CN1818509A - 一种蒸气喷射式制冷循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蒸气喷射式制冷循环系统，包括发生器、蒸发器、冷凝器、循环泵、节流阀、主喷射器和辅助喷射器，发生器产生高压制冷剂工作蒸气，由主喷射器去引射从蒸发器出来的低压制冷剂蒸气；循环泵输出高压制冷剂液体，通过辅助喷射器引射从主喷射器出来的低压制冷剂蒸气，从它的一个扩压器出口出来的制冷剂液体回到发生器中，从另一个出口出来的制冷剂气液混合物进入冷凝器凝结，产生的制冷剂液体分为两路，一路由循环泵增压后送入辅助喷射器，另一路通过节流阀降压后进入蒸发器，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热实现制冷。由于辅助喷射器的增压作用能降低主喷射器背压，以及同时实现对主喷射器排气的回热作用，因此显著提高了整个循环系统的性能系数。

Description

一种蒸气喷射式制冷循环系统

                        技术领域

本发明属于制冷技术领域，涉及到一种蒸气喷射式制冷的热力循环及其系统，特别涉及到一种辅助喷射器(液—气型)实现增压与回热的蒸气喷射式制冷循环系统。该系统可以应用于低品位热能如太阳能、低温余热和废热驱动的喷射制冷装置中。

                        背景技术

蒸气喷射制冷是一种利用热能驱动的制冷技术，相比于热能驱动的吸收式和吸附式制冷，它具有系统结构简单，无运动部件(除循环泵外)，投资与运行费用低，制冷剂可选择性较好等独特的优点。自从上世纪50年代中期，人们就开始致力于研究和应用利用低品位热能驱动的蒸气喷射制冷系统。进入到21世纪，提高现有能源利用效率，开发利用可再生能源已经成为许多发达国家和发展中国家能源发展战略的基本选择。因此，从综合的社会效益和经济效益看，发展和应用低品位热能如太阳能、低温余热和废热驱动的蒸气喷射制冷技术更具有了现实意义。

目前，蒸气喷射制冷的性能系数相对较低是制约它取得广泛商业应用的瓶颈，因此提高喷射制冷的性能系数也就成为这一技术领域重要的研究方向。常规蒸气喷射制冷系统主要由发生器、蒸发器、冷凝器、节流阀、喷射器和循环泵组成。蒸气喷射制冷系统的性能系数(COP)很大程度上取决于喷射器的喷射系数(被引射蒸气与工作蒸气的流量之比)。而喷射器中的蒸气入口工作压力、被引射蒸气的引射压力、混合后出口的背压是影响喷射系数的主要因素。工作压力、引射压力和背压又分别是发生温度、蒸发温度及冷凝温度的函数。通常，循环的蒸发温度及冷凝温度由制冷要求和环境温度所决定，是固定在某个范围的；而发生温度是由热源的温度决定。因此，单纯的在常规蒸气喷射系统中优化工况，是不能有效提高循环系统的性能系数。有研究者提出了采用机械压缩机增压型蒸气喷射制冷系统，该系统将辅助的压缩机置于蒸发器与喷射器之间，以获得较高的喷射器引射压力并同时保证了所需的蒸发温度，这种方式提高了蒸气喷射制冷的性能系数。然而，尽管这种蒸气喷射制冷系统的性能系数相对较高，但附加的压缩机实际会让系统更加复杂，而且由于压缩机的引入也会进一步增加投资。另外，在实际应用上压缩机本身带出的润滑油也会给喷射器的工作带来一些问题。还有一些研究者对压缩—喷射复合制冷系统进行了研究，这种系统是由单独的蒸气压缩制冷循环作为底循环与蒸气喷射制冷循环通过一中间换热器联合而成。在保证所需的蒸发温度条件下，这种复合制冷系统使得蒸气喷射制冷循环中喷射器的增压比减小，而喷射系数增大，因而制冷的性能系数获得提高。很显然，这种复合制冷系统复杂，两循环匹配运行调节难度较大。

通常，喷射器的喷射系数在工作压力、引射压力一定的情况下会随着背压降低而增加。很显然，通过采取措施降低喷射器的背压，提高喷射器的喷射系数，进而改善循环性能也是一有效的方法。另外，在实际的喷射制冷循环工作过程中，喷射器排出的高温高压制冷剂蒸气中包含着仍可利用的能量。从能量的有效利用角度看，仍可以采取回热的方式用于在发生器前对工作流体进行预热，这样也会进一步提高循环系统的性能系数。

                        发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，为了获得更高的蒸气喷射制冷性能系数，本发明的目的在于提出一种新的利用一辅助的喷射器实现增压与回热的蒸气喷射式制冷循环系统。

实现上述发明目的的技术解决方案是：一种蒸气喷射式制冷循环系统，包括管路上连接的发生器、蒸发器、冷凝器、节流阀、主喷射器和循环泵；其特征在于，该系统中还有辅助喷射器；冷凝器通过循环泵连接在辅助喷射器的进口端，蒸发器与主喷射器进口端连通，主喷射器的出口与辅助喷射器的低压进口连通，辅助喷射器有两个扩压器出口，其中的一个扩压器出口通过发生器与主喷射器的进口相连通，另一个出口与冷凝器相连，冷凝器通过节流阀连接到蒸发器。

在所述的蒸气喷射式制冷循环系统中，发生器用于产生高压制冷剂工作蒸气，通过主喷射器用于引射从蒸发器出来的低压制冷剂蒸气(被引射蒸气)；辅助喷射器以循环泵输出的高压制冷剂液体作为工作流体用于引射从主喷射器出来的低压制冷剂蒸气，从它的一个扩压器出口出来的制冷剂液体进入发生器中，从另一个出口出来的制冷剂气液混合物进入冷凝器中；冷凝器用于实现制冷剂蒸气的凝结，产生的制冷剂液体分为两路，一路由循环泵增压后送入辅助喷射器，另一路通过节流阀降压后进入蒸发器中，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热实现制冷。

辅助喷射器有两个作用：一是通过它的增压作用可以降低主喷射器背压，进而提高主喷射器的喷射系数；二是实现对主喷射器排气的回热作用，它替代了通常采用常规回热器与泵结合的回热方式(如在蒸汽动力循环中)，因而简单。辅助喷射器的增压作用是以多付出了高品位的泵功为代价的，这主要是由于增加的液—气型辅助喷射器的喷射系数一般较小。但从

的角度分析，它的两个作用的综合结果是显著提高了循环系统的性能系数(COP)。

本发明的蒸气喷射式制冷循环系统结构相对简单，所增加的辅助主喷射器仍属于喷射器种类，具有增压与回热双重作用；相比于其它增压型喷射制冷系统，初投资增加不多，能有效提高系统的性能系数，从未来的应用上面看，具有明显的优势。

                       附图说明

图1是本发明新型蒸气喷射式制冷循环系统示意图，也是本发明的一个具体实施例。

图2是本发明新型蒸气喷射式制冷循环系统的循环压-焓图(p-h图)。

下面结合附图和给出的具体实施例，对本发明作进一步的说明。

                      具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的制冷循环系统包括发生器、蒸发器、冷凝器、循环泵、节流阀、主喷射器和辅助喷射器；发生器的出口端与主喷射器的高压进口连接；主喷射器的出口与辅助喷射器的低压进口连通；辅助喷射器的一个扩压器出口与发生器连接，另一个扩压器出口与冷凝器连接；冷凝器出口分两路，一路连接到循环泵，另一路通过节流阀连接到蒸发器；循环泵的出口与辅助喷射器的高压进口连接；蒸发器的出口与主喷射器的低压进口连通；以上完整连接，构成制冷循环系统。

上述主喷射器为气—气型喷射器，辅助喷射器为液—气型喷射器。

其工作过程是：来自辅助喷射器的制冷剂(如R141b、R123等)液体在发生器中因从外部热源吸收热量而产生高压工作蒸气(如图1、2中所示标号4到1的过程)，然后进入主喷射器中，进而引射从蒸发器出来的低压制冷剂蒸汽，在内部混合与扩压后排出(如图1、2中所示标号1、8到2的过程)；来自循环泵的高压制冷剂液体(压力高于发生器中的压力)进入辅助喷射器中，进而引射从主喷射器出来的制冷剂蒸汽，在内部混合与扩压后排出，在一个出口排出的是较低压力的制冷剂气液混合物，在另一个出口排出的是较高压力的制冷剂液体(如图1、2中所示标号6、2到3、4的过程)，制冷剂气液混合物进入冷凝器中放热凝结(如图2中所示3到5的过程)，制冷剂液体进入发生器；冷凝器出来的一部分制冷剂液体进入节流阀进行节流降压(如1、图2中所示标号5到7的过程)，然后进入蒸发器蒸发制冷(如图1、2中所示标号7到8的过程)，出来的制冷剂蒸汽再进入主喷射器中；冷凝器出来的另一部分制冷剂液体进入循环泵，通过消耗机械能完成升压过程(如图1、2中所示标号5到6的过程)，然后进入辅助喷射器中，完成一个循环过程。由图2可以看出，整个循环过程中存在有五个不同的工作压力，循环泵出口压力最高，依次是发生压力、冷凝压力、主喷射器背压和蒸发压力；其中发生压力、冷凝压力和蒸发压力是由循环系统的工作工况所决定，这又取决于热源温度、运行环境温度和制冷要求；循环泵出口压力和主喷射器背压是可以作为调节参数，通过优化可以实现最佳工况。相比于常规蒸气喷射制冷系统，在同样的循环工况条件下，在本发明实施例的制冷循环中，因主喷射器背压降低(相比于冷凝压力)，其喷射系数获得提高；并且因还有辅助喷射器的回热使得发生过程的平均吸热温度获得提高。所以，整个循环系统的性能系数显著提高了。从以上分析可以看出，新型蒸气喷射式制冷循环系统应用于低品位热能如太阳能、低温余热和废热驱动的喷射制冷装置中具有明显的优势。

Claims (3)

1.一种蒸气喷射式制冷循环系统，包括管路上连接的发生器、蒸发器、冷凝器、节流阀、主喷射器和循环泵；其特征在于，该系统中还有辅助喷射器；冷凝器通过循环泵连接在辅助喷射器的进口端，蒸发器与主喷射器进口端连通，主喷射器的出口与辅助喷射器的低压进口连通，辅助喷射器有两个扩压器出口，其中的一个扩压器出口通过发生器与主喷射器的进口相连通，另一个出口与冷凝器相连，冷凝器通过节流阀连接到蒸发器。

2.如权利要求1所述的蒸气喷射式制冷循环系统，其特征在于，所述的主喷射器为气—气型喷射器，辅助喷射器为液—气型喷射器。

3.如权利要求1或2所述的蒸气喷射式制冷循环系统，其特征在于，所述的冷凝器中产生的制冷剂液体分为两路，一路由循环泵增压后送入辅助喷射器，另一路通过节流阀降压后进入蒸发器中，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热实现制冷。

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