【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于制冷技术应用领域，特别涉及一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统。
技术介绍
1、在传统制冷应用中，通过单级蒸汽压缩所能实现的最低有效制冷温度通常在-40℃(233k)以上。若要实现更低的制冷温度，例如低温冷库、气体液化等场合，冷媒需要达到更低的蒸发压力，且低温段冷媒在工作时容易冷凝压力过高，易导致制冷系统中压缩机的压比过高、负载过大，难以正常工作。通过复叠式制冷方案，可以将深冷制冷目标温度通过多级制冷循环级联分解，利用高温一级循环的蒸发器为低温一级循环提供冷凝过程所需冷量，从而实现蒸发温度逐级降低，从而达到深冷目标温度。
2、限制制冷系统工作性能的主要因素，一方面在于如何进一步降低制冷温度，传统制冷通常采用节流膨胀阀、毛细管等设备进行等焓节流膨胀降压，降低冷媒温度，但蒸发温度越低时节流设备需减小开度或增加节流长度，冷媒流量受到限制，同时增加了能量损失。另一方面，压缩机功耗是决定制冷效率的重要因素，蒸发温度降低时易导致压缩机吸气压力过低、压比过高，从而增大压缩功耗、影响系统工作效率。因此为提升深冷温段制冷效果，需要对上述问题进行改进。喷管是一种可以实现流体增速降压的特殊部件，通过管径的渐缩或缩放实现流动加速、压力能转化为动能，在保证流量的同时实现冷媒的降压膨胀和显著降温；与之对应的，扩压管通过管径的渐扩或缩放实现流动减速、动能转化为压力能，实现冷媒的降速增压。将喷管和扩压管辅助使用于制冷循环中，可以在降低冷媒制冷温度的同时优化压缩机的能耗性能，从而提升制冷系统的工作效果。
1、本专利技术的目的在于提供一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，实现了多级级联制冷循环解决了现有技术中深冷温段制冷困难的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，包括多级级联制冷循环，每一级制冷循环由单向循环结构组成，包括高温段、中温段、低温段三级循环，其中高温段与中温段、中温段与低温段循环之间通过蒸发冷凝换热器实现级联，每一级的单向循环结构分别使用不同工作温段的冷媒。
4、进一步地，所述高温段循环结构包括高温压缩机、冷凝器、高温储液罐、过滤干燥器一、冷媒流量计一、高温节流膨胀阀、高温蒸发冷凝换热器、气液分离器一，中温段循环结构包括中温压缩机、高温蒸发冷凝换热器、中温储液罐、过滤干燥器二、冷媒流量计二、中温节流膨胀阀、中温蒸发冷凝换热器、中温膨胀容器、气液分离器二。
5、所述高温段循环中，高温压缩机出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口与高温储液罐入口相连，高温储液罐出口与过滤干燥器一入口相连，过滤干燥器一出口与冷媒流量计一入口相连，冷媒流量计一出口与高温节流膨胀阀入口相连，高温节流膨胀阀出口与高温蒸发冷凝换热器冷侧入口相连，高温蒸发冷凝换热器冷侧出口与气液分离器一入口相连，气液分离器一出口与高温压缩机入口相连。
6、所述中温段循环中，中温压缩机出口与高温蒸发冷凝换热器冷侧入口相连，高温蒸发冷凝换热器冷侧出口与中温储液罐入口相连，中温储液罐出口与过滤干燥器二入口相连，过滤干燥器二出口与冷媒流量计二入口相连，冷媒流量计二出口与中温节流膨胀阀入口相连，中温节流膨胀阀出口与中温蒸发冷凝换热器冷侧入口相连，中温蒸发冷凝换热器冷侧出口与中温膨胀容器入口相连，中温膨胀容器出口与气液分离器二入口相连，气液分离器二出口与中温压缩机入口相连。
7、进一步地，所述低温段循环结构包括低温压缩机、中温蒸发冷凝换热器、低温储液罐、过滤干燥器三、冷媒流量计三、回热换热器、喷管、低温节流膨胀阀一、低温蒸发器一、低温节流膨胀阀二、低温蒸发器二、喷射器、扩压管、低温膨胀容器、气液分离器三。
8、低温段循环中，低温压缩机出口与中温蒸发冷凝换热器热侧入口相连，中温蒸发冷凝换热器热侧出口与低温储液罐入口相连，低温储液罐出口与过滤干燥器三入口相连，过滤干燥器三出口与冷媒流量计三入口相连，冷媒流量计三出口与回热换热器热侧入口相连，回热换热器热侧出口与喷管入口相连，喷管出口与低温节流膨胀阀一入口相连，低温节流膨胀阀一出口分别与低温蒸发器一冷侧入口和低温节流膨胀阀二入口相连，低温蒸发器一冷侧出口与喷射器高压入口相连，低温节流膨胀阀二出口与低温蒸发器二冷侧入口相连，低温蒸发器二冷侧出口与喷射器低压入口相连，喷射器出口与回热换热器冷侧入口相连，回热换热器冷侧出口与扩压管入口相连，扩压管出口与低温膨胀容器入口相连，低温膨胀容器出口与气液分离器三入口相连，气液分离器三出口与低温压缩机入口相连。
9、进一步地，所述制冷系统包括空气流路模块，用于将需要降温的空气与多级级联制冷循环低温段循环的两级蒸发器进行逐级换热冷却。
10、空气流路模块包括空气压缩机、空气过滤干燥器、空气流量计、低温蒸发器一和二。空气由空气压缩机入口输入，空气压缩机出口与空气过滤干燥器入口相连，空气过滤干燥器出口与空气流量计入口相连，空气流量计出口与低温蒸发器一热侧入口相连，低温蒸发器一热侧出口与低温蒸发器二热侧入口相连，低温蒸发器二热侧出口与后续工序的设备相连。
11、进一步地，所述蒸发器、冷凝器和回热器可选用套管式换热器、板翅式换热器等类型中的一种或多种。
12、进一步地，所述单向循环结构包括用于防止低温冷媒在停机之后剧烈膨胀造成管路内压力超限缓冲罐的缓冲罐。
13、进一步地，所述冷媒可采用r22/r23/r14的三级冷媒组合，冷媒种类可根据实际需求进行选择和调整。
14、有益效果：
15、1、本专利技术提出了一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统设计方案，可以实现高效、稳定、安全的深冷温段空气制冷，满足低温工程的需求；
16、2、本专利技术采用了三级制冷循环级联，利用不同制冷温段的冷媒实现不同制冷温度的制冷效果，提高了制冷系统的适应性和灵活性；
17、3、本专利技术在第三级制冷循环中采用了两步节流膨胀和两级蒸发制冷，进一步降低了制冷温度，增加了制冷量，提高了制冷效果；
18、4、本专利技术利用喷射器回收高压一级冷媒的动能、抽吸混合低压级的冷媒，实现了增焓增效，降低了压缩机的功耗，提高了制冷能效；
19、5、本专利技术利用回热器耦合实现冷量回收和冷凝器后的有效过冷，减少了冷媒的损耗，提高了制冷效率；
20、6、本专利技术利用喷管对冷媒进行预膨胀，可以在不影响冷媒流量的同时显著降低制冷温度、增加制冷量；
21、7、本专利技术利用扩压管对冷媒进行降速增压，可以回收冷媒动能、提高压缩机进气压力，降低压缩机功耗，提升制冷能效；
22、8、本专利技术采用了缓冲罐、气液分离器等安全装置，保证了制冷系统在停机后不会因为低温冷媒的剧烈膨胀造成管路内压力超限，保证了制冷系统的安全性。
23、当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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1.一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，包括多级级联制冷循环，每一级制冷循环由单向循环结构组成，包括高温段、中温段、低温段三级循环，其中高温段与中温段、中温段与低温段循环之间通过蒸发冷凝换热器实现级联，每一级的单向循环结构分别使用不同工作温段的冷媒。
2.根据权利要求1所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述系统中的低温段单向循环结构中采用喷管、扩压管结合引射器的方案进行分级制冷。
3.根据权利要求1所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述三级级联制冷循环分别使用高温段、中温段和低温段的三种冷媒。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述高温段循环结构包括高温压缩机、冷凝器、高温储液罐、过滤干燥器一、冷媒流量计一、高温节流膨胀阀、高温蒸发冷凝换热器、气液分离器一，中温段循环结构包括中温压缩机、高温蒸发冷凝换热器、中温储液罐、过滤干燥器二、冷媒流量计二、中温节流膨胀阀、中温蒸发冷凝换热器、中温膨胀容器、气液分离器二。
5.根
6.根据权利要求1所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括空气流路模块，空气流路模块用于将需要降温的空气与多级级联制冷循环低温段循环的两级蒸发器进行逐级换热冷却。
7.根据权利要求1所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述蒸发器、冷凝器和回热器可选用套管式换热器、板翅式换热器等类型中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述单向循环结构包括用于防止低温冷媒在停机之后剧烈膨胀造成管路内压力超限缓冲罐的缓冲罐。
9.根据权利要求1、3所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述冷媒可采用R22/R23/R14的三级冷媒组合，且冷媒种类可根据实际需求进行选择和调整。
...【技术特征摘要】
1.一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，包括多级级联制冷循环，每一级制冷循环由单向循环结构组成，包括高温段、中温段、低温段三级循环，其中高温段与中温段、中温段与低温段循环之间通过蒸发冷凝换热器实现级联，每一级的单向循环结构分别使用不同工作温段的冷媒。
2.根据权利要求1所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述系统中的低温段单向循环结构中采用喷管、扩压管结合引射器的方案进行分级制冷。
3.根据权利要求1所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述三级级联制冷循环分别使用高温段、中温段和低温段的三种冷媒。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于喷管和扩压管的复叠式空气制冷系统，其特征在于，所述高温段循环结构包括高温压缩机、冷凝器、高温储液罐、过滤干燥器一、冷媒流量计一、高温节流膨胀阀、高温蒸发冷凝换热器、气液分离器一，中温段循环结构包括中温压缩机、高温蒸发冷凝换热器、中温储液罐、过滤干燥器二、冷媒流量计二、中温节流膨胀阀、中温蒸发冷凝换热器、中温膨胀容器、气液分离器二。
5.根据权利要求1和2所述的一种基...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡茂林，李吉冬，许未晴，苟仲武，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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