喷射器、驱动流体发泡方法及制冷循环装置 |
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申请号 | CN201080065781.2 | 申请日 | 2010-03-31 | 公开(公告)号 | CN102822535A | 公开(公告)日 | 2012-12-12 |
申请人 | 三菱电机株式会社; | 发明人 | 东井上真哉; 野本宗; 南迫博和; | ||||
摘要 | 本 发明 的喷射器的 喷嘴 部(201)的流路具有:前端细锥形部(201a),流路截面积随着趋向下游侧(箭头(11)的方向)逐渐减小;圆筒流路部(201b),从前端细锥形部(201a)的下游侧的端部起以圆筒形状以规定的长度(L2)连续;末端宽锥形部(201c),从圆筒流路部(201b)的下游侧的端部起连续,并且流路截面积随着趋向下游侧逐渐扩大。通过设置圆筒流路部(201b),能够缩短末端宽锥形部(201c)的长度(L3)。 | ||||||
权利要求 | 1.一种喷射器,具有喷嘴部,该喷嘴部形成有使从上游侧流入了的驱动流体减压并向下游侧的混合部流出的流路,其特征在于, |
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说明书全文 | 喷射器、驱动流体发泡方法及制冷循环装置技术领域背景技术[0002] 有在制冷循环装置中利用二相喷射器的情况。二相喷射器的喷嘴由从喷嘴入口沿流动方向流路的截面积缩小的前端细锥形部、流路截面积最小的喉部、和从喉部起沿流动方向流路截面积逐渐扩大的末端宽锥形部构成。流入喷嘴的制冷剂从前端细锥形部到喉部,速度上升的同时减压,压力达到饱和液线以下的压力时,发泡并膨胀。而且,制冷剂在末端宽锥形部中促进膨胀并进一步减压,作为减压膨胀了的高速的气液二相的制冷剂从喷嘴喷出。 [0003] 通过喷嘴的制冷剂流量严重受到喉部直径的影响。实用上的喉部直径的范围是0.5~2.0mm。前端细锥形部及末端宽锥形部的角度为抑制涡流的发生而优选为缓和的角度,例如,前端细锥形部为5°左右,末端宽锥形部为3°以下。 [0004] (1)在制造这样的喷嘴的情况下,前端细锥形部及末端宽锥形部的流路长度成为喉部直径的约20倍。由此,在切削加工这样的喷嘴的情况下,频繁发生喷嘴流路的正圆度的精度降低、刃具的损坏。 [0005] (2)另外,在放电加工的制造中成本高。 [0006] (3)另外,在铸造中,喷嘴内表面的精加工精度恶化,从而铸造对于喷嘴的量产制造来说是不适合的。 [0008] 现有技术文献 [0009] 专利文献1:日本特开2003-139098号公报(图5) 发明内容[0010] 发明所要解决的课题 [0011] 但是,在专利文献1中,末端宽锥形部的长度的加工性没有改善。末端宽锥形部相对于喉部直径的大小还是非常长,因此切削加工难这样的末端宽锥形部的切削加工的困难的课题依旧存在。 [0012] 本发明的目的是提供具有末端宽锥形部的切削加工容易的喷嘴的喷射器。 [0013] 用于解决课题的手段 [0014] 本发明的喷射器具有喷嘴部,该喷嘴部形成有使从上游侧流入了的驱动流体减压并向下游侧的混合部流出的流路,其特征在于, [0015] 所述喷嘴部的所述流路具有: [0016] 减小流路部,其流路截面积随着趋向所述下游侧而逐渐减小; [0017] 相同截面流路部,从所述减小流路部的所述下游侧的端部起以大致相同的截面形状以规定的长度连续; [0018] 扩大流路部,从所述相同截面流路部的所述下游侧的端部起连续,并且流路截面积随着趋向所述下游侧而逐渐扩大。 [0019] 发明效果 [0021] 图1是表示实施方式1的制冷循环装置1000的示意图。 [0022] 图2是表示实施方式1的喷射器103的示意图。 [0023] 图3是表示实施方式1的喷射器103的喷嘴部201的示意图。 [0024] 图4是表示实施方式1的制冷循环装置1000的莫里尔线图。 [0025] 图5是表示圆筒状流路长度L2=0的情况下的、自喷嘴入口的距离与喷嘴内部的压力、速度及空隙率之间的关系的图。 [0026] 图6是表示实施方式1的喷射器103的流量特性的图。 [0027] 图7是用于说明实施方式1中的喷射器103的末端宽锥形部201c的长度减少的图。 [0028] 图8是表示实施方式1的带有针阀的喷射器103的示意图。 [0029] 图9是表示实施方式1的其他的制冷循环装置的示意图。 具体实施方式[0030] 实施方式1. [0031] 以下,参照图1~图9说明实施方式1的制冷循环装置。 [0032] 图1是表示实施方式1的制冷循环装置1000的示意图。制冷循环装置1000的特征是喷射器103。如后述的图3所示,喷射器103的特征是在喷嘴部201具有流路为圆筒形状的圆筒流路部201b(也有称为圆筒状流路的情况)。另外,相对于以往的喷射器,其特征是,扩大了与喉部相当的圆筒流路部201b的内径。通过具有圆筒流路部201b,能够缩短末端宽锥形部长度,从而与以往相比扩大了圆筒流路部201b的内径的同时,还能够提高切削加工的加工性。 [0033] (制冷循环装置) [0034] 在制冷循环装置1000中,压缩机101、冷凝器102(散热器)、喷射器103及将从喷射器103流出的气液二相的制冷剂分离成液体制冷剂和气体制冷剂的气液分离器104通过制冷剂配管依次连接。而且,在制冷循环装置1000中,蒸发器105通过配管与喷射器103和气液分离器104连接。喷射器103的驱动流体的流入口(103-1)与冷凝器102的制冷剂流出口(102-1)连接,吸引流体的流入口(103-2)与蒸发器105的制冷剂流出口(105-1)连接,供驱动流体和吸引流体的混合流体流出的流出口(103-3)与气液分离器104连接。由压缩机101、冷凝器102、喷射器103及气液分离器104构成的回路形成第一制冷剂循环环路,由气液分离器104、蒸发器105、喷射器103构成的回路形成第二制冷剂循环环路。此外,冷凝器102、蒸发器105分别具有风扇102-2、105-2。 [0035] (喷射器103) [0036] 图2表示喷射器103的概要图。喷射器103由喷嘴部201、混合部202、扩压部203构成。喷嘴部201形成有对从上游侧流入的驱动流体减压并向下游侧的混合部202流出的流路20。喷嘴部201的流路20具有前端细锥形部201a(减小流路部)、圆筒流路部201b(相同截面流路部)、末端宽锥形部201c(扩大流路部)。圆筒流路部201b与供驱动流体即制冷剂通过的流路中的截面积最小的喉部相当。 [0037] 喷嘴部201使从冷凝器102流出的高压制冷剂减压膨胀,并喷出液体制冷剂和气体制冷剂的高速二相流体。从吸引流体的流入口(103-2)开始,利用从喷嘴部201喷出的高速二相流体的速度能从蒸发器105吸引制冷剂。在混合部202中,从喷嘴部201喷出的制冷剂和从流入口(103-2)吸引的制冷剂混合的同时压力上升。在扩压部203中,混合的制冷剂的动压被转换成静压。 [0038] (喷嘴部201的形状) [0039] 图3表示实施方式1的喷嘴部201。圆筒流路201b是直径D2、长度L2(以下,有称为圆筒状流路长度L2的情况)的圆筒状的流路形状。箭头11表示制冷剂的流动方向。因此,箭头的方向是下游侧。 [0040] (1)前端细锥形部201a的流路截面积从直径D1到直径D2逐渐减小。锥角为θ1。前端细锥形部201a的长度为“L1”。 [0041] (2)圆筒流路部201b是直径D2、圆筒状流路长度L2的圆筒状的流路形状。 [0042] (3)末端宽锥形部201c的流路截面积从直径D2到直径D3逐渐增加。锥角为θ2。末端宽锥形部201c的长度为“L3”。 [0043] (4)前端细锥形部201a的角度θ1和末端宽锥形部的角度θ3为降低急缩小、急扩大导致的涡流损失,θ1被设计成5°左右,θ3被设计成1.5°以下。因此,前端细锥形部长度“L1”和末端宽锥形部201c的长度“L3”通过喷嘴流入口的直径D1、喉部即圆筒流路部201b的直径D2及喷嘴流出口的直径D3几何地确定。此外,圆筒状流路长度L2与喷嘴全长相比非常短。 [0045] (制冷循环装置1000的动作) [0046] 以下,关于制冷循环装置1000的动作进行说明。 [0047] 图4表示图1所示的制冷循环装置1000中的莫里尔线图。 [0048] 参照图2、图4说明制冷循环装置1000的动作。从压缩机101送出的高温高压的气体制冷剂(状态A)在冷凝器102中散热并液化(状态B),并流入喷射器103(驱动流体)。驱动流体从流入口(103-1)流入时,被喷嘴部201减压并膨胀,成为超高速的气液二相制冷剂并从喷嘴部201流出(状态C)。基于从喷嘴部201流出的驱动流的动能,从吸引流体的流入口(103-2)吸入制冷剂(吸引流体),驱动流体和吸引流体的混合流体流入混合部202(状态D)。在混合部202中,驱动流体和吸引流体交换相互的运动量的同时混合,由此压力恢复。而且,即使在扩压部203中,通过流路截面积的扩大,动压转换成静压,由此,压力也恢复(状态E)。从喷射器103流出的气液二相制冷剂被气液分离器104分离成气体制冷剂和液体制冷剂。在气液分离器104中,气体制冷剂流入压缩机101(状态F),液体制冷剂流入蒸发器105(状态G)。液体制冷剂通过蒸发器105从周围吸热而蒸发(状态H),从喷射器 103的吸引流体的流入口(103-2)因驱动流体的吸入作用而被吸引。通过该一系列的动作,形成向蒸发器105的制冷剂循环环路(蒸发器105、喷射器103、气液分离器104的制冷剂的循环回路)。 [0049] 通过这样的动作,在利用喷射器的制冷循环装置中,与以往的制冷循环装置相比,能够提高压缩机的吸入压力,从而能够改善运转效率。 [0050] (喷射器中没有圆筒流路部201b的情况) [0051] 以下,对于喷射器103的喷嘴部201的动作进行说明。 [0052] 图5表示喷嘴部201中没有圆筒流路部201b的情况下的喷嘴内部的压力、制冷剂的平均速度、空隙率。纵轴的刻度是空隙率。没有圆筒流路部201b的情况是指图7的最下部所示的从前端细锥形部201a直接过渡到末端宽锥形部201c的形状的情况(L2=0)。图5的横轴表示从喷嘴入口(驱动流体的流入口(103-1))开始的距离。另外,纵向的虚线表示喉部的位置。这里,“空隙率”是指流路截面积为1时的气体制冷剂所占的面积比。空隙率0是不存在气体制冷剂的状态,空隙率1是流路被气体制冷剂覆盖的状态。如图5所示,流入喷嘴201的制冷剂由前端细锥形部201a、末端宽锥形部201c减压,制冷剂成为饱和压力以下并开始发泡。通过发泡,流路内的气体比率(空隙率)增加,由此,制冷剂速度急上升。朝向末端宽锥形部201c的下游,发泡继续进行,压力降低,速度上升。由此,高速的二相制冷剂从喷嘴喷出。 [0053] (圆筒状流路201b的直径D2) [0054] 图6是喉部作为圆筒流路部201b形成的情况下的喷嘴的流量特性。横轴表示圆筒流路部201b的圆筒状流路长度L2与圆筒流路部201b的直径D2的比。纵轴表示喉部直径为D2、且没有圆筒流路部的情况(L2=0)下的流量为1的情况下的流量比。增长圆筒流路部201b的圆筒状流路长度L2时,流量降低。这是因为,通过圆筒状流路201b中的摩擦损失,压力降低,由此,制冷剂的饱和温度下降,在圆筒状流路201b内,制冷剂开始发泡。气体制冷剂的比容与液体制冷剂的比容相比非常大,从而如气液二相流体那样地,液体中包含气体的流体难以流动。如图6所示,在使喉部直径D2为1.1倍、1.2倍的情况下,也示出了相对于L2/D2的流量特性相同的倾向。另外,在扩大喉部直径D2的情况下,流量增大。通过该特性,设置圆筒状流路201b,并且扩大喉部直径D2时,能够流动与没有圆筒流路的(L2=0)的喷嘴相同的流量。在图6所示的例子中,喉部直径D2为1.1倍的情况下,选择“L2/D2”成为1左右的圆筒状流路长度L2,喉部直径D2为1.2倍的情况下,选择“L2/D2”成为5左右的圆筒状流路长度L2,由此,能够流动与没有圆筒流路部201b的情况(L=0)相同的流量的制冷剂。 [0055] (直径D2的假定值) [0056] 此外,本实施方式1的喷射器103假定圆筒状流路201b的直径D2为2mm以下。 [0057] (末端宽锥形部201c的长度L3的缩短化) [0058] 图7是具有圆筒状流路201b的喷嘴部201和没有圆筒状流路201b的喷嘴(L2=0)之间的、制冷剂的压力分布和速度分布的概要图。实线表示具有圆筒状流路201b的喷嘴部201,虚线表示没有圆筒状流路201b的喷嘴。圆筒流路部201b内的压力因摩擦损失沿流动方向降低。在圆筒流路部201b内,压力达到发泡开始压力时(L2’的位置),液体状态的制冷剂发泡,通过膨胀,速度急上升,压力急降低。末端宽锥形部201c的流入口处的压力因圆筒状流路201b的摩擦损失,与没有圆筒状流路201b的喷嘴相比变低。由此,具有圆筒状流路201b的情况下的末端宽锥形部201c中的压力下降变小,其结果,末端宽锥形部201c的长度L3与没有圆筒状流路201b的喷嘴相比变短。 [0059] 圆筒状流路201b内的摩擦损失ΔP能够通过下式(1)预测。由此,以L2’为参数算出ΔP。也就是说,对于圆筒流路部201b的入口压力PIN与发泡开始压力PST之差△P,能够从式(1)预测发泡开始位置L2’。 [0060] [式1] [0061] [0062] λ:摩擦系数 [0063] ρ:密度 [0064] u:速度 [0065] 发泡开始压力根据文献,使用制冷剂过热度(制冷剂温度与饱和:温度之差)成为5K的压力即可。圆筒状流路长度L2基于该发泡开始位置L2’决定即可。 [0066] 根据圆筒状流路长度L2的长度调整制冷剂开始发泡的位置,由此,能够控制通过喷嘴部201的制冷剂流量。 [0067] 图8是表示在具有可动式的针阀205的喷射器103中使用了喷嘴部201的情况的图。如图8所示,喷射器103也可以作为插入了控制制冷剂的流量的可动式的针阀25的喷射器实现。 [0068] 图9是表示实施方式1中的其他的制冷循环装置的结构的图。即使将喷射器103搭载在图9所示的制冷剂回路(制冷循环装置),也能够得到与图1的情况相同的效果。在图9中,压缩机101、冷凝器102(散热器)、膨胀机构106、第一蒸发器105a、喷射器103、第二蒸发器105b通过制冷剂配管依次被连接。喷射器103的驱动流体的流入口(103-1)与从连接冷凝器102和膨胀机构106的配管的中途分支的分支配管21连接,吸引流体的流入口(103-2)与第一蒸发器105a的制冷剂流出口(105a-2)连接,供驱动流体和吸引流体的混合流体流出的流出口(103-3)与第二蒸发器105b的制冷剂流入口(105b-1)连接。另外,膨胀机构106与第一蒸发器105a的制冷剂流入口(105a-1)连接,另外,第二蒸发器105b的制冷剂流出口(105b-2)与压缩机101的吸入口连接。该情况下,从冷凝器102流出的制冷剂向第一蒸发器105a和喷射器103分流。而且,从第一蒸发器105a流出的制冷剂在喷射器103中被吸引、升压。从喷射器103流出的制冷剂流入第二蒸发器105b、压缩机101的吸入口。 [0069] 此外,在以上的实施方式1中,说明了喷嘴部201具有圆筒状流路201b的情况,但特征在于沿流路方向截面形状不变,所以其截面形状不限于圆形,也可以是椭圆或其他的形状。只要截面形状沿流路方向不变即可。另外,在图3中,圆筒状流路201b的上游侧仅存在前端细锥形部,但可以是二级锥形部,也可以是图8所示的“其他的圆筒状流路+前端细锥形部”。也就是说,圆筒状流路201b之前紧接着的流路是前端细锥形部即可。 [0070] 实施方式1的喷射器103中,通过在喷嘴的喉部设置圆筒状流路,由此,在圆筒状流路内开始发泡。由此,与没有圆筒状流路的喷嘴相比,能够缩短末端宽锥形部的长度L3。因此,通过切削加工进行制造时,末端宽锥形部201c变得容易加工。 [0071] 实施方式1的喷射器103中,在喷嘴的喉部设置圆筒状流路,并且扩大了喉部的直径D2。因此,喷射器103能够流动与没有圆筒状流路的喷嘴相同流量的制冷剂,并且通过切削加工进行制造时,根据直径D2的扩大,能够提高切削刀具的加工性,并削减制造时间。 [0072] 实施方式1的喷射器103中,通过喉部直径D2的扩大及圆筒状流路的追加,切削加工性提高。因此,例如通过铰刀等精加工圆筒流路部201b、末端宽锥形部201c,能够提高尺寸精度。 [0073] 实施方式1的喷射器103中,圆筒状流路长度L2与喷嘴全长相比非常短。由此,圆筒状流路中的摩擦损失与膨胀导致的压力降低相比非常小,从而能够得到与没有圆筒状流路的喷嘴同等的动力转换效率。 [0074] 另一方面,通过设置圆筒状流路,喷嘴全长变长,材料成本变高。但是,如前所述地,由于圆筒状流路长度L2短,所以材料成本的增大是微小的。通过喉部直径扩大和末端宽锥形长度的缩短提高切削加工性,从而切削加工性的提高带来的成本削减效果远远大于材料成本的增加。 [0075] 在使用喷射器103的实施方式1的制冷循环装置(图1、图9)中,所使用的制冷剂也可以是氟利昂类制冷剂,也可以是除此以外的制冷剂。例如所使用的制冷剂可以是氨、二氧化碳、烃类(例如,丙烷、异丁烷)等的自然制冷剂,也可以是HFO1234yf这样的低GWP制冷剂及其混合制冷剂。 [0077] 以往,在将喷射器导入制冷循环装置的情况下,喷射器的喷嘴部的喉部直径为0.5~2mm,另外,使制冷剂膨胀的末端宽锥形部的长度为20mm以上,存在深地切削加工细孔变得困难的课题。对于该课题,通过在喷嘴喉部设置圆筒状流路,利用圆筒状流路的摩擦导致的制冷剂的压力下降来促进发泡。通过该发泡促进能够缩短喷嘴末端变宽的长度。另外,使圆筒状流路的直径与以往的喉部直径相比扩大。通过圆筒状流路的采用带来的末端宽锥形部201c的缩短、和喉部直径(圆筒状流路的内径)的扩大,喷嘴的切削加工变得容易,能够削减喷嘴的制造成本和制造时间。 [0078] 附图标记的说明 [0079] 101压缩机,102冷凝器,103喷射器,104气液分离器,105,105a,105b蒸发器,201喷嘴部,201a前端细锥形部,201b圆筒流路部,201c末端宽锥形部,202混合部,203扩压部,204吸引部,205针阀,1000制冷循环装置。 |