CN103994599A - 一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统，包括冷凝器、气体喷射器、蒸发器、发生器、膨胀阀、过冷器和气液喷射泵；发生器出口分别与气体喷射器入口和气液喷射泵气体入口相连，气体喷射器入口还与过冷器气体出口相连，气体喷射器出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口分别与膨胀阀一端和过冷器液体入口相连，膨胀阀另一端与蒸发器入口相连，蒸发器出口与过冷器气体入口相连，气液喷射泵液体入口与过冷器液体出口相连，气液喷射泵出口与发生器入口相连。本发明采用临界温度较低的制冷剂作为循环工质，发生器内循环工质在超临界区变温吸热，使吸热过程与热源的放热过程更好地匹配，从而减小了系统的不可逆性。

Description

一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统
技术领域
本发明属于能源技术和制冷技术领域，具体涉及一种能提高能源利用率的基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统。
背景技术
喷射式制冷系统可利用不花钱的太阳能等作为驱动能源，提高了能源利用率，减少了工业污染物的排放。且该系统只有循环泵一个运动部件，不需要润滑，运行可靠、维护费用低、寿命长，是一种很有前景的制冷方式。
优化喷射器的结构、优选制冷工质以及开展新型系统循环是喷射制冷系统的发展方向。
图1为传统喷射式制冷装置的整体结构示意图，该装置主要由冷凝器1、气体喷射器2、蒸发器3、发生器4、循环泵5、膨胀阀6和连接管道组成。该装置的工作过程为：发生器4内产生的高温高压蒸气通过气体喷射器2的喷嘴在出口处形成较低的压力，从而将蒸发器3内产生的低温低压的蒸气引射入气体喷射器2，两股流体充分混合为一股压力较高的流体后排入冷凝器1冷凝为液体，这部分液体一部分经循环泵5增压后流回发生器4继续使用，另一部分经膨胀阀6减压后流回蒸发器3蒸发吸热，实现制冷效应。
传统的喷射制冷系统大都是亚临界循环，其特征在于所选用的制冷工质的临界温度较高，系统发生器的蒸发压力在临界压力以下，在发生器内，工质在等温条件下吸热蒸发变成工作蒸气，这种换热方式由温差传热引起的不可逆损失较大。
发明内容
发明目的：本发明的目的是一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统，该系统以临界温度较低的制冷剂为工质，系统的发生器在超临界区定压吸热，与常规亚临界状态下的蒸发吸热过程不同，制冷剂在吸热过程中温度是逐渐升高的，为变温换热。通过构建跨临界循环，可以使工质在发生器内的吸热过程与热源的放热过程更好地匹配，从而减小了系统的不可逆性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统，包括冷凝器、气体喷射器、蒸发器、发生器和膨胀阀，还包括过冷器和气液喷射泵；
所述发生器出口分别与气体喷射器入口和气液喷射泵气体入口相连，气体喷射器入口还与过冷器气体出口相连，气体喷射器出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口分别与膨胀阀一端和过冷器液体入口相连，膨胀阀另一端与蒸发器入口相连，蒸发器出口与过冷器气体入口相连，气液喷射泵液体入口与过冷器液体出口相连，气液喷射泵出口与发生器入口相连；
所述跨临界喷射制冷系统的循环工质为临界温度低于95℃的制冷剂。
本发明中，优选的，所述跨临界喷射制冷系统的循环工质为丙烯、五氟乙烷、三氟乙烷、一氯五氟乙烷或二氟甲烷。
本发明中，优选的，所述跨临界喷射制冷系统的循环工质为丙烯。
本发明具有的有益效果体现在：
(1)本发明利用工业余热、太阳能、地热能等低品位能源作为驱动热源，采用临界温度较低的制冷剂作为循环工质，发生器在超临界区工作，工质在定压吸热过程中温度是逐渐升高的，为变温换热，通过构建跨临界循环，可以使循环工质在发生器内的吸热过程与热源的放热过程更好地匹配，从而减小了系统的不可逆性；
(2)本发明的气液喷射泵代替了传统系统中的循环泵，不但解决了循环泵难于将冷凝液体的压力提升至超临界状态的困难，还减少了系统的运动部件，从而使系统变为被动式系统，另外新增加的气液喷射泵以热量驱动，减少了系统中电能的消耗，更加充分地利用了低品位能源；
(3)本发明的制冷系统中过冷器的设置，使饱和液体被进一步冷凝成为过冷液体，避免了进入气液喷射泵之前发生气化现象；
(4)本发明优选的制冷工质丙烯，其GWP和ODP均为零，临界温度为91℃，能较好地利用太阳能等低温热源构建基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷循环；
(5)本发明的制冷系统无任何运动部件、整体结构简单，维护方便，提高了能源利用率，减少了废热排放，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为传统喷射式制冷装置整体结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图中：1-冷凝器；2-气体喷射器；3-蒸发器；4-发生器；5-循环泵；6-膨胀阀；7-过冷器；8-气液喷射泵。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图2所示，本发明的基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统是在传统喷射式制冷系统中增加了气液喷射泵8，并将循环泵5替换为气液喷射泵8。该跨临界喷射制冷系统包括冷凝器1、气体喷射器2、蒸发器3、发生器4、气液喷射泵8、膨胀阀6和过冷器7，所述发生器4出口分别与气体喷射器2入口和气液喷射泵8气体入口相连，气体喷射器2入口还与过冷器7气体出口相连，气体喷射器2出口与冷凝器1入口相连，冷凝器1出口分别与膨胀阀6一端和过冷器7液体入口相连，膨胀阀6另一端与蒸发器3入口相连，蒸发器3出口与过冷器7气体入口相连，气液喷射泵8液体入口与过冷器7液体出口相连，气液喷射泵8出口与发生器4入口相连。跨临界喷射制冷系统的循环工质为临界温度低于95℃的制冷剂，具体可采用丙烯(临界温度为91℃)、五氟乙烷(临界温度为66℃)、三氟乙烷(临界温度为72℃)、一氯五氟乙烷(临界温度为80℃)或二氟甲烷(临界温度为78℃)，考虑到制冷工质的环保要求，进一步优选循环工质为丙烯，丙烯属于碳氢化合物，是一种天然工质，它的GWP(global warming potential：全球变暖潜能值)和ODP(ozone depletion potential：臭氧消耗潜值)均为0。
本发明跨临界喷射制冷系统循环工质的循环路径有3条，分别为：
第一条为制冷子循环：冷凝器1—膨胀阀6—蒸发器3—过冷器7—气体喷射器2—冷凝器1；
第二条为动力子循环：冷凝器1—过冷器7—气液喷射泵8－发生器4－气体喷射器2—冷凝器1；
第三条为气液喷射泵循环：发生器4－气液喷射泵8－发生器4。
本发明跨临界喷射制冷系统工作原理及过程：本发明利用工业余热、太阳能、地热能等低品位能源作为发生器4驱动热源，在发生器4内，循环工质吸收热量变成高温高压的蒸气，其中一部分高压蒸气通过气体喷射器2的喷嘴在出口处形成较低的压力，从而将从过冷器7出来的压力较低的过热蒸气引射入气体喷射器2中，两股流体充分混合为一股压力较高的流体后排入冷凝器1中冷凝为液体，其中一部分冷凝液体通过膨胀阀6降压后进入蒸发器3蒸发吸热变为蒸气后流入过冷器7中，另一部分冷凝液体直接进入过冷器7中，温度较低的蒸发蒸气和温度较高的冷凝液体在过冷器7中逆向流动换热，蒸发蒸气过热后被引射入气体喷射器2中，冷凝液体过冷后被引射入气液喷射泵8中；发生器4中生成的另一部分高压蒸气通过气液喷射泵8的喷嘴在出口处形成较低的压力，从而将从过冷器7出来的压力较低的过冷液体引射入气液喷射泵8中，两股流体充分混合为一股压力比发生器4压力稍高的流体后被重新送回发生器4中吸热蒸发为工作蒸气，从而完成整个循环过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统，包括冷凝器(1)、气体喷射器(2)、蒸发器(3)、发生器(4)和膨胀阀(6)，其特征在于：还包括过冷器(7)和气液喷射泵(8)；
所述发生器(4)出口分别与气体喷射器(2)入口和气液喷射泵(8)气体入口相连，气体喷射器(2)入口还与过冷器(7)气体出口相连，气体喷射器(2)出口与冷凝器(1)入口相连，冷凝器(1)出口分别与膨胀阀(6)一端和过冷器(7)液体入口相连，膨胀阀(6)另一端与蒸发器(3)入口相连，蒸发器(3)出口与过冷器(7)气体入口相连，气液喷射泵(8)液体入口与过冷器(7)液体出口相连，气液喷射泵(8)出口与发生器(4)入口相连；
所述跨临界喷射制冷系统的循环工质为临界温度低于95℃的制冷剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统，其特征在于：所述跨临界喷射制冷系统的循环工质为丙烯、五氟乙烷、三氟乙烷、一氯五氟乙烷或二氟甲烷。
3.根据权利要求2所述的一种基于气液喷射泵的跨临界喷射制冷系统，其特征在于：所述跨临界喷射制冷系统的循环工质为丙烯。
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