一种适用于空气液化的喷射器式分级制冷循环系统

1.本实用新型涉及新型储能和制冷技术应用领域，更具体地说，涉及一种适用于空气液化的喷射器式分级制冷循环系统。


背景技术：

2.近年来，随着传统能源危机的日渐凸显和降低碳排放呼声的不断增强，新能源储能概念得到了迅速发展，利用新的工质、技术原理或设备对能源进行高效转化、储存和使用，其中的一个重要应用方向包括液化空气储能，需要通过制冷循环提供低温环境，将空气进行深冷液化。
3.传统的制冷循环主要包括压缩、冷凝、节流、蒸发等基本流程，一般实现的温度不需过低时，通过一级循环即可满足工作要求，但需要构建极低的温度环境、对气体进行深冷液化时，难以通过单级制冷循环实现，一种设计思路是采用分级制冷方法，对被冷却物质使用多阶制冷循环进行降温，在降低冷却难度的同时可以进一步提升制冷效率。传统制冷方案常用的节流阀中节流能量损失较大，大型气体液化系统中常用膨胀机代替，其制冷效率更高，更适用于大规模集中式储能，但设备体积庞大、结构复杂，存在一定的局限性。对于分布式储能的中小规模液化工作需求，需要考虑如何提升分级制冷的工作效果，改进能效特性，采用小型、高效的设备来降低能量损失。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提出了一种适用于空气液化的喷射器式分级制冷循环系统，目的是适应中小规模分布式液化储能的需求，其具体技术方案如下：
5.一种适用于空气液化的喷射器式分级制冷循环系统，由压缩机、冷凝器、回热换热器、第一级膨胀阀、三通控制阀、第二级膨胀阀、视液器、中温蒸发器、低温蒸发器和喷射器构成，组成第一级制冷循环和第二级制冷循环，通过中温蒸发器和低温蒸发器依次对空气进行冷却；
6.第一级制冷循环由压缩机、冷凝器、回热换热器、第一级膨胀阀、三通控制阀、中温蒸发器和喷射器依次相连构成，压缩机的出口与冷凝器的入口相连，冷凝器的出口与回热换热器的热端入口相连，回热换热器的冷端入口与喷射器的中压出口相连，冷端和热端工质在回热换热器内换热，回热换热器的热端出口与第一级膨胀阀的入口相连，回热换热器的冷端出口与压缩机的入口相连，第一级膨胀阀的出口与三通控制阀的入口相连，三通控制阀的左侧出口与中温蒸发器的冷端入口相连，中温蒸发器的冷端出口与喷射器的高压入口相连；
7.第二级制冷循环由三通控制阀、第二级膨胀阀、视液器、低温蒸发器和喷射器构成，三通控制阀的右侧出口与第二级膨胀阀的入口相连，第二级膨胀阀的出口与视液器入口相连，视液器的出口与低温蒸发器的冷端入口相连，低温蒸发器的冷端出口与喷射器的低压入口相连。
8.相比于传统的制冷系统，本实用新型使用喷射器和膨胀阀结合实现不同温区的制冷，利用喷射器对制冷剂中的压力能进行回收，同时简化了设备结构，提高了制冷温度的控制灵活性，对系统能耗水平具有优化作用。
9.优选地，喷射器有一个高压入口、一个低压入口和一个中压出口共三个接口，高压入口进入的流体将低压入口处的流体引射后混合，一同从中压出口流出。
10.本实用新型公开了一种适用于空气液化的喷射器式分级制冷循环系统，主要包括压缩机、冷凝器、回热换热器、膨胀阀、三通控制阀、视液器、中温蒸发器、低温蒸发器和喷射器等。压缩机出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口通过回热换热器与喷射器输出进行换热，而后通过第一级膨胀阀，之后通过三通控制阀分为两股，一股通过中温蒸发器后进入喷射器的高压入口，另一股经过第二级膨胀阀、视液器后通过低温蒸发器，之后回到喷射器的低压引射入口，喷射器的出口通过回热换热器后回到压缩机，利用喷射器的引射作用，回收减压中的压力能驱动第二级制冷循环，实现空气的两级冷却。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型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本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
12.图1为本实用新型一种适用于空气液化的喷射器式分级制冷循环系统的原理图。
13.附图标记：
14.1-压缩机，2-冷凝器，3-回热换热器，4-第一级膨胀阀，5-三通控制阀， 6-第二级膨胀阀，7-视液器，8-中温蒸发器，9-低温蒸发器，10-喷射器。
具体实施方式
15.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
16.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
17.实施例：
18.如图1所示，本实用新型提供的一种适用于空气液化的喷射器式分级制冷循环系统，由压缩机1、冷凝器2、回热换热器3、第一级膨胀阀4、三通控制阀5、第二级膨胀阀6、视液器7、中温蒸发器8、低温蒸发器9和喷射器10构成，组成第一级制冷循环和第二级制冷循环，通过中温蒸发器8和低温蒸发器9依次对空气进行冷却。其中，图1中粗线表示空气流路，其他线路表示制冷流路。
19.具体的，
20.第一级制冷循环由压缩机1、冷凝器2、回热换热器3、第一级膨胀阀4、三通控制阀5、中温蒸发器8和喷射器10依次相连构成，压缩机1的出口与冷凝器2的入口相连，冷凝器2的出口与回热换热器3的热端入口相连，回热换热器3的冷端入口与喷射器10的中压出口相连，冷端和热端工质在回热换热器3内换热，回热换热器3的热端出口与第一级膨胀阀4的入口相连，回热换热器3的冷端出口与压缩机1的入口相连，第一级膨胀阀4的出口与三通控制阀5的入口相连，三通控制阀5的左侧出口与中温蒸发器8的冷端入口相连，中温蒸发器8的冷端出口与喷射器10的高压入口相连；
21.第二级制冷循环由三通控制阀5、第二级膨胀阀6、视液器7、低温蒸发器9和喷射器10构成，三通控制阀5的右侧出口与第二级膨胀阀6的入口相连，第二级膨胀阀6的出口与视液器7入口相连，视液器7的出口与低温蒸发器9的冷端入口相连，低温蒸发器9的冷端出口与喷射器10的低压入口相连。
22.喷射器10有一个高压入口、一个低压入口和一个中压出口共三个接口，低压入口为低压引射入口，高压入口进入的流体将低压入口处的流体引射后混合，一同从中压出口流出。
23.系统运行时，气态制冷剂经过压缩机1压缩后变为高温高压状态，先通过冷凝器2进行初步冷却，之后再进入回热换热器3，与来自喷射器10输出的低温制冷剂进一步换热冷却。冷却后的制冷剂通过第一级膨胀阀4进行节流膨胀，压力和温度显著降低，而后通过三通控制阀5分为两路，一路由左侧输出通过中温换热器8对输入的待冷却空气进行第一级冷却，制冷剂由中温换热器8输出之后进入喷射器10的高压入口端；另一路由右侧输出通过第二级膨胀阀6再一次节流膨胀，达到更低的温度和压力，此时制冷剂已进入气液两相混合状态，视液器7可以观察制冷剂通道中的含液情况，该支路通过低温蒸发器9与中温蒸发器8输出的被冷却空气进一步换热，将其冷却至更低温度，之后制冷剂由低温蒸发器9输出，进入喷射器10的低压入口端，被高压入口的制冷剂引射后混合输出，经过回热换热器3吸热后回到压缩机1 中，完成一次完整的工作循环。
24.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
25.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。