CN108106048B

CN108106048B - 一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统及工作过程

Info

Publication number: CN108106048B
Application number: CN201810026508.7A
Authority: CN
Inventors: 鱼剑琳; 刘晔; 晏刚
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: CN108106048A

Abstract

一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统及工作过程，该系统包括管路上连接的压缩机、冷凝器、喷射器、气液分离器、节流阀、蒸发器、背压阀和蒸发冷凝器；喷射器以冷凝器出口高压非共沸混合物制冷剂气液两相流体为工作流体，引射蒸发器出口低压制冷剂，混合升压后的两相制冷剂经喷射器出口进入气液分离器分离为液态和气态；气液分离器气体出口分为两路，一路与压缩机吸气管路相连，另一路与蒸发冷凝器冷凝通道入口相连；气液分离器的液体出口与背压阀相连；背压阀通过感知气液分离器液体出口压力进而调节进入蒸发冷凝器制冷剂的流量和压力；本发明通过有效地在自复叠制冷系统配置喷射器与背压阀，能充分提高喷射器膨胀功的回收作用与系统动态调节作用，从而高效地提高了该自复叠制冷循环系统的制冷效率。

Description

一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统及工作过程

技术领域

本发明属于制冷与低温技术领域，具体涉及一种高效的喷射器膨胀自复叠制冷循环系统及工作过程。

背景技术

随着医疗、生物和工业技术等的不断发展，对低温制冷技术应用的需求越来越广泛。目前，获取‐40℃以下的低温环境所采用的低温制冷方法主要包括：多级蒸气压缩制冷、混合工质节流制冷、复叠式制冷和自复叠式制冷。

自复叠制冷系统是利用二元或多元非共沸混合物制冷剂，仅通过使用一台蒸气压缩机即可实现多级自动复叠制冷循环，获得所需要的低温制冷。与常规复叠式制冷系统相比较，自复叠制冷系统具有结构简单，维护便易，成本低廉等优点，因此近些年来其在低温冰箱和天然气液化等领域获得越来越多的应用。然而，常规自复叠制冷循环系统的制冷效率(即循环性能系数COP)往往比较低。主要原因是常规自复叠制冷循环系统中的节流机构一般采用的是节流阀或者毛细管，其节流损失较大，导致系统能效较低。针对这一问题，可以采取对应的技术措施，即通过回收节流过程中的膨胀功，以此提升系统能效。近年来，喷射器因结构简单、无运动部件，在各类蒸气压缩制冷系统中被用于代替传统节流机构，回收膨胀功，提升压缩机的吸气压力而有效地提升循环系统性能。然而，目前针对喷射器在自复叠制冷系统上应用的方法还相对比较缺乏，已有的技术方案在提升能效方面还不足。实际上，通过更有效地在自复叠制冷系统配置喷射器，尽可能充分提高喷射器膨胀功回收作用，从而可显著改善系统性能。因此，本发明技术的应用将提供一个可行的解决方案，即一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统，它可以应用于低温冰箱，这对低温冰箱和类似低温制冷装置节能技术的发展有着积极的推动作用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统及工作过程，通过有效地在自复叠制冷系统配置喷射器，尽可能充分提高喷射器膨胀功回收作用，从而可显著改善系统性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统，包括压缩机101，压缩机101出口与冷凝器102入口相连，冷凝器102的出口与喷射器103工作流体入口相连，喷射器103的出口与气液分离器104入口相连，气液分离器104的气体出口分为两路，一路与压缩机101入口相连，另一路与蒸发冷凝器106冷凝通道入口相连；气液分离器104的液体出口与背压阀105相连；蒸发冷凝器106冷凝通道出口与节流阀107入口相连，节流阀107出口与蒸发器108入口相连，蒸发器108出口与背压阀105出口汇合后，再与蒸发冷凝器106蒸发通道入口相连，蒸发冷凝器106蒸发通道出口与喷射器103引射流体入口相连，完成整个循环。

本发明所述系统在冷凝器102出口设置喷射器103，喷射器103出口设置气液分离器104；喷射器103以冷凝器102出口高压非共沸混合物制冷剂气液两相流体作为工作流体，引射经过蒸发冷凝器106换热后的气态制冷剂流体，两股流体在喷射器103中混合后以两相态进入气液分离器104，实现富含低沸点组分的气态制冷剂和富含高沸点组分的液态制冷剂的分离。

本发明所述系统在气液分离器104液体出口处设置背压阀105，背压阀105出口制冷剂与蒸发器108出口制冷剂混合后进入蒸发冷凝器106蒸发通道换热后，被来自于冷凝器102的高压两相制冷剂引射进入喷射器103。要实现背压阀105出口两相制冷剂与蒸发器108出口制冷剂蒸气混合后流向蒸发冷凝器106蒸发通道，背压阀105出口制冷剂与蒸发器108出口制冷剂压力必须相等，因此，使用背压阀105，通过感知气液分离器104液体出口制冷剂的压力来调整阀体本身开度，进而调节背压阀105出口制冷剂的流量和压力，实现与蒸发器108出口制冷剂蒸气等压混合后，共同进入蒸发冷凝器106。

相比于常规的自复叠蒸气压缩式制冷循环系统，本发明通过使用喷射器103提高进入气液分离器104的制冷剂压力，进而提高了压缩机101吸气压力，降低压缩机101压比，达到提高制冷系统性能系数的目的。与此同时，通过使用气液分离器104进行富含低沸点组分的气态制冷剂与富含高沸点组分的液态制冷剂的气液两相分离，进而富含低沸点组分的非共沸混合物制冷剂经过蒸发冷凝器106与节流阀107进入蒸发器108，保证了蒸发器108在适宜的蒸发压力下实现所需的低温制冷目的。该系统所使用的喷射器结构简单、成本低廉、无运动部件，其利用两相流体做工作流体来引射气体，具有大升压比的特点，且其配置在系统中能充分提高喷射器膨胀功回收作用。总之，本发明的系统是一种经济、有效、可行的创新性方案，能高效地提高自复叠蒸气压缩式制冷循环系统的性能，促进自复叠蒸气压缩式制冷循环系统节能技术的发展。

附图说明

图1是本发明一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明是一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统，包括压缩机101，压缩机101的出口与冷凝器102入口相连，冷凝器102的出口与喷射器103工作流体入口相连，喷射器103的出口与气液分离器104入口相连，气液分离器104的气体出口分为两路，一路与压缩机101入口相连，另一路与蒸发冷凝器106冷凝通道入口相连；气液分离器104的液体出口与背压阀105相连。蒸发冷凝器106冷凝通道出口与节流阀107入口相连，节流阀107出口与蒸发器108入口相连，蒸发器108出口与背压阀105出口汇合后，再与蒸发冷凝器106蒸发通道入口相连，蒸发冷凝器106蒸发通道出口与喷射器103引射流体入口相连，完成整个循环。

气液分离器104液体出口处设置背压阀105，背压阀105出口制冷剂与蒸发器108出口制冷剂混合后进入蒸发冷凝器106蒸发通道换热后，被来自于冷凝器102的高压两相制冷剂引射进入喷射器103。要实现背压阀105出口两相制冷剂与蒸发器108出口制冷剂蒸气混合后流向蒸发冷凝器106蒸发通道，背压阀105出口制冷剂与蒸发器108出口制冷剂压力必须相等，因此，使用背压阀105，通过感知气液分离器104液体出口制冷剂的压力来调整阀体本身开度，进而调节背压阀105出口制冷剂的流量和压力，实现与蒸发器108出口制冷剂蒸气等压混合后，共同进入蒸发冷凝器106。

如图1所示，本发明所涉及的一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统的工作过程为：压缩机101出口的过热制冷剂蒸气(图中2点处)进入冷凝器102中实现部分冷凝(图中3点处)，部分冷凝后的高压非共沸混合物制冷剂气液两相流体作为工作流体进入喷射器103，引射来自于蒸发冷凝器106蒸发通道出口的低压气态制冷剂流体(图中9点处)，经喷射器103混合并升压为中间压力下的两相制冷剂流体后(图中4点处)，进入气液分离器104。该两相制冷剂流体在气液分离器104中被分离为饱和气态和饱和液态两种不同状态流体，实现富含低沸点组分的气态制冷剂和富含高沸点组分的液态制冷剂的分离。其中，饱和气态制冷剂流体分为两路：一路(图中1点处)通往压缩机101，另一路(图中5点处)进入蒸发冷凝器106冷凝侧通道；饱和液态制冷剂流体(图中6点处)经过背压阀105节流降压为两相流体(图中7点处)。气液分离器104饱和气态流路进入蒸发冷凝器106冷凝侧通道后被蒸发冷凝器106蒸发通道内制冷剂冷凝为饱和液体或过冷液体后(图中10点处)，经过节流阀107降压节流为两相流体(图中11点处)，进入蒸发器108吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体(图中12点处)，这部分制冷剂与从背压阀105流出的两相制冷剂(图中7点处)混合后(图中8点处)，进入蒸发冷凝器106蒸发通道吸热蒸发后，被冷凝器102出口非共沸混合制冷剂两相流体引射进入喷射器103，完成整个循环。

从气液分离器104出来的饱和液态制冷剂(图中6点处)进入背压阀105节流降压，背压阀105通过感知气液分离器104液体出口(图中6点处)制冷剂的压力来调整阀体本身开度，使得背压阀105出口(图中7点处)两相制冷剂的流量和压力得到调节，实现与蒸发器108出口制冷剂蒸气等压混合后(图中8点处)，共同进入蒸发冷凝器106。

整个循环工作过程中存在有三个不同的工作压力,依次是压缩机101排气压力、压缩机101吸气压力、蒸发器108压力。其中蒸发器108压力与冷凝器102压力是由循环系统的制冷剂及工作工况所决定(即蒸发温度与冷凝温度，这主要取决于制冷温度要求、冷凝器的冷却介质温度如环境空气温度)。喷射器103工作流体入口压力为压缩机101排气压力，喷射器103引射流体入口压力为蒸发器108压力，喷射器103出口压力为压缩机101吸气压力，是由喷射器103的工作特性、循环中的质量守恒、动量守恒和能量守恒关系所决定。

Claims

1.一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统，包括压缩机（101），压缩机（101）的出口与冷凝器（102）入口相连，冷凝器（102）的出口与喷射器（103）工作流体入口相连，喷射器（103）的出口与气液分离器（104）入口相连，气液分离器（104）的气体出口分为两路，一路与压缩机（101）入口相连，另一路与蒸发冷凝器（106）冷凝通道入口相连；气液分离器（104）的液体出口与背压阀（105）相连；蒸发冷凝器（106）冷凝通道出口与节流阀（107）入口相连，节流阀（107）出口与蒸发器（108）入口相连，蒸发器（108）出口与背压阀（105）出口汇合后，再与蒸发冷凝器（106）蒸发通道入口相连，蒸发冷凝器（106）蒸发通道出口与喷射器（103）引射流体入口相连，完成整个循环；

在冷凝器（102）出口设置喷射器（103），喷射器（103）出口设置气液分离器（104）；喷射器（103）以冷凝器（102）出口高压气液两相制冷剂流体作为工作流体，引射经过蒸发冷凝器（106）换热后的低压气态制冷剂流体，两股流体在喷射器（103）中混合后以两相态进入气液分离器（104），实现富含低沸点组分的气态制冷剂和富含高沸点组分的液态制冷剂的分离；

在气液分离器（104）液体出口处设置背压阀（105），使用背压阀（105），通过感知气液分离器（104）液体出口制冷剂的压力来调整阀体本身开度，进而调节背压阀（105）出口制冷剂的流量和压力，实现系统的正常运行。

2.根据权利要求1所述的一种喷射器膨胀自复叠制冷循环系统，其特征在于：通过使用气液分离器（104），使得富含低沸点组分的非共沸混合物制冷剂进入蒸发器（108），实现所需的低温制冷作用。

3.权利要求1或2所述喷射器膨胀自复叠制冷循环系统的工作过程，其特征在于：压缩机（101）出口的过热制冷剂蒸气进入冷凝器（102）中实现部分冷凝，部分冷凝后的高压非共沸混合物制冷剂气液两相流体作为工作流体进入喷射器（103），引射来自于蒸发冷凝器（106）蒸发通道出口的低压气态制冷剂流体，经喷射器（103）混合并升压为中间压力下的两相制冷剂流体后，进入气液分离器（104）；该两相制冷剂流体在气液分离器（104）中被分离为饱和气态和饱和液态两种不同状态流体，实现富含低沸点组分的气态制冷剂和富含高沸点组分的液态制冷剂的分离；其中，饱和气态制冷剂流体分为两路：一路通往压缩机（101），另一路进入蒸发冷凝器（106）冷凝侧通道；饱和液态制冷剂流体经过背压阀（105）节流降压为两相流体；气液分离器（104）饱和气态流路进入蒸发冷凝器（106）冷凝侧通道后被蒸发冷凝器（106）蒸发通道内制冷剂冷凝为饱和液体或过冷液体后，经过节流阀（107）降压节流为两相流体，进入蒸发器（108）吸热蒸发成为饱和或过热制冷剂气体，这部分制冷剂与从背压阀（105）流出的两相制冷剂混合后，进入蒸发冷凝器（106）蒸发通道吸热蒸发后，被冷凝器（102）出口非共沸混合制冷剂两相流体引射进入喷射器（103），完成整个循环。

4.根据权利要求3所述的工作过程，其特征在于：整个循环工作过程中存在有三个不同的工作压力, 依次是压缩机（101）排气压力、压缩机（101）吸气压力和蒸发器（108）压力；其中蒸发器（108）压力与冷凝器（102）压力是由循环系统的制冷剂及工作工况所决定即蒸发温度与冷凝温度，这主要取决于制冷温度要求、冷凝器的冷却介质温度如环境空气温度；喷射器（103）工作流体入口压力为压缩机（101）排气压力，喷射器（103）引射流体入口压力为蒸发器（108）压力，喷射器（103）出口压力为压缩机（101）吸气压力，是由喷射器（103）的工作特性、循环中的质量守恒、动量守恒和能量守恒关系所决定。