CN100434832C - 一种带喷射器的自行复叠式制冷循环系统 - Google Patents

一种带喷射器的自行复叠式制冷循环系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带喷射器的自行复叠式制冷循环系统，包括管路相连的压缩机、冷凝器、气液分离器、蒸发冷凝器、蒸发器和膨胀阀，蒸发冷凝器和蒸发器之间还有喷射器；压缩机出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口与气液分离器入口相连；气液分离器出口的一路气相制冷剂与蒸发冷凝器入口相连；另一路液相制冷剂经过膨胀阀后与蒸发冷凝器入口相连；蒸发冷凝器出口的一路通过膨胀阀进入蒸发器，另一路制冷剂蒸气作为工作蒸气进入喷射器，引射从蒸发器来的蒸气进入喷射器，喷射器出口与压缩机入口相连。喷射器增压能提高压缩机吸气压力，降低压比，减少压缩功；同时提高蒸发冷凝器工作流体压力与温度，减小蒸发冷凝器传热温差，降低不可逆损失，显著提高整个系统性能。

Description

一种带喷射器的自行复叠式制冷循环系统
技术领域
本发明属于制冷与低温技术领域，涉及一种制冷循环系统，特别涉及一种带喷射器的自行复叠式制冷循环系统，该循环系统由于采用了喷射器，能提高压缩机的吸气压力，减小压缩机的压比；降低膨胀阀的压降；减小蒸发冷凝器中的传热温差。从而降低循环中不可逆损失，改善循环系统性能。可以应用于低温冰箱、低温冷却器和气体液化设备中。
背景技术
自行复叠式制冷系统是一种采用多元混合工质的制冷循环系统，它使用单台压缩机，通过自行分离、多级复叠的方法，在高沸点组分和低沸点组分之间实现复叠，获得更低蒸发温度下的制冷能力。自从上世纪50年代末期，人们就开始应用自行复叠式制冷系统来液化天然气。到了上世纪七、八十年代，随着对混合工质研究的深入，对自行复叠式制冷循环系统的研究在不断的发展，其应用范围也在扩大。由于自行复叠式制冷系统具有比较宽的工作温区，无论是在普通冷领域还是在低温领域，都具有比较大的实用价值。
在自行复叠式制冷循环中，随着制冷蒸发温度的降低，压缩机的吸气压力下降，压比将升高，从而制冷系数会显著降低。这主要是因为在系统中存在较大的节流损失和传热不可逆损失。因此，改善自行复叠式制冷循环系统性能也就成为这一技术领域中重要的研究方向。常规自行复叠式制冷循环系统主要由压缩机、冷凝器、气液分离器、蒸发冷凝器、蒸发器、膨胀阀组成。自行复叠式制冷循环系统的性能在很大程度上取决于压缩机的压比。当环境温度一定时，蒸发温度是影响压缩机压比的最主要因素。蒸发温度越低，压比越高。另外，因膨胀阀产生的不可逆损失和在蒸发冷凝器中存在的传热不可逆损失都是不可避免的。因此，在常规自行复叠式制冷循环中单纯的优化工况，是不能有效提高循环系统性能的。有研究者提出了采用膨胀机代替膨胀阀，来减少不可逆损失，回收有用功以改善系统性能。然而，尽管这种方法可以提高系统的性能，但膨胀机会让系统更加复杂，而且由于膨胀机本身也会进一步增加投资。喷射器作为一种机械增压设备以结构简单、无运动部件和成本低的特点，在蒸气喷射制冷领域和其它相关领域获得了广泛的应用。同样，喷射器也可以应用在自行复叠式制冷循环中，通过喷射器的增压作用能够提高压缩机的吸气压力，降低压比，回收部分有用功；另外，通过采用喷射器，降低了膨胀阀的压降，相应地可以提高进入蒸发冷凝器的工作流体的压力及温度，减小了蒸发冷凝器中的传热温差，从而减少了不可逆传热损失，改善了系统性能。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，为了减少系统的不可逆损失，提高系统性能，本发明的目的在于提出一种新的利用喷射器实现提高系统性能的自行复叠式制冷循环系统。
实现上述发明目的的技术解决方案是：一种带喷射器的自行复叠式制冷循环系统，包括管路上连接的压缩机、冷凝器、气液分离器、蒸发冷凝器、蒸发器、第一膨胀阀和第二膨胀阀，其特征在于，所述的蒸发冷凝器和蒸发器之间还设有一喷射器。
所述压缩机的出口与冷凝器入口相连，冷凝器的出口与气液分离器的入口相连；气液分离器出口分两路，一路气相制冷剂直接与蒸发冷凝器入口相连；另一路液相制冷剂经过第一膨胀阀后与蒸发冷凝器入口相连；蒸发冷凝器的出口分两路：一路制冷剂液体首先与第二膨胀阀连接，然后进入蒸发器，另一路制冷剂蒸气作为工作蒸气直接进入喷射器，引射从蒸发器来的蒸气进入喷射器，喷射器的出口与压缩机的入口相连接。
本发明的带喷射器的自行复叠式制冷循环系统结构相对简单，所增加的喷射器仍属于常规的气-气型喷射器种类，具有增压的作用；相比于其它常规型自行复叠式制冷循环系统，初投资增加不多，并能有效提高系统的循环性能，从未来的应用上面看，具有明显的优势。
附图说明
图1是本发明带喷射器的自行复叠式制冷循环系统示意图，也是本发明的一个具体实施例。
下面结合附图和给出的具体实施例，对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
如图1所示，本发明的带喷射器的自行复叠式制冷循环系统，包括管路上连接的压缩机101、冷凝器102、气液分离器103、蒸发冷凝器105、蒸发器107、第一膨胀阀104和第二膨胀阀106，蒸发冷凝器105和蒸发器107之间还设有一喷射器108；压缩机101的出口与冷凝器102入口相连，冷凝器102的出口与气液分离器103的入口相连；气液分离器103出口分两路，一路气相制冷剂直接与蒸发冷凝器105入口相连；另一路液相制冷剂经过第一膨胀阀104后与蒸发冷凝器105入口相连；蒸发冷凝器105的出口分两路：一路首先与第二膨胀阀106连接，然后连接蒸发器107，另一路制冷剂蒸气作为工作蒸气直接进入喷射器108的工作蒸气入口，引射从蒸发器107来的蒸气进入喷射器108，喷射器108的出口与压缩机101的入口相连接。通过以上连接，构成完整的自行复叠式制冷循环系统。
在所述的带喷射器的自行复叠式制冷循环系统中，压缩机101用于提高非共沸混合物制冷剂蒸气的压力，被升压的制冷剂蒸气在冷凝器102中部分冷凝后进入气液分离器103，通过气液分离器103实现气液相分离；从气液分离器103中出来的液相制冷剂通过第一膨胀阀104降压降温后进入蒸发冷凝器105，被蒸发冷凝器105另一端的气相制冷剂加热蒸发后，作为工作蒸气进入喷射器108的工作蒸气入口；从气液分离器103出来的气相制冷剂直接进入蒸发冷凝器105，与液相制冷剂在蒸发冷凝器105中换热凝结后，再经过第二膨胀阀106进一步降压降温，进入蒸发器107蒸发实现制冷目的；然后作为被引射蒸气被喷射器108引射，与工作蒸气在喷射器108中混合增压；从喷射器108中出来的蒸气进入压缩机101的入口；实现整个循环。
喷射器108有两个作用：一是通过它的增压作用可以提高压缩机101的吸气压力，降低压缩机101的压缩比；二是喷射器108工作蒸气的压力要大于被引射蒸气的压力，这样就降低了工作蒸气经过膨胀阀的压降，相应地提高了进入蒸发冷凝器105的工作流体压力与温度，减小了蒸发冷凝器105中的传热温差，从而减少了不可逆传热损失。在蒸发冷凝器105中，传热温差的降低是以增加传热面积为代价的，因此工作参数设计过程中，喷射器108工作蒸气入口压力的确定要综合考虑。但从热力学的角度分析，它的两个作用的综合结果是显著提高了循环系统的性能。
其工作过程是：非共沸混合物制冷剂(如R23/134a)蒸气(图中1点处)进入压缩机101，被增压后(图中2点处)进入冷凝器102，混合物制冷剂在冷凝器102中放热部分冷凝(图中3点处)，制冷剂蒸气(图中3″点处)直接进入蒸发冷凝器105，此时液相制冷剂(图中3′点处)的成分与气相的不同，液相制冷剂通过第一膨胀阀104降压降温后(图中7点处)进入蒸发冷凝器105，与气相制冷剂在蒸发冷凝器105中换热。液相制冷剂在蒸发冷凝器105中吸热蒸发后作为工作蒸气进入喷射器108(图中8点处)，引射从蒸发器来的蒸气(图中6点处)；图中3″点处的制冷剂在蒸发冷凝器中放热冷却成为饱和或者过冷液体(图中4点处)，经过第二膨胀阀106进一步降压降温后(图中5点处)，进入蒸发器107吸热蒸发成饱和或者过热蒸气，从而实现制冷目的；最后作为被引射蒸气被喷射器108引射，与工作蒸气在喷射器中混合增压后进入压缩机，完成循环过程。
整个循环过程中存在有四个不同的工作压力，依次是冷凝压力、蒸发压力、喷射器工作蒸气入口压力和出口压力(即压缩机吸气压力)；其中冷凝压力和蒸发压力是由循环系统的工作工况所决定，这又取决于运行环境温度和制冷要求；喷射器工作蒸气入口压力是可以作为调节参数，通过优化可以实现最佳工况；喷射器工作蒸气出口压力是由循环中的质量守恒和能量守恒关系所确定的。相比于常规自行复叠式制冷循环系统，在同样的循环工况条件下，在本发明给出的实施方式的制冷循环中，因喷射器的增压作用，提高了压缩机吸气压力，降低了压缩比，减小了压缩功；由于工作蒸气的压力大于被引射蒸气的压力，从而降低了工作流体经过膨胀阀的压降，提高了进入蒸发冷凝器的工作流体压力与温度，相应地降低了蒸发冷凝器中的传热温差，减少了不可逆损失。在确定的工况条件下，降低了压缩机的压缩比，提高了系统的制冷系数。所以，整个循环系统的性能显著提高了。从以上分析可以看出，本发明的带喷射器的自行复叠式制冷循环系统，在改善自行复叠式制冷系统性能方面具有明显的优势。

Claims (2)

1.一种带喷射器的自行复叠式制冷循环系统，包括管路上连接的压缩机(101)、冷凝器(102)、气液分离器(103)、蒸发冷凝器(105)、蒸发器(107)、第一膨胀阀(104)和第二膨胀阀(106)，其特征在于，所述的蒸发冷凝器(105)和蒸发器(107)之间还设有一喷射器(108)；
所述压缩机(101)的出口与冷凝器(102)入口相连，冷凝器(102)的出口与气液分离器(103)的入口相连；气液分离器(103)出口分两路，一路气相制冷剂直接与蒸发冷凝器(105)入口相连；另一路液相制冷剂经过第一膨胀阀(104)后与蒸发冷凝器(105)入口相连；蒸发冷凝器(105)的出口分两路：一路首先与第二膨胀阀(106)连接，然后进入蒸发器(107)，另一路制冷剂蒸气作为工作蒸气直接进入喷射器(108)，引射从蒸发器(107)来的蒸气进入喷射器(108)，喷射器(108)的出口与压缩机(101)的入口相连接。
2.如权利要求1所述的带喷射器的自行复叠式制冷循环系统，其特征在于，所述的喷射器(108)中的工作蒸气压力大于从蒸发器(107)出来蒸气的压力。
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