專利名稱：兩相流膨脹機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種涉及具有兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)，兩相流膨脹機實現制冷劑降壓過程并同時對外做功。
背景技術：
現在制冷循環(huán)的降壓(溫)過程都采用絕熱節(jié)流，但是這樣的節(jié)流過程是利用局部阻力來實現壓力、溫度降低，使高壓下的液態(tài)工質能量損失。制冷工質的壓力能和膨脹功沒有被回收利用起來，反而這些能量還轉化成了熱能，使制冷工質干度增加，減少了制冷量。

發(fā)明內容
本發(fā)明是克服現有技術存在的不足，設計一種涉及兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)。技術方案兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)，參見圖1，包括壓縮機I、冷凝器2、蒸發(fā)器8、兩相流膨脹機。所述的兩相流膨脹機包括密封3、電磁閥4、電磁閥5、電磁閥6、電磁閥7、單向閥
9、單向閥10、單向閥11、單向閥12、小活塞13、小氣缸14、大活塞15、活塞連桿16、大氣缸
17。壓縮機I的出口連接冷凝器2進口，冷凝器2出口連接電磁閥4、5的進口，電磁閥4、5的出口連接小氣缸14進口，小氣缸14出口連接電磁閥6、7的進口，電磁閥6、7的出口連接蒸發(fā)器8的進口，蒸發(fā)器8出口連接單向閥9、10的進口，單向閥9、10的出口連接大氣缸17的進口。大氣缸17出口連接單向閥11、12的進口，單向閥11、12的出口連接壓縮機I進口。高壓的過冷或飽和液體工質經電磁閥4、5進入小氣缸14膨脹做功，出口是兩相狀態(tài)，并使工質的溫度、壓力降低，同時對外做功，做的功可以用于低壓狀態(tài)下工質本身的再壓縮或者對外輸出機械功。
四

圖I是本發(fā)明涉及兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)示意圖；圖2是發(fā)明的兩相流膨脹機示意圖。圖中編號為1壓縮機、2冷凝器、3密封、4電磁閥、5電磁閥、6電磁閥、7電磁閥、8蒸發(fā)器、9單向閥、10單向閥、11單向閥、12單向閥、13小活塞、14小氣缸、15大活塞、16活塞連桿、17大氣缸
圖3是未加兩相流膨脹機的制冷循環(huán)的P_h圖 圖4是已加兩相流膨脹機的制冷循環(huán)的P_h圖
五、具體實施方案兩相流膨脹機的工作過程如下設開始大小兩個活塞的位置如圖2中的虛線所示，所有閥門都處于關閉狀態(tài)，小活塞右側是經過上個循環(huán)做功以后的兩相狀態(tài)(氣液)的低壓工質，大活塞右側是剛吸進的低壓氣態(tài)工質。整個循環(huán)過程是首先，電磁閥4和電磁閥7同時開啟，且電磁閥4由控制器實現開啟n秒后自動關閉，m質量的高壓液態(tài)工質通過電磁閥4流入小氣缸中，新流入的高壓液態(tài)工質做功并推動活塞向右運動，在向右運動的過程中，小活塞右側兩相狀態(tài)的低 壓工質經電磁閥7流出，大活塞左側因壓力降低而使單向閥9開啟，低壓氣態(tài)工質經單向閥9被吸入，大活塞右側的氣態(tài)工質被壓縮升壓經單向閥12排出。接著，小活塞左側的高壓液態(tài)工質部分氣化膨脹推動活塞繼續(xù)向右移動，維持之前的過程繼續(xù)進行，當膨脹結束時大小活塞剛好運動到最右端，同時小活塞左側制冷劑的溫度(壓力)也達到規(guī)定的制冷溫度(壓力)，電磁閥7關閉；單向閥9和12關閉、，大小活塞右側的工質全部排出，小活塞左側充滿做功后的兩相狀態(tài)低壓工質，大活塞左側充滿吸進來的低壓氣態(tài)工質。然后，電磁閥5和6同時開啟，且電磁閥5由控制器實現開啟n秒后自動關閉，m質量高壓液態(tài)工質通過電磁閥5流入小氣缸中，新流入的高壓液態(tài)工質推動活塞向左運動一段距離，在向左運動的過程中，小活塞左側兩相狀態(tài)的低壓工質經電磁閥6流出，大活塞左側因壓力升高而使單向閥11開啟，氣態(tài)工質被壓縮升壓經單向閥11排出；大活塞右側由于壓力降低使單向閥10開啟并開始吸入低壓氣態(tài)工質。小活塞右側的高壓液態(tài)工質部分氣化膨脹推動活塞繼續(xù)向左移動，維持之前的過程繼續(xù)進行，當膨脹結束時大小活塞剛好運動到最左端，電磁閥6關閉，單向閥11和10關閉、大小活塞左側的工質全部排出，小活塞右側充滿了做功后的兩相狀態(tài)工質，大活塞右側充滿吸進來的低壓氣態(tài)工質。完成整個循環(huán)。兩相流膨脹機的制冷循環(huán)整的裝置循環(huán)圖如圖1，經壓縮機壓縮出來的高壓氣態(tài)制冷劑工質進入冷凝器，被冷凝到Pk壓力下的飽和液態(tài)或過冷液態(tài)，經電磁閥進入兩相流膨脹機的小氣缸，對大氣缸中低壓氣態(tài)制冷工質做功，做功后變成低壓Ptl下的氣液兩態(tài)制冷劑被排出膨脹機進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，出蒸發(fā)器為Po下的氣態(tài)制冷劑進入大氣缸中，經過兩相流膨脹機后壓力升高A P，隨后再進入壓縮機壓縮，開始下一循環(huán)。由于蒸發(fā)壓力升高AP，壓縮機的壓比減少，同時單位制冷量增加，根據制冷原理，壓機耗功減少，制冷效率增加。本發(fā)明的數據分析及有益效果設定環(huán)境溫度為25°C，傳熱溫差為5°C，兩個蒸發(fā)溫度分別設為-10°C，-40°C，制冷劑為R22。制冷循環(huán)圖如下圖3為舊循環(huán)，圖4為新循環(huán)。圖示說明1-2等熵壓縮，2-3等壓降溫，3-4焓相等降壓，4_1等壓吸熱，3_5等熵膨脹，5-1等壓吸熱；1點對應飽和氣態(tài)，3點對應的是飽和液體。有關計算式如下舊循環(huán)，壓縮機單位耗功量Wci = Ii2-Ii1,單位制冷量qd = Ii1-Ii4 ；新循環(huán)，膨脹機對外做單位功量wt = h4-h5,壓縮機單位耗功量Wci = Ii2-Ii1,壓力升高Ap =wt,單位制冷量Q1 = hj-hg = q0+wt,舊的循環(huán)制冷系數e ^ = QcZwci,新的循環(huán)制冷系數e
=(Qo+Wt)/ (wcTwt) > e。= Qo/wo數據單位說明各點洽值kj/kg,做功kj/kg,單位制冷量kj/kg,溫度單位。C,壓強pa。(備注以下數據都是在理論和理想循環(huán)下得出的，對外做功量都用來壓縮低壓氣態(tài)制冷劑)結論(I)使用兩相流膨脹機的新制冷循環(huán)和舊循環(huán)相比，制冷劑過熱度=過冷度=0時各性能都有不同程度的提高，單位制冷量提高2%——7.6%，壓機節(jié)能11.4%——
18.I %，制冷系數提高15. 3%——31. 3 %。由此得出結論——使用兩相流膨脹機的制冷循環(huán)有很好的節(jié)能效果，而且改善系統(tǒng)性能。舉例如果原來的制冷系統(tǒng)設備四天用1000度電，則使用兩相流膨脹機后可以達到五天用1000度電。(2)在制冷劑過冷度=3°C過熱度=(TC時，，各性能參數的提高百分比有所下降，如單位制冷量提高百分比由2. 5%降低到2%，壓縮機節(jié)能提高比由13. 3%降低到11. 4%，制冷系數提高百分比由18. 2%降低到17. 7%。由此可以得出結論——存在過冷度時，各性能提高比有所降低。 (3)在制冷劑過冷度=(TC過熱度=3°C時，各性能參數的提高百分比有所下降，如單位制冷量提高百分比由2. 5%降低到2.3%，壓縮機節(jié)能提高比由13. 3%降低到13. 2%，制冷系數提高百分比由18. 2%降低到15. 3%。由此得出結論——存在過熱度時，各性能提高比有所降低，但比存在過冷度的影響小。(4)蒸發(fā)溫度-40°C與-10°C相比，各種性能指標都有明顯的增大，例如制冷量提高百分比從2. 5%提高到7.6%，壓縮機節(jié)能比從13. 3%提高到18. 1%。由此可以得出結論一一蒸發(fā)溫度越低(或壓比越大)，各性能指標提高越大，能源利用率越高，節(jié)能效果越好。
權利要求
1.帶有兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機、冷凝器、兩相流膨脹機、蒸發(fā)器；其中所述的兩相流膨脹機包括電磁閥、單向閥、大氣缸、小氣缸、大活塞、小活塞、活塞連桿、密封。其特征是壓縮機出口連接冷凝器進口，冷凝器出口與兩相流膨脹機的進液電磁閥的進口連接，進液電磁閥出口與小氣缸進口連接，小氣缸出口與排液電磁閥進口連接，排液電磁閥出口與蒸發(fā)器進口連接，蒸發(fā)器出口連接兩相流膨脹機的進氣單向閥進口，進氣單向閥的出口與大氣缸進口相連，大氣缸出口連接排氣單向閥進口，排氣單向閥出口連接壓縮機進口。
2.根據權利要求I所述的兩相流膨脹機的特征是小氣缸兩側安裝有四個電磁閥；分別是兩個進液電磁閥；兩個排液電磁閥。
3.根據權利要求I所述的兩相流膨脹機的特征是大氣缸兩側安裝有四個單向閥；分別是兩個進氣單向閥；兩個排氣單向閥。
4.根據權利要求I和2所述的兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)其特征是冷凝器流出的高壓液體經過進液電磁閥進入小氣缸，并且電磁閥可以按規(guī)定的時間間隔開啟和關閉。
5.根據權利要求I和2所述的兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)其特征是從小氣缸流出的低壓兩相流體經過排液電磁閥進入蒸發(fā)器，并且電磁閥可以按規(guī)定的時間間隔開啟和關閉。
6.根據權利要求I和2所述的兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)其特征是所述電磁閥也可以用其他閥門代替，例如手動閥、電動閥、氣動閥、液動閥。
7.根據權利要求I和3所述的兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)其特征是蒸發(fā)器出口與進氣單向閥進口連接，該進氣單向閥只能從蒸發(fā)器流向大氣缸，反之不能。
8.根據權利要求I和3所述的兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)其特征是大氣缸出口連接出氣單向閥進口，該出氣單向閥只能從大氣缸流向壓縮機進口，反之不能。
9.根據權利要求I所述的兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)其特征是活塞桿兩端連接大小兩個活塞，活塞桿通過密封使活塞所處的兩個缸不漏氣。
10.根據權利要求I所述的兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)其特征是大小氣缸的長度相等，但面積可以相等，也可以不相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及兩相流膨脹機的制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括壓縮機、蒸發(fā)器、兩相流膨脹機、冷凝器；其中所述的兩相流膨脹機包括電磁閥、單向閥、大氣缸、小氣缸、大活塞、小活塞、活塞連桿、密封。壓縮機出口連接冷凝器進口，冷凝器出口連接小氣缸進口，小氣缸出口連接蒸發(fā)器進口，蒸發(fā)器出口連接大氣缸進口。大氣缸出口連接壓縮機進口。本發(fā)明的帶有兩相流膨脹機的制冷循環(huán)可以通過兩相流膨脹機實現對外做功的降壓過程，而且還可以回收這一部分功量，解決了以往絕熱節(jié)流降壓過程能量損失問題，而且較大程度提高制冷系數，改善制冷系統(tǒng)的性能。
文檔編號F25B41/06GK102809253SQ20111015378
公開日2012年12月5日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權日2011年5月31日
發(fā)明者王海峰, 宋鵬飛 申請人:鄭州大學