阅读说明：本技术 一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统及过冷方法 (Cascade refrigeration cycle system coupled with ejector and supercooling method ) 是由 杨启超 迟卫凯 陈晓楠 王朋 刘广彬 赵远扬 李连生 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于冷冻冷藏和制冷技术领域,具体涉及一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统及过冷方法,包括冷凝器和过冷器,冷凝器和过冷器均连接喷射器,喷射器的出口依次连接气液分离器和第二膨胀阀,第二膨胀阀与过冷器入口相连通；冷凝器的出口还连接第一膨胀阀,第一膨胀阀依次连接冷凝蒸发器、高压级压缩机,高压级压缩机与冷凝器相连通。冷凝器出口的制冷剂液体分为两路,其中一路进入喷射器与流经过冷器后进入喷射器的高温级制冷剂混合,然后进入气液分离器,气体进入高压级压缩机进行压缩,液体流经第二膨胀阀进入过冷器完成制冷循环。该制冷循环系统能够提高复叠制冷循环系统的效率,可实现有效过冷,提高系统性能系数。(The invention belongs to the technical field of freezing, refrigeration and refrigeration, and particularly relates to a cascade refrigeration cycle system coupled with an ejector and a supercooling method, wherein the cascade refrigeration cycle system comprises a condenser and a subcooler, the condenser and the subcooler are both connected with the ejector, an outlet of the ejector is sequentially connected with a gas-liquid separator and a second expansion valve, and the second expansion valve is communicated with an inlet of the subcooler; the outlet of the condenser is also connected with a first expansion valve, the first expansion valve is sequentially connected with a condensation evaporator and a high-pressure stage compressor, and the high-pressure stage compressor is communicated with the condenser. The refrigerant liquid at the outlet of the condenser is divided into two paths, wherein one path of the refrigerant liquid enters the ejector to be mixed with the high-temperature-level refrigerant flowing through the subcooler and then enters the gas-liquid separator, the gas enters the high-pressure-level compressor to be compressed, and the liquid enters the subcooler through the second expansion valve to complete the refrigeration cycle. The refrigerating cycle system can improve the efficiency of the cascade refrigerating cycle system, can realize effective supercooling, and improves the performance coefficient of the system.)

一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统及过冷方法

技术领域

本发明属于冷冻冷藏和制冷技术领域，具体涉及一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统及过冷方法。

背景技术

过冷技术是改善制冷系统及其循环系统性能的有效措施之一，在复叠式制冷系统中，提高低温级的过冷度从而提高低压级循环的单位制冷剂流量的制冷量，可以显著提升系统性能。

通常，可以通过设置过冷器、板式经济器、机械过冷以及热电过冷等方法来实现过冷技术，设置过冷器即在冷凝器的基础上增大冷凝器的换热面积来实现，其过冷效果受冷却水进口温度的影响，在复叠制冷系统中受到高温级蒸发温度的限制，不可能通过蒸发冷凝器将低温级的制冷剂过冷到高温级的蒸发温度以下，而且在冷凝蒸发器中存在有换热温差，即高温级的蒸发温度要低于低温级的冷凝温度，因此，过冷效果受限。机械过冷方法是在冷凝器出口设置过冷器，过冷器的冷量由单独的一个制冷循环所提供，一般可由常规的蒸汽压缩式制冷系统、吸收式制冷系统或热电制冷等系统来提供，此方法增加了额外部件，使得系统较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统及过冷方法，是一种利用喷射器应用于复叠制冷系统中的循环及过冷方法，能够提高复叠制冷循环系统的效率。

本发明的技术方案是：

一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统，包括冷凝器和过冷器，所述冷凝器和过冷器均连接喷射器，所述喷射器的出口依次连接气液分离器和第二膨胀阀，所述第二膨胀阀与过冷器入口相连通；所述冷凝器的出口还连接第一膨胀阀，所述第一膨胀阀依次连接冷凝蒸发器、高压级压缩机，所述高压级压缩机与冷凝器相连通。

常规的复叠制冷系统由高温级和低温级两个制冷系统组成，即由低压级压缩机-冷凝蒸发器-低压级膨胀阀-蒸发器组成的低温级制冷循环和由高压级压缩机-冷凝器-第一膨胀阀-冷凝蒸发器组成的高温级制冷循环组成。在此基础上本发明提出由高温级循环提供过冷的方法，以提高低温循环从冷凝蒸发器中出来的制冷剂液体的过冷度，从而提高低温级循环的单位制冷剂流量的制冷量，提高系统总的性能系数COP。

进一步的，所述过冷器的一路出口依次连接低压级膨胀阀、蒸发器、低压级压缩机和冷凝蒸发器，然后连接入所述过冷器的一路入口形成循环。

进一步的，所述喷射器的制冷剂进入所述气液分离器，从所述气液分离器分出的气体进入高压级压缩机进行压缩，液体流经第二膨胀阀进入过冷器。

所述的制冷循环系统的过冷方法，具体为：冷凝器出口的制冷剂液体分为两路，一路经第一膨胀阀进入冷凝蒸发器中蒸发为气体后进入高压级压缩机完成一路制冷循环；另一路进入喷射器与流经过冷器后进入喷射器的制冷剂混合，然后进入气液分离器，气液分离器出口的气体进入高压级压缩机进行压缩，液体流经第二膨胀阀进入过冷器完成另一路制冷循环。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过提供一种利用喷射器应用于复叠制冷系统中的循环及过冷方法，能够提高复叠制冷循环系统的效率；采用喷射器的方案可实现低温级循环的有效过冷，提高系统性能系数，而且增加的喷射器为静止部件，性能可靠。

(2)本发明提供的制冷循环系统，能够提升过冷度，降低系统的总功耗，显著提升系统的COP和效率。

(3)本发明提供的制冷循环系统，可以有效地降低高温级压缩机的排气温度，改善NH₃压缩机排气温度过高的情况。

附图说明

图1为本发明所提供的制冷循环系统示意图；

图2为本发明所提供的制冷循环系统工作过程的压焓图；

以上各图中，1、低压级压缩机；2、冷凝蒸发器；3、过冷器；4、低压级膨胀阀；5、蒸发器；6、高压级压缩机；7、冷凝器；8、第一膨胀阀；9、喷射器；9a、喷射器喷嘴；9b、喷射器混合室；9c、喷射器扩压室；10、气液分离器；11、第二膨胀阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了进一步理解本发明，将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本实施例涉及一种与喷射器耦合的复叠制冷循环系统，包括冷凝器7，冷凝器7的出口分别连接第一膨胀阀8和喷射器9，第一膨胀阀8与冷凝蒸发器2、高压级压缩机6依次连通，再回到冷凝器7形成一路循环。制冷循环系统还包括过冷器3，过冷器3依次连接低压级膨胀阀4、蒸发器5、低压级压缩机1和冷凝蒸发器2，然后连接入过冷器3的一路入口形成循环。

在一路循环中，过冷器3和冷凝器7均连接喷射器9，喷射器9的出口依次连接气液分离器10和第二膨胀阀11，第二膨胀阀11一端连接气液分离器10，另一端与过冷器3入口相连通。其中，喷射器9的制冷剂进入气液分离器10进行气液分离，从气液分离器10分出的气体进入高压级压缩机6进行压缩，液体流经第二膨胀阀11进入过冷器3。

采用上述与喷射器耦合的复叠制冷循环系统的过冷方法，具体为：从冷凝器7中出来的制冷剂液体分为两路，一路经第一膨胀阀8节流后进入冷凝蒸发器2中蒸发为气体后进入高压级压缩机6；另外一路进入喷射器9与流经过冷器3的高温级制冷剂混合后进入气液分离器10，气体进入高压级压缩机6压缩，液体流经第二膨胀阀11进入过冷器3。通过设置过冷器3将低温级循环出冷凝蒸发器2的低温制冷剂进一步冷却，即提高低温级循环的过冷度，改善系统性能。其中，经第二膨胀阀11后的压力要低于经第一膨胀阀8后的压力，即对于高温级循环，第二膨胀阀11后的蒸发温度要低于第一膨胀阀8后的蒸发温度，以保证有较低的温度来冷却低压级的制冷剂，使其过冷。

也即对于高温级，通过第一膨胀阀8和第二膨胀阀11两路节流已提供不同的蒸发温度，经过第一膨胀阀8和冷凝蒸发器2的回路主要用于将低温级制冷剂气体冷却为制冷剂液体，而经过第二膨胀阀11、过冷器3和喷射器9的回路主要用于为低温级循环提供过冷。

实施例1

一具体实施例中，在高温级中，从冷凝器7中出来的饱和制冷剂液体分为两路，一路经第一膨胀阀8节流后进入冷凝蒸发器2中蒸发吸热为饱和制冷剂气体，使低温级制冷剂气体冷凝为饱和制冷剂液体，随后饱和制冷剂气体进入高压级压缩机6完成循环。

另外一路进入喷射器9在喷射器喷嘴9a处节流降压后与经过过冷器3的饱和液态制冷剂混合后扩压，然后进入气液分离器10，从气液分离器10中出来的饱和制冷剂气体进入高压级压缩机6压缩，饱和制冷剂液体流经第二膨胀阀11节流减压后进入过冷器3后蒸发吸热使低温级制冷剂液体过冷。

低温级从低压级压缩机1出来的制冷剂气体经冷凝蒸发器2冷凝为饱和液体后经过冷器3变为过冷液体，再经低压级膨胀阀4节流后进入蒸发器5蒸发吸热完成制冷。

如图2所示为本发明制冷循环系统的压焓图，图中9a、9b、9c分别是喷射器9的喷嘴、混合室、扩压室。

计算时取高温级冷凝温度为35℃，低温级冷凝温度的变化范围为-55℃～-35℃，冷凝蒸发器2温差ΔT为5℃，过冷度取2℃～10℃，系统的制冷量为100kW，喷射器喷嘴9a效率取0.8，混合效率取0.95，扩压效率取0.8。

由上表可知，通过计算常规复叠制冷系统和本发明所提供的过冷度为10℃、15℃的喷射复叠制冷循环系统的COP_MAX值，比较得出，本发明所提供的制冷循环系统的COP提升幅度分别为4.1％和5.4％，效果显著。

上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的保护范围之内。