CN110701811A - 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统及应用 - Google Patents

一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110701811A
CN110701811A CN201911035697.5A CN201911035697A CN110701811A CN 110701811 A CN110701811 A CN 110701811A CN 201911035697 A CN201911035697 A CN 201911035697A CN 110701811 A CN110701811 A CN 110701811A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
medium
evaporator
low
temperature stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911035697.5A
Other languages
English (en)
Inventor
梁玉辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China's Energy Refining & Chemical Engineering Co Ltd
Original Assignee
China's Energy Refining & Chemical Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China's Energy Refining & Chemical Engineering Co Ltd filed Critical China's Energy Refining & Chemical Engineering Co Ltd
Priority to CN201911035697.5A priority Critical patent/CN110701811A/zh
Publication of CN110701811A publication Critical patent/CN110701811A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat

Abstract

本发明提供了一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统及应用，包括CO2低温级蒸发器和普通工质中温级压缩机；所述CO2低温级蒸发器的出口依次连通CO2引射器二次流的入口、CO2中温级蒸发器的热媒侧、CO2压缩机、CO2气体冷却器的热媒侧、中温级冷却蒸发器的热媒侧、低温级冷却蒸发器的热媒侧的入口；低温级冷却蒸发器热媒侧的出口分两路分别连通CO2引射器的主流入口和CO2低温级蒸发器的入口；所述普通工质中温级压缩机的出口依次连通冷凝器的热媒侧、普通工质引射器的主流入口。本发明所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，可节省功耗并降低不可逆节流损失，提升系统能效。

Description

一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统及应用
技术领域
本发明属于制冷制热、热泵技术领域，尤其是涉及一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统及应用。
背景技术
能源与环境问题已然成为限制我国经济和社会发展的重要因素。制冷空调领域的高耗能及其对环境的污染引起人们的普遍关注，同时也成为限制制冷空调发展的制约因素。对于民用和商业应用领域，多温区制冷及供热需求日益剧增。目前的解决方案大多是通过两个或者多个设备的使用来达到不同温区的要求，这样不仅造成了能源的极大浪费，还会对环境造成破坏。而且，大多数设备充注的制冷剂也多为HFCs等高GWP工质。
由于CFC类制冷剂对臭氧层的破坏作用，大部分CFC与HCFC类工质将被逼退出使用。在环保方面，传统制冷剂普遍具有较高的GWP和ODP，一旦维护管理不当，发生泄漏，会造成严重的环境问题，所以需要寻找环保高效的替代制冷剂。自然工质(CO2、R290、NH3)具有良好的环保特性而受到持续的关注。其中，自然工质CO2在常温下是一种无色无味的气体，作为地球生物圈内的天然物质之一，产量丰富，价格低廉，方便得到，其ODP＝0,GWP＝1。
由于CO2较低的临界温度(31.1℃)和较高的临界压力(7.38MPa)，使其节流不可逆损失大，制冷效率较低，通过蒸汽压缩制冷循环对跨临界CO2制冷循环气体冷却器出口的CO2进行冷却的方法称为机械过冷。通过增加过冷度使得节流损失降低，循环冷量增加，同时降低CO2循环的运行高压和压缩机排气压力，延长压缩机的使用寿命，提升循环COP。
引射器可以有效减少膨胀过程的能量损失，带引射器的CO2制冷(热泵)循环一直是近几年的研究热点，有相关研究表明，带有引射器的CO2热泵机组COP相比原来提高了20％以上。本发明采用引射器取代节流阀，可进一步提升系统性能，提高循环COP。
常规机械过冷循环制冷剂采用纯工质，蒸发相变过程温度保持不变，但跨临界CO2流体冷却过程为降温过程，二者换热过程温度不匹配，造成换热过程不可逆损失大。处于制冷工况时，对于冷库等环境温度较高、蒸发温度较低的应用场合，CO2的制冷能力急剧下降、功耗增大，同时最优过冷度过大，可达25～30℃。机械过冷制冷循环冷凝侧与空气进行换热，蒸发侧与CO2流体进行换热，风机盘管末端空气侧的温升不大，一般不超过8℃，而CO2的温降为20℃左右；应用于地板辐射供暖，供热末端采用地盘管时，机械过冷循环冷凝侧与水进行换热，蒸发侧与CO2流体进行换热，此时供回水温差为5℃左右，而CO2的温降为20℃左右。蒸发和冷凝过程的滑移温度相差过大，不能同时满足换热流体侧和CO2流体侧的温度匹配，从而引起较大的不可逆损失，导致系统能效相对较低。而非共沸工质蒸发和冷凝过程的滑移温度相差不大，因此可减少传热温差，利于降低不可逆损失。
但采用常规非共沸工质制冷循环单级过冷，不能同时满足换热流体侧和CO2流体侧的温度匹配，从而又会引起较大的不可逆损失。因此，为实现冷凝蒸发过程与换热流体及CO2流体形成良好的温度匹配，最大程度的减小循环的整体不可逆损失，从而提升系统整体能效，需对过冷循环进行改进，实现双级及以上梯级过冷。分析表明，造成CO2系统COP较低的重要原因是节流不可逆损失过大，提高跨临界CO2循环效率的关键是改进节流装置。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，以克服现有技术的缺陷，通过CO2引射器将CO2低温级蒸发器出口的饱和或过热蒸气吸入并提升压力后进入CO2中温级蒸发器并进行中温蒸发吸热，通过一次流的引射，CO2引射器将低压流体增压并形成中间蒸发压力，省去了低温级压缩机的压缩过程以及对高压流体的节流过程，获得中间蒸发温度的过程无需动力部件的压缩也无需对高压制冷剂节流，节省了功耗并降低了不可逆节流损失，提升系统能效。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，包括CO2低温级蒸发器和普通工质中温级压缩机；
所述CO2低温级蒸发器的出口依次连通CO2引射器二次流的入口、CO2中温级蒸发器的热媒侧、CO2压缩机、CO2气体冷却器的热媒侧、中温级冷却蒸发器的热媒侧、低温级冷却蒸发器的热媒侧的入口；低温级冷却蒸发器热媒侧的出口分两路分别连通CO2引射器的主流入口和CO2低温级蒸发器的入口；
所述普通工质中温级压缩机的出口依次连通冷凝器的热媒侧、普通工质引射器的主流入口；普通工质引射器的出口分两路，一路依次连通气液分离器、低温级冷却蒸发器的冷媒侧、普通工质低温级压缩机和通工质中温级压缩机的入口，另一路依次连通中温级冷却蒸发器的冷媒侧和通工质中温级压缩机的入口；气液分离器的出气口与普通工质引射器的二次流入口连通。
进一步的，所述CO2低温级蒸发器下方安装有低温级蒸发器风机；所述CO2中温级蒸发器下方安装有中温级蒸发器风机。
进一步的，普通工质引射器的出口与气液分离器连通的管路上安装有低温级节流阀，普通工质引射器的出口与中温级冷却蒸发器的冷媒侧的连通管路上安装有中温级节流阀。
进一步的，所述冷凝器的冷媒侧与CO2气体冷却器的冷媒侧连通。
进一步的，所述冷凝器的热媒侧、普通工质引射器、气液分离器、低温级冷却蒸发器的冷媒侧、普通工质低温级压缩机、普通工质中温级压缩机、中温级冷却蒸发器的冷媒侧的换热工质均采用纯制冷剂或非共混混合工质。
进一步的，所述纯制冷剂为R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1336mzz(Z)、R365mfc、R1234yf、R245fa中的一种。
进一步的，所述非共混混合工质为CO2/R1234ze(E)、CO2/R1234ze(Z)、CO2/R1234yf、R41/R1234ze(E)、R41/R1234ze(Z)、R41/R1234yf、R32/R1234ze(E)、R32/R1234ze(Z)、R32/R1234yf中的一种。
进一步的，CO2低温级蒸发器、CO2引射器、CO2中温级蒸发器的热媒侧、CO2压缩机、CO2气体冷却器的热媒侧、中温级冷却蒸发器的热媒侧、低温级冷却蒸发器的热媒侧的换热流体为CO2；
优选的，CO2引射器二次流的吸气温度范围为-56～-20℃，压力范围为0.53～1.97MPa，主流温度范围为-5～25℃，压力范围为7.5～14MPa，引射器出口温度范围为-20～10℃，压力为1.97～4.5MPa。
优选的，普通工质引射器二次流入口温度为-10～20℃，压力为0.22～0.59MPa，主流温度为30～50℃，压力为0.78～1.30MPa，普通工质引射器出口工质温度为10～40℃，压力为0.44～1.02MPa。
进一步的，所述CO2气体冷却器和冷凝器均为套管式换热器或板式换热器；所述CO2低温级蒸发器、CO2中温级蒸发器、中温级冷却蒸发器和低温级冷却蒸发器分别采用翅片管式换热器、翅片管式换热器、套管式换热器或板式换热器、套管式换热器或板式换热器。
优选的，CO2低温级蒸发器、中温级冷却蒸发器、低温级冷却蒸发器、CO2中温级蒸发器的工作温度范围分别为-56～-20℃、10～40℃、-10～20℃、-20～10℃。
优选的，CO2压缩机吸气压力范围为1.97～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa；普通工质中温级压缩机的吸气温度范围为20～50℃，排气温度范围为70～120℃；普通工质低温级压缩机的吸气温度范围为-10～20℃，排气温度范围为40～60℃。
本发明还涉及如上所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统在制冷制热、热泵领域的应用。
相对于现有技术，本发明所述的一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统具有以下优势：
(1)通过CO2引射器将CO2低温级蒸发器出口的饱和或过热蒸气吸入并提升压力后进入CO2中温级蒸发器并进行中温蒸发吸热，与常规CO2双温区制冷方式相比，通过一次流的引射，引射器将低压流体增压并形成中间蒸发压力，省去了低温级压缩机的压缩过程以及对高压流体的节流过程，获得中间蒸发温度的过程无需动力部件的压缩也无需对高压制冷剂节流，节省了功耗并降低了不可逆节流损失，提升系统能效。
(2)通过普通工质引射器与气液分离器的组合，可将低温级节流阀节流后的气相流体引射，不进入低温级冷却蒸发器及低温级压缩机参与对CO2进行过冷的循环，该过程可减少低温级和高温级压缩机的吸气容积，降低低温级及高温级压缩机的体积，系统更加紧凑，重量轻。并且减少了在低温级蒸发器和冷凝器中制冷剂的循环量，换热器中的阻力压降降低，系统能效提高。进入到低温级蒸发器中的流体为纯液相流体，低温级蒸发器各管路流量均匀分布，换热性能提升。普通工质引射器出口的工质压力相对于中温级压缩机的排气压力有较大幅度降低，也即中温级节流阀和低温级节流阀前的压力降低，导致中温级和低温级的节流不可逆损失可大幅下降，提升了系统的性能。
(3)中温级冷却蒸发器和低温级冷却蒸发器的设置使得CO2气体冷却器出口的CO2流体进行梯级过冷，可形成较大的过冷度，相对单级过冷可大幅降低换热过程中的不可逆损失，减少节流过程中的不可逆损失。
(4)热水依次流过冷凝器和CO2气体冷却器，可深度回收利用制冷系统排放的废热，水侧采用串联的布置方式，可实现水在冷凝器内初步加热，而后再CO2气体冷却器中进一步加热，双引射器增压过冷机械过冷循环的冷凝温度不必设置过高，使得水初步加热，而后利用CO2放热过程中的大温度滑移的特性，使得水温大幅上升。水侧采用串联的布置方式，在保证相同水温的前提下，可大幅提高双引射器增压过冷机械过冷循环的能效，并充分梯级回收利用制冷系统排放的废热。
(5)跨临界CO2循环的制冷剂为自然工质CO2。ODP为0，GWP为1，高温条件下也不会分解，安全无毒，环境友好。引流器增压机械辅助过冷循环的工质可采用R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1336mzz(Z)、R365mfc、R1234yf、R245fa等纯制冷剂，也可采用CO2/R1234ze(E)、CO2/R1234ze(Z)、CO2/R1234yf、R41/R1234ze(E)、R41/R1234ze(Z)、R41/R1234yf、R32/R1234ze(E)、R32/R1234ze(Z)、R32/R1234yf等非共沸混合工质。对于非共沸混合工质，选配温度滑移与蒸发器换热流体进出口温差相当的制冷剂，非共沸工质蒸发和冷凝过程的滑移温度相差不大，因此可以减少传热温差，有利于降低不可逆损失。
(6)本系统可实现冷冻和冷藏的制冷功能，并且能够制造生活用中温热水或工业用高温热水以及蒸汽，通过一套设备能够实现多种功能，提高了设备的利用率，节省了设备占用空间，可应用于大型商场、冷库、超市，也可用于屠宰场、食品加工厂等即需要冷冻冷藏也需要高温或中温热水/蒸汽的应用领域。
附图说明
图1为本发明所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统的简单结构示意图。
附图标记：
1-CO2低温级蒸发器；2-CO2压缩机；3-CO2气体冷却器；4-中温级冷却蒸发器；5-低温级冷却蒸发器；6-CO2引射器；7-普通工质中温级压缩机；8-冷凝器；9-普通工质引射器；10-低温级节流阀；11-低温级蒸发器风机；12-CO2节流阀；13-CO2中温级蒸发器；14-气液分离器；15-普通工质低温级压缩机；16-中温级蒸发器风机；17-中温级节流阀。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
如图1所示，一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，包括由CO2低温级蒸发器1、CO2中温级蒸发器13、CO2压缩机2、CO2气体冷却器3、CO2引射器6组成的引射节流跨临界CO2双温区循环，以及由普通工质低温级压缩机15、普通工质中温级压缩机7、冷凝器8、普通工质引射器9、中温级冷却蒸发器4、低温级冷却蒸发器5、气液分离器14组成的引射双过冷器增压机械过冷循环；引射节流跨临界CO2双温区循环和引射双过冷器增压机械过冷循环可以实现换热。具体结构为：
所述CO2低温级蒸发器1的出口依次连通CO2引射器6二次流的入口、CO2中温级蒸发器13的热媒侧、CO2压缩机2、CO2气体冷却器3的热媒侧、中温级冷却蒸发器4的热媒侧、低温级冷却蒸发器5的热媒侧的入口；低温级冷却蒸发器5热媒侧的出口分两路分别连通CO2引射器6的主流入口和CO2低温级蒸发器1的入口；所述普通工质中温级压缩机7的出口依次连通冷凝器8的热媒侧、普通工质引射器9的主流入口；普通工质引射器9的出口分两路，一路依次连通气液分离器14、低温级冷却蒸发器5的冷媒侧、普通工质低温级压缩机15和通工质中温级压缩机7的入口，另一路依次连通中温级冷却蒸发器4的冷媒侧和通工质中温级压缩机7的入口；气液分离器14的出气口与普通工质引射器9的二次流入口连通。
作为本发明一种可选的实施方式，为了控制相应管路的换热流体流量，在普通工质引射器9的出口与气液分离器14连通的管路上安装有低温级节流阀10，普通工质引射器9的出口与中温级冷却蒸发器4的冷媒侧的连通管路上安装有中温级节流阀17。
其中，普通工质引射器9与气液分离器14的组合，可将中温级节流阀17节流后的气相流体引射，不进入低温级冷却蒸发器5及普通工质低温级压缩机15参与对CO2进行过冷的循环，该过程可减少普通工质低温级和普通工质中温级压缩机的吸气容积，降低低温级及中温级压缩机的体积，系统更加紧凑，重量轻。并且减少了在低温级冷却蒸发器和冷凝器8中制冷剂的循环量，换热器中的阻力压降降低，系统能效提高。进入到低温级冷却蒸发器中的流体为纯液相流体，低温级冷却蒸发器各管路流量均匀分布，换热性能提升。普通工质引射器9出口的工质压力相对于普通工质中温级压缩机7的排气压力有较大幅度降低，也即中温级节流阀19和低温级节流阀10前的压力降低，导致中温级和低温级的节流不可逆损失可大幅下降，提升了系统的性能。中温级冷却蒸发器4和低温级冷却蒸发器5的设置使得CO2气体冷却器3出口的CO2流体进行梯级过冷，可形成较大的过冷度，相对单级过冷可大幅降低换热过程中的不可逆损失，减少节流过程中的不可逆损失。
作为本发明一种可选的实施方式，为了提高蒸发效率，所述CO2低温级蒸发器1下方安装有低温级蒸发器风机11；所述CO2中温级蒸发器13下方安装有中温级蒸发器风机16。
作为本发明一种可选的实施方式，所述冷凝器8的冷媒侧与CO2气体冷却器3的冷媒侧连通，这样换热流体经CO2冷凝器8加热换热后，还可以再经过CO2气体冷却器3二次加热，温度再次提高。
作为本发明一种可选的实施方式，所述冷凝器8的热媒侧、普通工质引射器9、气液分离器14、低温级冷却蒸发器5的冷媒侧、普通工质低温级压缩机15、普通工质中温级压缩机7、中温级冷却蒸发器4的冷媒侧的换热工质均采用纯制冷剂或非共混混合工质。其中：纯制冷剂可以采用R1234zeZ、R1234zeE、R1233zdE、R1224ydZ、R1336mzzZ、R365mfc、R1234yf、R245fa等物质中的一种，优选为R1234yf；非共混混合工质可以采用CO2/R1234zeE、CO2/R1234zeZ、CO2/R1234yf、R41/R1234zeE、R41/R1234zeZ、R41/R1234yf、R32/R1234zeE、R32/R1234zeZ、R32/R1234yf等物质中的一种，优选为R32/R1234zeZ。
由于自然工质CO2在常温下是一种无色无味的气体，作为地球生物圈内的天然物质之一，产量丰富，价格低廉，方便得到，其ODP＝0,GWP＝1，故本发明CO2低温级蒸发器1、CO2引射器6、CO2中温级蒸发器13的热媒侧、CO2压缩机2、CO2气体冷却器3的热媒侧、中温级冷却蒸发器4的热媒侧、低温级冷却蒸发器5的热媒侧的换热流体均采用CO2。
作为本发明一种可实施的方式，所述CO2气体冷却器3和冷凝器8均为套管式换热器或板式换热器，优选为套管式换热器；所述CO2低温级蒸发器1、CO2中温级蒸发器13、中温级冷却蒸发器4和低温级冷却蒸发器5分别采用翅片管式换热器、翅片管式换热器、套管式换热器、套管式换热器。其中，就工作条件来说：
CO2低温级蒸发器1、中温级冷却蒸发器4、低温级冷却蒸发器5、CO2中温级蒸发器13的工作温度范围分别为-56～-20℃、10～40℃、-10～20℃、-20～10℃；CO2压缩机2吸气压力范围为1.97～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa；普通工质中温级压缩机7的吸气温度范围为20～50℃，排气温度范围为70～120℃；普通工质低温级压缩机15的吸气温度范围为-10～20℃，排气温度范围为40～60℃。CO2引射器6二次流的吸气温度范围为-56～-20℃，压力范围为0.53～1.97MPa，主流温度范围为-5～25℃，压力范围为7.5～14MPa，引射器出口温度范围为-20～10℃，压力为1.97～4.5MPa。普通工质引射器9二次流入口温度为-10～20℃，压力为0.22～0.59MPa，主流温度为30～50℃，压力为0.78～1.30MPa，普通工质引射器9出口工质温度为10～40℃，压力为0.44～1.02MPa。
一个比较优选的工艺条件为：CO2低温级蒸发器1的蒸发温度为-35℃，中温级冷却蒸发器4的温度为25℃，低温级冷却蒸发器5的温度为5℃，CO2中温级蒸发器13的温度为0℃，CO2压缩机2的吸气压力为3.49MPa，排气压力为10MPa。CO2引射器6二次流的吸气温度为-30℃，压力为1.43MPa，主流温度为10℃，压力为10MPa，引射器出口温度为0℃，压力为3.49MPa。中温级冷却蒸发器4冷媒侧、低温级冷却蒸发器5冷媒侧、冷凝器8热媒侧流经的工质为R1234yf，普通工质引射器9二次流入口温度为5℃，压力为0.37MPa，主流温度为40℃，压力为1.02MPa，普通工质引射器9出口工质温度为25℃，压力为0.68MPa。普通工质中温级压缩机7的吸气温度为30℃，排气温度为100℃；普通工质低温级压缩机15的吸气温度为-10～20℃，排气温度为50℃。
使用时，采用引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统制冷、换热的过程为：
第一步：来自低温级冷却蒸发器5的CO2流体作为CO2引射器6主流，引射CO2低温级蒸发器1出口的低温低压CO2流体(二次流)，并在CO2引射器6内混合，其出口的CO2流体进入CO2中温级蒸发器13，CO2蒸发吸热，并将冷量通过中温级蒸发器风机16释放至制冷空间。CO2中温级蒸发器13内的饱和或过热蒸汽气体被CO2压缩机2压缩成高温高压气体，然后进入CO2气体冷却器3与换热流体换热，之后流经中温级冷却蒸发器4CO2侧，与普通工质换热，温度再次降低，然后流入低温级冷却蒸发器5CO2侧，通过普通工质或非共沸工质蒸发过程连续进行两次降温后分为两路，一路作为主流进入CO2引射器6，另一路进入CO2节流阀12中被节流降压，降压后的两相流体进入CO2低温级蒸发器1中蒸发吸热，通过低温级蒸发器风机11将低温冷量释放至制冷空间，蒸发后的饱和或过热蒸汽作为二次流被CO2引射器6吸入。
第二步：气液分离器14中的液相流体进入低温级冷却蒸发器5蒸发吸收从中温级冷却蒸发器4流出的CO2流体的热量后变为饱和或过热蒸汽，之后被低温级压缩机15吸入并压缩，与从中温级冷却蒸发器4出口的蒸汽混合，进入普通工质中温级压缩机7，并被压缩至高温高压气体，之后进入冷凝器8与换热流体换热，为换热流体提供热量，冷凝器8出口的高压流体作为主流进入普通工质引射器9，气液分离器14气相流体作为二次流被引射器9吸入，主流与二次流混合后压力降为中温级压缩机7排气压力和低温级节流阀10出口压力的中间压力，普通工质引射器9出口的流体分为两路，一路进入中温级节流阀17节流降压后，进入中温级冷却蒸发器4蒸发吸收从CO2气体冷却器3流出的CO2流体的热量，达到初次过冷CO2的目的，另一路进入低温级节流阀节流10降压变为气液两相流体，进入气液分离器14，其中气相流体作为二次流被普通工质引射器9吸入，液相流体进入低温级蒸发器5。完成引射双过冷器增压机械过冷循环。
上述制冷、换热过程中，冷凝器8冷媒侧和CO2气体冷却器冷媒侧的换热流体为水。
本发明所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，可实现冷冻和冷藏的制冷功能，并且能够制造生活用中温热水或工业用高温热水以及蒸汽，通过一套设备能够实现多种功能，提高了设备的利用率，节省了设备占用空间，可应用于大型商场、冷库、超市，也可用于屠宰场、食品加工厂等即需要冷冻冷藏也需要高温或中温热水/蒸汽的应用领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：包括CO2低温级蒸发器(1)和普通工质中温级压缩机(7)；
所述CO2低温级蒸发器(1)的出口依次连通CO2引射器(6)二次流的入口、CO2中温级蒸发器(13)的热媒侧、CO2压缩机(2)、CO2气体冷却器(3)的热媒侧、中温级冷却蒸发器(4)的热媒侧、低温级冷却蒸发器(5)的热媒侧的入口；低温级冷却蒸发器(5)热媒侧的出口分两路分别连通CO2引射器(6)的主流入口和CO2低温级蒸发器(1)的入口；
所述普通工质中温级压缩机(7)的出口依次连通冷凝器(8)的热媒侧、普通工质引射器(9)的主流入口；普通工质引射器(9)的出口分两路，一路依次连通气液分离器(14)、低温级冷却蒸发器(5)的冷媒侧、普通工质低温级压缩机(15)和通工质中温级压缩机(7)的入口，另一路依次连通中温级冷却蒸发器(4)的冷媒侧和通工质中温级压缩机(7)的入口；气液分离器(14)的出气口与普通工质引射器(9)的二次流入口连通。
2.根据权利要求1所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：所述CO2低温级蒸发器(1)下方安装有低温级蒸发器风机(11)；所述CO2中温级蒸发器(13)下方安装有中温级蒸发器风机(16)。
3.根据权利要求1所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：普通工质引射器(9)的出口与气液分离器(14)连通的管路上安装有低温级节流阀(10)，普通工质引射器(9)的出口与中温级冷却蒸发器(4)的冷媒侧的连通管路上安装有中温级节流阀(17)。
4.根据权利要求1所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：所述冷凝器(8)的冷媒侧与CO2气体冷却器(3)的冷媒侧连通。
5.根据权利要求1所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：所述冷凝器(8)的热媒侧、普通工质引射器(9)、气液分离器(14)、低温级冷却蒸发器(5)的冷媒侧、普通工质低温级压缩机(15)、普通工质中温级压缩机(7)、中温级冷却蒸发器(4)的冷媒侧的换热工质均采用纯制冷剂或非共混混合工质。
6.根据权利要求5所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：所述纯制冷剂为R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1336mzz(Z)、R365mfc、R1234yf、R245fa中的一种。
7.根据权利要求5所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：所述非共混混合工质为CO2/R1234ze(E)、CO2/R1234ze(Z)、CO2/R1234yf、R41/R1234ze(E)、R41/R1234ze(Z)、R41/R1234yf、R32/R1234ze(E)、R32/R1234ze(Z)、R32/R1234yf中的一种。
8.根据权利要求1所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：CO2低温级蒸发器(1)、CO2引射器(6)、CO2中温级蒸发器(13)的热媒侧、CO2压缩机(2)、CO2气体冷却器(3)的热媒侧、中温级冷却蒸发器(4)的热媒侧、低温级冷却蒸发器(5)的热媒侧的换热流体为CO2；
优选的，CO2引射器(6)二次流的吸气温度范围为-56～-20℃，压力范围为0.53～1.97MPa，主流温度范围为-5～25℃，压力范围为7.5～14MPa，引射器出口温度范围为-20～10℃，压力为1.97～4.5MPa；普通工质引射器(9)二次流入口温度为-10～20℃，压力为0.22～0.59MPa，主流温度为30～50℃，压力为0.78～1.30MPa，普通工质引射器(9)出口工质温度为10～40℃，压力为0.44～1.02MPa。
9.根据权利要求1所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统，其特征在于：所述CO2气体冷却器(3)和冷凝器(8)均为套管式换热器或板式换热器；所述CO2低温级蒸发器(1)、CO2中温级蒸发器(13)、中温级冷却蒸发器(4)和低温级冷却蒸发器(5)分别采用翅片管式换热器、翅片管式换热器、套管式换热器或板式换热器、套管式换热器或板式换热器；
优选的，CO2低温级蒸发器(1)、中温级冷却蒸发器(4)、低温级冷却蒸发器(5)、CO2中温级蒸发器(13)的工作温度范围分别为-56～-20℃、10～40℃、-10～20℃、-20～10℃；
优选的，CO2压缩机(2)吸气压力范围为1.97～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa；普通工质中温级压缩机(7)的吸气温度范围为20～50℃，排气温度范围为70～120℃；普通工质低温级压缩机(15)的吸气温度范围为-10～20℃，排气温度范围为40～60℃。
10.如权利要求1至10任意一项所述的引射增压梯级过冷引射节流跨临界CO2系统在制冷制热、热泵领域的应用。
CN201911035697.5A 2019-10-29 2019-10-29 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统及应用 Pending CN110701811A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911035697.5A CN110701811A (zh) 2019-10-29 2019-10-29 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911035697.5A CN110701811A (zh) 2019-10-29 2019-10-29 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110701811A true CN110701811A (zh) 2020-01-17

Family

ID=69202557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911035697.5A Pending CN110701811A (zh) 2019-10-29 2019-10-29 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110701811A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189248A (zh) * 2020-01-21 2020-05-22 天津商业大学 一种引射节流双温区co2制冷系统及应用
CN113776214A (zh) * 2021-09-18 2021-12-10 青岛科技大学 一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统及过冷方法
CN113776215A (zh) * 2021-09-18 2021-12-10 青岛科技大学 一种应用于复叠制冷或热泵系统的循环系统及过冷方法
CN115264977A (zh) * 2022-07-29 2022-11-01 哈尔滨工业大学 一种压缩过程中间多级冷却的高温水工质热泵循环系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101280975A (zh) * 2004-09-22 2008-10-08 株式会社电装 喷射式制冷剂循环装置
WO2012066763A1 (ja) * 2010-11-15 2012-05-24 三菱電機株式会社 冷凍装置
CN104520657A (zh) * 2012-08-06 2015-04-15 三菱电机株式会社 二元制冷装置
CN105737426A (zh) * 2016-03-14 2016-07-06 西安交通大学 一种co2跨临界复叠热泵系统及其级间压缩机容量配比方法
DE202017100039U1 (de) * 2017-01-06 2017-03-14 Shanghai Ocean University Jet-Selbstkaskadenkühlanlage zur Restwärmerückgewinnung eines Tunfisch-Fischerboots
CN106766317A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 天津商业大学 一种蒸汽压缩辅助过冷的co2跨临界制冷循环冷库
CN211060435U (zh) * 2019-10-29 2020-07-21 中机国能炼化工程有限公司 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101280975A (zh) * 2004-09-22 2008-10-08 株式会社电装 喷射式制冷剂循环装置
WO2012066763A1 (ja) * 2010-11-15 2012-05-24 三菱電機株式会社 冷凍装置
CN104520657A (zh) * 2012-08-06 2015-04-15 三菱电机株式会社 二元制冷装置
CN105737426A (zh) * 2016-03-14 2016-07-06 西安交通大学 一种co2跨临界复叠热泵系统及其级间压缩机容量配比方法
DE202017100039U1 (de) * 2017-01-06 2017-03-14 Shanghai Ocean University Jet-Selbstkaskadenkühlanlage zur Restwärmerückgewinnung eines Tunfisch-Fischerboots
CN106766317A (zh) * 2017-01-24 2017-05-31 天津商业大学 一种蒸汽压缩辅助过冷的co2跨临界制冷循环冷库
CN211060435U (zh) * 2019-10-29 2020-07-21 中机国能炼化工程有限公司 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189248A (zh) * 2020-01-21 2020-05-22 天津商业大学 一种引射节流双温区co2制冷系统及应用
CN111189248B (zh) * 2020-01-21 2023-10-27 天津商业大学 一种引射节流双温区co2制冷系统及应用
CN113776214A (zh) * 2021-09-18 2021-12-10 青岛科技大学 一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统及过冷方法
CN113776215A (zh) * 2021-09-18 2021-12-10 青岛科技大学 一种应用于复叠制冷或热泵系统的循环系统及过冷方法
CN115264977A (zh) * 2022-07-29 2022-11-01 哈尔滨工业大学 一种压缩过程中间多级冷却的高温水工质热泵循环系统
CN115264977B (zh) * 2022-07-29 2024-03-29 哈尔滨工业大学 一种压缩过程中间多级冷却的高温水工质热泵循环系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110701811A (zh) 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统及应用
CN102235776B (zh) 热泵式热水供给装置
CN204373252U (zh) 转换式co2跨临界循环制冷系统
CN101852490A (zh) 一种空气能二氧化碳热泵热水器
CN202254464U (zh) 跨临界二氧化碳循环制冷系统
CN110057124A (zh) 一种部分复叠式商超用co2跨临界双级压缩制冷系统
CN106546026B (zh) 采用喷射器增效的非共沸混合工质分凝双温制冷循环系统
CN103759449B (zh) 双喷射器增效的两级蒸气压缩式循环系统
CN110736262A (zh) 一种引射增压双级过冷跨临界co2双温系统及应用
CN111141054B (zh) 一种跨临界双级过冷引射二氧化碳系统及应用
CN111141062B (zh) 一种太阳能吸收引射复合跨临界co2制冷系统
CN110701810A (zh) 一种引射增压双级串联过冷双温区制冷系统及应用
CN211316633U (zh) 引射器增压双过冷器串联膨胀机耦合跨临界co2双温区系统
CN211316632U (zh) 一种引射器增压过冷膨胀机耦合跨临界co2系统
CN211060435U (zh) 一种引射增压梯级过冷引射节流跨临界co2系统
CN109944653A (zh) 一种二氧化碳跨临界循环冷电联产系统
CN110701812A (zh) 一种引射器增压过冷膨胀机耦合跨临界co2系统及应用
CN110513902B (zh) 一种多级蒸发冷凝机械过冷跨临界co2中高温热泵系统
CN201680581U (zh) 一种高温型二氧化碳热泵热水器
CN211060434U (zh) 一种引射增压双级过冷跨临界co2双温系统
CN109612145B (zh) 一种多喷射器组强化的co2双温制冷系统
CN211041461U (zh) 一种高压引射跨临界co2多联供系统
CN211060436U (zh) 一种引射增压双级串联过冷双温区制冷系统
CN211575597U (zh) 一种太阳能吸收引射复合跨临界co2制冷系统
CN111141051B (zh) 一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界co2冷热联供系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination