CN110068180A - 喷射器增效的混合工质节流制冷循环***及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***及其工作方法，该***包括管路上连接的压缩机，冷凝器、回热器、节流阀、气液分离器、蒸发器和喷射器；通过配置喷射器，利用冷凝器出口的高压液态制冷剂为工作流体来引射蒸发器出口的低压制冷剂，充分回收了***膨胀功；与此同时配置的气液分离器，增加了进入蒸发器的液态制冷剂比例，提高制冷量和***性能系数；除此之外，通过调节节流阀开度，控制制冷剂的流量分配和和喷射器工作压力，能充分提高喷射器膨胀功的回收作用与***动态调节作用，有效提升***的制冷效率。

Description

喷射器增效的混合工质节流制冷循环***及其工作方法
技术领域
本发明属于制冷与低温技术领域，具体涉及一种新型喷射器增效的混合工质节流制冷循环***及其工作方法。
背景技术
随着医疗水平、生物科技和工业技术等的不断发展，对低温制冷技术的需求越来越广泛。目前，获取-40℃以下的低温环境所采用的低温制冷方法主要包括：多级蒸气压缩制冷、复叠式制冷、自复叠式制冷和混合工质节流制冷。
混合工质节流制冷是利用二元或多元非共沸混合物制冷剂，仅通过使用一台蒸气压缩机，经过一次或者多次节流后，获得所需要的低温制冷效果。与自复叠式制冷***相比较，混合工质节流制冷***最明显的改进就是结构简单，维护便易，成本低廉等优点，因此近些年来其在低温冰箱和天然气液化等领域获得越来越多的应用。然而，现有混合工质节流制冷***的制冷效率(即循环性能系数COP)往往比较低。主要原因首先是，常规混合工质节流制冷***中的节流机构一般采用的是节流阀或者毛细管，其节流损失较大，导致***能效较低。其次是混合工质节流制冷***节流机构前后压差比较大，节流后的制冷剂干度大，这部分在节流过程中闪发出来的气体能产生的制冷量及其有限。针对这些问题，可以采取对应的技术措施，即通过回收节流过程中的膨胀功和引走节流后闪发气体以此提升***能效。
近些年来，喷射器因结构简单、无运动部件，在各类蒸气压缩制冷***中被用于代替传统节流机构，回收膨胀功，提升压缩机的吸气压力而有效地提升循环***性能。然而，目前针对喷射器在混合工质节流制冷***上应用的方法还相对比较缺乏，已有的技术方案在提升能效方面还不足。实际上，通过更有效地在混合工质节流制冷***里配置喷射器和气液分离器，尽可能充分提高喷射器膨胀功回收作用和减小进入蒸发器的制冷剂干度，从而可显著改善***性能。因此，本发明技术的应用将提供一个可行的解决方案，即一种新型喷射器增效的混合工质节流制冷循环***及其工作过程，这对于低温冰箱和同类型低温制冷装置节能技术的发展有着积极的推动作用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***及其工作方法，通过有效地在混合工质节流制冷***中配置喷射器和气液分离器，尽可能充分提高喷射器膨胀功回收作用，减小进入蒸发器的制冷剂干度，从而可显著改善***性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***，包括压缩机101，压缩机101出口与冷凝器102相连，冷凝器102的出口分为两路，分别与回热器103高压侧入口和喷射器108一次流体入口相连，回热器103高压侧出口与第一节流阀104入口相连，第一节流阀104出口与气液分离器105入口相连，气液分离器105有气相和液相两个出口：液相出口与第二节流阀106入口相连，第二节流阀106出口与蒸发器107入口相连，蒸发器107出口与喷射器108二次流体入口相连；喷射器108出口与气液分离器105气相出口连接后再与回热器103低压侧入口相连，回热器103低压侧出口与压缩机101吸气口相连，形成整个循环***。
本发明所述***在冷凝器102出口分为两路，其中一路与喷射器108一次流体入口相连，这一路高压液态制冷剂流体作为工作流体进入喷射器108引射来自于蒸发器107出口的低压气态制冷剂。两股制冷剂流体在喷射器108中混合后以中压两相态经出口排出，与气液分离器105气态出口的制冷剂混合后进入回热器103的低压侧入口；设置喷射器108，可以将蒸发器107压力提升后再进入压缩机101吸气，有效的降低压缩机101的进出口压比，减小压缩机101耗功量。
本发明所述***在第一节流阀104之后设置气液分离器105，可将经过第一节流阀104节流降压后的两相制冷剂进行气相和液相分离。这其中，液相制冷剂经过气液分离器105液相出口后，进入第二节流阀106节流降温降压，进入蒸发器107实现制冷效果；气相制冷剂经气液分离器105气相出口排出后，与喷射器108出口的两相制冷剂混合后进入回热器109的低压侧入口；设置气液分离器105，可以引走经第一节流阀104产生的闪发气体，有效的提高进入第二节流阀106和蒸发器107的液态制冷剂比例。
本发明所述***在冷凝器102之后设置回热器103，气液分离器105气相出口的制冷剂与喷射器108出口的两相制冷剂混合后，进入回热器103低压侧入口蒸发吸热，产生的冷量对冷凝器102出口的一路高压液态制冷剂进行过冷。过冷后的制冷剂进入第一节流阀104进行第一次节流；设置回热器103，可以充分利用喷射器108出口的两相制冷剂冷量，对进入第一节流阀104的制冷剂进行过冷，降低其焓值。
所述的一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***的工作方法，压缩机101出口的高压混合工质制冷剂蒸气进入冷凝器102在等压状态下被冷凝为高压液相混合制冷剂，这部分高压液相混合制冷剂液体被分为两路：一路作为一次流体进入喷射器108，另一路进入回热器103高压侧入口被过冷为高压过冷液体后，进入第一节流阀104进行节流，成为中压状态下的气液两相制冷剂流体；这部分气液两相制冷剂流体进入气液分离器105，被分离为中压饱和气相制冷剂和中压饱和液相制冷剂；从气液分离器105出来的中压饱和液相制冷剂再进入第二节流阀106节流，成为低温低压状态下的气液两相制冷剂流体随后进入蒸发器107吸收热量，产生制冷效果；吸热蒸发后的低压饱和气相的制冷剂流体经蒸发器107出口排出后，作为二次流体进入喷射器108，被冷凝器102出口的高压液相混合制冷剂引射，二者在喷射器108内混合成为中压的两相制冷剂流体，与气液分离器105气相出口的中压饱和气相制冷剂汇合后，进入回热器103低压侧入口对回热器103高压侧流体进行过冷，吸收热量后的气态混合工质制冷剂流体进入压缩机101，完成整个循环工作过程。
整个循环工作过程中存在有三个不同的工作压力,依次是冷凝器102工作压力、压缩机101吸气压力和蒸发器107压力；通过调节第一节流阀104的开度，控制流经第一节流阀104的混合制冷剂的流量和气液分离器105工作压力的同时，也能够控制第一节流阀104出口混合制冷剂的干度和喷射器108的出口背压；通过调节第二节流阀106的开度，控制蒸发器107工作压力的同时，也能够调节喷射器108的二次流体入口压力。
相比较于常规的混合工质节流制冷循环***，本发明通过使用喷射器108，利用冷凝器102出口的高压液相混合制冷剂作为一次流体，引射蒸发器107出口的低压制冷剂，可以将蒸发器107的压力提高再进入回热器103吸热后进入压缩机101，提高了压缩机101的吸气压力，有效的降低压缩机101的进出口压比，减小压缩机101耗功量，达到提高制冷***性能系数的目的。与此同时，经过回热器103过冷后的高压液态制冷剂进入第一节流阀104节流降压，通过使用气液分离器105，将第一节流阀104出口的闪发气体引走，提高了进入第二节流阀106和蒸发器107的液态制冷剂比例，提升制冷量。
本发明***所使用的喷射器结构简单、成本低廉、无运动部件，其利用冷凝器102出口的高压液态流体为工作流体来引射蒸发器107出口的气态制冷剂，具有大升压比的特点，且其配置在***中能充分提高喷射器108的膨胀功回收作用，提高***性能系数。除此之外，气液分离器105的使用，增加了进入蒸发器107的液态制冷剂比例，提高制冷量的同时势必也会提高***性能系数。总之，本发明所述的***是一种经济、有效、可行的创新性方案，能高效地提高混合工质节流制冷循环***的性能，促进混合工质节流制冷循环***节能技术的继续发展。
附图说明
图1是本发明一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***实施方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明是一种新型喷射器增效的混合工质节流制冷循环***，包括连接的压缩机101与冷凝器102，压缩机101出口与冷凝器102相连，冷凝器102的出口分为两路，分别与回热器103高压侧入口和喷射器108一次流入口相连。回热器103高压侧出口与第一节流阀104入口相连，第一节流阀104出口与气液分离器105入口相连，气液分离器105液相出口与第二节流阀106入口相连，第二节流阀106出口与蒸发器107入口相连，蒸发器107出口与喷射器108二次流入口相连；喷射器108出口与气液分离器105气相出口连接后再与回热器103低压侧入口相连，回热器103低压侧出口与压缩机101吸气口相连，形成整个循环***。
本发明通过使用喷射器108，利用冷凝器102出口的高压液态制冷剂作为一次流体，引射蒸发器107出口的低压制冷剂，可以将蒸发器107出口制冷剂的压力提高再进入回热器103吸热后进入压缩机101，这样可以提高压缩机101的吸气压力，有效的降低压缩机101的进出口压比，减小压缩机101耗功量，达到提高制冷***性能系数的目的。与此同时，经过回热器103过冷后的高压液态制冷剂进入第一节流阀104节流降压为两相态制冷剂后，通过使用气液分离器105，将第一节流阀104出口节流后的闪发气体分离开并引走，提高了进入第二节流阀106和蒸发器107的液态制冷剂比例，提升制冷量。
如图1所示，本发明所涉及的一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***的工作方法为：压缩机101出口的高压过热制冷剂蒸气(图中2点处)进入冷凝器102在等压状态下被完全冷凝为高压饱和液相混合制冷剂(图中3点处)，这部分高压液相混合制冷剂分为两路：一路作为一次流体进入喷射器(图中10点处)，另一路进入回热器103高压侧入口被过冷为高压过冷液体(图中4点处)，随后进入第一节流阀104进行等焓节流降压降温，成为中压状态下的气液两相制冷剂流体(图中5点处)。这部分气液两相制冷剂流体进入气液分离器105，通过等压相分离过程，分别被分离为中压饱和气相制冷剂(图中5V点处)和中压饱和液相制冷剂(图中5L点处)。从气液分离器105出来的中压饱和液相制冷剂(图中5L点处)再进入第二节流阀106等焓节流降压降温，成为低温低压状态下的气液两相制冷剂流体(图中6点处)，进入蒸发器107等压状态下吸收热量，产生制冷效果。这部分吸热后成为低压饱和气相的制冷剂流体(图中7点处)经蒸发器107出口排出后，作为二次流体进入喷射器108，被冷凝器102出口的高压饱和液相混合制冷剂引射，二者在喷射器108内混合成为中压的两相制冷剂流体(图中8点处)，与气液分离器105气相出口的中压饱和气相制冷剂(图中5V点处)汇合后，进入回热器103低压侧入口对回热器103高压侧的液态制冷剂进行过冷，充分换热吸收高压液态制冷剂热量后成为中压饱和气态制冷剂流体(图中1点处)，进入压缩机101吸气口，经等熵压缩后从101压缩机排气口排出，完成整个循环工作过程。
从第一节流阀104出来的中压两相制冷剂(图中5点处)进入气液分离器105，被分离为中压饱和气相制冷剂(图中5V点处)和中压饱和液相制冷剂(图中5L点处)。将分离出的饱和气相制冷剂(图中5V点处)引走，只将中压饱和液相制冷剂(图中5L点)通入节流阀106进行再次节流，可以使得第二节流阀106出口和蒸发器107入口的制冷剂温度更低，气相制冷剂组分更少，这部分干度较小的制冷剂进入蒸发器有益于获取更大的制冷量。
冷凝器102出口的一路高压饱和液相制冷剂(图中10点处)作为一次流体，进入喷射器，引射来自于蒸发器107出口的低压饱和气相制冷剂(图中7点处)，两股制冷剂流体在喷射器内混合成为中压两相制冷剂流体后从喷射器出口排出，这股两相制冷剂流体(图中8点处)与气液分离器105出口的饱和气相制冷剂(图中5V点处)混合后，进入回热器103低压侧入口，吸热蒸发为中压饱和气态制冷剂后进入压缩机101。由此，通过喷射器108，将蒸发器107出口的低压饱和气态制冷剂压力提升至中间压力后，再进入压缩机101进行等熵压缩，减少了压缩机101运行的压力比，可以起到降低压缩机101功耗的目标。
整个循环工作过程中存在有三个不同的工作压力,依次是冷凝器102工作压力、压缩机101吸气压力和蒸发器107压力。其中蒸发器107压力与冷凝器102工作压力是由循环***的制冷剂及设定工况所决定(即蒸发温度与冷凝温度，这主要取决于制冷温度要求、冷凝器的冷却介质温度如环境空气温度等)。喷射器108一次流体入口压力为冷凝器102工作压力，喷射器108二次流体入口压力为蒸发器107压力，喷射器108出口压力为压缩机101吸气压力，是由喷射器108的工作特性、循环中的质量守恒、动量守恒和能量守恒关系所决定。通过调节第一节流阀104的开度，控制流经第一节流阀104的混合制冷剂的流量和气液分离器105工作压力的同时，也可控制第一节流阀104出口混合制冷剂的干度和喷射器108的出口背压；通过调节第二节流阀106的开度，控制蒸发器107工作压力的同时，也可调节喷射器108的二次流体入口压力。

Claims (6)

1.一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***，其特征在于：包括压缩机(101)，压缩机(101)出口与冷凝器(102)入口相连，冷凝器(102)的出口分为两路，分别与回热器(103)高压侧入口和喷射器(108)一次流体入口相连，回热器(103)高压侧出口与第一节流阀(104)入口相连，第一节流阀(104)出口与气液分离器(105)入口相连，气液分离器(105)有液相出口和气相出口：气液分离器(105)液相出口与第二节流阀(106)入口相连，第二节流阀(106)出口与蒸发器(107)入口相连，蒸发器(107)出口与喷射器(108)二次流体入口相连；气液分离器(105)气相出口与喷射器(108)出口连接后再与回热器(103)低压侧入口相连，回热器(103)低压侧出口与压缩机(101)入口相连，形成整个循环***。
2.根据权利要求1所述的一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***，其特征在于：冷凝器(102)出口分为两路，其中一路与喷射器(108)一次流体入口相连，这一路中的高压液态制冷剂流体作为一次流体进入喷射器(108)引射来自于蒸发器(107)出口的低压制冷剂；两股制冷剂流体在喷射器(108)中混合后以中压两相态经喷射器(108)出口排出，与气液分离器(105)气态出口的制冷剂混合后进入回热器(103)的低压侧入口；配置喷射器(108)，能够将蒸发器(107)压力提升到中间压力后再进入压缩机(101)吸气，有效的降低压缩机(101)的进出口压比，减小压缩机(101)耗功量。
3.根据权利要求1所述的一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***，其特征在于：第一节流阀(104)之后设置气液分离器(105)，能够将经过第一节流阀(104)节流后的两相制冷剂进行气相和液相分离；液相制冷剂经过气液分离器(105)液相出口后，进入第二节流阀(106)节流，进入蒸发器(107)实现制冷效果；气相制冷剂经气液分离器(105)气相出口排出后，与喷射器(108)出口的两相制冷剂混合后进入回热器(103)的低压侧入口；设置气液分离器(105)，能够引走经第一节流阀(104)产生的闪发气体，有效的提高进入第二节流阀(106)和蒸发器(107)的液态制冷剂比例。
4.根据权利要求1所述的一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***，其特征在于：冷凝器(102)之后设置回热器(103)，气液分离器(105)气相出口的制冷剂与喷射器(108)出口的两相制冷剂混合后，进入回热器(103)低压侧入口蒸发吸热，产生的冷量对回热器(103)高压侧液态制冷剂进行过冷；过冷后的制冷剂进入第一节流阀(104)进行第一次节流；设置回热器(103)，能够充分利用喷射器(108)出口的两相制冷剂冷量，对进入第一节流阀(104)的制冷剂进行过冷，降低其焓值。
5.权利要求1至4任一项所述的一种喷射器增效的混合工质节流制冷循环***的工作方法，其特征在于：压缩机(101)出口的高压混合工质制冷剂蒸气进入冷凝器(102)在等压状态下被冷凝为高压液相混合制冷剂，这部分高压液相混合制冷剂液体被分为两路：一路作为一次流体进入喷射器(108)，另一路进入回热器(103)高压侧入口被过冷为高压过冷液体后，进入第一节流阀(104)进行节流，成为中压状态下的气液两相制冷剂流体；这部分气液两相制冷剂流体进入气液分离器(105)，被分离为中压饱和气相制冷剂和中压饱和液相制冷剂；从气液分离器(105)出来的中压饱和液相制冷剂再进入第二节流阀(106)节流，成为低温低压状态下的气液两相制冷剂流体随后进入蒸发器(107)吸收热量，产生制冷效果；吸热蒸发后的低压饱和气相的制冷剂流体经蒸发器(107)出口排出后，作为二次流体进入喷射器(108)，被冷凝器(102出口的高压液相混合制冷剂引射，二者在喷射器(108)内混合成为中压的两相制冷剂流体，与气液分离器(105)气相出口的中压饱和气相制冷剂汇合后，进入回热器(103)低压侧入口对回热器(103)高压侧流体进行过冷，吸收热量后的气态混合工质制冷剂流体进入压缩机(101)，完成整个循环工作过程。
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：整个循环工作过程中存在有三个不同的工作压力,依次是冷凝器(102)工作压力、压缩机(101)吸气压力和蒸发器(107)压力；通过调节第一节流阀(104)的开度，控制流经第一节流阀(104)的混合制冷剂的流量和气液分离器(105)工作压力的同时，也能够控制第一节流阀(104)出口混合制冷剂的干度和喷射器(108)的出口背压；通过调节第二节流阀(106)的开度，控制蒸发器(107)工作压力的同时，也能够调节喷射器(108)的二次流体入口压力。
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