專利名稱：一種帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷與低溫技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制冷循環(huán)系統(tǒng)，特別涉及一種帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)由于采用了噴射器，能提高壓縮機(jī)的吸氣壓力，減小壓縮機(jī)的壓比；降低膨脹閥的壓降；減小蒸發(fā)冷凝器中的傳熱溫差。從而降低循環(huán)中不可逆損失，改善循環(huán)系統(tǒng)性能。可以應(yīng)用于低溫冰箱、低溫冷卻器和氣體液化設(shè)備中。
背景技術(shù)：
自行復(fù)疊式制冷系統(tǒng)是一種采用多元混合工質(zhì)的制冷循環(huán)系統(tǒng)，它使用單臺(tái)壓縮機(jī)，通過自行分離、多級(jí)復(fù)疊的方法，在高沸點(diǎn)組分和低沸點(diǎn)組分之間實(shí)現(xiàn)復(fù)疊，獲得更低蒸發(fā)溫度下的制冷能力。自從上世紀(jì)50年代末期，人們就開始應(yīng)用自行復(fù)疊式制冷系統(tǒng)來液化天然氣。到了上世紀(jì)七、八十年代，隨著對混合工質(zhì)研究的深入，對自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)的研究在不斷的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大。由于自行復(fù)疊式制冷系統(tǒng)具有比較寬的工作溫區(qū)，無論是在普通冷領(lǐng)域還是在低溫領(lǐng)域，都具有比較大的實(shí)用價(jià)值。
在自行復(fù)疊式制冷循環(huán)中，隨著制冷蒸發(fā)溫度的降低，壓縮機(jī)的吸氣壓力下降，壓比將升高，從而制冷系數(shù)會(huì)顯著降低。這主要是因?yàn)樵谙到y(tǒng)中存在較大的節(jié)流損失和傳熱不可逆損失。因此，改善自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)性能也就成為這一技術(shù)領(lǐng)域中重要的研究方向。常規(guī)自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、氣液分離器、蒸發(fā)冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥組成。自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于壓縮機(jī)的壓比。當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，蒸發(fā)溫度是影響壓縮機(jī)壓比的最主要因素。蒸發(fā)溫度越低，壓比越高。另外，因膨脹閥產(chǎn)生的不可逆損失和在蒸發(fā)冷凝器中存在的傳熱不可逆損失都是不可避免的。因此，在常規(guī)自行復(fù)疊式制冷循環(huán)中單純的優(yōu)化工況，是不能有效提高循環(huán)系統(tǒng)性能的。有研究者提出了采用膨脹機(jī)代替膨脹閥，來減少不可逆損失，回收有用功以改善系統(tǒng)性能。然而，盡管這種方法可以提高系統(tǒng)的性能，但膨脹機(jī)會(huì)讓系統(tǒng)更加復(fù)雜，而且由于膨脹機(jī)本身也會(huì)進(jìn)一步增加投資。噴射器作為一種機(jī)械增壓設(shè)備以結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動(dòng)部件和成本低的特點(diǎn)，在蒸氣噴射制冷領(lǐng)域和其它相關(guān)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。同樣，噴射器也可以應(yīng)用在自行復(fù)疊式制冷循環(huán)中，通過噴射器的增壓作用能夠提高壓縮機(jī)的吸氣壓力，降低壓比，回收部分有用功；另外，通過采用噴射器，降低了膨脹閥的壓降，相應(yīng)地可以提高進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器的工作流體的壓力及溫度，減小了蒸發(fā)冷凝器中的傳熱溫差，從而減少了不可逆?zhèn)鳠釗p失，改善了系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，為了減少系統(tǒng)的不可逆損失，提高系統(tǒng)性能，本發(fā)明的目的在于提出一種新的利用噴射器實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)性能的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是一種帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括管路上連接的壓縮機(jī)、冷凝器、氣液分離器、蒸發(fā)冷凝器、蒸發(fā)器、第一膨脹閥和第二膨脹閥，其特征在于，所述的蒸發(fā)冷凝器和蒸發(fā)器之間還設(shè)有一噴射器。
所述壓縮機(jī)的出口與冷凝器入口相連，冷凝器的出口與氣液分離器的入口相連；氣液分離器出口分兩路，一路氣相制冷劑直接與蒸發(fā)冷凝器入口相連；另一路液相制冷劑經(jīng)過第一膨脹閥后與蒸發(fā)冷凝器入口相連；蒸發(fā)冷凝器的出口分兩路一路制冷劑液體首先與第二膨脹閥連接，然后進(jìn)入蒸發(fā)器，另一路制冷劑蒸氣作為工作蒸氣直接進(jìn)入噴射器，引射從蒸發(fā)器來的蒸氣進(jìn)入噴射器，噴射器的出口與壓縮機(jī)的入口相連接。
本發(fā)明的帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，所增加的噴射器仍屬于常規(guī)的氣—?dú)庑蛧娚淦鞣N類，具有增壓的作用；相比于其它常規(guī)型自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，初投資增加不多，并能有效提高系統(tǒng)的循環(huán)性能，從未來的應(yīng)用上面看，具有明顯的優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)示意圖，也是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。
下面結(jié)合附圖和給出的具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括管路上連接的壓縮機(jī)101、冷凝器102、氣液分離器103、蒸發(fā)冷凝器105、蒸發(fā)器107、第一膨脹閥104和第二膨脹閥106，蒸發(fā)冷凝器105和蒸發(fā)器107之間還設(shè)有一噴射器108；壓縮機(jī)101的出口與冷凝器102入口相連，冷凝器102的出口與氣液分離器103的入口相連；氣液分離器103出口分兩路，一路氣相制冷劑直接與蒸發(fā)冷凝器105入口相連；另一路液相制冷劑經(jīng)過第一膨脹閥104后與蒸發(fā)冷凝器105入口相連；蒸發(fā)冷凝器105的出口分兩路一路首先與第二膨脹閥106連接，然后連接蒸發(fā)器107，另一路制冷劑蒸氣作為工作蒸氣直接進(jìn)入噴射器108的工作蒸氣入口，引射從蒸發(fā)器107來的蒸氣進(jìn)入噴射器108，噴射器108的出口與壓縮機(jī)101的入口相連接。通過以上連接，構(gòu)成完整的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)。
在所述的帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)101用于提高非共沸混合物制冷劑蒸氣的壓力，被升壓的制冷劑蒸氣在冷凝器102中部分冷凝后進(jìn)入氣液分離器103，通過氣液分離器103實(shí)現(xiàn)氣液相分離；從氣液分離器103中出來的液相制冷劑通過第一膨脹閥104降壓降溫后進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器105，被蒸發(fā)冷凝器105另一端的氣相制冷劑加熱蒸發(fā)后，作為工作蒸氣進(jìn)入噴射器108的工作蒸氣入口；從氣液分離器103出來的氣相制冷劑直接進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器105，與液相制冷劑在蒸發(fā)冷凝器105中換熱凝結(jié)后，再經(jīng)過第二膨脹閥106進(jìn)一步降壓降溫，進(jìn)入蒸發(fā)器107蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)制冷目的；然后作為被引射蒸氣被噴射器108引射，與工作蒸氣在噴射器108中混合增壓；從噴射器108中出來的蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)101的入口；實(shí)現(xiàn)整個(gè)循環(huán)。
噴射器108有兩個(gè)作用一是通過它的增壓作用可以提高壓縮機(jī)101的吸氣壓力，降低壓縮機(jī)101的壓縮比；二是噴射器108工作蒸氣的壓力要大于被引射蒸氣的壓力，這樣就降低了工作蒸氣經(jīng)過膨脹閥的壓降，相應(yīng)地提高了進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器105的工作流體壓力與溫度，減小了蒸發(fā)冷凝器105中的傳熱溫差，從而減少了不可逆?zhèn)鳠釗p失。在蒸發(fā)冷凝器105中，傳熱溫差的降低是以增加傳熱面積為代價(jià)的，因此工作參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，噴射器108工作蒸氣入口壓力的確定要綜合考慮。但從熱力學(xué)的角度分析，它的兩個(gè)作用的綜合結(jié)果是顯著提高了循環(huán)系統(tǒng)的性能。
其工作過程是非共沸混合物制冷劑(如R23/134a)蒸氣(圖中1點(diǎn)處)進(jìn)入壓縮機(jī)101，被增壓后(圖中2點(diǎn)處)進(jìn)入冷凝器102，混合物制冷劑在冷凝器102中放熱部分冷凝(圖中3點(diǎn)處)，制冷劑蒸氣(圖中3″點(diǎn)處)直接進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器105，此時(shí)液相制冷劑(圖中3′點(diǎn)處)的成分與氣相的不同，液相制冷劑通過第一膨脹閥104降壓降溫后(圖中7點(diǎn)處)進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器105，與氣相制冷劑在蒸發(fā)冷凝器105中換熱。液相制冷劑在蒸發(fā)冷凝器105中吸熱蒸發(fā)后作為工作蒸氣進(jìn)入噴射器108(圖中8點(diǎn)處)，引射從蒸發(fā)器來的蒸氣(圖中6點(diǎn)處)；圖中3″點(diǎn)處的制冷劑在蒸發(fā)冷凝器中放熱冷卻成為飽和或者過冷液體(圖中4點(diǎn)處)，經(jīng)過第二膨脹閥106進(jìn)一步降壓降溫后(圖中5點(diǎn)處)，進(jìn)入蒸發(fā)器107吸熱蒸發(fā)成飽和或者過熱蒸氣，從而實(shí)現(xiàn)制冷目的；最后作為被引射蒸氣被噴射器108引射，與工作蒸氣在噴射器中混合增壓后進(jìn)入壓縮機(jī)，完成循環(huán)過程。
整個(gè)循環(huán)過程中存在有四個(gè)不同的工作壓力，依次是冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、噴射器工作蒸氣入口壓力和出口壓力(即壓縮機(jī)吸氣壓力)；其中冷凝壓力和蒸發(fā)壓力是由循環(huán)系統(tǒng)的工作工況所決定，這又取決于運(yùn)行環(huán)境溫度和制冷要求；噴射器工作蒸氣入口壓力是可以作為調(diào)節(jié)參數(shù)，通過優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)最佳工況；噴射器工作蒸氣出口壓力是由循環(huán)中的質(zhì)量守恒和能量守恒關(guān)系所確定的。相比于常規(guī)自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，在同樣的循環(huán)工況條件下，在本發(fā)明給出的實(shí)施方式的制冷循環(huán)中，因噴射器的增壓作用，提高了壓縮機(jī)吸氣壓力，降低了壓縮比，減小了壓縮功；由于工作蒸氣的壓力大于被引射蒸氣的壓力，從而降低了工作流體經(jīng)過膨脹閥的壓降，提高了進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器的工作流體壓力與溫度，相應(yīng)地降低了蒸發(fā)冷凝器中的傳熱溫差，減少了不可逆損失。在確定的工況條件下，降低了壓縮機(jī)的壓縮比，提高了系統(tǒng)的制冷系數(shù)。所以，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的性能顯著提高了。從以上分析可以看出，本發(fā)明的帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，在改善自行復(fù)疊式制冷系統(tǒng)性能方面具有明顯的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括管路上連接的壓縮機(jī)(101)、冷凝器(102)、氣液分離器(103)、蒸發(fā)冷凝器(105)、蒸發(fā)器(107)、第一膨脹閥(104)和第二膨脹閥(106)，其特征在于，所述的蒸發(fā)冷凝器(105)和蒸發(fā)器(107)之間還設(shè)有一噴射器(108)；所述壓縮機(jī)(101)的出口與冷凝器(102)入口相連，冷凝器(102)的出口與氣液分離器(103)的入口相連；氣液分離器(103)出口分兩路，一路氣相制冷劑直接與蒸發(fā)冷凝器(105)入口相連；另一路液相制冷劑經(jīng)過第一膨脹閥(104)后與蒸發(fā)冷凝器(105)入口相連；蒸發(fā)冷凝器(105)的出口分兩路一路首先與第二膨脹閥(106)連接，然后進(jìn)入蒸發(fā)器(107)，另一路制冷劑蒸氣作為工作蒸氣直接進(jìn)入噴射器(108)，引射從蒸發(fā)器(107)來的蒸氣進(jìn)入噴射器(108)，噴射器(108)的出口與壓縮機(jī)(101)的入口相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸發(fā)器(107)蒸氣在噴射器(108)中與工作蒸氣在噴射器(108)中混合增壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的噴射器(108)中的工作蒸氣壓力大于從蒸發(fā)器(107)出來蒸氣的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶噴射器的自行復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括管路相連的壓縮機(jī)、冷凝器、氣液分離器、蒸發(fā)冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥，蒸發(fā)冷凝器和蒸發(fā)器之間還有噴射器；壓縮機(jī)出口與冷凝器入口相連，冷凝器出口與氣液分離器入口相連；氣液分離器出口的一路氣相制冷劑與蒸發(fā)冷凝器入口相連；另一路液相制冷劑經(jīng)過膨脹閥后與蒸發(fā)冷凝器入口相連；蒸發(fā)冷凝器出口的一路通過膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器，另一路制冷劑蒸氣作為工作蒸氣進(jìn)入噴射器，引射從蒸發(fā)器來的蒸氣進(jìn)入噴射器，噴射器出口與壓縮機(jī)入口相連。噴射器增壓能提高壓縮機(jī)吸氣壓力，降低壓比，減少壓縮功；同時(shí)提高蒸發(fā)冷凝器工作流體壓力與溫度，減小蒸發(fā)冷凝器傳熱溫差，降低不可逆損失，顯著提高整個(gè)系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)F25B7/00GK1963341SQ20061010493
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者魚劍琳, 厲彥忠, 張周衛(wèi), 趙華 申請人:西安交通大學(xué)