CN104236159A - 一种多能源驱动制冷***及制冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多能源驱动制冷***及制冷方法。其中一种多能源驱动制冷***包括喷射制冷部分和压缩式制冷部分，喷射制冷部分包括气液分离器，压缩式制冷部分包括压缩机、用于制冷的蒸发器和串接在蒸发器的工质入口的节流部件，压缩机的工质出口连接有用于通过降低温度使工质转化为气液相混合状态的回热装置，回热装置与节流部件的工质入口之间设有至少一级气相工质分离冷凝装置，气相工质分离冷凝装置包括次级气液分离器和次级回热装置，次级气液分离器的工质出口与回热装置或上级气相工质分离冷凝装置中次级回热装置的热工质通道出口连接，次级回热装置的工质出口与节流元件的工质入口连接。上述多能源驱动制冷***能够实现更低的制冷温度。

Description

一种多能源驱动制冷***及制冷方法
技术领域
本发明涉及一种多能源驱动制冷***及制冷方法。
背景技术
喷射制冷具有利用低品位低温热源来实现制冷的优点，且***结构简单、不含运动部件、可靠性高。然而，传统喷射制冷***采用单一组分制冷剂工质，且受到喷射器压比较小的限制，难以达到在较低制冷温度下制冷工质蒸发压力的要求，故制冷温度较高，使得其实际应用受到很大限制。因此，为了获得较低制冷温度，通常采用复叠制冷循环***，采用多元非共沸混合工质作为制冷剂，根据非共沸混合工质在气液相平衡状态下气相和液相组分浓度不同的特点，利用气液分离器将高沸点液态工质和低沸点气态工质分离开来，通过高沸点工质蒸发来实现低沸点工质冷凝，只需要一个压缩机便能获得较低制冷温度。
现有的复叠制冷循环***如申请号为201010510850.8的中国专利公开的一种低品位热能辅助驱动的复合式低温制冷***，包括喷射制冷部分（即低品位热能辅助部分）和压缩式制冷部分，喷射制冷部分包括依次连接的发生器、喷射器、冷凝器、气液分离器、工质泵和第一回热器等其他相应的回热元件，压缩式制冷部分包括压缩机、用于制冷的蒸发器、串接在蒸发器的工质入口的第二节流部件和由冷凝蒸发器、回热器等回热元件形成的回热装置，压缩机的工质入口与气液分离器的气相工质出口（即出气口）相连。为了获得更好的性能，气液分离器内还设有分凝器（即第四回热器）。工作时，复合式低温制冷***通过低品位热能所驱动的喷射器实现高沸点工质冷凝成液体以作为低沸点工质冷却介质，喷射器另一作用是增大在压缩机吸气口的低沸点工质吸气压力，降低压缩机压缩比，实现更低制冷温度。由于该循环中高沸点工质的压缩过程是由喷射器来完成的，因此节省压缩机耗功量，喷射器还提高压缩机吸气口低沸点工质的吸气压力，也有助于进一步降低压缩机功耗。但是，由于气液分离器气液分离性能的限制，仍会有较多高沸点工质点进入蒸发器，从而影响制冷***制冷性能，制冷温度较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现更低的制冷温度的多能源驱动制冷***，同时，本发明还提供了一种能够实现更低的制冷温度的多能源驱动制冷方法。
本发明中一种多能源驱动制冷***采用的技术方案是：一种多能源驱动制冷***，包括喷射制冷部分和压缩式制冷部分，所述喷射制冷部分包括气液分离器，所述压缩式制冷部分包括压缩机、用于制冷的蒸发器和串接在蒸发器的工质入口的节流部件，所述压缩机的工质出口连接有用于通过降低温度使工质转化为气液相混合状态的回热装置，所述回热装置与所述节流部件的工质入口之间设有至少一级气相工质分离冷凝装置，所述气相工质分离冷凝装置包括次级气液分离器和次级回热装置，所述次级气液分离器的工质出口与所述回热装置或上级气相工质分离冷凝装置中次级回热装置的热工质通道出口连接，所述次级回热装置的工质出口与所述节流元件的工质入口连接。
所述次级回热装置包括至少一个次级回热元件，所述次级气液分离器的液相工质出口连接有次级节流元件，次级节流元件的工质出口与至少一个回热装置的冷工质通道串接。
所述次级回热元件包括冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器的热工质通道串接在所述次级气液分离器的气相工质出口且冷工质通道入口与所述次级节流元件连通；所述次级回热元件还包括设置在次级气液分离器内的分凝器，冷凝蒸发器的冷工质通道出口与所述分凝器的工质入口连通，所述分凝器的工质出口与所述喷射制冷部分中喷射器的引射流体入口连通或经过相应的所述回热装置后与所述引射流体入口连通。
所述回热装置包括压缩机回热器，压缩机回热器的冷工质通道串接在喷射制冷部分的工质泵与发生器之间，压缩机回热器的热工质通道入口与所述压缩机的工质出口连通。设置压缩机回热器能够有效回收利用压缩机排出工质的余热对发生器中的介质进行加热，进一步提升***能效比，显著提高制冷效率。
所述回热装置还包括串接在所述压缩机回热器与第一级次级气液分离器之间的冷凝器。
本发明中多能源驱动制冷方法采用的技术方案是：多能源驱动制冷方法，该方法包括以下步骤：将所述压缩机的工质出口流出的工质通过回热装置降低温度，使工质转化为气液相混合状态；再将回热装置出口流出的工质通过至少一级气相工质分离冷凝装置后再通入与蒸发器串接的节流部件的工质入口，所述气相工质分离冷凝装置包括次级气液分离器和次级回热装置，所述次级气液分离器的工质出口与所述回热装置或上级气相工质分离冷凝装置中次级回热装置的热工质通道出口连接，所述次级回热装置的工质出口与所述节流元件的工质入口连接。
所述次级回热装置包括至少一个次级回热元件，所述次级气液分离器的液相工质出口连接有次级节流元件，次级节流元件的工质出口与至少一个回热装置的冷工质通道串接。
所述次级回热元件包括冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器的热工质通道串接在所述次级气液分离器的气相工质出口且冷工质通道入口与所述次级节流元件连通；所述次级回热元件还包括设置在次级气液分离器内的分凝器，冷凝蒸发器的冷工质通道出口与所述分凝器的工质入口连通，所述分凝器的工质出口与所述喷射制冷部分中喷射器的引射流体入口连通或经过相应的回热元件后与所述引射流体入口连通。
所述回热装置包括压缩机回热器，压缩机回热器的冷工质通道串接在喷射制冷部分的工质泵与发生器之间，压缩机回热器的热工质通道入口与所述压缩机的工质出口连通，所述回热装置还包括串接在所述压缩机回热器与第一级次级气液分离器之间的冷凝器。
所述气相工质分离冷凝装置仅设有一级。
本发明采用上述技术方案，多能源驱动制冷***包括喷射制冷部分和压缩式制冷部分，所述喷射制冷部分包括气液分离器，所述压缩式制冷部分包括压缩机、用于制冷的蒸发器和串接在蒸发器的工质入口的节流部件，所述压缩机的工质出口连接有用于通过降低温度使工质转化为气液相混合状态的回热装置，所述回热装置与所述节流部件的工质入口之间设有至少一级气相工质分离冷凝装置，所述气相工质分离冷凝装置包括次级气液分离器和次级回热装置，所述次级气液分离器的工质出口与所述回热装置或上级气相工质分离冷凝装置中次级回热装置的热工质通道出口连接，所述次级回热装置的工质出口与所述节流元件的工质入口连接，这样能够形成两级分离，从最末一级的次级气液分离装置的气相工质出口进入节流部件的绝大部分均为低沸点工质，通过利用喷射器降低压缩机压缩比，可实现更低的制冷温度，提高制冷性能，低沸点工质单位容积制冷量比高沸点工质单位容积制冷量大，可缩小压缩机体积。
附图说明
图1是本发明中一种多能源驱动制冷***的实施例一的结构示意图；
图2是本发明中一种多能源驱动制冷***的实施例二的结构示意图。
图中各附图标记对应的名称为：1-发生器，2-喷射器，3-第一回热器，4-第一冷凝器，5-第一气液分离器，6-第一分凝器，7-压缩机，8-第二回热器，9-第三回热器，10-第二冷凝器，11-第二气液分离器，12-第二分凝器，13-冷凝蒸发器，14-第四回热器，15-第三节流阀，16-蒸发器，17-第二节流阀，18-第一节流阀，19-工质泵。
具体实施方式
本发明中一种多能源驱动制冷***的实施例一如图1所示，是一种多能源驱动-100～-30℃温区复合制冷***，包括压缩机式制冷部分和喷射制冷部分。
其中喷射制冷部分包括发生器1、喷射器2、第一回热器3、第一冷凝器4、第一气液分离器5、第一节流阀18和工质泵19等，第一气液分离器5内还设有第一分凝器6，所述发生器1出口与喷射器2的工作流体入口相连，喷射器2出口经第一回热器3与第一冷凝器4入口相连，第一冷凝器4出口与第一气液分离器5的入口相连，第一气液分离器5底部出液口分为两路，一路依次经工质泵19、第一回热器3和第二回热器8与发生器1入口相连，另一路接入第一节流阀18入口，第一气液分离器5顶部出气口与压缩机7吸气口相连。第二回热器8形成压缩机回热器。
压缩机式制冷部分包括压缩机7、第三节流阀15和用于制冷的蒸发器16等，第三节流阀15为串接在蒸发器16的工质入口的节流部件。压缩机7的工质出口连接有用于通过降低温度使工质转化为气液相混合状态的回热装置，包括第二回热器8、第三回热器9和第二冷凝器10。第二冷凝器10与第三节流阀15的工质入口之间设有一级气相工质分离冷凝装置，该气相工质分离冷凝装置包括次级气液分离器和次级回热装置，次级气液分离器为第二气液分离器11，第二气液分离器11的工质入口与第二冷凝器10的工质出口连接；回热装置包括冷凝蒸发器13、第四回热器14、和设置在第二气液分离器11内的第二分凝器12等多个次级回热元件。第二气液分离器11顶部出气口接入冷凝蒸发器13高压侧入口，冷凝蒸发器13高压侧出口经第四回热器14、第三节流阀15接入蒸发器16入口，蒸发器16出口经第四回热器14接入冷凝蒸发器13低压侧入口，第二气液分离器11底部出液口经第二节流阀17接入冷凝蒸发器13低压侧入口，冷凝蒸发器13低压侧出口经第二分凝器12后与第一节流阀18出口相连，再经第一分凝器6和第三回热器9接入喷射器2引射流体入口。
上述多能源驱动制冷***所用的混合工质(制冷剂)包括高沸点工质和低沸点工质，所述高沸点工质为R600a、R152a、R134a和R22中的一种，所述低沸点工质为R23、R170、R290和R32中的一种。
工作时，发生器1中液态混合制冷剂加热汽化为高压过热状态制冷剂蒸汽，作为工作气体进入喷射器2引射第三回热器9冷工质通道出口（低压侧出口）的低压混合制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在喷射器2内混合增压，喷射器2出口的中间压力状态过热制冷剂混合蒸汽经第一回热器3换热后进入第一冷凝器4进一步冷却为汽液两相混合制冷剂，再进入第一气液分离器5实现气相和液相分离，第一气液分离器5内气相制冷剂经第一分凝器6的进一步提纯后，气相部分主要为低沸点制冷剂和少量高沸点制冷剂，液相部分主要为高沸点制冷剂和少量低沸点制冷剂，第一气液分离器5底部流出液态制冷剂分为两路，一路经工质泵19加压后经第一回热器3和第二回热器8换热后进入发生器1被加热汽化为喷射器2的工作流体，另一路进入第一节流阀18节流降压成为低温低压混合制冷剂，第一气液分离器5顶部流出的气态制冷剂经压缩机7、第二回热器8和第三回热器9换热后进入第二冷凝器10进一步冷却为汽液两相混合制冷剂，再进入第二气液分离器11实现气相和液相分离，第二气液分离器11内气相制冷剂经第二分凝器12的进一步提纯后，气相部分主要为低沸点制冷剂和少量高沸点制冷剂，液相部分主要为高沸点制冷剂和少量低沸点制冷剂，第二气液分离器11底部流出液态制冷剂进入第二节流阀17节流降压成为低温低压混合制冷剂，第二气液分离器11顶部流出气态制冷剂进入冷凝蒸发器13高压侧冷凝后再经第四回热器14换热、第三节流阀15节流降压进入蒸发器16蒸发吸热制冷，流出蒸发器16的低温低压制冷剂蒸汽经第四回热器14换热后与第二节流阀17流出的低温低压制冷剂混合进入冷凝蒸发器13低压侧蒸发，蒸发后的低压制冷剂经第二分凝器12换热后与第一节流阀18出口的低温低压制冷剂混合后经第一分凝器6和第三回热器9换热后被来自发生器1的高压制冷剂蒸汽引射进入喷射器2。经上述循环过程，在蒸发器16中获得-100～-30℃低温制冷温度。上述循环过程也是本发明中多能源驱动制冷方法的实施例一。
实施例二如图2所示，与实施例一的不同之处在于，本实施例中，第二分凝器12工质出口不接入第一分凝器6的工质入口，而是直接接入第三回热器9的冷工质通道入口。
工作时，发生器1中液态混合制冷剂加热汽化为高压过热状态制冷剂蒸汽，作为工作气体进入喷射器2引射第三回热器9冷工质通道出口（低压侧出口）的低压混合制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在喷射器2内混合增压，喷射器2出口的中间压力状态过热制冷剂混合蒸汽经第一回热器3换热后进入第一冷凝器4进一步冷却为汽液两相混合制冷剂，再进入第一气液分离器5实现气相和液相分离，第一气液分离器5内气相制冷剂经第一分凝器6的进一步提纯后，气相部分主要为低沸点制冷剂和少量高沸点制冷剂，液相部分主要为高沸点制冷剂和少量低沸点制冷剂，第一气液分离器5底部流出液态制冷剂分为两路，一路经工质泵19加压后经第一回热器3和第二回热器8换热后进入发生器1被加热汽化为喷射器2的工作流体，另一路进入第一节流阀18节流降压后进入第一分凝器6换热，第一气液分离器5顶部流出的气态制冷剂经压缩机7、第二回热器8和第三回热器9换热后进入第二冷凝器10进一步冷却为汽液两相混合制冷剂，再进入第二气液分离器11实现气相和液相分离，第二气液分离器11内气相制冷剂经第二分凝器12的进一步提纯后，气相部分主要为低沸点制冷剂和少量高沸点制冷剂，液相部分主要为高沸点制冷剂和少量低沸点制冷剂，第二气液分离器11底部流出液态制冷剂进入第二节流阀17节流降压成为低温低压混合制冷剂，第二气液分离器11顶部流出气态制冷剂进入冷凝蒸发器13高压侧冷凝后再经第四回热器14换热、第三节流阀15节流降压进入蒸发器16蒸发吸热制冷，流出蒸发器16的低温低压制冷剂蒸汽经第四回热器14换热后与第二节流阀17流出的低温低压制冷剂混合进入冷凝蒸发器13低压侧蒸发，蒸发后的低压制冷剂经第二分凝器12换热后与第一分凝器6出口的低温低压制冷剂混合再经第三回热器9换热后被来自发生器1的高压制冷剂蒸汽引射进入喷射器2。经上述循环过程，在蒸发器16中获得-100～-30℃低温制冷温度。上述循环过程也是本发明中多能源驱动制冷方法的实施例二。
在上述实施例中，多能源驱动制冷***中的气相工质分离冷凝装置仅设有一级，在本发明的其他实施例中，气相工质分离冷凝装置也可以设置两级以上。另外，上述实施例中设有第一回热器3、第二回热器8、第三回热器9、第四回热器14，而回热器属于制冷机技术领域中常用但非必需安装的部件，在本发明的其他实施例中也可以全部省去或者部分省去，也可以在需要对工质冷却的位置另外增加回热器。

Claims (10)

1.一种多能源驱动制冷***，包括喷射制冷部分和压缩式制冷部分，所述喷射制冷部分包括气液分离器，所述压缩式制冷部分包括压缩机、用于制冷的蒸发器和串接在蒸发器的工质入口的节流部件，其特征在于：所述压缩机的工质出口连接有用于通过降低温度使工质转化为气液相混合状态的回热装置，所述回热装置与所述节流部件的工质入口之间设有至少一级气相工质分离冷凝装置，所述气相工质分离冷凝装置包括次级气液分离器和次级回热装置，所述次级气液分离器的工质出口与所述回热装置或上级气相工质分离冷凝装置中次级回热装置的热工质通道出口连接，所述次级回热装置的工质出口与所述节流元件的工质入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种多能源驱动制冷***，其特征在于：所述次级回热装置包括至少一个次级回热元件，所述次级气液分离器的液相工质出口连接有次级节流元件，次级节流元件的工质出口与至少一个回热装置的冷工质通道串接。
3.根据权利要求2所述的一种多能源驱动制冷***，其特征在于：所述次级回热元件包括冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器的热工质通道串接在所述次级气液分离器的气相工质出口且冷工质通道入口与所述次级节流元件连通；所述次级回热元件还包括设置在次级气液分离器内的分凝器，冷凝蒸发器的冷工质通道出口与所述分凝器的工质入口连通，所述分凝器的工质出口与所述喷射制冷部分中喷射器的引射流体入口连通或经过相应的所述回热装置后与所述引射流体入口连通。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种多能源驱动制冷***，其特征在于：所述回热装置包括压缩机回热器，压缩机回热器的冷工质通道串接在喷射制冷部分的工质泵与发生器之间，压缩机回热器的热工质通道入口与所述压缩机的工质出口连通。
5.根据权利要求4所述的一种多能源驱动制冷***，其特征在于：所述回热装置还包括串接在所述压缩机回热器与第一级次级气液分离器之间的冷凝器。
6.多能源驱动制冷方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将所述压缩机的工质出口流出的工质通过回热装置降低温度，使工质转化为气液相混合状态；再将回热装置出口流出的工质通过至少一级气相工质分离冷凝装置后再通入与蒸发器串接的节流部件的工质入口，所述气相工质分离冷凝装置包括次级气液分离器和次级回热装置，所述次级气液分离器的工质出口与所述回热装置或上级气相工质分离冷凝装置中次级回热装置的热工质通道出口连接，所述次级回热装置的工质出口与所述节流元件的工质入口连接。
7.根据权利要求6所述的多能源驱动制冷方法，其特征在于：所述次级回热装置包括至少一个次级回热元件，所述次级气液分离器的液相工质出口连接有次级节流元件，次级节流元件的工质出口与至少一个回热装置的冷工质通道串接。
8.根据权利要求7所述的多能源驱动制冷方法，其特征在于：所述次级回热元件包括冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器的热工质通道串接在所述次级气液分离器的气相工质出口且冷工质通道入口与所述次级节流元件连通；所述次级回热元件还包括设置在次级气液分离器内的分凝器，冷凝蒸发器的冷工质通道出口与所述分凝器的工质入口连通，所述分凝器的工质出口与所述喷射制冷部分中喷射器的引射流体入口连通或经过相应的回热元件后与所述引射流体入口连通。
9.根据权利要求6或7或8所述的多能源驱动制冷方法，其特征在于：所述回热装置包括压缩机回热器，压缩机回热器的冷工质通道串接在喷射制冷部分的工质泵与发生器之间，压缩机回热器的热工质通道入口与所述压缩机的工质出口连通，所述回热装置还包括串接在所述压缩机回热器与第一级次级气液分离器之间的冷凝器。
10.根据权利要求6或7或8所述的多能源驱动制冷方法，其特征在于：所述气相工质分离冷凝装置仅设有一级。
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