太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷装置的制作方法

1.本实用新型涉及制冷装置领域，尤其涉及太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷装置。


背景技术：

2.目前，根据《2018中国建筑能耗研究报告》显示，我国建筑能源消耗总量达8.99亿万吨标煤，占全国能源消耗总量的20.6%。在公共建筑中，暖通空调能耗占建筑总能耗的50%~60%。为了解决能源紧缺和环境污染的问题，由低品位能源驱动的热压缩制冷技术引起了国内外诸多学者的关注。
3.喷射制冷系统结构简单，初投资和维修费用低，且喷射制冷系统的发生温度较低，使得利用太阳能喷射制冷成为一种行之有效的办法。然而太阳能具有瞬变性，太阳能喷射制冷系统性能不稳定。因此有人提出蒸汽压缩制冷系统与太阳喷射制冷系统有效耦合的系统，可将机械性能系数（制冷量/耗功）提高50%以上。
4.对现有相关专利的检索，公开号为cn102635972a的专利公开了一种“蓄冷式太阳能喷射与压缩耦合制冷装置”，该装置的喷射制冷子系统和压缩制冷子系统通过蒸发冷却器/蒸发冷凝器复叠在一起，根据太阳辐射情况，通过阀门的切换实现制冷蓄冷。公开号为cn1776327a的专利公开了“压缩机和尾气余热混合驱动的汽车空调制冷系统”，汽车在使用空调过程中，尾气余热驱动的喷射式制冷始终运行，不足的冷量由压缩制冷来补充。公开号为cn204460839u的专利公开了“一种液体中间增压的蒸汽压缩
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喷射耦合制冷系统”，该系统利用双级喷射器的方法增大了喷射器的喷射系数，同时节省了压缩机耗功，提高整个系统的能效。公开号为204460837u的专利公开了“一种改进的蒸汽压缩
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喷射耦合制冷系统”，该装置利用一部分冷凝节流后的两相流体冷却涡旋压缩机出口的过热气体，混合后的两相制冷剂再被喷射器吸入。该改进既节省了涡旋压缩机功耗，又增大了喷射器喷射系数。尽管，上述实用新型技术通过将蒸汽压缩制冷系统与太阳喷射制冷系统的有效复叠/耦合，改善系统的性能，提高了对太阳能的利用率。但是高温高压的蒸汽直接节流至低温低压的液态制冷剂，存在大量的不可逆节流损失，影响着系统性能的进一步提升。
5.两相喷射器无活动部件，在两相环境中不易腐蚀且可靠性高。对于一个设计良好的两相喷射器，流体在喉部的膨胀近似于等熵膨胀，因此是代替节流阀极有前景的节能新技术。然而两相喷射器出口为气液混合物，在常规喷射/压缩制冷系统中需装配气液分离器，因此存在以下几个问题：1.为了维持系统的气液平衡，两相喷射器的喷射系数μ与出口干度q必须满足:q(1 μ)=1，实际系统中很难控制；2.气液分离器的效率影响常规喷射/压缩制冷系统的性能，当效率低于85%时，系统的性能低于常规蒸汽压缩制冷系统。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷装置，以实现对太阳能的分级和高效利用，
提高常规太阳能喷射制冷系统的性能和稳定，并解决两相喷射器气液不平衡的问题为目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。
7.太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷装置，包括太阳能集热子系统和喷射压缩耦合制冷子系统，在太阳能集热子系统中，太阳能集热器出口与蓄热水箱高温水入口a端相连、蓄热水箱低温水出口b端与第一水泵入口相连，第一水泵出口与太阳能集热器入口相连，蓄热水箱高温水出口d端与发生器热水侧入口a端相连，发生器热水侧出口b端与第二水泵入口相连，第二水泵出口与蓄热水箱低温水入口c端相连；在喷射压缩耦合制冷子系统中，发生器制冷剂侧出口d端与蒸汽喷射器工作流体入口a端相连，蒸汽喷射器出口c端经第一电磁阀与冷凝器入口相连，冷凝器出口分为三路，第一路经第二电磁阀与工质泵入口相连，工质泵出口与发生器制冷剂侧入口c端相连，第二路与两相喷射器工作流体入口a端相连，第三路经膨胀阀与低温蒸发器入口相连，低温蒸发器出口与两相喷射器引射流体入口b端相连，两相喷射器出口c端与高温蒸发器入口相连，高温蒸发器出口分为两路，一路经第三电磁阀与蒸汽喷射器引射流体入口b端相连，另一路经第四电磁阀与涡旋压缩机入口相连，涡旋压缩机出口分为两路，一路经第五电磁阀与蒸汽喷射器引射流体入口b端相连，另一路经第六电磁阀与冷凝器入口相连。
8.通过设置六个电磁阀，便于实现多种运行模式的切换，在两相喷射器引射流体入口和出口分别设置一台低温蒸发器和一台高温蒸发器，既避免传统两相喷射器制冷系统气液两相不平衡的问题，又提供了两种不同的蒸发温度，冷凝液在两相喷射器喉部近似等熵膨胀，充分回收节流过程的膨胀功，两相喷射器通过回收节流损失，提高了涡旋压缩机的吸气压力。在太阳辐射强度较弱时，涡旋压缩机能有效提高蒸汽喷射器二次流体入口压力，改善蒸汽喷射器的性能，避免出现其工作失常的状况，改善了装置的性能和太阳能利用率，提高了系统运行的稳定性。
9.作为优选技术手段：蒸汽喷射器工作流体入口、引射流体入口及蒸汽喷射器出口均为气态制冷剂，采用等压混合喷射器；两相喷射器的工作流体入口为液态制冷剂，引射流体入口为气态制冷剂，且两相喷射器出口是两相湿蒸汽，采用等面积混合喷射器。可有效优化装置性能。
10.作为优选技术手段：本装置采用低压制冷剂，包括r134a、环保制冷剂r1234yf或r1234ze。可以减少工质泵耗功，提升装置的热力学性能和运行可靠性。
11.作为优选技术手段：工质泵为流量连续可调节的柱塞泵，膨胀阀为开度可调的电磁膨胀阀，涡旋压缩机为变频压缩机。保证装置在变工况下的高效工作。
12.作为优选技术手段：冷凝器出口设置储液器。可有效满足冷负荷变化时制冷剂流量调节的需要。
13.作为优选技术手段：涡旋压缩机出口设置油分离器，避免润滑油进入蒸汽喷射器中。
14.有益效果：
15.1、通过设置六个电磁阀，便于实现各种运行模式的切换，提高了系统运行的稳定性。
16.2、在两相喷射器引射流体入口和出口分别设置一台低温蒸发器和一台高温蒸发器，既避免传统两相喷射器制冷系统气液两相不平衡的问题，又提供了两种不同的蒸发温
度，可供冷藏和保鲜的需要。
17.3、冷凝液在两相喷射器喉部近似等熵膨胀，充分回收节流过程的膨胀功，提高了涡旋压缩机的吸气压力，降低涡旋压缩机的耗功，机械性能系数提高9%~16%。
18.4、在太阳辐射强度较弱时，涡旋压缩机有效地提高了蒸汽喷射器二次流体入口压力，改善了蒸汽喷射器的性能，避免其出现工作失常的状况，提高了装置的太阳能利用率和系统运行的稳定性，系统的热性能系数可高达0.6~4.2。
附图说明
19.图1是本实用新型连接原理图。
20.图中：1
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太阳能集热器；2
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蓄热水箱；3
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第一水泵；4
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第二水泵；5
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发生器；6
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蒸汽喷射器；7
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冷凝器；8
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工质泵；9
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两相喷射器；10
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膨胀阀；11
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低温蒸发器；12
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高温蒸发器；13
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涡旋压缩机。14
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第一电磁阀；15
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第二电磁阀；16
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第三电磁阀；17
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第四电磁阀；18
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第五电磁阀；19
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第六电磁阀。
具体实施方式
21.以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
22.如图1所示，太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷装置，包括太阳能集热子系统和喷射压缩耦合制冷子系统，在太阳能集热子系统中，太阳能集热器1出口与蓄热水箱2高温水入口a端相连、蓄热水箱2低温水出口b端与第一水泵3入口相连，第一水泵3出口与太阳能集热器1入口相连，蓄热水箱2高温水出口d端与发生器5热水侧入口a端相连，发生器5热水侧出口b端与第二水泵4入口相连，第二水泵4出口与蓄热水箱2低温水入口c端相连；在喷射压缩耦合制冷子系统中，发生器5制冷剂侧出口d端与蒸汽喷射器6工作流体入口a端相连，蒸汽喷射器6出口c端经第一电磁阀14与冷凝器7入口相连，冷凝器7出口分为三路，第一路经第二电磁阀15与工质泵8入口相连，工质泵8出口与发生器5制冷剂侧入口c端相连，第二路与两相喷射器9工作流体入口a端相连，第三路经膨胀阀10与低温蒸发器11入口相连，低温蒸发器11出口与两相喷射器9引射流体入口b端相连，两相喷射器9出口c端与高温蒸发器12入口相连，高温蒸发器12出口分为两路，一路经第三电磁阀16与蒸汽喷射器6引射流体入口b端相连，另一路经第四电磁阀17与涡旋压缩机13入口相连，涡旋压缩机13出口分为两路，一路经第五电磁阀18与蒸汽喷射器6引射流体入口b端相连，另一路经第六电磁阀19与冷凝器7入口相连。
23.蒸汽喷射器6工作流体入口、引射流体入口及蒸汽喷射器6出口均为气态制冷剂，采用等压混合喷射器；两相喷射器9的工作流体入口为液态制冷剂，引射流体入口为气态制冷剂，且两相喷射器9出口是两相湿蒸汽，采用等面积混合喷射器。可有效优化装置性能。
24.本装置采用低压制冷剂，包括r134a、环保制冷剂r1234yf或r1234ze。可以减少工质泵8耗功，提升装置的热力学性能和运行可靠性。
25.工质泵8为流量连续可调节的柱塞泵，膨胀阀10为开度可调的电磁膨胀阀，涡旋压缩机13为变频压缩机，保证装置在变工况下的高效工作。
26.冷凝器7出口设置储液器，可有效满足冷负荷变化时制冷剂流量调节的需要。
27.涡旋压缩机13出口设置油分离器，避免润滑油进入蒸汽喷射器6中。
28.本装置设有三种运行模式，分别为太阳能喷射制冷模式，太阳能增压喷射制冷模式和压缩制冷模式，六个电磁阀根据太阳辐射强度进行开/关切换，切换运行模式。太阳能喷射制冷模式在太阳辐射强度≥800 w/m2时运行，太阳能增压喷射制冷模式在太阳辐射强度≥200 w/m2且＜800 w/m2时运行，所示的压缩制冷模式在太阳辐射强度＜200 w/m2或无太阳辐射时运行。实现了对太阳能的分级和高效利用。
29.三种制冷模式的工作方法如下：
30.太阳能喷射制冷模式：在太阳辐射强度≥800 w/m2时，工作第一电磁阀14、第二电磁阀15、和第三电磁阀16开启，第四电磁阀17、第五电磁阀18和第六电磁阀19电磁阀关闭，此时，在太阳能集热子系统中，水在太阳能集热器1中吸收太阳辐射，被加热成高温水后流入蓄热水箱2，低温水从蓄热水箱2中流出，经第一水泵3送回太阳能集热器1，蓄热水箱2出口的高温水在发生器5中与制冷剂侧换热，释放热量的水被第二水泵4送回蓄热水箱2；在喷射压缩耦合制冷子系统中，发生器5中的制冷剂吸收水侧的热量被蒸发成高温高压的蒸汽，然后进入蒸汽喷射器6中，过热蒸汽在喉部出口膨胀成低压流体，并引射来自高温蒸发器12出口的低温低压的气态制冷剂，两股流体混合后，在蒸汽喷射器6中实现再压缩，出口具有中间温度和压力的过热气体经第一电磁阀14进入冷凝器7中放热冷凝，出口冷凝液分为三路，一路依次经过第二电磁阀15和工质泵8送回发生器5中，一路作为两相喷射器9的工作流体，还有一路在膨胀阀10中节流成气液混合物，进入低温蒸发器11中吸热蒸发，出口低温低压的气态制冷剂被两相喷射器9引射，两股流体在两相喷射器9中混合，压力得到一定提升，变为两相湿蒸汽，湿蒸汽进入高温蒸发器12中进一步吸热制冷，出口低压蒸汽经第三电磁阀16被蒸汽喷射器6引射，完成整个循环过程。
31.太阳能增压喷射制冷模式：在太阳辐射强度≥200 w/m2且＜800 w/m2时第一电磁阀14、第二电磁阀15、第四电磁阀17和第五电磁阀18开启，第三电磁阀16和第六电磁阀19关闭，此时，在太阳能集热子系统中，水在太阳能集热器1中吸收太阳辐射，被加热成高温水后流入蓄热水箱2，低温水从蓄热水箱2中流出，经第一水泵3送回太阳能集热器1，蓄热水箱2出口的高温水在发生器5中与制冷剂侧换热，释放热量的水被第二水泵4送回蓄热水箱2；在喷射压缩耦合制冷子系统中，发生器5中的制冷剂吸收水侧的热量被蒸发成高温高压的蒸汽，然后进入蒸汽喷射器6中，过热蒸汽在喉部出口膨胀成低压流体，并引射来自涡旋压缩机13出口的过热蒸汽，两股流体混合后，在蒸汽喷射器6中实现再压缩，出口具有中间温度和压力的过热气体经第一电磁阀14进入冷凝器7中放热冷凝，出口冷凝液分为三路，一路依次经过第二电磁阀15和工质泵8送回发生器5中，一路作为两相喷射器9的工作流体，还有一路在膨胀阀10中节流成气液混合物，进入低温蒸发器11中吸热蒸发，出口低温低压的气态制冷剂被两相喷射器9引射，两股流体在两相喷射器9中混合，压力得到一定提升，变为两相湿蒸汽，湿蒸汽进入高温蒸发器12中进一步吸热制冷，出口的低压蒸汽经第四电磁阀17进入涡旋压缩机13中升压，涡旋压缩机13出口的过热蒸汽经第五电磁阀18后被蒸汽喷射器6引射，完成整个循环过程。
32.压缩制冷工作模式：在太阳辐射强度＜200 w/m2或无太阳辐射时，发生器5的发生温度不足以驱动蒸汽喷射器6工作时，第一电磁阀14、第二电磁阀15、第三电磁阀16和第五电磁阀18关闭，第四电磁阀17和第六电磁阀19开启，此时，冷凝器7出口的高温高压的冷凝液分为两路，一路作为两相喷射器9的工作流体，另一路在膨胀阀10中节流成气液混合物，
进入低温蒸发器11中吸热蒸发，出口低温低压的气态制冷剂被两相喷射器9引射。两股流体在两相喷射器9中混合、压力得到一定提升，变为两相湿蒸汽。湿蒸汽进入高温蒸发器12中进一步吸热制冷，出口的低压蒸汽经第四电磁阀17进入涡旋压缩机13中升压，出口的过热蒸汽经第六电磁阀19直接进入冷凝器7中放热冷凝，完成整个循环过程。
33.通过六个电磁阀的开/关切换，方便地实现3种运行模式的切换，在两相喷射器9引射流体入口和出口分别设置一台低温蒸发器11和一台高温蒸发器12，既避免传统两相喷射器制冷系统气液两相不平衡的问题，又提供了两种不同的蒸发温度。冷凝液在两相喷射器9喉部近似等熵膨胀，充分回收节流过程的膨胀功，两相喷射器9通过回收节流损失，提高了涡旋压缩机13的吸气压力。在太阳辐射强度较弱时，涡旋压缩机13能有效提高蒸汽喷射器6二次流体入口压力，改善蒸汽喷射器6的性能，避免出现其工作失常的状况，改善了装置的性能和太阳能利用率，提高了系统运行的稳定性。
34.以上图1所示的太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷装置是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。