CN110030761B - 一种减小蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种减小蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发液化器、蒸发器和喷射器，冷凝器与蒸发液化器之间并列设有第一节流阀和第二节流阀，压缩机、冷凝器、第一节流阀、蒸发液化器、喷射器依次形成第一回路，压缩机、冷凝器、第二节流阀、蒸发液化器、蒸发器依次形成第二回路；压缩机排气口与喷射器工作流体入口连接；蒸发液化器内第一回路的制冷剂出口与喷射器的引射流体入口连接；蒸发液化器内，第一回路内的制冷剂与第二回路内的制冷剂换热，第二回路内的制冷剂以液相状态流出蒸发液化器；蒸发器出口与喷射器出口汇合后连通至压缩机吸气口。本发明减小了蒸发器入口制冷剂的干度，避免了蒸发器内分配不均匀的问题。

Description

一种减小蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其是减少蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统。

背景技术

干式蒸发器是制冷系统中常用的换热部件，也是制冷系统对外输出冷量的重要部件，经节流降压后的低压制冷剂通常从蒸发器一端端盖的下方进入蒸发器管程，制冷剂在蒸发器管内流动，沿程吸收管外载冷剂的热量并逐渐气化。由于该结构特点，干式蒸发器制冷剂充注量较少(通常只有满液式蒸发器的1/2～1/3)，回油稳定方便，应用十分广泛，在制冷剂充注量有严格限制的场合(如可燃制冷剂)，干式蒸发器的使用更为普及。

入口制冷剂分配不均匀是现有干式蒸发冷却器在使用过程中存在的主要问题。冷凝器出口的液相制冷剂经节流降压后变为气液两相制冷剂，该两相制冷剂再经过分液装置流向蒸发器，理想状态是气液两相制冷剂均匀流向蒸发器各部分与外部载冷剂进行换热，然而由于闪发气体的存在，极易造成蒸发器分液不均匀，并且该气体还占用了部分蒸发器换热面积，蒸发器有效换热面积减小，传热效果降低，进而降低整个制冷系统的性能。

现有专利对蒸发器分液装置及制冷剂分配方法的改进有两种思路，一种是分液结构改进，如授权公告号CN201310200027.0的发明专利提出一种可在干式蒸发器传热管内产生旋流的均液分配和旋流装置，授权公告号CN201110378041.0的发明专利采用了圆锥柱体的分液均布器，授权公告号CN201110221596.4的发明专利采用了一种均分扰动装置，此外，还有一些申请专利在液态制冷剂进入蒸发器的流道中设置涡旋槽、螺旋槽等，目的均是将干式蒸发器入口处制冷剂均匀混合；另一种思路是在蒸发器入口设置气液分离装置，将蒸发器入口气液两相制冷剂的气态部分分离旁通到蒸发器出口，目的是将干式蒸发器两相制冷剂流体分配问题转化为单相的制冷剂流体分配问题，如申请号CN201310375895.2的发明专利在蒸发器入口设置气液分离罐，导液管与蒸发器入口集管连通，导气管中的气态制冷剂和吹过蒸发器迎风侧或者被风侧的空气进行热交换后进入压缩机。

但是，上述两种思路均有一定的局限性，分液结构的改进虽然可以改善气态和液态制冷剂混合均匀性，但迄今为止还没有一种分液结构能产生均匀的制冷剂分配；现有气液分离装置旁通的部分气态制冷剂流速较高，会将部分液态制冷剂带走一起旁通至蒸发器出口，不仅带来冷量损失，还可能造成压缩机吸气带液，此外，精确的旁通控制也是一个非常难以解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提出一种减小蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统，将进入蒸发器的两相制冷剂完全转变为单相液态制冷剂，从而将干式蒸发器两相制冷剂流体分配问题转为单相的液态制冷剂分配问题，实现均匀混合和分液，改善制冷剂分配效果，提高系统性能。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

制冷系统，包括压缩机、冷凝器、蒸发液化器、蒸发器和喷射器，所述冷凝器与蒸发液化器之间并列设有第一节流阀和第二节流阀，所述压缩机、冷凝器、第一节流阀、蒸发液化器、喷射器依次形成第一回路，所述压缩机、冷凝器、第二节流阀、蒸发液化器、蒸发器依次形成第二回路；所述压缩机排气口与喷射器工作流体入口连接，所述蒸发液化器内第一回路的制冷剂出口与喷射器的引射流体入口连接；所述蒸发液化器内，第一回路内的制冷剂与第二回路内的制冷剂换热，第二回路内的制冷剂以液相状态流出蒸发液化器；所述蒸发器出口与喷射器出口汇合后连通至压缩机吸气口。

优选地，所述蒸发器为干式多通道蒸发器，第二回路内的制冷剂进入蒸发器时，分别与蒸发器的各个流路连通。

优选地，所述蒸发液化器是板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器中的任一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)在冷凝器与蒸发器之间设置蒸发液化器，并将传统单一的制冷回路拆分为第一回路和第二回路，通过两个节流阀实现不同的节流降温，使得在蒸发液化器内，第一回路内的制冷剂与第二回路内的制冷剂换热，第二回路内的制冷剂以液相状态流出蒸发液化器，再进入蒸发器内，将干式蒸发器两相制冷剂流体分配问题转化为单相的制冷剂流体分配问题，消除了蒸发器入口制冷剂的干度，避免了气液两相制冷剂在干式蒸发器内分配不均匀的问题。

(2)在所述蒸发液化器中，通过换热，第一回路内的制冷剂冷量转移到所述第二回路内的两相制冷剂中，冷量得到充分利用，不会造成冷量损失。

(3)采用喷射器引射蒸发液化器出口的低压制冷剂，结构简单，既可以提升低压制冷剂的压力，又可以保证系统运行可靠。

本发明有效地解决传统干式蒸发器中制冷剂分配不均匀问题，可以提高制冷系统中蒸发器的传热面积利用率，改善蒸发器传热性能，提高蒸发温度，达到节能的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1是本发明所述制冷系统流程图。

图2是实施例所述压焓图。

1-压缩机；2-冷凝器；3-第一节流阀；4-第二节流阀；5-蒸发液化器；6-蒸发器；7-喷射器。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的实施例进行详细说明，本发明不仅限于以下实施方式。

如图1所示，本发明所述制冷系统包括压缩机1、冷凝器2、蒸发液化器5、蒸发器6和喷射器7，所述冷凝器2与蒸发液化器5之间并列设有第一节流阀3和第二节流阀4，所述压缩机1、冷凝器2、第一节流阀3、蒸发液化器5、喷射器7依次形成第一回路，所述压缩机1、冷凝器2、第二节流阀4、蒸发液化器5、蒸发器6依次形成第二回路；所述压缩机1排气口与喷射器7工作流体入口连接，所述蒸发液化器内第一回路的制冷剂出口与所述喷射器7的引射流体入口连接；所述蒸发液化器5内，第一回路内的制冷剂与第二回路内的制冷剂换热，第二回路内的制冷剂以液相状态流出蒸发液化器5，所述蒸发器6出口与喷射器7出口汇合后连通至压缩机1吸气口。

本发明在传统制冷系统的基础上，进一步设置蒸发液化器和喷射器，并将传统的制冷回路拆分为第一回路和第二回路，通过两个节流阀实现不同的节流降温，使得在蒸发液化器内，第一回路内的制冷剂与第二回路内的制冷剂换热，第二回路内的制冷剂以液相状态流出蒸发液化器，再进入蒸发器内，将干式蒸发器两相制冷剂流体分配问题转化为单相的制冷剂流体分配问题，减小了蒸发器入口制冷剂的干度，避免了气液两相制冷剂在干式蒸发器内分配不均匀的问题。

本实施例通过调节第一节流阀3和第二节流阀4的开度，使第一节流阀3节流后的制冷剂温度低于第二节流阀4节流后的制冷剂温度，以保证第二回路内的制冷剂经蒸发液化器5充分换热后，形成液态单相制冷剂。第一节流阀3或第二节流阀4的开度具体根据实际工况而定。可选地，还可通过调节第一回路和第二回路的流量来实现节流后温度的分布，或者通过其他任何方式调节节流温度分布，只要能使得第一节流阀3节流后的制冷剂温度低于第二节流阀4节流后的制冷剂温度，均属于本发明所要保护的技术方案。

第一回路内的制冷剂经第一节流阀3节流降压，再经蒸发液化器5换热后，变为低压制冷剂，此时借助于喷射器7实现增压，保证系统的正常运行。且本实施例中，喷射器7采用压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽作为工作流体，简单节能高效。

本发明采用的蒸发液化器5是一种热交换器，优选为间壁式换热器，例如板式换热器、管壳式换热器，套管式换热器等等。

本发明采用的制冷剂可以是各种常用的自然制冷剂或合成制冷剂，如氢氟烃类制冷剂HFCs、氢氯氟烃类制冷剂HCFCs、碳氢化合物HC、氢氟烯烃类制冷剂HFO等。

本发明所述制冷系统的流程原理如下：

压缩机1对制冷剂进行压缩，高温高压制冷剂(状态a)从所述压缩机排气口排出，分为两部分b和c，分别进入冷凝器2入口和喷射器7工作流体入口。

制冷剂b在冷凝器2中冷凝降温为状态d，在所述冷凝器2出口制冷剂再次分为两部分，e和f，第一股制冷剂e经第一节流阀3节流降温为g进入蒸发液化器5；第二股制冷剂f经第二节流阀4节流降温为h进入蒸发液化器5。

所述第一节流阀出口制冷剂g温度低于所述第二节流阀出口制冷剂h温度，在所述蒸发液化器5中，所述第一节流阀3节流后得到的低温制冷剂g用来液化所述第二节流阀4节流后的气液两相制冷剂h。

在所述蒸发液化器5出口，所述低温制冷剂g由状态g变为状态i，并被喷射器7中工作流体c引射，在喷射器7中，工作流体c和引射流体i混合升压到状态k，所述气液两相制冷剂h由两相状态h变为液相状态j，并进入蒸发器6。所述喷射器出口制冷剂k与所述蒸发器6出口制冷剂l混合为m，进入所述压缩机1的吸气口，完成一个循环。

采用R290(丙烷)作为本实施例中的制冷剂，说明本发明的具体实施方法和效果：

冷凝温度取40℃，蒸发压力取5℃，若不采用蒸发液化器，且冷凝器出口无过冷，冷凝器出口制冷剂经节流降温后全部进入蒸发器，此时，进入蒸发器的制冷剂干度约为0.26。

在本发明中，将压缩机1出口气体分为两部分，占制冷剂总质量百分比5％的制冷剂作为喷射器7的工作流体c，若喷射器的引射系数为5，剩余95％的流体b进入冷凝器2冷凝后再分为两股，占系统质量百分比为25％的第一股制冷剂e经第一节流阀节流降温到0℃(g)，系统总质量百分比为70％的第二股制冷剂f经第二节流阀节流降温到蒸发温度5℃(h)，在蒸发液化器5中，两股制冷剂(g和h)进行换热，此时，第一股制冷剂g的冷量可以将第二股制冷剂h从干度0.26的两相制冷剂液化为干度等于0的液态制冷剂j。

此时，第一节流阀节流后的低温制冷剂冷量通过换热，转移到所述第二节流阀节流后的两相制冷剂，不存在冷量损失。虽然占系统总质量比5％的制冷剂c被用来作为工作流体引射蒸发液化器出口流体i，流经蒸发器的制冷剂流量减少，但制冷剂进入蒸发器的干度降低，蒸发器进出口焓差增加，本实施例中，制冷系统的制冷量与原系统基本相等。该实施例制冷系统压焓图见附图2。

该发明可以减小蒸发器入口制冷剂干度，有效解决传统干式蒸发器中制冷剂分配不均匀问题，提高制冷系统中蒸发器的传热面积利用率，改善蒸发器传热性能，提高蒸发温度，达到节能的目的。

需要说明的是，在本实施例中，制冷剂选用R290，但本发明中的制冷剂不仅限于R290，可以是各种常用的自然制冷剂或合成制冷剂，如，氢氟烃类制冷剂HFCs、氢氯氟烃类制冷剂HCFCs、碳氢化合物HC、氢氟烯烃类制冷剂HFO。

以上所述并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种减小蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统，其特征在于：包括压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发液化器(5)、蒸发器(6)和喷射器(7)，所述冷凝器(2)与蒸发液化器(5)之间并列设有第一节流阀(3)和第二节流阀(4)，

所述压缩机(1)、冷凝器(2)、第一节流阀(3)、蒸发液化器(5)、喷射器(7)依次形成第一回路，

所述压缩机(1)、冷凝器(2)、第二节流阀(4)、蒸发液化器(5)、蒸发器(6)依次形成第二回路；

所述压缩机(1)排气口与喷射器(7)工作流体入口连接，所述蒸发液化器(5)内第一回路的制冷剂出口与所述喷射器(7)的引射流体入口连接；

所述蒸发液化器(5)内，第一回路内的制冷剂与第二回路内的制冷剂换热，第二回路内的制冷剂以液相状态流出蒸发液化器(5)，

所述蒸发器(6)出口与喷射器(7)出口汇合后连通至压缩机(1)吸气口。

2.根据权利要求1所述的一种减小蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统，其特征在于：所述蒸发器(6)为干式多通道蒸发器，第二回路内的制冷剂进入蒸发器(6)时，分别与蒸发器(6)的各个流路连通。

3.根据权利要求1所述的一种减小蒸发器入口制冷剂干度的制冷系统，其特征在于：所述蒸发液化器(5)是板式换热器、管壳式换热器或套管式换热器中的任一种。

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