CN104534750B - 一种具有均匀分液功能的透平膨胀机及制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有均匀分液功能的透平膨胀机及制冷系统，而提供一种既实现向蒸发器各流路的均匀供液，又能回收制冷系统中的节流损失的透平膨胀机及制冷系统。该膨胀机分配体内部有中心的供液腔和圆周上的环形分配腔，环形分配腔通过隔板分隔成多个分配室，每个分配室上连通有分液管，分配体一端面中心有与供液腔连通的高压制冷剂供液管，供液腔内部安装有穿过旋转轴，旋转轴位于供液腔内部的部分上安装有多个旋转叶轮；每个分配室内侧有朝向供液腔的开口；多个分配室上的开口长度相等；高压制冷剂供液管、旋转轴、多个旋转叶轮、供液腔和环形分配腔共轴线。该膨胀机提高了蒸发器的换热性能，改善了制冷系统效率。

Description

一种具有均匀分液功能的透平膨胀机及制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种具有均匀分液功能的透平膨胀机及制冷系统。

背景技术

制冷系统中，直接膨胀供液的蒸发器，通常采用多流路并联的形式，以达到最佳的换热效果，保持最佳的制冷剂流速，并把管路压力损失限制在一定的范围内。从膨胀阀出来的制冷剂气液两相流，通常为气泡流或团状流的流型，需要两相流分配设备，把气液两相制冷剂充分混合，再等量地分配到各流路中。在制冷系统中，通常把制冷剂两相流分配设备称作液体分配器或分液器。

分液器应该实现向蒸发器各流路均匀、等量的供液，但在实际运行中，经常出现气液混合和进入各流路制冷剂流量不均匀的现象。各流路供液量的不同，影响蒸发器的换热性能，进而影响整个制冷系统的工作性能。

首先，各流路中供液量的不同，会在出口产生不同的过热度。供液量不足的流路内，制冷剂快速蒸发成气体，出口前有很长一段气体换热，换热面积没有得到有效利用，产生较大过热度。在供液量过多的流路，出口过热度很小，甚至带有未蒸发的液体。供液不足流路和供液过多流路的出口制冷剂在集管汇合，总的效果是换热面积没有充分利用，出口过热度过小或带有液体，膨胀阀的温度传感器感受到过热度过小的信号后，相应的动作是关小阀门，减少供液量。流量减小后，分液器分液更加不均匀，形成恶性循环，蒸发器的有效换热面积急剧减少，制冷量下降，膨胀阀和压缩机效率降低，整个制冷系统运行性能严重恶化。

其次，在食品冷库中，在不增加加湿设备时，为减少某些被冷却物品的干耗，必须实现小温差换热。为实现小温差换热，一方面要求管内制冷剂有一定的流速，达到要求的换热系数；另一方面要求蒸发器表面均匀结霜，以保持换热系数的均匀。因此，在任何负荷情况下，分液器都应向蒸发器各流路均匀供给制冷剂，保证各流路制冷剂流量相同。分配性能好的分液器，可以使蒸发器均匀换热，维持较小的传热温差，保证食品储藏质量，分配性能较差的分液器，通常造成蒸发器不均匀结霜，换热温差增大，引起冷藏食品干耗。可见，性能好的分液器，可以在工况变化时仍保证蒸发器换热面积的有效利用，提高制冷系统性能。性能较差的分液器，不能保证均匀供液，造成蒸发器换热量减小，膨胀阀误动作，在高湿度、小温差的冷库内，还会造成不均匀结霜，影响系统性能和食品储藏质量。

传统制冷系统的分液器通常是通过降压增速来实现向蒸发器各个流路的均匀供液，增速可以实现气液的搅动，降压可以缩小蒸发器各个流路的阻力差。但在变工况或者在部分负荷工作时，系统的流量减小，分液器的阻力降低，分配性能下降甚至失去分配能力。所以必须设计和开发新型的分液器。

另外制冷系统中高压液体制冷剂特别是自然工质具有较高的压力，但在现有的蒸汽压缩制冷系统中，一般都很少考虑使用，基本上在节流过程中被无偿消耗。随着对制冷系统能源效率要求的提高，很多学者开始研究制冷剂高压能量的利用。

发明内容

本发明的目的是针对现有分液器分液不均和节流膨胀功不回收等缺点，而提供一种既实现向蒸发器各流路的均匀供液，又能回收制冷系统中的节流损失的透平膨胀机。

本发明的另一个目的是提供一种既实现向蒸发器各流路的均匀供液，又能回收制冷系统中的节流损失的制冷系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种具有均匀分液功能的透平膨胀机，包括圆柱形的分配体，所述分配体内部设置有中心的供液腔和圆周上的环形分配腔，所述环形分配腔通过隔板分隔成多个分配室，每个所述分配室上分别连通有分液管，所述分配体一端面中心安装有与中心的所述供液腔连通的高压制冷剂供液管，所述供液腔内部安装有穿过所述分配体另一端面的自由转动的旋转轴，所述旋转轴位于所述供液腔内部的部分上安装有多个旋转叶轮；每个所述分配室内侧设置有朝向所述供液腔的开口；多个所述分配室上的开口长度相等；所述高压制冷剂供液管、旋转轴、多个旋转叶轮、供液腔和环形分配腔共轴线。

所述分配室和分液管以所述环形分配腔中心线为中心呈圆形阵列布置。

一种制冷系统，包括压缩机、冷凝器、透平膨胀机和蒸发器，所述透平膨胀机包括圆柱形的分配体，所述分配体内部设置有中心的供液腔和圆周上的环形分配腔，所述环形分配腔通过隔板分隔成多个分配室，每个所述分配室上分别连通有分液管，所述分配体一端面中心安装有与中心的所述供液腔连通的高压制冷剂供液管，所述供液腔内部安装有穿过所述分配体另一端面的自由转动的旋转轴，所述旋转轴位于所述供液腔内部的部分上安装有多个旋转叶轮；每个所述分配室内侧设置有朝向所述供液腔的开口；多个所述分配室上的开口长度相等；所述高压制冷剂供液管、旋转轴、多个旋转叶轮、供液腔和环形分配腔共轴线；所述压缩机的出口与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与所述高压制冷剂供液管的入口连接，每个所述分液管分别与所述蒸发器的某一流路入口连接，所述蒸发器的出口与所述压缩机的进口连接；所述旋转轴与发电机的输入轴连接；所述分配室、分液管的数量与所述蒸发器的流路数量相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的膨胀机利用高压液体制冷剂带动旋转叶轮，驱动旋转叶轮高速旋转形成径向射流，均匀地供给蒸发器的各流路，同时，旋转叶轮能够驱动发电机发电，既实现了向蒸发器各流路的均匀供液，提高蒸发器的换热性能，改善制冷系统效率，又回收了制冷系统中的节流损失，降低不可逆损失，提高系统效率，节约了能源。

2、本发明的制冷系统通过采用具有均匀分液功能的透平膨胀机实现了向蒸发器各流路的均匀供液，提高蒸发器的换热性能，改善制冷系统效率。

3、本发明的制冷系统中将节流降压机构和蒸发器的分液设备做成一个设备，减少了系统中的设备数量，降低了成本。

附图说明

图1所示为本发明具有均匀分液功能的透平膨胀机的正视图；

图2所示为图1的左视图；

图3所示为图1的俯视图；

图4所示为图1的A-A剖视图；

图5所示为制冷系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的具有均匀分液功能的透平膨胀机的示意图如图1-图4所示，包括圆柱形的分配体7，所述分配体7内部设置有中心的供液腔12和圆周上的环形分配腔，所述环形分配腔内通过隔板10分隔成多个分配室11，每个所述分配室11上分别连通有分液管8，所述分配体7一端面中心安装有与中心的所述供液腔12连通的高压制冷剂供液管9，所述供液腔12内部安装有穿过所述分配体另一端面的自由转动的旋转轴6，所述旋转轴6位于所述供液腔内部的部分上安装有多个旋转叶轮13。每个所述分配室11内侧设置有朝向所述供液腔的开口14。多个所述分配室11上的开口14长度相等。所述高压制冷剂供液管9、旋转轴6、多个旋转叶轮13、供液腔12和环形分配腔共轴线。

所述分配室11和分液管8以所述环形分配腔中心线为中心呈圆形阵列布置。

本发明的制冷系统的示意图如图5所示，包括压缩机1、冷凝器2、透平膨胀机3和蒸发器4，所述透平膨胀机3的示意图如图1-图4所示，包括圆柱形的分配体7，所述分配体7内部设置有中心的供液腔12和圆周上的环形分配腔，所述环形分配腔内通过隔板10分隔成多个分配室11，每个所述分配室11上分别连通有分液管8，所述分配体7一端面中心安装有与中心的所述供液腔12连通的高压制冷剂供液管9，所述供液腔12内部安装有穿过所述分配体另一端面的自由转动的旋转轴6，所述旋转轴6位于所述供液腔内部的部分上安装有多个旋转叶轮13。每个所述分配室11内侧设置有朝向所述供液腔的开口14。多个所述分配室11上的开口14长度相等。所述高压制冷剂供液管9、旋转轴6、多个旋转叶轮13、供液腔12和环形分配腔共轴线。所述压缩机1的出口与所述冷凝器2的进口连接，所述冷凝器2的出口与所述高压制冷剂供液管9的入口连接，每个所述分液管8分别与所述蒸发器4的某一流路入口连接，所述蒸发器4的出口与所述压缩机1的进口连接。所述旋转轴6与发电机5的输入轴连接。所述分配室11、分液管8的数量与所述蒸发器4的流路数量相同。

由压缩机1排出的高温高压的气体制冷剂进入冷凝器2放热，冷凝为高压中温的液体制冷剂，然后通过高压制冷剂供液管8进入具有均匀分液功能的膨胀机3的供液腔12内，高压液体制冷剂驱动旋转叶轮13以及旋转轴6转动。旋转叶轮13在旋转过程中使液体制冷剂形成径向射流，通过分配室上的开口14流入各分配室11，再从各个分配室进入分液管8，通过分液管8均匀地供给蒸发器4的各流路供液，制冷剂在蒸发器内蒸发制冷，然后返回压缩机，完成一个循环。同时，旋转轴6带动发电机5发电。在旋转叶轮13高速旋转下，每一个旋转周期内，各分配室11所得制冷剂量仅与各分配室开口长度有关，各分配室开口长度相等，所以各分配室所得制冷剂量相等。从而实现利用制冷剂高压能量发电和向蒸发器各流路的均匀供液。

本发明的膨胀机利用高压液体制冷剂带动旋转叶轮，驱动旋转叶轮高速旋转形成径向射流，均匀地供给蒸发器的各流路，同时，旋转叶轮能够驱动发电机发电，既实现了向蒸发器各流路的均匀供液，提高蒸发器的换热性能，改善制冷系统效率，又回收了制冷系统中的节流损失，降低不可逆损失，提高了系统效率，节约了能源。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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)

1.一种具有均匀分液功能的透平膨胀机，其特征在于，包括圆柱形的分配体，所述分配体内部设置有中心的供液腔和圆周上的环形分配腔，所述环形分配腔通过隔板分隔成多个分配室，每个所述分配室上分别连通有分液管，所述分配体一端面中心安装有与中心的所述供液腔连通的高压制冷剂供液管，所述供液腔内部安装有穿过所述分配体另一端面的自由转动的旋转轴，所述旋转轴位于所述供液腔内部的部分上安装有多个旋转叶轮；每个所述分配室内侧设置有朝向所述供液腔的开口；多个所述分配室上的开口长度相等；所述高压制冷剂供液管、旋转轴、多个旋转叶轮、供液腔和环形分配腔共轴线。

2.根据权利要求1所述的具有均匀分液功能的透平膨胀机，其特征在于，所述分配室和分液管以所述环形分配腔中心线为中心呈圆形阵列布置。

3.一种使用权利要求1或2所述的透平膨胀机的制冷系统，其特征在于，包括压缩机、冷凝器、透平膨胀机和蒸发器，所述透平膨胀机包括圆柱形的分配体，所述分配体内部设置有中心的供液腔和圆周上的环形分配腔，所述环形分配腔通过隔板分隔成多个分配室，每个所述分配室上分别连通有分液管，所述分配体一端面中心安装有与中心的所述供液腔连通的高压制冷剂供液管，所述供液腔内部安装有穿过所述分配体另一端面的自由转动的旋转轴，所述旋转轴位于所述供液腔内部的部分上安装有多个旋转叶轮；每个所述分配室内侧设置有朝向所述供液腔的开口；多个所述分配室上的开口长度相等；所述高压制冷剂供液管、旋转轴、多个旋转叶轮、供液腔和环形分配腔共轴线；所述压缩机的出口与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与所述高压制冷剂供液管的入口连接，每个所述分液管分别与所述蒸发器的某一流路入口连接，所述蒸发器的出口与所述压缩机的进口连接；所述旋转轴与发电机的输入轴连接;所述分配室、分液管的数量与所述蒸发器的流路数量相同。