CN203550275U

CN203550275U - 一种无泵喷射式制冷系统

Info

Publication number: CN203550275U
Application number: CN201320617133.4U
Authority: CN
Inventors: 罗江玉; 陈作舟; 唐黎明
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2023-09-30

Abstract

本实用新型公开了一种无泵喷射式制冷系统，包括发生器、一级喷射器、二级喷射器、冷凝器、蒸发器、第一储液罐、第二储液罐、第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀和节流元件；一级喷射器依次与二级喷射器、冷凝器、节流元件、蒸发器串联组成回路；第二储液罐依次与第三切换阀、发生器、第一切换阀串联组成回路。一级喷射器、二级喷射器与发生器之间分别设有连通的管路；冷凝器依次与第一储液罐、第二切换阀串联连通，第二切换阀连入第一切换阀与第二储液罐之间连通的管路上。本实用新型通过三个切换阀和两个储液罐的作用，能代替传统循环中的循环泵，实现在无泵的情况下将冷凝器中凝结液供应到发生器中的作用。

Description

一种无泵喷射式制冷系统

技术领域

本实用新型涉及喷射制冷技术，尤其涉及一种无泵喷射式制冷系统。

背景技术

喷射式制冷是一种利用热能驱动的制冷方式，与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，主要优点为：可直接利用热能作为驱动能源，消耗很少的机械能，结构简单，加工方便，使用寿命长。

传统的喷射式制冷系统，主要设备包括：发生器、喷射器、循环泵、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。制冷剂在发生器中被加热，形成高温高压蒸汽进入喷射器，经过拉伐尔喷嘴形成高速气流（引射流体），由于该引射流体此时压力较低，可将蒸发器中的制冷剂（工作流体）抽吸到喷射器中，同时维持蒸发器中的温度及压力产生冷量。引射流体与工作流体充分混合后，进入扩压室，降低流速提高压力，成为高温高压蒸汽进入冷凝器中冷凝。从冷凝器中出来的制冷剂一部分经循环泵进入发生器，另外一部分通过膨胀阀后进入蒸发器蒸发制冷，从而完成冷量。

传统喷射式制冷循环的制冷温度较高，循环系统的性能系数较低，具有较大的研究空间。I.W.Eames等人对传统喷射制冷效率分析发现，造成喷射制冷效率低的原因是工作蒸汽和引射蒸汽混合过程中的窒息现象，它导致能量的很大损失。他们提出了一个新的方法——CRMC(constant rateof momentum change)，采用两级喷射减小窒息现象，从而提高了喷射制冷效率。

作为整个循环中唯一的运动部件，循环泵需要消耗一定的机械功或电能；同时由于其为运动部件，一定程度上会降低系统运行的稳定性，增大初期投资。因此，如何取代循环中的泵，实现完全的热驱动，增加系统的稳定性，学者们进行了广泛的研究。Passakorn Srisastra等人在装置改进中省去循环水泵，利用重力使从冷凝器中出来的制冷剂回到发生器中。该系统减少了系统能量的输入，同时可以获得与传统蒸汽喷射制冷一样的制冷量，提高了整个系统的制冷效率。但是该系统的缺点在于，该装置必须有足够的高度差，因而需要足够大的空间。王兴春等人提出一种结合热管的喷射式制冷系统，可以看成在毛细泵回路的蒸汽管路上安装一套喷射系统，该系统中采用重力作用使冷凝器中凝结的液体流到毛细泵中，在毛细力的驱动下到达高压蒸发面吸热汽化产生高压蒸汽。该系统在技术上是可行的，但系统的性能系数、火用效率和热力完善度都比较低。

另一个行之有效的方法是采用太阳能作为驱动能源。太阳能是清洁而且用之不尽的能源，是人们解决能源可持续发展的重要出路之一。Alexis等人提出一种利用太阳能作为驱动能源，R134a作为制冷剂的单级喷射器制冷系统，虽然系统运行COP较低，但可以得出太阳能作为热源的可行性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种无泵喷射式制冷系统，通过三个切换阀的切换作用，能代替传统喷射式循环中的循环泵，实现将冷凝器中的凝结液供应到发生器中的作用，降低系统的运行成本，增强系统的稳定性。

一种无泵喷射式制冷系统，包括发生器、一级喷射器、二级喷射器、冷凝器、蒸发器、第一储液罐、第二储液罐、第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀和节流元件；

所述发生器的工质出口分成三路，第一路与一级喷射器的工作流体入口相连，第二路与二级喷射器的工作流体入口相连，第三路与第一切换阀的工质入口相连，一级喷射器的工作流体出口与二级喷射器的引射流体入口相连，二级喷射器的工作流体出口与冷凝器的工质入口相连，冷凝器的工质出口分别与第一储液罐的入口和节流元件的入口相连，节流元件的出口与蒸发器及一级喷射器的引射流体入口依次相连接，第一储液罐的出口连接第二切换阀的入口，第二切换阀的出口与第一切换阀的出口汇成一路连接第二储液罐的入口，第二储液罐的出口与第三切换阀和发生器依次相连接；

其中，冷凝器设置的高度高于第一储液罐设置的高度，第一储液罐设置的高度高于第二储液罐设置的高度，第二储液罐设置的高度高于发生器设置的高度。

所述第一储液罐的作用是了缓解当第二切换阀关闭时冷凝器内部积液对冷凝温度的影响，同时，进一步减小第二储液罐中高压气体对冷凝压力的影响，减少流入蒸发器流量的波动，使系统保持平稳运行。

所述的发生器通过太阳能集热板供给热源，其利用太阳能作为驱动能源。

所述无泵喷射式制冷系统内的循环工质为R134a。

所述一级喷射器和二级喷射器为气-气喷射器。

冷凝器与第一储液罐之间的管路和第一储液罐与第二储液罐之间的管路要非常粗，从而保证管道中向上走的气体与向下走的液体不会出现阻塞现象。

所述制冷系统由于冷凝压力和蒸发压力压差极小，采用膨胀阀很难满足节流需求，故所述节流元件为U型管。

本实用新型系统的工作流程为：首先关闭第一切换阀和第三切换阀，打开第二切换阀，使第一储液罐与第二储液罐连通；发生器中的制冷剂吸收热量变为高温高压的工质，从发生器出口出来的工质分为两股，一股进入一级喷射器的工作喷嘴中提升速度并降低压力，通过引射作用使蒸发器中低温低压的制冷剂进入一级喷射器的引射流体入口，与喷嘴出口出来的工质进行混合后在扩散室中降低速度提升压力，由一级喷射器出口排出；从发生器出口出来的另一股制冷剂进入二级喷射器的工作喷嘴，引射来自一级喷射器工质出口的流体，混合后在二级喷射器的扩散室中降低速度提升压力，排出二级喷射器进入冷凝器中冷凝放热；凝结后的制冷剂一股通过节流元件进行节流后进入蒸发器中释放冷量，另一股经过第一储液罐、第二切换阀进入第二储液罐中贮存；当第二储液罐中贮存达到一定量的工质时，关闭第二切换阀，打开第一切换阀和第三切换阀，此时第二储液罐与发生器连通，发生器中高压的工质通过第一切换阀进入第二储液罐中进行压力平衡，第二储液罐中的液体由于重力作用，通过第三切换阀进入发生器底部，完成整个循环过程。在第二切换阀关闭的过程中，从冷凝器中出来的凝结液在第一储液罐中贮存。当第二储液罐中液体完全流入发生器中后，关闭第一切换阀和第三切换阀，打开第二切换阀，第二储液罐重新与第一储液罐连通，第一储液罐中的凝结液进入第二储液罐，重新开始下一个循环。

所述第一切换阀、第二切换阀和第三切换阀为电动阀。

所述第一切换阀、第二切换阀和第三切换阀通过时间继电器进行连锁控制；

且第二切换阀打开时，第一切换阀和第三切换阀闭合；

第二切换阀闭合时，第一切换阀和第三切换阀打开。

本实用新型提出了一种能够无泵功输入的制冷系统，采用三个切换阀、两个储液罐，取代了传统喷射式制冷系统中循环泵的使用，实现了由低压的冷凝器向高压的发生器输送制冷剂，实现了系统的无泵循环。本实用新型完全无泵功输入，实现了完全热驱动，降低了初期投入。本实用新型的发生器可采用太阳能集热板，在无泵功输入的同时利用太阳能为驱动能源，节能环保。

附图说明

图1为本实用新型的无泵喷射式制冷系统的系统流程图。

其中：1、发生器；2、二级喷射器；3、一级喷射器；4、冷凝器；5、第一储液罐；6、第二切换阀；7、第二储液罐；8、第三切换阀；9、第一切换阀；10、U型管；11、蒸发器。

具体实施方式

以下参照附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细阐述。

如图1所示，本实用新型无泵喷射式制冷系统，一级喷射器3依次与二级喷射器2、冷凝器4、U型管10、蒸发器11串联组成回路；第二储液罐7依次与第三切换阀8、发生器1、第一切换阀9串联组成回路。一级喷射器3、二级喷射器2与发生器1之间分别设有连通的管路；冷凝器4依次与第一储液罐5、第二切换阀6串联连通，第二切换阀6连入第一切换阀9与第二储液罐7之间连通的管路上。其中，冷凝器4设置的高度必须高于第一储液罐5设置的高度，第一储液罐5设置的高度必须高于第二储液罐7设置的高度，第二储液罐7设置的高度必须高于发生器1设置的高度，发生器10通过太阳能集热板供给热源，其驱动热源为太阳能。无泵喷射式制冷系统内的循环工质以R134a作为制冷剂；一级喷射器3、二级喷射器2为气—气喷射器。

本实施例中各元件具体连接关系为：

一级喷射器3的工作流体入口与发生器1的工质出口连通，引射流体入口与蒸发器11的工质出口连通，喷射出口与二级喷射器2的引射流体入口连通；二级喷射器2的工作流体入口与发生器1的工质出口连通，喷射出口与冷凝器4工质入口连通；U型管10的工质入口与冷凝器4工质出口连通，U型管10的工质出口与蒸发器11的工质入口连通；第二储液罐7依次与第三切换阀8、发生器1、第一切换阀9串联组成回路；第二切换阀6与第一储液罐5串联，第一储液罐5的工质入口与冷凝器4工质出口连通，第二切换阀6的工质出口连入第一切换阀9与第二储液罐7之间的管路上。

本实施例中制冷系统的循环工质的具体工作流程为：

首先关闭第一切换阀9和第三切换阀8，打开第二切换阀6，使第一储液罐5与第二储液罐7连通；发生器1中的制冷剂被外部热源加热后，吸收热量变为高温高压，从发生器1出口出来的制冷剂分为两股，一股作为工作流体进入一级喷射器3的工作喷嘴中提升速度并降低压力，通过引射作用使蒸发器11中低温低压的制冷剂进入一级喷射器3的引射流体入口，与喷嘴出口出来的工质进行混合后在扩散室中降低速度提升压力，由一级喷射器3的出口排出；从发生器1出口出来的另一股制冷剂进入二级喷射器2的工作喷嘴，引射来自一级喷射器3出口的流体，混合后在二级喷射器2的扩散室中降低速度提升压力，从二级喷射器2中排出后进入冷凝器4中冷凝放热；凝结后的制冷剂一股通过U型管10进行节流后进入蒸发器11中释放冷量，另一股经过第一储液罐5、第二切换阀6进入第二储液罐7中贮存；当第二储液罐7中贮存达到一定量的工质时，关闭第二切换阀6，打开第一切换阀9和第三切换阀8，此时第二储液罐7与发生器1连通，发生器1中高压的工质通过第一切换阀9进入第二储液罐7中进行压力平衡，第二储液罐7中的液体由于重力作用，通过第三切换阀8进入发生器1底部，完成整个循环过程。在第二切换阀6关闭的过程中，从冷凝器4中出来的凝结液在第一储液罐5中贮存。当第二储液罐7中液体完全流入发生器1中后，关闭第一切换阀9和第三切换阀8，打开第二切换阀6，第二储液罐7重新与第一储液罐5连通，第一储液罐5中的凝结液进入第二储液罐7，重新开始下一个循环。

本实施方式中第一切换阀9、第二切换阀6、第三切换阀8由于需要频繁开关切换，同时为了操作便利，选用电动阀；它们的控制是采用时间继电器来控制。时间继电器的输入端连接24V的稳压电源，时间继电器的输出端连接第二切换阀6的信号输入端，第二切换阀6的信号输出端连接第一切换阀9、第三切换阀8的信号输入端。如此可根据时间继电器中设置的开/关时间来决定第二切换阀6的开关。而对于开闭状态同步运行的第一切换阀9和第三切换阀8，它们的开关都与第二切换阀6相反，当第二切换阀6关闭时，向第一切换阀9和第三切换阀8输出开启信号，当第二切换阀6开启时，向第一切换阀9和第三切换阀8输出关闭信号。

Claims

1.一种无泵喷射式制冷系统，其特征在于，包括发生器、一级喷射器、二级喷射器、冷凝器、蒸发器、第一储液罐、第二储液罐、第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀和节流元件；

2.如权利要求1所述的无泵喷射式制冷系统，其特征在于，所述发生器通过太阳能集热板供给热源。

3.如权利要求1所述的无泵喷射式制冷系统，其特征在于，所述无泵喷射式制冷系统内的循环工质为R134a。

4.如权利要求1所述的无泵喷射式制冷系统，其特征在于，所述一级喷射器和二级喷射器为气-气喷射器。

5.如权利要求1所述的无泵喷射式制冷系统，其特征在于，所述第一切换阀、第二切换阀和第三切换阀为电动阀。

6.如权利要求5所述的无泵喷射式制冷系统，其特征在于，所述第一切换阀、第二切换阀和第三切换阀通过时间继电器进行连锁控制；

且第二切换阀打开时，第一切换阀和第三切换阀闭合；

第二切换阀闭合时，第一切换阀和第三切换阀打开。

7.如权利要求1所述的无泵喷射式制冷系统，其特征在于，所述节流元件为U型管。