CN108253651B - 一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，包括冷凝器、低压蒸发器、高压蒸发器、压缩机、气液分离器、喷射器、第一节流元件及第二节流元件，喷射器出口与气液分离器进口连通，气液分离器的气体出口与第二节流元件连通；气液分离器的液体出口分别与第一节流元件和高压蒸发器的制冷剂通道连通，第一节流元件与低压蒸发器的制冷剂通道连通，低压蒸发器的制冷剂通道与喷射器的引射流体进口连通，压缩机进口分别与第二节流元件和高压蒸发器的制冷剂通道连通，压缩机出口与冷凝器的制冷剂通道连通，冷凝器的制冷剂通道与喷射器工作流体进口连通；冷凝器的换热流体通道为吸热流体的通道；高压蒸发器与低压蒸发器的换热流体构成放热流体的通道。

Description

一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其是涉及一种带有喷射器的双蒸发温度的制冷系统。

背景技术

蒸汽压缩式制冷系统是由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等四个主要部分组成，通过管道连接，形成一个完全封闭的系统，制冷剂在这个封闭的制冷系统中以流体状态循环，通过相变，连续不断地从蒸发器中吸取热量，并在冷凝器中放出热量，从而实现制冷的目的。

蒸发器为了能够从放热工质中充分吸热，制冷剂需要被节流到较低的蒸发压力，维持在较低的蒸发温度。在冷凝压力一定的情况下，蒸发温度越低，压缩机的压比和功耗越高，系统效率越差。通常，单制冷剂回路的蒸气压缩制冷/热泵系统压缩机只提供一个吸气压力，对应的只有一个蒸发温度。

但是在某些情况下，如果可以形成两个或多个蒸发温度，可以提高制冷/热泵系统的效率。发明专利CN 105004100A提出了一种单制冷剂回路、多吸气压力的蒸气压缩制冷/热泵系统，目的在于通过增加单制冷剂回路中压缩机吸气压力的数量，提高部分制冷剂的蒸发压力，从而减少蒸气压缩制冷/热泵压缩机功耗，提高蒸气压缩制冷/热泵的效率。

传统的具有两级蒸发温度的制冷系统中，需要通过两个以上的压缩机或压缩机气缸才能实现双蒸发温度，这使得应用于双蒸发温度系统中的压缩机更为复杂和难于管理。此外，传统的双蒸发温度制冷系统在节流过程中会产生膨胀功，并且该膨胀功无法进行回收，同时低压蒸发器的压力较低，使得压缩机耗功较大，降低了系统的能效。

中国专利CN 107192153A提出了一种带喷射器的双级蒸发制冷系统，回收膨胀功的同时提高了双级蒸发制冷系统的能效，但该系统使用中间补气的压缩机，有两个吸气压力，同时设计了两个冷凝器和两个气液分离器，系统比较复杂，难以管理；中国专利CN106969531A提出了一种喷射器进口与压缩机排气口连通的双蒸发温度喷射式制冷系统，通过对海上风能和喷射器的利用，增加系统安全可靠性，同时提高系统能效，但该系统的局限性是仅适合海上渔船等使用，不普遍适用于双蒸发温度制冷系统。日本公开的发明专利No.2005-308384提出了一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，回收一部分制冷剂的膨胀功，从而提高了双级蒸发制冷系统的能效，但在该系统中，制冷剂依次通过串行设计的两个蒸发器，制冷剂通路的长度过长，压降增加，降低了系统效率。

发明内容

本发明的目的是为了将喷射器应用于双蒸发温度制冷系统，解决目前双蒸发温度制冷系统耗功大、能效低，并且需要使用两个以上的压缩机或压缩机气缸的问题，进而提出一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，包括冷凝器、低压蒸发器、高压蒸发器、压缩机、气液分离器、喷射器、第一节流元件及第二节流元件，

所述冷凝器、低压蒸发器、高压蒸发器均具备互不连通的制冷剂通道和换热流体通道，

所述气液分离器，具有进口、气体出口和液体出口，

所述喷射器存在工作流体进口、引射流体进口和喷射器出口，

在制冷剂流路中，喷射器出口通过制冷剂连接管与气液分离器进口连通，气液分离器的气体出口通过制冷剂连接管与第二节流元件连通；气液分离器的液体出口通过制冷剂连接管分别与第一节流元件和高压蒸发器的制冷剂通道连通，第一节流元件通过制冷剂连接管与低压蒸发器的制冷剂通道连通，低压蒸发器的制冷剂通道通过制冷剂连接管与喷射器的引射流体进口连通，压缩机进口通过制冷剂连接管分别与第二节流元件和高压蒸发器的制冷剂通道连通，压缩机出口通过制冷剂连接管与冷凝器的制冷剂通道连通，冷凝器的制冷剂通道通过制冷剂连接管与喷射器工作流体进口连通；

所述冷凝器的换热流体通道构成吸热流体的通道；

所述高压蒸发器换热流体通道出口与低压蒸发器换热流体通道进口相连，构成放热流体的通道。

具体而言，本申请中，各主要部件的连接方式如下：

所述冷凝器制冷剂通道进口通过制冷剂连接管与压缩机出口相连，所述冷凝器制冷剂通道出口通过制冷剂连接管与喷射器工作流体进口相连。

所述低压蒸发器制冷剂通道进口通过制冷剂连接管与第一节流元件出口相连，所述低压蒸发器制冷剂通道出口通过制冷剂连接管与喷射器引射流体进口相连。

所述高压蒸发器制冷剂通道进口通过制冷剂连接管与气液分离器液体出口相连，所述高压蒸发器制冷剂通道出口通过制冷剂连接管与压缩机进口相连。

所述高压蒸发器换热流体通道出口通过风管与低压蒸发器换热流体通道进口相连。

所述压缩机的进口通过制冷剂连接管与第二节流元件的出口相连，所述压缩机的进口还通过制冷剂连接管与和高压蒸发器制冷剂通道出口相连，压缩机出口通过制冷剂连接管与冷凝器的制冷剂通道进口相连。

所述气液分离器，具有进口、气体出口和液体出口三个接口。气液分离器的进口通过制冷剂连接管与喷射器出口相连，气液分离器的气体出口通过制冷剂连接管与第二节流元件的进口相连，气液分离器的液体出口通过制冷剂连接管与第一节流元件的进口相连，气液分离器的液体出口还通过制冷剂连接和高压蒸发器制冷剂通道进口相连。

所述喷射器存在工作流体进口，引射流体进口和喷射器出口。其中，喷射器工作流体进口通过制冷剂连接管与冷凝器制冷剂通道出口相连，引射流体进口通过制冷剂连接管与低压蒸发器制冷剂通道出口相连，喷射器出口通过制冷剂连接管与气液分离器的进口相连。

所述第一节流元件的进口通过制冷剂连接管与气液分离器的液体出口相连，第一节流元件的出口通过制冷剂连接管与低压蒸发器的制冷剂通道进口相连。

所述第二节流元件的进口通过制冷剂连接管与气液分离器的气体出口相连，第二节流元件的出口通过制冷剂连接管与压缩机进口相连。

所述节流元件，可以为毛细管，短管和电子膨胀阀等制冷系统节流装置。

在换热流体的流路中，吸热流体的通道为：吸热流体进口→风管→冷凝器的换热流体通道→风管→吸热流体出口；放热流体的通道为：放热流体进口→风管→高压蒸发器的换热流体通道→风管→低压蒸发器的换热流体通道→风管→放热流体出口。

在该系统循环中，喷射器是提升系统能效的核心部件，从冷凝器出口流出的高压制冷剂液体进入喷射器，经过喷射器的喷嘴部分加速降压，在喷嘴出口处流速达到超音速，并且形成一个负压区，在喷射器的混合室中引射来自低压蒸发器的低压制冷剂气体，在混合室出口处完成混合并在扩压管中减速升压后流出喷射器，之后流入气液分离器完成气液分离，分离出的一部分制冷剂液体经过第一节流元件后进入低压蒸发器，在低压蒸发器内完成制冷剂的吸热蒸发过程；从气液分离器分离出的另一部分制冷剂液体直接进入高压蒸发器，吸热蒸发为制冷剂气体；从气液分离器分离出的制冷剂气体经过第二节流元件后，与高压蒸发器流出的制冷剂气体混合后一起进入压缩机，压缩成高温高压的制冷剂气体后进入冷凝器，在冷凝器内放热冷凝为高温高压的制冷剂液体回到喷射器，完成整个制冷循环。

本发明中喷射器是一种通过回收节流损失来提升吸气压力的部件。本发明在双蒸发温度制冷系统中引入喷射器，一方面可以回收膨胀功，提高系统能效，同时只需要一台压缩机即可实现双蒸发温度，大大降低了系统的复杂度。

本发明的特征在于：1.高压蒸发器和低压蒸发器的换热流体通道串联，被降温的换热流体依次进过高压蒸发器和低压蒸发器；2.通过设置喷射器形成双蒸发温度的同时可以回收节流损失，并将低级蒸发压力在压缩机吸气口提升至高级蒸发压力，从而降低系统的压缩机功耗；3.在该制冷系统中设置了两个节流元件，在保证双蒸发温度的同时实现了单吸气压力，通过一个压缩机实现双蒸发温度制冷系统。

区别于发明专利CN 107192153A的地方在于：1.CN 107192153A技术方案使用双吸气压力压缩机，本专利使用单吸气压力的普通压缩机，成本低；2.CN107192153A技术方案形成双蒸发温度是依靠喷射器和双吸气压力压缩机，本专利形成双蒸发温度是依靠蒸发器换热流体流路的串联，本专利中喷射器起到回收膨胀功的作用；3.CN 107192153A技术方案使用了两个冷凝器，两个气液分离器，结构上比较复杂。

区别于发明专利CN 106969531A的地方在于，CN 107192153A技术方案的喷射器进口与压缩机出口连通，本发明的喷射器出口与压缩机吸气口连通，本发明对喷射器压比要求低，更具实用性。

区别于日本公开的发明专利No.2005-308384的地方在于：1.冷凝器出口的制冷剂未经过节流装置，全部进入喷射器，喷射器回收了全部制冷剂的膨胀功；2.在喷射器后设置了气液分离器，将气相和液相制冷剂分离，同时保证压缩机不会吸气带液，降低压缩机液击的风险；3.气液分离器出口的液态制冷剂分为两路，分别进入两个蒸发器，而非制冷剂依次通过两个蒸发器，蒸发器内的制冷剂压降较小，有利于提高系统效率。

本发明的有益效果在于：1.通过双蒸发温度减少换热损失，同时提高部分制冷剂的蒸发压力，从而减少压缩机功耗，提高该系统的循环效率；2.通过喷射器回收膨胀功，减少节流损失，提高系统能效；3.与传统的双蒸发温度制冷系统相比，只需要使用一台普通压缩机，结构简单，系统复杂度低。

附图说明

图1为实施例1中带喷射器的双蒸发温度制冷系统的结构示意图。

图中1为喷射器，1A、1B、1C分别为喷射器工作流体进口、引射流体进口和工作流体出口，2为冷凝器，3为压缩机，4为气液分离器，4A为气液分离器的进口，4B、4C为气液分离器的两个出口，5A为第一节流元件，5B为第二节流元件，6A为低压蒸发器，6B为高压蒸发器，7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18均为连接管，19、20、21、22和23均为风管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种带喷射器的双蒸发温度制冷循环，结构和流程如图1所示，主要结构包括喷射器1，冷凝器2，压缩机3，气液分离器4，第一节流元件5A，第二节流元件5B，低压蒸发器6A，高压蒸发器6B，连接管7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18，风道19、20、21、22和23。

具体而言，本申请中，各主要部件的连接方式如下：

冷凝器2制冷剂通道进口通过制冷剂连接管7与压缩机3出口相连，冷凝器2制冷剂通道出口通过制冷剂连接管8与喷射器1工作流体进口1A相连。

低压蒸发器6A制冷剂通道进口通过制冷剂连接管15与第一节流元件5A出口相连，低压蒸发器6A制冷剂通道出口通过制冷剂连接管9与喷射器1引射流体进口1B相连。

高压蒸发器6B制冷剂通道进口通过制冷剂连接管16、制冷剂连接管13与气液分离器4液体出口4C相连，高压蒸发器6B制冷剂通道出口通过制冷剂连接管17、制冷剂连接管18与压缩机3进口相连。

高压蒸发器6B换热流体通道出口通过风管20与低压蒸发器6A换热流体通道进口相连。

压缩机3的进口通过制冷剂连接管18、制冷剂连接管12与第二节流元件5B的出口相连，压缩机3的进口还通过制冷剂连接管18、制冷剂连接管17与和高压蒸发器6B制冷剂通道出口相连，压缩机3出口通过制冷剂连接管7与冷凝器2的制冷剂通道进口相连。

气液分离器4，具有进口4A、气体出口4B和液体出口4C三个接口。气液分离器4的进口4A通过制冷剂连接管10与喷射器出口1C相连，气液分离器4的气体出口4B通过制冷剂连接管11与第二节流元件5B的进口相连，气液分离器4的液体出口4C通过制冷剂连接管13、制冷剂连接管14与第一节流元件5A的进口相连，气液分离器4的液体出口4C还通过制冷剂连接管13、制冷剂连接管16和高压蒸发器6B制冷剂通道进口相连。

在换热流体的流路中，吸热流体的通道为：吸热流体进口→风管22→冷凝器2的换热流体通道→风管23→吸热流体出口；放热流体的通道为：放热流体进口→风管19→高压蒸发器6B的换热流体通道→风管20→低压蒸发器6A的换热流体通道→风管21→放热流体出口。

喷射器1，存在工作流体进口1A，引射流体进口1B和喷射器出口1C。其中，喷射器工作流体进口1A通过制冷剂连接管8与冷凝器2制冷剂通道出口相连，引射流体进口1B通过制冷剂连接管9与低压蒸发器6A制冷剂通道出口相连，喷射器出口1C通过制冷剂连接管10与气液分离器4的进口41相连。

第一节流元件5A的进口通过制冷剂连接管14、制冷剂连接管13与气液分离器4的液体出口4C相连，第一节流元件5A的出口通过制冷剂连接管15与低压蒸发器的6A制冷剂通道进口相连。

第二节流元件5B的进口通过制冷剂连接管11与气液分离器4的气体出口4B相连，第二节流元件5B的出口通过制冷剂连接管12、制冷剂连接管18与压缩机3进口相连。

在该系统循环中，从冷凝器2出口流出的高压制冷剂液体经过连接管8，通过喷射器工作流体进口1A进入喷射器1，经过喷射器1的喷嘴部分加速降压，在喷嘴出口处流速达到超音速，并且形成一个负压区，在喷射器1的混合室经过连接管9，通过喷射器引射流体进口1B引射来自低压蒸发器6A的低压制冷剂气体，在混合室出口处完成混合并在扩压管中减速升压后从喷射器出口1C流出喷射器，经过连接管10流入气液分离器4的进口4A，在气液分离器4内完成气液分离，从气液分离器液体出口4C流出的制冷剂液体经过连接管13分为两路，其中一路经过连接管14进入第一节流元件5A，再经过连接管15进入低压蒸发器6A，在低压蒸发器6A内吸热蒸发为制冷剂气体，经过连接管9回到喷射器引射流体进口1B，另一路制冷剂液体经过连接管16直接进入高压蒸发器6B，吸热蒸发变为制冷剂气体；从气液分离器气体出口4B流出的制冷剂气体经过连接管11进入第二节流元件5B，再经过连接管12，与高压蒸发器6B经连接管17流出的制冷剂气体混合，一起经连接管18进入压缩机3，压缩成高温高压的制冷剂气体，经过连接管7进入冷凝器2，在冷凝器2内放热冷凝为高温高压的制冷剂液体，再经过连接管8回到喷射器1，完成整个制冷系统循环。

本文中使用“第一”、“第二”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，包括冷凝器、低压蒸发器、高压蒸发器、压缩机、气液分离器、喷射器、第一节流元件及第二节流元件，

所述冷凝器、低压蒸发器、高压蒸发器均具备互不连通的制冷剂通道和换热流体通道，

所述气液分离器，具有进口、气体出口和液体出口，

所述喷射器存在工作流体进口、引射流体进口和喷射器出口，

在制冷剂流路中，喷射器出口与气液分离器进口连通，气液分离器的气体出口与第二节流元件连通；气液分离器的液体出口分别与第一节流元件和高压蒸发器的制冷剂通道连通，第一节流元件与低压蒸发器的制冷剂通道连通，低压蒸发器的制冷剂通道与喷射器的引射流体进口连通，压缩机进口分别与第二节流元件和高压蒸发器的制冷剂通道连通，压缩机出口与冷凝器的制冷剂通道连通，冷凝器的制冷剂通道与喷射器工作流体进口连通；

所述冷凝器的换热流体通道构成吸热流体的通道；

所述高压蒸发器换热流体通道出口与低压蒸发器换热流体通道进口相连，构成放热流体的通道；

所述第一节流元件的进口通过制冷剂连接管与气液分离器的液体出口相连，第一节流元件的出口通过制冷剂连接管与低压蒸发器的制冷剂通道进口相连；

所述第二节流元件的进口通过制冷剂连接管与气液分离器的气体出口相连，第二节流元件的出口通过制冷剂连接管与压缩机进口相连。

2.根据权利要求1所述的一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，所述冷凝器制冷剂通道进口通过制冷剂连接管与压缩机出口相连，所述冷凝器制冷剂通道出口通过制冷剂连接管与喷射器工作流体进口相连。

3.根据权利要求1所述的一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，所述低压蒸发器制冷剂通道进口通过制冷剂连接管与第一节流元件出口相连，所述低压蒸发器制冷剂通道出口通过制冷剂连接管与喷射器引射流体进口相连。

4.根据权利要求1所述的一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，所述高压蒸发器制冷剂通道进口通过制冷剂连接管与气液分离器液体出口相连，所述高压蒸发器制冷剂通道出口通过制冷剂连接管与压缩机进口相连。

5.根据权利要求1所述的一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，所述高压蒸发器换热流体通道出口通过风管与低压蒸发器换热流体通道进口相连。

6.根据权利要求1所述的一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，所述压缩机的进口通过制冷剂连接管与第二节流元件的出口相连，所述压缩机的进口还通过制冷剂连接管与和高压蒸发器制冷剂通道出口相连，压缩机出口通过制冷剂连接管与冷凝器的制冷剂通道进口相连。

7.根据权利要求1所述的一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，气液分离器的进口通过制冷剂连接管与喷射器出口相连，气液分离器的气体出口通过制冷剂连接管与第二节流元件的进口相连，气液分离器的液体出口通过制冷剂连接管与第一节流元件的进口相连，气液分离器的液体出口还通过制冷剂连接和高压蒸发器制冷剂通道进口相连。

8.根据权利要求1所述的一种带喷射器的双蒸发温度制冷系统，其特征在于，喷射器工作流体进口通过制冷剂连接管与冷凝器制冷剂通道出口相连，引射流体进口通过制冷剂连接管与低压蒸发器制冷剂通道出口相连，喷射器出口通过制冷剂连接管与气液分离器的进口相连。