高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓氣體渦流膨脹的低溫制冷系統(tǒng)，提供一種利用渦流膨脹降壓的系統(tǒng)。渦流管包括渦流室、冷段和熱擴壓段，熱擴壓段的底板中心有使中心區(qū)冷氣體朝向冷段折返的中心擋板，高壓級壓縮機的出口與氣體冷卻器的入口連接，氣體冷卻器出口與高壓氣體進(jìn)口接管連接，冷段的冷氣體出口接管一路與收集飽和液體出口接管并聯(lián)后與蒸發(fā)器入口連接，另一路與換熱器低溫冷氣體入口接管連接，換熱器低溫冷氣體出口與蒸發(fā)器出口并聯(lián)后與低壓級壓縮機入口連接，低壓級壓縮機出口與換熱器高溫?zé)釟怏w出口并聯(lián)后與高壓級壓縮機入口連接，熱氣體出口接管與換熱器高溫?zé)釟怏w入口連接。本發(fā)明利用渦流膨脹降壓減少了系統(tǒng)的不可逆損失。
【專利說明】高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制冷【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的飛速發(fā)展，造成的環(huán)境污染和資源匱乏，引發(fā)當(dāng)今國際社會共同關(guān)注節(jié)能環(huán)保這一關(guān)乎可持續(xù)性發(fā)展的重要議題。自然工質(zhì)替代以及制冷系統(tǒng)的性能提高是制冷行業(yè)工作者亟待解決的問題。CO2具有良好的熱力特性，提高CO2制冷系統(tǒng)的性能以及開發(fā)新型CO2制冷循環(huán)系統(tǒng)引起研究者的關(guān)注。
[0003]現(xiàn)有的CO2制冷系統(tǒng)中CO2流體是跨臨界循環(huán)，節(jié)流降壓元件的節(jié)流過程損失較大，系統(tǒng)的性能系數(shù)較低。因此，如何減少CO2的節(jié)流損失，使節(jié)流過程接近等熵膨脹過程，提高循環(huán)系統(tǒng)的能效，節(jié)約能源，是亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，提供一種利用渦流膨脹降壓，以減少系統(tǒng)不可逆損失的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)，包括氣體冷卻器、換熱器、高壓級壓縮機、低壓級壓縮機、蒸發(fā)器和渦流管；所述渦流管包括渦流室、冷段和熱擴壓段，所述熱擴壓段包括與所述渦流室連通的擴壓本體，所述擴壓本體的內(nèi)壁上設(shè)置有飽和液體收集凹槽，所述飽和液體收集凹槽的底部連接有收集飽和液體出口接管；所述擴壓本體的出口處密封有底板，所述底板上連接有熱氣體出口接管，所述底板的中心位置安裝有使中心區(qū)冷氣體朝向冷段折返的中心擋板；所述渦流室上連接有高壓氣體進(jìn)口接管，所述冷段上連接有冷氣體出口接管；所述高壓級壓縮機的出口與所述氣體冷卻器的入口連接，所述氣體冷卻器的出口與所述渦流管的高壓氣體進(jìn)口接管連接，所述渦流管的冷段的冷氣體出口接管分成兩路，一路與所述渦流管的收集飽和液體出口接管并聯(lián)后與所述蒸發(fā)器的入口連接，另一路與所述換熱器的低溫冷氣體入口接管連接，所述換熱器的低溫冷氣體出口與所述蒸發(fā)器的出口并聯(lián)后與所述低壓級壓縮機的入口連接，所述低壓級壓縮機的出口與所述換熱器的高溫?zé)釟怏w出口并聯(lián)后與所述高壓級壓縮機的入口連接，所述渦流管的熱氣體出口接管與所述換熱器的高溫?zé)釟怏w入口連接。
[0007]所述中心擋板與擋板徑向面積調(diào)節(jié)機構(gòu)連接。
[0008]所述擋板徑向面積調(diào)節(jié)機構(gòu)包括密封安裝于所述底板上的絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)、底盤和多個伸縮套，多個所述伸縮套之間可伸縮連接，所述中心擋板固定安裝于首端的所述伸縮套中心，末端的所述伸縮套與所述底盤固定連接，所述絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)的絲杠穿過所述底盤和多個伸縮套與所述中心擋板固定連接，通過所述絲杠調(diào)節(jié)所述中心擋板的伸縮，通過所述中心擋板帶動所述多個伸縮套與所述中心擋板平齊，使得多個所述伸縮套的截面與所述中心擋板組合成不同徑向面積的端面，以實現(xiàn)冷熱氣體流量的調(diào)節(jié)。
[0009]所述絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)包括螺母、絲杠和連接件，所述連接件與所述底板固定連接，所述絲杠與所述連接件螺紋連接，所述絲杠下端與所述中心擋板固定連接，所述絲杠上端與所述螺母螺紋連接。
[0010]所述中心擋板與所述多個伸縮套成階梯型排列。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0012]1、本發(fā)明的高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)，采用具有擴壓作用的渦流管，利用超臨界區(qū)、氣體冷卻器出口的高壓氣體渦流膨脹降壓，能夠減少系統(tǒng)的不可逆損失，同時，分離出的液體蒸發(fā)沸騰吸熱，能夠同時充分利用冷氣體和熱氣體的能量，可以有效地改善系統(tǒng)的性能，保護環(huán)境、節(jié)約能源。
[0013]2、本發(fā)明的高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)采用渦流管代替常規(guī)節(jié)流降壓元件，使得節(jié)流過程接近等熵膨脹過程，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作穩(wěn)定。
[0014]3、本發(fā)明的制冷系統(tǒng)中采用具有擴壓作用的渦流管的擴壓段，使分離出的熱氣流擴壓至中間壓力，結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，結(jié)構(gòu)輕巧，成本低，易維護，使用壽命長。
[0015]4、本發(fā)明的制冷系統(tǒng)中，能夠通過徑向面積可調(diào)的中心擋板調(diào)節(jié)冷熱氣體的流量，提高循環(huán)系統(tǒng)的能效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1所示為本發(fā)明高壓氣體渦流膨脹的低溫制冷系統(tǒng)示意圖；
[0017]圖2所示為渦流管的接管示意圖；
[0018]圖3所示為熱擴壓段的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4所示為圖3的A-A剖視圖。
[0020]圖中:1.氣體冷卻器，2.換熱器，3.高壓級壓縮機，4.低壓級壓縮機，5.蒸發(fā)器，
6.渦流管，7.熱擴壓段，8.渦流室，9.冷段，10.高壓氣體進(jìn)口接管，11.熱氣體出口接管，12.收集飽和液體出口接管，13.冷氣體出口接管，14.連接件，15-1.中心擋板，15-2.第一伸縮套，15-3.第二伸縮套，15-4.第三伸縮套，16.螺母，17.絲杠，18.飽和液體收集凹槽，19.底板,20.底盤,21.擴壓本體。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明高壓氣體渦流膨脹的低溫制冷系統(tǒng)的示意圖如圖1-圖4所示，包括氣體冷卻器1、換熱器2、高壓級壓縮機3、低壓級壓縮機4、蒸發(fā)器5和渦流管6。本發(fā)明的渦流管是在現(xiàn)有技術(shù)上的改進(jìn)，將原來的熱段改進(jìn)為具有擴壓作用的熱擴壓段。具體為:所述渦流管6包括渦流室8、冷段9和熱擴壓段7，所述熱擴壓段7包括與所述渦流室8連通的擴壓本體21，所述擴壓本體21的內(nèi)壁上設(shè)置有飽和液體收集凹槽18，所述飽和液體收集凹槽18的底部連接有收集飽和液體出口接管12。所述擴壓本體21的出口處密封有底板19，所述底板19上連接有熱氣體出口接管11，所述底板19的中心位置安裝有使中心區(qū)冷氣體朝向冷段9折返的中心擋板15-1。所述渦流室8上連接有高壓氣體進(jìn)口接管10，所述冷段9上連接有冷氣體出口接管13 ;所述高壓級壓縮機3的出口與所述氣體冷卻器I的入口連接，所述氣體冷卻器I的出口與所述渦流管6的高壓氣體進(jìn)口接管10連接，所述渦流管6的冷段9的冷氣體出口接管13分成兩路，一路與所述渦流管6的收集飽和液體出口接管12并聯(lián)后與所述蒸發(fā)器5的入口連接，另一路與所述換熱器2的低溫冷氣體入口接管連接，所述換熱器2的低溫冷氣體出口與所述蒸發(fā)器5的出口并聯(lián)后與所述低壓級壓縮機4的入口連接，所述低壓級壓縮機4的出口與所述換熱器2的高溫?zé)釟怏w出口并聯(lián)后與所述高壓級壓縮機3的入口連接，所述渦流管的熱氣體出口接管11與所述換熱器2的高溫?zé)釟怏w入口連接。
[0023]為了便于冷熱氣體流量的調(diào)節(jié)，所述中心擋板15-1與擋板徑向面積調(diào)節(jié)機構(gòu)連接。擋板徑向面積調(diào)節(jié)機構(gòu)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的多種結(jié)構(gòu)形式。本實施例中，所述擋板徑向面積調(diào)節(jié)機構(gòu)包括密封安裝于所述底板19上的絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)、底盤20和多個伸縮套，多個所述伸縮套之間可伸縮連接。所述中心擋板15-1固定安裝于首端的所述伸縮套中心，末端的所述伸縮套與所述底盤固定連接，所述絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)的絲杠穿過所述底盤和多個伸縮套與所述中心擋板固定連接，通過所述絲杠調(diào)節(jié)所述中心擋板的伸縮，通過所述中心擋板帶動所述多個伸縮套與所述中心擋板平齊，使得多個所述伸縮套的截面與所述中心擋板組合成不同徑向面積的端面，以實現(xiàn)冷熱氣體流量的調(diào)節(jié)。以具有三個伸縮套的結(jié)構(gòu)為例，包括第一伸縮套15-2、第二伸縮套15-3和第三伸縮套15-4，中心擋板15_1焊接在第一伸縮套15-2的中心，第一伸縮套15-2、第二伸縮套15-3和第三伸縮套15_4可伸縮連接，組成類似伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)，第三伸縮套15-4與底板20焊接。所述中心擋板15-1與所述第一伸縮套15-2、第二伸縮套15-3和第三伸縮套15-4成階梯型排列。本實施例中的所述絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)包括螺母16、絲杠17和連接件14，所述連接件14與所述底板19固定連接，所述絲杠17與所述連接件14螺紋連接，所述絲杠17下端與所述中心擋板15-1固定連接，所述絲杠17上端與所述螺母16螺紋連接。其中，伸縮套的數(shù)量可以根據(jù)冷熱氣流的調(diào)節(jié)需要設(shè)定。當(dāng)向渦流室8方向旋入絲杠17時，絲杠17推著中心擋板15-1帶動第一伸縮套15-2、第二伸縮套15-3和第三伸縮套15-4先后深入熱擴壓段7，如圖3中所示，絲杠17旋入的距離達(dá)到最大，此時，中心擋板15-1的端面面積用于冷氣體的折返，冷氣體折返的流量小。當(dāng)反向渦流室8的方向旋動絲杠17時，絲杠17帶動中心擋板15-1、第一伸縮套15-2、第二伸縮套15-3和第三伸縮套15-4反向渦流室8的方向移動，第一伸縮套15_2、第二伸縮套15-3和第三伸縮套15-4的軸向高度縮短，當(dāng)中心擋板15-1與第一伸縮套15_2的表面平齊時，中心擋板15-1和第一伸縮套15-2的端面面積之和用于冷氣體的折返，當(dāng)中心擋板15-1與第一伸縮套15-2、第二伸縮套15-3的表面平齊時，中心擋板15_1、第一伸縮套15-2和第二伸縮套15-3的端面面積之和用于冷氣體的折返，以此類推，用于折返冷氣體的面積逐漸增大，冷氣體折返的流量增大。
[0024]以二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)為例，系統(tǒng)運行時，氣體冷卻器I出來的高溫高壓CO2制冷劑氣體流經(jīng)渦流室8內(nèi)沿切向分布的噴嘴，膨脹降壓為氣液兩相流體，在渦流室8內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)流動，流向熱擴壓段7，在離心力作用下，密度大的飽和液體緊貼擴壓本體21內(nèi)壁表面流動，分離出的飽和液體經(jīng)飽和液體收集凹槽18收集后由底部收集飽和液體出口接管12排出，熱擴壓段7出口處的中心擋板或者中心擋板與多個伸縮套端面組合后的面積將處于中心區(qū)的冷氣體改變方向，朝向渦流管的冷段9流動，并由冷氣體出口管13流出后分成兩路，熱氣體經(jīng)過帶有擴壓作用的渦流管的熱擴壓段7擴壓至中間壓力后進(jìn)入換熱器2被一路冷氣體冷卻降溫放出熱量，收集飽和液體出口接管12排出的飽和液體和另一路飽和冷氣體混合后進(jìn)入蒸發(fā)器5，吸收需要降溫的冷間的熱量，蒸發(fā)沸騰后的氣體與流經(jīng)換熱器2吸熱升溫的冷氣體混合后被吸入低壓級壓縮機4，壓縮至中間壓力后排出的過熱氣體與從換熱器2出來的冷卻降溫的中間壓力的熱氣體混合后，進(jìn)入高壓級壓縮機3，經(jīng)過高壓級壓縮機壓縮后排氣進(jìn)入氣體冷卻器I被冷卻。
[0025]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，包括氣體冷卻器(I)、換熱器(2)、高壓級壓縮機(3)、低壓級壓縮機(4)、蒸發(fā)器(5)和渦流管(6);所述渦流管(6)包括渦流室(8)、冷段(9)和熱擴壓段(7)，所述熱擴壓段(7)包括與所述渦流室(8)連通的擴壓本體(21)，所述擴壓本體(21)的內(nèi)壁上設(shè)置有飽和液體收集凹槽(18)，所述飽和液體收集凹槽(18)的底部連接有收集飽和液體出口接管(12);所述擴壓本體(21)的出口處密封有底板(19)，所述底板(19)上連接有熱氣體出口接管(11)，所述底板(19)的中心位置安裝有使中心區(qū)冷氣體朝向冷段(9)折返的中心擋板(15-1);所述渦流室(8)上連接有高壓氣體進(jìn)口接管(10)，所述冷段(9)上連接有冷氣體出口接管(13);所述高壓級壓縮機⑶的出口與所述氣體冷卻器⑴的入口連接，所述氣體冷卻器⑴的出口與所述渦流管出)的高壓氣體進(jìn)口接管(10)連接，所述渦流管(6)的冷段(9)的冷氣體出口接管(13)分成兩路，一路與所述渦流管(6)的收集飽和液體出口接管(12)并聯(lián)后與所述蒸發(fā)器(5)的入口連接，另一路與所述換熱器(2)的低溫冷氣體入口接管連接，所述換熱器(2)的低溫冷氣體出口與所述蒸發(fā)器(5)的出口并聯(lián)后與所述低壓級壓縮機(4)的入口連接，所述低壓級壓縮機(4)的出口與所述換熱器(2)的高溫?zé)釟怏w出口并聯(lián)后與所述高壓級壓縮機(3)的入口連接，所述渦流管的熱氣體出口接管(11)與所述換熱器(2)的高溫?zé)釟怏w入口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述中心擋板(15-1)與擋板徑向面積調(diào)節(jié)機構(gòu)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述擋板徑向面積調(diào)節(jié)機構(gòu)包括密封安裝于所述底板(19)上的絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)、底盤(20)和多個伸縮套，多個所述伸縮套之間可伸`縮連接，所述中心擋板(15-1)固定安裝于首端的所述伸縮套中心，末端的所述伸縮套與所述底盤(20)固定連接，所述絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)的絲杠(17)穿過所述底盤(20)和多個伸縮套與所述中心擋板(15-1)固定連接，通過所述絲杠(17)調(diào)節(jié)所述中心擋板(15-1)的伸縮，通過所述中心擋板(15-1)帶動所述多個伸縮套與所述中心擋板(15-1)平齊，使得多個所述伸縮套的截面與所述中心擋板組合成不同徑向面積的端面，以實現(xiàn)冷熱氣體流量的調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述絲杠伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)包括螺母(16)、所述絲杠(17)和連接件(14)，所述連接件(14)與所述底板(19)固定連接，所述絲杠(17)與所述連接件(14)螺紋連接，所述絲杠(17)下端與所述中心擋板(15-1)固定連接，所述絲杠(17)上端與所述螺母(16)螺紋連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓氣體渦流膨脹的二氧化碳低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述中心擋板(15-1)與所述多個伸縮套成階梯型排列。
【文檔編號】F25B9/04GK103727697SQ201410037907
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】寧靜紅, 劉圣春, 郭憲民, 葉慶銀 申請人:天津商業(yè)大學(xué)