CN110455000A - 新型节能降噪制冷循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型节能降噪制冷循环系统，包括常规的制冷系统循环关键零部件和低压气液分离装置，即通过在蒸发器前增设一套气液分离器及在蒸发器后增设一套喷射器的方式，设计了一种新型制冷系统旨在降低系统噪声及节约能耗。该系统充分利用了气液分离器的离心分离效果，使蒸发器入口处制冷剂处于液体状态，有效增强了制冷剂在管道中流动的稳定性并有效降低了制冷剂管路中的流动噪声；该系统充分利用了喷射器的热力学工作原理，其喷射器具有结构简单、制造容易、成本低、无任何运动部件、可长期运行而不直接消耗机械能等优点，易与制冷系统管路相联结，能够有效提升压缩机进气压力，降低压缩机压比，从而达到制冷系统节能的目的。

Description

新型节能降噪制冷循环系统

技术领域

本发明提供了一种新型节能降噪制冷循环系统，在原有制冷系统中在蒸发器前增设一套气液分离器及在蒸发器后增设一套喷射器，构成一种新型制冷循环系统，具体地说，是涉及一种降低噪声及能耗的制冷系统和装置。

背景技术

随着经济和科技的发展，制冷装置的生产和应用得到了快速发展，中国是制冷设备的生产与使用大国，家用制冷设备如空调器等年产量达到世界总产量的三分之二以上，其夏季耗电在全国主要城市超过城市总用电量的40％；此外，空调器、电冰箱等家用制冷设备成为室内主要噪声来源。因此，制冷装置的节能与降噪问题成为当前制冷装置研发的主要研究方向。目前在常规制冷系统中，制冷剂在经过节流装置后直接进入蒸发器其中进行蒸发过程，但由系统压焓图可知制冷剂在经过节流装置后为气液两相流(气体成分占总质量5％-20％)，即制冷剂液体中夹杂着部分气体，这就导致制冷剂在进入蒸发器时会影响制冷剂流动稳定性并形成动力性噪声，此外制冷剂气体对制冷管道所造成的气蚀现象也会严重破坏其结构稳定性。其次，在常规制冷系统中，蒸发器流出的制冷剂气体将直接进入压缩机进行压缩过程，当系统蒸发温度较低时压缩机的压比将显著增大，不利于压缩机的运行状态及使用寿命。因此，开发新型制冷循环系统在当前变得日益重要，针对以上的问题，本发明提出了一种新型节能降噪制冷循环系统，即在蒸发器前增设一套气液分离器以分离制冷剂中的制冷剂气体，确保流入蒸发器的制冷剂为液体状态，增强制冷剂在管道中流动的稳定性从而达到降低噪声的效果；在蒸发器后增设一套喷射器用以提升制冷剂在压缩机前的入口压力，从而降低压缩机压比达到节能效果；当系统使用膨胀阀作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与冷凝器出口处管路进行回热，当系统使用毛细管作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与毛细管进行回热，从而达到预冷和预热制冷剂的目的，实现节能效果。

发明内容

本发明需要解决的技术问题：目前在常规制冷系统中，制冷剂在经过节流装置后直接进入蒸发器其中进行蒸发过程，但由系统压焓图可知制冷剂在经过节流装置后为气液两相流(气体成分占总质量5％-20％)，即制冷剂液体中夹杂着部分气体，这就导致制冷剂在进入蒸发器时会影响制冷剂流动稳定性并形成动力性噪声，此外制冷剂气体对制冷管道所造成的气蚀现象也会严重破坏其结构稳定性。其次，在常规制冷系统中，蒸发器流出的制冷剂气体将直接进入压缩机进行压缩过程，当系统蒸发温度较低时压缩机的压比将显著增大，不利于压缩机的运行状态及使用寿命。针对以上的问题，本发明提出了一种新型节能降噪制冷循环系统，即在蒸发器前增设一套气液分离器以分离制冷剂中的制冷剂气体，确保流入蒸发器的制冷剂为液体状态，增强制冷剂在管道中流动的稳定性从而达到降低噪声的效果；在蒸发器后增设一套喷射器用以提升制冷剂在压缩机前的入口压力，从而降低压缩机压比达到节能效果；当系统使用膨胀阀作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与冷凝器出口处管路进行回热，当系统使用毛细管作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与毛细管进行回热，从而达到预冷和预热制冷剂的目的，实现节能效果。

本发明工作原理：制冷剂经压缩机压缩后以过热状态进入冷凝器进行冷凝过程；冷凝器出口接储液器，用于制冷剂流量控制以及系统检修时管路中制冷剂的储藏；冷凝后的制冷剂经储液器后经过节流装置节流为气液两相流(气体成分占总质量5％-20％)；之后接入气液分离器(气液分离器需竖直安装)，制冷剂经气液分离后的制冷剂气体经过一段毛细管(控制和调节管道压力)后进入喷射器的引射口，剩余的全部制冷剂液体进入蒸发器进行蒸发过程变为气体后成为工作流体从入射口进入喷射器内部；引射流体和工作流体两路制冷剂气体在喷射器前端混合后经喷射器后的扩压管扩压后，在回气管中与冷凝器出口管路(或毛细管)进行回热，最后接入压缩机进口完成制冷循环。

本发明的技术方案：本发明的目的是在原有制冷系统中在蒸发器前增设一套气液分离器及在蒸发器后增设一套喷射器，构成一种新型制冷系统，旨在降低噪声及节约能耗。本发明的新型制冷系统中包括压缩机、冷凝器、储液器、节流装置、毛细管、蒸发器、气液分离器、喷射器等主要部件。本发明是这样实现的：制冷剂经压缩机压缩后以过热状态进入冷凝器进行冷凝过程；冷凝器出口接储液器，用于制冷剂流量控制以及系统检修时管路中制冷剂的储藏；冷凝后的制冷剂经储液器后经过节流装置节流为气液两相流(气体成分占总质量 5％-20％)；之后接入气液分离器(气液分离器需竖直安装)，制冷剂经气液分离后的制冷剂气体经过一段毛细管(控制和调节管道压力)后进入喷射器的引射口，剩余的全部制冷剂液体进入蒸发器进行蒸发过程变为气体后成为工作流体从入射口进入喷射器内部；引射流体和工作流体两路制冷剂气体在喷射器前端混合后经喷射器后的扩压管扩压后，在回气管中与冷凝器出口管路(或毛细管)进行回热，最后接入压缩机进口完成制冷循环。

所述新型节能降噪制冷循环系统包括常规的制冷系统循环关键零部件和低压气液分离装置。

所述低压气液分离装置包括本发明的气液分离器(5)，调压毛细管(6)，节流装置出口连接管道(18)，调压毛细管进口连接管道(19)，蒸发器进口连接管道(20)。

该系统气液分离器采用立式气液分离器，其安装方式必须为竖直安装。该气液分离器是由钢板卷焊而成的圆筒，进液口位于气液分离器中部且高于内部液面(若进液口低于液面，会出现相应噪声也不利于系统稳定运行)，然后与节流装置出口相接；顶部为出气管，与毛细管相接后进入喷射器；出液口位于气液分离器底部，与蒸发器入口相接。气液分离器的作用主要是通过离心分离的方式，分离经节流装置节流后的制冷剂中的气体部分(气体成分占总质量5％-20％)，使蒸发器入口处的制冷剂处于液体状态，有效增强了制冷剂在管道中流动的稳定性并有效降低了制冷剂管路中的流动噪声。此外，当制冷剂流速较快或气体含量较大时，为防止部分制冷剂液体进入出气口，可在气液分离器内部上方增设隔板，以保证出气口制冷剂均为气体。

该系统喷射器采用紫铜材料制作，喷射器由工作喷嘴、吸收室、扩散管和引射管组成，其中扩散管由混合段、第二喉管和扩压段三部分组成。工作喷嘴前(左)端与从气液分离器分离出的气体一路经毛细管调节压力后的管路相连接，两者管径相同；引射管与蒸发器出口相接，管径与蒸发器出口管径相同；从工作喷嘴与引射管流出的制冷剂气体在吸收室混合后经扩散管喷射加压；扩散管与压缩机回气管相接，管径与回气管管径相同。喷射器是利用射流紊动扩散作用，来传递能量和质量的设备，实现将两种不同压力、不同状态流体间的相互混合，并发生能量、动量交换，最终形成一股居中压力的混合流体回到压缩机的回气管，从而提高压缩机的回气压力，在冷凝压力不变的情况下，降低压缩机的压缩比，从而降低压缩机的功耗，提高压缩机的性能。此外，将喷射器出口制冷剂与冷凝器出口管路(或毛细管) 进行回热处理，也能起到较好的节能效果。

所述新型节能降噪制冷循环系统中的冷凝器采用风冷翅片管换热器，也可采用风冷板式换热器；蒸发器采用盘管式换热器、板翅式换热器、风冷管式换热器；压缩机、辅助控制装置、管路及保温材料均采用常规配置。

所述新型节能降噪制冷循环系统可根据实际应用情况派生相关改进系统，如增设储液罐、并联数台蒸发器、改变节流装置；

所述新型节能降噪制冷循环系统中气液分离器(5)安装于节流装置(4)后，气液分离器 (5)需竖直安装，制冷剂经气液分离后气体一侧管路经过一段调压毛细管(6)调节压力后进入喷射器(8)，液体一侧管路进入蒸发器进行蒸发过程变为气体后从侧面进入喷射器(8) 内部；必要时可在气液分离器内部上方加装隔板；

所述制冷循环系统中喷射器由工作喷嘴、吸收室、扩散管和引射管组成。工作喷嘴前端与从气液分离器分离出的气体一路经毛细管降压后的管路相连接；引射管与蒸发器出口相接；从工作喷嘴与引射管流出的制冷剂气体在吸收室混合后经扩散管喷射加压；扩散管与压缩机回气管相接。

所述制冷循环系统中的节流装置可采用膨胀阀42或毛细管41，当系统使用膨胀阀42作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与冷凝器出口处管路进行回热；当系统使用毛细管41作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与毛细管进行回热。

所述新型节能降噪制冷循环系统中的冷凝器采用风冷翅片管换热器，也可采用风冷板式换热器；蒸发器采用盘管式换热器、板翅式换热器、风冷管式换热器；压缩机、辅助控制装置、管路及保温材料均采用常规配置。

所述制冷循环系统中经喷射器流出的制冷剂气体与冷凝器出口制冷剂进行回热过程(当节流装置为毛细管时，则与毛细管进行回热)，达到制冷系统节能效果。

本发明的有益效果：本发明充分利用了气液分离器的气液分离效果，使蒸发器入口处的制冷剂处于液体状态，有效增强了制冷剂在管道中流动的稳定性并有效降低了制冷剂管路中的流动噪声。充分利用了喷射器的热力学工作原理，其具有结构简单，制造容易、成本低、无任何运动部件、可长期运行而不直接消耗机械能等优点，易与制冷系统管路相联结，能够有效提升压缩机进气压力，降低压缩机压比，从而达到制冷系统节能的目的。此外，将喷射器出口制冷剂与冷凝器出口制冷剂进行回热处理，也能起到较好的节能效果。

附图说明

图1(a-i)是本发明新型节能降噪制冷循环系统原理示意图；

图2(a-b)是本发明新型节能降噪制冷循环系统压焓图；

图3是本发明新型低压气液分离装置管道连接示意图；

图4(a-b)是本发明新型节能降噪制冷循环系统所述气液分离器与系统管道联结方式示意图；

图5是本发明新型节能降噪制冷循环系统所述喷射器与系统管道联结方式示意图。

图中：1-压缩机，2-冷凝器，3-储液罐，41-节流装置(毛细管)，42-节流装置(为膨胀阀)，5-气液分离器，6-调压毛细管，7-蒸发器，8-喷射器，9-三通阀，10-气液分离器进液口，11- 气液分离器出气口，12-气液分离器出液口，13-隔板，14-工作喷嘴、15-吸收室、16-扩散管， 17-引射管，节流装置出口连接管道(18)，调压毛细管进口连接管道(19)，蒸发器进口连接管道(20)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步叙述。

参见图1，在本发明新型节能降噪制冷循环系统原理示意图中，1-压缩机，2-冷凝器，3- 储液罐，4-节流装置，5-气液分离器，6-毛细管，7-蒸发器，8-喷射器，9-三通阀，。

参见图1(a)，制冷剂经压缩机压缩后以过热状态进入冷凝器进行冷凝过程；冷凝器出口接储液器，用于制冷剂流量控制以及系统检修时管路中制冷剂的储藏；冷凝后的制冷剂经储液器后经过毛细管节流后节流为气液两相流(气体成分占总质量5％-20％)；之后接入气液分离器，由于气液分离器的离心分离效果使流入蒸发器的制冷剂均为液体，有利于增强制冷剂在管路中流动的稳定性及降低了制冷剂在管路中的流动噪声；制冷剂经气液分离后气体一侧管路经过一段毛细管调节压力后进入喷射器，液体一侧管路进入蒸发器进行蒸发过程蒸发为气体后从侧面进入喷射器内部；两路气体在喷射器前端混合后经喷射器加压作用提升了压缩机的吸气压力，降低了压缩机的压比从而实现了制冷系统的节能效果；经喷射器加压后的制冷剂再与毛细管进行回热过程，从而达到预冷和预热制冷剂的目的，实现节能效果，最后接入压缩机进口完成制冷剂循环。

参见图1(b)，在图1(a)的基础上进行了改进，在气液分离器制冷剂出液口管路后并联数台蒸发器，该设计可应用于需多处制冷的制冷系统中，如民用中央空调、大型冷库等；也可在各蒸发器前增设节流装置以达到不同蒸发温度效果，用于不同蒸发温度需求的制冷系统中，如家用冰箱等。

参见图1(c)，在图1(a)的基础上进行了改进，当系统流量较大或其余不适合使用毛细管作为节流装置时，需安装膨胀阀作为系统节流装置，主要包括热力膨胀阀、电子膨胀阀、电磁膨胀阀等；当使用膨胀阀作为系统节流装置时，经喷射器加压后的制冷剂与冷凝器出口管道进行回热过程，从而达到预冷和预热制冷剂的目的，实现节能效果，最后接入压缩机进口完成制冷剂循环。

参见图1(d)，在图1(a)的基础上进行了改进，当系统流量较大或其余不适合使用毛细管作为节流装置时，需安装膨胀阀作为系统节流装置，在气液分离器制冷剂出液口管路后并联数台蒸发器，该设计可应用于需多处制冷的制冷系统中。

参见图1(e)(f)(g)(h)，在图1(a)(b)(c)(d)的基础上进行了改进，当系统制冷剂流量较低或对于制冷剂流量控制没有严格要求时，系统可取消储液罐“3”，这样设计可降低制冷装置成本并简化制冷剂管路。

参见图1(i)，所述新型节能降噪制冷系统，包括当系统为常规制冷系统时，可取消装置 8-喷射器，用9-三通阀代之，该设计可用于常规制冷系统，减少了喷射器制冷装置的成本，亦可达到经气液分离器后毛细管调压的功能，经蒸发器的液体制冷剂同样具有降低流动噪声和增强管道流动性的作用。

参见图2，是本发明所涉及的系统压焓图。

参见图2(a)，是常规制冷系统压焓图，从蒸发器出口流出的制冷剂气体“a”进入压缩机压缩后成为过热气体“b”，之后进入冷凝器冷凝为过冷液体“c”，经节流装置节流后制冷剂成为气液两相流(气体成分占总质量5％-20％)“d”，之后进入蒸发器内重新蒸发为制冷剂气体，最后进入压缩机进口完成制冷循环。

参见图2(b)，是本发明新型节能降噪制冷系统压焓图,从蒸发器出口流出的制冷剂气体“a”进入压缩机压缩后成为过热气体“b”，之后进入冷凝器冷凝为过冷液体“c”，经节流装置节流后制冷剂成为气液两相流(气体成分占总质量5％-20％)“d”；之后接入气液分离器，制冷剂经气液分离后的制冷剂气体“f”经过一段毛细管(控制和调节管道压力)后进入喷射器的引射口，剩余的全部制冷剂液体“e”进入蒸发器进行蒸发过程变为气体“f”后成为工作流体从入射口进入喷射器内部；引射流体和工作流体两路制冷剂气体在喷射器前端混合后经喷射器后的扩压管扩压压力升高“g”，最后进入压缩机进口完成制冷循环。

参见图3，是本发明新型低压气液分离装置管道连接示意图。低压气液分离装置包括本发明的气液分离器(5)，调压毛细管(6)，节流装置出口连接管道(18)，调压毛细管进口连接管道(19)，蒸发器进口连接管道(20)。该气液分离器进液口与节流装置出口连接管道(18) 相连，；顶部为出气管，与调压毛细管(19)进口相接后进入喷射器；出液口位于气液分离器底部，与蒸发器进口相接(20)。

参见图4，是本发明气液分离器与系统管道联结方式示意图中，“10”是气液分离器进液口，“11”是出气口，“12”是出液口，“13”是隔板。参见图4(a)，该系统气液分离器采用立式气液分离器，其安装方式必须为竖直安装。该气液分离器是由钢板卷焊而成的圆筒，进液口位于气液分离器中部且高于内部液面(若进液口低于液面，会出现相应噪声也不利于系统稳定运行)，然后与节流装置出口相接；顶部为出气管，与毛细管相接后进入喷射器；出液口位于气液分离器底部，与蒸发器入口相接。气液分离器的作用主要是通过离心分离的方式，分离经节流装置节流后的制冷剂中的气体部分(气体成分占总质量5％-20％)，使蒸发器入口处的制冷剂处于液体状态，有效增强了制冷剂在管道中流动的稳定性并有效降低了制冷剂管路中的流动噪声。参见图4(b)，当制冷剂流速较快或气体含量较时，为防止部分制冷剂液体进入出气口，可在气液分离器内部上方增设隔板，以保证出气口制冷剂均为气体。

参见图5，在本发明喷射器与系统管道联结方式示意图中，喷射器由工作喷嘴“14”、吸收室“15”、扩散管“16”和引射管“17”组成，其中扩散管由混合段、第二喉管和扩压段三部分组成。工作喷嘴前(左)端与从气液分离器分离出的气体一路经毛细管降压后的管路相连接，两者管径相同；引射管与蒸发器出口相接，管径与蒸发器出口管径相同；从工作喷嘴与引射管流出的制冷剂气体在吸收室混合后经扩散管喷射加压；扩散管与压缩机回气管相接，管径与回气管管径相同。喷射器各个部件连接方式均为氧气焊接。

本发明应用范围十分广泛，不仅适用于常见家用制冷装置如电冰箱、空调器等，对于机械、冶金、石油、化工、食品保存、人工环境、生物制药等领域中的制冷系统均可设计出与原有制冷系统相匹配的新型节能降噪制冷循环系统。

Claims (5)

1.新型节能降噪制冷循环系统装置，其特征在于：所述新型节能降噪制冷循环系统装置包括压缩机(1)，冷凝器(2)，储液器(3)，节流装置(4)，气液分离器(5)，调压毛细管(6)，蒸发器(7)，喷射器(8)，三通阀(9)以及辅助的管道系统、控制系统及连接件组成；

所述新型节能降噪制冷循环系统装置包括常规的制冷系统循环关键零部件和低压气液分离装置；

所述新型节能降噪制冷循环系统装置可根据实际应用情况派生相关改进系统，如增设储液罐、并联数台蒸发器、改变节流装置、增设三通阀等；

所述新型节能降噪制冷循环系统装置中气液分离器(5)安装于节流装置(4)后，气液分离器(5)需竖直安装，制冷剂经气液分离后气体一侧管路经过一段调压毛细管(6)调节压力后进入喷射器(8)，液体一侧管路进入蒸发器进行蒸发过程变为气体后从侧面进入喷射器(8)内部；必要时可在气液分离器内部上方加装隔板；

所述制冷循环系统中喷射器由工作喷嘴、吸收室、扩散管和引射管组成。工作喷嘴前端与从气液分离器分离出的气体一路经毛细管降压后的管路相连接；引射管与蒸发器出口相接；从工作喷嘴与引射管流出的制冷剂气体在吸收室混合后经扩散管喷射加压；扩散管与压缩机回气管相接。

2.根据权利要求1所述的新型节能降噪制冷循环系统装置，其特征在于：所述新型节能降噪制冷循环系统装置中喷射器(8)由工作喷嘴、吸收室、扩散管和引射管组成；工作喷嘴前端与从气液分离器分离出的气体一路经毛细管降压后的管路相连接；引射管与蒸发器出口相接；从工作喷嘴与引射管流出的制冷剂气体在吸收室混合后经扩散管喷射加压；扩散管与压缩机回气管相接。

3.根据权利要求1所述的新型节能降噪制冷循环系统，其特征在于：所述制冷循环系统中的节流装置(4)可采用膨胀阀或毛细管，当系统使用膨胀阀作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与冷凝器出口处管路进行回热；当系统使用毛细管作为节流装置时，经喷射器后的制冷剂与毛细管进行回热。

4.根据权利要求1所述的新型节能降噪制冷循环系统装置，其特征在于：所述新型节能降噪制冷循环系统装置中的冷凝器采用风冷翅片管换热器，也可采用风冷板式换热器；蒸发器采用盘管式换热器、板翅式换热器、风冷管式换热器；压缩机、辅助控制装置、管路及保温材料均采用常规配置。

5.根据权利要求1所述的新型节能降噪制冷循环系统，其特征在于：所述制冷循环系统中经喷射器流出的制冷剂气体与冷凝器出口制冷剂进行回热过程(当节流装置为毛细管时，则与毛细管进行回热)，达到制冷系统节能效果。