一种带膨胀机的双温位喷射压缩制冷循环装置的制作方法

1.本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种带膨胀机的双温位喷射压缩制冷循环装置。


背景技术：

2.能源对于维持生命、促进经济和社会发展及人民的福祉至关重要，全球能源消耗在过去几十年一直在增长，预计这一趋势还将继续增长。化石燃料的消耗增加导致了严重的环境问题和能源短缺的问题，石油和天然气等合适的化石燃料正在消耗殆尽。为了减少能源问题和保护环境，人们开始重视利用可再生能源的使用，如风能、太阳能和光伏能源等，此外为提高能量的使用效率，大量的工业余热、废热如果有效的回收利用，必将产生巨大的经济效益及环境效益，作为另一种可用能源的来源。
3.回收利用中、低品位的热能，其中包括工业过程的废热，以及地热能和太阳能等，是一种引人注目的、以可持续的方式应对现有全球能源挑战的重要并且有前途的方式。有机朗肯循环(orc)作为动力循环，是高度适用于利用低-中品位热源来进行发电，orc的使用近年来一直呈指数增长。其高可靠性和灵活性也使orc更具有吸引力。
4.喷射器是在20世纪初期在蒸汽机的背景下发明并应用的，但直到1970年的能源危机出现时才重新引起人们的兴趣，作为压缩机的替代品或者用于循环优化的尝试，开发了很多新的节能技术。如今，喷射器可应用在工业、农业、食品、生活、国防等多个领域，具有成本低、性能可靠、不含运动部件等优点。喷射器可由低品位热能驱动，如太阳能、余热、废热等，开发新能源及提高能源利用率，成为能源领域的研究热点，有关喷射器的应用及相应研究进入崭新阶段。
5.联合循环是在单一热力学循环的基础上建立起来的，具有输出形式多样、能量利用效率高的优点。因此，研究人员对不同类型的联合循环进行了广泛的研究，各种能源输出形式也允许联合循环有更多的应用。然而，orc与多种制冷循环耦合的冷功联供联合循环较少，且这类循环的制冷温度较为单一，无法满足用户对多种制冷温度需求场合。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种带膨胀机的双温位喷射压缩制冷循环装置。应用于制冷系统中，能够满足用户对冷藏和低温冷冻温度的需求。
7.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种带膨胀机的双温位喷射压缩制冷循环装置，包括：喷射器，具有两个入口端和一个出口端，两个入口端分别为工作流体入口端和引射流体入口端，一个出口端为扩压室出口端，其工作流体入口端与发生器的气态工质出口或膨胀机的出口连接，其引射流体入口端分别与气液分离器和第一蒸发器的气态工质出口连接，用于引流气液分离器或第一蒸发器的低压工质；冷凝器，其工质管道进口与喷射器的扩压室出口端连接，用于将所述喷射器排出的气相工质冷凝为液相工质，冷凝器的工质管道出口分为两路，其中一路通过工质泵与发
生器的壳体进口连接，经过工质泵进入发生器再次发生，另一路与气液分离器进口连接，冷凝器出口液体工质经过节流降压后进入气液分离器进行气液分离；气液分离器，其包括气液分离罐，在气液分离罐上具有一个进口和两个出口，两个出口分别为底部液相出口端和顶部气相出口端，其底部液相出口端与第一蒸发器的工质进口连接，通过第一蒸发器可实现低温冷藏或冷冻功能；其顶部气相出口端、第一蒸发器的工质出口均与喷射器的引射流体入口端连接，用于将气液分离器和第一蒸发器流出的低压工质，经所述喷射器引射而出；第一蒸发器，其进口端与所述气液分离器的底部排液口连接，用于将所述气液分离器的底部排液口流出的液相工质进入第一蒸发器内进行等压蒸发，以形成低蒸发温度位，从而实现低温冷冻功能。
8.作为优选方案，还包括第二蒸发器和压缩机，所述第二蒸发器的工质进口与所述气液分离罐的液相出口端连接，第二蒸发器的工质出口与压缩机的吸气口连接，用于将所述第二蒸发器的出口的气相工质通过压缩机压缩升压，所述压缩机的出口与喷射器的引射流体入口端连接。
9.作为优选方案，所述发生器包括壳体和管体，其壳体具有蒸汽出口和工质进口，其管体输入低品位热源，用于通过吸收低品位热源热量，在发生器的壳体内发生高温高压的气态工质；其中蒸汽出口与膨胀机进口连接，所述膨胀机的出口与所述喷射器的工作流体入口端连接；或；发生器的蒸汽出口分为两个支路，其中一个支路与膨胀机进口连接，另一个支路与所述喷射器的工作流体入口端连接；所述膨胀机的出口与所述喷射器的扩压室出口端共接于冷凝器的工质进口。
10.作为优选方案，还包括蓄能系统，所述蓄能系统包括发电机和蓄电装置，所述膨胀机用于驱动发电机做功，并将发电机所产生的电力存贮在蓄电装置中，所述蓄电装置的电力用于供应压缩机的电量。
11.作为优选方案，所述冷凝器的工质出口端与气液分离器的进口之间的管路上依次设置有控制阀ⅰ和第一节流阀。
12.作为优选方案，所述工质泵的出口通过控制阀ⅵ与发生器的壳体进口连接。
13.作为优选方案，所述气液分离器的底部液相出口端分为两个支路，其中一个支路通过控制阀ⅱ与第一蒸发器的工质进口连接，另一个支路通过第二节流阀与第二蒸发器的工质进口连接，所述气液分离器的顶部气相出口端、第一蒸发器的工质出口和压缩机的出口共接于控制阀ⅲ的进口端，并通过控制阀ⅲ与喷射器的引射流体入口端连接。
14.作为优选方案，所述喷射器的工作流体入口处设置有控制阀
ⅴ
。
15.作为优选方案，所述压缩制冷循环装置的循环工质采用采用r134a、r1234yf或有机工质中的一种或多种组合。
16.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：本发明提供一种带膨胀机的双温位喷射压缩制冷循环装置，膨胀机和喷射器可以串联或并联连接，对于高温热源利用膨胀机与喷射器串联连接实现热能梯级利用，对于低温热源利用压缩机与膨胀机并联连接更有助于功、冷协同联产，将动力循环和蒸汽制冷循环耦合，利用低品位热源驱动，通过将膨胀机输出功转化为电能储存或直接驱动压缩机工作，实现零电耗低温制冷；利用低品位热驱动喷射器，不但实现较高蒸发温度制冷效果，而
且还与压缩机耦合实现第二蒸发器出口蒸汽的梯级升压，节省压缩机功耗并可以获得更低制冷温度，并联蒸发器提供用户对冷藏和低温冷冻温度的需求，蓄电实现循环连续制冷，解决了传统太阳能喷射制冷间歇性工作问题。该系统节能效果显著，运行可靠稳定，应用前景广阔。
附图说明
17.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明一种实施方式的结构图；图2为本发明另外一种实施方式的结构图；图中标记：1、发生器，2、膨胀机，3、发电机，4、蓄电装置，5、冷凝器，6、工质泵，7、第一节流阀，8、气液分离器，9、第一蒸发器，10、第二节流阀，11、第二蒸发器，12、压缩机，13、喷射器，14、控制阀ⅰ，15、控制阀ⅱ，16、控制阀ⅲ，17、控制阀ⅳ，18、控制阀
ⅴ
，19、控制阀ⅵ，a、热源输入。
具体实施方式
19.以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。
20.需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。
21.实施例1如图1所示，本实施例压缩制冷循环装置包括发生器1、膨胀机2、发电机3、蓄电装置4、冷凝器5、工质泵6、第一节流阀7、气液分离器8、第一蒸发器9、第二节流阀10、第二蒸发器11、压缩机12、喷射器13、控制阀ⅰ14、控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀ⅳ17、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19，发生器1的蒸汽出口端接于膨胀机2的入口端和喷射器13的工作流体入口端，其中发生器1的蒸汽出口端与喷射器13的工作流体入口端之间的管路上设置有控制阀
ⅴ
18，膨胀机2的出口端接于冷凝器5的工质入口端，冷凝器5的工质出口端接于工质泵6的入口端和第一节流阀7的入口端，在冷凝器5的工质出口端和第一节流阀7的入口端之间的管路上还设置有控制阀ⅰ14，工质泵6的出口端通过控制阀ⅵ19接于发生器1的入口端，第一节流阀7的出口端接于气液分离器8的入口端，气液分离器8的顶部气相出口端通过控制阀ⅲ16接于喷射器13的引射流体入口端和控制阀ⅳ17一端，气液分离器8底部的液相出口端接于第一蒸发器9的入口端和第二节流阀10的入口端，在气液分离器8底部的液相出口端和
第一蒸发器9的入口端之间管路上还设置有控制阀ⅱ15，第一蒸发器9的出口端通过控制阀ⅲ16接于喷射器13的引射流体入口端，第二节流阀10的出口端接于第二蒸发器11的入口端，第二蒸发器11的出口端接于压缩机12的吸气口端，压缩机12的排气口端通过控制阀ⅲ16接于喷射器13的引射流体入口端，喷射器13的出口端接于冷凝器5的入口端，气液分离器8的气相出口端管道通过控制阀ⅳ17与冷凝器5的入口端管道连接，打开控制阀ⅳ17可以实现压缩机12出口与冷凝器5入口端的连通。
22.其至少具有如下四种工作模式：工作模式ⅰ此工作模式下，控制阀i14、控制阀ⅲ16、控制阀ⅳ17、控制阀
ⅴ
18和压缩机12关闭，控制阀ⅱ15和控制阀ⅵ19开启。装置适用于用户无制冷需求的情况，装置以传统朗肯循环运行，所制备的电能储存在蓄电装置4中，可用于在无热源时驱动压缩机12运行，或驱动其他用电设备运行。
23.图1中a处输入热源可为太阳能、地热能、工业废热等低品位热，热源输入至发生器1，在发生器1产生高温高压气态工质经膨胀机2膨胀做功之后，由发电机3输出至蓄电装置4中储存，经膨胀机2膨胀降压后的气相工质进入冷凝器5冷凝放热后变为液相工质，后经工质泵6升压后，输送回发生器1进行加热发生过程，驱动整个循环运行，自此，完成了一个完整的循环。
24.工作模式ⅱ此工作模式下，控制阀i14、控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19开启，压缩机12和控制阀ⅳ17关闭。装置适用于用户有低温冷冻制冷需求，且热源充足的情况，整个循环依靠热源驱动，且膨胀机2输出的电能可以通过蓄电装置4储存起来，用于无热源时的电能来源，压缩机12关闭，使得气液分离器8底部流出的液相工质无法通过压缩机12支路，气液分离器8的设置，保证了进入第一蒸发器9的工质相态均为液相，增加了制冷量。
25.图1中a处输入热源可为太阳能、地热能、工业废热等低品位热，热源输入至发生器1，在发生器1产生高温高压气态工质，分为两路，一路经膨胀机2膨胀做功之后由发电机3输出至蓄电装置4中储存，另一路经喷射器13喷嘴膨胀降压，引射从气液分离器8顶部流出的气相工质与第一蒸发器9出口气相工质，被喷射器13引射的气相工质与工作流体混合经喷射器13扩压段升压后与膨胀机2出口气相工质混合，之后进入冷凝器5冷凝放热后变为液相工质，该液相工质分为两路，一路经工质泵6升压后返回发生器1进行发生驱动整个循环运行，另一路经第一节流阀7节流降压后变为两相态工质，该两相态工质进入气液分离器8进行气相和液相分离，气液分离器8底部流出的液相工质进入第一蒸发器9等压蒸发，形成低蒸发温度位，实现低温冷冻功能，之后变为低压气相工质。自此，完成了一个完整的循环。
26.工作模式ⅲ此工作模式下，控制阀i14、控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19开启，控制阀ⅳ17关闭，压缩机12开启。装置适用于用户有冷藏和低温冷冻的双蒸发温度位制冷需求，且热源充足的情况，整个循环依靠热源驱动，且膨胀机2输出的电能可以供给循环中的压缩机12工作，实现零电耗低温制冷，富裕的电量通过蓄电装置4储存起来，用于热源不足时的压缩机12的电能来源，气液分离器8的设置，保证了进入第一蒸发器9的工质相态均为液相，增加了制冷量，喷射器13的设置，实现较高蒸发温度制冷效果，而且还与压缩机
12耦合实现第二蒸发器11出口蒸汽的梯级升压，节省压缩机12功耗并可以获得更低制冷温度，控制阀ⅱ15的设置，通过调节开度，平衡了第一蒸发器9、气液分离器8和压缩机12出口气相工质的压力，两级蒸发器的设置，可以使本装置实现两种蒸发温度位，提供用户对冷藏和低温冷冻温度的需求。
27.图1中a处输入热源可为太阳能、地热能、工业废热等低品位热，热源输入至发生器1，在发生器1产生高温高压气态工质，分为两路，一路经膨胀机2膨胀做功之后由发电机3输出至蓄电装置4中储存，另一路经喷射器13喷嘴膨胀降压，引射从气液分离器8顶部流出的气相工质、第一蒸发器9和压缩机12出口气相工质，被喷射器13引射的气相工质与工作流体混合经喷射器13扩压段升压后与膨胀机2出口气相工质混合，之后进入冷凝器5冷凝放热后变为液相工质，该液相工质分为两路，一路经工质泵6升压后返回发生器1进行发生驱动整个循环运行，另一路经第一节流阀7节流降压后变为两相态工质，该两相态工质进入气液分离器8进行气相和液相分离，气液分离器8底部流出的液相工质分为两路，一路进入第一蒸发器9等压蒸发，形成高蒸发温度位，实现冷藏功能，之后变为低压气相工质，另一路经第二节流阀10节流降压为两相态工质，进入第二蒸发器11，形成低蒸发温度位，实现冷冻功能，第二蒸发器11出口气相工质进入压缩机12压缩升压，自此，完成了一个完整的循环。
28.工作模式ⅳ此工作模式下，控制阀i14、控制阀ⅳ17开启，控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19关闭，压缩机12开启。装置适用于无热源的情况，且用户有冷冻或冷藏的需求，由于在热源充足时系统储存了充足的电量，此时不必消耗多余的高品位电能，可实现零电耗低温制冷，且可以通过调节压缩机12的压缩比来灵活实现冷冻或冷藏功能，既节省了能耗，又同时实现用户对不同制冷温度需求。
29.该模式下，蓄电装置4中储存的电能用于驱动压缩机12工作，气液分离器8底部液态工质经节流阀10二级节流后进入第二蒸发器11蒸发吸热为气态工质，实现冷冻或冷藏功能，之后进入压缩机12压缩至冷凝压力，之后通过控制阀ⅳ17进入冷凝器5冷凝放热为液态工质，随后经第一节流阀7节流降压后进入气液分离器8，自此，完成了一个完整的循环。
30.实施例2本实施例中，压缩制冷循环装置包括发生器1、膨胀机2、发电机3、蓄电装置4、冷凝器5、工质泵6、第一节流阀7、气液分离器8、第一蒸发器9、第二节流阀10、第二蒸发器11、压缩机12、喷射器13、控制阀ⅰ14、控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀ⅳ17、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19，发生器1的蒸汽出口端接于膨胀机2的入口端，膨胀机2的出口端通过控制阀
ⅴ
18接于喷射器13工作流体入口端，喷射器13扩压室出口端接于冷凝器5的入口端，在冷凝器5的工质出口端和第一节流阀7的入口端之间的管路上还设置有控制阀ⅰ14，工质泵6的出口端通过控制阀ⅵ19接于发生器1的入口端，第一节流阀7的出口端接于气液分离器8的入口端，气液分离器8的顶部气相出口端通过控制阀ⅲ16接于喷射器13的引射流体入口端和控制阀ⅳ17一端，气液分离器8底部的液相出口端接于第一蒸发器9的入口端和第二节流阀10的入口端，在气液分离器8底部的液相出口端和第一蒸发器9的入口端之间管路上还设置有控制阀ⅱ15，第一蒸发器9的出口端通过控制阀ⅲ16接于喷射器13的引射流体入口端，第二节流阀10的出口端接于第二蒸发器11的入口端，第二蒸发器11的出口端接于压缩机12的吸气口端，压缩机12的排气口端通过控制阀ⅲ16接于喷射器13的引射流体入口端，气液分离器8的
气相出口端管道通过控制阀ⅳ17与冷凝器5的入口端管道连接，打开控制阀ⅳ17可以实现压缩机12出口与冷凝器5入口端的连通。
31.其至少具有如下三种工作模式：工作模式
ⅴ
该模式下，控制阀i14、控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19开启，控制阀ⅳ17和压缩机12关闭。装置适用于用户有低温冷冻制冷需求，且热源充足的情况，整个循环依靠热源驱动，且膨胀机2输出的电能可以通过蓄电装置4储存起来，用于无热源时的电能来源，压缩机12关闭，使得气液分离器8底部流出的液相工质无法通过压缩机12支路，气液分离器8的设置，保证了进入第一蒸发器9的工质相态均为液相，增加了制冷量，膨胀机2和喷射器13串联设置，实现了热能的梯级利用。
32.图2中a处输入热源可为太阳能、地热能、工业废热等低品位热，热源输入至发生器1，在发生器1产生高温高压气态工质，经膨胀机2膨胀做功之后由发电机3输出至蓄电装置4中储存，之后经喷射器13喷嘴膨胀降压，引射从气液分离器8顶部流出的气相工质与第一蒸发器9出口气相工质，被喷射器13引射的气相工质与工作流体混合经喷射器13扩压段升压后进入冷凝器5冷凝放热后变为液相工质，该液相工质分为两路，一路经工质泵6升压后返回发生器1进行发生驱动整个循环运行，另一路经第一节流阀7节流降压后变为两相态工质，该两相态工质进入气液分离器8进行气相和液相分离，气液分离器8底部流出的液相工质进入第一蒸发器9等压蒸发，形成低蒸发温度位，实现低温冷冻功能，之后变为低压气相工质，自此，完成了一个完整的循环。
33.工作模式ⅵ该模式下，控制阀i14、控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19开启，控制阀ⅳ17关闭，压缩机12开启。装置适用于用户有冷藏和低温冷冻的双蒸发温度位制冷需求，且热源充足的情况，整个循环依靠热源驱动，且膨胀机2输出的电能可以供给循环中的压缩机12工作，实现零电耗低温制冷，富裕的电量通过蓄电装置4储存起来，用于无热源时的电能来源，气液分离器8的设置，保证了进入第一蒸发器9的工质相态均为液相，增加了制冷量，膨胀机2和喷射器13串联设置，实现了热能的梯级利用，喷射器13的设置，实现较高蒸发温度制冷效果，还实现了压缩机12出口的二级增压，节省了压缩机12的能耗并可以获得更低制冷温度，控制阀ⅱ15的设置，通过调节开度，平衡了第一蒸发器9、气液分离器8和压缩机12出口气相工质的压力，两级蒸发器的设置，可以使本装置实现两种蒸发温度位，提供用户对冷藏和低温冷冻温度的需求。
34.图2中a处输入热源可为太阳能、地热能、工业废热等低品位热，热源输入至发生器1，在发生器1产生高温高压气态工质，经膨胀机2膨胀做功之后由发电机3输出至蓄电装置4中储存，之后经喷射器13喷嘴膨胀降压，引射从气液分离器8顶部流出的气相工质、第一蒸发器9和压缩机12出口气相工质，被喷射器13引射的气相工质与工作流体混合经喷射器13扩压段升压后进入冷凝器5冷凝放热后变为液相工质，该液相工质分为两路，一路经工质泵6升压后返回发生器1进行发生驱动整个循环运行，另一路经第一节流阀7节流降压后变为两相态工质，该两相态工质进入气液分离器8进行气相和液相分离，气液分离器8底部流出的液相工质分为两路，一路进入第一蒸发器9等压蒸发，形成高蒸发温度位，实现冷藏功能，之后变为低压气相工质，另一路经第二节流阀10节流降压为两相态工质，进入第二蒸发器
11，形成低蒸发温度位，实现冷冻功能，第二蒸发器11出口气相工质进入压缩机12压缩升压，自此，完成了一个完整的循环。
35.工作模式ⅶ该模式下，控制阀i14、控制阀ⅳ17开启，控制阀ⅱ15、控制阀ⅲ16、控制阀
ⅴ
18和控制阀ⅵ19关闭，压缩机12开启。装置适用于无热源的情况，且用户有冷冻或冷藏的需求，由于在热源充足时系统储存了充足的电量，此时不必消耗多余的高品位电能，可实现零电耗低温制冷，且可以通过调节压缩机12的压缩比来灵活实现冷冻或冷藏功能，既节省了能耗，又同时实现用户对不同制冷温度需求。
36.蓄电装置4中储存的电能用于驱动压缩机12工作，气液分离器8底部液态工质经第二节流阀10二级节流后进入第二蒸发器11蒸发吸热为气态工质，实现冷冻或冷藏功能，之后进入压缩机12压缩至冷凝压力，之后进入冷凝器5冷凝放热为液态工质，之后经第一节流阀7节流降压后进入气液分离器8，自此，完成了一个完整的循环。
37.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。