CN105423613A - 一种机械增压式太阳能喷射制冷系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械增压式太阳能喷射制冷系统及方法，系统包括：冷凝器、压缩机以及蒸发器，其中，还包括：太阳能集热器；发生器，发生器与太阳能集热器连接，冷凝器与发生器连接；喷射器，发生器与喷射器连接，压缩机、喷射器以及冷凝器依次连接；以及两相膨胀机，两相膨胀机通过联轴器与压缩机连接以驱动压缩机工作，冷凝器、两相膨胀机、蒸发器以及压缩机依次连接。该系统利用两相膨胀机替代膨胀阀回收液态循环工质的压力能并通过联轴器驱动压缩机压缩来自蒸发器的低温低压循环工质蒸气，与普通太阳能喷射制冷或传统机械增压式喷射制冷系统相比，提高了循环工质单位质量制冷量，进而提高喷射制冷系统的性能系数。

Description

一种机械增压式太阳能喷射制冷系统及方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种增压式太阳能喷射制冷系统及方法。

背景技术

太阳能喷射制冷由于其可利用低品位热源、较好的环保性能、运行维护方便等优点，因而受到了广泛关注。

由于太阳能喷射制冷系统性能系数较低，故在使用和推广上受到了制约。为了提高喷射制冷系统的性能系数，提出了一些喷射式复合制冷系统，如机械增压式喷射制冷系统、吸收—喷射制冷系统、吸附—喷射制冷系统等。

虽然常规机械增压式喷射制冷系统性能系数较普通太阳能喷射制冷系统高，但是需要消耗高品位的机械能；而吸收—喷射制冷系统、吸附—喷射制冷系统工艺比较复杂，设备较庞大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械增压式太阳能喷射制冷系统及方法，从而克服普通太阳能喷射制冷系统性能系数较低的缺点。

本发明的另一目的在于提供一种机械增压式太阳能喷射制冷系统及方法，从而克服常规机械增压式喷射制冷系统需要消耗高品位机械能的缺点。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种机械增压式太阳能喷射制冷系统，包括：冷凝器、压缩机以及蒸发器，其中，还包括：太阳能集热器，其用于加热传热介质；发生器，所述发生器与所述太阳能集热器连接，所述冷凝器与所述发生器连接，所述发生器汽化从所述冷凝器冷凝后流出的一部分液态循环工质以获得过热气态循环工质及低温传热介质，所述低温传热介质回流至所述太阳能集热器；喷射器，所述发生器与所述喷射器连接，所述压缩机、所述喷射器以及所述冷凝器依次连接，使得所述过热气态循环工质抽吸并压缩来自所述压缩机的引射循环工质，两者混合后进入所述冷凝器冷凝；以及两相膨胀机，所述两相膨胀机通过联轴器与所述压缩机连接以驱动所述压缩机工作，所述冷凝器、所述两相膨胀机、所述蒸发器以及所述压缩机依次连接，使得由所述冷凝器冷凝后流出的另一部分液态循环工质经所述两相膨胀机减压后进入所述蒸发器，由所述蒸发器汽化后经所述压缩机升压后作为所述引射循环工质进入所述喷射器。

根据本发明的另一方面，提供了一种机械增压式太阳能喷射制冷方法，包括以下步骤：提供太阳能喷射制冷系统，所述太阳能喷射制冷系统包括：太阳能集热器、发生器、冷凝器、喷射器、压缩机、两相膨胀机以及蒸发器；所述太阳能集热器将传热介质加热后进入所述发生器加热来自所述冷凝器冷凝后流出的一部分液态循环工质以获得过热气态循环工质及低温传热介质，所述低温传热介质回流至所述太阳能集热器；所述过热气态循环工质抽吸并压缩来自所述压缩机的引射循环工质，两者混合后进入所述冷凝器冷凝；冷凝后的另一部分液态循环工质经所述两相膨胀机减压后进入所述蒸发器，由所述蒸发器汽化后经所述压缩机升压后作为所述引射循环工质进入所述喷射器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明利用两相膨胀机替代膨胀阀回收液态循环工质的压力能并通过联轴器驱动压缩机压缩来自蒸发器的低温低压循环工质蒸气，与传统机械增压式喷射制冷系统相比可充分回收液态循环工质的压力能，提高制冷剂单位质量制冷量，进而提高喷射制冷系统性能系数。

2.本发明利用两相膨胀机回收的压力能驱动压缩机压缩来自蒸发器的低温低压工质蒸气，提高了喷射器引射循环工质的压力和温度，从而提高喷射器的喷射系数，提升喷射制冷系统性能系数。

附图说明

图1是根据本发明增压式太阳能喷射制冷系统的结构图。

图2是根据本发明增压式喷射制冷系统循环工质对应的lgP-h图。

主要附图标记说明：

1-发生器、2-喷射器、3-冷凝器、4-第一工质泵、5-两相膨胀机、6-蒸发器、7-压缩机、8-联轴器、9-太阳能集热器、10-第二工质泵、1a-发生器第一进口、1b-发生器第一出口、1c-发生器第二进口、1d-发生器第二出口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1显示了根据本发明优选实施方式的增压式太阳能喷射制冷系统的结构示意图。如图1所示，该太阳能喷射制冷系统包括：太阳能集热器9、发生器1、冷凝器3、喷射器2、第一工质泵4、第二工质泵10、压缩机7、两相膨胀机5以及蒸发器6；其中，上述部件在该装置中所起到的作用如下：

发生器1，用于利用从太阳能集热器9出来的高温传热介质加热并汽化来自第一工质泵4的液态循环工质；

喷射器2，用于利用来自发生器1的高温高压气态循环工质抽吸并压缩来自压缩机7的引射循环工质；

冷凝器3，用于将来自喷射器2的混合循环工质冷凝为液态；

第一工质泵4，用于将来自冷凝器3的低温液体循环工质送入发生器1；

两相膨胀机5，用于回收液态循环工质的压力能；

蒸发器6，用于使低温低压液态循环工质汽化；

压缩机7，用于提升来自蒸发器6的低温低压循环工质蒸气的温度和压力；

联轴器8，其为动力传输装置，将两相膨胀机8产生的动力传输到压缩机7；

太阳能集热器9，用于吸收太阳辐射并将热能传递给传热介质；

第二工质泵10，用于输送传热介质至太阳能集热器9。

继续参考图1，发生器第一进口1a与太阳能集热器9的出液口连接，发生器第一出口1b与太阳能集热器9的进液口连接，冷凝器3的液相出口通过第一工质泵4与发生器第二进口1c连接，以将来自冷凝器3的一部分液态循环工质送入发生器1，使得传热介质能够汽化液态循环工质以获得过热气态循环工质及低温传热介质，低温传热介质通过第二工质泵10送入太阳能集热器9；发生器第二出口1d与喷射器2的工作循环工质入口连接，压缩机7的出口与喷射器2的引射循环工质入口连接，喷射器2的出口冷凝器3的气相入口连接，使得过热流体与来自压缩机7的引射循环工质在喷射器2中混合增压，增压后的混合循环工质进入冷凝器3冷凝；两相膨胀机5通过联轴器8与压缩机7连接以驱动压缩机7，两相膨胀机5的进液口与冷凝器3的液相出口连接，出液口与蒸发器6进液口连接，蒸发器6的出气口与压缩机7的进气口连接，使得由冷凝器3流出的另一部分液态循环工质经两相膨胀机5减压后进入蒸发器3，在蒸发器3中汽化后由压缩机7升压后作为引射循环工质进入喷射器2。

下面，通过两个应用实施例，详细阐述该实施例中的增压式太阳能喷射制冷系统的工作过程：

实施例1：

本实施例中，传热介质为水，循环工质为R1234yf，如图1、图2所示，具体流程步骤如下：

水在太阳能集热器9中被加热后进入发生器1加热来自第一工质泵4的液态R1234yf，从发生器1出来的低温水经第二工质泵10送回太阳能集热器。液态R1234yf在发生器1内被加热汽化，变为饱和或过热的R1234yf蒸气(状态C1)，进入喷射器2抽吸并压缩来自压缩机7的R1234yf蒸气(状态C7)。混合后的R1234yf蒸气(状态C2)进入冷凝器3冷凝，冷凝后的R1234yf液体(状态C3)分为两路，一路经第一工质泵4升压(状态C4)后送入发生器1，另一路经膨胀机5减压变为两相R1234yf流体(状态C5)后进入蒸发器6吸热蒸发。从蒸发器6出来的低压R1234yf蒸气(状态C6)经由膨胀机5通过联轴器8驱动的压缩机7升压(状态C7)后作为引射流体进入喷射器2。

在本实施例中，R1234yf在发生器1中的发生压力为3MPa，发生温度为90℃，R1234yf在发生器1出口过热度为10℃。

在本实施例中，R1234yf在冷凝器3中的冷凝温度为35℃。

在本实施例中，R1234yf在蒸发器6内的蒸发温度为5℃，过热度为2℃。

在本实施例中，从蒸发器6出来的低温低压R1234yf蒸气进入压缩机7，压缩机7的压缩比为1.1左右。

实施例2：

本实施例中，传热介质为水，循环工质为丙烷，如图1、图2所示，具体流程步骤如下：

水在太阳能集热器9中被加热后进入发生器1加热来自第一工质泵4的液态丙烷，从发生器1出来的低温水经第二工质泵10送回太阳能集热器。液态丙烷在发生器1内被加热汽化，变为饱和或过热的丙烷蒸气，进入喷射器2抽吸并压缩来自压缩机7的丙烷蒸气(状态C7)。混合后的丙烷蒸气进入冷凝器3冷凝，冷凝后的丙烷液体分为两路，一路经第一工质泵4送入发生器1，另一路经两相膨胀机5减压后进入蒸发器6。从蒸发器6出来的低压丙烷蒸气经由两相膨胀机5通过联轴器8驱动的压缩机7升压后作为引射流体进入喷射器2。

在本实施例中，丙烷在发生器1中的发生压力为3.75MPa，发生温度为90℃，在发生器1出口的过热度为10℃。

在本实施例中，丙烷在冷凝器3中的冷凝温度为35℃。

在本实施例中，丙烷在蒸发器6内的蒸发温度为5℃。

在本实施例中，从蒸发器6出来的低温低压丙烷蒸气进入压缩机7，压缩机7的压缩比为1.1。

实施例1～2中的循环工质并不限于R1234yf、丙烷等，喷射器的压缩比一般为2～3，压缩机7的压缩比一般为1.05～1.15。

综上，本发明利用两相膨胀机替代膨胀阀回收液态循环工质的压力能并通过联轴器驱动压缩机压缩来自蒸发器的低温低压循环工质蒸气，与传统机械增压式喷射制冷系统相比可充分回收液态循环工质的压力能，其一提高了制冷剂单位质量制冷量，从而提高喷射制冷系统性能系数；其二提高了喷射器引射流体的压力和温度，从而提高喷射器的喷射系数、提升喷射制冷系统性能系数。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种机械增压式太阳能喷射制冷系统，包括：冷凝器、压缩机以及蒸发器，其特征在于，还包括：

太阳能集热器，其用于加热传热介质；

发生器，该发生器与所述太阳能集热器连接，所述冷凝器与所述发生器连接，使得所述传热介质于所述发生器中汽化从所述冷凝器冷凝后流出的一部分液态循环工质以获得过热气态循环工质及低温传热介质，所述低温传热介质回流至所述太阳能集热器；

喷射器，该喷射器与所述发生器连接，所述压缩机、所述喷射器以及所述冷凝器依次连接，使得所述过热气态循环工质抽吸并压缩来自所述压缩机的引射循环工质，两者混合后进入所述冷凝器冷凝；以及

两相膨胀机，该两相膨胀机通过联轴器与所述压缩机连接以驱动所述压缩机工作，所述冷凝器、所述两相膨胀机、所述蒸发器以及所述压缩机依次连接，使得由所述冷凝器冷凝后流出的另一部分液态循环工质经所述两相膨胀机减压后进入所述蒸发器，由所述蒸发器汽化后再经所述压缩机升压后作为所述引射循环工质进入所述喷射器。

2.根据权利要求1所述的增压式太阳能喷射制冷系统，其特征在于，还包括第一工质泵，其连接于所述发生器与所述冷凝器之间，用于将来自所述冷凝器的液态循环工质送入所述发生器。

3.根据权利要求1所述的增压式太阳能喷射制冷系统，其特征在于，还包括第二工质泵，其连接于所述蒸发器与所述太阳能集热器之间，用于将来自所述发生器的低温传热介质送入所述太阳能集热器。

4.根据权利要求1所述的增压式太阳能喷射制冷系统，其特征在于，所述传热介质为水。

5.根据权利要求1所述的增压式太阳能喷射制冷系统，其特征在于，液所述态循环工质为R1234yf或丙烷。

6.一种机械增压式太阳能喷射制冷方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供太阳能喷射制冷系统，所述太阳能喷射制冷系统包括：太阳能集热器、发生器、冷凝器、喷射器、压缩机、两相膨胀机以及蒸发器；

所述太阳能集热器将传热介质加热后进入所述发生器加热来自所述冷凝器冷凝后流出的一部分液态循环工质以获得过热气态循环工质及低温传热介质，所述低温传热介质回流至所述太阳能集热器；

所述过热气态循环工质抽吸并压缩来自所述压缩机的引射循环工质，两者混合后进入所述冷凝器冷凝；

冷凝后的另一部分液态循环工质经所述两相膨胀机减压后进入所述蒸发器，由所述蒸发器汽化后经所述压缩机升压后作为所述引射循环工质进入所述喷射器。

7.根据权利要求6所述的增压式太阳能喷射制冷方法，其特征在于，还包括第一工质泵，用于将来自所述冷凝器的一部分液态循环工质送入所述发生器。

8.根据权利要求6所述的增压式太阳能喷射制冷方法，其特征在于，还包括第二工质泵，用于将来自所述发生器的低温传热介质送入所述太阳能集热器。