一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统及其工作方法技术方案

一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统及其工作方法，属于机械制冷技术领域。该系统利用闪蒸激波的增压特性完成制冷剂蒸汽的预压缩，实现降低制冷压缩机压比目的；利用膨胀波的膨胀特性完成液相冷剂的两相分离，实现等熵膨胀+等焓节流的双级制冷循环。制冷剂经蒸发器后进入四端口波转子增压器中完成预增压与分离器气相口气流混合，进入制冷压缩机增压，经冷凝后以饱和液体形式进入四端口波转子增压器发生闪蒸，形成的两相混合物经分离器后，液相节流进入蒸发器制冷，气相与预增压蒸汽混合后进入制冷压缩机。该系统简单，克服了蒸汽压缩制冷循环中压缩机压比大，又无多级压缩级间冷却问题，具有比传统双级蒸汽压缩制冷系统能效比高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统及其工作方法
本专利技术涉及一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统及其工作方法，属于机械制冷

技术介绍
水（R718）作为一种天然制冷和载冷剂，具有高潜热、无毒、不燃不爆和环境友好特性（全球变暖指数GWP=0，消耗臭氧潜能值ODP=0)，特别是R718的理论能效比高（COP），近年来又引起世界广泛关注。相关研究比较了R718与常规制冷剂(R134a，R22等)在系统COP、运行成本、制冷量以及对环境的影响等方面的不同，发现在系统其他参数相同，冷凝温度20℃以上和蒸发温度为5K时，水作为制冷剂的压缩系统COP值最高。将R718用于蒸汽压缩制冷系统，另一优点是制冷剂、载冷剂和冷却水为同一物质，这样蒸发器和冷凝器可设计成直接接触式换热，换热效率高。目前，R718虽可用于多级蒸汽压缩制冷系统中，但由于需要级间冷却设备初期投资很高，而且这种R718压缩机具有比常规制冷剂大很多的压缩比（R134a的2倍）和大容积、高转速、大排量的设备尺寸，严重阻碍了R718制冷剂在蒸汽压缩制冷系统的广泛应用。采用基于非定常流动过程的波转子（WaveRotor）增压器，可实现增压效率高于稳态过程增压效率，用于多级蒸汽压缩制冷系统中的预压缩可有效降低制冷压缩机压比、级数和尺寸（高压力下，比容降低），同时变等焓节流为近似等熵膨胀可提高系统效能。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统及其工作方法，其目的在于充分利用闪蒸激波的增压特性完成制冷剂蒸汽的预压缩，实现降低制冷压缩机压比目的；利用膨胀波的膨胀特性完成液相冷剂的两相分离，实现等熵膨胀+等焓节流的双级制冷循环。本专利技术采用的技术方案是：一种气波辅助增压双级蒸汽压缩制冷系统，它包括一个节流阀、气液分离器、冷凝器、制冷压缩机、真空泵、蒸发器，它还包括一个四端口波转子增压器，利用四端口波转子增压器对制冷蒸汽进行预增压以减小制冷压缩机的压比。所述蒸发器的出口与四端口波转子增压器的低压蒸汽入口连接，四端口波转子增压器的增压蒸汽出口采用管道与制冷压缩机的入口连接，气液分离器的气相出口也采用管道与制冷压缩机的入口连接；所述制冷压缩机的出口管道与冷凝器的入口连接，冷凝器的出口管道与四端口波转子增压器的驱动流体入口连接，四端口波转子增压器的降压蒸汽出口用管道与气液分离器的入口连接；所述气液分离器的液相出口管道与节流阀入口连接，节流阀出口连接蒸发器的入口；所述真空泵连接蒸发器的出口管道。所述的一种气波辅助增压双级蒸汽压缩制冷系统的工作方法采用下列步骤：（a）制冷工质在蒸发器中定温、定压吸热实现制冷，变成饱和蒸汽后由四端口波转子增压器的LP端口进入四端口波转子增压器；（b）四端口波转子增压器的MP端口的气相与气液分离器气相出口的气相混合后，进入制冷蒸汽压缩机，形成的高温高压气体经由冷凝器后以饱和液态进入四端口波转子增压器的HP端口，闪蒸形成的激波压缩自四端口波转子增压器的LP端口进入的低压蒸汽；（c）闪蒸后的工质以两相形式流出四端口波转子增压器的LT端口，进入气液分离器，形成气相和液相，液相经过节流阀降温降压后进入蒸发器。本专利技术的有益效果是：这种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统及其工作方法提出的气波辅助增压蒸汽压缩WVC制冷技术，相比现有机械蒸汽压缩MVC和热力蒸汽压缩TVC制冷技术，具有如下技术优势：1、实现了利用四端口波转子增压器对来自蒸发器的蒸汽进行预增压，达到降低压缩机压比的目的；2、四端口波转子增压器预压缩为等熵压缩，压缩后温度低，有效降低冷凝器负荷，预压缩后气相与预膨胀后工质气相混合，具有自冷却特性，省去了中间冷却器；3、经冷凝器出来的饱和液相在四端口波转子增压器中等熵膨胀，代替传统双级节流多级制冷工艺中的节流过程，制冷能效比提高。4、四端口波转子增压器除具有预膨胀、预压缩功能外，还具备优秀的带液操作性能，波转子的双开口结构可确保设备在预膨胀后产生冷凝液滴的优良带液操作性能。附图说明图1是一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统。图2是一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统的P-h图。图中：1、节流阀，2、气液分离器，3、四端口波转子增压器，4、冷凝器，5、制冷压缩机，6、真空泵，7、蒸发器；HP、驱动流体入口，LP、低压蒸汽入口，MP、增压蒸汽出口，LT降压蒸汽出口。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术进一步详细说明。实施例1利用四端口波转子增压器辅助增压双级蒸汽压缩制冷系统。图1示出了一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统。图中，四端口波转子增压器辅助增压双级蒸汽压缩制冷系统包括，节流阀1、气液分离器2、四端口波转子增压器3、冷凝器4、蒸汽压缩机5、真空泵6、蒸发器7。蒸发器7的出口与四端口波转子增压器3的低压蒸汽入口LP连接，四端口波转子增压器3的增压蒸汽出口MP采用管道与制冷压缩机5的入口连接，气液分离器2的气相出口也采用管道与制冷压缩机5的入口连接；蒸汽压缩机5的出口管道与冷凝器4的入口连接，冷凝器4的出口管道与四端口波转子增压器3的驱动流体入口HP连接，四端口波转子增压器3的降压蒸汽出口LT用管道与气液分离器2的入口连接；气液分离器2的液相出口管道与节流阀1入口连接，节流阀1出口连接蒸发器7的入口。制冷工质在蒸发器7中定温、定压吸热实现制冷，变成饱和蒸汽后由四端口波转子增压器3的LP端口进入四端口波转子增压器3；四端口波转子增压器3的MP端口的气相与气液分离器2气相出口的气相混合后，进入制冷蒸汽压缩机5，形成的高温高压气体经由冷凝器4后以饱和液态进入四端口波转子增压器3的HP端口，闪蒸形成的激波压缩自四端口波转子增压器3的LP端口进入的低压蒸汽；闪蒸后的工质以两相形式流出四端口波转子增压器3的LT端口，进入气液分离器2，形成气相和液相，液相经过节流阀1降温降压后进入蒸发器7。图2所示了一种气波增压辅助双级蒸汽压缩制冷系统的P-h图，从图中可以看到F点的液态工质在蒸发器7中的蒸发后形成A点的饱和蒸汽，A点的饱和蒸汽在四端口波转子增压器3中被等熵过程压缩至B点，B点的过热蒸汽与Es”点的饱和蒸汽混合后形成C点，C点蒸汽被压比减小的蒸汽压缩机5压缩至D点，后经冷凝器4作用冷凝至E点饱和液相状态，冷凝后的液相工质在四端口波转子增压器3中等熵膨胀至Es点两相工质状态；降压蒸汽出口LT流出的两相工质经气液分离器2后形成Es’点的饱和液相和Es”点的饱和蒸汽，Es’点的饱和液相经节流阀1等焓节流至F点。实施例2利用四端口波转子增压器辅助增压双级蒸汽压缩热泵系统。原则流程和设备布置方式不变，利用蒸发器从环境中吸热进而获取冷凝器的热量，可实现利用四端口波转子增压器辅助增压双级蒸汽压缩热泵系统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气波辅助增压双级蒸汽压缩制冷系统，它包括一个节流阀（1）、气液分离器（2）、冷凝器（4）、制冷压缩机（5）、真空泵（6）、蒸发器（7），其特征是：它还包括一个四端口波转子增压器（3），所述蒸发器（7）的出口与四端口波转子增压器（3）的低压蒸汽入口（LP）连接，四端口波转子增压器（3）的增压蒸汽出口（MP）采用管道与制冷压缩机（5）的入口连接，气液分离器（2）的气相出口也采用管道与制冷压缩机（5）的入口连接；所述制冷压缩机（5）的出口管道与冷凝器（4）的入口连接，冷凝器（4）的出口管道与四端口波转子增压器（3）的驱动流体入口（HP）连接，四端口波转子增压器（3）的降压蒸汽出口（LT）用管道与气液分离器（2）的入口连接；所述气液分离器（2）的液相出口管道与节流阀（1）入口连接，节流阀（1）出口连接蒸发器（7）的入口；所述真空泵（6）连接蒸发器（7）的出口管道。

【技术特征摘要】
1.一种气波辅助增压双级蒸汽压缩制冷系统的工作方法，双级蒸汽压缩制冷系统包括一个节流阀（1）、气液分离器（2）、冷凝器（4）、制冷压缩机（5）、真空泵（6）、蒸发器（7），双级蒸汽压缩制冷系统还包括一个四端口波转子增压器（3），所述蒸发器（7）的出口与四端口波转子增压器（3）的低压蒸汽入口（LP）连接，四端口波转子增压器（3）的增压蒸汽出口（MP）采用管道与制冷压缩机（5）的入口连接，气液分离器（2）的气相出口也采用管道与制冷压缩机（5）的入口连接；所述制冷压缩机（5）的出口管道与冷凝器（4）的入口连接，冷凝器（4）的出口管道与四端口波转子增压器（3）的驱动流体入口（HP）连接，四端口波转子增压器（3）的降压蒸汽出口（LT）用管道与气液分离器（2）的入口连接；所述气液分离器（2）的液相出口管道与节流阀（1）入口连接，节流阀（1）出口连接蒸发器（7）的入口；所述真空泵（6）连接蒸发器（7）的出口管道；制冷工质在蒸发器（7）中定温、定压吸热实现制冷，变成饱和蒸汽后由四端口波转子增压器（3）的低压蒸汽入口（LP）进入四端口波转子增压器（3）；四端口波转子增压器（3）的增压蒸汽出口（MP）的气相与气液分离器（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：代玉强，赵顶，胡大鹏，朱彻，邹久朋，陶盛洋，刘航，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21