CN212538346U

CN212538346U - 一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统

Info

Publication number: CN212538346U
Application number: CN202021926837.6U
Authority: CN
Inventors: 谢晶; 贾发铜; 杨大章; 王乃心; 王金锋
Original assignee: Shanghai Ocean University
Current assignee: Shanghai Ocean University
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2030-09-07

Abstract

本实用新型的目的是提供一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统。制冷系统中的太阳能辅助增压制冷机组充分利用海上太阳能资源进行辅助制冷，节约船舶制冷系统运行能耗；利用喷射器回收系统膨胀压，提高压缩机吸气压力，减小压缩机压缩比；利用涡流管直接制取部分冷量，减少制冷剂在蒸汽压缩循环中的不可逆损失；相比普通蒸汽压缩循环，提高了系统运行效率，降低了设备能耗；辅助制冷机组结构简单、投入成本低、不易损坏、运行稳定，具有较好的应用前景。

Description

一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统

技术领域

本实用新型涉及一种制冷循环系统，具体涉及一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统。

背景技术

随着全球远洋航运事业的飞速发展，船舶动力设备的技术升级周期也随之加快。但当前船舶制冷设备仍然面临着能耗大效率低的问题，据相关资料统计，在世界范围内，船舶柴油机排放对大气造成的污染占比约为5%~10%。面对当前能源危机逐渐提升，船舶排放对海洋环境污染问题日益严峻的情况下，如何降低排放并减少远洋船舶对环境的污染，已成为船舶领域需进一步解决的问题。因此，分析当前制冷技术所存在问题、研究新的制冷设备、充分利用可再生资源是提升现有制冷机组节能水平的有效途径。

海上太阳能资源分布广泛，太阳能船舶的研发已成为各国的研究热点，其中太阳能喷射制冷是一种对太阳能资源利用并节约船舶动力的可靠方式。喷射器具有无运动部件、无需维护、结构简单、成本低等优点，它通过回收工作流体压能来提高出口混合流的压力，以此提高压缩机进口压力并降低压缩机压缩比，可以有效提高制冷系统COP。另外，涡流管作为一种结构简单、无运动部件的能量分离设备在制冷系统上逐渐被广泛应用，在运作中，高压气体从进口进入涡流室形成涡流，涡旋气体在内部产生复杂的相互作用，分成冷热两种流体分别从涡流管两端流出。目前的蒸汽压缩循环多是单一形式与上述设备结合，考虑到普通蒸汽压缩循环中存在较多不可逆损失，如果将太阳能、喷射器、涡流管与蒸汽压缩循环以合理的方式结合，发挥各个部件优势特点，可以获得更优的系统性能和节能效果。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统机组，利用低品位能源太阳能作为辅助能源，另外引入喷射器和涡流管对蒸汽压缩双级循环加以改进，降低循环不可逆损失和运行能耗。

本实用新型所采用的技术方案是，一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，包括依次相连的太阳能辅助增压制冷机组和双级压缩蒸汽喷射循环机组。

上述方案中，太阳能辅助增压制冷机组包括太阳能集热循环与高压级增压喷射循环，两个循环共用发生器，热媒在发生器中释放热量，制冷剂在发生器中吸热变成过热蒸汽。

太阳能集热循环由依次连接的太阳能集热器、发生器和循环泵构成闭合环路，太阳能集热器出口管路连接发生器热媒进口管路，发生器热媒出口管路连接循环泵进口管路，循环泵出口管路连接太阳能集热器进口管路。

高压级增压喷射循环由发生器、高压级喷射器、涡流管和蒸汽压缩循环构成闭合环路，冷凝器出口管路连接发生器制冷剂进口管路，发生器制冷剂出口管路连接高压级喷射器主流进口管路，高压级喷射器出口管路连接冷凝器进口管路，中间冷却器制冷剂气体出口管路连接涡流管进口管路，涡流管冷端出口管路连接蒸发器进口管路，涡流管热端出口管路连接高压级喷射器次流进口管路。

双级压缩蒸汽喷射循环包括高压级循环和低压级喷射循环，两个循环通过中间冷却器连接，中间冷却器中的气态制冷剂一部分进入高压级压缩机，另一部分进入涡流管，液态制冷剂进入低压级喷射器。

高压级循环由中间冷却器、高压级压缩机、冷凝器和高压级电子膨胀阀构成，中间冷却器气体出口管路连接高压级压缩机进口管路，高压级压缩机出口管路与高压级喷射器出口管路合并连接冷凝器进口管路，制冷剂从冷凝器出口分为两部分，一部分通过循环泵流至发生器，另一部分通过电子膨胀阀节流降压至中间冷却器。

低压级循环由中间冷却器、低压级喷射器、蒸发器、气液分离器、低压级电子膨胀阀和低压级压缩机构成，中间冷却器液体出口管路连接喷射器主流进口管路，喷射器出口管路连接气液分离器进口管路，气液分离器气体出口连接低压级压缩机进口管路，低压级压缩机出口管路连接中间冷却器下端进口管路，气液分离器液体制冷剂通过低压级电子膨胀阀节流降压后与来自涡流管冷端制冷剂混合进入蒸发器，蒸发器出口管路连接喷射器次流进口管路。

本实用新型提出的太阳能辅助增效的喷射器与涡流管组合蒸汽压缩制冷循环系统相对普通双级蒸汽压缩循环系统来说，可以对可再生能源太阳能充分利用，通过太阳能集热循环与高压级喷射器对来自中间冷却器的气体制冷剂升压，降低高压级压缩机运行能耗，另外利用涡流管从来自中间冷却器气体制冷剂中提取出温度更低的制冷剂，减少中间能量传输的不可逆损失。当光照条件不能满足太阳能辅助增压制冷机组的工作需求时，系统会控制管路电磁阀和循环泵关断太阳能辅助增压循环机组，此时只有双级压缩蒸汽喷射循环运作。

本实用新型设置了必要的安全措施，例如：中间冷却器连接涡流管管路设置止回阀，防止制冷剂回流至中间冷却器；涡流管连接蒸发器管路设置止回阀，防止制冷剂回流至涡流管；高压级喷射器连接冷凝器管路设置止回阀，防止制冷剂回流至高压级喷射器；低压级喷射器连接气液分离器管路设置止回阀，防止制冷剂回流至低压级喷射器。

本实用新型的制冷系统具有如下优点。

1.将部分中间冷却器中的气体制冷剂与来自发生器的高压过热蒸汽在高压级喷射器混合升压，随后与高压级压缩机排气一同进入冷凝器，降低高压级压缩机运行负荷，实现节能，提高蒸汽压缩循环COP。

2.涡流管提取来自中间冷却器中温气体制冷剂的冷气流，将冷气流直接引入蒸发器制冷，减少了制冷剂经过蒸汽压缩过程造成的不可逆损失，提高系统制冷量。

3.冷凝器采用引入海水降温冷却方式，降低设备运行成本，提高系统运行效率。

4.蒸发器出口的低温低压制冷剂在低压级喷射器中与来自中间冷却器的中温中压制冷剂混合升压，降低低压级压缩机压缩比，回收膨胀功，减少节流降压过程的不可逆损失，提高蒸汽压缩循环系统COP。

附图说明

图1为本实用新型制冷循环系统示意图；图1中各主要部件的名称为：1-太阳能集热器；2-发生器；3a-集热循环泵；3b-高压循环泵；4-中间冷却器；5-涡流管；6-高压级喷射器；7-冷凝器；8-低压级喷射器；9-气液分离器；10-蒸发器；11-低压级压缩机；12-高压级压缩机；13-太阳能辅助增压制冷机组；14-双级压缩蒸汽喷射循环机组；E1-高压级电子膨胀阀；E2-低压级电子膨胀阀；C1、C2、C3、C4、C5-止回阀；V1、V2、V3、V4-电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本具体实施方式是一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，如图1所示，包括太阳能辅助增压制冷机组13和双级压缩蒸汽喷射循环机组14，具体包括太阳能集热器1、发生器2、集热循环泵3a、高压循环泵3b、中间冷却器4、涡流管5、高压级喷射器6、冷凝器7、低压级喷射器8、气液分离器9、蒸发器10、低压级压缩机11、高压级压缩机12、太阳能辅助增压制冷机组13、双级压缩蒸汽喷射循环机组14、止回阀C1-C5、电磁阀V1-V4、高压级电子膨胀阀E1、低压级电子膨胀阀E2。

太阳能辅助增压制冷机组13包括太阳能集热循环与高压级增压喷射循环，两个循环共用发生器2，具体包括太阳能集热器1、发生器2、集热循环泵3a、高压循环泵3b、涡流管5、高压级喷射器6、电磁阀V、止回阀C。

太阳能集热循环由依次连接的太阳能集热器1、发生器2和集热循环泵3a构成闭合环路，太阳能集热器1出口管路连接发生器2热媒进口管路，发生器2热媒出口管路连接集热循环泵3a进口管路，高压循环泵3b出口管路连接太阳能集热器进口管路。

上述太阳能集热循环运作方式为：热媒在太阳能集热器1中吸收热量变成高温热媒，高温热媒从太阳能集热器1流入发生器2将热量释放给液体制冷剂，高温热媒冷却成低温热媒，低温热媒经集热循环泵3a流至太阳能集热器1，完成一次集热循环。

高压级增压喷射循环由发生器2、高压级喷射器6、涡流管5、高压循环泵3b、电磁阀V1、电磁阀V2、电磁阀V3、电磁阀V4及双级压缩蒸汽喷射循环机组14构成闭合环路；双级压缩喷射循环机组14中的冷凝器7出口管路连接发生器2制冷剂进口管路，发生器2制冷剂出口管路连接高压级喷射器6主流进口管路，高压级喷射器6出口管路连接冷凝器7进口管路，双级压缩蒸汽喷射循环机组14中的中间冷却器4制冷剂气体出口管路连接涡流管5进口管路，涡流管5冷端出口管路连接双级压缩蒸汽喷射循环机组14中的蒸发器10进口管路，涡流管5热端出口管路连接高压级喷射器6次流进口管路。

上述高压级增压喷射循环运作方式为：部分中温中压气态制冷剂从双级压缩蒸汽喷射循环机组14中的中间冷却器4气体出口流入涡流管5，中温中压气态制冷剂在涡流管5中被分为高温低压气态制冷剂和低温低压气态制冷剂，低温低压气态制冷剂从涡流管5冷端出口流入双级压缩蒸汽喷射循环机组14中的蒸发器10吸收热量，高温低压气态制冷剂从涡流管5热端出口流入高压级喷射器6，高温低压气态制冷剂从高压级喷射器6的进口进入喷射器，压力进一步降低；部分液态制冷剂从双级压缩蒸汽喷射循环机组14中的冷凝器7出口经高压循环泵3b流入发生器2，液态制冷剂在发生器2中吸收来自太阳能循环热媒释放的热量变成高压过热气态制冷剂，过热气态制冷剂从发生器2流入高压级喷射器6，过热气态制冷剂经过高压级喷射器6的喷嘴变成低压高速射流，射流将发生器2出口的低压气态制冷剂卷吸进入高压级喷射器6的混合室，混合流在混合室完成均匀混合后流至高压级喷射器6扩压段完成升压，升压后的高压气态制冷剂从高压级喷射器6出口流入双级压缩蒸汽喷射循环机组14的冷凝器7放热；制冷剂在高压级增压喷射循环中完成一次循环。

双级压缩蒸汽喷射循环机组14包括高压级循环和低压级喷射循环，两个循环通过中间冷却器4连接，具体包括冷凝器7、高压级压缩机12、中间冷却器4、低压级压缩机11、低压级喷射器8、气液分离器9、蒸发器10、高压级电子膨胀阀E1、低压级电子膨胀阀E2、止回阀C。

高压级循环由中间冷却器4、高压级压缩机12、冷凝器7和高压级电子膨胀阀E1构成闭合环路，中间冷却器4气体出口管路连接高压级压缩机12进口管路，高压级压缩机12出口管路与高压级喷射器6出口管路合并连接至冷凝器7进口管路，冷凝器7出口一支管路经高压级电子膨胀阀E1连接中间冷却器4进口管路，另一支管路经高压循环泵3b连接至发生器2制冷剂进口管路。

上述高压级循环运作方式为：部分中温中压气态制冷剂从中间冷却器4进入高压级压缩机12变成高温高压气态制冷剂，随后与来自高压级喷射器6的高压制冷剂一同进入冷凝器7放热变成高压液态制冷剂，而后液态制冷剂在冷凝器7出口分成两部分，一部分经高压循环泵3b流入发生器2，另一部分经高压级电子膨胀阀节E1流降压为中温中压两相流后流入中间冷却器4，制冷剂在高压级循环中完成一次循环。

低压级喷射循环由中间冷却器4、低压级喷射器8、蒸发器10、气液分离器9、低压级压缩机11、低压级电子膨胀阀E2构成闭合环路，中间冷却器4液体出口管路连接低压级喷射器8主流进口管路，低压级喷射器8出口管路连接气液分离器9进口管路，气液分离器气体9出口管路连接低压级压缩机11进口管路，低压级压缩机11出口管路连接中间冷却器4下端进口管路，气液分离器9液体出口管路经低压级电子膨胀阀E2与来自涡流管5冷端出口管路合并连接至蒸发器10进口管路，蒸发器10出口管路连接低压级喷射器8次流进口管路。

上述低压级喷射循环运作方式为：中温中压液态制冷剂从中间冷却器4流入低压级喷射器8，随后中温中压液态制冷剂经低压级喷射器8喷嘴变成高速射流，射流将蒸发器10出口的低温低压两相流卷吸进入混合室，混合流在混合室完成均匀混合后流至高压级喷射器4扩压段完成升压，随后升压后的两相流制冷剂进入气液分离器9，气液分离器9中气态制冷剂进入低压级压缩机11变成高温中压气态制冷剂，随后高温中压气态制冷进入中间冷却器4降温，气液分离器9中液态制冷剂经低压级电子膨胀阀E2节流降压为低温低压两相流与来自涡流管5的低温气态制冷剂一同进入蒸发器10吸热，随后低压制冷剂从蒸发器10进入低压级喷射器10进一步降压，制冷剂在低压级喷射循环中完成一次循环。

本实用新型的制冷系统在运行中，在光照条件满足太阳能辅助增压喷射循环机组13正常运行需求时，此时连接两个机组的电磁阀V1、V2、V3、V4及集热循环泵3a、高压循环泵3b全部打开，太阳能辅助增压喷射循环机组13和双级压缩蒸汽喷射循环机组14同时运行；当光照条件不能满足太阳能辅助增压喷射循环机组13正常运行需求时，此时连接两个机组的电磁阀V1、V2、V3、V4及集热循环泵3a、高压循环泵3b全部关闭，只有双级压缩蒸汽喷射循环机正常运行。

本实用新型的制冷系统可以充分利用海上太阳能资源，利用制冷系统中的太阳能辅助增压制冷机组进行辅助制冷，节约船舶制冷系统运行能耗；利用喷射器回收系统膨胀压，提高压缩机吸气压力，减小压缩机压缩比；利用涡流管直接制取部分冷量，减少制冷剂在蒸汽压缩循环中的不可逆损失；相比普通蒸汽压缩循环，提高了系统运行效率，降低了设备能耗；辅助制冷机组结构简单、投入成本低、不易损坏、运行稳定，具有较好的应用前景。

Claims

1.一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，其特征在于，包括依次相连的太阳能辅助增压制冷机组（13）和双级压缩蒸汽喷射循环机组（14）。

2.根据权利要求1所述的一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，其特征在于，所述的太阳能辅助增压制冷机组（13）包括太阳能集热循环与高压级增压喷射循环，两个循环共用发生器（2），太阳能集热循环由依次连接的太阳能集热器（1）、发生器（2）和集热循环泵（3a）构成闭合环路；高压级增压喷射循环由发生器（2）、高压级喷射器（6）、涡流管（5）和双级压缩蒸汽喷射循环机组（14）构成闭合环路。

3.根据权利要求1所述的一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，其特征在于，所述的双级压缩蒸汽喷射循环机组（14），包括高压级循环和低压级喷射循环，两个循环通过中间冷却器（4）连接，中间冷却器（4）中的气体制冷剂一部分进入高压级压缩机（12），另一部分进入涡流管（5）。

4.根据权利要求2所述的一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，其特征在于，所述的高压级增压喷射循环，冷凝器（7）出口管路连接发生器（2）制冷剂进口管路，发生器（2）制冷剂出口管路连接高压级喷射器（6）主流进口管路，高压级喷射器（6）出口管路连接冷凝器（7）进口管路，中间冷却器（4）制冷剂气体出口管路连接涡流管（5）进口管路，涡流管（5）冷端出口管路连接蒸发器（10）进口管路，涡流管（5）热端出口管路连接高压级喷射器（6）次流进口管路。

5.根据权利要求2所述的一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，其特征在于，所述的太阳能集热循环，太阳能集热器（1）出口管路连接发生器（2）热媒进口管路，发生器（2）热媒出口管路连接集热循环泵（3a）进口管路，集热循环泵（3a）出口管路连接太阳能集热器（1）进口管路。

6.根据权利要求3所述的一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，其特征在于，所述的高压级循环，循环由中间冷却器（4）、高压级压缩机（12）、冷凝器（7）和高压级电子膨胀阀（E1）构成闭合环路，中间冷却器（4）气体出口管路连接高压级压缩机（12）进口管路，高压级压缩机（12）出口管路与高压级喷射器（6）出口管路合并连接冷凝器（7）进口管路，制冷剂从冷凝器（7）出口分为两部分，一部分通过高压循环泵（3b）流至发生器，另一部分通过高压级电子膨胀阀（E1）节流降压至中间冷却器（4）。

7.根据权利要求3所述的一种带喷射器和涡流管的太阳能辅助增效船舶用制冷系统，其特征在于，所述的低压级喷射循环，循环由中间冷却器（4）、低压级喷射器（8）、蒸发器（10）、气液分离器（9）和低压级压缩机（11）构成闭合环路，中间冷却器（4）液体出口管路连接低压级喷射器（8）主流进口管路，低压级喷射器（8）出口管路连接气液分离器（9）进口管路，气液分离器（9）气体出口连接低压级压缩机（11）进口管路，低压级压缩机（11）出口管路连接中间冷却器（4）下端进口管路，气液分离器（9）液体出口管路经低压级电子膨胀阀（E2）与来自涡流管（5）冷端出口管路合并连接至蒸发器（10）进口管路，蒸发器（10）出口管路连接低压级喷射器（8）次流进口管路。