CN111141050B - 一种引射增压梯级过冷跨临界co2***及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种引射增压梯级过冷跨临界CO2***及应用。本发明包括CO2蒸发器、CO2压缩机；所述CO2蒸发器的出口依次连通CO2压缩机、高压引射器的主流入口、CO2气体冷却器的入口；CO2气体冷却器的出口分两路，一路连通一级过冷器的冷媒侧、中压引射器的主流入口、高压引射器二次流的入口；另一路连通一级过冷器的热媒侧后分为两路，分别连通二级过冷器的冷媒侧、中压引射器的二次流入口和二级过冷器的热媒侧、CO2蒸发器的入口。本发明创造所述的引射增压梯级过冷跨临界CO2***，可降低换热过程的不可逆损失，提高整个***的能效比。
Description
技术领域
本发明属于制冷、热泵技术领域，尤其是涉及一种引射增压梯级过冷跨临界CO2***及应用。
背景技术
随着社会的发展，能源和环境问题受到社会广泛的关注。对于制冷空调领域，根据《基加利修正案》的规定，目前广泛应用的R134a、R410A等制冷剂由于GWP较高的缺点将逐步消减。因此，寻求高效环保的替代制冷剂至关重要。
在众多制冷剂中，CO2无毒、不易燃、ODP＝0、GWP＝1，环保优势明显，可在汽车空调、超市制冷、乳品厂、冷冻海水冷却器、住宅空调等领域应用。然而其临界温度较低(31.1℃)，临界压力较高(7.38MPa)，使节流不可逆损失大，循环COP较低。对于环境温度较高的制冷CO2***或回水温度较高的CO2***，气体冷却器温度较高，导致CO2***节流损失大，***性能较差。
通过过冷技术对气体冷却器出口的CO2流体进行冷却，可使整体***COP大幅增提升。常规过冷***需通过单独配置制冷量较小的蒸气压缩制冷***，会向CO2***中引入其它人工合成制冷剂(R134a、R290、R1234yf等)，导致***环保性能下降、易燃易爆或价格昂贵。因此，可通过CO2自身蒸发相变，对气体冷却器出口的CO2流体进行自身冷却，整个***只需充注CO2一种制冷剂，提高能效比。
然而CO2***的最优过冷度较大，如果采用单级蒸发冷却，使得CO2超临界流体的冷却过程和CO2流体的蒸发过程温度不匹配，造成较大的不可逆损失。
发明内容
本发明旨在提出一种引射增压梯级过冷跨临界CO2***，以克服现有的技术缺陷。
本发明一种引射增压梯级过冷跨临界CO2***，CO2蒸发器的出口依次连通CO2压缩机、高压引射器的主流入口、CO2气体冷却器的入口；
所述CO2气体冷却器的出口分两路，一路依次连通一级过冷器的冷媒侧、中压引射器的主流入口、高压引射器二次流的入口，另一路依次连通一级过冷器的热媒侧后分为两路，一路连通二级过冷器的冷媒侧、中压引射器的二次流入口，另一路连通二级过冷器的热媒侧、CO2蒸发器的入口。
进一步的，CO2气体冷却器的出口与一级过冷器的冷媒侧连通的管路上安装有高温级节流阀，一级过冷器的热媒侧与二级过冷器的冷媒侧连通的管路上安装有中温级节流阀，二级过冷器的热媒侧与CO2蒸发器的入口连通的管路上安装有低温级节流阀。
进一步的，一级过冷器的冷媒侧、二级过冷器的冷媒侧的换热工质均采用纯制冷剂CO2。
进一步的，CO2蒸发器、CO2压缩机、高压引射器、CO2气体冷却器、中压引射器、一级过冷器的热媒侧、二级过冷器的热媒侧的换热流体为CO2；
优选的，高压引射器(3)的主流的吸气压力范围为7.5～12.5MPa，吸气温度范围为105～135℃，二次流的吸气压力范围为2.5～7.5MPa，吸气温度范围为0～30℃，高压引射器出口压力范围为5.5～10.5MPa，温度范围为85～115℃；中压引射器(7)的主流的吸气压力范围为3.5～8.5MPa，吸气温度范围为5～35℃，二次流的吸气压力范围为1.5～6.5MPa，吸气温度范围为-10～20℃，中压引射器出口压力范围为2.5～7.4MPa，温度范围为0～30℃。
进一步的，所述CO2气体冷却器采用套管式换热器；所述CO2蒸发器采用翅片管式换热器或套管式换热器；
优选的，CO2气体冷却器、CO2蒸发器的工作温度范围分别为30～140℃、-35～10℃；
优选的，CO2压缩机吸气压力范围为1.97～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa。
本发明还涉及如上所述的引射增压梯级过冷跨临界CO2***在制冷、热泵领域的应用。
相对于现有技术，本发明所述的一种引射增压梯级过冷跨临界CO2***具有以下优势：
(1)通过高压引射器的引射，降低了经压缩后进入CO2气体冷却器的压力，可显著降低CO2气体冷却器的设计压力，减少***成本。
(2)循环中高压引射器、中压引射器的使用，实现了循环过程中的梯级压力引射，使相对低压的CO2气体经过引射器升压后，直接进入气体冷却器冷却，省去压缩机的压缩过程，降低了压缩机能耗，提升了***COP。
(3)通过两次过冷降温过程对气体冷却器出口的CO2流体进行梯级降温，使得过冷器中温度更加匹配，实现了冷量的梯级利用，过冷器由于换热而导致的不可逆损失显著降低，提高了CO2制冷***的制冷效率。
(4)通过降温过程，进入节流阀的CO2流体温度显著降低，可大幅减少CO2节流过程中的不可逆损失，提高了CO2制冷***的制冷效率。
(5)一级过冷器、二级过冷器均通过CO2本身蒸发对气体冷却器出口的超临界CO2流体进行冷却，不引入其他种类制冷剂，保证了***中只包含唯一一种自然工质CO2，不易燃，无毒，ODP＝0，GWP＝1，环境友好，有利于缓解当今全球变暖等环境问题。
附图说明
图1为本发明的简单结构示意图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明创造。
如图1所示，一种引射增压梯级过冷跨临界CO2***，包括由高压引射器3、CO2气体冷却器4、高温级节流阀5、一级过冷器6组成的高压引射CO2一级过冷；由中压引射器7、中温级节流阀8、二级过冷器9组成的中压引射CO2二级过冷；高压引射CO2一级过冷、中压引射CO2二级过冷可以形成循环换热。
具体结构为：
所述CO2蒸发器1的出口依次连通CO2压缩机2、高压引射器3的主流入口、CO2气体冷却器4的入口；所述CO2气体冷却器4的出口分两路，一路依次连通一级过冷器6的冷媒侧、中压引射器的7主流入口、高压引射器3二次流的入口，另一路依次连通一级过冷器6的热媒侧后分为两路，一路连通二级过冷器9的冷媒侧、中压引射器7的二次流入口，另一路连通二级过冷器9的热媒侧、CO2蒸发器1的入口。
作为本发明一种可选的实施方式，为了控制相应管路的换热流体流量，在CO2气体冷却器4的出口与一级过冷器6的冷媒侧连通的管路上安装有高温级节流阀5，一级过冷器6的热媒侧与二级过冷器9的冷媒侧连通的管路上安装有中温级节流阀8，二级过冷器9的热媒侧与CO2蒸发器1的入口连通的管路上安装有低温级节流阀10。
由于CO2是唯一不易燃，无毒，ODP＝0，GWP＝1的制冷剂，分类为A1，并且可以在0以下运行，对环境不会有破坏作用。故本发明创造一级过冷器6的冷媒侧、二级过冷器9的冷媒侧的换热工质均采用纯制冷剂CO2。
CO2蒸发器1、CO2压缩机2、高压引射器3、CO2气体冷却器4、中压引射器7、一级过冷器6的热媒侧、二级过冷器9的热媒侧的换热流体为CO2。
作为本发明创造一种可实施的方式，所述CO2气体冷却器4采用套管式换热器；所述CO2蒸发器1采用翅片管式换热器或套管式换热器；
一个比较优选的工艺条件为：高压引射器3的主流的吸气压力为10MPa，吸气温度为120℃，二次流的吸气压力为5MPa，吸气温度为15℃，高压引射器出口压力为8MPa，温度为100℃；中压引射器7的主流的吸气压力为6MPa，吸气温度为20℃，二次流的吸气压力为4MPa，吸气温度为5℃，中压引射器出口压力为5MPa，温度为15℃。CO2气体冷却器4、CO2蒸发器1的工作温度分别为35℃、-5℃；CO2压缩机2吸气压力为3MPa，排气压力为10MPa。
使用时，采用引射增压梯级过冷跨临界CO2***制冷、换热的过程为：
来自CO2蒸发器1的流体进入CO2压缩机2，压缩成高温高压的过热蒸汽，进入高压引射器3的主流入口，引射中压引射器7出口的CO2气体，进入CO2气体冷却器4与换热流体换热，温度降低；由CO2气体冷却器4的出口分两路，一路进入高温级节流阀5降温降压，后进入一级过冷器6的冷媒侧，冷却另一路进入一级过冷器6的热媒侧的CO2饱和气，后流入中压引射器7的主流入口，另一路进入一级过冷器6的热媒侧经冷却后的CO2饱和气，再分为两路，一路流入中温级节流阀8节流降压，后进入二级过冷器9的冷媒侧，冷却另一路进入二级过冷器9的热媒侧的CO2饱和气，后进入中压引射器7二次流的入口，另一路流入低温级节流阀10节流降压，流入CO2蒸发器1的入口，将低温冷量释放至制冷空间，蒸发后的饱和气继续进行循环。
上述制冷、换热过程中，CO2气体冷却器的换热流体为水。
本发明所述的引射增压梯级过冷跨临界CO2***，可提高设备的利用率、提升能效比、节省空间，可应用众多制冷换热领域。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种引射增压梯级过冷跨临界CO2***，其特征在于：包括 CO2蒸发器（1）；
所述 CO2蒸发器（1）的出口依次连通CO2压缩机（2）、高压引射器（3）的主流入口、CO2气体冷却器（4）的入口；所述CO2气体冷却器（4）的出口分两路，一路依次连通一级过冷器（6）的冷媒侧、中压引射器（7）的主流入口、高压引射器（3）二次流的入口，另一路连通一级过冷器（6）的热媒侧后分为两路，一路连通二级过冷器（9）的冷媒侧、中压引射器（7）的二次流入口，另一路连通二级过冷器（9）的热媒侧、 CO2蒸发器（1）的入口；
CO2气体冷却器（4）的出口与一级过冷器（6）的冷媒侧连通的管路上安装有高温级节流阀（5），一级过冷器（6）的热媒侧与二级过冷器（9）的冷媒侧连通的管路上安装有中温级节流阀（8），二级过冷器（9）的热媒侧与CO2蒸发器（1）的入口连通的管路上安装有低温级节流阀（10）；
一级过冷器（6）的冷媒侧、二级过冷器（9）的冷媒侧的换热工质均采用纯制冷剂CO2；
CO2蒸发器（1）、CO2压缩机（2）、高压引射器（3）、CO2气体冷却器（4）、中压引射器（7）、一级过冷器（6）的热媒侧、二级过冷器（9）的热媒侧的换热流体为CO2;
所述CO2气体冷却器（4）采用套管式换热器；所述 CO2蒸发器（1）采用翅片管式换热器或套管式换热器。
2.如权利要求1所述的引射增压梯级过冷跨临界CO2***在制冷、热泵领域的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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