[发明专利]一种基于超音速制冷效应的新型压缩式制冷系统

说明书

本发明涉及制冷技术领域，公开了一种基于超音速制冷效应的新型压缩式制冷系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器和超音速旋流分离器，还包括蒸发器，超音速旋流分离器的末端设有扩压器，蒸发器串联设于超音速旋流分离器的扩压器的入口处。本发明提供的一种基于超音速制冷效应的新型压缩式制冷系统，设置基于超音速制冷效应的超音速旋流分离器作为膨胀降温元件，较传统的节流装置如节流阀、膨胀机等，具有效率高、压降小、温降大、能耗低、稳定性好、长期可靠的优点；系统使用对环境友好的CO₂和N₂(Ar/He)等混合气体作为循环工质进行制冷，较传统的蒸汽压缩式制冷系统更加环保、安全。

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种基于超音速制冷效应的新型压缩式制冷系统。

背景技术

传统蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等四个主要部件组成，各部分由管道依次连接，形成一个完全封闭的循环系统。压缩机将低温低压的制冷剂蒸气从蒸发器吸回，经压缩后形成高温高压气体；冷凝器将压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷却并使其放热，在一定压力和温度下，把气体制冷剂冷凝成气液混合物；节流装置将高压的制冷剂减压、节流膨胀为低温、低压液体；节流后的低温低压制冷剂液体在蒸发器内蒸发变为蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降。制冷剂在封闭的制冷系统中以流体状态循环，通过相变，连续不断地从蒸发器中吸取热量，并在冷凝器中放出热量，从而实现制冷目的。

以前冰箱、空调分别采用R12、R22，具有很大的ODP问题(破坏臭氧层)，近几年逐渐采用R134、R32做过一些尝试应用，但温室效应(GWP)较大；最近又开始用碳氢化合物(如丙烷、丁烷等)，虽其ODP、GWP很小，但都是可燃物。

虽然蒸汽压缩式制冷技术已较为成熟，但依然存在制冷工质不环保(臭氧层破坏/温室效应大)或不安全(可燃或有毒性等)，以及节流装置效率不高、压降大、能耗高等缺点。

发明内容

本发明实施例提供一种基于超音速制冷效应的新型压缩式制冷系统，用以解决或部分解决现有技术中虽然蒸汽压缩式制冷技术已较为成熟，但依然存在制冷工质不环保、不安全以及节流装置效率不高、压降大、能耗高的问题。

本发明实施例提供一种基于超音速制冷效应的新型压缩式制冷系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器和超音速旋流分离器，还包括蒸发器，所述超音速旋流分离器的末端设有扩压器，所述蒸发器串联设于所述超音速旋流分离器的扩压器的入口处；制冷系统的制冷工质包括CO₂、He、N₂、Ne、Ar以及H₂O中的至少两种；且不同种类的制冷工质的液化温度不同。

在上述方案的基础上，所述超音速旋流分离器具有液体出口，所述液体出口与所述蒸发器的入口相连，所述蒸发器的出口通过回流管路连接于所述扩压器的入口。

在上述方案的基础上，所述回流管路上设有回流单向阀。

在上述方案的基础上，还包括逆流换热器，所述冷凝器和所述超音速旋流分离器之间的管路流经所述逆流换热器的高温侧，所述超音速旋流分离器的出口连接于所述压缩机的入口且流经所述逆流换热器的低温侧。

在上述方案的基础上，所述超音速旋流分离器还包括依次相连的旋流装置、Laval喷管膨胀器和旋流气液分离器，所述旋流气液分离器上设有液体收集装置，所述液体收集装置上设有所述液体出口，所述旋流气液分离器的气体出口连接于所述扩压器的入口，所述扩压器的出口连接有导向叶片。

在上述方案的基础上，所述Laval喷管膨胀器包括依次相连的稳定段、亚音速收缩段、喉部和超音速扩张段，其中所述稳定段连接于所述旋流装置的出口。