CN113357846A - 一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统，采用非共沸混合工质作为系统循环工质。系统由余热回收循环系统和制冷循环系统组成，其中余热回收循环系统由喷射器、压缩机、高温冷凝器、气液分离器、低温冷凝器、工质泵、蒸汽发生器组成；制冷循环由喷射器、压缩机、高温冷凝器、气液分离器、节流阀、制冷蒸发器组成。与传统的喷射—压缩式制冷循环相比，新循环可以通过气液分离器调控一次流体和二次流体组分，新循环COP高于传统的喷射—压缩式制冷循环。

Description

一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统
技术领域
本发明属于新能源及节能技术领域，尤其涉及一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统。
背景技术
能耗和环境问题已成为全世界的焦点,能源利用率低是能耗高的主要原因。我国一次能源综合利用率仅有33％，比发达国家低10％，至少50％的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。提高能源利用率、实现能源的可持续利用,已是当今能源界的必然趋势，对余热废热的回收再利用已成为最热门的研究方向之一。
标准喷射—压缩制冷循环节能潜力巨大。与传统压缩制冷循环相比，标准喷射—压缩制冷循环可以利用低品位废热驱动喷射器作为一级膨胀装置来回收部分节流阀的膨胀功。同时，其关键部件喷射器具有结构简单，其中没有运动部件，运行和维护的成本很低的优点。
但标准喷射—压缩制冷循环也存在效率不高的问题。为了提高喷射—压缩制冷循环的性能，学者们提出了很多改良喷射—压缩制冷循环，非共沸喷射—压缩制冷循环是其中的一种。它利用相变过程中非共沸混合工质温度滑移的特点来避免换热器中的不良温度匹配，进一步提升循环的性能。但非共沸工质在固定配比下无法完全匹配在不同工况下循环对工质特性的需求。在某些工况下，循环性能急剧下降。并且非共沸工质会造成传热温差和传热系数下降，增加了换热器面积。
发明内容
本发明目的在于提供一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统,以解决传统非共沸喷射—压缩制冷循环中，工质特性难以同时满足一次流体与二次流体的需求的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统，包括余热回收循环系统和制冷循环系统；
所述余热回收循环系统包括喷射器、压缩机、高温冷凝器、气液分离器、低温冷凝器、工质泵、蒸汽发生器；
所述制冷循环系统包括喷射器、压缩机、高温冷凝器、气液分离器、节流阀、制冷蒸发器；
两个循环的公共部分为喷射器、压缩机、高温冷凝器、气液分离器；
所述高温冷凝器、低温冷凝器、蒸汽发生器、制冷蒸发器均是换热单元；
所述高温冷凝器包括相连通的高温冷凝器热源输入端，高温冷凝器热源输出端，高温冷凝器工质输入端和高温冷凝器工质输出端；
所述低温冷凝器包括相连通的低温冷凝器热源输入端，低温冷凝器热源输出端，低温冷凝器工质输入端和低温冷凝器工质输出端；
所述蒸汽发生器包括蒸汽发生器热源输入端、蒸汽发生器热源输出端、蒸汽发生器工质输入端、蒸汽发生器工质输出端；
所述制冷蒸发器包括制冷蒸发器冷媒输入端、制冷蒸发器冷媒输出端、制冷蒸发器工质输入端、制冷蒸发器工质输出端；
所述气液分离器包括气液分离器工质输入端、气液分离器液态工质输出端、气液分离器气态工质输出端；
所述工质泵包括工质泵工质输入端、工质泵工质输出端；
所述节流阀包括节流阀工质输入端、节流阀工质输出端。
所述喷射器包括喷射器的被热源加热后的气体输入端、喷射器的输送引射气体的输入端、喷射器的工质输出端；
所述压缩机包括压缩机工质输入端、压缩机工质输出端；
所述喷射器的输送引射气体的输入端通过管路连通制冷蒸发器工质输出端；所述喷射器的工质输出端通过管路连通压缩机工质输入端；
所述压缩机工质输出端通过管路连通高温冷凝器工质输入端；
所述高温冷凝器工质输出端通过管路连通气液分离器工质输入端；
所述气液分离器气态工质输出端通过管路连通低温冷凝器工质输入端；所述气液分离器液态工质输出端通过管路连通节流阀工质输入端；
所述低温冷凝器工质输出端通过管路连通工质泵工质输入端；
所述工质泵工质输出端通过管路连通蒸汽发生器工质输入端；
所述蒸汽发生器工质输出端通过管路连通喷射器的被热源加热后的气体输入端；
所述节流阀工质输出端通过管路连通制冷蒸发器工质输入端。
所述系统使用非共沸混合工质作为循环工质；
所述循环通过气液分离器以及低温冷凝器调节进入蒸汽发生器和制冷蒸发器的工质组分；
所述循环工质在温冷凝器中，被冷却为气液两相，然后进入气液分离器，被分离为饱和液和饱和汽，饱和液进入制冷循环系统，饱和汽进入余热回收循环系统。
本发明的分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统具有以下优点：
本发明使用非共沸混合工质作为循环工质，研究得到最优工质组分。与传统的喷射—压缩制冷循环相比，新循环一次流体和二次流体组分可以被调控，新循环能效比(COP)高于传统的喷射—压缩制冷循环。
附图说明
图1为本发明的分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统示意图；
图2为本发明的分液冷凝喷射—压缩制冷循环和传统喷射—压缩制冷循环的性能对比图；
图中标记说明：10、喷射器；11、喷射器的被热源加热后的气体输入端；12、喷射器的输送引射气体的输入端；13、喷射器的工质输出端；20、压缩机；21、压缩机工质输入端；22、压缩机工质输出端；30、高温冷凝器；31、高温冷凝器工质输入端；32、高温冷凝器工质输出端；33、高温冷凝器热源输入端；34、高温冷凝器热源输出端；40、气液分离器；41、气液分离器工质输入端；42、气液分离器气态工质输出端；43、气液分离器液态工质输出端；50、低温冷凝器；51、低温冷凝器工质输入端；52、低温冷凝器工质输出端；53、低温冷凝器热源输入端；54、低温冷凝器热源输出端；60、工质泵；61、工质泵工质输入端；62、工质泵工质输出端；70、蒸汽发生器；71、蒸汽发生器工质输入端；72、蒸汽发生器工质输出端；73、蒸汽发生器热源输入端；74、蒸汽发生器热源输出端；80、节流阀；81、节流阀工质输入端；82、节流阀工质输出端；90、制冷蒸发器；91、制冷蒸发器工质输入端；92、制冷蒸发器工质输出端；93、制冷蒸发器冷媒输入端；94、制冷蒸发器冷媒输出端。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图和具体实施例，对本发明一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统做进一步详细的描述。
利用非共沸混合工质作为循环工质，通过气液分离器以及低温冷凝器调节一次流体和二次流体的组分。工质在高温冷凝器中，被冷却为气液两相，然后进入气液分离器，被分离为饱和液和饱和汽，二者分别进入制冷循环系统与余热回收循环系统。
如图1所示的一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统，该系统包括余热回收循环系统和制冷循环系统；
余热回收循环系统包括喷射器10、压缩机20、高温冷凝器30、气液分离器40、低温冷凝器50、工质泵60、蒸汽发生器70；
所述制冷循环系统包括喷射器10、压缩机20、高温冷凝器30、气液分离器40、节流阀80、制冷蒸发器90。
两个循环的公共部分为喷射器10、压缩机20、高温冷凝器30、气液分离器40。
其中高温冷凝器30、低温冷凝器50、蒸汽发生器70、制冷蒸发器90均是换热单元。
所述高温冷凝器30包括相连通的高温冷凝器热源输入端33，高温冷凝器热源输出端34，高温冷凝器工质输入端31和高温冷凝器工质输出端32；
所述低温冷凝器50包括相连通的低温冷凝器热源输入端53，低温冷凝器热源输出端54，低温冷凝器工质输入端51和低温冷凝器工质输出端52；
所述蒸汽发生器70包括蒸汽发生器热源输入端73、蒸汽发生器热源输出端74、蒸汽发生器工质输入端71、蒸汽发生器工质输出端72；
所述制冷蒸发器90包括制冷蒸发器冷媒输入端93、制冷蒸发器冷媒输出端94、制冷蒸发器工质输入端91、制冷蒸发器工质输出端92；
所述气液分离器40包括气液分离器工质输入端41、气液分离器液态工质输出端43、气液分离器气态工质输出端42；
所述工质泵60包括工质泵工质输入端61、工质泵工质输出端62；
所述节流阀80包括节流阀工质输入端81、节流阀工质输出端82。
所述喷射器10包括喷射器的被热源加热后的气体输入端11、喷射器的输送引射气体的输入端12、喷射器的工质输出端13；
所述压缩机20包括压缩机工质输入端21、压缩机工质输出端22；
所述喷射器的输送引射气体的输入端12通过管路连通制冷蒸发器工质输出端92；所述喷射器的工质输出端13通过管路连通压缩机工质输入端21；
所述压缩机工质输出端22通过管路连通高温冷凝器工质输入端31；
所述高温冷凝器工质输出端32通过管路连通气液分离器工质输入端41；
所述气液分离器气态工质输出端42通过管路连通低温冷凝器工质输入端51；所述气液分离器液态工质输出端43通过管路连通节流阀工质输入端81；
所述低温冷凝器工质输出端52通过管路连通工质泵工质输入端61；
所述工质泵工质输出端62通过管路连通蒸汽发生器工质输入端71；
所述蒸汽发生器工质输出端72通过管路连通喷射器的被热源加热后的气体输入端11；
所述节流阀工质输出端82通过管路连通制冷蒸发器工质输入端91。
在本实施例中，分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统的循环工质是以R290和R600a为两个组元的非共沸混合工质。
在本实施例中，本发明一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统的工作方法如下：
工质进入蒸汽发生器70，被热源加热为高温高压的饱和气体作为一次流体进入喷射器10增速减压，与制冷蒸发器90输出端的工质混合后，增压减速然后进入压缩机20，加压后再进入高温冷凝器30部分冷凝，气液两相的工质进入气液分离器40进行气液分离，分离为饱和汽与饱和液：被分离出来的饱和液流入节流阀80节流，进入制冷蒸发器90进行蒸发制冷；饱和汽进入低温冷凝器50，冷凝后流入工质泵60被压缩至高压再回到蒸汽发生器70；完成循环。
本实施例中，系统内的循环工质以R290/R600a为两个组元的非共沸混合工质，利用数学建模软件MATLAB对传统喷射—压缩制冷循环系统和分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统进行建模优化。
在本实施例中，系统的标准工况设定如下：蒸汽发生温度为90℃，冷凝温度为40℃，制冷蒸发温度为-10℃，其结果如图2所示。
分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统的能效比(COP)高于传统的喷射—压缩制冷循环。分液干度为0.3、混合工质R290/R600a的组分比为0.38/0.62时，一次流体和二次流体组分达到最佳，此时COP达到最大，较传统系统的COP提升可达14.84％。
本发明使用非共沸混合工质作为循环工质，研究得到最优工质组分。与传统的喷射—压缩制冷循环相比，新循环一次流体和二次流体组分可以被调控，新循环COP高于传统的喷射—压缩制冷循环。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (1)

1.一种分液冷凝喷射—压缩制冷循环系统，其特征在于，包括余热回收循环系统和制冷循环系统；
所述余热回收循环系统包括喷射器(10)、压缩机(20)、高温冷凝器(30)、气液分离器(40)、低温冷凝器(50)、工质泵(60)、蒸汽发生器(70)；
所述制冷循环系统包括喷射器(10)、压缩机(20)、高温冷凝器(30)、气液分离器(40)、节流阀(80)、制冷蒸发器(90)；
所述高温冷凝器(30)、低温冷凝器(50)、蒸汽发生器(70)、制冷蒸发器(90)均是换热单元；
所述高温冷凝器(30)包括相连通的高温冷凝器热源输入端(33)，高温冷凝器热源输出端(34)，高温冷凝器工质输入端(31)和高温冷凝器工质输出端(32)；
所述低温冷凝器(50)包括相连通的低温冷凝器热源输入端(53)，低温冷凝器热源输出端(54)，低温冷凝器工质输入端(51)和低温冷凝器工质输出端(52)；
所述蒸汽发生器(70)包括蒸汽发生器热源输入端(73)、蒸汽发生器热源输出端(74)、蒸汽发生器工质输入端(71)、蒸汽发生器工质输出端(72)；
所述制冷蒸发器(90)包括制冷蒸发器冷媒输入端(93)、制冷蒸发器冷媒输出端(94)、制冷蒸发器工质输入端(91)、制冷蒸发器工质输出端(92)；
所述气液分离器(40)包括气液分离器工质输入端(41)、气液分离器液态工质输出端(43)、气液分离器气态工质输出端(42)；
所述工质泵(60)包括工质泵工质输入端(61)、工质泵工质输出端(62)；
所述节流阀(80)包括节流阀工质输入端(81)、节流阀工质输出端(82)；
所述喷射器(10)包括喷射器的被热源加热后的气体输入端(11)、喷射器的输送引射气体的输入端(12)、喷射器的工质输出端(13)；
所述压缩机(20)包括压缩机工质输入端(21)、压缩机工质输出端(22)；
所述喷射器的输送引射气体的输入端(12)通过管路连通制冷蒸发器工质输出端(92)；所述喷射器的工质输出端(13)通过管路连通压缩机工质输入端(21)；
所述压缩机工质输出端(22)通过管路连通高温冷凝器工质输入端(31)；
所述高温冷凝器工质输出端(32)通过管路连通气液分离器工质输入端(41)；
所述气液分离器气态工质输出端(42)通过管路连通低温冷凝器工质输入端(51)；所述气液分离器液态工质输出端(43)通过管路连通节流阀工质输入端(81)；
所述低温冷凝器工质输出端(52)通过管路连通工质泵工质输入端(61)；
所述工质泵工质输出端(62)通过管路连通蒸汽发生器工质输入端(71)；
所述蒸汽发生器工质输出端(72)通过管路连通喷射器的被热源加热后的气体输入端(11)；
所述节流阀工质输出端(82)通过管路连通制冷蒸发器工质输入端(91)；
所述系统使用非共沸混合工质作为循环工质；
所述循环通过气液分离器(40)以及低温冷凝器(50)调节进入蒸汽发生器(70)和制冷蒸发器(90)的工质组分；
所述循环工质在温冷凝器(30)中，被冷却为气液两相，然后进入气液分离器(40)，被分离为饱和液和饱和汽，饱和液进入制冷循环系统，饱和汽进入余热回收循环系统。
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