CN1121168A

CN1121168A - 一种节能型的双温制冷方法及其系统

Info

Publication number: CN1121168A
Application number: CN 94116772
Authority: CN
Inventors: 刘咸定; 林燧; 王振义; 曾昭曙
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 1994-10-15
Filing date: 1994-10-15
Publication date: 1996-04-24

Abstract

一种节能型的双温制冷方法及其系统，首先将制冷剂经压缩机压缩后送入前冷凝器进行部分冷凝，然后将其分离为饱和液体和饱和气体，再将饱和气体导入后冷凝器中冷凝，将两股冷凝液体过冷后分别送入两独立的节流装置，节流后再导入两独立的蒸发器进行蒸发，最后再将来自两蒸发器压力不同的蒸气混合后引入压缩机，形成循环，不但可采用不受国际协议限制的HFC_s类臭氧安全的纯物质或它的混合物作为制冷剂以替代R12，并通过循环过程的改进降低制冷系统的电耗。

Description

一种节能型的双温制冷方法及其系统

本发明属于家用冰箱、冷库等双温制冷技术领域。

现有技术提出了一种在家用冰箱中采用混合制冷剂改进制冷循环的方法(文献：“Testin of Domestic Two-EvaporatorReffigerators With Zeotrapic Refrigerant Mixtures”，ASHItAE Transactions98(2)：2l6-226，l992》。它的目的是实现CFCs替代的同时，降低冰箱的电耗，其主要特点是采用臭氧安全性较好的非共沸混合制冷剂并在冷冻室蒸发(低温蒸发器)后增加一台低温换热器，使混合制冷剂在其中继续蒸发提高温度的同时增加过冷液的过冷度，然后混合制冷剂以较高的蒸发温度进入冷藏室蒸发器(高温蒸发器)。该种方法的缺点在于：

1、为取得较好的节能效果不得不采用强非共沸混合制冷剂，因此文献所列各种非共沸混合制冷剂中均含国际协议所规定的将逐步淘汰的HCFCs类氟里昂；

2、高、低温蒸发器彼此呈串联排列，其中制冷剂虽然具有不同水平的蒸发温度，但具有相同的压力水平，没能充分发挥双温蒸发的优越性；

3、文献所列方法虽然降低了高温蒸发器的喷失，但是至少部分地把这部分

损失转嫁到低温换热器中去，从而抵销了双温蒸发的优越性。

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提出一种改进的双温制冷方法及其系统，该制冷方法和制冷系统可采用不受国际协议限制的、HFCs类臭氧安全的纯物质或它的混合物作为制冷剂以替代R12，并通过循环过程的改进降低制冷系统的电耗。

本发明的制冷方法是这样实现的：

首先，将制冷剂由压缩机压缩送入前冷凝器进行部分冷凝，然后导入气、液分离器将其分离为饱和液体和饱和蒸气两部分，再将饱和蒸气导入后冷凝器中冷凝，将两股冷凝液体过冷后分别送入两独立的节流装置，节流后再导入两独立的蒸发器进行蒸发，最后再将来自两蒸发器压力不同的蒸气混合后引入压缩机，形成循环。

为了提高节能效果，来自两蒸发器压力不同的蒸气经蒸气引射器混合后引入压缩机。

当选用的制冷剂为强非共沸混合物，后冷凝器不能使制冷剂完全冷凝时，可以将来自于后冷疑器的制冷剂与另一股节流后的制冷剂进行热交换使其完全冷凝后送入节流装置。

当选用纯质作为替代制冷剂时，应选择蒸气压曲线与被替代制冷剂蒸气压曲线接近的物质。如被替代制冷剂是R12时，替代制冷剂以R134a和R152a为好，如图1所示。

当选用混合物作为替代制冷剂时，组元的蒸气压曲线应分别位于被替代工质蒸气压曲线的两侧。如被替代制冷剂是R12时，混合替代制冷剂可选择R32/R134a、R32/R152a等，如图1所示。

本发明的制冷系统结构是这样实现的：

本发明的制冷系统包括一压缩机，压缩机的排气口和一前冷凝器的进口端相连接，前冷凝器的出口端和一气、液分离器的进口端相连接，分离器的出液端和一节流阀相连接，节流阀的另一端和一高温蒸发器(冷藏室蒸发器)的进口端相连接，分离器的出气端和一后冷凝器的进口端相连接，后冷凝器的出口端和另一节流阀相连接，该节流阀的另一端和一低温蒸发器(冷冻室蒸发器)的进口端相连接，高、低温蒸发器的出口端同时和压缩机的进气口相连接。

为了提高节能效果，高、低温蒸发器的出口端可分别与一引射混合器的两进口端相连接，引射混合器的出口端和压缩机的进气口相连接。

当选用的制冷剂为强非共沸混合物，且后冷凝器不能使之完全冷凝时，可在一节流阀的后端及另一节流阀的前端配置一蒸发冷凝器。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明可以采用如R134a、R152a、R32/R134a、R32/R134、R134a/R152a等臭氧安全的物质作为制冷剂，在一些制冷和空调装置中取代R12(2)模拟结果-------------------------------------------------

制冷剂 COP qv t_c PR

— KJ/m³ ℃ —-------------------------------------------------

R12 1.260 723.9 174.8 10.2常规制冷-----------------------------------------

R134a 1.253 677.6 158.8 12.8

----------------------------------------

R134a 1.308 707.5 158.8 12.8

----------------------------------------本发明 R152a 1.367 690.8 188.0 12.5

----------------------------------------

R32 1.233 2090.4 260.1 10.0-------------------------------------------------

COP……性能系数；

q_v……单位容积制冷量

t_c……压缩机排气温度；

PR……压力比。

(3)模拟结果比较

本发明以R134a为制冷剂和以R12为制冷剂的常规方法比较：COP提高3.8％，q_v降低2.3％，排气温度降低16℃；和以R134a为制冷剂的常规方法比较：COP提高4.4％，q_v增加4.4％，排气温度不变。

5、本发明采用非共沸混合物为制冷剂的计算机模拟比较而具有相当的节能效果，从而杜绝了R12对臭氧层的破坏作用，减轻了温室效应的危害，对于保护生态环境具有积极作用；

2、本发明既可采用纯质、也可采用共沸或非共沸混合物为制冷剂，因而对于双温蒸发的制冷装置，将来国际社会无论决定采用何种制冷剂替代R12，都可以利用本发明建议的方法取得节能效果；

3、本发明提到的R32/R134a在最佳成分附近相当宽的范围内都是不可燃物质，且其制冷性能仍相当优越，所以可以用作汽车空调制冷剂R12的替代工质，而具有一定的节能效果；

4、本发明采用纯物质为制冷剂与采用R12和R134a的常规制冷装置制冷的主要性能计算机模拟比较

(1)模拟工况

冷凝温度……t_c＝54.4℃；

高温蒸发温度……t_e1＝-3℃(常规制冷中t_e1＝t_e2)；

低温蒸发温度……t_e2＝-23.3℃；

过冷温度……t_f1＝t_f2＝32℃；

过热度……Δt_b＝2℃；

过冷度……Δt_c＝2℃；

高、低温蒸发器冷量比……Q_AB＝1；

压缩机绝热效率……η_c＝0.6

压缩机吸气压力……P_b＝P_e2

(1)模拟工况同前

(2)模拟结果----------------------------------------------制冷剂摩尔成分 COP qv t_c PR

— — KJ/m³ ℃ —

------------------------------------

20/80 1.400 1020.2 163.3 10.8

------------------------------------R32/R134a 30/70 1.405 1153.5 168.8 10.4

------------------------------------

40/60 1.393 1276.2 176.0 10.1----------------------------------------------

10/90 1.424 856.0 187.3 11.2R32/R152a 20/80 1.447 1000.0 189.5 10.6

------------------------------------

30/70 1.444 1130.4 194.0 10.2

(3)模拟结果比较

R32/R152a具有突出的节能效果，但它是可燃物，决定舍弃比较。

R32/R134a(30/70)和采用R12的常规方法比较：COP提高9.0％，q_v增加59％，t_c降低6℃；和采用R134a的常规方法比较：COP提高12％，q_v增加70％，t_c增加10℃。

本发明较常规方法各种制冷性能全面提高。

本发明不论采用R32/R152a或R32/R134a，在相当宽广的成分范围内制冷性能都很好，且变化平坦，有希望在开启式系统中应用。

6、本发明如果增加蒸气引射式混合器，使P_a略有增加时，效果十分明显。

如p₂按Pa＝P_e2＋(P_e1－P_e2)×φ取值，计算机模拟结果如下----------------------------------------------φ值制冷剂 COP qv t₃ PR

mol/mol - kJ/m³ ℃ -----------------------------------------------φ＝0.1 R32/R134a 1.463 1254.1 164.4 9.6

30/70----------------------------------------------φ＝0.2 R32/R134a 1.525 1355.1 160.0 8.9

30/70----------------------------------------------

p_e……引射混合后压力

p_e2……低温蒸发器蒸发压力

p_e1……高温蒸发器蒸发压力

和采用R12的常规方法比较：COP提高16～21％，q_v增加73～87％，t_c降低10～15℃。

图1是若干氟里昂的蒸气压曲线；

图2是本发明的双温制冷系统原理图；

图3是本发明的循环Ts图；

图4是本发明的循环lgp-h图；

图5是本发明的循环等压相图。

本发明附图的简要说明：

图1中横座标为温度t(c)；纵座标为饱和蒸气压力p(Mpa)。

图2中：

1：后冷凝器； 2：前冷凝器；

3：气、液分离器； 4：节流装置；

5：蒸发冷凝器； 6：节流装置；

7：高温蒸发器(冷藏室蒸发器)；

8：低温蒸发器(冷冻室蒸发器)；

9：引射式混合器；

10：压缩机。

图3中横座标为熵S(kJ/kmol·k)；纵座标为温度T(K)。图中三条曲线分别为摩尔成分MF₁、MF、MF₂的混合制冷剂的饱和曲线。图中状态点标号a₁、a₂、b、c……与图2对应。

图4中横座标为焓h(KJ/Kg)；纵座标为压力lgp。图中三条曲线分别为摩成分MF₁、MF、MF₂混合制冷剂的饱曲线。图中各状态点标号a₁、a₂、b、c、……与图2对应。

图5中横座标为混合制冷剂的摩尔成分MF；纵座标为温度t(c)。图中曲线为冷凝压力和蒸发压力下的泡点线和露点线。图中状态点标号a₁、a₂、b、c……与图2对应。

本发明现结合附图2实施例作进一步详述：

1、若以R32/R134a为双温冰箱的制冷剂

通过计算机模拟各种臭氧安全的纯质和混合物，从环境安全、毒性、化学稳定性及制冷性能(包括性能系数、单位容积制冷量和压缩机排气温度等)比较，R32/R134a(30/70mol/mol)之非共沸混合物作为冰箱工质是一种臭氧安全、温室效应小、不可燃、低毒性的物质，而且性能系数高、单位容积制冷量大、压缩机排气温度低的性能优异的R12的替代物。

图2中R32/R134a经压缩机10压缩到状态“c”，引进前冷凝器2，在前冷凝器2中部分冷凝至状态“j”，状态“j”的干度根据冷藏室与冷冻室冷量比Q_AB计算确定。然后将湿蒸气导入气、液分离器3，在分离器3中将其分离为饱和液态“e₁”和饱和气态“d₂”。这时状态“d₂”与“e₁”的成分不同，如图5所示。饱和液态“e₁”经过冷至“f₁”后进入节流装置4(毛细管)，节流至状态“g₁”，其压力为p_e1。饱和气态“d₂”引入后冷凝器1继续冷凝，如果室温(或冷却水)下不足以使其完全冷凝，可导入蒸发冷凝器5被来自节流装置4的制冷剂继续冷凝至过冷液态“f₂”。通常采用R32/R134a、R32/R152a……等非共沸性不太强的混合物，无需设置蒸发冷凝器5。状态“f₂”之过冷液进入节流装置6，节流至状态“g₂”，其压力为p_e2(p_e1)。

状态“g₁”(或“i”)、“g₂”之低压湿蒸气分别引入高温蒸发器7(冷藏室蒸发器)和低温蒸发器8(冷冻室蒸发器)蒸发产生冷量，直至完全蒸发而且略有过热至状态“a₁”和“a₂”。状态“a₁”具有较高压力p_e1，可节流至p_e2而与状态“a₂”的蒸气混合，或经蒸气引射式混合器9引射压力为p_a2、状态为“a₂”的低压蒸气，最后的混合压力p_b可略高于p_e2。

混合后的状态为“b”的制冷剂蒸气返回压缩机10，经压缩后达到状态“c”完成循环。

2、上述实施例完全可以利用其他纯质(如R134a、R152a等)和混合物(如R32/R152a、R125/R134a等)实现。当然其最佳成分、制冷性能会有不同。

3、对于其他双温制冷装置也可仿照上述实施例实施。

Claims

1、节能型的双温制冷方法，首先将制冷剂由压缩机压缩，本发明的特征是，将压缩的制冷剂送入一前冷凝器进行部分冷凝，然后导入气、液分离器将其分离为饱和液体和饱和蒸气两部分，再将饱和蒸气导入后冷凝器中冷凝，将两股冷凝液体过冷后分别送入两独立的节流装置，节流后再导入两独立的蒸发器进行蒸发，最后再将来自两蒸发器压力不同的蒸气混合后引入压缩机，形成循环。

2、根据权利要求1所述的节能型的双温制冷方法，其特征在于，在引射式混合器中高压蒸气引射低压蒸气而后混合引入压缩机。

3、根据权利要求1、2所述的节能型双温制冷方法，其特征在于，可以将来自于后冷凝器的制冷剂液体与另一股节流后的制冷剂液体进行热交换后送入蒸发器。

4、节能型的双温制冷系统，包括一压缩机，本发明的特征是，压缩机的排气口和一前冷凝器的进口端相连接，前冷凝器的出口端和一气、液分离器的进口端相连接，分离器的出液端和一节流阀相连接，节流阀的另一端和高温蒸发器的进口端相连接，分离器的出气端和后冷凝器的进口端相连接，后冷凝器的出口端和另一节流阀相连接，该节流阀的另一端和一低温蒸发器的进口端相连接，高、低温蒸发器的出口端经引射器将压力不同的两股气流混合后与压缩机的进气口相连接。

5、根据权利要求4所述的节能型的双温制冷系统，其特征在于，所说高、低温蒸发器的出口端可分别与一引射混合器的两进口端相连接，引射混合器的出口端和压缩机的进气口相连接。

6、根据权利要求3、4所述的节能型的双温制冷系统，其特征在于，在一节流阀的后端及另一节流阀的前端配置一热交换器。