CN112556230B - 一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环*** - Google Patents

一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环*** Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***，制冷循环中太阳能喷射制冷机组充分利用海上太阳能完成制冷剂的低压级压缩，减少船舶对化石能源的依赖；双级喷射器结构简单、投入成本低、不易损坏、运行稳定，利用双级喷射器降低节流过程的不可逆损失，有效降低压缩机功耗，与普通蒸气压缩循环相比，该******运作效率高，能耗低。

Description

一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***
技术领域
本发明涉及一种制冷循环***，具体涉及一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***。
背景技术
随着全球海运事业的快速发展以及世界对环保的日渐重视，国家对船舶动力装备提出了更高的需求。当前船舶装备技术水平仍处在效率低下的阶段，据统计，在全球范围内，船舶柴油机排放造成了约占5%~10%的大气污染。面对当前能源短缺，环境问题日益严峻的情况，如何降低船舶动力设备排放，是当下船舶领域需要继续改进的问题。因此，分析制冷装置问题所在并改进，充分利用可再生资源是降低现有制冷机组能效的可靠途径。
海上太阳能资源非常丰富，太阳能船舶已成为研究趋势，其中太阳能喷射制冷是一种对太阳能资源充分利用的有效方式。喷射器作为一种回收膨胀压的节流装置，具有无需维护、结构简单、成本低等优点，但目前的单级喷射器升压能力较差，效率不高，不能很好的实现低温制冷，采用可调式双级喷射器提高***运行效率成为可能。
发明内容
本发明目的在于提供一种制冷循环***，具体涉及一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***，提出可调式双级喷射器对循环进行优化，另将蒸气压缩循环与太阳能喷射循环复合，降低循环的不可逆损失和运行功耗。
本发明所采用的技术方案是，一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***，包括依次相连的高压级蒸气压缩喷射循环***、低压级喷射循环***和太阳能集热循环***。
上述方案中：高压级蒸气压缩喷射循环由依次连接的高压级压缩机、冷凝器、高压双级喷射器和中间冷却器构成闭合环路，冷凝器出口管路连接高压双级喷射器主流进口管路，高压双级喷射器出口管路连接中间冷却器进口管路，中间冷却器制冷剂气体出口管路连接高压级压缩机进口管路和高压双级喷射器次流进口管路，与低压级喷射循环通过中间冷却器连接，中间冷却器中的气态制冷剂一部分进入高压级压缩机，另一部分进入高压双级喷射器，液态制冷剂进入低压双级喷射器。
低压级喷射循环由依次连接的发生器、中间冷却器、低压双级喷射器、蒸发器、气液分离器、电子膨胀阀、电磁三通阀、低压级压缩机和循环泵构成闭合环路，中间冷却器液体出口管路连接低压双级喷射器主流进口管路，低压双级喷射器出口管路连接气液分离器进口管路，气液分离器气体出口通过电磁三通阀分别连接低压级压缩机进口管路和发生器制冷剂进口管路，发生器出口管路连接循环泵进口管路，低压级压缩机出口管路与循环泵出口管路通过电磁三通阀连接中间冷却器进口管路，气液分离器液体制冷剂出口管路通过电子膨胀阀连接蒸发器进口管路，蒸发器出口管路连接低压双级喷射器次流进口管路。
太阳能集热循环由依次连接的太阳能集热器、发生器和循环泵构成闭合环路，太阳能集热器出口管路连接发生器热媒进口管路，发生器热媒出口管路连接循环泵进口管路，循环泵出口管路连接太阳能集热器进口管路，与低压级喷射循环循环共用发生器，热媒在发生器中释放热量，制冷剂在发生器中吸热变成过热蒸气。
本发明提出的带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***相对普通双级蒸气压缩循环***来说，通过对可再生能源太阳能充分利用，太阳能集热循环可以替代低压级压缩机对制冷剂进行一级升压；当光照条件不能满足太阳能集热循环机组的工作需求时，***启动低压级压缩机进行制冷剂的一级压缩。
本发明提出的可调式双级喷射器，可以通过控制算法对进入一级喷射器和二级喷射器的制冷剂流量进行分配，相较于单级喷射器，可以实现更好的调节和升压能力。
本发明采用的安全措施：
高压双级喷射器连接中间冷却器管路设置止回阀，防止制冷剂回流至高压双级喷射器；低压双级喷射器连接气液分离器管路设置止回阀，防止制冷剂回流至低压双级喷射器；低压级压缩机连接中间冷却器管路设置止回阀，防止制冷剂回流至低压级压缩机。
本发明的优点如下。
1.本发明的制冷***，在光照条件充足情况下，利用太阳能集热循环替代低压级压缩机进行制冷剂一级压缩；在光照条件不足情况下，可以切换为低压级压缩机工作模式，实现智能节能。
2.本发明的制冷***，提出可调式二级喷射器，可以实现更好的升压能力和调节能力，降低不可逆损失，提高***制冷量。
3.本发明的制冷***，低压级喷射循环中来自蒸发器的低温低压制冷剂通过低压双级喷射器进行提前升压，提高低压喷射循环的升压能力。
4.本发明的制冷***，高压级蒸气压缩喷射循环使用高压双级喷射器进行节流并回收膨胀压，可以降低节流损失。
5.本发明的制冷***，冷凝器采用引入海水降温冷却方式，降低设备运行成本，提高***运行效率。
附图说明
图1为本发明带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***示意图；图1中各主要部件的名称为：1-高压级压缩机；2-冷凝器；3-高压双级喷射器；4-中间冷却器；5-低压双级喷射器；6-蒸发器；7-气液分离器；8-低压级压缩机；9-发生器；10a-循环泵；10b-循环泵；11-集热器；12-高压级蒸气压缩喷射循环机组；13-低压级喷射循环机组；14-太阳能集热循环机组；E-电子膨胀阀；C-止回阀；F-电磁三通阀。
图2为本发明双级喷射器二维结构示意图；图2中各部件的名称为：15-阀板；16-一级工作流体进口；17-引射流体进口；18-一级接受室；19-一级喷嘴；20-一级混合室；21-一级扩压室；22-二级工作流体进口；23-二级喷嘴；24-二级接受室；25-二级混合室；26-二级扩压室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本实施例一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***，如图1所示，包括高压级蒸气压缩喷射循环机组12、低压级喷射循环机组13和太阳能集热循环机组14，具体包括高压级压缩机1、冷凝器2、高压双级喷射器3、中间冷却器4、低压双级喷射器5、蒸发器6、气液分离器7、低压级压缩机8、发生器9、循环泵10a、循环泵10b、集热器11、电子膨胀阀E、止回阀C、电磁三通阀F。
高压级蒸气压缩喷射循环机组12由高压级压缩机1、冷凝器2、高压双级喷射器3和中间冷却器4构成闭合环路；冷凝器2出口管路连接高压双级喷射器3主流进口管路，高压双级喷射器3出口管路连接中间冷却器4进口管路，中间冷却器4制冷剂气体出口管路连接高压级压缩机1进口管路和高压双级喷射器3次流进口管路，与低压级喷射循环13通过中间冷却器4连接。
上述高压级蒸气压缩喷射循环运作方式为：来自中间冷却器4的中温中压气态制冷剂进入高压级压缩机1变成高温高压气态制冷剂，随后高压高温制冷剂进入冷凝器2放热变成高压液态制冷剂，高压液态制冷剂进入高压双级喷射器3引射来自中间冷却器4的中温中压气态制冷剂进行混合，变成压力小幅度提升的中温中压两相流制冷剂，随后进入中间冷却器4进行气液分离，制冷剂完成一次高压级蒸气压缩喷射循环。
低压级喷射循环机组13由中间冷却器4、低压双级喷射器5、蒸发器6、气液分离器7、低压级压缩机8、电子膨胀阀E、发生器9、循环泵10a和电磁三通阀F构成闭合环路，中间冷却器4液体出口管路连接低压双级喷射器5主流进口管路，低压双级喷射器5出口管路连接气液分离器7进口管路，气液分离器7气体出口通过电磁三通阀F1分别连接低压级压缩机8进口管路和发生器9制冷剂进口管路，发生器9出口管路连接循环泵10a进口管路，低压级压缩机8出口管路与循环泵10a出口管路通过电磁三通阀F2连接中间冷却器4进口管路，气液分离器7液体制冷剂出口管路通过电子膨胀阀E连接蒸发器6进口管路，蒸发器6出口管路连接低压双级喷射器5次流进口管路。
上述低压级喷射循环运作方式为：中温中压液态制冷剂从中间冷却器4流入低压双级喷射器8引射来自蒸发器的6低温低压制冷剂混合，变成小幅度升压的两相流制冷剂，随后两相流制冷剂进入气液分离器7，当电磁三通阀F1的接口a、b接通，电磁三通阀F2的接口b、c接通，气液分离器7中气态制冷剂经电磁三通阀F1进入低压级压缩机8变成高温中压气态制冷剂，随后高温中压气态制冷经电磁三通阀F2进入中间冷却器4降温，当电磁三通阀F1的接口a、c接通，电磁三通阀F2的接口a、b接通，气液分离器7中气态制冷剂经电磁三通阀F1进入发生器9吸收热量变成高温中压气态制冷剂，随后高温中压气态制冷经循环泵10a和电磁三通阀F2进入中间冷却器4降温，气液分离器7中液态制冷剂经电子膨胀阀E节流降压为低温低压两相流进入蒸发器6吸热，随后低压制冷剂从蒸发器6流入低压双级喷射器5，完成一次低压级喷射循环。
太阳能集热循环机组14由依次连接的太阳能集热器11、发生器9和循环泵10b构成闭合环路，太阳能集热器11出口管路连接发生器9热媒进口管路，发生器9热媒出口管路连接循环泵10b进口管路，循环泵10b出口管路连接太阳能集热器11进口管路。
上述太阳能集热循环运作方式为：热媒在太阳能集热器11中吸收热量变成高温热媒，高温热媒从太阳能集热器11流入发生器9将热量释放给液体制冷剂，高温热媒冷却成低温热媒，低温热媒经循环泵10b流至太阳能集热器11，完成一次集热循环。
如图2所示，双级喷射器包括一级喷射器和二级喷射器，具体包括阀板15、一级工作流体进口16、引射流体进口17、一级接受室18、一级喷嘴19、一级混合室20、一级扩压室21、二级工作流体进口22、二级喷嘴23、二级接受室24、二级混合室25、二级扩压室26。
上述双级喷射器的运作方式为：在低压级喷射循环13中，中温中压液态制冷剂分为两部分进入低压双级喷射器5，两者的流量比通过阀板15调节，一部分通过一级工作流体进口16进入一级喷射器，另一部分通过二级工作流体进口22进入二级喷射器，制冷剂在一级喷嘴19喉部提速降压变成两相流，随后射入一级接受室18形成比蒸发器6压力更低的低压区域，该低压区域引射来自蒸发器6的饱和蒸气制冷剂，两相流制冷剂进入一级混合室20进行充分混合，随后在一级扩压室21降速升压后进入二级接受室23，二级工作流体经二级喷嘴23提速降压变成两相流,射入二级接受室24引射来自一级扩压室21的两相流，制冷剂在二级混合室25充分混合，随后两相流制冷剂在二级扩压室26完成升压流入气液分离器7；在高压级蒸气压缩喷射循环中，高压气态制冷剂分为两部分进入高压双级喷射器3，两者的流量比通过阀板15调节，一部分通过一级工作流体进口16进入一级喷射器，另一部分通过二级工作流体进口22进入二级喷射器，气态制冷剂在一级喷嘴19喉部提速降压变成两相流，随后射入一级接受室18形成比中间冷却器4压力更低的低压区域，该低压区域引射来自中间冷却器4的饱和蒸气制冷剂，两相流制冷剂进入一级混合室20进行充分混合，随后在一级扩压室21降速升压后进入二级接受室23，二级工作流体经二级喷嘴23提速降压变成两相流,射入二级接受室24引射来自一级扩压室21的两相流，制冷剂在二级混合室25充分混合，随后两相流制冷剂在二级扩压室26完成升压流入中间冷却器4。
本发明的制冷***在运行中，在光照充足的情况下，太阳能集热循环机组14正常运行，此时电磁三通阀F1的接口a、c接通，电磁三通阀F2的接口a、b接通，低压级压缩机8处于关闭状态，循环泵10a正常运行；当光照不充足时，太阳能集热循环机组14和循环泵10a处于关闭状态，电磁三通阀F1的接口a、b接通，电磁三通阀F2的接口b、c接通，低压级压缩机8正常运行。

Claims (1)

1.一种带双级喷射器的船舶太阳能蒸气压缩制冷循环***，其特征在于，包括依次相连的高压级蒸气压缩喷射循环机组(12)、低压级喷射循环机组(13)和太阳能集热循环机组(14)；高压级蒸气压缩喷射循环机组(12)由高压级压缩机(1)、冷凝器(2)、高压双级喷射器(3)和中间冷却器(4)构成闭合环路，冷凝器(2)出口管路连接高压双级喷射器(3)主流进口管路，高压双级喷射器(3)出口管路连接中间冷却器(4)进口管路，中间冷却器(4)气体制冷剂出口管路同时与高压级压缩机(1)进口管路和高压双级喷射器(3)次流进口管路相连接，高压级蒸气压缩喷射循环机组(12)与低压级喷射循环机组(13)通过中间冷却器(4)连接；低压级喷射循环机组(13)由中间冷却器(4)、低压双级喷射器(5)、蒸发器(6)、气液分离器(7)、低压级压缩机(8)、电子膨胀阀(E)、发生器(9)、第一循环泵(10a)、第一电磁三通阀(F1)和第二电磁三通阀(F2)构成闭合环路，中间冷却器(4)液体出口管路连接低压双级喷射器(5)主流进口管路，低压双级喷射器(5)出口管路连接气液分离器(7)进口管路，气液分离器(7)气体出口通过第一电磁三通阀(F1)分别连接低压级压缩机(8)进口管路和发生器(9)制冷剂进口管路，发生器(9)制冷剂出口管路连接第一循环泵(10a)进口管路，低压级压缩机(8)出口管路与第一循环泵(10a)出口管路同时通过第二电磁三通阀(F2)连接中间冷却器(4)进口管路，气液分离器(7)液体制冷剂出口管路通过电子膨胀阀(E)连接蒸发器(6)进口管路，蒸发器(6)出口管路连接低压双级喷射器(5)次流进口管路；太阳能集热循环机组(14)由依次连接的太阳能集热器(11)、发生器(9)和第二循环泵(10b)构成闭合环路，太阳能集热器(11)出口管路连接发生器(9)热媒进口管路，发生器(9)热媒出口管路连接第二循环泵(10b)进口管路，第二循环泵(10b)出口管路连接太阳能集热器(11)进口管路；双级喷射器包括一级喷射器和二级喷射器，具体包括阀板(15)、一级工作流体进口(16)、引射流体进口(17)、一级接受室(18)、一级喷嘴(19)、一级混合室(20)、一级扩压室(21)、二级工作流体进口(22)、二级喷嘴(23)、二级接受室(24)、二级混合室(25)、二级扩压室(26)，阀板(15)位于一级工作流体进口(16)和二级工作流体进口(22)之间，一级工作流体进口(16)连接一级喷嘴(19)，一级喷嘴(19)位于一级接受室(18)，一级接受室(18)连接一级混合室(20)，一级混合室(20)连接一级扩压室(21)，一级扩压室连接二级接受室(24)，二级工作流体进口(22)连接二级喷嘴(23)，二级喷嘴(23)位于二级接受室(24)，二级接受室(24)连接二级混合室(25)，二级混合室(25)连接二级扩压室(26)。
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