CN102155815A - 基于双流体的蒸汽喷射制冷系统 - Google Patents

基于双流体的蒸汽喷射制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，包括精馏塔、过热器、气体喷射器、蒸发器、节流阀、过冷器、冷凝器、液体泵和回热器，所述的蒸汽发生器包括精馏塔和过热器；所述的蒸汽发生器与液体泵之间设有回热器，蒸汽发生器与节流阀之间设有过冷器。本发明装置实现了喷射制冷循环中喷射器工作流体和引射流体为两种不同种类的流体，并通过余热的回收利用、双级喷射制冷、过热器以及回热器等构件，提高了系统的效率，从而实现节能，本装置简单、安全可靠，具有显著的经济和社会效益。

Description

基于双流体的蒸汽喷射制冷系统
技术领域
本发明属于制冷技术领域，具体是涉及一种能回收低品位能源的基于双流体的蒸汽喷射制冷系统。
背景技术
已有的汽车空调制冷大多采用传统的蒸汽压缩制冷系统，以汽车发动机带动压缩机，驱动制冷剂在空调装置中流动，低压气态制冷剂由压缩机压缩后进入冷凝器后成高压液态制冷剂，再经节流阀后进入蒸发器蒸发，完成一个循环，其不足之处是空调运行时需要消耗汽车发动机的能量，一般情况下开动空调时，发动机的油耗将增加8～15％。发动机的机械功是燃料燃烧经过膨胀做功而得的，通常这种转化效率是很低的。发动机的排气温度是很高的，汽油机的排气温度一般为400～500℃，柴油机为300～400℃，远远高于环境温度，回收汽车废气中的有用能对于能源日益紧张的当今社会来说意义最大，而现有的汽车空调系统是没法对尾气中的余热进行回收的。
喷射式制冷系统利用低品位能源，如余热、太阳能、地热能等作为驱动源，提高了能源有效利用程度，且系统简单、运动部件少、维护方便，是一种很有前途的制冷方式。
喷射器理论的完善，新型工质和新型系统循环的研究成果是喷射制冷系统发展的关键，尤其是喷射制冷循环中的“血液”部分-循环工质，其GWP和ODP值，影响到臭氧层破坏和温室效应，对环境影响最为直接。目前喷射制冷循环中喷射器的工作流体和引射流体是同种流体，纯质或混合物，在某些应用场合喷射器中工作流体和引射流体处于不同相态，如气液喷射器。采用同种流体作为工作流体和引射流体的制冷系统存在应用场合限制和制冷效率低的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，该制冷系统采用低温或中温低品位余热为驱动热源，以喷射式制冷为基础，实现了节能减排，提高了喷射器的引射量，同时降低了喷射器内的工作压力，特别适用于汽车空调内的制冷系统。
一种基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，包括蒸汽发生器、气体喷射器、冷凝器、液体泵、节流阀和蒸发器，所述的蒸汽发生器包括精馏塔和过热器；所述的蒸汽发生器与液体泵之间设有回热器，回热器与节流阀之间设有过冷器；
其中：所述的精馏塔塔中的进料口与回热器内冷工质管道的出口端相连，塔顶轻组分出料口与过热器的进料口相连，塔底重组分出料口与回热器内热工质管道的进口端相连；所述的气体喷射器的工作流体入口端与过热器的出料口相连，出口端与冷凝器的进料口相连，引射流体入口端与过冷器内冷工质管道的出口端相连；冷凝器的出料口与液体泵的进料口相连，液体泵的出料口与回热器内冷工质管道的进料口相连；所述的蒸发器的出料口与过冷器内冷工质管道的进口端相连，进料口与节流阀的出料口相连；节流阀的进料口与过冷器内热工质管道的出口端相连，过冷器内热工质管道的进口端与回热器内热工质管道的出口端相连。
根据实际情况不同，冷凝器内可选择多种冷却方式，常见的冷却方式为水冷、风冷等。实际过程中，为降低使用成本，冷凝器多采用风冷，采用风冷冷却时，为增加冷却效率，优选的技术方案中，可在所述的气体喷射器与冷凝器之间设置一个或多个气液喷射器；此时，气液喷射器的工作流体入口端与过热器上的另一出料口相连，引射流体入口端与气体喷射器的出口端相连，出口端与冷凝器的进料口相连。气液喷射器的设置进一步提高了从气液喷射器出口端排出的气体的温度，提高了冷凝器内外的温差，提高了冷却效率。
喷射制冷系统中的循环工质为混合循环工质，包括氯氟烃、氢氯氟烃、氢氟烃、二氧化碳、水、氨、丙烷和异丁烷中的两种或两种以上。精馏塔的设置实现了制冷系统内混合循环工质内低沸点循环工质与高组分循环工质的分离。优选的混合循环工质中各组分之间具有一定的作用力，此时喷射器(气体喷射器和气液喷射器)内的工作流体和引射流体之间具有较强的作用力，这样可以大大增加气体喷射器和气液喷射器内工作流体对引射流体的引射力，增加引射量，同时大大降低了气体喷射器和气液喷射器内的工作压力，降低了能耗，减少了喷射器的损耗。综合考虑使用成本和环保要求，进一步优选的循环工质为氨和水，此时在气体喷射器内氨水为工作流体，水为引射流体，氨与水之间溶解性较好，相互作用力较大。所述的精馏塔的驱动热源包括发动机排出的废热气、太阳能、地热能。
本发明具有的有益效果体现在：
(1)本发明的制冷系统实现了利用发动机废热、太阳能、地热能等作为驱动热源，采用氯氟烃(CFCs)、氢氯氟烃(HCFCs)和氢氟烃(HFCs)、以及二氧化碳、氨水、水、丙烷、异丁烷等作为制冷工质对，基于双流体的蒸汽喷射制冷循环。
(2)本发明的喷射器中的高压工作流体和低压引射流体采用两种不同种类的流体，克服了目前喷射制冷循环中喷射器的工作流体和引射流体是同种流体存在的喷射器工作压力大、引射量小的缺陷。
(3)本发明的制冷系统内利用双级喷射、过热器、回热器等构件，大大降低了系统的耗功，从而大大降低了能耗和成本。
(4)本发明的制冷系统整体结构简单、安全可靠，减少了对环境的排热，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明的基于双流体的蒸汽喷射制冷系统的第一种实施方式结构示意图；
图2为本发明的基于双流体的蒸汽喷射制冷系统的第二种实施方式结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，包括：精馏塔1、过热器2、气体喷射器3、蒸发器5、节流阀6、过冷器7、冷凝器8、液体泵9和回热器10。
上述各部件之间的连接关系如下：
精馏塔1塔中的进料口1a与回热器10内冷工质管道的出口端10d相连，精馏塔1塔底的重组分出料口1b与回热器10内热工质管道的进料口10a相连，精馏塔1塔顶的轻组分出料口1c与过热器2的进料口2a相连；精馏塔1与过热器2组成蒸汽发生器，用于提供高温工作流体。
气体喷射器3的工作流体入口端3a与过热器2的出料口2b相连，气体喷射器3的引射流体入口端3c与过冷器7内冷工质管道的出口端7d相连，气体喷射器3的出口端与冷凝器8的进料口8a相连。冷凝器8的出料口8b与液体泵9的进料口9a相连，液体泵9的出料口9b与回热器10内冷工质管道的进料口10c相连。
蒸发器5的出料口5b与过冷器7内冷工质管道的进口端7c相连，蒸发器5的进料口5a与节流阀6的出料口6b相连。节流阀6的进料口6a与过冷器7内热工质管道的出口端7b相连，过冷器7内热工质管道的进口端7a与回热器10内热工质管道的出口端10b相连。
过热器2、过冷器7、回热器10、蒸发器5和冷凝器8可选择常见的套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉浸式换热器。精馏塔可选用板式塔或填料塔。
制冷系统内的循环工质可选择氯氟烃、氢氯氟烃、氢氟烃、二氧化碳、水、氨水、丙烷或异丁烷中的两种或两种以上混合循环工质。
下面以氨水作为循环工质对，利用太阳能作为驱动热源为例说明制冷系统的工作过程，其中喷射器内工作流体为氨，引射流体为水。利用太阳能集热器加热精馏塔1内的氨水溶液，氨蒸气通过过热器2进一步加热为过热蒸汽，从过热器2出来的氨工作气体通过气体喷射器3进行绝热膨胀，形成一股低压高速气体，将蒸发器5中的水蒸气吸入到喷射器内，在气体喷射器3内充分混合增压后进入冷凝器8，被冷却介质水冷凝成氨水溶液，氨水溶液在液体泵9的抽吸下通过回热器10再次进入精馏塔1中，精馏塔1的底部制冷剂水经过回热器10和过冷器7后进入节流阀6，在蒸发器5中吸热产生制冷效应。
实施例2
其余结构与实施例相同，不同之处在于，在气体喷射器3与冷凝器8之间设有一个气液喷射器4。此时，气液喷射器4的工作流体入口端4a与过热器2上的另一出料口2c相连，气液喷射器4的引射流体入口端4c与气体喷射器3的出口端3b相连，气液喷射器4的出口端4b与冷凝器8的进料口8a相连。
下面以氨水作为循环工质对，汽车发动机尾气作为驱动热源为例说明制冷系统的工作过程，其中喷射器内工作流体为氨，引射流体为水。利用发动机尾气加热精馏塔1内的氨水溶液，氨蒸气通过过热器2进一步加热为过热蒸汽，从过热器2出来的氨工作气体通过气体喷射器3进行绝热膨胀，形成一股低压高速气体，将蒸发器5中的水蒸气吸入到喷射器内，在气体喷射器3内充分混合增压后进入气液喷射器4，被气液喷射器4进一步增压后进入冷凝器8，被冷却介质空气冷凝成氨水溶液，氨水溶液在液体泵9的抽吸下通过回热器10进入精馏塔1，精馏塔1的底部制冷剂水经过回热器10和过冷器7后进入节流阀6，在蒸发器5中吸热产生制冷效应。
本装置利用基于双流体的蒸汽喷射制冷循环，喷射器中的高压工作流体和低压引射流体为不同种类的流体，改变了目前喷射制冷循环中喷射器的工作流体和引射流体是同种流体状况，通过双级喷射、过热器、回热器等构件，大大降低了系统的耗功，从而实现节能，本系统简单、安全可靠，减少了对环境的排热，具有显著的社会效益和经济效益。

Claims (5)

1.一种基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，包括蒸汽发生器、气体喷射器(3)、冷凝器(8)、液体泵(9)、节流阀(6)和蒸发器(5)，其特征在于，所述的蒸汽发生器包括精馏塔(1)和过热器(2)；所述的蒸汽发生器与液体泵(9)之间设有回热器(10)，回热器(10)与节流阀(6)之间设有过冷器(7)；
所述的精馏塔(1)塔中的进料口与回热器(10)内冷工质管道的出口端相连，塔顶轻组分出料口与过热器(2)的进料口相连，塔底重组分出料口与回热器(10)内热工质管道的进口端相连；
所述的气体喷射器(3)的工作流体入口端与过热器(2)的出料口相连，引射流体入口端与过冷器(7)内冷工质管道的出口端相连，出口端与冷凝器(8)的进料口相连；冷凝器(8)的出料口与液体泵(9)的进料口相连，液体泵(9)的出料口与回热器(10)内冷工质管道的进料口相连；
所述的蒸发器(5)的出料口与过冷器(7)内冷工质管道的进口端相连，进料口与节流阀(6)的出料口相连；节流阀(6)的进料口与过冷器(7)内热工质管道的出口端相连，过冷器(7)内热工质管道的进口端与回热器(10)内热工质管道的出口端相连。
2.根据权利要求1所述的基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，其特征在于，所述的气体喷射器(3)与冷凝器(8)之间设有气液喷射器(4)，气液喷射器(4)的工作流体入口端与过热器(2)上的另一出料口相连，引射流体入口端与气体喷射器(3)的出口端相连，出口端与冷凝器(8)的进料口相连。
3.根据权利要求1所述的基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，其特征在于，所述的制冷系统内的循环工质包括氯氟烃、氢氯氟烃、氢氟烃、二氧化碳、氨、水、丙烷和异丁烷中的两种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，其特征在于，所述的制冷系统内的循环工质为氨和水。
5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的基于双流体的蒸汽喷射制冷系统，其特征在于，所述的精馏塔的驱动热源包括发动机排出的废热气、太阳能、地热能。
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