公布日20141001CN104075508A21申请号201410308719122申请日20140701F25B41/00200601F25B19/0220060171申请人浙江大学宁波理工学院地址315100浙江省宁波市钱湖南路1号72发明人陈光明陈少杰闫继位方凌云74专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人胡红娟54发明名称随冷凝温度自动调节面积比的喷射器及喷射式制冷机57摘要本发明公开了一种随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，包括蒸汽室和扩压室，蒸汽室出气口处设有工作流体喷嘴，工作流体喷嘴内设有调节锥；扩压室出口处设有调解室。
2、；调解室内设有调节片；还包括内腔与主动室连通的感温包，感温包用于感应流体出口流体冷凝后的温度，转换为压力信号输出；调节片根据感温包的压力信号，实时调整调节锥沿轴向移动，实现对工作流体喷嘴流通面积的调整。本发明还公开了一种制冷机。本发明突破传统思路的束缚，通过膜片随冷凝温度变化，在流体出口的压力，感温包压力，与弹簧共同作用下的形变，引起的调节锥在工作流体喷嘴轴向上的位置变化，改变工作流体喷嘴的流通面积，改变喷射器面积比，使喷射器在最佳尺寸下工作。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图2页10申请公布号CN1040。
3、75508ACN104075508A1/1页21一种随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，包括带有工作流体入口1A、引射流体入口1B和流体出口1C的喷射器腔体1，所述喷射器腔体1包括蒸汽室101和扩压室1E，蒸汽室101出气口处设有工作流体喷嘴1D，该工作流体喷嘴1D内设有同轴设置的调节锥4；其特征在于，所述扩压室1E出口处设有调解室104；所述调解室104内设有将其分为主动室104A和从动室104B两个独立空间的调节片；所述流体出口1C设置在所述从动室104B侧壁上；还包括内腔与所述主动室104A连通的感温包2，该感温包2用于感应流体出口1C流体冷凝后的温度，同时转换为压力信号输出；所述调节片根。
4、据感温包2的压力信号，实时调整调节锥4沿轴向移动，实现对工作流体喷嘴1D流通面积的调整。2根据权利要求1所述的随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，其特征在于，所述的调节片为弹性的膜片3，该膜片四周与所述调解室104内壁密封固定；所述调节锥4一端与所述膜片3固定，另一端为锥形端，该锥形端伸入所述工作流体喷嘴1D内；所述膜片3根据感温包2的压力信号大小发生形变，从而带动调节锥4轴向移动。3根据权利要求1所述的随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，其特征在于，所述调节锥4上套设有弹簧5，弹簧5一端与设置在调节锥4上的限位台阶4A相抵，另一端与工作流体喷嘴1D内侧壁相抵。4根据权利要求1所述的随冷凝温度自动。
5、调节面积比的喷射器，其特征在于，所述调节片为四周与所述调解室104内壁密封滑动配合的活塞；所述调节锥4一端与所述活塞固定，另一端为锥形端，该锥形端伸入所述工作流体喷嘴1D内；所述活塞根据感温包2的压力信号大小发生移动，从而带动调节锥4轴向移动。5根据权利要求1所述的随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，其特征在于，所述调节锥4上套设有弹簧5，弹簧5一端与设置在调节锥4上的限位台阶4A相抵，另一端与工作流体喷嘴1D内侧壁相抵。6一种喷射式制冷机，包括喷射器、冷凝器6、以及同时与冷凝器出口连接的循环泵9和节流阀7、与循环泵9出口连接的发生器10、与节流阀7出口连接的蒸发器8，其特征在于，所述喷射器为权。
6、利要求15任一权项所述的喷射器，所述工作流体入口1A与发生器10出口连接，所述引射流体入口1B与蒸发器8出口连接，所述流体出口1C与冷凝器6入口连接。7根据权利要求6所述的喷射式制冷机，其特征在于，所述感温包2位于冷凝器6出口的管路上。8根据权利要求6所述的喷射式制冷机，其特征在于，所述感温包2位于冷凝器6的壁面上。权利要求书CN104075508A1/6页3随冷凝温度自动调节面积比的喷射器及喷射式制冷机技术领域0001本发明属于制冷技术领域，尤其是涉及一种随冷凝温度自动调节面积比的喷射器及喷射式制冷机。背景技术0002喷射式制冷技术是一种热能驱动的制冷技术，和机械压缩式制冷技术相比其主要优点。
7、是只需要消耗很少的机械能，能够直接利用热能作为驱动能源，具有设备结构简单、体积小、成本低、运行可靠、使用寿命长等优点。喷射式制冷是一种利用低品位能源驱动的制冷方式，可有效利用太阳能、地热等可再生能源及工业余热、废热；喷射式制冷所使用的制冷工质主要是水、碳氢化合物或氢氟烃类制冷剂，可避免使用破坏臭氧层的CFCS或HCFCS类制冷工质。0003喷射式制冷技术中核心部件之一为蒸汽喷射器，蒸汽喷射器一般由喷嘴、引射室、混合室及扩压室四部分组成。其工作原理为动力蒸汽进入喷嘴进行绝热膨胀并在喷嘴出口处形成超音速流，在引射室内高速气流带动引射蒸汽沿喷射器轴向流动，在混合室内混合后的两股蒸汽速度降低，在扩压室。
8、内混合蒸汽流速降低压力升高，达到排出蒸汽所需参数。引射蒸汽与动力蒸汽质量流量的比值被称为引射系数，其为衡量喷射器性能优劣的主要指标。0004在喷射式制冷系统当中，扩压室喉部面积与工作流体喷嘴喉部面积的比值称为面积比，它是喷射器当中重要的结构参数。通常面积比较大时，喷射器可以得到较高的喷射系数，但可以提供的压缩比较低；面积比较小时，喷射器可以提供比较大的压缩比，但喷射系数较低。在给定面积比的情况下，当冷凝压力大于临界压力的时候，随着冷凝温度的升高，喷射式制冷系统的效率急剧下降。喷射式制冷系统的冷凝温度是由空气或冷却水的温度决定的，这类自然冷源的温度通常不稳定。若设计工况冷凝温度较低，在较高冷凝温。
9、度下，系统无法运行；若设计工况冷凝温度较高，系统实际运行效率较低。喷射式制冷的这一特点为其实际应用带来了困难。0005为解决上述技术问题，公开号为CN102121482A的专利文献公开了一种喷嘴可调式蒸汽喷射器，包括喷嘴、动力蒸气室、引射室、混合室、扩压室、调节锥和调节锥定位螺母；所述动力蒸气室、引射室、混合室和扩压室依次沿轴向连接，所述喷嘴横穿过动力蒸气室进入引射室；动力蒸气室外喷嘴端部为法兰状，喷嘴通过定位螺栓和定位螺母与动力蒸气室连接；所述调节锥一端安装手轮，锥形的一端横穿过喷嘴法兰，所述调节锥通过调节锥定位螺母和调节锥定位螺栓与喷嘴法兰固定在一起。该发明能达到喷射器所设计的最佳引射性能。
10、。但是上述喷射器需要人工调节，工作量大，运行维护较为复杂。发明内容0006本发明提供了一种针对现有技术的不足和缺陷，能够随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，该喷射器能够始终保证在最佳尺寸下工作，提高了制冷系统效率。说明书CN104075508A2/6页40007本发明还提供了一种带有上述喷射器的喷射式制冷机，该制冷机通过调节片随冷凝温度变化，在流体出口的压力，感温包压力，与弹簧共同作用下的形变，引起的调节锥在工作流体喷嘴轴向上的位置变化，改变工作流体喷嘴的流通面积；改变喷射器面积比，使喷射器在最佳尺寸下工作，提高制冷系统效率。0008一种随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，包括带有工作流体入口、引。
11、射流体入口和流体出口的喷射器腔体，所述喷射器腔体包括蒸汽室和扩压室，蒸汽室出气口处设有工作流体喷嘴，该工作流体喷嘴内设有同轴设置的调节锥；0009所述扩压室出口处设有调解室；所述调解室内设有将其分为主动室和从动室两个独立空间的调节片；所述流体出口设置在所述从动室侧壁上；0010还包括内腔与所述主动室连通的感温包，该感温包用于感应流体出口流体冷凝后的温度，同时转换为压力信号输出；0011所述调节片根据感温包的压力信号，实时调整调节锥沿轴向移动，实现对工作流体喷嘴流通面积的调整。0012上述的感温包内充注低沸点工质，低沸点工质在感温包内为两相平衡状态，感温包内的压力为低沸点工质在对应温度下的饱和压。
12、力；由工作流体入口及引射流体入口进入喷射器的工质均为高沸点工质，流体出口的压力为高沸点工质在对应温度下的饱和压力；调节锥的一端与膜片相连，另一端为直径逐渐变大的椎体，随着调节锥沿轴向伸入工作流体喷嘴，工作流体喷嘴的流通面积变大；0013上述的一种随冷凝温度自动调节的喷射式制冷机的工作过程为当感温包内的温度升高，感温包内的压力随之升高，膜片发生形变并拉伸弹簧，调节锥沿轴向移出工作流体喷嘴，工作流体喷嘴流通面积增大，喷射器面积比减小，喷射器可达到的冷凝压力变大；当感温包内的温度降低，感温包内的压力随之下降，膜片形变并拉伸弹簧的力减少，调节锥沿轴向伸入工作流体喷嘴，工作流体喷嘴流通面积减小，喷射器面。
13、积比增大，喷射器引射系数变大，系统效率提升；0014所述喷射器腔体内根据能量变化，分为依次连通的蒸汽室、引射室、混合室和扩压室等，蒸汽室用于容纳工作流体蒸汽，引射室用于高速工作流体对引射流体进行引射，混合室用于工作流体和引射流体的混合，扩压室用于混合气体升压，将动能转化为静压。0015工作流体喷嘴一般选择现有结构，用于形成高速工作流体。调节锥为杆状结构，一端采用常规的杆结构，另一端为椎体结构，通过移动圆锥端的位置，可以调整工作流体喷嘴的流通面积，进而调节工作流体流量。0016感温包一般采用制冷领域常规的感温包结构，用于感应工作流体的温度信号，通过其内的低沸点工质，将温度信号转换为工质的压力信号。
14、，从而实现对调节锥位置的调整，进而实现对工作流体喷嘴的流通面积的调整。0017所述调节片可选用多种结构，作为优选，所述的调节片为弹性的膜片，该膜片四周与所述调解室内壁密封固定；所述调节锥一端与所述膜片固定，另一端为锥形端，该锥形端伸入所述工作流体喷嘴内；所述膜片根据感温包的压力信号大小发生形变，从而带动调节锥轴向移动。弹性的膜片可采用金属片或者其他能够满足弹性要求的薄片。此时，根据模拟实验，可确定调节片的弹性形变力、锥形端结构与面积比之间的变化关系，从而选择合适材质和性能的调节片，实现喷射器始终在接近最佳喷射效率状况下工作。说明书CN104075508A3/6页50018为进一步增加系统的可调。
15、性和灵敏度，作为优选，所述调节锥上套设有弹簧，弹簧一端与设置在调节锥上的限位台阶相抵，另一端与工作流体喷嘴内侧壁相抵。弹簧一方面提供调节片的回复力，保证调节片迅速复位，提高控制灵敏度；另一方面也提高了系统的可调性，通过对弹性形变力、锥形端结构、弹簧弹性等一种或者多种参数与面积比之间的变化关系，可简单实现对喷射器最佳工作参数的控制。0019作为另一种优选的方案，所述调节片为四周与所述调解室内壁密封滑动配合的活塞；所述调节锥一端与所述活塞固定，另一端为锥形端，该锥形端伸入所述工作流体喷嘴内；所述活塞根据感温包的压力信号大小发生移动，从而带动调节锥轴向移动。采用活塞结构，进一步降低了设计难度，设计时。
16、需要主要考虑锥形端的尺寸与面积比之间的变化关系即可。0020同样为提高控制敏感度和系统可调性，作为优选，所述调节锥上套设有弹簧，弹簧一端与设置在调节锥上的限位台阶相抵，另一端与工作流体喷嘴内侧壁相抵。0021上述喷射器可以用于各种制冷单元中，根据工作流体的温度变化，实时对喷射器的面积比进行调整。0022本发明还提供了使用上述喷射器的喷射式制冷机，优选的方案分别如下0023一种喷射式制冷机，包括喷射器、冷凝器、以及同时与冷凝器出口连接的循环泵和节流阀、与循环泵出口连接的发生器、与节流阀出口连接的蒸发器，所述喷射器为上述任一权项技术方案所述的喷射器，所述工作流体入口与发生器出口连接，所述引射流体入。
17、口与蒸发器出口连接，所述流体出口与冷凝器入口连接。0024作为优选，所述感温包位于冷凝器出口的管路上。0025上述优选的随冷凝温度自动调节的喷射式制冷机的工作过程为高沸点制冷剂在发生器中被外部热源加热成为高温高压的气体，通过工作流体入口进入喷射器腔体，并通过工作流体喷嘴静压转变为动压，自身压力减少而达到超音速，引射来自蒸发器的低温低压的高沸点制冷剂；两股流体混合并达到共同速度，混合流体进入扩压室，在扩压室内动压转变为静压，速度降低压力上升达到冷凝压力并进入冷凝器，冷凝压力下的高沸点制冷剂蒸汽在冷凝器中被外部冷源冷却成为液体，冷凝器出口的高沸点制冷剂液体分为两股，其中一股由循环泵加压后回到发生器。
18、，另一股经过节流阀节流减压后进入蒸发器产生制冷效果，系统完成工作循环。0026感温包内低沸点工质的压力大于流体出口高沸点制冷剂压力，当冷凝温度上升的时候，压差也随之变大；在这个压差的作用下，调节锥随着膜片的形变沿轴向深入工作流体喷嘴，工作流体喷嘴流道截面变大，喷射器的面积比减小，喷射系数降低，而喷射器可达到的压缩比增加。对于传统的喷射式制冷系统，在设计工况下，当冷凝温度升高的时候，喷射器的引射系数急剧下降。0027当冷凝温度下降的时候，感温包内低沸点工质与流体出口高沸点制冷剂之间的压差变小；在这个压差的作用下，调节锥随着膜片的形变沿轴向移出工作流体喷嘴，工作流体喷嘴流道截面变小，喷射器的面积比。
19、变大，喷射系数增加，制冷机效率提高。对于传统的喷射式制冷系统，在设计工况下，当冷凝温度下降的时候，引射系数保持不变。0028为了使感温包内的压力变化随冷凝温度的变化更加敏感，作为另一种优选，所述感温包位于冷凝器的壁面上。此时，加强了感温包内低沸点工质与冷凝器内高沸点工质之说明书CN104075508A4/6页6间的换热，使感温包内的压力变化随着冷凝温度的变化更加敏感。0029本发明的随冷凝温度自动调节的喷射式制冷机，通过膜片随冷凝温度变化，在流体出口的压力，感温包压力，与弹簧共同作用下的形变，引起的调节锥在工作流体喷嘴轴向上的位置变化，改变工作流体喷嘴的流通面积，改变喷射器面积比，使喷射器在最。
20、佳尺寸下工作。当冷凝温度降低的时候，可使系统引射系数增大，提高制冷系统效率；当冷凝温度升高的时候，可提高喷射器可以达到的压缩比，使制冷系统仍可以在设计的发生温度与蒸发温度下正常运行。附图说明0030图1为本发明的随冷凝温度自动调节面积比的喷射器一种实施方式的系统流程图。0031图2为本发明的带有随冷凝温度自动调节面积比的喷射器的喷射式制冷机的第一种实施方式的系统流程图。0032图3为本发明的带有随冷凝温度自动调节面积比的喷射器的喷射式制冷机的第二种实施方式的系统流程图。0033其中1、喷射器腔体；1A、工作流体入口；1B、引射流体入口、1C、流体出口；101、蒸汽室；102、引射室；103、混。
21、合室；104、调解室；1E、扩压室；2、感温包；3、膜片；4、调节锥；4A、限位台阶；5、弹簧；6、冷凝器；7、节流阀；8、蒸发器；9、循环泵；10、发生器；11、连杆。具体实施方式00340035以下参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。0036实施例10037如图1所示，一种随冷凝温度自动调节面积比的喷射器，包括含有工作流体入口1A、引射流体入口1B、流体出口1C、工作流体喷嘴1D以及扩压室1E的喷射器腔体1，与喷射器腔体1相连通的感温包2，将喷射器腔体1分隔成分别与感温包2、流体出口1C连通的两个空间的膜片3，调节锥4，弹簧5；0038喷射腔体1内分为蒸汽室101、引射室102、。
22、混合室103和扩压室1E，扩压室1E出口部位设有调解室104，流体出口1C设置在调解室104侧壁；膜片3设置在调解室104内，将调解室104分为主动室104A和从动室104B两个独立空间，主动室104A与感温包2连通，从动室104B与扩压室1E连通，其侧壁上设有上述的流体出口1C；膜片3为弹性片，可采用金属片、塑料片等，其四周与调解室104内壁密封固定。膜片也可采用活塞结构代替，此时，活塞四周与调解室104内壁密封滑动配合。工作流体喷嘴1D的入口与蒸汽室101连通，出口伸入引射室102内。调节锥4一端通过连杆11与膜片3固定在一起，该端为锥形结构，同时插入到工作流体喷嘴1D内，随着膜片3的形变。
23、而轴向进出工作流体喷嘴1D，实现对工作流体喷嘴1D大小的调节；调节锥4另一端设有限位台阶4A。0039弹簧5安装在调节锥4与工作流体喷嘴1D之间，弹簧5一端与限位台阶4A相抵，另一端与工作流体喷嘴1D的内侧壁相抵，弹簧5也可采用其它弹性件代替；0040上述的感温包2内充注低沸点工质，低沸点工质在感温包2内为两相平衡状态，感说明书CN104075508A5/6页7温包2内的压力为低沸点工质在对应温度下的饱和压力；由工作流体入口1A及引射流体入口1B进入喷射器的工质均为高沸点工质，流体出口1C的压力为高沸点工质在对应温度下的饱和压力；调节锥4的一端与膜片3相连，另一端为直径逐渐变大的椎体，随着调节。
24、锥4沿轴向伸入工作流体喷嘴1D，工作流体喷嘴1D的流通面积变大；0041上述的一种随冷凝温度自动调节面积比的喷射器的工作过程为当感温包2内的温度升高，感温包2内的压力随之升高，膜片3发生形变并拉伸弹簧5，调节锥4的锥形端沿轴向移出伸入工作流体喷嘴1D，工作流体喷嘴1D流通面积增大，喷射器面积比减小，喷射器可达到的冷凝压力变大；当感温包2内的温度降低，感温包内的压力随之下降，膜片形变并拉伸弹簧的力减少，调节锥4的锥形端沿轴向伸入工作流体喷嘴1D，工作流体喷嘴1D流通面积减小，喷射器面积比增大，喷射器引射系数变大，系统效率提升；0042通过对调节锥4的椎体尺寸、或者/和弹簧参数的设置，可设计出满足。
25、各种要求的喷射器，以保证喷射器尽量在最佳面积比下工作，获得最佳性能。0043实施例20044该实施方式是在实施例1基础上进行的具体应用，一种采用实施例1的喷射器的喷射式制冷机，如图2所示，在图1所示系统的基础上，还包括冷凝器6、节流阀7、蒸发器8、循环泵9、发生器10；流体出口1C与冷凝器6入口相连通，冷凝器6出口与循环泵9入口、节流阀7入口同时连通，循环泵9出口与发生器10入口相连通，发生器10出口与工作流体入口1A相连通，节流阀7出口与蒸发器8入口相连通，蒸发器8出口与引射流体入口1B相连通；0045感温包2位于冷凝器6出口与循环泵9入口、节流阀7入口相连接的管路上；0046上述优选的随冷。
26、凝温度自动调节的喷射式制冷机的工作过程为高沸点制冷剂在发生器10中被外部热源加热成为高温高压的气体，通过工作流体入口1A进入喷射器腔体1，并通过工作流体喷嘴1D将静压转变为动压，自身压力减少而达到超音速，引射来自蒸发器8的低温低压的高沸点制冷剂；两股流体混合并达到共同速度，混合流体进入扩压室1E，在扩压室1E内动压转变为静压，速度降低压力上升达到冷凝压力并进入冷凝器6，冷凝压力下的高沸点制冷剂蒸汽在冷凝器6中被外部冷源冷却成为液体，冷凝器6出口的高沸点制冷剂液体分为两股，其中一股由循环泵9加压后回到发生器10，另一股经过节流阀7节流减压后进入蒸发器8产生制冷效果，系统完成工作循环。0047感温。
27、包2内低沸点工质的压力大于流体出口1C高沸点制冷剂压力，当冷凝温度上升的时候，压差也随之变大；在这个压差的作用下，调节锥4随着膜片3的形变沿轴向移出工作流体喷嘴1D，工作流体喷嘴1D流道截面变大，喷射器的面积比减小，喷射系数降低，而喷射器可达到的压缩比增加。对于传统的喷射式制冷系统，在设计工况下，当冷凝温度升高的时候，喷射器的引射系数急剧下降。0048当冷凝温度下降的时候，感温包2内低沸点工质与流体出口1C高沸点制冷剂之间的压差变小；在这个压差的作用下，调节锥4随着膜片3的形变沿轴向伸入工作流体喷嘴1D，工作流体喷嘴1D流道截面变小，喷射器的面积比变大，喷射系数增加，制冷机效率提高。对于传统的。
28、喷射式制冷系统，在设计工况下，当冷凝温度下降的时候，引射系数保持不变。0049实施例3说明书CN104075508A6/6页80050如图3所示，该实施方式是在实施例2基础上进行的改进，感温包2位于冷凝器6的壁面上，此时，加强了感温包2内低沸点工质与冷凝器6内高沸点工质之间的换热，使感温包2内的压力变化随着冷凝温度的变化更加敏感。0051应用例10052以R236FA作为制冷剂，对本发明图2、图3所示装置进行了模拟计算，计算的假设条件如下1系统处于稳定工作状态；2忽略管路与换热器的压降和漏热；3发生器的发生温度为110，蒸发器的制冷温度为5。0053系统在不同冷凝温度下最佳面积比的计算结果如下0054冷凝温度/3025201510最佳面积比98791231575209629570055从计算结果可以看出，喷射式制冷系统在不同冷凝温度下的最佳面积比不同。然而只有在最佳的面积比时，喷射式制冷系统才能获得最佳性能。传统的喷射式制冷系统的面积比是固定的，喷射器在偏离设计工况运行时，效率大大降低。本发明可通过模拟实验，选择合适的膜片3、弹簧5、调节锥4，保证蒸汽式喷射器随冷凝温度不同，自动调节其面积比，使喷射器在最佳的结构参数下运行。说明书CN104075508A1/2页9图1图2说明书附图CN104075508A2/2页10图3说明书附图CN104075508A10。