CN101464070B - 一种喷射式低温制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射式低温制冷机，其发生器高压出口分别与低沸点工质气体喷射器的一个入口和高沸点工质气体喷射器的一个入口连接；低沸点喷射器出口经第一回热器、第二冷凝器、第二回热器及第一节流阀连入精馏部件入口；精馏部件高沸点工质出口的一路连入液体喷射器入口，液体喷射器出口经工质泵及第一回热器连入发生器入口，另一路经第二节流阀连入高沸点喷射器另一个入口，高沸点喷射器出口支路经第一冷凝器连入液体喷射器另一个入口；精馏部件低沸点工质出口经第三节流阀连入蒸发器入口，蒸发器出口支路经第二回热器连入低沸点喷射器另一个入口。本发明能有效利用低品位低温热源，实现喷射式制冷机的小型风冷化，运行稳定，节能效果好。

Description

一种喷射式低温制冷机 

技术领域

本发明涉及一种低温制冷技术领域，尤其涉及一种喷射式低温制冷机。 

背景技术

喷射式制冷机是一种利用低温低品位能源驱动的制冷机，以水、碳氢化合物或氢氟烃类为制冷工质，清洁环保。与电力驱动蒸汽压缩式制冷机相比，喷射式制冷机不消耗电能，运动部件少，不存在回油问题，可利用太阳能、地热等可再生能源，节能效果显著；与吸收式制冷机相比不需要吸收器等部件，解决吸收式制冷机小型风冷化难题，发生温度更低，提高低品位能源利用效率。因此，在全球化石油能源日益枯竭的今天，喷射式制冷机将会得到越来越广泛的应用。 

传统喷射式制冷机主要由发生器、喷射器、蒸发器、冷凝器、节流阀和工质泵等通过管路组成制冷系统，由于该系统中采用的是单一组分的制冷剂，所以通常只能获得0℃以上的制冷温度，即便是最低制冷温度也约在-10℃左右，而且现有喷射式制冷机的效率也比较低，使得现有结构的喷射式制冷机的实际应用受到了很大的限制。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现混合工质自动复叠制冷循环的喷射式低温制冷机。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种喷射式低温制冷机，包括发生器、低沸点工质气体喷射器、第一回热器、第二冷凝器、工质泵、第三节流阀和蒸发器，发生器内设有加热装置，该制冷机还包括第二回热器和精馏部件，发生器的高压出口分为两支，一支与低沸点工质气体喷射器的一个入口连接，另一支与一高沸点工质气体喷射器的一个入口连接；低沸点工质气体喷射器的出口通过第一回热器中的一个换热管、第二冷凝器、第二回热器中的一个换热管及第一节流阀连入精馏部件的入口；精馏部件的高沸点工质出口分为两路，一路连入一个液体喷射器的一个入口，液体喷射器的出口通过工质泵及第一回热器的另一个换热管连入发生器的入口，另一路通过第二节流阀连入高沸点工质气体喷射器的另一个入口，高沸点工质气体喷射器的出口支路通过第一冷凝器连入液体喷射器的另一个入口；精馏部件的低沸点工质出口经过第三 节流阀连入蒸发器的入口，蒸发器的出口支路经过第二回热器的另一个换热管连入低沸点工质气体喷射器的另一个入口。 

所述制冷机的工质为高沸点制冷剂和低沸点制冷剂混合而成的二元混合工质。 

在第二回热器中的第一个换热管的出口和第一节流阀的入口之间串设有混合工质换热器，该混合工质换热器设于精馏部件内进行换热。 

在精馏部件的低沸点工质出口与第三节流阀之间的支路上串装有一液体储罐。 

所述蒸发器的出口与第二回热器的第二个换热管的入口之间串设有第三回热器，第三回热器设置于液体储罐的腔体内进行换热。 

所述第二节流阀的出口与高沸点工质气体喷射器的另一入口之间的管路上还串设有冷凝蒸发器，冷凝蒸发器设置于液体储罐的腔体内进行换热。 

在第二节流阀的出口与冷凝蒸发器的入口之间的管路上还旁路设置有一高沸点工质换热器，高沸点工质换热器设置于精馏部件的腔体内进行换热。 

所述的混合工质换热器处于精馏部件的高沸点工质出口处的腔体内，所述的高沸点工质换热器处于精馏部件的低沸点工质出口处的腔体内。 

所述第三回热器处于液体储罐出口处的腔体内，冷凝蒸发器处于液体储罐入口处的腔体内。 

所述精馏部件内的填料层的填料为散堆填料或规整填料。 

本发明通过在发生器出口高沸点工质气体喷射器抽吸低压状态高沸点的气态工质并获得高沸点工质的冷凝压力，实现高沸点工质在第一冷凝器中冷凝为液体，通过在发生器出口低沸点工质气体喷射器抽吸低压状态低沸点气态工质并获得较高冷凝压力，大大节省了加热器的加热量，通过在工质泵入口处设置液体喷射器降低了工质泵的功率；由于精馏部件使高沸点组分与低沸点组分分离，通过高沸点组分液体节流后低温流体冷凝高沸点的组分成液体状态，从而获得低温制冷温度。本发明将混合工质的自动复叠制冷循环原理应用到喷射式制冷机中，能有效利用低品位低温热源，如太阳能、地热等可再生能源，可获得-80℃的低温深度制冷温度，实现喷射式低温制冷机的小型风冷化，并且运行稳定，节能效果好，特别适用于既有低温热源又要求低温深度制冷的水资源缺少场合，应用前景广阔。 

本发明中，在第二回热器中的第一个换热管的出口和第一节流阀的入口之间串设混合工质换热器后，可与精馏部件高沸点工质出口处的工质进行换热， 促使进一步的分离；在精馏部件内增设高沸点工质换热器后，可与精馏部件低沸点工质出口处的工质进行换热，进一步对此处的工质进行精馏提纯，实现了较彻底的分离。本发明在精馏部件的低沸点工质出口与第三节流阀之间串装液体储罐后，在储罐内增设冷凝蒸发器和第三回热器，增加了循环系统中的换热环节，使系统中的冷能得到了充分的利用，提高了系统的制冷性能，从而获得了更低的制冷温度。 

附图说明

图1是本发明的系统原理示意图。 

具体实施方式

本发明的喷射式低温制冷机如图1所示，该制冷机包括发生器1、低沸点工质气体喷射器2、高沸点工质气体喷射器14、液体喷射器16、第一回热器3、第二回热器6、第一冷凝器15、第二冷凝器4、工质泵5、精馏部件7、液体储罐10、第三节流阀11和蒸发器12，发生器1内设有加热器13。该制冷机的工质为由高沸点制冷剂和低沸点制冷剂混合而成的二元混合工质。 

发生器1的高压出口分为两支，一支与低沸点工质气体喷射器2的一个入口连接，另一支与高沸点工质气体喷射器14的一个入口连接；低沸点工质气体喷射器2的出口依次通过第一回热器3中的一个换热管、第二冷凝器4、第二回热器6中的一个换热管、混合工质换热器7a及第一节流阀8连入精馏部件7的入口，该入口与精馏部件内部的喷头7d连通，所述混合工质换热器7a设于精馏部件7内进行换热。 

精馏部件7具有两个工质出口，低沸点工质出口和高沸点工质出口，其中，低沸点工质出口经过依次串接的液体储罐10和第三节流阀11连入蒸发器12的入口，蒸发器12的出口支路经过第三回热器10b和第二回热器6的另一个换热管连入低沸点工质气体喷射器2的另一个入口，第三回热器10b设置于液体储罐10的腔体内进行换热；精馏部件7的高沸点工质出口分为两路，一路连入液体喷射器16的一个入口，液体喷射器16的出口通过工质泵5及第一回热器3的另一个换热管连入发生器1的入口，另一路通过第二节流阀9和冷凝蒸发器10a连入高沸点工质气体喷射器14的另一个入口，高沸点工质气体喷射器14的出口支路通过第一冷凝器15连入液体喷射器16的另一个入口，冷凝蒸发器10a设置于液体储罐10的腔体内进行换热；在第二节流阀9的出口与冷凝蒸发器10a 的入口之间的管路上还旁路设置有一高沸点工质换热器7c，高沸点工质换热器7c设置于精馏部件7的腔体内进行换热。 

本发明中，所述的混合工质换热器7a处于精馏部件7的高沸点工质出口处的腔体内，所述的高沸点工质换热器7c处于精馏部件7的低沸点工质出口处的腔体内；所述的精馏部件7内具有填料层7b，该填料层的填料可以为散堆填料或者规整填料，喷头7d位于填料层7b的上方，混合工质换热器7a位于填料层7b的下方。所述的第三回热器10b处于液体储罐10出口处的腔体内，所述的冷凝蒸发器10a处于液体储罐10入口处的腔体内。 

发生器1出口的高压过热状态气体分为两部分，一部分进入低沸点工质气体喷射器2抽吸来自第二回热器6的低沸点的气态工质经扩压后变成较高压力混合气态工质，另一部分进入高沸点工质气体喷射器14抽吸蒸发冷凝器10a出口高沸点的气态工质经扩压后变成较低压力混合气体；液体喷射器16的工质为高沸点液态制冷剂，从精馏部件7底部排出的部分液态制冷剂进入液体喷射器16抽吸来自第一冷凝器15出口液态制冷剂经扩压后变为中间压力状态的液态制冷剂，送至工质泵5。 

下面以制冷剂R290(标准沸点-42.1℃)和R23(标准沸点-82.1℃)组成混合工质为例说明本发明喷射式低温制冷机的工作原理： 

在发生器1中的富R290液体(R23含量很小)被加热器13加热后变成高压过热状态气体混合物，一部分高压过热气体进入高沸点工质气体喷射器14抽吸来自蒸发冷凝器10a出口气态R290后变成富R290混合气体，经第一冷凝器15冷凝成液态混合工质，而另一部分高压过热气体则进入低沸点工质气体喷射器2抽吸来自第二回热器6的富R23气体经扩压后变成混合气体，然后进入第一回热器3与来自工质泵5的较低温度的富R290的液态混合工质换热后再进入第二冷凝器4冷凝成气液两相混合物，之后进入第二回热器6与来自第三回热器10b的低温的富R23蒸汽换热，然后进入精馏部件7内，经混合工质换热器7a加热、填料层7b提馏、高沸点工质换热器7c的精馏，从而使R290和R23较彻底地分离开来，从精馏部件7顶部流出富R23蒸汽经液体储罐10内蒸发冷凝器10a冷凝成液体，再经第三回热器10b过冷后进入第三节流阀11节流后进入蒸发器12吸收热量而蒸发成低温富R23蒸汽，再经第三回热器10b换热后流入第二回热器6，而后被抽吸进入低沸点气体喷射器2。从精馏部件7底部流出的富R290液体混合物分为两部分，一部分液体混合物经第二节流阀9节流后进入高沸点工质换热器7c起精馏作用而提纯R23和进入蒸发冷凝器10a使液体储罐10内 富R23冷凝为液体，而另一部分液体混合物则进入液体喷射器16抽吸来自第一冷凝器15的富R290液体，然后依次经过工质泵5和第一回热器3回到发生器1。 

上述实施方式仅是根据本发明设计理念设计而成的一个最佳实施例，在具体实施时，倘若省去其中的某个器件或者某几个器件同样可以实现本发明的目的，但随之而来的是会有不同程度的降低系统的性能和节能效果。比如上述循环系统中省略掉液体储罐10和其中的冷凝蒸发器10a及第三回热器10b后，减少了系统中的换热环节，系统中的冷能就得不到充分的利用；再比如，精馏部件内省略掉高沸点工质换热器7c后，高、低沸点混合工质分离的纯度就会有所降低。 

Claims (10)

1.一种喷射式低温制冷机，包括发生器(1)、低沸点工质气体喷射器(2)、第一回热器(3)、第二冷凝器(4)、工质泵(5)、第三节流阀(11)和蒸发器(12)，发生器(1)内设有加热器(13)，其特征在于：该制冷机还包括第二回热器(6)和精馏部件(7)，发生器(1)的高压出口分为两支，一支与低沸点工质气体喷射器(2)的一个入口连接，另一支与一高沸点工质气体喷射器(14)的一个入口连接；低沸点工质气体喷射器(2)的出口通过第一回热器(3)中的一个换热管、第二冷凝器(4)、第二回热器(6)中的一个换热管及第一节流阀(8)连入精馏部件(7)的入口；精馏部件(7)的高沸点工质出口分为两路，一路连入一个液体喷射器(16)的一个入口，液体喷射器(16)的出口通过工质泵(5)及第一回热器(3)的另一个换热管连入发生器(1)的入口，另一路通过第二节流阀(9)连入高沸点工质气体喷射器(14)的另一个入口，高沸点工质气体喷射器(14)的出口支路通过第一冷凝器(15)连入液体喷射器(16)的另一个入口；精馏部件(7)的低沸点工质出口经过第三节流阀(11)连入蒸发器(12)的入口，蒸发器(12)的出口支路经过第二回热器(16)的另一个换热管连入低沸点工质气体喷射器(2)的另一个入口。

2.根据权利要求1所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：所述制冷机的工质为高沸点制冷剂和低沸点制冷剂混合而成的二元混合工质。

3.根据权利要求1或2所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：在第二回热器(6)中的第一个换热管的出口和第一节流阀(8)的入口之间串设有混合工质换热器(7a)，该混合工质换热器(7a)设于精馏部件(7)内进行换热。

4.根据权利要求3所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：在精馏部件(7)的低沸点工质出口与第三节流阀(11)之间的支路上串装有一液体储罐(10)。

5.根据权利要求4所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：所述蒸发器(12)的出口与第二回热器(6)的第二个换热管的入口之间串设有第三回热器(10b)，第三回热器(10b)设置于液体储罐(10)的腔体内进行换热。

6.根据权利要求5所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：所述第二节流阀(9)的出口与高沸点工质气体喷射器(14)的另一入口之间的管路上还串设有冷凝蒸发器(10a)，冷凝蒸发器(10a)设置于液体储罐(10)的腔体内 进行换热。

7.根据权利要求6所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：在第二节流阀(9)的出口与冷凝蒸发器(10a)的入口之间的管路上还旁路设置有一高沸点工质换热器(7c)，高沸点工质换热器(7c)设置于精馏部件(7)的腔体内进行换热。

8.根据权利要求7所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：所述的混合工质换热器(7a)处于精馏部件(7)的高沸点工质出口处的腔体内，所述的高沸点工质换热器(7c)处于精馏部件(7)的低沸点工质出口处的腔体内。

9.根据权利要求8所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：所述第三回热器(10b)处于液体储罐(10)出口处的腔体内，冷凝蒸发器(10a)处于液体储罐(10)入口处的腔体内。

10.根据权利要求9所述的一种喷射式低温制冷机，其特征在于：所述精馏部件(7)内的填料层(7b)的填料为散堆填料或规整填料。 

Images