[發(fā)明專利]一種基于渦流管和噴射器的氣體分級冷卻液化系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115235135B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 李吉冬;許未晴;蔡茂林;茍仲武;杜丙同;李晶
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學;山東愛索科技集團有限公司
• 主分類號: F25B9/04
• 分類號: F25B9/04;F25B9/08;F25J1/02
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超;姜海榮

本發(fā)明公開一種基于渦流管和噴射器的氣體分級冷卻液化系統(tǒng)，由至少兩級制冷循環(huán)組成，每級制冷循環(huán)包括壓縮機、冷凝器、回熱換熱器、膨脹閥、三通控制閥、視液器、多級蒸發(fā)器和噴射器等。每級循環(huán)中壓縮機出口與冷凝器入口相連，冷凝器出口通過回熱換熱器與噴射器輸出換熱，通過第一級膨脹閥，經(jīng)過三通控制閥后一股通過高溫一級蒸發(fā)器后進入噴射器的高壓入口，構(gòu)成第一級分循環(huán)；另一股經(jīng)過第二級膨脹閥、視液器后通過低溫一級蒸發(fā)器，之后回到噴射器的低壓入口，構(gòu)成第二級分循環(huán)；兩級循環(huán)在噴射器中混合，噴射器出口通過回熱換熱器后回到壓縮機。之后氣體輸入渦流管進行冷熱分離，冷端輸出溫度降至沸點以下，氣液分離后可得到液態(tài)氣體。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及新型儲能和制冷技術(shù)應用領域，更具體地說，涉及一種基于渦流管和噴射器的氣體分級冷卻液化系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)和應用中，氣體液化是一項重要的研究內(nèi)容。氣態(tài)物質(zhì)由于密度小、運輸效率低，一般需要施加高壓后進行密封儲存運輸，對儲罐的耐壓、密封性要求很高，增加了額外的使用成本。相比而言，將氣體進行液化后儲存可以極大地減小所占的體積，顯著提高運輸效率和經(jīng)濟收益，可以在較低壓力下儲存，降低對儲存容器耐壓值的要求。另外氣體在液化后處于深冷低溫狀態(tài)，可以儲存和攜帶顯著的冷量，在制冷、儲能、發(fā)電等領域具有廣闊的應用前景。

傳統(tǒng)的制冷循環(huán)的基本流程包括壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)等，一般的空調(diào)制冷往往只需要單級循環(huán)即可，在需要構(gòu)建深冷環(huán)境、對氣體進行液化時，通過單級制冷循環(huán)往往達不到所需的低溫程度，一種思路是通過分級制冷，對被冷卻物質(zhì)使用多個制冷循環(huán)進行分級降溫，在降低冷卻難度的同時可以進一步提升制冷效率。傳統(tǒng)的氣體液化流程中常用到節(jié)流閥對氣體進行等焓膨脹降溫，該節(jié)流過程中能量損失較大，大型氣體液化系統(tǒng)中常用膨脹機輔助，其制冷效率更高，更適用于大規(guī)模集中式儲能，但設備體積龐大、結(jié)構(gòu)復雜，對推廣應用產(chǎn)生了限制。尤其是對于分布式儲能的中、小規(guī)模液化工作需求，需要考慮如何提升制冷工作效果，改進能效特性，采用小型、高效的設備來降低能量損失，實現(xiàn)高效的氣體液化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于渦流管和噴射器的氣體分級冷卻液化系統(tǒng)，目的是適應中小規(guī)模分布式液化儲能的需求，其具體技術(shù)方案如下：

一種基于渦流管和噴射器的氣體分級冷卻液化系統(tǒng)，系統(tǒng)由至少兩級制冷循環(huán)組成，循環(huán)的工質(zhì)為制冷劑，逐溫段對輸入的氣體進行冷卻，每個制冷循環(huán)中再通過兩級膨脹閥與噴射器組合實現(xiàn)兩級分循環(huán)制冷；其中，

第一級制冷循環(huán)包括壓縮機一、冷凝器一、回熱換熱器一、膨脹閥一、三通控制閥一、膨脹閥二、視液器一、蒸發(fā)器一、蒸發(fā)器二、噴射器一，分別構(gòu)成第一級分循環(huán)和第二級分循環(huán)；膨脹閥一、膨脹閥二分別為第一級制冷循環(huán)中的第一級膨脹閥和第二級膨脹閥；蒸發(fā)器一、蒸發(fā)器二分別為第一級制冷循環(huán)中的高溫檔和低溫檔；

第一級分循環(huán)由壓縮機一、冷凝器一、回熱換熱器一、膨脹閥一、三通控制閥一、蒸發(fā)器一和噴射器一依次相連構(gòu)成，壓縮機一的出口與冷凝器一的入口相連，冷凝器一的出口與回熱換熱器一的熱端入口相連，回熱換熱器一的冷端入口與噴射器一的中壓出口相連，冷端和熱端工質(zhì)在回熱換熱器一內(nèi)換熱，回熱換熱器一的熱端出口與膨脹閥一的入口相連，回熱換熱器一的冷端出口與壓縮機一的入口相連，膨脹閥一的出口與三通控制閥一的入口相連，三通控制閥一的一側(cè)出口與蒸發(fā)器一的冷端入口相連，蒸發(fā)器一的冷端出口與噴射器一的高壓入口相連；

第二級分循環(huán)由三通控制閥一、膨脹閥二、視液器一、蒸發(fā)器二和噴射器一構(gòu)成，三通控制閥一的另一側(cè)出口與膨脹閥二的入口相連，膨脹閥二的出口與視液器一入口相連，視液器一的出口與蒸發(fā)器二的冷端入口相連，蒸發(fā)器二的冷端出口與噴射器二的低壓入口相連；

第二級制冷循環(huán)包括蒸發(fā)器一、壓縮機二、冷凝器二、回熱換熱器二、膨脹閥三、三通控制閥二、膨脹閥四、視液器二、蒸發(fā)器三、蒸發(fā)器四、噴射器二，分別構(gòu)成第三級分循環(huán)和第四級分循環(huán)；膨脹閥三、膨脹閥四分別為第二級制冷循環(huán)中的第一級膨脹閥和第二級膨脹閥；蒸發(fā)器三、蒸發(fā)器四分別為第二級制冷循環(huán)中的高溫檔和低溫檔；