一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统的制作方法

1.本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统。


背景技术：

2.机械泵作为仅次于电机的应用最为广泛的通用机械，在日常生活、农业生产、矿业、电力、船舶、纺织等诸多领域均发挥着重要作用。据统计，我国机械泵的用电量占全国用电量的20.9％左右，而随着化石燃料的枯竭、环境污染的加剧，人们对未来能源的应用和发展日渐担忧，因此，寻求可替代产品以降低机械泵的应用逐渐成为诸多学者研究的焦点。
3.在此种背景下，热驱动泵的相应研究逐渐展开。总体而言，热驱动泵主要利用外在热源对泵内工作流体进行加热，促使流体压力、温度、相态发生变化，并由此直接或间接地实现流体的输送。不同于蒸气压缩式制冷循环，吸收式制冷系统、喷射式制冷系统和吸附式制冷系统中均没有压缩机，均使用低品位热能实现工质在系统管路内的流动，而机械泵作为唯一的耗电元件驱动工质在不同换热器之间流动。因此，为降低设备投入成本，热驱动泵多以吸收式制冷系统、喷射式制冷系统、吸附式制冷系统为研究载体以实现高压气体的自给自足。但是，现有的热驱动泵多为气液直接作用式、热气动膜片式，其输送效率低、设备体积大、造价昂贵等缺点，均大大限制了其在制冷系统中的应用。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的喷射式制冷系统依靠机械泵驱动工质在不同换热器之间流动，具有效率低、耗电大的缺陷，而提供一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：提出一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统，包括：喷射式制冷循环，其包括高压容器、发生器、喷射器、蒸发器、冷凝器、储液器、混合室、热驱动泵、电子膨胀阀、质量流量计，所述高压容器用于产生高压气体；
6.集热循环，其包括集热器，集热器与所述高压容器和发生器相连，所述集热循环采用低品位热能为热源对载热剂进行加热，载热剂在水泵的驱动下在高压容器、发生器内与工质进行换热，实现能量的传递；
7.所述热驱动泵的上端左右两侧分别设有低压进液口和高压排液口，热驱动泵的下端左右两侧分别设有低压排气口和高压进气口，且所述低压进液口与所述储液器相连，所述低压排气口与所述混合室相连，所述高压排液口与所述发生器相连，所述高压进气口与所述高压容器相连，所述热驱动泵的低压进液口、高压排液口、低压排气口和高压进气口分别与所述储液器、发生器、混合室、高压容器相连处均设有电磁阀，所述热驱动泵通过所述电磁阀的交替控制，用于将所述高压容器流入热驱动泵内的高压气体对所述储液器流入热驱动泵内的低压液体的驱动。
8.与现有技术相比，本发明的优点在于：
9.(1)本发明中的热驱动泵有进气排液行程和进液排气行程，高压气体与低压液体在热驱动泵内的流动调节主要通过热驱动泵的进排液管路、进排气管路所连接电磁阀的交替启闭来实现的。系统运转中，热驱动泵立式放置，气缸在下部，液缸在上部。首先进气排液行程中，进气、排液管路所连接的电磁阀开启，排气、进液管路所连接的电磁阀关闭，高压容器产生的高压气体由高压进气口进入热驱动泵内部，热驱动泵内的液体由高压排液口进入发生器内；之后进液排气行程中，排气、进液管路所连接的电磁阀开启，进气、排液管路所连接的电磁阀关闭，热驱动泵内的高压气体由低压排气口进入混合室，之后储液室内的液体经由低压进液口进入热驱动泵内。热驱动泵的进气排液行程、进液排气行程交替进行，从而带动整个低电耗喷射式制冷系统的运作。所以本发明采用热驱动泵代替机械泵，可实现系统中高压气相工质对低压液相工质的有效驱动，并基于热驱动泵使用机理对喷射式制冷系统原理进行了针对性改进，确保了系统内各部件的高效运转，真正实现喷射式制冷系统的无泵化、低电耗。
10.(2)本发明的低电耗喷射式制冷系统在运转时，由集热器产生的载热剂首先在高压容器内与工质进行换热，生产可供热驱动泵的高压气体，由高压容器流出的载热剂在发生器内再次与工质进行换热，使工质气化产生工作流体，以满足发生压力实验要求，最后载热剂在水泵的驱动下流向集热器，完成循环。由发生器产生的工作流体流经喷射器中的缩放喷嘴，流速增加以形成超音速流，压力降低，由此产生的低压区抽吸蒸发器中的引射流体，两种流体混合后，经过喷射器的扩压段，离开喷射器，形成的混合流体经混合室后在冷凝器内进行冷凝，并以饱和状态储存在储液器内。由储液器流出的液体分为两路，一路经电子膨胀阀进入蒸发器，一路经热驱动泵增压后进入发生器。本发明中在喷射式制冷循环中设置高压容器，主要用于产生驱动热驱动泵的高压气体。
11.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述热驱动泵包括从上到下依次设置的上端盖、缓冲液缸、液缸、中间气缸、气缸、缓冲气缸、下端盖，所述中间气缸内设有活塞杆，所述活塞杆的两端分别伸入所述液缸和气缸内，且所述活塞杆的两端对应所述液缸和气缸分别连接有液缸活塞和气缸活塞，所述缓冲液缸、缓冲气缸内分别设有液相缓冲活塞、气相缓冲活塞，所述液相缓冲活塞、气相缓冲活塞一端分别位于所述缓冲液缸、缓冲气缸内，所述液相缓冲活塞、气相缓冲活塞的另一端分别与所述液缸、气缸相连通，所述低压进液口和高压排液口分别设置于所述缓冲液缸的左右两侧，所述低压排气口和高压进气口分别设置于所述缓冲气缸左右两侧。
12.热驱动泵的进气排液行程：进气、排液管路所连接的电磁阀开启，排气、进液管路所连接的电磁阀关闭，高压容器产生的高压气体由高压进气口进入热驱动泵内部，高压气体经由高压进气通道进入气缸内推动气缸活塞向液缸一侧移动，进而推动活塞杆向液缸一侧移动，从而将液缸内的液体经高压排液通道从高压排液口流出进入发生器内。热驱动泵的进液排气行程：排气、进液管路所连接的电磁阀开启，进气、排液管路所连接的电磁阀关闭，热驱动泵的气缸内气体经由低压排气通道从低压排气口排出进入混合式内，气缸内压力减小，由储液器流出的低压液体经由低压进液口流入热驱动泵内，进入液缸内部。
13.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述高压容器与所述发生器之间设有球阀，所述高压容器与所述热驱动泵之间设有可调节阀，所述球阀用于控制工质由所述发生器流向所述高压容器的流量，所述可调节阀用于控制所述热驱动泵的高压
进气口的压力。
14.球阀主要用于控制工质由发生器流向高压容器的流量，此处的工质主要指制冷剂。热驱动泵中高压进气压力与高压排液压力的相对大小直接决定低电耗喷射式制冷系统中高压容器换热的控制逻辑，可调节阀主要用于对热驱动泵高压进气压力的控制。工质在高压容器与发生器之间压差和高压容器与热驱动泵之间管路内流动压降之和等于热驱动泵高压进气与高压排液之间压差，且工质在高压容器与发生器之间压差大于热驱动泵的高压进气压力与高压排液压力之间的压差是系统稳定运行的前提条件：当热驱动泵高压进气压力大于高压排液压力时，高压容器所产生的高压气体压力需大于高压排液压力以维持发生器饱和压力的稳定；当热驱动泵高压进气压力等于高压排液压力时，系统对高压容器内工质压力的要求降低，此时需通过可调节阀的调节实现工质在高压容器与热驱动泵之间管路内流动压降与其在高压容器与发生器之间压差相等，以保持热驱动泵高压进气压力即为发生器饱和压力；当热驱动泵高压进气压力小于高压排液压力时，高压容器对系统稳定运行的功能消失，即不再需要高压容器额外提供高压气体以驱动热驱动泵的运转，此时，需进一步减小可调节阀开度以增大工质在高压容器与热驱动泵之间管路内流动压降，即需进一步降低热驱动泵高压进气压力以维持热驱动泵压排液压力的稳定。
15.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述发生器安装在所述高压容器的上部。
16.将发生器安装在高压容器的上部，方便工质由发生器流向高压容器，从而确保工质在发生器与高压容器之间管路内流动动力，便于可调节阀的调节作用，保证热驱动泵的高压排液压力达到设定要求，从而保证低电耗喷射式制冷系统的稳定运行。考虑系统运行过程中的高度差以及加热载体温度差对系统内压力的影响，为确保高压容器内工质压力大于发生器内工质压力，以及安装要求，将发生器设置在高压容器高的位置上，满足系统运行的需要。
17.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述活塞杆位于所述中间气缸内的长度方向上设有回复弹簧。在活塞杆上设置回复弹簧，回复弹簧通过压缩用于储存能量，进而为活塞杆的往复运行提供动力。
18.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述活塞杆与液缸活塞、气缸活塞之间均采用弹簧销进行连接。弹簧销作为活塞杆与液缸活塞、气缸活塞之间的连接件，以确保液缸活塞、气缸活塞卡缸时活塞杆具有一定调整空间。
19.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述缓冲气缸一侧的高压进气口与所述高压容器相连的管路上设有旁通阀，所述旁通阀用于确保所述缓冲气缸内的气相缓冲工质压力与进气压力相同。旁通阀的设置保证了缓冲气缸内的气相缓冲工质压力与进气压力相同，方便高压容器产生的高压气体进入热驱动泵内。
20.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述缓冲液缸与所述高压排液口间设有导液缝隙。当液缸活塞对液相缓冲活塞进行挤压时，液相缓冲工质通过导液缝隙流向高压进液管路，保证热驱动泵的使用。
21.在上述的一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统中，所述缓冲液缸一侧的高压排液口与所述发生器相连的管路设有单相阀，所述单相阀用于确保液相缓冲工质只能由高压排液管路流向缓冲液缸内。
附图说明
22.图1为本发明一个实施方案的整体结构示意图；
23.图2为本发明一个实施方案的热驱动泵的结构示意图。
24.图中，100
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集热循环；110
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集热器；120
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高压容器；130
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发生器；140
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电磁流量计；150
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水泵；160
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阀；200
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喷射式制冷循环；210
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喷射器；220
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蒸发器；230
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冷凝器；240
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储液器；250
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混合室；260
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电子膨胀阀；270
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质量流量计；300
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热驱动泵；310
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上端盖；320
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缓冲液缸；321
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液相缓冲活塞；322
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低压进液口；323
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高压排液口；324
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导液缝隙；325
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单向阀；330
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液缸；331
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液缸活塞；340
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中间气缸；341
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活塞杆；342
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回复弹簧；350
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气缸；351
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气缸活塞；360
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缓冲气缸；361
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气相缓冲活塞；362
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低压排气口；363
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高压进气口；364
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旁通阀；370
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下端盖；380
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电磁阀；390
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弹簧销；400
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球阀；500
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可调节阀。
具体实施方式
25.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
26.如图1、图2所示，本发明一种装配热驱动泵的低电耗喷射式制冷系统，包括：喷射式制冷循环200，其包括高压容器120、发生器130、喷射器210、蒸发器220、冷凝器230、储液器240、混合室250、热驱动泵300、电子膨胀阀260、质量流量计270，高压容器120用于产生高压气体；集热循环100，其包括集热器110，集热器110与所述高压容器120和发生器130相连，集热循环100采用水作为载热剂，载热剂在水泵150的驱动下在高压容器120、发生器130内与工质进行换热，实现能量的传递，本发明中的集热器110采用太阳能集热器，充分利用太阳能实现对系统的集热循环，节能环保。发生器130与太阳能集热器之间依次连接有阀160、水泵150、电磁流量计140，发生器130安装在高压容器120的上部，发生器130与高压容器120的高度差为1m。
27.热驱动泵300包括从上到下依次设置的上端盖310、缓冲液缸320、液缸330、中间气缸340、气缸350、缓冲气缸360、下端盖370，中间气缸340内设有活塞杆341，活塞杆341位于中间气缸340内的长度方向上设有回复弹簧342。活塞杆341的两端分别伸入液缸330和气缸350内，且活塞杆341的两端对应液缸330和气缸350分别连接有液缸活塞331和气缸活塞351，活塞杆341与液缸活塞331、气缸活塞351之间均采用弹簧销390进行连接。缓冲液缸320、缓冲气缸360内分别设有液相缓冲活塞321、气相缓冲活塞361，液相缓冲活塞321、气相缓冲活塞361一端分别位于缓冲液缸320、缓冲气缸360内，液相缓冲活塞321、气相缓冲活塞361的另一端分别与液缸330、气缸350相连通。热驱动泵300的上端左右两侧分别设有低压进液口322和高压排液口323，热驱动泵300的下端左右两侧分别设有低压排气口362和高压进气口363，低压进液口322和高压排液口323分别设置于缓冲液缸320的左右两侧，低压排气口362和高压进气口363分别设置于缓冲气缸360左右两侧。缓冲气缸360一侧的高压进气口363与高压容器120相连的管路上设有旁通阀364，旁通阀364用于确保缓冲气缸360内的气相缓冲工质压力与进气压力相同。缓冲液缸320与低压进液口322间设有导液缝隙324；缓冲液缸320一侧的高压排液口323与发生器130相连的管路设有单相阀364，单相阀364用于确保液相缓冲工质只能由高压排液管路流向缓冲液缸320内。
28.热驱动泵300的低压进液口322与储液器240相连，低压排气口362与混合室250相
连，高压排液口323与发生器130相连，高压进气口363与高压容器120相连，热驱动泵300的低压进液口322、高压排液口323、低压排气口363和高压进气口364分别与储液器240、发生器130、混合室250、高压容器120相连处均设有电磁阀380，热驱动泵300通过电磁阀380的交替控制，用于将高压容器120流入热驱动泵300内的高压气体对储液器240流入热驱动泵300内的低压液体的驱动。
29.高压容器120与发生器130之间设有球阀400，高压容器120与热驱动泵300之间设有可调节阀500，球阀400用于控制工质由发生器130流向高压容器120的流量，可调节阀500控制热驱动泵300的高压进气口的压力。
30.工作原理：热驱动泵300立式放置，气缸350在下部，液缸330在上部。基于热驱动泵300的使用性能，并力求各设备元件功能的有效实现性，在低电耗喷射式制冷系统中设置高压容器120，主要用于产生驱动热驱动泵300的高压气体。为确保工质由发生器130顺利流进高压容器120，在设备搭建中，发生器130安装在高压容器120约1m距离的上部，并且高压容器120与发生器130呈串联连接的形式与太阳能集热器提供的热水进行换热，即所述太阳能集热器提供的热水首先与高压容器120内工质进行换热，然后再与发生器130内工质进行换热。
31.系统运转中，由太阳能集热器产生的热水首先在高压容器120内与工质进行换热，生产可供热驱动泵300的高压气体，由高压容器120流出的热水在发生器130内再次与工质进行换热，使工质气化产生工作流体，以满足发生压力实验要求，最后热水在水泵150的驱动下流向太阳能集热器，完成循环。由发生器130产生的工作流体流经喷射器210中的缩放喷嘴，流速增加以形成超音速流，压力降低，由此产生的低压区抽吸蒸发器220中的引射流体，两种流体混合后，经过喷射器210的扩压段，离开喷射器210，形成的混合流体经混合室250后在冷凝器230内进行冷凝，并以饱和状态储存在储液器240内。由储液器240流出的液体分为两路，一路经电子膨胀阀260进入蒸发器220，一路经热驱动泵300增压后进入发生器130。
32.热驱动泵300的进气排液行程：进气、排液管路所连接的电磁阀380开启，排气、进液管路所连接的电磁阀380关闭，热驱动泵300的高压进气口363通过管路与高压容器120连通，热驱动泵300的高压排液口323通过管路与发生器130连通，即高压容器120产生的高压气体由高压进气口363进入热驱动泵300内部，高压气体经由进气通道进入气缸350内，高压气体向液缸330一侧推动气缸活塞351，气缸活塞351带动活塞杆351、液缸活塞331向液缸330一侧移动，从而将热驱动泵300内的液体经由排液通道通过高压排液口323进入发生器130处的管路内，参与发生器130处工质的循环，同时活塞杆341上的回复弹簧342压缩；热驱动泵300的进液排气行程：排气、进液管路所连接的电磁阀380开启，进气、排液管路所连接的电磁阀380关闭，热驱动泵300的低压进液口322通过管路与储液器240连通，热驱动泵300的低压排气口362通过管路与混合室250连通，即热驱动泵300的气缸350内的气体经过排气通道从低压排气口362排出，由低压排气口362排出的气体和喷射器210喷出的气体在混合室250处混合后进入冷凝器230进行冷凝，然后再流向储液器240，参与系统的循环，热驱动泵300内气缸350的气体流出后，压力减小，由储液器240流出的液体经过低压进液口322进入热驱动泵300的液缸330内。本发明中热驱动泵300的进气排液行程、进液排气行程交替进行，从而带动整个低电耗喷射式制冷系统的运作。所以本发明的低电耗喷射式制冷系统设
计合理、操作简单、控制精度高，并且与传统方式相比，采用热驱动泵300代替机械泵，以实现系统中高压气相工质对低压液相工质的有效驱动，确保了系统内各部件的高效运转，真正实现了喷射式制冷系统的无泵化、低电耗。
33.系统运行中，通过球阀400控制工质由发生器130流向高压容器120的流量，通过可调节阀500控制热驱动泵400的高压进气压力，系统达到平衡时，工质在高压容器120与发生器130之间管路内压差和高压容器120与热驱动泵300之间管路内流动压降之和等于热驱动泵300高压进气与高压排液之间压差，且工质在高压容器120与发生器130之间压差大于热驱动泵400的高压进气压力与高压排液压力之间的压差是系统稳定运行的前提条件：当热驱动泵300高压进气压力大于高压排液压力时，高压容器120所产生的高压气体压力需大于高压排液压力，以维持发生器130饱和压力的稳定；当热驱动泵300高压进气压力等于高压排液压力时，系统对高压容器120内工质压力的要求降低，此时需通过可调节阀500的调节实现工质在高压容器120与热驱动泵300之间管路内流动压降与其在高压容器120与发生器130之间压差相等，以保持热驱动泵300高压进气压力即为发生器130饱和压力；当热驱动泵300高压进气压力小于高压排液压力时，高压容器120对系统稳定运行的功能消失，即不再需要高压容器120额外提供高压气体以驱动热驱动泵300的运转，此时，需进一步减小可调节阀500开度以增大工质在高压容器120与热驱动泵300之间管路内流动压降，即需进一步降低热驱动泵300高压进气压力以维持热驱动泵300高压排液压力的稳定。
34.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明所定义的范围。