CN105650922A - 一种与喷射器耦合的复叠式制冷循环*** - Google Patents

一种与喷射器耦合的复叠式制冷循环*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种与喷射器耦合的复叠式制冷循环***，该***中高低温级压缩机排出的过热蒸汽将加热气化由增压泵升压至发生压力下的高温级过冷液体制冷剂，产生的饱和蒸汽用作喷射器引射高温级节流后经气液分离器分离的制冷剂闪蒸气体的工作蒸汽。由于低温级压缩机排出的过热气体的显热在三通道发生器中得到利用，有效地减少了冷凝蒸发器的负荷，即减少了高温级制冷循环的制冷量，因此在高低温级工况以及低温级制冷量相同的前提下，高温级循环的制冷负荷及压缩机的耗功将减少，整个复叠式制冷循环的COP将得到提高。对由NH3和CO2构成的该复叠式制冷***进行初步估算可得：采用该***较传统复叠式制冷***制冷系数将提高10%左右。

Description

一种与喷射器耦合的复叠式制冷循环***
技术领域
本发明属于制冷循环领域，涉及一种与喷射器耦合的复叠式制冷循环***。
背景技术
传统复叠式制冷循环中具有较高过热度的低温级压缩机排气，直接进入冷凝蒸发器后要先经过冷却再冷凝成饱和液体或有一定过冷度的液体，低温级压缩机排气冷却和冷凝负荷的高低直接影响到高温级制冷循环制冷量的大小。以NH3和CO2构成的复叠式制冷***为例，当低温级蒸发温度为-50℃、冷凝温度为-10℃时，低温级压缩机排气即CO2的温度约为60℃。考虑到冷凝蒸发器内的换热温差，高温级蒸发温度约为-15℃，因此高温级制冷循环的蒸发器与低温级压缩机排气之间存在着很大的温差，而这将在冷凝蒸发器换热过程中产生严重的不可逆损失及冷量的浪费。同时，高温级制冷循环中，液体制冷剂在节流后也会产生闪蒸气，这部分闪蒸气进入冷凝蒸发器后不仅不会在冷凝蒸发器中产生冷量，还将占据冷凝蒸发器换热面积影响液态制冷剂的蒸发，从而减小了冷凝蒸发器换热效率和降低了制冷量。不仅如此，这部分不产生冷量的闪蒸气通过冷凝蒸发器后还将被高温级压缩机吸入被压缩至冷凝压力，增加高温级压缩机的耗功。
发明内容
技术问题：本发明提供一种可以有效降低冷凝蒸发器换热负荷，提高高温级蒸发器的换热能力，减少高温级压缩机的耗功，从而提高整个***的制冷系数的与喷射器耦合的复叠式制冷循环***。
技术方案：本发明的与喷射器耦合的复叠式制冷循环***，由相互连接的高温级和低温级组成，所述高温级包括沿制冷方向依次连接的高温级压缩机、三通道发生器、冷凝器、高温级节流阀、高温级气液分离器、冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器的冷侧出口端与高温级压缩机的吸气口连接，构成制冷循环回路，所述三通道发生器的工作蒸汽出口端和冷凝器的进口端之间还连接设置有喷射器，所述喷射器的引射气体进口端通过第二电磁阀与高温级气液分离器的气体出口端连接，所述高温级气液分离器的气体出口端还通过第三电磁阀与高温级压缩机的吸气口连接，三通道发生器的液体进口端和冷凝器的冷凝液出口端之间还连接设置有液体增压泵，所述冷凝蒸发器同时是低温级的组成部件。
低温级包括沿制冷方向依次连接的低温级压缩机、第五电磁阀、冷凝蒸发器、低温级节流阀、低温级气液分离器、蒸发器，所述蒸发器的出口端与低温级压缩机的吸气口连接，构成制冷循环回路，低温级气液分离器的气体出口端也与低温级压缩机的吸气口连接，低温级压缩机的排气口还通过与第四电磁阀与三通道发生器的低温进气口连接，三通道发生器的低温排气口与冷凝蒸发器的热测进气端连接。
进一步的，本发明制冷循环***中，所述三通道发生器上还设置有液位控制器和第一压力传感器，所述三通道发生器的工作蒸汽出口端与喷射器的工作蒸汽进口端之间设置有第一电磁阀，所述冷凝器上设置有第二压力传感器，所述高温级压缩机的排气管路上设置有第一温度传感器，所述冷凝器的出口侧设置有第二温度传感器，所述低温级压缩机的排气管路上设置有第三温度传感器。
本发明的复叠式制冷循环***与普通复叠式制冷***相比增加了：用于分离节流过程中产生的气态制冷剂而设置的气液分离器；用于提升冷凝后液态制冷剂压力的增压泵；用于感应三通道发生器液位以及控制增压泵启停的液位控制器；用于引射节流后闪发的气态制冷剂而设置的喷射器；用于产生发生压力下供喷射器运行的工作蒸汽而设置的三通道发生器；用于切换流程及控制流量的电磁阀若干；用于测量流体压力的压力传感器若干；用于测量流体温度的温度传感器若干。该***可以有效提高冷凝蒸发器的换热系数，减少高温级压缩机耗功，从而显著提高***制冷系数。
本发明利用制冷压缩机排气显热和喷射器的复叠式制冷循环***。该***将压缩机排气显热和喷射器结合起来，在降低冷凝蒸发器负荷的同时，利用喷射器引射高温级制冷循环中节流后经气液分离器分离后的闪蒸气体，并与引射工作蒸汽一起送入冷凝器冷凝。该发明技术不仅提高了冷凝蒸发器的换热能力，还减少了高温级压缩机的耗功，从而有效地提高了***的制冷系数。
本发明***中，高温级是由蒸汽压缩与喷射耦合的制冷循环，高温级压缩机与低温级压缩机排气，同时加热气化三通道发生器中由增压泵升压至发生压力下的高温级过冷液体制冷剂，产生的气态制冷剂用作喷射器的工作蒸汽。低温级压缩机排气在进入冷凝蒸发器冷凝之前先在三通道发生器中被预冷，使冷凝蒸发器的换热负荷降低，从而减小了高温级制冷剂循环流量，降低了高温级压缩机的耗功，提高了***的COP。本发明通过利用高低温级压缩机排气显热与喷射器的耦合，减少冷凝蒸发器的负荷来，从而降低了高温级压缩机耗功。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
该***利用高低温级制冷压缩机排出的过热蒸汽来加热三通道发生器中由增压泵升压至发生压力下的高温级过冷液体制冷剂，并使其气化为发生压力下对应的饱和气体，用作引射高温级制冷循环中节流产生的闪蒸气体。避免了高温级闪蒸气进入冷凝蒸发器使其有限的换热面积不能得到充分利用的弊端，同时也避免了闪蒸气体通过冷凝蒸发器被高温级压缩机吸入而增加高温级压缩机耗功的问题。低温级压缩机排气在进入冷凝蒸发器冷凝之前先在三通道发生器中被预冷，使进入冷凝蒸发器的气体过热度有所降低，从而降低了冷凝蒸发器的换热负荷、高温级制冷剂循环流量、高温级压缩机的耗功，提高了***的COP。对由NH3和CO2构成的复叠式制冷***进行初步估算可得：该***较传统复叠式制冷***制冷系数将提高10%左右。
附图说明
图1是利用与喷射器耦合的复叠式制冷循环***流程图。
其中有：高温级压缩机1、三通道发生器2、冷凝器3、高温级节流阀4、高温级气液分离器5、冷凝蒸发器6、喷射器7、液体增压泵8、液位控制器9、第一电磁阀10、第二电磁阀11、第三电磁阀12、低温级压缩机13、低温级节流阀14、低温级气液分离器15、蒸发器16、第一压力传感器17、第二压力传感器18、第一温度传感器19、第二温度传感器20、第三温度传感器21、第四电磁阀22、第五电磁阀23。
图2是利用制冷压缩机排气显热和喷射器的复叠式制冷循环***的P-h图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，该利用制冷压缩机排气显热和喷射器耦合的复叠式制冷循环***，其包含的部件有高温级压缩机、低温级压缩机、三通道发生器、冷凝器、冷凝蒸发器、节流阀、气液分离器、蒸发器、喷射器、液体增压泵、液位控制器、电磁阀、压力传感器、温度传感器等。
其制冷循环方法是：
冷凝器冷凝后的饱和液体制冷剂分两路，一路经过节流阀节流降温降压，另一路经过液体增压泵增压进入三通道发生器中，液位控制器根据三通道发生器液位控制增压泵启停，达到控制三通道发生器液体液位的目的。
***起动时，先起动高温级，由于三通道发生器中过冷液体制冷剂（状态点g）被高温级压缩机排出的过热蒸汽（状态点b）加热气化成为发生压力下的饱和气体需要一定的时间，所以暂时关闭电磁阀11。喷射器没有工作蒸汽而无法工作，因此打开电磁阀12，使经气液分离器分离后的闪蒸气体（状态点a）直接被压缩机吸入而不经过冷凝蒸发器，避免了闪蒸气进入冷凝蒸发器使其有限的换热面积不能得到充分利用而降低换热系数的问题。
此阶段三通道发生器内的液体制冷剂（状态点g）被高温级压缩机排出的过热蒸汽（状态点b）加热气化至饱和气体作为喷射器的工作蒸汽。当三通道发生器内压力达到设定值时，关闭第三电磁阀12，打开第一电磁阀10、第二电磁阀11。由气液分离器分离出的闪蒸气态制冷剂（状态点a）被喷射器抽吸升压至冷凝压力（具体流程为：工作蒸汽在膨胀腔内膨胀至状态点i，闪蒸气被抽吸至接受室，两者在混合室内混合至状态点j，经扩压器升压至状态点k）。c状态点和k状态点进入冷凝器冷凝至d状态点分两路，一路经液体增压泵增压进入三通道发生器，另一路经节流阀节流至e状态点，节流过程产生的闪蒸气（a状态点）被喷射器抽吸进入冷凝器冷凝。高温级液态制冷剂（状态点f）进入冷凝蒸发器吸收低温级压缩机排气热量后气化为饱和气体（状态点a）并被高温级压缩机吸入，压缩至高温高压的气体（状态点b）在三通道发生器内被预冷至状态点c后进入冷凝器冷凝至状态点d。
低温级制冷剂在冷凝蒸发器内得以冷凝，促使低温级***内平衡压力逐渐降低。当其冷凝压力不超过1.6MPa时，启动低温级制冷循环。随着低温级蒸发温度的降低，低温级压缩机排气（状态点n）温度逐渐升高，待其比三通道发生器中过冷液体的温度高出4~5℃时，打开第四电磁阀22，关闭第五电磁阀23，低温级压缩机排气显热开始被利用。
该利用制冷压缩机排气显热和喷射器的复叠式制冷循环***在P-h图上表示如图2所示。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种与喷射器耦合的复叠式制冷循环***，其特征在于：该***由相互连接的高温级和低温级组成，所述高温级包括沿制冷方向依次连接的高温级压缩机（1）、三通道发生器（2）、冷凝器（3）、高温级节流阀（4）、高温级气液分离器（5）、冷凝蒸发器（6），所述冷凝蒸发器（6）的冷侧出口端与高温级压缩机（1）的吸气口连接，构成制冷循环回路，所述三通道发生器（2）的工作蒸汽出口端和冷凝器（3）的进口端之间还连接设置有喷射器（7），所述喷射器（7）的引射气体进口端通过第二电磁阀（11）与高温级气液分离器（5）的气体出口端连接，所述高温级气液分离器（5）的气体出口端还通过第三电磁阀（12）与高温级压缩机（1）的吸气口连接，三通道发生器（2）的液体进口端和冷凝器（3）的冷凝液出口端之间还连接设置有液体增压泵（8），所述冷凝蒸发器（6）同时是低温级的组成部件；
所述低温级包括沿制冷方向依次连接的低温级压缩机（13）、第五电磁阀（23）、冷凝蒸发器（6）、低温级节流阀（14）、低温级气液分离器（15）、蒸发器（16），所述蒸发器（16）的出口端与低温级压缩机（13）的吸气口连接，构成制冷循环回路，低温级气液分离器（15）的气体出口端也与低温级压缩机（13）的吸气口连接，低温级压缩机（13）的排气口还通过与第四电磁阀（22）与三通道发生器（2）的低温进气口连接，三通道发生器（2）的低温排气口与冷凝蒸发器（6）的热测进气端连接。
2.如权利要求1所述的与喷射器耦合的复叠式制冷循环***，其特征在于：所述三通道发生器（2）上还设置有液位控制器（9）和第一压力传感器（17），所述三通道发生器（2）的工作蒸汽出口端与喷射器（7）的工作蒸汽进口端之间设置有第一电磁阀（10），所述冷凝器（3）上设置有第二压力传感器（18），所述高温级压缩机（1）的排气管路上设置有第一温度传感器（19），所述冷凝器（3）的出口侧设置有第二温度传感器（20），所述低温级压缩机（13）的排气管路上设置有第三温度传感器（21）。
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