CN103528263B

CN103528263B - 一种带中间换热部件的喷射式制冷机

Info

Publication number: CN103528263B
Application number: CN201310497335.4A
Authority: CN
Inventors: 陈光明; 陈少杰; 杨申音; 林玮
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: CN103528263A

Abstract

本发明公开了一种带中间换热部件喷射式制冷机，包括第一节流元件、蒸发器、第一喷射器、第二喷射器、冷凝器、第二节流元件、过冷器或者经济器、循环泵、第一发生器；第一喷射器、第二喷射器的工作流体入口与第一发生器的工质出口连通，第一喷射器引射流体入口与蒸发器的工质出口相连通，第一喷射器的工质出口与第二喷射器引射流体入口相连通，第二喷射器的工质出口与冷凝器的工质入口相连通。本发明突破传统思想束缚，通过采用经济器或者过冷器等中间换热部件，使经济器或者过冷器中的气相工质直接进入第二喷射器，而不需通过第一喷射器的再次压缩，从而减少第一喷射器的负荷，以此提高系统的制冷系数。

Description

一种带中间换热部件的喷射式制冷机

技术领域

本发明属于制冷技术领域，尤其是涉及一种中间换热部件的喷射式制冷机。

背景技术

喷射式制冷技术是一种热能驱动的制冷技术，和机械压缩式制冷技术相比其主要优点是只需要消耗很少的机械能，能够直接利用热能作为驱动能源，具有设备结构简单、体积小、成本低、运行可靠、使用寿命长等优点。喷射式制冷是一种利用低品位能源驱动的制冷方式，可有效利用太阳能、地热等可再生能源及工业余热、废热；喷射式制冷所使用的制冷工质主要是水、碳氢化合物或氢氟烃类制冷剂，可避免使用破坏臭氧层的CFCs或HCFCs类制冷工质。

由于传统喷射制冷机中喷射器压缩比较小，难以达到冷凝器的冷却介质在冷却温度较高时，所需冷凝压力的要求，因此制冷温度较高，这一弱点曾经一度导致喷射式制冷几乎被吸收式制冷完全取代；此外，研究表明当喷射器背压与引射压力之差超过一定数值之后，喷射系数将急剧下降，这意味着传统喷射式制冷难以实现较低的制冷温度，采用两级或多级喷射式制冷可以解决这一问题。

为解决上述技术问题，公开号为CN102155815A的专利文献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、节流元件、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，蒸汽发生器与节流元件之间设有过冷器。该装置实现了喷射制冷循环中喷射器工质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。但是上述制冷系统采用精馏塔为分离装置，结构复杂，运行成本高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种带中间换热部件的喷射式制冷机；通过采用中间换热部件，在两级喷射式制冷中，减少进入低压级喷射器的不必要的流量，有效降低低压级喷射器的负荷，从而使系统可以实现更高的制冷系数。

为解决上述技术问题，本发明提供了三种独立的技术方案，分别为：

第一种：一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括：气体发生装置、工作流体入口与气体发生装置的出口连通的第一喷射器和第二喷射器、与第二喷射器的出口连通的冷凝器、出口与所述第一喷射器的引射流体入口连通的蒸发器、以及过冷器；所述冷凝器的出口分成三条支路，第一条支路通过第二节流元件与过冷器的冷工质管路入口连通，第二条支路通过依次连接的过冷器的热工质管路和第一节流元件与蒸发器的入口连通，第三条支路通过循环泵与气体发生装置的入口相连；所述第一喷射器的出口的管路与过冷器的冷工质管路出口的管路合并后再与第二喷射器的引射流体入口连通。

第二种：一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括：气体发生装置、工作流体入口与气体发生装置的出口连通的第一喷射器和第二喷射器、与第二喷射器的出口连通的冷凝器、出口与所述第一喷射器的引射流体入口连通的蒸发器、以及经济器；所述冷凝器的出口分成两条支路，第一条支路通过第二节流元件与经济器的入口连通，第二条支路通过循环泵与气体发生装置的入口相连；所述经济器的气相工质出口与第二喷射器的引射流体入口连通；所述经济器的入口同时与第一喷射器的出口连通；所述经济器的液相工质出口通过第一节流元件与蒸发器入口连通。

第三种：一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括：气体发生装置、工作流体入口与气体发生装置的出口连通的第一喷射器和第二喷射器、与第二喷射器的出口连通的冷凝器、出口与所述第一喷射器的引射流体入口连通的蒸发器、以及经济器；所述冷凝器的出口分成两条支路，第一条支路通过第二节流元件与经济器的入口连通，第二条支路通过循环泵与气体发生装置的入口相连；所述经济器的气相工质出口的管路与第一喷射器的出口的管路连通后再与第二喷射器的引射流体入口连通；所述经济器的液相工质出口通过第一节流元件与蒸发器入口连通。

本发明中所述的过冷器、或经济器均为中间换热部件，用于对进入蒸发器前的工质进行预先冷却，提高蒸发器吸热的制冷量；同时对进入第二发射器的引射流体进行降温，降低引射流体的密度，提高第二喷射器的喷射性能；同时本发明的过冷器、或经济器中的气相工质直接进入第二喷射器，而不需通过第一喷射器的再次压缩，从而减少第一喷射器的负荷；经过上述三个方面整体提高了制冷机的制冷系数。所以利用过冷器、或经济器相似的功能，解决了相同的技术问题。所以，三个独立技术方案在发明思路上是一致的，属于一个总的发明构思。

上述的带中间换热部件的喷射式制冷机的工作流程为：工质在第一发生器中被加热成为高温高压的气体，并作为工作流体分别进入第一喷射器和第二喷射器；蒸发器出口的低温低压的工质气体通过第一喷射器引射到中间压力后，通过第二喷射器继续被引射升压达到冷凝压力，并进入冷凝器；第二喷射器出口的冷凝压力下的气体，在冷凝器中被冷凝成液体后一部分经过第二节流元件节流降压后，在过冷器、或经济器中蒸发吸热成为气体，被引射入第二喷射器；一部分进入过冷器、或经济器中被继续冷却后，通过第一节流元件节流减压后进入蒸发器蒸发吸热产生制冷量；另一股被循环泵升压后进入第一发生器，系统完成一次工作循环。冷凝器出口的工质在过冷器中被进一步冷却降低温度后，才通过第一节流元件进入蒸发器蒸发产生制冷量，使得在蒸发器产生的制冷量增加，提高了系统的制冷系数。

为满足不同场合的需求，便于对多个热源的利用，所述的气体发生装置可为一个发生器或者多个发生器，作为优选的方案主要有两种，分别如下：

第一种优选的技术方案：所述气体发生装置为第一发生器。该技术方案安装简单，适用于单一热源场合的使用。

第二种优选的技术方案为：所述气体发生装置为并联设置的第一发生器和第二发生器；所述第一发生器的出口与第一喷射器的工作流体入口连通，所述第二发生器的出口与第二喷射器的工作流体入口连通；所述循环泵的出口通过两个支路分别与第一发生器和第二发生器的入口连通，且两条支路中至少一条支路上设有第三节流元件。若第一发生器由较高温度的热源驱动，第二喷射器由较低温度的热源驱动，此时循环泵出口的工质分为两股，其中一股直接进入第一发生器被加热，另一股通过第三节流元件进入第二发生器被加热；若第一发生器由较低温度的热源驱动，第二喷射器由较高温度的热源驱动，此时循环泵出口的工质分为两股，其中一股直接进入第二发生器被加热，另一股通过第三节流元件进入第一发生器被加热。采用两个发生器作为气体发生装置分别对两个发生器提供工质气体，实现了多热源的同时利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明的带中间换热部件的喷射式制冷机，通过采用过冷器、经济器等中间换热部件，使中间换热部件中的气相工质直接进入第二喷射器，而不需通过第一喷射器的再次压缩，从而减少第一喷射器的负荷，以此提高系统的制冷系数。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的系统流程图。

图2为本发明的第二种实施方式的系统流程图。

图3为本发明的第三种实施方式的系统流程图。

图4为本发明的第四种实施方式的系统流程图。

图5为本发明的第五种实施方式的系统流程图。

图6为本发明的第六种实施方式的系统流程图。

图7为本发明的第七种实施方式的系统流程图。

图8为本发明的第八种实施方式的系统流程图。

图9为本发明的第九种实施方式的系统流程图。

其中：1、第一节流元件；2、蒸发器；3、第一喷射器；4、第二喷射器；5、冷凝器；6、第二节流元件；7、过冷器；8、循环泵；9、第一发生器；10、经济器；11、第二发生器；12、第三节流元件。

具体实施方式

以下参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括第一节流元件1、蒸发器2、第一喷射器3、第二喷射器4、冷凝器5、第二节流元件6、过冷器7、循环泵8、第一发生器9。

第一喷射器3、第二喷射器4的工作流体入口与第一发生器9的工质出口（本发明中，“工质出口”和“出口”在没有特殊说明的情况下均表示同一概念）连通，第一喷射器3的引射流体入口与蒸发器2的工质出口相连通，第一喷射器3的工质出口与第二喷射器4的引射流体入口相连通，第二喷射器4的工质出口与冷凝器5的工质入口相连通；冷凝器5的工质出口与第二喷射器4的引射流体入口之间依次设有第二节流元件6、过冷器7；冷凝器5的工质出口与蒸发器2的工质入口之间依次设有过冷器7，第一节流元件1；冷凝器5的工质出口与发生器9之间设有循环泵8。

上述的一种带中间换热部件的喷射式制冷机的工作流程为：工质在第一发生器9中被加热成为高温高压的气体，并作为工作流体分别进入第一喷射器3和第二喷射器4；蒸发器2出口的低温低压的工质气体通过第一喷射器3引射到中间压力后，通过第二喷射器4继续被引射升压达到冷凝压力，并进入冷凝器5；第二喷射器4出来的冷凝压力下的气体，在冷凝器5中被冷凝成液体后分为两股，其中一股经过第二节流元件6节流降压后，在过冷器7中蒸发吸热成为气体，与第一喷射器3出来的工质合并后被引射入第二喷射器4；一股进入过冷器7中被继续冷却后，通过第一节流元件1节流减压后进入蒸发器2蒸发吸热产生制冷量；另一股被循环泵8升压后进入第一发生器9，系统完成一次工作循环。冷凝器5出口的工质在过冷器7中被进一步冷却降低温度后，才通过第一节流元件1进入蒸发器2蒸发产生制冷量，使得在蒸发器2产生的制冷量增加，提高了系统的制冷系数。

其中：第一节流元件1、第二节流元件6一般为市售节流阀、其他部件结构和工作原理均为现有技术，在此不再详述。

实施例2

如图2所示，一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括第一节流元件1、蒸发器2、第一喷射器3、第二喷射器4、冷凝器5、第二节流元件6、经济器10、循环泵8、第一发生器9。

经济器10的气相工质出口与第二喷射器4的引射流体入口相连通；第一喷射器3的工质出口、第二节流元件6的工质出口与经济器10的工质入口相连通；经济器10的液相工质出口与第一节流元件1工质入口相连通；此时，冷凝器5出口的一部分工质液体通过第二节流元件6节流后成为中间压力下的两相状态，在经济器10中与第一喷射器3出口的工质混合。其余部件的连接方式同实施例1。经济器10中的气相工质被第二喷射器4所引射，液相工质经过第一节流元件1节流后进入蒸发器2蒸发吸热产生制冷量。由于第二节流元件6出口的两相工质中，只有液相的工质才能在蒸发器2中蒸发吸热产生制冷量，通过采用经济器10，气相的工质被第二喷射器4所引射走，从而不需要通过蒸发器2后被第一喷射器3所压缩，减少了第一喷射器3的负荷，从而提高系统的制冷系数。

实施例3

如图3所示，一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括第一节流元件1、蒸发器2、第一喷射器3、第二喷射器4、冷凝器5、第二节流元件6、经济器10、循环泵8、第一发生器9。

经济器10的气相工质出口与第二喷射器4的引射流体入口相连通；第二节流元件6的工质出口与经济器10的工质入口相连通；经济器10的液相工质出口与第一节流元件1的工质入口相连通；此时，冷凝器5出口的一部分工质液体通过第二节流元件6节流后成为中间压力下的两相状态，在经济器10中分成气液两相，气相工质与第一喷射器3出口的工质混合，混合气工质被第二喷射器4所引射，经济器10的液相工质经过第一节流元件1节流后进入蒸发器2蒸发吸热产生制冷量。由于第二节流元件6出口的两相工质中，只有液相的工质才能在蒸发器2中蒸发吸热产生制冷量，通过采用经济器10，气相的工质被第二喷射器4所引射走，从而不需要通过蒸发器2后被第一喷射器3所压缩，减少了第一喷射器3的负荷，从而提高系统的制冷系数。

实施例4

如图4所示，该实施方式是在实施例1基础上进行的改进，循环泵8的工质出口依次通过第三节流元件12、第二发生器11与第二喷射器4的工作流体入口相连通。此时，第一发生器9由较高温度的热源驱动，第二喷射器11由较低温度的热源驱动；循环泵8出口的工质分为两股，其中一股直接进入第一发生器9被加热，另一股通过第三节流元件12进入第二发生器11被加热。

实施例5

如图5所示，该实施方式是在实施例1基础上进行的改进，循环泵8的工质出口通过第三节流元件12与第一发生器9工质入口相连通；循环泵8的工质出口与第二发生器11的工质入口直接连通。此时，第一发生器9由较低温度的热源驱动，第二喷射器11由较高温度的热源驱动；循环泵8出口的工质分为两股，其中一股直接进入第二发生器11被加热，另一股通过第三节流元件12进入第一发生器9被加热。

实施例6

如图6所示，该实施方式是在实施例2基础上进行的改进，循环泵8的工质出口依次通过第三节流元件12、第二发生器11与第二喷射器4的工作流体入口相连通。此时，第一发生器9由较高温度的热源驱动，第二喷射器11由较低温度的热源驱动；循环泵8出口的工质分为两股，其中一股直接进入第一发生器9被加热，另一股通过第三节流元件12进入第二发生器11被加热。

实施例7

如图7所示，该实施方式是在实施例2基础上进行的改进，循环泵8的工质出口通过第三节流元件12与第一发生器9工质入口相连通；循环泵8的工质出口与第二发生器11的工质入口直接连通。此时，第一发生器9由较低温度的热源驱动，第二喷射器11由较高温度的热源驱动；循环泵8出口的工质分为两股，其中一股直接进入第二发生器11被加热，另一股通过第三节流元件12进入第一发生器9被加热。

实施例8

如图8所示，该实施方式是在实施例3基础上进行的改进，循环泵8的工质出口依次通过第三节流元件12、第二发生器11与第二喷射器4的工作流体入口相连通。此时，第一发生器9由较高温度的热源驱动，第二喷射器11由较低温度的热源驱动；循环泵8出口的工质分为两股，其中一股直接进入第一发生器9被加热，另一股通过第三节流元件12进入第二发生器11被加热。

实施例9

如图9所示，该实施方式是在实施例3基础上进行的改进，循环泵8的工质出口通过第三节流元件12与第一发生器9工质入口相连通；循环泵8的工质出口与第二发生器11的工质入口直接连通。此时，第一发生器9由较低温度的热源驱动，第二喷射器11由较高温度的热源驱动；循环泵8出口的工质分为两股，其中一股直接进入第二发生器11被加热，另一股通过第三节流元件12进入第一发生器9被加热。

应用例1

以R236fa作为工质，对本发明图3所示装置进行了模拟计算，计算的假设条件如下：（1）系统处于稳定工作状态；（2）忽略管路与换热器的压降和漏热；（3）第一发生器发生温度为100℃，蒸发器的制冷温度为5℃；（4）中间压力为工质在蒸发温度与冷凝温度的平均温度下的饱和压力。

当冷凝器内工质的冷凝温度为45℃时，该系统的性能系数为0.09452，不采用经济器的两级喷射式制冷机的性能系数为0.08043，当冷凝温度为55℃时，该系统的性能系数为0.05646，不采用经济器的两级喷射式制冷机的性能系数为0.03787（以公开号为CN2916521B的专利文献公开的传统双级喷射制冷机为例），在以上工况下，传统的单级喷射式制冷机均无法工作。

Claims

1.一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括：气体发生装置、工作流体入口与气体发生装置的出口连通的第一喷射器（3）和第二喷射器（4）、与第二喷射器（4）的出口连通的冷凝器（5）、出口与所述第一喷射器（3）的引射流体入口连通的蒸发器、以及过冷器（7）；其特征在于，所述冷凝器（5）的出口分成三条支路，第一条支路通过第二节流元件（6）与过冷器（7）的冷工质管路入口连通，第二条支路通过依次连接的过冷器（7）的热工质管路和第一节流元件（1）与蒸发器（2）的入口连通，第三条支路通过循环泵（8）与气体发生装置的入口相连；所述第一喷射器（3）的出口的管路与过冷器（7）的冷工质管路出口的管路合并后再与第二喷射器（4）的引射流体入口连通。

2.根据权利要求1所述的带中间换热部件的喷射式制冷机，其特征在于，所述气体发生装置为第一发生器（9）。

3.根据权利要求1所述的带中间换热部件的喷射式制冷机，其特征在于，所述气体发生装置为并联设置的第一发生器（9）和第二发生器（11）；所述第一发生器（9）的出口与第一喷射器（3）的工作流体入口连通，所述第二发生器（11）的出口与第二喷射器（4）的工作流体入口连通；所述循环泵（8）的出口通过两个支路分别与第一发生器（9）和第二发生器（11）的入口连通，且两条支路中至少一条支路上设有第三节流元件（12）。

4.一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括：气体发生装置、工作流体入口与气体发生装置的出口连通的第一喷射器（3）和第二喷射器（4）、与第二喷射器（4）的出口连通的冷凝器（5）、出口与所述第一喷射器（3）的引射流体入口连通的蒸发器、以及经济器（10）；其特征在于，所述冷凝器（5）的出口分成两条支路，第一条支路通过第二节流元件（6）与经济器（10）的入口连通，第二条支路通过循环泵（8）与气体发生装置的入口相连；所述经济器（10）的气相工质出口与第二喷射器（4）的引射流体入口连通；所述经济器（10）的入口同时与第一喷射器（3）的出口连通；所述经济器（10）的液相工质出口通过第一节流元件（1）与蒸发器（2）入口连通。

5.根据权利要求4所述的带中间换热部件的喷射式制冷机，其特征在于，所述气体发生装置为第一发生器（9）。

6.根据权利要求5所述的带中间换热部件的喷射式制冷机，其特征在于，所述气体发生装置为并联设置的第一发生器（9）和第二发生器（11）；所述第一发生器（9）的出口与第一喷射器（3）的工作流体入口连通，所述第二发生器（11）的出口与第二喷射器（4）的工作流体入口连通；所述循环泵（8）的出口通过两个支路分别与第一发生器（9）和第二发生器（11）的入口连通，且两条支路中至少一条支路上设有第三节流元件（12）。

7.一种带中间换热部件的喷射式制冷机，包括：气体发生装置、工作流体入口与气体发生装置的出口连通的第一喷射器（3）和第二喷射器（4）、与第二喷射器（4）的出口连通的冷凝器（5）、出口与所述第一喷射器（3）的引射流体入口连通的蒸发器、以及经济器（10）；其特征在于，所述冷凝器（5）的出口分成两条支路，第一条支路通过第二节流元件（6）与经济器（10）的入口连通，第二条支路通过循环泵（8）与气体发生装置的入口相连；所述经济器（10）的气相工质出口的管路与第一喷射器（3）的出口的管路连通后再与第二喷射器（4）的引射流体入口连通；所述经济器（10）的液相工质出口通过第一节流元件（1）与蒸发器（2）入口连通。

8.根据权利要求7所述的带中间换热部件的喷射式制冷机，其特征在于，所述气体发生装置为第一发生器（9）。

9.根据权利要求7所述的带中间换热部件的喷射式制冷机，其特征在于，所述气体发生装置为并联设置的第一发生器（9）和第二发生器（11）；所述第一发生器（9）的出口与第一喷射器（3）的工作流体入口连通，所述第二发生器（11）的出口与第二喷射器（4）的工作流体入口连通；所述循环泵（8）的出口通过两个支路分别与第一发生器（9）和第二发生器（11）的入口连通，且两条支路中至少一条支路上设有第三节流元件（12）。