CN101017036A - 采用涡流喷射器的制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种采用涡流喷射器的制冷系统，属于制冷与空调技术领域。本发明包括压缩机、冷凝器、蒸发器、涡流喷射器，压缩机出口与冷凝器入口连接，冷凝器出口与涡流喷射器的喷嘴连接，涡流喷射器的涡流管高温端出口与压缩机入口连接，涡流喷射器的涡流管低温端出口与蒸发器入口连接，蒸发器出口与涡流喷射器的引射流体入口连接。本发明可以回收制冷剂的膨胀能，增加系统的能效比20％以上，且结构简单，成本低廉，不易损坏。

Description

采用涡流喷射器的制冷系统

技术领域

本发明涉及的是一种制冷系统，特别是一种采用涡流喷射器的制冷系统，属于制冷与空调技术领域。

背景技术

各种制冷装置广泛应用，其节能的重要性日益突出。使用喷射器是一种提高制冷循环能效比的思路。喷射器是一种代替制冷循环中膨胀阀的装置。现有技术的喷射器是成熟的商业产品，具体结构参数可以参见《喷射器》，中国科学出版社，1977；在普通使用膨胀阀的制冷循环中，制冷剂膨胀时因压降而产生的动能由于节流损失而变成热能，这部分膨胀功无法回收，造成能量的浪费。喷射器可以看作是一种回收制冷剂膨胀功的装置，由于回收的膨胀功用来增加压缩机入口处制冷剂压力，从而降低了压缩机的能耗，增加了制冷循环的能效比。涡流管是一种能够把一股流体分离为冷热两股温度不同流体的简单装置，拥有结构简单、工作稳定可靠、易于维修等特点。涡流管也是成熟的商业产品，具体结构参数可以参考《微型制冷器》，国防工业出版社，1984。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开(公告)号为CN1432775的专利“具有喷射器循环系统的空调器”，该空调器使用喷射器来提高制冷系统效率；中国公开(公告)号为CN1361400的专利“利用多元混合工质节流与低温涡流膨胀制冷的内复叠循环制冷系统”，该制冷系统采用涡流管制冷，但单独的涡流管制冷效率和冷量均不太高。采用单独采用喷射器的制冷系统，喷射器出口的膨胀功尚未完全回收，而单独的涡流管制冷难以大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有缺乏增加制冷循环能效比简单有效方法的不足，提供一种采用涡流喷射器的制冷系统，使其可以提高制冷循环能效比，降低制冷设备能耗与成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括压缩机、冷凝器、蒸发器、涡流喷射器，所述涡流喷射器包括喷射器和涡流管，喷射器和涡流管相连接，压缩机出口与冷凝器入口连接，冷凝器出口与喷射器连接，涡流管同时与压缩机入口、蒸发器入口连接，蒸发器出口与喷射器连接。

所述喷射器包括喷嘴、引射流体入口、喷射器出口，所述涡流管包括涡流管入口、涡流管高温端出口、涡流管低温端出口；冷凝器出口与喷嘴连接，涡流管高温端出口与压缩机入口连接，涡流管低温端出口与蒸发器入口连接，蒸发器出口与引射流体入口连接，喷射器出口和涡流管入口相连接。

本发明工作过程如下：从涡流管入口进入涡流管的制冷剂，在涡流管中沿管内壁旋转形成涡旋，分离成紧贴壁面的制冷剂和中心部位的制冷剂这两部分气流。涡流管中紧贴壁面的制冷剂由于摩擦而升温，并从涡流管高温端出口流出，进入压缩机，经过压缩后进入冷凝器，经冷凝器冷凝后流入涡流喷射器的喷嘴，在涡流喷射器的喷嘴中加速降压。涡流管中心部位的制冷剂温度降低，成为温度较低的液相或气液两相制冷剂，并从涡流管低温端出口进入蒸发器，在蒸发器中吸热变成气相，然后进入引射流体入口。在涡流喷射器的喷嘴中加速降压的制冷剂和从引射流体入口进入的制冷剂混合后，从喷射器出口流出，并进入涡流管入口。

本发明具有以下显著的优点：一般的无喷射器的制冷系统中冷凝器出来高压制冷剂要经过节流阀降低压力，此时会有节流损失，而本发明中高压制冷剂是经过喷射器降压，压力能转化为动能，大大降低了冷凝器出来制冷剂的节流损失。较现有的采用喷射器而没有涡流管的制冷系统，本发明中用涡流管代替了蒸发器前面的节流阀，进一步降低了节流损失。由于喷射器和涡流管的共同作用，进入压缩机的制冷剂压力高于蒸发器中的制冷剂压力，因此可以减少压缩机的功耗。由于以上三方面的作用因素，本发明的制冷系统可以节能20％以上。

附图说明

图1为本发明带涡流喷射器的制冷系统结构示意图

图2为本发明带涡流喷射器的制冷系统循环的压焓图

图3为已有的单独采用普通喷射器的制冷系统结构示意图

图4为已有的单独采用普通喷射器的制冷系统循环的压焓图

图5为上述两种制冷系统的循环压焓图比较

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例由压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、涡流喷射器4构成，涡流喷射器4即图1中点划线框所包含的部分。压缩机1出口与冷凝器2入口连接，冷凝器2出口与涡流喷射器4的喷嘴7连接，涡流喷射器4的涡流管高温端出口11与压缩机1入口连接，涡流喷射器4的涡流管低温端出口12与蒸发器3入口连接，蒸发器3出口与涡流喷射器4的引射流体入口8连接。本发明中涡流喷射器4包括喷射器5和涡流管6，喷射器5即图中左边虚线框所包含的部分，涡流管6即图中右边虚线框所包含的部分。喷射器5通过喷射器出口9和涡流管5的涡流管入口10相连接。喷射器5包括喷嘴7、引射流体入口8、喷射器出口9；涡流管包括涡流管入口10、涡流管高温端出口11、涡流管低温端出口12。

从涡流管入口10进入涡流管6的制冷剂，在涡流管6中沿管内壁旋转形成涡旋，分离成紧贴壁面的制冷剂和中心部位的制冷剂这两部分气流。涡流管6中紧贴壁面的制冷剂由于摩擦而升温，并从涡流管高温端出口11流出，进入压缩机1，经过压缩后进入冷凝器2，经冷凝器2冷凝后流入涡流喷射器4的喷嘴7，在涡流喷射器4的喷嘴7中加速降压。涡流管6中心部位的制冷剂温度降低，成为温度较低的液相或气液两相制冷剂，并从涡流管低温端出口12进入蒸发器3，在蒸发器3中吸热变成气相，然后进入引射流体入口8。在涡流喷射器4的喷嘴7中加速降压的制冷剂和从引射流体入口8进入的制冷剂混合后，从喷射器出口9流出，并进入涡流管入口10。

带涡流喷射器的制冷系统循环的压焓图如图2，细实线为制冷剂的气液两相分界线，粗实线线表示循环过程，各字母表示不同状态点下的制冷剂。本发明中制冷剂的压力和焓值变化过程如下：从涡流管高温端出口11流出的制冷剂a进入压缩机1后，压缩机对其作功，a变成b，压缩机对制冷剂作的功即为点b与点a的焓值差。b在进入冷凝器2后放热成为c，c通过涡流喷射器4的喷嘴7后加速降压，将压能转化为动能，变成d，并引射从蒸发器3出口流出而进入引射流体入口8的制冷剂e，两股制冷剂在喷射器5内混和成为f，再减速升压为g，g从喷射器出口9流出通过涡流管入口10进入涡流管6，在涡流管6中，制冷剂沿管内壁旋转形成涡旋，经过涡流变换后分离成温度不等的两部分气流，紧贴壁面的制冷剂由于摩擦而升温，而中心部位的制冷剂温度则降低，紧贴壁面的制冷剂成为气相制冷剂a并在高温端出口11处流出进入压缩机1，中心部位的低温液相或气液两相制冷剂成为h并通过低温端出口12流出进入蒸发器3，在蒸发器中吸热变成气相的e，并最终进入引射流体入口8。

本实施例与已有的单独采用普通喷射器的制冷系统相比，可以减少压缩机功耗，增加能效比，其原理进一步解释如下。

首先介绍单独采用普通喷射器的制冷系统的连接方式。如图3，已有的单独采用普通喷射器的制冷系统的结构由压缩机13、冷凝器14、蒸发器15、普通喷射器16、气液分离器20、节流装置21构成，普通喷射器16即图中点划线框所包含的部分。制冷系统的连接方式为压缩机13的出口与冷凝器14的入口连接，冷凝器14的出口与普通喷射器16的喷嘴17连接，普通喷射器16的喷射器出口19与气液分离器20入口连接，气液分离器20的气相出口22与压缩机13入口连接，气液分离器20的液相出口23与节流装置21入口连接，节流装置21出口与蒸发器15入口相连，蒸发器15出口与普通喷射器16的引射流体入口18连接。普通喷射器16包括喷嘴17、引射流体入口18和喷射器出口19；气液分离器20有两个出口，分别为气相出口22与液相出口23。

已有的单独采用喷射器的制冷系统循环的压焓图如图4，细实线为制冷剂的气液两相分界线，虚线表示循环过程，从气液分离器20的气相出口22流出的制冷剂j进入压缩机13后，压缩机13对其作功，j变成k，k与j的焓差就是压缩机对其作的功。k在进入冷凝器14后放热成为l，l通过普通喷射器16的喷嘴17后成为m，并引射从蒸发器15出口流出而进入引射流体入口18的制冷剂n，两股制冷剂在普通喷射器16内混和成为o，再减速升压为p，然后进入气液分离器20。在气液分离器20中，气相制冷剂j通过气相出口22进入压缩机13，液相制冷剂q通过液相出口23流入节流装置21后，在节流装置21内降低压力损失部分膨胀功成为r，再流入蒸发器15，在蒸发器15中吸热变成液相的n，并最终进入引射流体入口18。

如图5为上述两种制冷系统的循环压焓图比较，其中粗实线表示本发明带喷射涡流器的制冷系统循环，虚线表示已有的单独采用普通喷射器的制冷系统循环。比较两种循环的压焓图可以发现，在单独采用喷射器的制冷系统循环中，从气液分离器的液相出口23流出的制冷剂q进入了节流装置21，其膨胀功没有得以回收，造成了能量的浪费。而采用涡流喷射器的制冷系统回收了这部分膨胀功，并将膨胀功用于增加涡流管高温端出口的制冷剂压力与焓值，从而减少了压缩机功耗，增加了系统的能效比。如果选择制冷剂为二氧化碳，在蒸发压力同为2.4MPa的情况下，带涡流喷射器的制冷系统在蒸发器4入口的焓值为155kJ/kg，蒸发器4出口的焓值为436kJ/kg，制冷量为281kJ/kg；已有的单独采用普通喷射器的制冷系统在蒸发器15入口的焓值为205kJ/kg，蒸发器4出口的焓值为436kJ/kg，制冷量为231kJ/kg。在二者制冷剂流量与压缩机作功相等的情况下，带涡流喷射器的制冷系统的制冷量约为已有的单独采用普通喷射器的制冷系统制冷剂的1.21倍，即能效比增加了20％以上。

Claims (2)

1、一种采用涡流喷射器的制冷系统，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)，压缩机(1)出口与冷凝器(2)入口连接，其特征在于，还包括涡流喷射器(4)，所述涡流喷射器(4)包括喷射器(5)和涡流管(6)，喷射器(5)和涡流管(6)相连接，冷凝器(2)出口与喷射器(5)连接，涡流管(6)同时与压缩机(1)入口、蒸发器(3)入口连接，蒸发器(3)出口与喷射器(5)连接。

2、如权利要求1所述的采用涡流喷射器的制冷系统，其特征是，所述喷射器(5)包括喷嘴(7)、引射流体入口(8)、喷射器出口(9)，所述涡流管(6)包括涡流管入口(10)、涡流管高温端出口(11)、涡流管低温端出口(12)；冷凝器(2)出口与喷嘴(7)连接，涡流管高温端出口(11)与压缩机(1)入口连接，涡流管低温端出口(12)与蒸发器(3)入口连接，蒸发器(3)出口与引射流体入口(8)连接，喷射器出口(9)和涡流管入口(10)相连接。

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