一种具有高压喷射器的跨临界CO2机械过冷制冷系统的制作方法

一种具有高压喷射器的跨临界co2机械过冷制冷系统
技术领域
1.本发明涉及制冷循环技术领域，尤其是一种适用于食品冷冻冷藏的具有高压喷射器的跨临界co2机械过冷制冷循环系统。


背景技术：

2.在制冷行业中，氯氟烃类制冷剂会对臭氧层产生严重破坏，从而加剧温室效应。在此背景下，纯天然工质co2凭借独特的优势成为替代其他制冷剂的热门选择。
3.纯天然工质co2具有以下优点：臭氧消耗潜能值等于0，全球变暖潜能值等于1；单位容积制冷量较高，从而co2制冷系统的部件较小；导热系数高；运动粘度低，很容易达到湍流状态从而增强传热效果；成本低廉，易于获取。
4.在基础亚临界co2制冷循环中，来自冷凝器出口的co2流体直接流入节流阀。节流后，由于冷凝器出口温度有限，蒸发器入口干度无法进一步降低，从而限制了系统的制冷量。在冷凝器出口处采用过冷技术，虽然消耗了额外的功，但使得系统制冷量提高，从而总体上提升了制冷系统效率。
5.在循环节流过程中，co2制冷剂从气相变为气液两相态，相比于其他系统而言，节流损失大大增加。引入喷射器，可以有效解决这一问题，同时减少压缩机耗功。
6.co2在气冷器内的放热过程处于超临界状态，在高压侧具有更高的温度滑移，因此具有良好的制热性能。回收气冷器和冷凝器的余热，可以节约能源。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种高效、紧凑、成本低廉的制冷循环系统，具体涉及一种适用于食品冷冻冷藏的具有高压喷射器的跨临界co2机械过冷制冷循环系统。
8.本发明所采用的技术方案是，一种具有高压喷射器的跨临界co2机械过冷制冷系统，具体包括亚临界制冷循环、跨临界机械过冷循环和余热回收循环。
9.其中：所述的亚临界制冷循环由依次连接的低温压缩机a、冷凝器b、过冷器c、节流阀d1和蒸发器(冷库冷风机)e构成闭合环路。低温压缩机a 出口与冷凝器b高温端进口相连，冷凝器b低温端出口与过冷器c高温端进口相连，过冷器c低温端出口与节流阀d1入口相连，节流阀d1出口与蒸发器(冷库冷风机)e入口相连，蒸发器(冷库冷风机)e出口与低温压缩机a入口相连。
10.进一步的，所述的亚临界制冷循环采用co2作为制冷剂。蒸发器(冷库冷风机)e出来的co2饱和蒸汽(状态点1)进入低温压缩机a，被压缩成高温高压的过热蒸汽(状态点2)，之后进入冷凝器b进行放热，冷凝器b出来的中温高压的co2流体(状态点3)进入过冷器c进一步冷却，过冷器c出来的低温高压的co2过冷流体(状态点4)经过节流阀d1的节流降压后，成为两相co2流体(状态点5)进入蒸发器(冷库冷风机)e，两相co2流体在蒸发器(冷库冷风机)e内吸热产生制冷效果。
11.所述的跨临界机械过冷循环包括有高温压缩机h、气冷器i、高压喷射器 f、过冷器
c、节流阀d2和气液分离器g。高温压缩机h出口与气冷器i高温端入口相连，气冷器i低温端出口与高压喷射器f主流入口相连，高压喷射器f 出口处流体分两路，一路通过气液分离器g蒸汽侧与高温压缩机h进口相连；一路通过气液分离器g液体侧与节流阀d2入口相连，节流阀d2出口与过冷器 c低温端入口相连，过冷器c高温端出口与高压喷射器f二次流进口相连。
12.进一步的，所述的跨临界机械过冷循环采用co2作为工质。高压喷射器f 出口处的两相流co2(状态点11)进入气液分离器g，气液分离器g中的饱和液态co2(状态点12)经节流阀d2节流后，成为两相流co2(状态点13)进入过冷器c，在过冷器c内进行换热，变为饱和气态co2(状态点14)；气液分离器g中的饱和气态co2(状态点6)进入高温压缩机h，被压缩成高温高压的过热蒸汽(状态点7)，之后进入气冷器i进行放热，气冷器i出来的中温高压的超临界co2(状态点8)作为工作流体进入高压喷射器f的工作喷嘴，经降压增速后从喷嘴喷出(状态点9)，进入高压喷射器f的接受室，引射来自过冷器c 出口处的二次流体即饱和气态co2(状态点14)，两者在高压喷射器f的混合室内混合升压，变为一股具有介于工作流体压力和引射流体压力中间压力的混合两相流co2(状态点11)进入气液分离器g。
13.所述的余热回收循环由冷凝器b、气冷器i、换热器k和溶液泵j构成闭合环路。换热器k低温端出口流体分两路，一路与冷凝器b低温端入口相连，一路与气冷器i低温端入口相连；冷凝器b高温端出口流体与气冷器i高温端出口流体混合后通过溶液泵j与换热器k高温端入口相连。
14.进一步的，所述的余热回收循环采用h2o作为循环工质，同时换热器k 的另一侧换热流体也为h2o。换热器k出口处的低温水分两路，一路进入冷凝器b吸热升温，一路进入气冷器i吸热升温，两路不同温度的水混合后在溶液泵 j的作用下进入换热器k进行换热。
15.所述的亚临界co2制冷循环通过过冷器c与跨临界co2机械过冷循环相连接，通过冷凝器b与余热回收循环相连接。所述的跨临界co2机械过冷循环通过气冷器i与余热回收循环相连接。
16.所述的一种具有高压喷射器的跨临界co2机械过冷制冷系统的各设备之间通过管道相连。
17.优选的，所述的气冷器采用套管式气冷器，所述余热回收循环中的换热器采用套管式换热器。
18.优选的，高低温压缩机的吸气压力范围为1.2～7mpa,排气压力范围为 6～12mpa。
19.优选的，高压喷射器主进口压力为6～11mpa，次进口压力为3～5mpa。
20.优选的，气冷器工作温度范围为35～120℃，蒸发器(冷库冷风机)工作温度范围
‑
35～
‑
18℃。
21.本发明的有益效果如下。
22.1.在基础亚临界co2制冷循环中引入机械过冷循环,可以有效降低冷凝器出口的温度，减少节流损失，提高系统制冷量，从而提升系统效率。
23.2.虽然在基础亚临界co2制冷循环中引入机械过冷循环，其初投资较高，但从长远来看，其经济性优于传统系统。
24.3.机械过冷循环会消耗额外的功，引入高压喷射器后，可以回收部分由于降压损失的功耗，从而大大降低了损失；同时提高了压缩机的吸气压力，从而降低了压比，减少了
压缩机耗功。最终，实现了整个制冷系统效率的提高。
25.4.对于传统的跨临界co2制冷系统，气体冷却器的排热往往释放到环境当中，造成了严重的能源浪费。所述的余热回收循环，可以有效回收亚临界co2制冷循环冷凝器和跨临界co2机械过冷循环中气冷器的余热，从而起到节约能源的作用。
附图说明
26.图1为本发明的系统原理图。图1中各部件的名称为：a
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低温压缩机、 b
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冷凝器、c
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过冷器、d1
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节流阀、d2
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节流阀、e
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蒸发器(冷库冷风机)、f
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高压喷射器、g
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气液分离器、h
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高温压缩机、i
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气冷器、j
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溶液泵、k
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换热器。
27.图2为本发明的lgp
‑
h图。图2中,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、 12、13、14、15为co2工质的状态点。
具体实施方案
28.下面结合附图，对本发明的一个具体实施例作进一步的描述，本领域技术人员可由本说明书所示的内容轻易的了解本发明的其它优点及功效。
29.如图1所示，一种具有高压喷射器的跨临界co2机械过冷制冷系统由低温压缩机a、冷凝器b、过冷器c、节流阀d1、节流阀d2、蒸发器(冷库冷风机)e、高压喷射器f、气液分离器g、高温压缩机h、溶液泵j和换热器k组成。
30.亚临界co2制冷循环由低温压缩机a、冷凝器b、过冷器c、节流阀d1 和蒸发器(冷库冷风机)e构成闭合环路。低温压缩机a出口与冷凝器b高温端进口相连，冷凝器b低温端出口与过冷器c高温端进口相连，过冷器c低温端出口与节流阀d1入口相连，节流阀d1出口与蒸发器(冷库冷风机)e入口相连，蒸发器(冷库冷风机)e出口与低温压缩机a入口相连。亚临界co2制冷循环与跨临界co2机械过冷循环通过过冷器c连接，与余热回收循环通过冷凝器b相连接。
31.上述亚临界co2制冷循环运作方式为：蒸发器(冷库冷风机)e出来的 co2饱和蒸汽(状态点1)进入低温压缩机a，被压缩成高温高压的过热蒸汽(状态点2)，之后进入冷凝器b进行放热，冷凝器b出来的中温高压的co2流体(状态点3)进入过冷器c进一步冷却，过冷器c出来的低温高压的co2过冷流体 (状态点4)经过节流阀d1的节流降压后，成为两相co2流体(状态点5)进入蒸发器(冷库冷风机)e，两相co2流体在蒸发器(冷库冷风机)e内吸热产生制冷效果。
32.上述亚临界co2制冷循环的最佳工况条件为：蒸发温度为
‑
35℃，蒸发压力为1.2mpa；冷凝温度为23℃，冷凝压力为6mpa；过冷度为8℃；冷凝器b 和过冷器c的换热温差均为5℃。
33.跨临界co2机械过冷循环包括有高温压缩机h、气冷器i、高压喷射器f、过冷器c、节流阀d2和气液分离器g。高温压缩机h出口与气冷器i高温端入口相连，气冷器i低温端出口与高压喷射器f主流入口相连，高压喷射器f出口处流体分两路，一路通过气液分离器g蒸汽侧与高温压缩机h进口相连；一路通过气液分离器g液体侧与节流阀d2入口相连，节流阀d2出口与过冷器c低温端入口相连，过冷器c高温端出口与高压喷射器f二次流进口相连。
34.上述跨临界co2机械过冷循环的运作方式为：高压喷射器f出口处的两相流co2(状
态点11)进入气液分离器g，气液分离器g中的饱和液态co2(状态点12)经节流阀d2节流后，成为两相流co2(状态点13)进入过冷器c，在过冷器c内进行换热，变为饱和气态co2(状态点14)；气液分离器g中的饱和气态co2(状态点6)进入高温压缩机h，被压缩成高温高压的过热蒸汽(状态点7)，之后进入气冷器i进行放热，气冷器i出来的中温高压的超临界co
2 (状态点8)作为工作流体进入高压喷射器f的工作喷嘴，经降压增速后从喷嘴喷出(状态点9)，进入高压喷射器f的接受室，引射来自过冷器c出口处的二次流体即饱和气态co2(状态点14)，两者在高压喷射器f的混合室内混合升压，变为一股具有介于工作流体压力和引射流体压力中间压力的混合两相流co2(状态点11)进入气液分离器g。
35.上述跨临界co2机械过冷循环的最佳工况条件为：过冷器的换热温差为 5℃，过冷器c中的co2蒸发温度为15℃，高压喷射器f的出口温度为25℃，取升压比为1.4，则出口压力为6.3mpa，高压喷射器的引射比为0.2，高温压缩机排气压力为9.3mpa，气冷器i制冷剂侧进口温度为70℃，出口温度为35℃。
36.余热回收循环由冷凝器b、气冷器i、换热器k和溶液泵j构成闭合环路。换热器k低温端出口流体分两路，一路与冷凝器b低温端入口相连，一路与气冷器i低温端入口相连；冷凝器b高温端出口流体与气冷器i高温端出口流体混合后通过溶液泵j与换热器k高温端入口相连。
37.上述余热回收循环的运作方式为：换热器k出口处的低温水分两路，一路进入冷凝器b吸热升温，一路进入气冷器i吸热升温，两路不同温度的水混合后在溶液泵j的作用下进入换热器k进行换热。
38.上述余热回收循环的最佳工况条件为：气冷器i中co2出口与冷却水进口温差为5℃，换热器k的换热温差为5℃，换热器k溶液泵侧进水温度为45℃，出水温度为18℃；另一侧进水温度为23℃，出水温度为40℃。