CN106969556A - 一种闪发式经济器及制冷循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及制冷循环技术领域，公开了一种闪发式经济器及制冷循环系统，该闪发式经济器包括顶部、中部和底部，闪发式经济器的中部设置有进液口，该进液口用于连接制冷循环系统中的一次节流膨胀阀且用于接收一次节流膨胀阀排出的气液两相混合体，其顶部设置有出气口，该出气口用于连接制冷循环系统中的阀前压力控制阀并在阀前压力控制阀的吸气作用下将气液两相混合体中的闪发气体排出至阀前压力控制阀，其底部设置有出液口，该出液口用于连接制冷循环系统中的二次节流膨胀阀且用于将气液两相混合体中的液体排出至二次节流膨胀阀进行二次节流。实施本发明实施例能够提高制冷循环系统的能效比。

Description

一种闪发式经济器及制冷循环系统

技术领域

本发明涉及制冷循环技术领域，具体涉及一种闪发式经济器及制冷循环 系统。

背景技术

闪发气体是制冷循环系统中的制冷剂循环经过节流装置时产生的，随着 节流后蒸发温度的下降，所产生的闪发气体在混合气液状态的流动体中所占 的比例会越来越大。由于闪发气体基本上无法吸收来自蒸发器的热量，如果 太多的闪发气体进入到给蒸发器供液的气液分离器或者低压循环桶等分离容 器中，这些闪发气体会占用分离容器的空间，使分离容器的分离能力快速下 降，进而降低了制冷循环系统的能效比；如果太多的闪发气体直接进入蒸发 器，这些闪发气体会占用蒸发器的蒸发空间，降低有效的蒸发面积，使蒸发 器的传热效率下降，进而降低了制冷循环系统的能效比。可见，当前的制冷 循环系统存在能效比较低的问题。

发明内容

本发明实施例公开了一种闪发式经济器及制冷循环系统，能够提高制冷 循环系统的能效比。

本发明实施例第一方面公开了一种闪发式经济器，所述闪发式经济器应 用于制冷循环系统中，其中：

所述闪发式经济器包括顶部、底部以及中部；

所述中部上设置有进液口，所述进液口用于连接所述制冷循环系统中的 一次节流膨胀阀且用于接收所述一次节流膨胀阀排出的气液两相混合体；

所述顶部设置有出气口，所述出气口用于连接所述制冷循环系统中的阀 前压力控制阀并在所述阀前压力控制阀的吸气作用下将所述气液两相混合体 中的闪发气体排出至所述阀前压力控制阀；

所述底部设置有出液口，所述出液口用于连接所述制冷循环系统中的二 次节流膨胀阀且用于将所述气液两相混合体中的液体排出至所述二次节流膨 胀阀进行二次节流。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述顶部和所 述底部均为椭圆形封头，所述中部为圆柱结构，所述中部的两端分别无缝连 接所述顶部和所述底部；

所述圆柱结构靠近所述底部的一端设置有液位集管接口，所述液位集管 接口用于连接液位指示管。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述圆柱结构 上还设置有安全阀接口以及融霜排液进液口，所述底部还设置有排污口。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，滞留在所述闪 发式经济器中的液滴制冷剂的流速V小于等于V_t，滞留在所述闪发式经济器 中的液滴制冷剂用于形成所述液体，其中：

其中，ρ_f为在所述闪发式经济器的当前蒸发温度下所述闪发式经济器中 饱和液体的密度，ρ_v为在所述当前蒸发温度下所述闪发式经济器中饱和气体 的密度，g为重力加速度，d为在所述当前蒸发温度下所述液滴制冷剂的直径， C_D为阻力系数。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述闪发式经 济器的制冷量为Q：

Q＝(V_t*S)÷m；

其中，S为所述圆柱结构的截面积且等于π*D²/4，m为在所述当前蒸发 温度下所述液态制冷剂的1KW的单位质量流量，D为所述圆柱结构的直径。

本发明实施例第二方面公开了一种制冷循环系统，所述制冷循环系统包 括本发明实施例第一方面公开的闪发式经济器。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例公开的闪发式经济器应用于制冷循环系统中，该闪发式经 济器包括顶部、中部和底部，且中部的两端分别无缝连接其顶部和其底部， 闪发式经济器的中部设置有进液口，该进液口用于连接制冷循环系统中的一 次节流膨胀阀且用于接收一次节流膨胀阀排出的气液两相混合体，其顶部设 置有出气口，该出气口用于连接制冷循环系统中的阀前压力控制阀并在阀前 压力控制阀的吸气作用下将气液两相混合体中的闪发气体排出至阀前压力控 制阀，其底部设置有出液口，该出液口用于连接制冷循环系统中的二次节流 膨胀阀且用于将气液两相混合体中的液体排出至二次节流膨胀阀进行二次节 流。可见，实施本发明实施例中的闪发式经济器减少制冷循环系统中的闪发 气体，有助于提高制冷循环系统的能效比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种制冷方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的一种闪发式经济器的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的一种制冷循环系统的结构示意图；

图4是本发明实施例公开的另一种制冷循环系统的结构示意图；

图5是本发明实施例公开的图3所示的制冷循环系统的压焓图；

图6是本发明实施例公开的图4所示的制冷循环系统的压焓图；

图7是本发明实施例公开的一种无经济器的制冷循环系统的压焓图；

图8是本发明实施例公开的一种RWFII222压缩机的参数示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种闪发式经济器及制冷循环系统，能够减少制冷 循环系统中的闪发气体，有助于提高制冷循环系统的能效比。以下分别进行 详细说明。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种制冷方法的流程示意图。其 中，图1所描述的制冷方法可以应用于制冷循环系统中，且该制冷循环系统可 以包括冷凝器、蒸发器以及压缩机，且还包括闪发式经济器、一次节流膨胀 阀、二次节流膨胀阀以及阀前压力控制阀。如图1所示，该制冷方法可以包括 以下操作：

101、一次节流膨胀阀对来自冷凝器的液态制冷剂进行节流膨胀，得到气 液两相混合体并排出至闪发式经济器。

102、闪发式经济器将上述气液两相混合体中的液体排出至二次节流膨胀 阀进行二次节流。

103、阀前压力控制阀吸入上述气液两相混合体中的闪发气体并对压缩机 进行补气。

104、二次节流膨胀阀对来自闪发式经济器的液体进行二次节流后排出至 蒸发器，以使进入蒸发器的液体蒸发吸收热量使物体冷却，蒸发器中的液体 蒸发后变成蒸发气体。

105、压缩机吸入上述蒸发气体，以及在上述闪发气体的冷却作用下对上 述蒸发气体进行混合压缩，得到高压气体，并将该高压气体排出至冷凝器， 以使冷凝器冷凝该高压气体得到上述液态制冷剂。

本发明实施例中，具体的，压缩机首先对上述蒸发气体进行压缩，压缩 之后，压缩机内温度升高，需要吸入阀前压力控制阀中的闪发气体对压缩机 进行冷却降温，压缩机在降温混合之后继续对剩余的蒸发气体进行压缩。

本发明实施例中，当液滴自由落体时，其同时会受到阻力和重力的作用， 液滴的运动速度越快，其受到的阻力就越大，当其受到的阻力和重力相等时， 液滴的运动速度达到最大，此时，液滴的最大运动速度为终端速度。若闪发 式经济器中的气体以终端速度向上移动，临界直径的液滴仍然悬浮，小于临 界直径的液滴被带走，而大于临界直径的液滴留下来(或分离下来)形成闪 发式经济器中的液体，这是闪发式经济器的气液分离原理。

本发明实施例中，液滴的重力G的表达式为：

其中，V₁为液滴的体积，其单位为m³，ρ_f为在闪发式经济器的当前蒸发温度 下闪发式经济器中饱和液体的密度，其单位为kg/m³，ρ_v为在闪发式经济器的 当前蒸发温度下闪发式经济器中饱和气体的密度，其单位为kg/m³，g为重力 加速度，其单位为m/s²，d为在闪发式经济器的当前蒸发温度下液滴制冷剂的 直径，其单位为m。且该液滴受到的浮力F的表达式为：

其中，C_D为阻力系数，S₁为液滴的截面积，d为在闪发式经济器的当前蒸发温 度下液滴制冷剂的直径，V₂为闪发式经济器中气体与液滴下落的相对速度。

由于临界直径的液滴仍然悬浮，且液滴悬浮的条件是重力与阻力相等， 将式(1-1)和式(1-2)合并得到的V₂即为分离速度V_t，流速V小于等于分离 速度V_t的液滴滞留在上述闪发式经济器中形成上述液体，且分离速度V_t的表 达式为：

其中，不同的制冷剂对应不同的阻力系数。

本发明实施例中，上述闪发式经济器的制冷量为Q，且其计算公式为：

Q＝(V_t*S)÷m； (1-4)

其中，S为上述闪发式经济器的截面积且等于π*D²/4，m为在闪发式经 济器的当前蒸发温度下上述液态制冷剂的1KW的单位质量流量，D为上述闪 发式经济器的容器直径。

需要说明的是，步骤101-105为制冷循环系统中的其中一个制冷流程。

可见，实施图1所描述的制冷方法能够通过二次节流以及使用闪发式经济 器的方式减少制冷循环系统中进入到蒸发器的闪发气体，有助于提高制冷循 环系统的能效比。

实施例二

请参阅图2，图2是本发明实施例公开的一种闪发式经济器的结构示意 图。其中，图2所示的闪发式经济器可以应用在制冷循环系统中，可选的， 该制冷循环系统还可以包括冷凝器、蒸发器、压缩机、一次节流膨胀阀、二 次节流膨胀阀以及阀前压力控制阀的。如图2所示，该闪发式经济器包括顶 部、中部和底部，可选的，顶部和底部可以均为椭圆形封头，该闪发式经济 器的中部可以为圆柱结构，进一步可选的，该闪发式经济器的中部的两端分 别无缝连接该闪发式经济器的顶部和该闪发式经济器的底部。

该闪发式经济器的圆柱结构上设置有进液口B，该进液口B用于连接制 冷循环系统中的一次节流膨胀阀且用于接收一次节流膨胀阀排出的气液两相 混合体；该闪发式经济器的顶部设置有出气口A，该出气口A用于连接制冷 循环系统中的阀前压力控制阀并在阀前压力控制阀的吸气作用下将气液两相 混合体中的闪发气体排出至阀前压力控制阀；该闪发式经济器的底部设置有 出液口C，该出液口C用于连接制冷循环系统中的二次节流膨胀阀且用于将 气液两相混合体中的液体排出至二次节流膨胀阀进行二次节流。

可选的，如图2所示，该闪发式经济器的圆柱结构靠近该闪发式经济器 底部的一端设置有液位集管接口E，该液位集管接口用于连接液位指示管， 这样有利于观察该闪发式经济器内部的液面高度。

进一步可选的，如图2所示，该闪发式经济器的圆柱结构上还设置有安 全阀接口F以及融霜排液进液口H，且该闪发式经济器的底部还设置有排污 口G。其中，安全阀接口F用于保证闪发式经济器的安全性，排污口G有助 于排除油等杂物，融霜排液进液口F有利于闪发式经济器的节能以及提高闪 发式经济器的安全性。

由于临界直径的液滴仍然悬浮，且液滴悬浮的条件是重力与阻力相等， 将式(1-1)和式(1-2)合并得到的V₂即为分离速度V_t，流速V小于等于分离 速度V_t的液滴滞留在上述闪发式经济器中形成上述液体，且分离速度V_t的表 达式为：

其中，ρ_f为在闪发式经济器的当前蒸发温度下闪发式经济器中饱和液体 的密度，ρ_v为在在该当前蒸发温度下闪发式经济器中饱和气体的密度，g为 重力加速度，d为在该当前蒸发温度下液滴制冷剂的直径，C_D为阻力系数， 且不同的制冷剂对应不同的阻力系数。

本发明实施例中，上述闪发式经济器的制冷量为Q，且其计算公式为：

Q＝(V_t*S)÷m； (1-4)

其中，S为上述闪发式经济器的圆柱结构的截面积且等于π*D²/4，m为 在闪发式经济器的当前蒸发温度下上述液态制冷剂的1KW的单位质量流量， D为该圆柱结构的直径。

需要说明的是，图2中的a为闪发式经济器的竖截面示意图，图2中的 b为闪发式经济器的横截面示意图。

以RWFII222压缩机以及制冷剂为氨为例，该RWFII222压缩机的参数 可以如图8所示，图8是本发明实施例公开的一种RWFII222压缩机的参数 示意图，其中，图8中下划线部分为所需参数。如图8所示，补气负荷为 90.7KW，补气温度为-13.4℃，供液温度为35℃，利用上述V_t的计算公式以 及上述Q的计算公式计算得到闪发式经济器的直径D＝500mm，且闪发式经 济器中运行液面的高度处于260-600mm之间，则高液位报警液面到出气口的 高度H＝D_vessel/5(英寸)，其中，D_vessel为出气口的直径(英寸)。

可见，实施图2所描述的闪发式经济器能够减少制冷循环系统中进入到蒸 发器的闪发气体，有助于提高制冷循环系统的能效比。

实施例三

请参阅图3，图3是本发明实施例公开的一种制冷循环系统的结构示意 图。如图3所示，该制冷循环系统可以包括冷凝器、蒸发器、压缩机、闪发 式经济器、一次节流膨胀阀、二次节流膨胀阀以及阀前压力控制阀，且该制 冷循环系统中的闪发式经济器为图2所示的闪发式经济器。其中：

冷凝器的出口连接一次节流膨胀阀的入口，一次节流膨胀阀的出口连接 闪发式经济器的进液口，闪发式经济器的出气口连接阀前压力控制阀的入口， 闪发式经济器的出液口连接二次节流膨胀阀的入口，二次节流膨胀阀的出口 连接蒸发器的入口，蒸发器的出口连接压缩机的吸气口，压缩机的补气口连 接阀前压力控制阀的出口，压缩机的排气口连接冷凝器的入口。

其中，一次节流膨胀阀，用于对来自冷凝器的液态制冷剂进行节流膨胀， 得到气液两相混合体并排出至闪发式经济器；闪发式经济器，用于将气液两 相混合体中的液体排出至二次节流膨胀阀进行二次节流；阀前压力控制阀， 用于吸入气液两相混合体中的闪发气体并对压缩机进行补气；二次节流膨胀 阀，用于对来自闪发式经济器的液体进行二次节流后排出至蒸发器；蒸发器， 用于通过蒸发器中的液体蒸发吸收热量使物体冷却，蒸发器中的液体蒸发后 变成蒸发气体；压缩机，用于吸入蒸发气体，以及在来自阀前压力控制阀的 闪发气体的冷却作用下对吸入的蒸发气体进行混合压缩，得到高压气体，并 将高压气体排出至冷凝器；冷凝器，用于冷凝高压气体得到液态制冷剂。

由于临界直径的液滴仍然悬浮，且液滴悬浮的条件是重力与阻力相等， 将式(1-1)和式(1-2)合并得到的V₂即为分离速度V_t，流速V小于等于分离 速度V_t的液滴滞留在上述闪发式经济器中形成上述液体，且分离速度V_t的表 达式为：

其中，ρ_f为在闪发式经济器的当前蒸发温度下闪发式经济器中饱和液体 的密度，ρ_v为在当前蒸发温度下闪发式经济器中饱和气体的密度，g为重力 加速度，d为在当前蒸发温度下液滴制冷剂的直径，C_D为阻力系数。

本发明实施例中，上述闪发式经济器的制冷量为闪发式经济器的制冷量 为Q，且其计算公式为：

Q＝(V_t*S)÷m； (1-4)

其中，S为上述闪发式经济器的截面积且等于π*D²/4，m为在闪发式经 济器的当前蒸发温度下上述液态制冷剂的1KW的单位质量流量，D为上述闪 发式经济器的容器直径。

其中，相对于现有的不带经济器的制冷循环系统以及带有板式换热器或 壳式经济器的单级制冷循环系统来说，图3所描述的带有闪发式经济器且进 行二次节流的制冷循环系统的能效比较高，其中，带有板式换热器的单级制 冷循环系统的结构可以图4所示，图4是本发明实施例公开的又一种制冷循 环系统的结构示意图。其中，图3所示的制冷循环系统的压焓图可以如图5 所示，图5是本发明实施例公开的图3所示的制冷循环系统的压焓图；图4 所示的制冷循环系统的压焓图可以如图6所示，图6是本发明实施例公开的 图4所示的制冷循环系统的压焓图；不带经济器的制冷循环系统的压焓图可 以如图7所示，图7是本发明实施例公开的一种无经济器的制冷循环系统的 压焓图。且图3所示的制冷循环系统的能效比较高的原因如下：

如图7所示，Pd为排气压力，单位为KPa，Ps为吸气压力，单位为KPa， h1-h3为焓值，单位为KJ/kg，假定压缩机的质量流量为m(其单位为kg/s)， 则不带经济器的制冷循环系统的制冷量为Q1，且Q1＝m×(h2-h1)KW，该不 带经济器的制冷循环系统的输出功率为P1，且P1＝m×(h3-h2)KW，则该不 带经济器的制冷循环系统的能效比为EER1，且EER1＝Q1/P1＝(h2-h1)/ (h3-h2)；

如图6所示，Pd为排气压力，单位为KPa，Pe’为板式换热器压力，单位 为Kpa，Ps为吸气压力，单位为KPa，h1、h2、h3、h4’以及h5’为焓值，单 位为KJ/kg，假定压缩机吸气侧的质量流量为m(其单位为kg/s)，板式换 热器回路质量流量为m2(其单位为kg/s)，且压缩机总回路质量流量为m0 (其单位为kg/s)，则带板式换热器的单级制冷循环系统的制冷量为Q2，且 Q2＝m×(h2-h4’)＝m×(h2-h1)+m×(h1-h4’)KW，该带板式换热器的单级制冷 循环系统的输出功率为P2，且P2＝m×(h3-h2)+m2×(h3-h5’)KW，则该带板 式换热器的单级制冷循环系统的能效比为EER2＝Q2÷P2＝{m×(h2-h1)+m× (h1-h4’)}÷{m×(h3-h2)+m2×(h3-h5’)}，其中，m×(h1-h4’)＝m2×(h5’-h1)；

如图5所示，Pd为排气压力，单位为kPa，Pe为闪发式经济器压力，单 位为kPa，Ps为吸气压力，单位为kPa，h1-h5为焓值，单位为kJ/kg，假定 压缩机吸气侧的质量流量仍为m(其单位为kg/s)，闪发式经济器回路质量流 量为m2(其单位为kg/s)，压缩机总回路质量流量为m0(其单位为kg/s)，则 m0＝m+m2(kg/s)，则该带闪发式经济器的制冷循环系统的制冷量为Q3， 且Q3＝m×(h2-h4)KW＝m×(h2-h1)KW+m×(h1-h4)KW，其中，m× (h1-h4)＝m2×(h5-h1)是增量，由于质量流量的增加，该带闪发式经济器的制 冷循环系统的制冷量也得到了相应的提高，该带闪发式经济器的制冷循环系 统的输出功率为P3，且P3＝m×(h3-h2)KW+m2×(h3-h5)KW，其中，m2× (h3-h5)是增量，则该带闪发式经济器的制冷循环系统的能效比为EER3，且 EER3＝Q3÷P3＝{m×(h2-h1)+m×(h1-h4)}÷{m×(h3-h2)+m2×(h3-h5)}，且 (h5-h1)/(h3-h5)>(h2-h1)/(h3-h2)。

综上所述，不带经济器的制冷循环系统的能效比最低，且由于壳管式或 板式换热器两侧流体存在温差，故而h5’＜h5，最终导致带板式换热器的单级 制冷循环系统的能效比要小于带闪发式经济器的制冷循环系统的能效比，且 闪发式经济器为蒸发器提供的液体为经过节流后的饱和液体。

需要说明的是，上述实施例中所涉及的闪发式经济器为立式闪发式经济 器。

以上对本发明实施例公开的一种闪发式经济器及制冷循环系统进行了详 细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以 上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于 本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上 均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种闪发式经济器，其特征在于，所述闪发式经济器应用于制冷循环系统中，其中：

所述闪发式经济器包括顶部、底部以及中部；

所述中部设置有进液口，所述进液口用于连接所述制冷循环系统中的一次节流膨胀阀且用于接收所述一次节流膨胀阀排出的气液两相混合体；

所述顶部设置有出气口，所述出气口用于连接所述制冷循环系统中的阀前压力控制阀并在所述阀前压力控制阀的吸气作用下将所述气液两相混合体中的闪发气体排出至所述阀前压力控制阀；

所述底部设置有出液口，所述出液口用于连接所述制冷循环系统中的二次节流膨胀阀且用于将所述气液两相混合体中的液体排出至所述二次节流膨胀阀进行二次节流。

2.根据权利要求1所述的闪发式经济器，其特征在于，所述顶部和所述底部均为椭圆形封头，所述中部为圆柱结构，所述中部的上端和下端分别无缝连接于所述顶部和所述底部；

所述圆柱结构靠近所述底部的一端设置有液位集管接口，所述液位集管接口用于连接液位指示管。

3.根据权利要求2所述的闪发式经济器，其特征在于，所述圆柱结构上还设置有安全阀接口以及融霜排液进液口，所述底部还设置有排污口。

4.根据权利要求2或3所述的闪发式经济器，其特征在于，滞留在所述闪发式经济器中的液滴制冷剂的流速V小于等于V_t，滞留在所述闪发式经济器中的液滴制冷剂用于形成所述液体，其中：

其中，ρ_f为在所述闪发式经济器的当前蒸发温度下所述闪发式经济器中饱和液体的密度，ρ_v为在所述当前蒸发温度下所述闪发式经济器中饱和气体的密度，g为重力加速度，d为在所述当前蒸发温度下所述液滴制冷剂的直径，C_D为阻力系数。

5.根据权利要求4所述的闪发式经济器，其特征在于，所述闪发式经济器的制冷量为Q：

Q＝(V_t*S)÷m；

其中，S为所述圆柱结构的截面积且等于π*D²/4，m为在所述当前蒸发温度下所述液态制冷剂的1KW的单位质量流量，D为所述圆柱结构的直径。

6.一种制冷循环系统，其特征在于，所述制冷循环系统包括如权利要求1-5任一项所述的闪发式经济器。