一种蒸气增压喷射制冷系统发生温度设定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种蒸气增压喷射制冷系统发生温度设定方法。该方法基于蒸气增压喷射制冷系统的设计制冷系数计算，以使得系统设计COP最优。在冷却子过程中，储液罐中被冷却的高温高压蒸气的温度和质量随设定发生温度的升高而增大，导致蒸气增压喷射制冷系统被浪费的热能增加，从而使得系统设计COP随设定发生温度的升高先增加后减小，存在最大值。最大的系统设计COP对应的设定发生温度定义为最佳设定发生温度。当最佳设定发生温度在热源允许的温度范围内，发生温度应设定在最佳设定发生温度；当最佳设定发生温度低于热源允许的温度，发生温度应设定在热源允许的最低温度；当最佳设定发生温度高于热源允许的温度，发生温度应设定在热源允许的最高温度。

Method for generating temperature of steam pressurized injection refrigeration system

The invention discloses a method for generating a temperature of a steam pressurized injection refrigeration system. The method is based on the design of a turbocharged injection refrigeration system, and the coefficient of refrigeration is calculated in order to make the system design COP optimal. In the sub cooling process, the temperature and quality of high temperature and high pressure vapor is cooled in the reservoir increases with the increase of temperature setting, cause the vapor pressurized ejector refrigeration system is a waste of heat increases, which makes the system design of COP with set increased temperature increased first and then decreased, the maximum value of existence. The maximum system design COP corresponds to the set temperature that defines the optimum setting temperature. When the best set temperature in the temperature range of heat within the allowable temperature should be set at an optimum temperature setting; when the best set temperature is lower than the allowable temperature heat source, temperature should be set at the lowest temperature heat source is allowed; when the best set of high temperature heat source to allow the temperature, temperature should be set at the highest temperature allow the heat.

【技术实现步骤摘要】
一种蒸气增压喷射制冷系统发生温度设定方法
本专利技术属于制冷
，尤其是涉及一种蒸气增压喷射制冷系统的设计时发生温度的设定。
技术介绍
制冷能耗约占全球总能耗的15％。降低制冷能耗可有效缓解日益严峻的能源与环境问题。传统的喷射制冷系统(图1)，由发生器1、蒸发器2、冷凝器3、喷射器4、液体泵5、节流阀6等组成。喷射器是喷射制冷系统的核心部件，用于取代传统机械压缩制冷系统中的压缩机。在喷射器中，来自发生器的高温高压的工作流体加压来自蒸发器的低温低压的引射流体，得到中等温度、中等压力的混合流体、以用于生产冷量。高温高压的工作流体通过往发生器中输入热能产生。因此，喷射制冷系统中发生器的热能输入代替了传统机械压缩制冷系统中压缩机的电能输入，实现减少电耗75％以上。相对于传统的喷射制冷系统，蒸气增压喷射制冷系统是一种新型的喷射制冷系统，可进一步减少电耗。图2所示的蒸气增压喷射制冷系统是由喷射器13、蒸发器14、节流元件15、冷凝器16、储液罐17、冷却水套管18和发生器19，以及若干管、阀构成的。其中，蒸发器14和储液罐17及相应的连接管路和切换阀组成多功能发生器子系统，用于接收来自冷凝器的冷凝液、并提供高温高压蒸气。喷射器13，冷凝器16，节流元件15和蒸发器14及相应的连接管路组成制冷子系统，由多功能发生器子系统提供的高温高压蒸气驱动，用于产生冷量。相对传统喷射制冷系统，蒸气增压喷射制冷系统移除了液体泵5。液体泵5是传统喷射制冷系统中用于压缩来自冷凝器的冷凝液并将其运送至发生器。蒸气增压喷射制冷系统利用发生器产生的高温高压蒸气通过热平衡加压存储于储液罐里的液态制冷剂，并在高温高压蒸气的推动下及借助重力将其输送回发生器。液体泵5是传统喷射制冷系统中唯一的电耗和运动部件，移除了液体泵5的蒸气增压喷射制冷系统因此可以完全由热能驱动而不消耗电能，并且可降低维护频率和延长使用寿命。蒸气增压喷射制冷系统的工作原理如下：蒸气增压喷射制冷系统的一个工作周期分为制冷阶段和增压阶段，通过开关切换阀进行调控，如表1。在系统启动前，所有切换阀都处于关闭状态。在制冷阶段，开启切换阀7、切换阀8和切换阀12。热能输入发生器19，发生器19中产生高温高压蒸气。高温高压蒸气作为工作流体通过切换阀7进入喷射器13，将从蒸发器14出来的低温低压流体引射进喷射器13，并在喷射器13出口得到中温中压的混合流体。混合流体进入冷凝器16进行放热冷凝后得到液态制冷剂。一部分液态制冷剂经节流元件15节流降压后在蒸发器14中蒸发产生冷量，另一部分液态制冷剂暂存于储液罐17。冷凝器16应布置成略垂直高于储液罐17(如0.63m)；借助重力作用，冷凝器16中的冷凝液可顺利地进入储液罐17。待储液罐17中气态制冷剂和液态制冷剂的体积比达到最佳初始增压比，通过关闭切换阀7和切换阀8结束制冷阶段。增压阶段包含三个子过程，即加压，回液和冷却。开启切换阀10，开始加压子过程。高温高压蒸气从发生器19进入储液罐17，将储液罐17中的制冷剂升温升压，直至储液罐17的温度和压力与发生器19的相同。开启切换阀11，开始回液子过程。在来自发生器19的高温高压蒸气的推动下，储液罐17中的高温高压液体进入发生器19，直至储液罐17中无液体残余。储液罐17可布置成略垂直高于发生器19(如0.52m)；借助重力作用，储液罐17中的高温高压液体可更顺利地进入发生器19。关闭切换阀10、11和12，并开启切换阀9，开始冷却子过程。冷却水流经冷却水套管18，带走储液罐17的热能，降低储液罐17的压力和温度；直至储液罐17的压力/温度降至满足冷凝器16冷凝液的进入要求，即储液罐17的压力/温度略低于或等于冷凝器16的压力/温度。关闭切换阀9，蒸气增压喷射制冷系统的一个工作周期完成。表1.蒸气增压喷射制冷系统一个工作周期内切换阀的调控注:标记“√”和“×”分别表示切换阀状态“开”和“关”。喷射制冷系统的设计COP由喷射器进出口的流体在设计工况的状态决定,即由设定发生温度、设定蒸发温度和设定冷凝温度决定。如Khalil等人提出的传统喷射制冷系统设计的简化方法(A.Khalil,M.Fatouh,E.Elgendy.EjectordesignandtheoreticalstudyofR134aejectorrefrigerationcycle.InternationalJournalofrefrigeration,34(7)(2011),pp.1684-1698)。设定发生温度、设定蒸发温度和设定冷凝温度分别根据热源、制冷目的和冷源确定。通常，热源、制冷目的和冷源允许一段温度范围而不是一个温度点。例如，现有技术中，在设定发生温度70℃到95℃、设定蒸发温度5℃到15℃和设定冷凝温度25℃到35℃下，研究采用环境友好型制冷剂的喷射制冷系统的设计性能。对于传统喷射制冷系统，在热源、制冷目的和冷源允许的温度范围内，设定发生温度越高、设定蒸发温度越高、及设定冷凝温度越低，系统设计COP越大。而对于蒸气增压喷射制冷系统，由于其存在一定的热能浪费问题(冷却子过程中，高温高压蒸气在储液罐17中被冷却导致热能浪费)，按传统设定发生温度的选择规则，可能导致极小的系统设计COP。现实应用中，热源允许的温度较宽，如各种太阳能集热器和各种工业废热等；即蒸气增压喷射制冷系统可在较宽的温度范围内选择设定发生温度。现有技术中，还没有一种方案能够指导在较宽的温度范围内精确地选择设定发生温度，以确保蒸气增压喷射制冷系统的设计COP最优。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决热源的温度范围较宽时，蒸气增压喷射制冷系统设计时发生温度的设定问题，以使得系统设计制冷系数(即系统设计COP)最优。本专利技术提供一种用于蒸气增压喷射制冷系统设计的发生温度设定方法，根据本方法确定的设定发生温度可以实现蒸气增压喷射制冷系统最优的设计COP。为实现本专利技术目的而采用的技术方案如下。一种蒸气增压喷射制冷系统发生温度设定方法，所述蒸气增压喷射制冷系统至少包括一套多功能发生器子系统和一套制冷子系统；多功能发生器子系统包括用于气化液态制冷剂的发生器、以及与发生器闭环相连用于中转回收液态制冷剂的储液罐；制冷子系统包括依次闭环连接的喷射器、冷凝器、节流元件和蒸发器；多功能发生器子系统和制冷子系统通过以下方式连接：发生器高温高压蒸气出口与喷射器工作流体入口相连，储液罐冷凝液入口与冷凝器冷凝液出口相连；所述蒸气增压喷射制冷系统运行包括循环轮流进行的制冷阶段和增压阶段；增压阶段包括依次进行的加压，回液和冷却三个子过程；其特征在于，根据蒸气增压喷射制冷系统最大的设计COP，确定设定发生温度；系统设计COP为设计工况下系统输出的冷量与输入的热能的比值，根据如下公式计算：式中，COP为蒸气增压喷射制冷系统设计制冷系数(单位：无量纲)；h11为设定冷凝温度下饱和液态制冷剂的比焓(单位：kJ/kg)；h12为设定冷凝温度下饱和气态制冷剂的比焓(单位：kJ/kg)；v11为设定冷凝温度下饱和液态制冷剂的比体积(单位：m3/kg)；v12为设定冷凝温度下饱和气态制冷剂的比体积(单位：m3/kg)；h21为设定发生温度下饱和液态制冷剂的比焓(单位：kJ/kg)；h22为设定发生温度下饱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸气增压喷射制冷系统发生温度设定方法，所述蒸气增压喷射制冷系统至少包括所述一套多功能发生器子系统和一套制冷子系统；多功能发生器子系统包括用于气化液态制冷剂的发生器、以及与发生器闭环相连用于中转回收液态制冷剂的储液罐；制冷子系统包括依次闭环连接的喷射器、冷凝器、节流元件和蒸发器；多功能发生器子系统和制冷子系统通过以下方式连接：发生器高温高压蒸气出口与喷射器工作流体入口相连，储液罐冷凝液入口与冷凝器冷凝液出口相连；所述蒸气增压喷射制冷系统运行包括循环轮流进行的制冷阶段和增压阶段；增压阶段包括依次进行的加压，回液和冷却三个子过程；其特征在于，根据蒸气增压喷射制冷系统最大的设计制冷系数(COP)，确定设定发生温度。系统设计COP根据如下公式计算：

【技术特征摘要】
1.一种蒸气增压喷射制冷系统发生温度设定方法，所述蒸气增压喷射制冷系统至少包括所述一套多功能发生器子系统和一套制冷子系统；多功能发生器子系统包括用于气化液态制冷剂的发生器、以及与发生器闭环相连用于中转回收液态制冷剂的储液罐；制冷子系统包括依次闭环连接的喷射器、冷凝器、节流元件和蒸发器；多功能发生器子系统和制冷子系统通过以下方式连接：发生器高温高压蒸气出口与喷射器工作流体入口相连，储液罐冷凝液入口与冷凝器冷凝液出口相连；所述蒸气增压喷射制冷系统运行包括循环轮流进行的制冷阶段和增压阶段；增压阶段包括依次进行的加压，回液和冷却三个子过程；其特征在于，根据蒸气增压喷射制冷系统最大的设计制冷系数(COP)，确定设定发生温度。系统设计COP根据如下公式计算：式中，COP为蒸气增压喷射制冷系统设计制冷系数，定义为设计工况下系统输出的冷量与输入的热能的比值(单位：无量纲)；h11为设定冷凝温度下饱和液态制冷剂的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜，程勇，方赵嵩，李博铮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50