CN105509359A - 一种相变波转子自复叠制冷系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

一种相变波转子自复叠制冷系统及其工作方法，属于机械制冷技术领域。该相变波转子自复叠制冷系统的增压装置由相变波转子增压器和蒸汽压缩机构成，可充分利用相变波转子非定常增压特性和携带液滴的能力，从而有效降低压缩机压比，实现低温升、预增压的目的。制冷剂经相变波转子增压器预增压后，经蒸汽压缩机及冷凝器，分为低温与高温制冷剂两路：低温制冷剂经自复叠过冷器降温后，经低温节流阀和蒸发器完成制冷过程，然后进入相变波转子增压器低压蒸汽入口；高温制冷剂经高温节流阀和自复叠过冷器后，进入相变波转子增压器驱动蒸汽入口。该系统可使用单一或混合制冷剂进行制冷循环，比常规复叠制冷系统具有结构简单，适用范围广等优势。

Description

一种相变波转子自复叠制冷系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种相变波转子自复叠制冷系统及其工作方法，属于机械制冷技术领域。
背景技术
随着国民经济的高速发展，更低温度的需求越来越高。目前在制取较低温度的场合，单级蒸汽压缩式制冷循环已经无法满足要求，复叠式制冷循环已被广泛应用。然而经典的复叠制冷系统随着复叠级数的增加，又会使系统结构复杂、成本增加。相比于传统复叠制冷系统，自复叠系统作为一种特殊的复叠系统，具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。但是自复叠系统的高温制冷剂与低温制冷剂在压缩前的简单混合，无法达到充分的低温增压效果，从而导致单级压缩机压比过大、排气温度过高、制冷性能降低等问题。
采用基于非定常增压特性的相变波转子增压器，其效率高于传统稳定增压过程的增压效率。该技术无需活塞或叶片等部件，仅通过产生的运动激波就可高效完成高、低压流体间的直接能量交换，有效降低压缩机压比，提高系统制冷性能。如果将发明专利CN102606547A、CN102606548A、CN103206801A及CN103206800A所提出的核心设备的增压机制与自复叠制冷系统进行复迭，就构成本项发明的主要思想。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种相变波转子自复叠制冷系统及其工作方法，其目的在于在自复叠制冷循环装置中引入相变波转子增压器，利用相变波转子增压器的特性，完成低温升、预增压的目的。
本发明采用的技术方案是：一种相变波转子自复叠制冷系统，它包括自复叠制冷装置和增压装置，所述自复叠制冷装置包含冷凝器、高温节流阀、不凝气泵、低温节流阀、蒸发器，它还包括一个自复叠过冷器，所述自复叠过冷器将高温制冷剂与低温制冷剂进行热量交换，并同时排出不凝气，所述增压装置由相变波转子增压器和蒸汽压缩机构成，所述相变波转子增压器的中压蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口连接，蒸汽压缩机的出口与冷凝器入口连接，冷凝器出口分成两路：一路与自复叠过冷器的热端入口相连，自复叠过冷器的热端出口与低温节流阀入口连接，低温节流阀的出口与蒸发器的冷端入口连接，蒸发器的冷端出口与相变波转子增压器的低压蒸汽入口连接；另一路与高温节流阀的入口连接，高温节流阀的出口与自复叠过冷器的冷端入口连接，自复叠过冷器的冷端出口与相变波转子增压器的驱动蒸汽入口连接；自复叠过冷器的不凝气出口与不凝气泵连接；蒸发器的热端入口与出口同被冷却介质管路连接。
一种相变波转子自复叠制冷系统的工作方法采用下列步骤：
通入相变波转子增压器驱动蒸汽入口的高压蒸汽经过等熵膨胀过程与通入相变波转子增压器低压蒸汽入口的低压饱和蒸汽经过低于等熵压缩后等压混合成中压蒸汽，然后经由增压蒸汽出口排出，并进入蒸汽压缩机压缩成高温高压过热蒸汽，经冷凝器后以高压饱和液体形式分为低温制冷剂与高温制冷剂两路；低温制冷剂经自复叠过冷器排出不凝气并降温为过冷液体，通过低温节流阀降温降压至设定温度，以低温低压气液混合物形式进入蒸发器，定压吸热转换为低压饱和蒸汽完成制冷循环，然后作为相变波转子增压器的低压蒸汽；高温制冷剂经高温节流阀降温降压后，通入自复叠过冷器吸热，以高温高压蒸汽形式作为相变波转子增压器的驱动蒸汽。
本发明的有益效果是：
1、相变波转子增压器的驱动蒸汽由自复叠系统余热提供，达到节能、环保的目的；
2、相变波转子增压器的非定常增压特性，可有效降低蒸汽压缩机的压比，实现低温升、预增压效果。
3、相变波转子增压器除具有增压特性外，还具备优秀的带液操作性能，另外拥有结构尺寸小、转速低、易于开发设备等优势。
4、自复叠过冷器的使用，可以大大简化自复叠系统的结构，降低成本。
附图说明
图1是一种相变波转子自复叠制冷系统图。
图2是相变波转子自复叠制冷系统的p-h图。
图中：1、相变波转子增压器，2、蒸汽压缩机，3、冷凝器，4、高温节流阀，5、不凝气泵，6、自复叠过冷器，7、低温节流阀，8、蒸发器；HP、驱动蒸汽入口，LP、低压蒸汽入口，MP、增压蒸汽出口。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进一步详细说明。
实施例1利用混合冷剂的相变波转子自复叠制冷系统。
图1示出了一种混合制冷剂的相变波转子自复叠制冷系统。图中混合制冷剂的相变波转子自复叠制冷系统包括自复叠制冷装置和增压装置。自复叠制冷装置包含冷凝器3、高温节流阀4、不凝气泵5、低温节流阀7、蒸发器8和自复叠过冷器6，采用自复叠过冷器6将高温制冷剂与低温制冷剂进行热量交换，并同时排出不凝气。所述增压装置由相变波转子增压器1和蒸汽压缩机2构成。所述相变波转子增压器1的中压蒸汽出口Mp与蒸汽压缩机2的入口连接，蒸汽压缩机2的出口与冷凝器3入口连接，冷凝器3出口分成两路，一路与自复叠过冷器6的热端入口相连，自复叠过冷器6的热端出口与低温节流阀7入口连接，低温节流阀7的出口与蒸发器8的冷端入口连接，蒸发器8的冷端出口与相变波转子增压器1的低压蒸汽入口Lp连接；另一路与高温节流阀4的入口连接，高温节流阀4的出口与自复叠过冷器6的冷端入口连接，自复叠过冷器6的冷端出口与相变波转子增压器1的驱动蒸汽入口Hp连接；自复叠过冷器6的不凝气出口与不凝气泵5连接；蒸发器8的热端入口与出口同被冷却介质管路连接。
通入相变波转子增压器1驱动蒸汽入口Hp的高压蒸汽经过等熵膨胀过程与通入相变波转子增压器1低压蒸汽入口Lp的低压饱和蒸汽经过低于等熵压缩后等压混合成中压蒸汽，然后经由增压蒸汽出口Mp排出，并进入蒸汽压缩机2压缩成高温高压过热蒸汽，经冷凝器3后以高压饱和液体形式分为低温制冷剂与高温制冷剂两路；低温制冷剂经自复叠过冷器6排出不凝气并降温为过冷液体，通过低温节流阀7降温降压至设定温度，以低温低压气液混合物形式进入蒸发器8，定压吸热转换为低压饱和蒸汽完成制冷循环，然后作为相变波转子增压器1的低压蒸汽；高温制冷剂经高温节流阀4降温降压后，通入自复叠过冷器6吸热，以高温高压蒸汽形式作为相变波转子增压器1的驱动蒸汽。
图2是混合制冷剂的相变波转子自复叠制冷系统的p-h图，从图中可以看出点Fa处高压过热蒸气在相变波转子增压器1中等熵膨胀至Fa'处与点A处的低压饱和蒸汽在相变波转子增压器1中经过低于等熵压缩至A'处等压混合至B处，B处的过热蒸汽经蒸汽压缩机2压缩至C处高温高压过热蒸汽，通过冷凝器3等压降温至D处高压饱和液体，D处高压饱和液被分成低温制冷剂和高温制冷剂两路：低温制冷剂经过自复叠过冷器6换热降温达到G点高压过冷液并通过不凝气泵5排出不凝气，经过低温节流阀7等焓降温、降压至H处低压过饱和蒸气，通过蒸发器8换热、升温达到A处低压饱和蒸气完成制冷循环，然后通入相变波转子增压器1的低压蒸汽入口Lp；高温制冷剂经过高温节流阀4等焓降温、降压至E处高压过饱和蒸气，经自复叠过冷器6换热升温达到Fa点高压过热和蒸汽状态并通入相变波转子增压器1驱动蒸汽入口Hp。
实施例2采用单一制冷剂的多级蒸汽压缩制冷系统
原则流程和设备布置方式不变，将混合制冷剂换成单一制冷剂，可实现利用单一制冷剂的多级蒸汽压缩制冷系统。
点Fb处高压过饱和蒸气在相变波转子增压器1中等熵膨胀至Fb'处与点A处的低压饱和蒸汽在相变波转子增压器1中经过低于等熵压缩至A'处等压混合至B处，B处的过热蒸汽经蒸汽压缩机2压缩至C处高温高压过热蒸汽，通过冷凝器3等压降温至D处高压饱和液体，D处高压饱和液被分成低温制冷剂和高温制冷剂两路：低温制冷剂经过自复叠过冷器6换热降温达到G点高压过冷液并通过不凝气泵5排出不凝气，经过低温节流阀7等焓降温、降压至H处低压过饱和蒸气，通过蒸发器8换热、升温达到A处低压饱和蒸气完成制冷循环，然后通入相变波转子增压器1的低压蒸汽入口Lp；高温制冷剂经过高温节流阀4等焓降温、降压至E处高压过饱和蒸气，经自复叠过冷器6换热升温达到Fb点高压过饱和蒸汽状态并通入相变波转子增压器1驱动蒸汽入口Hp。

Claims (2)

1.一种相变波转子自复叠制冷系统，它包括自复叠制冷装置和增压装置，所述自复叠制冷装置包含冷凝器（3）、高温节流阀（4）、不凝气泵（5）、低温节流阀（7）、蒸发器（8），其特征是：它还包括一个自复叠过冷器（6），所述自复叠过冷器（6）将高温制冷剂与低温制冷剂进行热量交换，并同时排出不凝气，所述增压装置由相变波转子增压器（1）和蒸汽压缩机（2）构成，所述相变波转子增压器（1）的中压蒸汽出口（Mp）与蒸汽压缩机（2）的入口连接，蒸汽压缩机（2）的出口与冷凝器（3）入口连接，冷凝器（3）出口分成两路：一路与自复叠过冷器（6）的热端入口相连，自复叠过冷器（6）的热端出口与低温节流阀（7）入口连接，低温节流阀（7）的出口与蒸发器（8）的冷端入口连接，蒸发器（8）的冷端出口与相变波转子增压器（1）的低压蒸汽入口（Lp）连接；另一路与高温节流阀（4）的入口连接，高温节流阀（4）的出口与自复叠过冷器（6）的冷端入口连接，自复叠过冷器（6）的冷端出口与相变波转子增压器（1）的驱动蒸汽入口（Hp）连接；自复叠过冷器（6）的不凝气出口与不凝气泵（5）连接；蒸发器（8）的热端入口与出口同被冷却介质管路连接。
2.根据权利要求1所述的一种相变波转子自复叠制冷系统的工作方法，其特征是：所述工作方法采用下列步骤：
通入相变波转子增压器（1）驱动蒸汽入口（Hp）的高压蒸汽经过等熵膨胀过程与通入相变波转子增压器（1）低压蒸汽入口（Lp）的低压饱和蒸汽经过低于等熵压缩后等压混合成中压蒸汽，然后经由增压蒸汽出口（Mp）排出，并进入蒸汽压缩机（2）压缩成高温高压过热蒸汽，经冷凝器（3）后以高压饱和液体形式分为低温制冷剂与高温制冷剂两路；低温制冷剂经自复叠过冷器（6）排出不凝气并降温为过冷液体，通过低温节流阀（7）降温降压至设定温度，以低温低压气液混合物形式进入蒸发器（8），定压吸热转换为低压饱和蒸汽完成制冷循环，然后作为相变波转子增压器（1）的低压蒸汽；高温制冷剂经高温节流阀（4）降温降压后，通入自复叠过冷器（6）吸热，以高温高压蒸汽形式作为相变波转子增压器（1）的驱动蒸汽。
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