采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统及循环方法

摘要

本发明公开了一种采用喷射器增效的两级复叠制冷循环系统，该系统的压缩机、冷凝器和气液分离器入口依次相连，由气液分离器Ⅰ获得的饱和气体经过蒸发冷凝器Ⅰ进入气液分离器Ⅱ，气液分离器Ⅰ获得的饱和液体与来自气液分离器Ⅱ的饱和液体汇合进入喷射器喷嘴；气液分离器Ⅱ获得的饱和气体依次经过蒸发冷凝器Ⅱ，回热器Ⅱ，节流阀和蒸发器实现制冷，然后进入喷射器二次流进口，与来自喷嘴的一次流体混合和升压，接着依次经过蒸发冷凝器Ⅱ、蒸发冷凝器Ⅰ和回热器Ⅰ吸热变为过热气体，最后回到压缩机实现完整的制冷循环；喷射器充分利用两个气液分离所获得的饱和液体节流过程的膨胀功，提升压缩机吸气压力，改善压缩机和系统整体性能。

权利要求

1.一种采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统，其特征在于：系统包括压缩机(101)、冷凝器(102)、回热器Ⅰ(103)、回热器Ⅱ(109)、气液分离器Ⅰ(104)、气液分离器Ⅱ(106)、蒸发冷凝器Ⅰ(105)、蒸发冷凝器Ⅱ(107)、喷射器(108)、节流阀(110)和蒸发器(111)；

所述压缩机(101)的出口与冷凝器(102)进口相连，冷凝器(102)出口与回热器Ⅰ(103)和气液分离器Ⅰ(104)进口依次相连；气液分离器Ⅰ(104)的饱和液体出口与喷射器(108)的喷嘴进口相连，气液分离器Ⅰ(104)气体出口依次与蒸发冷凝器Ⅰ(105)和气液分离器Ⅱ(106)进口相连；气液分离器Ⅱ(106)的气体出口依次与蒸发冷凝器Ⅱ(107)、回热器Ⅱ(109)、节流阀(110)、蒸发器(111)和喷射器(108)的二次流入口相连；气液分离器Ⅱ(106)液体出口的液体与气液分离器Ⅰ(104)的饱和液体汇合后进入喷射器(108)的喷嘴，并与二次流体经过混合和扩压过程，实现压力提升；喷射器(108)出口依次与蒸发冷凝器Ⅱ(107)、蒸发冷凝器Ⅰ(105)、回热器Ⅰ(103)和压缩机(101)入口相连，形成完整的制冷循环系统。

2.权利要求1所述一种采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统的制冷循环方法，其特征在于：混合工质经过压缩机(101)变为高温高压气体，然后进入冷凝器(102)部分冷凝为两相状态，随后进入回热器Ⅰ(103)与回气进一步换热，以两相状态进入气液分离器Ⅰ(104)，获得富含低沸点工质的饱和气体进入蒸发冷凝器Ⅰ(105)变为气液两相状态，然后进入气液分离器Ⅱ(106)进一步组分分离，获得的气相制冷剂中低沸点工质的浓度进一步增加，然后该股气体依次进入蒸发冷凝器Ⅱ(107)、回热器Ⅱ(109)，变为过冷液体，然后经过节流阀(110)变为低温两相流体并进入蒸发器(111)实现低温制冷，然后经过回热器Ⅱ(109)变为单相气体，进入喷射器(108)二次流入口；气液分离器Ⅱ(106)的液体与气液分离器Ⅰ(104)的饱和液体汇合后进入喷射器(108)的喷嘴，并与二次流体经过混合和扩压过程，变为两相流体，然后依次经过蒸发冷凝器Ⅱ(107)、蒸发冷凝器Ⅰ(105)、回热器Ⅰ(103)吸热，变为过热气体，最终回到压缩机(101)，实现完整的喷射器增效两级自复叠制冷循环。

说明书

采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统及循环方法

技术领域

[0001] 本发明属于电冰箱与冷柜制冷技术领域，具体涉及一种采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统及制冷循环方法。技术背景

[0002] 近年来，国民经济的快速增长和人民生活水平的逐步提高，低温冰箱技术在医学治疗、食品工业、冷冻冷藏和各类新技术产品等诸多领域的应用日益广泛，节能、环保是低温制冷技术发展的主要方向，尤其是对-80℃以下制冷温度设备的需求越加强烈。

[0003] 目前，实现低温制冷的方式主要包括：多级复叠制冷、混合工质节流制冷，自复叠制冷等。基于非共沸混合工质的自复叠制冷是一种具有一定发展潜力的制冷方式，可以通过多种工质的混合作为制冷剂，采用单台压缩机实现多级复叠制冷可达到的制冷温度，具有成本低，降温速度快等特点，因此在低温制冷领域具有一定的发展潜力。两级自复叠制冷系统适合于-80℃～-100℃温度区间制冷，但传统的两级自复叠制冷循环系统中采用三个节流机构(如为毛细管或节流阀)，因此带来较大的节流不可逆损失，尤其随着低沸点工质浓度较高，制冷温度较低时，节流压差增大，节流损失更加明显，系统性能进一步降低。喷射器是一种结构简单，制造成本低，无运动部件的膨胀机构，膨胀功回收效果显著，应用于蒸气压式制冷系统中具有较为明显的节能优势。因此，将喷射器应用于制冷温度更低的两级自复叠制冷系统将显著提高压缩机吸气压力，降低压比，有效的改善系统的性能。其次，多元混合工质在蒸发过程具有较大的温度滑移，为了保证制冷间室温度均匀性，应该避免过大的温度滑移，因此蒸发器出口一般为气液两相状态。喷射器直接引射气-液两相流体会降低其工作可靠性，出现升压或引流失效。因此采用节流阀前回热的措施是必要的。目前喷射器应用于-80℃以下两级自复叠冰箱制冷系统的方法还较为缺乏。喷射器用于两级自复叠低温冰箱是具有节能潜力的，也是实现-80℃以下低温制冷的一个新方向。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统及制冷循环方法，该系统不但可以实现低温制冷的要求，还可以有效改善系统的制冷效率。

[0005] 为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统，系统包括压缩机101、冷凝器102、回热器Ⅰ103、回热器Ⅱ109、气液分离器Ⅰ104、气液分离器Ⅱ106、蒸发冷凝器Ⅰ105、蒸发冷凝器Ⅱ107、喷射器108、节流阀110和蒸发器111；

[0007] 所述压缩机101的出口与冷凝器102进口相连，冷凝器102出口与回热器Ⅰ103和气液分离器Ⅰ104进口依次相连；气液分离器Ⅰ104的饱和液体出口与喷射器108的喷嘴进口相连，气液分离器Ⅰ104气体出口依次与蒸发冷凝器Ⅰ105和气液分离器Ⅱ106进口相连；气液分离器Ⅱ106的气体出口依次与蒸发冷凝器Ⅱ107、回热器Ⅱ109、节流阀110、蒸发器111和喷射器108的二次流入口相连；气液分离器Ⅱ106液体出口的液体与气液分离器Ⅰ104的饱和液体汇合后进入喷射器108的喷嘴，并与二次流体经过混合和扩压过程，实现压力提升；喷射器108出口依次与蒸发冷凝器Ⅱ107、蒸发冷凝器Ⅰ105、回热器Ⅰ103和压缩机101入口相连，形成完整的制冷循环系统。

[0008] 气液分离器Ⅱ106液体出口的液体与气液分离器Ⅰ104的饱和液体混合进入喷射器108，能够有效增加喷射器一次流流体的流量和回收更多的膨胀功，增强喷射器108的引射能力，从而获得更高的压力提升比，降低压缩机压比，改善系统整体性能。

[0009] 设置了回热器Ⅰ103，冷凝器102出口的制冷剂可以进一步冷却，降低气液分离器Ⅰ104的进口温度，可以降低冷凝压力，并提高气相中低沸点工质的浓度，有助于制冷温度的降低，同时吸气回热过程能够保证吸气为过热状态，避免压缩机液击，提升了系统的可靠性；设置了回热器Ⅱ109，制冷剂在实现节流制冷前与来自蒸发器111出口的流体进行了回热，降低了节流阀前过冷度，有助于蒸发器111进口温度的降低，更为关键的是能够保证喷射器108的二次流体进口为单相的气体，增加了喷射器108的可靠性。

[0010] 所述一种采用喷射器增效的两级自复叠制冷循环系统的制冷循环方法，混合工质经过压缩机101变为高温高压气体，然后进入冷凝器102部分冷凝为两相状态，随后进入回热器Ⅰ103与回气进一步换热，以两相状态进入气液分离器Ⅰ104，获得富含低沸点工质的饱和气体进入蒸发冷凝器Ⅰ105变为气液两相状态，然后进入气液分离器Ⅱ106进一步组分分离，获得的气相制冷剂中低沸点工质的浓度进一步增加，然后该股气体依次进入蒸发冷凝器Ⅱ107、回热器Ⅱ109，变为过冷液体，然后经过节流阀110变为低温两相流体并进入蒸发器111实现低温制冷，然后经过回热器Ⅱ109变为单相气体，进入喷射器108二次流入口；气液分离器Ⅱ106的液体与气液分离器Ⅰ104的饱和液体汇合后进入喷射器108的喷嘴，并与二次流体经过混合和扩压过程，变为两相流体，然后依次经过蒸发冷凝器Ⅱ107、蒸发冷凝器Ⅰ105、回热器Ⅰ103吸热，变为过热气体，最终回到压缩机101，实现完整的喷射器增效两级自复叠制冷循环。

[0011] 与已有的喷射器增效自复叠制冷循环相比,该循环利用喷射器回收气液分离器Ⅰ104和气液分离器Ⅱ106的液体节流过程的膨胀功，增强喷射器的引射能力，从而获得更高的压力提升比，降低压缩机压比，改善系统整体性能。其次，系统设置了回热器Ⅰ103，冷凝器出口的制冷剂可以进一步冷却，降低气液分离器的进口温度，可以降低冷凝压力，并提高气相中低沸点工质的浓度，有助于制冷温度的降低，同时吸气回热过程可以保证压缩机吸气为过热状态，避免压缩机液击，提升了系统的可靠性；设置了回热器Ⅱ109，制冷剂在实现节流制冷前与蒸发器出口流体进行了回热，降低了节流阀前过冷度，有助于蒸发器进口温度的降低，同时可以保证喷射器的二次流体进口为单相的气体，增加了喷射器的可靠性。该系统是一种经济、有效可行的改善方案，将有效地促进自复叠低温制冷技术的发展。

附图说明

[0012] 图1为本发明制冷循环系统示意图。

[0013] 图2为本发明制冷循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)。

具体实施方式

[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚简明，以下结合附图及两种实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0015] 实施例

[0016] 如图1所示，本实施例为一种采喷射器增效两级的自复叠制冷循环系统，压缩机101的出口与冷凝器102进口相连，冷凝器102出口与回热器Ⅰ103和气液分离器Ⅰ104进口依次相连；气液分离器Ⅰ104的饱和液体出口与喷射器108的喷嘴进口相连，气液分离器Ⅰ104气体出口依次与蒸发冷凝器Ⅰ105和气液分离器Ⅱ106进口相连；气液分离器Ⅱ106的气体出口依次与蒸发冷凝器Ⅱ107、回热器Ⅱ109、节流阀110、蒸发器111和喷射器108的二次流入口相连；气液分离器Ⅱ106液体出口的液体与气液分离器Ⅰ104的饱和液体汇合后进入喷射器
108的喷嘴，并与二次流体经过混合和扩压过程，实现压力提升；喷射器108出口依次与蒸发冷凝器Ⅱ107、蒸发冷凝器Ⅰ105、回热器Ⅰ103和压缩机101入口相连，形成完整的制冷循环系统。

[0017] 图2为实施例的制冷循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)。本发明的具体工作过程为：混合工质经过压缩机101变为高温高压气体(图2中2点)，然后进入冷凝器102部分冷凝为两相状态(图2中3点)，然后进入回热器Ⅰ103与回气进一步换热，以两相状态进入气液分离器Ⅰ104(图2中3＇点)，获得富含低沸点工质的饱和气体(图2中5点)进入蒸发冷凝器Ⅰ107变为气液两相状态(图2中6点)，然后进入气液分离器Ⅱ106进一步组分分离，获得的气相制冷剂中低沸点工质的浓度进一步增加(图2中10点)，然后该股气体依次进入蒸发冷凝器Ⅱ107、回热器Ⅱ109，变为过冷液体(图2中11＇点)，然后经过节流阀变为低温两相流体(图2中12点)并进入蒸发器实现低温制冷，变为两相状态(图2中13点)，然后经过回热器Ⅱ
109变为单相气体(图2中13＇点)，进入喷射器二次流入口。气液分离器Ⅱ106的液体(图2中7点)与气液分离器Ⅰ104的饱和液体(图2中4点)汇合后(图2中8点)进入喷射器108的喷嘴，并与二次流体经过混合和扩压过程，变为两相流体(图2中14点)，然后依次经过蒸发冷凝器Ⅱ(107)、蒸发冷凝器Ⅰ105、回热器Ⅰ103吸热，变为过热气体(图2中14-15-16-1过程)，最终回到压缩机101实现完整的喷射器增效两级自复叠制冷循环。