本发明专利技术公开一种基于涡流管和喷射器的气体分级冷却液化系统，由至少两级制冷循环组成，每级制冷循环包括压缩机、冷凝器、回热换热器、膨胀阀、三通控制阀、视液器、多级蒸发器和喷射器等。每级循环中压缩机出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口通过回热换热器与喷射器输出换热，通过第一级膨胀阀，经过三通控制阀后一股通过高温一级蒸发器后进入喷射器的高压入口，构成第一级分循环；另一股经过第二级膨胀阀、视液器后通过低温一级蒸发器，之后回到喷射器的低压入口，构成第二级分循环；两级循环在喷射器中混合，喷射器出口通过回热换热器后回到压缩机。之后气体输入涡流管进行冷热分离，冷端输出温度降至沸点以下，气液分离后可得到液态气体。得到液态气体。得到液态气体。
【技术实现步骤摘要】
一种基于涡流管和喷射器的气体分级冷却液化系统
[0001]本专利技术涉及新型储能和制冷技术应用领域，更具体地说，涉及一种基于涡流管和喷射器的气体分级冷却液化系统。
技术介绍
[0002]在工业生产和应用中，气体液化是一项重要的研究内容。气态物质由于密度小、运输效率低，一般需要施加高压后进行密封储存运输，对储罐的耐压、密封性要求很高，增加了额外的使用成本。相比而言，将气体进行液化后储存可以极大地减小所占的体积，显著提高运输效率和经济收益，可以在较低压力下储存，降低对储存容器耐压值的要求。另外气体在液化后处于深冷低温状态，可以储存和携带显著的冷量，在制冷、储能、发电等领域具有广阔的应用前景。
[0003]传统的制冷循环的基本流程包括压缩、冷凝、节流、蒸发等，一般的空调制冷往往只需要单级循环即可，在需要构建深冷环境、对气体进行液化时，通过单级制冷循环往往达不到所需的低温程度，一种思路是通过分级制冷，对被冷却物质使用多个制冷循环进行分级降温，在降低冷却难度的同时可以进一步提升制冷效率。传统的气体液化流程中常用到节流阀对气体进行等焓膨胀降温，该节流过程中能量损失较大，大型气体液化系统中常用膨胀机辅助，其制冷效率更高，更适用于大规模集中式储能，但设备体积庞大、结构复杂，对推广应用产生了限制。尤其是对于分布式储能的中、小规模液化工作需求，需要考虑如何提升制冷工作效果，改进能效特性，采用小型、高效的设备来降低能量损失，实现高效的气体液化生产。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于涡流管和喷射器的气体分级冷却液化系统，目的是适应中小规模分布式液化储能的需求，其具体技术方案如下：
[0005]一种基于涡流管和喷射器的气体分级冷却液化系统，系统由至少两级制冷循环组成，循环的工质为制冷剂，逐温段对输入的气体进行冷却，每个制冷循环中再通过两级膨胀阀与喷射器组合实现两级分循环制冷；其中，
[0006]第一级制冷循环包括压缩机一、冷凝器一、回热换热器一、膨胀阀一、三通控制阀一、膨胀阀二、视液器一、蒸发器一、蒸发器二、喷射器一，分别构成第一级分循环和第二级分循环；膨胀阀一、膨胀阀二分别为第一级制冷循环中的第一级膨胀阀和第二级膨胀阀；蒸发器一、蒸发器二分别为第一级制冷循环中的高温档和低温档；
[0007]第一级分循环由压缩机一、冷凝器一、回热换热器一、膨胀阀一、三通控制阀一、蒸发器一和喷射器一依次相连构成，压缩机一的出口与冷凝器一的入口相连，冷凝器一的出口与回热换热器一的热端入口相连，回热换热器一的冷端入口与喷射器一的中压出口相连，冷端和热端工质在回热换热器一内换热，回热换热器一的热端出口与膨胀阀一的入口相连，回热换热器一的冷端出口与压缩机一的入口相连，膨胀阀一的出口与三通控制阀一
的入口相连，三通控制阀一的一侧出口与蒸发器一的冷端入口相连，蒸发器一的冷端出口与喷射器一的高压入口相连；
[0008]第二级分循环由三通控制阀一、膨胀阀二、视液器一、蒸发器二和喷射器一构成，三通控制阀一的另一侧出口与膨胀阀二的入口相连，膨胀阀二的出口与视液器一入口相连，视液器一的出口与蒸发器二的冷端入口相连，蒸发器二的冷端出口与喷射器二的低压入口相连；
[0009]第二级制冷循环包括蒸发器一、压缩机二、冷凝器二、回热换热器二、膨胀阀三、三通控制阀二、膨胀阀四、视液器二、蒸发器三、蒸发器四、喷射器二，分别构成第三级分循环和第四级分循环；膨胀阀三、膨胀阀四分别为第二级制冷循环中的第一级膨胀阀和第二级膨胀阀；蒸发器三、蒸发器四分别为第二级制冷循环中的高温档和低温档；
[0010]第三级分循环由压缩机二、冷凝器二、回热换热器二、蒸发器一、膨胀阀三、三通控制阀二、蒸发器三、喷射器二依次相连构成，压缩机二的出口与冷凝器二的入口相连，冷凝器二出口与回热换热器二的热端入口相连，回热换热器二的冷端入口与喷射器二的中压出口相连，冷端和热端工质在回热换热器二内换热，回热换热器二的热端出口随后进入蒸发器一的另一热端入口，由第一个制冷循环的第一级分循环进行预冷，输出后与膨胀阀三的入口相连，膨胀阀三的出口与三通控制阀二的入口相连，三通控制阀二的一侧出口与蒸发器三的热端入口相连，蒸发器三的热端出口与喷射器二的高压入口相连；
[0011]第四级分循环由三通控制阀二、膨胀阀四、视液器二、蒸发器四、喷射器二构成，三通控制阀二的另一侧出口与膨胀阀四的入口相连，膨胀阀四的出口与视液器二的入口相连，视液器二的出口与蒸发器四的热端入口相连，蒸发器四的热端出口与喷射器二的低压入口相连；
[0012]当系统由多级制冷循环组成时，可在第一级制冷循环、第二级制冷循环的基础上增加制冷循环级数，增加的奇数级制冷循环的结构与第一级制冷循环的结构相同，增加的偶数级制冷循环的结构与第二级制冷循环的结构相同。
[0013]本专利技术中，每级制冷循环的第一级分循环组成包括压缩机、冷凝器、回热换热器、第一级膨胀阀、三通控制阀、高温一档蒸发器、喷射器。压缩机出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口通过回热换热器与喷射器输出进行换热，而后通过第一级膨胀阀，之后通过三通控制阀分为两股，其中一股制冷机通过高温一档蒸发器冷却气体后进入喷射器的高压入口，引射低压入口的制冷剂后混合，经过回热换热器回收冷量后回到压缩机。
[0014]第二级分循环组成包括三通控制阀、第二级膨胀阀、视液器、低温一档蒸发器、喷射器。三通控制阀的另一股输出经过第二级膨胀阀、视液器后通过低温一档蒸发器，之后回到喷射器的低压引射入口，由高压入口输入的制冷剂进行引射混合。利用喷射器的引射作用，回收减压过程中的压力能驱动第二级制冷循环，实现空气的两级冷却。
[0015]优选地，系统中的喷射器均具有一个高压入口、一个低压入口和一个中压出口共三个接口，高压入口进入的流体将低压入口处的流体引射后混合，一同从中压出口流出。
[0016]优选地，各级制冷循环实现的制冷温度均由选用的制冷剂类型和对应分循环膨胀阀开度进行控制。
[0017]优选地，气体经过至少两级循环冷却后输入涡流管中进行冷热分离，利用涡流管的能量分离效应实现冷端输出温度进一步降低并达到沸点以下，由涡流管冷端输出气液混
合流体；涡流管热端输出的温度较低的气体，回流至前级输入端汇合或用于其他制冷场合。
[0018]优选地，气液混合流体通过气液分离器进行分离，液态气体产物通过杜瓦瓶进行收集储存。
[0019]优选地，气液混合流体通过气液分离器进行分离，得到的深冷气体用于对之前输入的待冷却气体进行辅助换热冷却或回流汇入前级气体输入端，实现冷量回收。
[0020]优选地，系统中制冷循环的级数根据需液化气体的沸点增加，以前两级为基础，结合实际制冷温段合理增设预冷环节。
[0021]相比于传统的制冷系统，本专利技术使用喷射器和膨胀阀结合实现不同温区的制冷，利用喷射器对不同分级循环中制冷剂的压力能进行回收，降低了压缩功耗，气体经过多级冷却后通过涡流管进行冷热分离，冷端输出温度进一步降低，实现气体的最终液化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于涡流管和喷射器的气体分级冷却液化系统，其特征在于，系统由至少两级制冷循环组成，循环的工质为制冷剂，逐温段对输入的气体进行冷却，每个制冷循环中再通过两级膨胀阀与喷射器组合实现两级分循环制冷；其中，第一级制冷循环包括压缩机一(1)、冷凝器一(2)、回热换热器一(3)、膨胀阀一(4)、三通控制阀一(5)、膨胀阀二(6)、视液器一(7)、蒸发器一(8)、蒸发器二(9)、喷射器一(10)，分别构成第一级分循环和第二级分循环；膨胀阀一(4)、膨胀阀二(6)分别为第一级制冷循环中的第一级膨胀阀和第二级膨胀阀；蒸发器一(8)、蒸发器二(9)分别为第一级制冷循环中的高温档和低温档；第一级分循环由压缩机一(1)、冷凝器一(2)、回热换热器一(3)、膨胀阀一(4)、三通控制阀一(5)、蒸发器一(8)和喷射器一(10)构成，压缩机一(1)的出口与冷凝器一(2)的入口相连，冷凝器一(2)的出口与回热换热器一(3)的热端入口相连，回热换热器一(3)的冷端入口与喷射器一(10)的中压出口相连，冷端和热端工质在回热换热器一(3)内换热，回热换热器一(3)的热端出口与膨胀阀一(4)的入口相连，回热换热器一(3)的冷端出口与压缩机一(1)的入口相连，膨胀阀一(4)的出口与三通控制阀一(5)的入口相连，三通控制阀一(5)的一侧出口与蒸发器一(8)的冷端入口相连，蒸发器一(8)的冷端出口与喷射器一(10)的高压入口相连；第二级分循环由三通控制阀一(5)、膨胀阀二(6)、视液器一(7)、蒸发器二(9)和喷射器一(10)构成，三通控制阀一(5)的另一侧出口与膨胀阀二(6)的入口相连，膨胀阀二(6)的出口与视液器一(7)入口相连，视液器一(7)的出口与蒸发器二(9)的冷端入口相连，蒸发器二(9)的冷端出口与喷射器二(20)的低压入口相连；第二级制冷循环包括蒸发器一(8)、压缩机二(11)、冷凝器二(12)、回热换热器二(13)、膨胀阀三(14)、三通控制阀二(15)、膨胀阀四(16)、视液器二(17)、蒸发器三(18)、蒸发器四(19)、喷射器二(20)，分别构成第三级分循环和第四级分循环；膨胀阀三(14)、膨胀阀四(16)分别为第二级制冷循环中的第一级膨胀阀和第二级膨胀阀；蒸发器三(18)、蒸发器四(19)分别为第二级制冷循环中的高温档和低温档；第三级分循环由压缩机二(11)、冷凝器二(12)、回热换热器二(13)、蒸发器一(8)、膨胀阀三(14)、三通控制阀二(15)、蒸发器三(18)、喷射器二(20)依次相连构成，压缩机二(11)的出口与冷凝器二(12)的入口相连，冷凝器二(12)出口与回热换热器二(13)的热端入口相连，回热换热器二(13...
【专利技术属性】
技术研发人员：李吉冬，许未晴，蔡茂林，苟仲武，杜丙同，李晶，
申请(专利权)人：山东爱索科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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