CN102809253A

CN102809253A - 两相流膨胀机

Info

Publication number: CN102809253A
Application number: CN2011101537829A
Authority: CN
Inventors: 王海峰; 宋鹏飞
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou super drying equipment Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: CN102809253B

Abstract

本发明涉及两相流膨胀机的制冷循环系统，包括压缩机、蒸发器、两相流膨胀机、冷凝器；其中所述的两相流膨胀机包括电磁阀、单向阀、大气缸、小气缸、大活塞、小活塞、活塞连杆、密封。压缩机出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接小气缸进口，小气缸出口连接蒸发器进口，蒸发器出口连接大气缸进口。大气缸出口连接压缩机进口。本发明的带有两相流膨胀机的制冷循环可以通过两相流膨胀机实现对外做功的降压过程，而且还可以回收这一部分功量，解决了以往绝热节流降压过程能量损失问题，而且较大程度提高制冷系数，改善制冷系统的性能。

Description

两相流膨胀机

一、技术领域：

本发明是一种涉及具有两相流膨胀机的制冷循环系统，两相流膨胀机实现制冷剂降压过程并同时对外做功。

二、背景技术：

现在制冷循环的降压(温)过程都采用绝热节流，但是这样的节流过程是利用局部阻力来实现压力、温度降低，使高压下的液态工质能量损失。制冷工质的压力能和膨胀功没有被回收利用起来，反而这些能量还转化成了热能，使制冷工质干度增加，减少了制冷量。

三、发明内容：

本发明是克服现有技术存在的不足，设计一种涉及两相流膨胀机的制冷循环系统。

技术方案：

两相流膨胀机的制冷循环系统，参见图1，包括压缩机1、冷凝器2、蒸发器8、两相流膨胀机。所述的两相流膨胀机包括密封3、电磁阀4、电磁阀5、电磁阀6、电磁阀7、单向阀9、单向阀10、单向阀11、单向阀12、小活塞13、小气缸14、大活塞15、活塞连杆16、大气缸17。压缩机1的出口连接冷凝器2进口，冷凝器2出口连接电磁阀4、5的进口，电磁阀4、5的出口连接小气缸14进口，小气缸14出口连接电磁阀6、7的进口，电磁阀6、7的出口连接蒸发器8的进口，蒸发器8出口连接单向阀9、10的进口，单向阀9、10的出口连接大气缸17的进口。大气缸17出口连接单向阀11、12的进口，单向阀11、12的出口连接压缩机1进口。高压的过冷或饱和液体工质经电磁阀4、5进入小气缸14膨胀做功，出口是两相状态，并使工质的温度、压力降低，同时对外做功，做的功可以用于低压状态下工质本身的再压缩或者对外输出机械功。

四、附图说明：

图1是本发明涉及两相流膨胀机的制冷循环系统示意图；

图2是发明的两相流膨胀机示意图。

图中编号为：1压缩机、2冷凝器、3密封、4电磁阀、5电磁阀、6电磁阀、7电磁阀、8蒸发器、9单向阀、10单向阀、11单向阀、12单向阀、13小活塞、14小气缸、15大活塞、16活塞连杆、17大气缸

图3是未加两相流膨胀机的制冷循环的P-h图

图4是已加两相流膨胀机的制冷循环的P-h图

五、具体实施方案：

两相流膨胀机的工作过程如下：设开始大小两个活塞的位置如图2中的虚线所示，所有阀门都处于关闭状态，小活塞右侧是经过上个循环做功以后的两相状态(气液)的低压工质，大活塞右侧是刚吸进的低压气态工质。整个循环过程是：首先，电磁阀4和电磁阀7同时开启，且电磁阀4由控制器实现开启n 秒后自动关闭，m质量的高压液态工质通过电磁阀4流入小气缸中，新流入的高压液态工质做功并推动活塞向右运动，在向右运动的过程中，小活塞右侧两相状态的低压工质经电磁阀7流出，大活塞左侧因压力降低而使单向阀9开启，低压气态工质经单向阀9被吸入，大活塞右侧的气态工质被压缩升压经单向阀12排出。接着，小活塞左侧的高压液态工质部分气化膨胀推动活塞继续向右移动，维持之前的过程继续进行，当膨胀结束时大小活塞刚好运动到最右端，同时小活塞左侧制冷剂的温度(压力)也达到规定的制冷温度(压力)，电磁阀7关闭；单向阀9和12关闭、，大小活塞右侧的工质全部排出，小活塞左侧充满做功后的两相状态低压工质，大活塞左侧充满吸进来的低压气态工质。然后，电磁阀5和6同时开启，且电磁阀5由控制器实现开启n秒后自动关闭，m质量高压液态工质通过电磁阀5流入小气缸中，新流入的高压液态工质推动活塞向左运动一段距离，在向左运动的过程中，小活塞左侧两相状态的低压工质经电磁阀6流出，大活塞左侧因压力升高而使单向阀11开启，气态工质被压缩升压经单向阀11排出；大活塞右侧由于压力降低使单向阀10开启并开始吸入低压气态工质。小活塞右侧的高压液态工质部分气化膨胀推动活塞继续向左移动，维持之前的过程继续进行，当膨胀结束时大小活塞刚好运动到最左端，电磁阀6关闭，单向阀11和10关闭、大小活塞左侧的工质全部排出，小活塞右侧充满了做功后的两相状态工质，大活塞右侧充满吸进来的低压气态工质。完成整个循环。

两相流膨胀机的制冷循环：整的装置循环图如图1，经压缩机压缩出来的高压气态制冷剂工质进入冷凝器，被冷凝到P_k压力下的饱和液态或过冷液态，经电磁阀进入两相流膨胀机的小气缸，对大气缸中低压气态制冷工质做功，做功后变成低压P₀下的气液两态制冷剂被排出膨胀机进入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发，出蒸发器为p₀下的气态制冷剂进入大气缸中，经过两相流膨胀机后压力升高ΔP，随后再进入压缩机压缩，开始下一循环。由于蒸发压力升高ΔP，压缩机的压比减少，同时单位制冷量增加，根据制冷原理，压机耗功减少，制冷效率增加。

本发明的数据分析及有益效果：

设定环境温度为25℃，传热温差为5℃，两个蒸发温度分别设为-10℃，-40℃，制冷剂为R22。制冷循环图如下：图3为旧循环，图4为新循环。

图示说明：1-2等熵压缩，2-3等压降温，3-4焓相等降压，4-1等压吸热，3-5等熵膨胀，5-1等压吸热；1点对应饱和气态，3点对应的是饱和液体。

有关计算式如下：旧循环，压缩机单位耗功量w₀＝h₂-h₁，单位制冷量q₀＝h₁-h₄；新循环，膨胀机对外做单位功量w_t＝h₄-h₅，压缩机单位耗功量w₀＝h₂-h₁，压力升高Δp＝wt，单位制冷量q₁＝h₁-h₅＝q₀+w_t，旧的循环制冷系数ε₀＝q₀/w₀，新的循环制冷系数ε₁＝(q₀+w_t)/(w₀-w_t)＞ε₀＝q₀/w₀

数据单位说明：各点焓值kJ/kg，做功kJ/kg，单位制冷量kJ/kg，温度单位℃，压强pa。

(备注：以下数据都是在理论和理想循环下得出的，对外做功量都用来压缩低压气态制冷剂)

结论：

(1)使用两相流膨胀机的新制冷循环和旧循环相比，制冷剂过热度＝过冷度＝0时各性能都有不同程度的提高，单位制冷量提高2％——7.6％，压机节能11.4％——18.1％，制冷系数提高15.3％——31.3％。由此得出结论——使用两相流膨胀机的制冷循环有很好的节能效果，而且改善系统性能。举例：如果原来的制冷系统设备四天用1000度电，则使用两相流膨胀机后可以达到五天用1000度电。

(2)在制冷剂过冷度＝3℃过热度＝0℃时，，各性能参数的提高百分比有所下降，如单位制冷量提高百分比由2.5％降低到2％，压缩机节能提高比由13.3％降低到11.4％，制冷系数提高百分比由18.2％降低到17.7％。由此可以得出结论——存在过冷度时，各性能提高比有所降低。

(3)在制冷剂过冷度＝0℃过热度＝3℃时，各性能参数的提高百分比有所下降，如单位制冷量提高百分比由2.5％降低到2.3％，压缩机节能提高比由13.3％降低到13.2％，制冷系数提高百分比由18.2％降低到15.3％。由此得出结论——存在过热度时，各性能提高比有所降低，但比存在过冷度的影响小。

(4)蒸发温度-40℃与-10℃相比，各种性能指标都有明显的增大，例如制冷量提高百分比从2.5％提高到7.6％，压缩机节能比从13.3％提高到18.1％。由此可以得出结论——蒸发温度越低(或压比越大)，各性能指标提高越大，能源利用率越高，节能效果越好。

Claims

1.带有两相流膨胀机的制冷循环系统，包括压缩机、冷凝器、两相流膨胀机、蒸发器；其中所述的两相流膨胀机包括电磁阀、单向阀、大气缸、小气缸、大活塞、小活塞、活塞连杆、密封。其特征是压缩机出口连接冷凝器进口，冷凝器出口与两相流膨胀机的进液电磁阀的进口连接，进液电磁阀出口与小气缸进口连接，小气缸出口与排液电磁阀进口连接，排液电磁阀出口与蒸发器进口连接，蒸发器出口连接两相流膨胀机的进气单向阀进口，进气单向阀的出口与大气缸进口相连，大气缸出口连接排气单向阀进口，排气单向阀出口连接压缩机进口。

2.根据权利要求1所述的两相流膨胀机的特征是：小气缸两侧安装有四个电磁阀；分别是两个进液电磁阀；两个排液电磁阀。

3.根据权利要求1所述的两相流膨胀机的特征是：大气缸两侧安装有四个单向阀；分别是两个进气单向阀；两个排气单向阀。

4.根据权利要求1和2所述的两相流膨胀机的制冷循环系统其特征是：冷凝器流出的高压液体经过进液电磁阀进入小气缸，并且电磁阀可以按规定的时间间隔开启和关闭。

5.根据权利要求1和2所述的两相流膨胀机的制冷循环系统其特征是：从小气缸流出的低压两相流体经过排液电磁阀进入蒸发器，并且电磁阀可以按规定的时间间隔开启和关闭。

6.根据权利要求1和2所述的两相流膨胀机的制冷循环系统其特征是：所述电磁阀也可以用其他阀门代替，例如：手动阀、电动阀、气动阀、液动阀。

7.根据权利要求1和3所述的两相流膨胀机的制冷循环系统其特征是：蒸发器出口与进气单向阀进口连接，该进气单向阀只能从蒸发器流向大气缸，反之不能。

8.根据权利要求1和3所述的两相流膨胀机的制冷循环系统其特征是：大气缸出口连接出气单向阀进口，该出气单向阀只能从大气缸流向压缩机进口，反之不能。

9.根据权利要求1所述的两相流膨胀机的制冷循环系统其特征是：活塞杆两端连接大小两个活塞，活塞杆通过密封使活塞所处的两个缸不漏气。

10.根据权利要求1所述的两相流膨胀机的制冷循环系统其特征是：大小气缸的长度相等，但面积可以相等，也可以不相等。