CN214120442U - 太阳能驱动的增压喷射制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，涉及制冷装置领域。现有的太阳能增压喷射制冷装置中，中间换热器换热温差较大，影响系统性能的进一步提高，且存在大量的不可逆节流损失。本发明包括太阳能集热器、第一水泵、蓄热水箱、第二水泵、发生器、蒸汽喷射器、冷凝器、工质泵、两相喷射器、气液分离器、膨胀阀、蒸发器、涡旋压缩机。在两相喷射器入口设置涡旋压缩机，可有效提高引射流体入口压力，实现节流损失回收，提高蒸汽喷射器二次流体入口压力，改善蒸汽喷射器性能，避免出现工作失常，提高了太阳能利用率和系统运行稳定性，涡旋压缩机、蒸汽喷射器和两相喷射器共同承担制冷剂的压缩作用，降低了功耗，提高了装置能效。

Description

太阳能驱动的增压喷射制冷装置

技术领域

本发明涉及制冷装置领域，尤其涉及一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置。

背景技术

目前，蒸汽压缩制冷系统被广泛地应用于制冷和空调领域中，但是由电能驱动的机械压缩制冷系统消耗过多化石能源的同时，引起诸多的环境问题。能源和环境问题日益严重，人们把目光转向利用可再生能源的制冷系统，例如吸收、吸附和喷射制冷系统等。

喷射制冷系统结构简单，运行可靠，成本和维修费用低，且在热源温度低于80℃时，能与复杂昂贵的吸收式制冷系统形成有效的竞争。太阳能是一种清洁的可再生能源，由太阳能驱动的喷射制冷系统已经被证实其优越的节能潜力，并且系统制冷量与建筑冷负荷高度匹配。

根据现有文献所述，喷射器的出口背压必须低于临界背压，喷射器才能高效运行，否则会因为喷射系数显著降低而导致性能恶化。且由于内部的混合损失、壁面摩擦及激波损失的存在，喷射器的喷射系数不高。因此，太阳能喷射制冷系统存在着以下几个问题：1.太阳辐射具有瞬变性，太阳能喷射制冷系统性能不稳定。在太阳能不充足时，系统制冷量显著下降。在夜间无太阳能时，系统无法正常运行。2.系统热性能系数（制冷量/耗热量），即热能利用效率较低，所需太阳能集热板面积过大。3.太阳能喷射制冷系统需配备加热器，以便在阴雨天维持恒定的制冷量，但由于热能利用率较低，使这一措施并不经济。这些问题都制约着太阳能喷射制冷装置的推广。因此有人提出蒸汽压缩制冷系统与太阳喷射制冷系统有效耦合的系统，可以充分利用它们的优点并克服各自的缺点。

对现有相关专利的检索，公开号为CN201935317U的专利公开了一种“蓄冷型太阳能喷射-压缩复合制冷机组”，该装置的喷射制冷子系统和压缩制冷子系统通过蒸发冷却器复叠在一起，根据太阳辐射情况和空调负荷需要，通过阀门的切换实现向空调末端供冷，提高了太阳能利用率。公开号为CN102620468A的专利公开了一种“太阳能喷射与变速压缩复合制冷装置”，该装置根据太阳辐射的强度，通过阀门的开关实现制冷系统的切换，实现了对太阳能的分级高效利用。太阳辐射强时，喷射制冷子系统承担所有冷负荷。太阳辐射高于中等水平时，喷射制冷子系统产生的冷量用于冷却压缩制冷子系统的冷凝器；太阳辐射弱时，喷射制冷子系统的蒸发器产生的冷却效果使冷凝器出口的制冷剂过冷。太阳辐射极弱时，压缩制冷子系统单独运行。尽管，上述两种发明技术可有效改善系统的性能，提高了对太阳能的利用率。但由于中间换热器换热温差较大，影响系统性能的进一步提高。

公开号为204460837U的专利公开了“一种改进的蒸汽压缩-喷射耦合制冷系统”，该装置利用一部分冷凝节流后的两相流体冷却涡旋压缩机出口的过热气体，混合后的两相制冷剂再被喷射器吸入。该改进既节省了涡旋压缩机功耗，又增大了喷射器喷射系数。但高温高压的气态制冷剂直接冷凝节流至低温低压的液态制冷剂，存在大量的不可逆节流损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，以提高装置的太阳能利用率和系统运行稳定性，提高装置的能效为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，包括太阳能集热子系统和增压喷射子系统。所述的太阳能集热子系统中，太阳能集热器出口与蓄热水箱高温水入口a端相连、蓄热水箱低温水出口b端与第一水泵入口相连，第一水泵出口与太阳能集热器入口相连，蓄热水箱高温水出口d端与发生器热水侧入口a端相连，发生器热水侧出口b端与第二水泵入口相连，第二水泵出口与蓄热水箱低温水入口c端相连；所述的增压喷射子系统中，发生器制冷剂侧出口d端与蒸汽喷射器工作流体入口a端相连，蒸汽喷射器出口c端与冷凝器入口相连，冷凝器出口分为两路，一路与工质泵入口相连，工质泵出口与发生器制冷剂侧入口c端相连；另一路与两相喷射器工作流体入口a端相连，两相喷射器出口c端与气液分离器入口a端相连，气液分离器出口分为两路，一路与蒸汽喷射器引射流体入口b端相连，另一路经膨胀阀后与蒸发器入口相连，蒸发器出口与涡旋压缩机入口相连，涡旋压缩机出口与两相喷射器引射流体入口b端相连。

在两相喷射器入口设置一台涡旋压缩机，可有效提高引射流体入口的压力，使两相喷射器的喷射系数增加，既可以改善两相喷射器的性能又可以增加系统的制冷量。冷凝液在两相喷射器的喉部近似等熵膨胀，实现节流损失的回收，并提高蒸汽喷射器二次流体入口压力，改善了蒸汽喷射器的性能，避免出现工作失常的状况，提高了装置的太阳能利用率和系统运行的稳定性。在太阳辐射照度高时，蒸汽喷射器承担主要压缩作用。当太阳辐射照度低时，涡旋压缩机承担更多的压缩作用。本装置中，涡旋压缩机、蒸汽喷射器和两相喷射器共同承担制冷剂的压缩作用，大大降低了涡旋压缩机的功耗，提高装置的能效。

作为优选技术手段：蒸汽喷射器采用等压混合喷射器，蒸汽喷射器工作流体入口、引射流体入口及蒸汽喷射器出口均为气态制冷剂；两相喷射器采用等面积混合喷射器，两相喷射器的工作流体入口为液态制冷剂，引射流体入口为气态制冷剂，且两相喷射器出口是两相湿蒸汽。可有效优化装置性能。

作为优选技术手段：本装置采用低压制冷剂，包括R134a、环保制冷剂R1234yf或R1234ze。可以减少工质泵耗功，提升装置的热力学性能和运行可靠性。

作为优选技术手段：冷凝器出口设置储液器。可有效满足冷负荷变化时制冷剂流量调节的需要。

作为优选技术手段：涡旋压缩机出口设置止回阀和油分离器。止回阀可防止两相喷射器中的两相湿蒸汽回流损害涡旋压缩机，油分离器可避免润滑油进入到两相喷射器中。

作为优选技术手段：膨胀阀采用开度连续可调电磁膨胀阀，涡旋压缩机采用变频压缩机。通过控制膨胀阀的开度和调节涡旋压缩机频率，确保蒸汽喷射器处于临界模式下运行以及两相喷射器处于气液平衡状态。

作为优选技术手段：发生器采用盘管式换热器，冷凝器和蒸发器为风冷式换热器，冷凝器的风扇采用变频调节。可有效满足热交换需要，降低能耗。

作为优选技术手段：装置内的设备与设备之间、设备与阀门之间的连接管道采用耐腐蚀、耐高压及壁面光滑的铜管或钢管。满足装置的防腐蚀和耐压需要。

作为优选技术手段：连接管道与设备及阀门连接时采用法兰或螺纹连接，连接管道之间采用焊接连接。便于维护，能有效降低制冷剂的泄露。

作为优选技术手段：工质泵选用最大压力为4MPa，流量连续可调节的柱塞泵。

有益效果：

1、提高了蒸汽喷射器二次流体入口压力，改善了喷射器性能，提高了系统的太阳能利用率，与提供相同制冷量的传统太阳能喷射制冷装置相比，能减少了约50%的太阳能集热板面积，节省设备的初投资，保证蒸汽喷射器在临界模式下运行，避免太阳辐射不足时系统工作失常状况，提高了装置的太阳能利用率和系统运行的稳定性。

2、涡旋压缩机、蒸汽喷射器和两相喷射器共同承担制冷剂的压缩作用，大大降低了涡旋压缩机的功耗，提高装置的能效，与相同制冷的蒸汽压缩制冷装置相比，机械性能系数能提高率为10%~43%。

3、通过两相喷射器回收节流损失，涡旋压缩机耗功节省了9%~14%，机械性能系数提高9%~16%，在冷凝压力过高或蒸发压力过低的工况下，该装置的节能性会更显著。

附图说明

图1是本发明连接原理图。

图中：1-太阳能集热器；2-第一水泵；3-蓄热水箱；4-第二水泵；5-发生器；6-蒸汽喷射器；7-冷凝器；8-工质泵；9-两相喷射器；10-气液分离器；11-膨胀阀；12-蒸发器；13-涡旋压缩机。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，包括太阳能集热子系统和增压喷射子系统，太阳能集热子系统中，太阳能集热器1出口与蓄热水箱3高温水入口a端相连、蓄热水箱3低温水出口b端与第一水泵2入口相连，第一水泵2出口与太阳能集热器1入口相连，蓄热水箱3高温水出口d端与发生器5热水侧入口a端相连，发生器5热水侧出口b端与第二水泵4入口相连，第二水泵4出口与蓄热水箱3低温水入口c端相连；增压喷射子系统中，发生器5制冷剂侧出口d端与蒸汽喷射器6工作流体入口a端相连，蒸汽喷射器6出口c端与冷凝器7入口相连，冷凝器7出口分为两路，一路与工质泵8入口相连，工质泵8出口与发生器5制冷剂侧入口c端相连；另一路与两相喷射器9工作流体入口a端相连，两相喷射器9出口c端与气液分离器10入口a端相连，气液分离器10出口分为两路，一路与蒸汽喷射器6引射流体入口b端相连，另一路经膨胀阀11后与蒸发器12入口相连，蒸发器12出口与涡旋压缩机13入口相连，涡旋压缩机13出口与两相喷射器9引射流体入口b端相连。

为了实现装置性能的优化，蒸汽喷射器6采用等压混合喷射器，蒸汽喷射器6工作流体入口、引射流体入口及蒸汽喷射器6出口均为气态制冷剂；两相喷射器9采用等面积混合喷射器，两相喷射器9的工作流体入口为液态制冷剂，引射流体入口为气态制冷剂，且两相喷射器9出口是两相湿蒸汽。可有效优化装置性能。

为了提高装置的运行可靠性，本装置采用低压制冷剂R134a。可以减少工质泵8耗功，提升装置的热力学性能，有效实现制冷剂的安全性和环保性，并提高了装置的运行可靠性，本实例中，也可以采用环保制冷剂R1234yf或R1234ze代替。

为了满足冷负荷变化时制冷剂流量调节的需要，冷凝器7出口设置储液器。可有效满足冷负荷变化时制冷剂流量调节的需要。

为了避免对涡旋压缩机13的损害，涡旋压缩机13出口设置止回阀和油分离器。止回阀可防止两相喷射器9中的两相湿蒸汽回流损害涡旋压缩机13，油分离器可避免润滑油进入到两相喷射器9中。

为了确保蒸汽喷射器6处于临界模式下运行以及两相喷射器9处于气液平衡状态，膨胀阀11采用开度连续可调电磁膨胀阀，涡旋压缩机13采用变频压缩机。通过控制膨胀阀11的开度和调节涡旋压缩机13频率，确保蒸汽喷射器6处于临界模式下运行以及两相喷射器9处于气液平衡状态。

为了便于维护，连接管道与设备及阀门连接时采用法兰连接，连接管道之间采用焊接连接。便于维护，能有效降低制冷剂的泄露。本实例中，连接管道与设备及阀门连接时也可以采用螺纹连接代替。

为了满足装置的防腐蚀和耐压需要，装置内的设备与设备之间、设备与阀门之间的连接管道采用耐腐蚀、耐高压及壁面光滑的铜管或钢管。满足装置的防腐蚀和耐压需要。

为了满足热交换需要，发生器5采用盘管式换热器，冷凝器7和蒸发器12为风冷式换热器，冷凝器7的风扇采用变频调节。可有效满足热交换需要，降低能耗。

为了满足装置工作需要，工质泵8选用最大压力为4MPa，流量连续可调节的柱塞泵。可有效满足装置工作需要。

装置工作时，在太阳能集热子系统中，水在太阳能集热器1中吸收太阳辐射，被加热成高温水后流入蓄热水箱3，低温水从蓄热水箱3中流出，经第一水泵2送回太阳能集热器1，蓄热水箱3出口的高温水在发生器5中与制冷剂侧换热，释放热量的水被第二水泵4送回蓄热水箱3；在增压喷射子系统中，发生器5中的制冷剂吸收水侧的热量被蒸发成高温高压的蒸汽，然后进入蒸汽喷射器6中，过热气体在喉部出口膨胀成低压流体并引射来自汽液分离器10出口的饱和气态制冷剂，两股流体混合后，在蒸汽喷射器6中实现再压缩，出口具有中间温度和压力的过热气体被释放到冷凝器7中放热冷凝，出口冷凝液分为两路，一路经工质泵8送回发生器5中，另一路作为二号两相喷射器9的工作流体，引射来自涡旋压缩机13出口的过热气体，两股流体在两相喷射器9中混合、压力得到一定提升，变为两相湿蒸汽，湿蒸汽进入气液分离器10中被分离成饱和气体和饱和液体，饱和气体经蒸汽喷射器6引射流体入口被重新引射，饱和液体在膨胀阀11中节流成气液混合物，进入蒸发器12中吸热蒸发，出口低温低压气态制冷剂经涡旋压缩机13增压后，重新被两相喷射器9引射，完成整个循环过程。

在两相喷射器9入口设置一台涡旋压缩机13，可有效提高引射流体入口的压力，使两相喷射器9的喷射系数增加，既可以改善两相喷射器9的性能又可以增加系统的制冷量，冷凝液在两相喷射器9的喉部近似等熵膨胀，实现节流损失的回收，并提高蒸汽喷射器6二次流体入口压力，改善了蒸汽喷射器6的性能，避免出现工作失常的状况，提高了装置的太阳能利用率和系统运行的稳定性，在太阳辐射照度高时，蒸汽喷射器9承担主要压缩作用，当太阳辐射照度低时，涡旋压缩机13承担更多的压缩作用，本装置中，涡旋压缩机13、蒸汽喷射器9和两相喷射器9共同承担制冷剂的压缩作用，大大降低了涡旋压缩机13的功耗，提高装置的能效。

以上图1所示的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，包括太阳能集热子系统和增压喷射子系统，其特征在于：所述的太阳能集热子系统中，太阳能集热器(1)出口与蓄热水箱(3)高温水入口a端相连、蓄热水箱(3)低温水出口b端与第一水泵(2)入口相连，第一水泵(2)出口与太阳能集热器(1)入口相连，蓄热水箱(3)高温水出口d端与发生器(5)热水侧入口a端相连，发生器(5)热水侧出口b端与第二水泵(4)入口相连，第二水泵(4)出口与蓄热水箱(3)低温水入口c端相连；所述的增压喷射子系统中，发生器(5)制冷剂侧出口d端与蒸汽喷射器(6)工作流体入口a端相连，蒸汽喷射器(6)出口c端与冷凝器(7)入口相连，冷凝器(7)出口分为两路，一路与工质泵(8)入口相连，工质泵(8)出口与发生器(5)制冷剂侧入口c端相连；另一路与两相喷射器(9)工作流体入口a端相连，两相喷射器(9)出口c端与气液分离器(10)入口a端相连，气液分离器(10)出口分为两路，一路与蒸汽喷射器(6)引射流体入口b端相连，另一路经膨胀阀(11)后与蒸发器(12)入口相连，蒸发器(12)出口与涡旋压缩机(13)入口相连，涡旋压缩机(13)出口与两相喷射器(9)引射流体入口b端相连。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：蒸汽喷射器(6)采用等压混合喷射器，蒸汽喷射器(6)工作流体入口、引射流体入口及蒸汽喷射器(6)出口均为气态制冷剂；两相喷射器(9)采用等面积混合喷射器，两相喷射器(9)的工作流体入口为液态制冷剂，引射流体入口为气态制冷剂，且两相喷射器(9)出口是两相湿蒸汽。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：本装置采用低压制冷剂，包括R134a、环保制冷剂R1234yf或R1234ze。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：冷凝器(7)出口设置储液器。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：涡旋压缩机(13)出口设置止回阀和油分离器。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：膨胀阀(11)采用开度连续可调电磁膨胀阀，涡旋压缩机(13)采用变频压缩机。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：发生器(5)采用盘管式换热器，冷凝器(7)和蒸发器(12)为风冷式换热器，冷凝器(7)的风扇采用变频调节。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：装置内的设备与设备之间、设备与阀门之间的连接管道采用耐腐蚀、耐高压及壁面光滑的铜管或钢管。

9.根据权利要求8所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：连接管道与设备及阀门连接时采用法兰或螺纹连接，连接管道之间采用焊接连接。

10.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的增压喷射制冷装置，其特征在于：工质泵(8)选用最大压力为4MPa，流量连续可调节的柱塞泵。

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