CN104406323A - 一种三级喷射式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三级喷射式制冷系统，包括冷凝器，冷凝器输出端分三路，一路与第二级喷射器相连，另一路与泵相连，第三路依次与节流阀、蒸发器及第一级喷射器相连，所述发生器的输出分两路，一路与第一级喷射器相连，另一路与第三级喷射器相连，所述第一级喷射器及第三级喷射器均与第二级喷射器相连。本发明具有节能效果，有效降低喷射器所需工作气体量，减少发生器所需热量，增大引射比，减小喷射器体积，能效可提升5％左右，且能实现较大压比。系统构造简单，造价低廉，结构紧凑。

Description

一种三级喷射式制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种三级喷射式制冷系统。

背景技术

喷射式制冷是由热能驱动的一种制冷技术，可以充分利用工业余热、太阳能热和其他低品位热源。其消耗的机械能很少，设备简单，运行可靠，成本低廉。其工作介质可以为二氧化碳、水、碳氢化合物等绿色环保天然物质。

但是其存在的缺点是喷射器压缩比较小，制冷温度较高；且其运行受到背压的影响，引射比较小。

申请号201210116545.X专利提出了“一种自复叠喷射式制冷机”，其采用混合工质和两个喷射器来实现较大压比的目的，但是结构复杂，目的是获得较低的制冷温度；申请号201210166460.2提出了“一种气液喷射器增效的双喷射式制冷装置”，但该方法利用气液喷射器代替膨胀阀的动作，回收在节流过程中所浪费的部分膨胀功。

申请号201310497335.4，专利名称：“一种带中间换热部件的喷射式制冷机”，其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，以此提高系统在较高冷凝温度下的制冷系数。但是采用经济器或过冷器仍然使得系统复杂。且其两级喷射器均为气体喷射器，对引射比的影响较小，对喷射器运行工况的改善有限。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种三级喷射式制冷系统，利用冷凝后的液体通过二级喷射器对一级喷射器增压升温后的气体进行冷却降温，同时增加压力，两者混合后的气液两相流体再一起被吸入到三级喷射器中。一方面改善了三级喷射器运行状况；另一方面可提高引射比，减小三级喷射器体积及三级喷射器所需工作流体量；同时由于部分流体直接从二级喷射器后的中间压力压缩到冷凝压力，节省了一级喷射器所需工作流体量，。两方面综合作用的结果是减少了发生器所需热量，提高了能效。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种三级喷射式制冷系统，包括冷凝器，冷凝器输出端分三路，一路与第二级喷射器相连，另一路与泵相连，第三路依次与节流阀、蒸发器及第一级喷射器相连，泵与第一发生器相连，所述第一发生器的输出分两路，一路与第一级喷射器相连，另一路与第三级喷射器相连，所述第一级喷射器及第三级喷射器均与第二级喷射器相连。

所述第三级喷射器为气液两相喷射器。

所述第二级喷射器的出口处设置温度传感器Tb和压力传感器Pb，第二级喷射器由电机驱动，冷凝器入口处设置压力传感器Pc，第一发生器上设置压力传感器Pg，温度传感器Tb、压力传感器Pb、电机、压力传感器Pc、压力传感器Pg及泵均与控制器相连。

所述控制器接收来自第二级喷射器的出口b处的气体的温度传感器Tb和压力传感器Pb的信号，并判断是否在设定范围内，是否为气液两相，如果不在设定范围内，则根据需要通过控制电机增大或减小第二级喷射器b处的进液量，确保第二级喷射器的出口b处为气液两相且温度和压力在设定范围内。

所述控制器接收第一发生器处压力传感器Pg和冷凝器处压力传感器Pc的压力信号，并比较两者的大小，控制器调整泵的转速，从而调节自第一发生器g处进入第一发生器的液体量，进而改变第一发生器压力Pg，第一发生器压力的改变就会改变自第一级喷射器e和第三级喷射器a处分别进入第一级喷射器和第三级喷射器的工作流体的流量，确保喷射器能够正常工作。

从冷凝器出口引出一支管路连接到第二级喷射器，冷凝液体经过该第二级喷射器抽吸来自第一级喷射器增压后的气体，经第二级喷射器之后，冷凝液体压力降低，同时对第一级喷射器出口的气体进行增压和冷却，两者混合后形成的气液两相流体再被第三级喷射器抽吸，来自第一发生器的工作气体对该气液两相流进行增压，同时自身温度和压力也降低，两者混合后自第三级喷射器的出口c处流出进入到冷凝器中。

自第二级喷射器出口的液体抽吸来自第一级喷射器出口的气体，两者混合后达到第三级喷射器的b处，在这里被自第三级喷射器a处进入的来自第一发生器的气体抽吸，两者在第三级喷射器内混合后自c出去。

本发明的有益效果：

本发明具有节能效果，第二级喷射器利用冷凝液体的压力对气体进行增压，相当于回收了部分功，且节省了所需第一发生器的工作流体量；同时能有效降低第三级喷射器出口过热度，改善第三级喷射器工作状况；而且本发明的第三级喷射器为气液两相喷射器，其二次流为气液两相流，比以往所采用的气体喷射器的引射比大为增加；同时本系统相当于三级压缩，比二级压缩实现的压比增加。这三个因素的综合作用可使得系统COP增加10％左右。相比较以往采用过冷器或经济器进行中间冷却的形式，采用喷射器结构简单，体积较小，相比过冷器或经济器等体积可减小50％，使得空间布置更加紧凑，且成本可降低10％。过冷器或经济器管路系统复杂，可靠性差，而采用喷射器仅有三个管路，系统可靠性提高。

附图说明

图1本发明的三级喷射式制冷系统结构框图；

图2本发明的用于有高低温两个热源的场合一个实施实例框图；

图中，1-第一发生器；2-第一级喷射器；3-第三级喷射器；4-冷凝器；5-第二级喷射器；6-蒸发器；7-节流阀；8-泵，9-控制器，10-第二发生器。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

本发明旨在解决已有双级喷射式制冷系统存在的引射比小，能效低，压比小，喷射器中间二次流进口温度高，二级喷射器体积大等问题，以提高压缩比、引射比和系统能效。

如图1所示，一种三级喷射式制冷系统，包括冷凝器4，冷凝器4输出端分三路，一路与第二级喷射器5相连，另一路与泵8相连，第三路依次与节流阀7、蒸发器6及第一级喷射器2相连，所述第一发生器1的输出分两路，一路与第一级喷射器2相连，另一路与第三级喷射器3相连，所述第一级喷射器2及第二级喷射器5均与第三级喷射器3相连。

其中，第三级喷射器3为气液两相喷射器，相对于气相喷射器，能够显著增加喷射比。

工作原理：本发明从冷凝器4出口引出一支管路连接到第二级喷射器5，冷凝液体经过第二级喷射器5抽吸来自第一级喷射器2增压后的气体。经第二级喷射器5之后，冷凝液体压力降低，同时对第一级喷射器2出口的气体进行增压和冷却，两者混合后形成的气液两相流体再被第三级喷射器3抽吸，来自第一发生器1的工作气体对该气液两相流进行增压，同时自身温度和压力也降低，两者混合后自第三级喷射器3的出口c处流出进入到冷凝器4中。采用第二级喷射器5的有效作用是：可以利用部分冷凝液体的压力，对经第一级喷射器2之后的气体进一步压缩，增加压力，回收功；同时降低经第一级喷射器2之后的气体的温度，形成气液两相流，从而可以增加第三级喷射器3的引射比，减少第三级喷射器3所需工作流体量，减小其体积，改善第三级喷射器3的运行条件，提高整个系统的能效；同时使得整个系统的压比比传统两级喷射器压比增加，可实现大压比，能够获得更低的制冷温度。

针对该专利，提出一种控制模式，确保第一级喷射器2、第三级喷射器3、第二级喷射器5均能够正常工作，适应变化的工况，已有研究表明，喷射器的运行受到背压的限制，其临界压力要小于背压，否则引射比将迅速降低，喷射器失常。为了保证喷射器能够正常工作，系统能够在变工况下工作，本发明还提出一种控制模式，即第二级喷射器5的一次流进口d处带有可调节流量的装置，并由电机驱动，可以改变从d点进入的液体的流量，其驱动电机由控制器9控制，该控制器接收来自第二级喷射器5的出口b处的气体的温度传感器Tb和压力传感器Pb的信号，并根据控制程序判断是否在设定范围内，是否为气液两相，如果不在设定范围内，则根据需要适当增大或减小b处的进液量，确保第二级喷射器5的出口b处为气液两相且温度和压力在设定范围内。在第一发生器上设置压力传感器Pg，在冷凝器入口处设置压力传感器Pc，两者均与控制器9相连接，泵8为可以改变转速的变频泵，也由控制器9控制。控制器9接收Pg和Pc的信号，并比较两者的大小，根据需要调整泵8的转速，从而调节自g处进入第一发生器1的液体量，进而改变第一发生器压力Pg。第一发生器压力的改变就会改变自e和a处分别进入第一级喷射器2和第三级喷射器3的工作流体的流量，确保喷射器能够正常工作。如此控制，整个系统能够适应变工况运行，且喷射器均能正常工作。

如图2所示，该实例为一种三级喷射式制冷系统，包括冷凝器4，冷凝器4输出端分四路，一路与第二级喷射器5相连，另一路与泵8a相连，第三路依次与节流阀7、蒸发器6及第一级喷射器2相连，第四路与泵8b相连。所述第一发生器1的输出与第一级喷射器2相连，所述第二发生器10与第三级喷射器3相连，所述第一级喷射器2及第二级喷射器5均与第三级喷射器3相连。其中，第三级喷射器3为气液两相喷射器，相对于气相喷射器，能够显著增加喷射比。

第一发生器1由低温热源供给热量，第二发生器10由高温热源供给热量。冷凝器4的一个分支管路通过泵8a与第一发生器1相连，冷凝器4的又一个分支管路通过泵8b与第二发生器10相连。第一发生器1由低温热源供热，所产生的工作流体压力低于第二发生器10所产生的工作流体压力，该工作流体通过第一级喷射器2抽吸来自蒸发器6的气体，对其增压后作为第二级喷射器5的工作流体，抽吸来自冷凝器4的液体，对其增压混合后成为气液两相流体，该两相流体再被来自第二发生器10的高压工作流体通过第三级喷射器抽吸，增压后自第三级喷射器3的c出口流出进入冷凝器4。采用第二级喷射器5的有效作用是：可以利用部分冷凝液体的压力，对经第一级喷射器2之后的气体进一步压缩，增加压力，回收功；同时降低经第一级喷射器2之后的气体的温度，形成气液两相流，从而可以增加第三级喷射器3的引射比，减少第三级喷射器3所需工作流体量，减小其体积，改善第三级喷射器3的运行条件，提高整个系统的能效；同时使得整个系统的压比比传统两级喷射器压比增加，可实现大压比，能够获得更低的制冷温度。

针对该实例，提出一种控制模式，即第二级喷射器5的一次流进口d处带有可调节流量的装置，并由电机驱动，可以改变从d点进入的液体的流量，其驱动电机由控制器9控制，该控制器接收来自第二级喷射器5的出口b处的气体的温度传感器Tb和压力传感器Pb的信号，并根据控制程序判断是否在设定范围内，是否为气液两相，如果不在设定范围内，则根据需要适当增大或减小b处的进液量，确保第二级喷射器5的出口b处为气液两相且温度和压力在设定范围内。在第一发生器1和第二发生器10上分别设置压力传感器Pg和Pg1，在冷凝器入口处设置压力传感器Pc，两者均与控制器9相连接，泵8a和8b为可以改变转速的变频泵，也由控制器9控制。控制器9接收Pg、Pg1和Pc的信号，并比较三者的大小，根据需要调整泵8a和8b的转速，从而调节自g和g1处分别进入第一发生器1和第二第一发生器10的液体量，进而改变第一发生器及第二发生器压力Pg和Pg1。发生器压力的改变就会改变自e和a处分别进入第一级喷射器2和第三级喷射器3的工作流体的流量，确保喷射器能够正常工作。如此控制，整个系统能够适应变工况运行，且喷射器均能正常工作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种三级喷射式制冷系统，其特征是，包括冷凝器，冷凝器输出端分三路，一路与第二级喷射器相连，另一路与泵相连，泵与第一发生器相连，第三路依次与节流阀、蒸发器及第一级喷射器相连，所述第一发生器的输出分两路，一路与第一级喷射器相连，另一路与第三级喷射器相连，所述第一级喷射器及第三级喷射器均与第二级喷射器相连。

2.如权利要求1所述的一种三级喷射式制冷系统，其特征是，所述第三级喷射器为气液两相喷射器。

3.如权利要求1所述的一种三级喷射式制冷系统，其特征是，所述第二级喷射器的出口处设置温度传感器Tb和压力传感器Pb，第二级喷射器由电机驱动，冷凝器入口处设置压力传感器Pc，发生器上设置压力传感器Pg，温度传感器Tb、压力传感器Pb、电机、压力传感器Pc、压力传感器Pg及泵均与控制器相连。

4.如权利要求3所述的一种三级喷射式制冷系统，其特征是，所述控制器接收来自第二级喷射器的出口b处的气体温度传感器Tb和压力传感器Pb的信号，并判断是否在设定范围内，是否为气液两相，如果不在设定范围内，则根据需要通过控制电机增大或减小第二级喷射器b处的进液量，确保第二级喷射器的出口b处为气液两相且温度和压力在设定范围内。

5.如权利要求3所述的一种三级喷射式制冷系统，其特征是，所述控制器接收发生器处压力传感器Pg和冷凝器处压力传感器Pc的压力信号，并比较两者的大小，控制器调整泵的转速，从而调节自发生器g处进入发生器的液体量，进而改变发生器压力Pg，发生器压力的改变就会改变自第一喷射器e和第三级喷射器a处分别进入第一级喷射器和第三级喷射器的工作流体的流量，确保喷射器能够正常工作。

6.如权利要求1所述的一种三级喷射式制冷系统，其特征是，从冷凝器出口引出一支管路连接到第二级喷射器，冷凝液体经过该第二级喷射器抽吸来自第一级喷射器增压后的气体，经第二级喷射器之后，冷凝液体压力降低，同时对第一级喷射器出口的气体进行增压和冷却，两者混合后形成的气液两相流体再被第三级喷射器抽吸，来自发生器的工作气体对该气液两相流进行增压，同时自身温度和压力也降低，两者混合后自第三级喷射器的出口c处流出进入到冷凝器中。

7.一种三级喷射式制冷系统，其特征是，包括冷凝器，冷凝器输出端分四路，一路与第二级喷射器相连，另一路与泵8a相连，第三路依次与节流阀、蒸发器及第一级喷射器相连，第四路与泵8b相连，泵8a与第一发生器相连，泵8b与第二发生器相连，第一发生器的输出与第一级喷射器相连，第二发生器与第三级喷射器相连，第一级喷射器及第二级喷射器均与第三级喷射器相连。