一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)及其工作方法,屬于機械制冷技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水(R718)作為一種天然制冷和載冷劑,具有高潛熱、無毒、不燃不爆和環(huán)境友好特性(全球變暖指數(shù)GWP=0,消耗臭氧潛能值ODP=O),特別是R718的理論能效比高(C0P),近年來又引起世界廣泛關(guān)注。相關(guān)研究比較了 R718與常規(guī)制冷劑(R134a,R22等)在系統(tǒng)C0P、運行成本、制冷量以及對環(huán)境的影響等方面的不同,發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)其他參數(shù)相同,冷凝溫度20°C以上和蒸發(fā)溫度為5K時,水作為制冷劑的壓縮系統(tǒng)COP值最高。將R718用于蒸汽壓縮制冷系統(tǒng),另一優(yōu)點是制冷劑、載冷劑和冷卻水為同一物質(zhì),這樣蒸發(fā)器和冷凝器可設(shè)計成直接接觸式換熱,換熱效率高。目前,R718雖可用于多級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中,但由于需要級間冷卻設(shè)備初期投資很高,而且這種R718壓縮機具有比常規(guī)制冷劑大很多的壓縮比(R134a的2倍)和大容積、高轉(zhuǎn)速、大排量的設(shè)備尺寸,嚴重阻礙了 R718制冷劑在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
[0003]采用基于非定常流動過程的波轉(zhuǎn)子(Wave Rotor)增壓器,可實現(xiàn)增壓效率高于穩(wěn)態(tài)過程增壓效率,用于多級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中的預(yù)壓縮可有效降低制冷壓縮機壓比、級數(shù)和尺寸(高壓力下,比容降低),同時變等焓節(jié)流為近似等熵膨脹可提高系統(tǒng)效能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本發(fā)明提供一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)及其工作方法,其目的在于充分利用閃蒸激波的增壓特性完成制冷劑蒸汽的預(yù)壓縮,實現(xiàn)降低制冷壓縮機壓比目的;利用膨脹波的膨脹特性完成液相冷劑的兩相分離,實現(xiàn)等熵膨脹+等焓節(jié)流的雙級制冷循環(huán)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種氣波輔助增壓雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng),它包括一個節(jié)流閥、氣液分離器、冷凝器、制冷壓縮機、真空栗、蒸發(fā)器,它還包括一個四端口波轉(zhuǎn)子增壓器,利用四端口波轉(zhuǎn)子增壓器對制冷蒸汽進行預(yù)增壓以減小制冷壓縮機的壓比。所述蒸發(fā)器的出口與四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的低壓蒸汽入口連接,四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的增壓蒸汽出口采用管道與制冷壓縮機的入口連接,氣液分離器的氣相出口也采用管道與制冷壓縮機的入口連接;所述制冷壓縮機的出口管道與冷凝器的入口連接,冷凝器的出口管道與四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的驅(qū)動流體入口連接,四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的降壓蒸汽出口用管道與氣液分離器的入口連接;所述氣液分離器的液相出口管道與節(jié)流閥入口連接,節(jié)流閥出口連接蒸發(fā)器的入口 ;所述真空栗連接蒸發(fā)器的出口管道。
[0006]所述的一種氣波輔助增壓雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的工作方法采用下列步驟:
(a)制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器中定溫、定壓吸熱實現(xiàn)制冷,變成飽和蒸汽后由四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的Lp端口進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器; (b)四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的Mp端口的氣相與氣液分離器氣相出口的氣相混合后,進入制冷蒸汽壓縮機,形成的高溫高壓氣體經(jīng)由冷凝器后以飽和液態(tài)進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的Hp端口,閃蒸形成的激波壓縮自四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的L P端口進入的低壓蒸汽;
(c)閃蒸后的工質(zhì)以兩相形式流出四端口波轉(zhuǎn)子增壓器的1^端口,進入氣液分離器,形成氣相和液相,液相經(jīng)過節(jié)流閥降溫降壓后進入蒸發(fā)器。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:這種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)及其工作方法提出的氣波輔助增壓蒸汽壓縮WVC制冷技術(shù),相比現(xiàn)有機械蒸汽壓縮MVC和熱力蒸汽壓縮TVC制冷技術(shù),具有如下技術(shù)優(yōu)勢:
1、實現(xiàn)了利用四端口波轉(zhuǎn)子增壓器對來自蒸發(fā)器的蒸汽進行預(yù)增壓,達到降低壓縮機壓比的目的;
2、四端口波轉(zhuǎn)子增壓器預(yù)壓縮為等熵壓縮,壓縮后溫度低,有效降低冷凝器負荷,預(yù)壓縮后氣相與預(yù)膨脹后工質(zhì)氣相混合,具有自冷卻特性,省去了中間冷卻器;
3、經(jīng)冷凝器出來的飽和液相在四端口波轉(zhuǎn)子增壓器中等熵膨脹,代替?zhèn)鹘y(tǒng)雙級節(jié)流多級制冷工藝中的節(jié)流過程,制冷能效比提高。
[0008]4、四端口波轉(zhuǎn)子增壓器除具有預(yù)膨脹、預(yù)壓縮功能外,還具備優(yōu)秀的帶液操作性能,波轉(zhuǎn)子的雙開口結(jié)構(gòu)可確保設(shè)備在預(yù)膨脹后產(chǎn)生冷凝液滴的優(yōu)良帶液操作性能。
【附圖說明】
[0009]圖1是一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。
[0010]圖2是一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的Ρ-h圖。
[0011]圖中:1、節(jié)流閥,2、氣液分離器,3、四端口波轉(zhuǎn)子增壓器,4、冷凝器,5、制冷壓縮機,6、真空栗,7、蒸發(fā)器;HP、驅(qū)動流體入口,LP、低壓蒸汽入口,Mp、增壓蒸汽出口,Lt降壓蒸汽出口。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0013]實施例1 利用四端口波轉(zhuǎn)子增壓器輔助增壓雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。
[0014]圖1示出了一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。圖中,四端口波轉(zhuǎn)子增壓器輔助增壓雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)包括,節(jié)流閥1、氣液分離器2、四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3、冷凝器4、蒸汽壓縮機5、真空栗6、蒸發(fā)器7。蒸發(fā)器7的出口與四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的低壓蒸汽入口 Lp連接,四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的增壓蒸汽出口 Mp采用管道與制冷壓縮機5的入口連接,氣液分離器2的氣相出口也采用管道與制冷壓縮機5的入口連接;蒸汽壓縮機5的出口管道與冷凝器4的入口連接,冷凝器4的出口管道與四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的驅(qū)動流體入口 Hp連接,四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的降壓蒸汽出口 Lt用管道與氣液分離器2的入口連接;氣液分離器2的液相出口管道與節(jié)流閥I入口連接,節(jié)流閥I出口連接蒸發(fā)器7的入
□ O
[0015]制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器7中定溫、定壓吸熱實現(xiàn)制冷,變成飽和蒸汽后由四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的Lp端口進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3 ;四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的M ?端口的氣相與氣液分離器2氣相出口的氣相混合后,進入制冷蒸汽壓縮機5,形成的高溫高壓氣體經(jīng)由冷凝器4后以飽和液態(tài)進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的Hp端口,閃蒸形成的激波壓縮自四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的Lp端口進入的低壓蒸汽;閃蒸后的工質(zhì)以兩相形式流出四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3的Lt端口,進入氣液分離器2,形成氣相和液相,液相經(jīng)過節(jié)流閥I降溫降壓后進入蒸發(fā)器7。
[0016]圖2所示了一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的P-h圖,從圖中可以看到F點的液態(tài)工質(zhì)在蒸發(fā)器7中的蒸發(fā)后形成A點的飽和蒸汽,A點的飽和蒸汽在四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3中被等熵過程壓縮至B點,B點的過熱蒸汽與Es”點的飽和蒸汽混合后形成C點,C點蒸汽被壓比減小的蒸汽壓縮機5壓縮至D點,后經(jīng)冷凝器4作用冷凝至E點飽和液相狀態(tài),冷凝后的液相工質(zhì)在四端口波轉(zhuǎn)子增壓器3中等熵膨脹至Es點兩相工質(zhì)狀態(tài);降壓蒸汽出口 Lr^出的兩相工質(zhì)經(jīng)氣液分離器2后形成Es’點的飽和液相和Es”點的飽和蒸汽,Es’點的飽和液相經(jīng)節(jié)流閥I等焓節(jié)流至F點。
[0017]實施例2 利用四端口波轉(zhuǎn)子增壓器輔助增壓雙級蒸汽壓縮熱栗系統(tǒng)。
[0018]原則流程和設(shè)備布置方式不變,利用蒸發(fā)器從環(huán)境中吸熱進而獲取冷凝器的熱量,可實現(xiàn)利用四端口波轉(zhuǎn)子增壓器輔助增壓雙級蒸汽壓縮熱栗系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1.一種氣波輔助增壓雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng),它包括一個節(jié)流閥(I)、氣液分離器(2)、冷凝器(4)、制冷壓縮機(5)、真空栗(6)、蒸發(fā)器(7),其特征是:它還包括一個四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3),所述蒸發(fā)器(7)的出口與四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3)的低壓蒸汽入口(Lp)連接,四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3)的增壓蒸汽出口(Mp)采用管道與制冷壓縮機(5)的入口連接,氣液分離器(2)的氣相出口也采用管道與制冷壓縮機(5)的入口連接;所述制冷壓縮機(5)的出口管道與冷凝器(4)的入口連接,冷凝器(4)的出口管道與四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3)的驅(qū)動流體入口(Hp)連接,四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3)的降壓蒸汽出口(Lt)用管道與氣液分離器(2)的入口連接;所述氣液分離器(2)的液相出口管道與節(jié)流閥(I)入口連接,節(jié)流閥(I)出口連接蒸發(fā)器(7)的入口 ;所述真空栗(6)連接蒸發(fā)器(7)的出口管道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣波輔助增壓雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的工作方法,其特征是:米用下列步驟: Ca)制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器(7)中定溫、定壓吸熱實現(xiàn)制冷,變成飽和蒸汽后由四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3)的Lp端口進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3); (b)四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3)的Mp端口的氣相與氣液分離器(2)氣相出口的氣相混合后,進入制冷蒸汽壓縮機(5),形成的高溫高壓氣體經(jīng)由冷凝器(4)后以飽和液態(tài)進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3 )的Hp端口,閃蒸形成的激波壓縮自四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3 )的L P端口進入的低壓蒸汽; (c)閃蒸后的工質(zhì)以兩相形式流出四端口波轉(zhuǎn)子增壓器(3)的Lt端口,進入氣液分離器(2),形成氣相和液相,液相經(jīng)過節(jié)流閥(I)降溫降壓后進入蒸發(fā)器(7)。
【專利摘要】一種氣波增壓輔助雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)及其工作方法,屬于機械制冷技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)利用閃蒸激波的增壓特性完成制冷劑蒸汽的預(yù)壓縮,實現(xiàn)降低制冷壓縮機壓比目的;利用膨脹波的膨脹特性完成液相冷劑的兩相分離,實現(xiàn)等熵膨脹+等焓節(jié)流的雙級制冷循環(huán)。制冷劑經(jīng)蒸發(fā)器后進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器中完成預(yù)增壓與分離器氣相口氣流混合,進入制冷壓縮機增壓,經(jīng)冷凝后以飽和液體形式進入四端口波轉(zhuǎn)子增壓器發(fā)生閃蒸,形成的兩相混合物經(jīng)分離器后,液相節(jié)流進入蒸發(fā)器制冷,氣相與預(yù)增壓蒸汽混合后進入制冷壓縮機。該系統(tǒng)簡單,克服了蒸汽壓縮制冷循環(huán)中壓縮機壓比大,又無多級壓縮級間冷卻問題,具有比傳統(tǒng)雙級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)能效比高的優(yōu)點。
【IPC分類】F25B1/10
【公開號】CN105180492
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】代玉強, 趙頂, 胡大鵬, 朱徹, 鄒久朋, 陶盛洋, 劉航
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月4日