CN103954061A

CN103954061A - 一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统

Info

Publication number: CN103954061A
Application number: CN201410146243.6A
Authority: CN
Inventors: 鱼剑琳; 朱琳; 邢美波
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: CN103954061B

Abstract

一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统，冷凝器出口液态制冷剂分为两路，一路液态制冷剂出口经机械泵与喷射器的喷嘴入口相连；喷射器的被引射制冷剂入口与闪蒸器的饱和气态制冷剂出口相连；喷射器出口的气液两相制冷剂与压缩机出口的气态制冷剂相混合后与冷凝器的入口相连；冷凝器出口的另一路液态制冷剂经过第一节流机构后与闪蒸器的入口相连；闪蒸器出口的制冷剂分为两路，一路饱和气态制冷剂被喷射器所引射；另一路饱和液态制冷剂与第二节流机构的入口相连；第二节流机构的出口经过蒸发器后与压缩机的入口相连接；本发明通过在单级蒸气压缩式循环系统中增加喷射器和机械泵，能够提高现有单级蒸气压缩式制冷循环系统的制冷与制热性能。

Description

一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统

技术领域

本发明属于制冷与热泵技术领域，具体涉及一种用于制冷与热泵装置的喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统。

背景技术

蒸气压缩式制冷（热泵）循环被广泛应用于冰箱，空调及热泵系统中。它具有系统结构简单、紧凑并能快速制冷或制热等特点。特别是近年来随着能源需求迅速增长，环境气候问题日益突出以及低碳经济的发展，对蒸气压缩式制冷（热泵）技术在节能、环保等方面提出更高的要求。但在实际应用中，由于现有循环系统中仍存在较大的热力学损失，从而造成制冷（热泵）系统的性能还偏低，因此，几十年来，学者就如何提高蒸汽压缩循环制冷（热泵）性能的相关技术进行不断的研究。其中利用机械过冷来提高制冷（热泵）系统性能被认为是一种行之有效的方法。许多研究表明，机械过冷确实可以提高制冷与热泵装置的性能。

目前，在单级蒸气压缩式循环系统实现机械过冷的主要方式是采用一个附加的蒸气压缩式循环系统，利用该附加系统的制冷作用实现对主系统中来自冷凝器的制冷剂液体进一步过冷。然而，这种方式一方面需要增加辅助压缩机及其它辅助部件，造成了系统的复杂性，另一方面也会显著增加制造成本。针对现有技术中所存在的这些不足，本发明提出了一种利用喷射器实现单级蒸气压缩式循环系统机械过冷的新技术途径。

喷射器结构简单、成本低廉、无运动部件,适于包括两相流的任何流体下使用，早期主要应用于低品位热源驱动的制冷系统中。国内外已有研究者提出了将喷射器引入蒸气压缩制冷循环,构成压缩/喷射复合式制冷循环并应用于制冷与热泵装置。许多研究表明,在蒸气压缩系统上采用喷射器确实可以提高制冷与热泵装置的性能。然而，目前有关喷射器在蒸气压缩系统上的应用，大多数是利用喷射器回收蒸气压缩制冷与热泵循环系统节流过程中的膨胀功，提升压缩机的吸气压力从而降低循环中压缩机的功率消耗和提高压缩机的输气量，有效改善制冷（热泵）循环系统性能。但在本发明中，则是利用喷射器与机械泵相结合的机械过冷的方式对制冷系统的性能进行提升，即喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统。一方面，通过由机械泵与喷射器构成的辅助制冷剂回路可以实现对主循环回路制冷剂的过冷作用，进而增加其制冷能力；另一方面，用于驱动喷射器的机械泵仅是对辅助回路的制冷剂液体进行加压，相比于压缩制冷剂蒸气的压缩机而言，它增加的耗功率要小，而且一般也比采用辅助压缩机的系统还要简单及成本低廉。因此，本发明在实现机械过冷的技术方面具有明显的优势，这对蒸气压缩式制冷（热泵）装置的节能技术发展有着积极的推动作用，而且会带来较好的社会效益和经济效益。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统，能够进一步提高现有单级蒸气压缩式制冷循环系统的制冷与制热性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统，包括冷凝器102，冷凝器102出口的液态制冷剂分为两路，一路液态制冷剂出口经过机械泵103与喷射器104的喷嘴入口相连接；喷射器104的被引射制冷剂入口与闪蒸器106的饱和气态制冷剂出口相连接；喷射器104出口的气液两相制冷剂与压缩机101出口的过热气态制冷剂相混合后与冷凝器102的入口相连接；冷凝器102出口的另一路液态制冷剂经过第一节流机构105后与闪蒸器106的入口相连接；闪蒸器106出口的制冷剂分为两路，一路饱和气态制冷剂被喷射器104所引射；另一路饱和液态制冷剂与第二节流机构107的入口相连接；第二节流机构107的出口经过蒸发器108后与压缩机101的入口相连接。

所述喷射器104中来自冷凝器102的液态制冷剂经过机械泵103加压后，其压力大于从闪蒸器106出来的饱和气态制冷剂压力。

所述闪蒸器106出口的饱和气态制冷剂在喷射器104中被来自于机械泵103出口的高压液体制冷剂引射，在喷射器104中混合后增压并与压缩机101出口的过热制冷剂混合后进入冷凝器102。

所述第一节流机构105和第二节流机构107均为膨胀阀。

相比于常规的单级蒸气压缩式循环系统，本发明通过在单级蒸气压缩式循环系统中增加喷射器104和机械泵103，利用机械泵驱动喷射器去引射来自闪蒸器106的制冷剂蒸气，从而使闪蒸器106中余下的饱和液态制冷剂比冷凝器出口液体制冷剂具有更低的温度，即间接地实现了对主循环回路制冷剂的机械过冷作用，当其进入第二节流机构107进行膨胀后，为蒸发器提供了更小干度的两相制冷剂，从而提高了循环系统的制冷量；另一方面，虽然利用机械泵对来自冷凝器中的部分制冷剂液体进行加压，会造成循环系统的总耗功增加，但由于进入机械泵为液体制冷剂，其加压所需消耗的压缩功率较小，因此综合结果也能在一定程度上有效的提高制冷循环系统的效率（性能系数）。总之，该系统是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效提高单级蒸气压缩式循环系统性能，促进蒸气压缩式制冷与热泵装置的节能技术发展。

附图说明

图1是本发明制冷循环系统示意图。

图2是本发明制冷循环系统工作过程的循环压-焓图（p–h图）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明是一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统，一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统，包括冷凝器102，冷凝器102的出口液态制冷剂分为两路，一路液态制冷剂出口经过机械泵103与喷射器104的喷嘴入口相连接；喷射器104的被引射制冷剂入口与闪蒸器106的饱和气态制冷剂出口相连接；喷射器104出口的气液两相制冷剂与压缩机101出口的气态制冷剂相混合后与冷凝器102的入口相连接；冷凝器102出口的另一路液态制冷剂经过第一节流机构105后与闪蒸器106的入口相连接；闪蒸器106出口的制冷剂分为两路，一路饱和气态制冷剂被喷射器104所引射；另一路饱和液态制冷剂与第二节流机构107的入口相连接；第二节流机构107的出口经过蒸发器108后与压缩机101的入口相连接。

所述喷射器104中来自冷凝器102的液态制冷剂经过机械泵103加压后，其压力大于从闪蒸器106出来的饱和气态制冷剂压力。所述闪蒸器106出口的饱和气态制冷剂在喷射器104中被来自于机械泵103出口的高压制冷剂引射，在喷射器104中混合后增压并与压缩机101出口的过热制冷剂混合后进入冷凝器102。通过在单级蒸气压缩式循环系统中增加喷射器104和机械泵103，利用机械泵驱动喷射器去引射来自闪蒸器106的制冷剂蒸气，从而使闪蒸器106中余下的饱和液态制冷剂比冷凝器出口液体制冷剂具有更低的温度，即间接地实现了对主循环回路制冷剂的机械过冷作用，当其进入第二节流机构107进行膨胀后，为蒸发器提供了更小干度的两相制冷剂，从而提高了循环系统的制冷量；另一方面，虽然利用机械泵对来自冷凝器中的部分制冷剂液体进行加压，会造成循环系统的总耗功增加，但由于进入机械泵为液体制冷剂，其加压所需消耗的压缩功率较小，因此综合结果也能在一定程度上有效的提高制冷循环系统的效率（性能系数）。

作为本发明的优选实施方式，所述第一节流机构105和第二节流机构107均为膨胀阀。

如图2所示为本发明的单级蒸气压缩制冷循环系统工作过程的循环压-焓图（p–h图），所示意的系统工作过程为：冷凝器102出口的液态制冷剂（图中4点处）分为两路，一路液态制冷剂经过机械泵103被加压成高压过冷制冷剂（图中9点处），机械泵103出口的过冷液态制冷剂作为工作流体进入喷射器104的喷嘴，并经喷嘴膨胀后变为低压高速气液两相混合制冷剂（图中9′点处），在喷射器104的吸入室进一步引射从闪蒸器106出来的饱和气态制冷剂（图中6点处），在喷射器104的混合室中混合后（图中10′点处）再经喷射器104的扩压器增压后排出（图中10点处），与压缩机101出口的高压过热蒸气（图中2点处）相混合后（图中3点处）进入冷凝器102。冷凝器102出口的另一路液态制冷剂经过第一节流机构105被膨胀为两相制冷剂（图中5点处），随后进入闪蒸器106被分离为饱和液态（图中7点处）和饱和气态制冷剂（图中6点处），饱和气态制冷剂被喷射器104所引射（图中6点处），饱和液态制冷剂进入第二节流机构107再次被膨胀成为两相制冷剂（图中8点处）后进入蒸发器108中吸热蒸发成为饱和气态制冷剂（图中1点处），蒸发器108出口的气态制冷剂进入压缩机101被压缩为高压过热蒸汽，以上完成整个循环过程。

本发明的整个系统循环工作过程中存在有四个不同的工作压力,依次是冷凝器102冷凝压力、机械泵103出口压力、第一节流机构105出口压力、蒸发器108蒸发压力。其中冷凝器102冷凝压力、蒸发器108蒸发压力是由循环系统的工作工况及使用的制冷剂所决定，这又取决于制冷温度要求和环境冷却介质温度；机械泵103出口压力和第一节流机构105出口压力均为设计压力，其取值可根据机械泵和喷射器的工作特性以系统实现最大效率情况选取。

Claims

1.一种喷射器过冷增效的单级蒸气压缩式循环系统，包括冷凝器（102），冷凝器（102）的出口液态制冷剂分为两路，一路液态制冷剂出口经过机械泵（103）与喷射器（104）的喷嘴入口相连接；喷射器（104）的被引射制冷剂入口与闪蒸器（106）的饱和气态制冷剂出口相连接；喷射器（104）出口的气液两相制冷剂与压缩机（101）出口的过热气态制冷剂相混合后与冷凝器（102）的入口相连接；冷凝器（102）出口的另一路液态制冷剂经过第一节流机构（105）后与闪蒸器（106）的入口相连接；闪蒸器（106）出口的制冷剂分为两路，一路饱和气态制冷剂被喷射器（104）所引射；另一路饱和液态制冷剂与第二节流机构（107）的入口相连接；第二节流机构（107）的出口经过蒸发器（108）后与压缩机（101）的入口相连接。

2.根据权利要求1所述的单级蒸气压缩式循环系统，其特征在于：所述喷射器（104）中来自冷凝器（102）的液态制冷剂经过机械泵（103）加压后，其压力大于从闪蒸器（106）出来的饱和气态制冷剂压力。

3.根据权利要求1或2所述的单级蒸气压缩式循环系统，其特征在于：所述闪蒸器（106）出口的饱和气态制冷剂在喷射器（104）中被来自于机械泵（103）出口的高压制冷剂引射，在喷射器（104）中混合后增压并与压缩机（101）出口的过热制冷剂混合后进入冷凝器（102）。

4.根据权利要求1所述的单级蒸气压缩式循环系统，其特征在于：所述第一节流机构（105）和第二节流机构（107）均为膨胀阀。