CN111156729A - 一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环*** - Google Patents

Abstract

一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，包括压缩机、冷凝器、第一气液分离器、蒸发冷凝器、回热器、精馏换热器、第一节流部件、液气喷射器、第二气液分离器、第二节流部件和蒸发器，通过设置液气喷射器和第二气液分离器，利用高压低沸点液态制冷剂引射低压低沸点气态制冷剂，回收一部分进入蒸发器的低沸点组分的节流损失，从而提升压缩机吸气压力并获取更低的制冷温度，避免第一节流部件和第二节流部件节流后的压力不匹配问题。该***可有效回收进入蒸发器的低沸点组分的节流损失，提高压缩机吸气压力，降低压缩机的压比并节省电能，获得更低的制冷温度，节能效果显著，应用前景好。

Description

一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***

技术领域

本发明涉及低温制冷技术领域，具体涉及一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***。

背景技术

单一纯工质低温制冷机一直是20世纪前期的主流，直到1936年混合制冷剂的重要性才被波德别尔涅克首先提出来，而苏联是制冷装置中用混合制冷工质的先导，在1959年kleemenko就首次将多元混合工质多次分离冷凝用于大型天然气液化的技术方案中。混合工质节流制冷机由于克服了纯工质的一些缺点而受到了广泛的关注，特别是近几年低温试验与低温冷藏对许多行业和部门来说都成为必不可少的方法和手段，混合工质节流制冷技术在天然气液化、小型液氮机等应用领域已经取得了成功的应用，同时在系列深冷冰箱及低温速冻箱均已实现产业化推广。

混合工质节流制冷循环***采用多元非共沸混合工质作为制冷剂，其具有各纯质制冷工质近似平均的性质，能实现纯质制冷工质的优势互补、并具有潜在节能的可能性，其***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，利用气液分离器实现富含高沸点组分的液态混合工质和富含低沸点组分的气态混合工质的分离，提高节流制冷效应，在蒸发器内获得更低的制冷温度，目前该技术可达到-40℃~-170℃的制冷温区，在低温制冷中应用范围广阔。然而，对于目前已有的混合工质制冷***而言，多元混合工质的采用在获得更低蒸发温度的同时蒸发压力也较低，会导致压缩机的吸气压力降低，压比增大，在***内会产生较大的节流损失和传热不可逆损失，使***的制冷效率下降，同时如何获得更低制冷温度也是一直在研究的问题，基于这些背景，解决在提高混合工质节流制冷***循环性能的同时保证获得更低的蒸发温度就成为当今研究的主要方向。现有公开技术为利用两级喷射器与气液分离器实现***中混合工质两相的分离、提高压缩机吸气口的吸气压力，并保证在蒸发器内获得超低温的蒸发温度的***，但该***中所采用液气喷射器适应变工况能力较差，回收节流损失有限，蒸发冷凝器换热效果对液气喷射器影响较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***。

本发明通过以下技术方案来实现：一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，包括压缩机、冷凝器、第一气液分离器、第一节流部件、回热器、精馏换热器、蒸发冷凝器、液气喷射器、第二气液分离器、第二节流部件和蒸发器，所述第一气液分离器的入口依次连接所述压缩机和所述冷凝器，第一气液分离器的顶部工质出口依次与所述蒸发冷凝器的高温侧通道和所述液气喷射器的工作流体入口串联，第一气液分离器的底部工质出口依次连接所述回热器高温侧通道、所述第一节流部件入口，第一节流部件出口和所述第二气液分离器的顶部工质出口汇合后，与蒸发冷凝器的低温侧通道、所述精馏换热器、回热器的低温侧通道以及压缩机的吸气口串联。

进一步优化，所述第二气液分离器的底部工质出口与所述第二节流部件连接，第二气液分离器将来自液气喷射器的气液两相工质在较高压力下分离成气相和液相。

进一步优化，所述蒸发器设置在第二节流部件和液气喷射器之间。

进一步优化，所述精馏换热器设置在第一气液分离器内。

进一步优化，所采用的制冷剂是由高沸点工质和低沸点工质混合组成的二元或二元以上的非共沸混合工质。

进一步优化，所述第一气液分离器底部出口的工作流体为富含高沸点组分的混合工质，所述液气喷射器的工作流体为来自蒸发冷凝器中的富含低沸点组分的液态高压混合工质。

进一步优化，所述高沸点工质为R600a、R152a、R134a、R290、R1270、R32、R143a、R125中的一种或多种，所述低沸点工质为R23、R13、R170、R50中的一种或多种。

本发明的有益效果在于：

通过设置液气喷射器利用富含低沸点组分的高压液态混合工质引射来自蒸发器的低压状态下的富含低沸点组分的混合工质，使其成为中间压力下的富含低沸点组分的气液两相混合工质，再与富含高沸点组分的混合工质汇合后进入压缩机，有效提高了压缩机进气压力，节省了压缩机的耗功量；同时，由第二气液分离器底部出口的富含低沸点组分的低压液态混合工质进入第二节流部件节流膨胀获得低压混合工质进入蒸发器蒸发吸热，可获得更低的蒸发温度，该制冷循环可达到-40℃~-170℃的制冷温度范围，应用范围广。因此，该***可有效降低压缩机的压比，提高压缩机的吸气压力，制取更低的蒸发温度，提高***的循环性能，节能效果显著，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

附图标记：1、压缩机，2、冷凝器，3、第一气液分离器，4、第一节流部件，5、回热器，6、精馏换热器，7、蒸发冷凝器，8、液气喷射器，9、第二气液分离器，10、第二节流部件，11、蒸发器。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，包括压缩机1、冷凝器2、第一气液分离器3、第一节流部件4、回热器5、精馏换热器6、蒸发冷凝器7、液气喷射器8、第二气液分离器9、第二节流部件10和蒸发器11。

所述第一节流部件4出口和所述第二气液分离器9的顶部工质出口汇合后，与蒸发冷凝器7的低温侧通道、所述精馏换热器6、回热器5的低温侧通道以及压缩机1的吸气口串联，所述第一气液分离器3的入口依次连接所述压缩机1和所述冷凝器2，第一气液分离器3的顶部工质出口依次与所述蒸发冷凝器7的高温侧通道和所述液气喷射器8的工作流体入口串联，第一气液分离器3的底部工质出口依次连接所述回热器5高温侧通道、所述第一节流部件4入口，其中，第一气液分离器3底部工质出口的工作流体为富含高沸点组分的混合工质，进入回热器5预热进入压缩机1的气态混合工质后，与来自第二气液分离器9顶部工质出口的中间压力下富含低沸点组分的气态混合工质混合，经蒸发冷凝器7蒸发吸热成为气态混合工质进入精馏换热器6进行精馏，完成混合工质的气液分离与气态工质中低沸点组分提纯。

所述蒸发器11设置在第二节流部件10和液气喷射器8之间，所述液气喷射器8的进口和出口分别连接蒸发冷凝器7和第二气液分离器9，其工作流体为来自蒸发冷凝器7的富含低沸点组分的液态高压混合工质，液气喷射器8利用高压状态的富含低沸点组分的液态混合工质引射来自蒸发器11的低压状态下的富含低沸点组分的气态混合工质，形成中间压力下的混合工质，减小压缩机1的压比，提高压缩机1的吸气压力，同时降低蒸发器内的蒸发压力，获得更低的蒸发温度。

所述第二气液分离器9的底部工质出口与所述第二节流部件10连接，第二气液分离器9将来自液气喷射器8的气液两相工质在较高压力下分离成气相和液相，来自液气喷射器8的中间压力下的气液两相态的混合工质进入第二气液分离器9，进行两相态混合工质的气液分离，富含低沸点组分的液态混合工质从第二气液分离器9底部出口进入第二节流部件10进行膨胀节流成为富含低沸点组分的低压液态混合工质，而上述富含低沸点组分的气态混合工质从第二气液分离器9顶部出口与来自第一节流部件4的富含高沸点组分的富含高沸点组分的液态混合工质汇合后进入蒸发冷凝器7内蒸发吸热成为气态混合工质。

所述精馏换热器6设置在第一气液分离器3内，来自蒸发冷凝器7的富含低沸点组分的气态混合工质进入第一气液分离器3内的精馏换热器6，对第一气液分离器3内的富含低沸点组分的气相混合工质再一次进行冷凝提纯完成精馏，生成的高纯度的低沸点组分工质进入蒸发冷凝器7进行冷凝放热成为液态混合工质，而第一气液分离器3内的液态混合工质为富含高沸点组分的混合工质，从第一气液分离器3的底部工质出口进入回热器5高温侧通道进行放热。

在本发明中，所采用的制冷剂是由高沸点工质和低沸点工质混合组成的二元或二元以上的非共沸混合工质，所述高沸点工质为R600a、R152a、R134a、R290、R1270、R32、R143a、R125中的一种或多种，所述低沸点工质为R23、R13、R170、R50中的一种或多种。

工作原理为：压缩机1出口的高温高压气态混合工质经冷凝器2冷却后成为气液两相态混合工质，进入第一气液分离器3内经闪蒸分离成气相和液相两部分混合工质，其中富含低沸点组分的气相混合工质经精馏换热器6精馏提纯后成为高纯度的低沸点组分气态工质，该低沸点组分工质经第一气液分离器3顶部出口流入蒸发冷凝器7进行冷凝放热而成为高纯度的低沸点组分液态混合工质，而富含高沸点组分的液态混合工质经第一气液分离器3的底部出口进入换热器5的高温侧通道进行放热，放热后的液态混合工质进入第一节流部件4经节流膨胀后成为中间压力下的富含高沸点组分的气相混合工质；蒸发冷凝器7高温侧通道出口经冷凝放热后的富含低沸点组分的液态混合工质进入液气喷射器8引射来自蒸发器11的富含低沸点组分的低压气态混合工质，进行能量交换后形成富含低沸点组分的气液两相态混合工质进入第二气液分离器9内进行气液两相的分离，其中富含低沸点组分的液态混合工质经第二气液分离器9底部出口进入第二节流部件10经节流膨胀后成为低压状态下的液态混合工质，进入蒸发器11内经蒸发吸热成为低压状态下富含低沸点组分的气相混合工质后进入液气喷射器8被富含低沸点组分的高压液态混合工质引射，进行能量交换完成喷射过程；而第二气液分离器9顶部出口富含低沸点组分的气相混合工质与第一节流部件4出口的富含高沸点组分的液态混合工质汇合后进入蒸发冷凝器7经蒸发吸热后成为气态混合工质，该混合工质进入精馏换热器6进行第一气液分离器3内混合工质中低沸点组分的精馏提纯后进入回热器5低温侧通道，经预热后进入压缩机1继续工作，至此完成整个***的一个循环。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，包括压缩机（1）、冷凝器（2）、第一气液分离器（3）、第一节流部件（4）、回热器（5）、精馏换热器（6）、蒸发冷凝器（7）、液气喷射器（8）、第二气液分离器（9）、第二节流部件（10）和蒸发器（11），其特征在于，所述第一气液分离器（3）的入口依次连接所述压缩机（1）和所述冷凝器（2），第一气液分离器（3）的顶部工质出口依次与所述蒸发冷凝器（7）的高温侧通道和所述液气喷射器（8）的工作流体入口串联，第一气液分离器（3）的底部工质出口依次连接所述回热器（5）高温侧通道、所述第一节流部件（4）入口，第一节流部件（4）出口和所述第二气液分离器（9）的顶部工质出口汇合后，与蒸发冷凝器（7）的低温侧通道、所述精馏换热器（6）、回热器（5）的低温侧通道以及压缩机（1）的吸气口串联。

2.根据权利要求1所述的一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，其特征在于，所述第二气液分离器（9）的底部工质出口与所述第二节流部件（10）连接，第二气液分离器（9）将来自液气喷射器（8）的气液两相工质在较高压力下分离成气相和液相。

3.根据权利要求1所述的一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，其特征在于，所述蒸发器（11）设置在第二节流部件（10）和液气喷射器（8）之间。

4.根据权利要求1所述的一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，其特征在于，所述精馏换热器（6）设置在第一气液分离器（3）内。

5.根据权利要求1所述的一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，其特征在于，该***采用的制冷剂为高沸点工质和低沸点工质混合组成的二元或二元以上的非共沸混合工质。

6.根据权利要求5所述的一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，其特征在于，所述第一气液分离器（3）底部出口的工作流体为富含高沸点组分的混合工质，所述液气喷射器（8）的工作流体为来自蒸发冷凝器（7）中的富含低沸点组分的液态高压混合工质。

7.根据权利要求5所述的一种带液气喷射器的混合工质节流制冷循环***，其特征在于，所述高沸点工质为R600a、R152a、R134a、R290、R1270、R32、R143a、R125中的一种或多种，所述低沸点工质为R23、R13、R170、R50中的一种或多种。

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