[发明专利]高压气体涡流膨胀的二氧化碳低温制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及一种高压气体涡流膨胀的二氧化碳低温制冷系统。

背景技术

随着科技的飞速发展，造成的环境污染和资源匮乏，引发当今国际社会共同关注节能环保这一关乎可持续性发展的重要议题。自然工质替代以及制冷系统的性能提高是制冷行业工作者亟待解决的问题。CO₂具有良好的热力特性，提高CO₂制冷系统的性能以及开发新型CO₂制冷循环系统引起研究者的关注。

现有的CO₂制冷系统中CO₂流体是跨临界循环，节流降压元件的节流过程损失较大，系统的性能系数较低。因此，如何减少CO₂的节流损失，使节流过程接近等熵膨胀过程，提高循环系统的能效，节约能源，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种利用涡流膨胀降压，以减少系统不可逆损失的二氧化碳低温制冷系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种高压气体涡流膨胀的二氧化碳低温制冷系统，包括气体冷却器、换热器、高压级压缩机、低压级压缩机、蒸发器和涡流管；所述涡流管包括涡流室、冷段和热扩压段，所述热扩压段包括与所述涡流室连通的扩压本体，所述扩压本体的内壁上设置有饱和液体收集凹槽，所述饱和液体收集凹槽的底部连接有收集饱和液体出口接管；所述扩压本体的出口处密封有底板，所述底板上连接有热气体出口接管，所述底板的中心位置安装有使中心区冷气体朝向冷段折返的中心挡板；所述涡流室上连接有高压气体进口接管，所述冷段上连接有冷气体出口接管；所述高压级压缩机的出口与所述气体冷却器的入口连接，所述气体冷却器的出口与所述涡流管的高压气体进口接管连接，所述涡流管的冷段的冷气体出口接管分成两路，一路与所述涡流管的收集饱和液体出口接管并联后与所述蒸发器的入口连接，另一路与所述换热器的低温冷气体入口接管连接，所述换热器的低温冷气体出口与所述蒸发器的出口并联后与所述低压级压缩机的入口连接，所述低压级压缩机的出口与所述换热器的高温热气体出口并联后与所述高压级压缩机的入口连接，所述涡流管的热气体出口接管与所述换热器的高温热气体入口连接。

所述中心挡板与挡板径向面积调节机构连接。

所述挡板径向面积调节机构包括密封安装于所述底板上的丝杠伸缩调节机构、底盘和多个伸缩套，多个所述伸缩套之间可伸缩连接，所述中心挡板固定安装于首端的所述伸缩套中心，末端的所述伸缩套与所述底盘固定连接，所述丝杠伸缩调节机构的丝杠穿过所述底盘和多个伸缩套与所述中心挡板固定连接,通过所述丝杠调节所述中心挡板的伸缩，通过所述中心挡板带动所述多个伸缩套与所述中心挡板平齐，使得多个所述伸缩套的截面与所述中心挡板组合成不同径向面积的端面，以实现冷热气体流量的调节。

所述丝杠伸缩调节机构包括螺母、丝杠和连接件，所述连接件与所述底板固定连接，所述丝杠与所述连接件螺纹连接，所述丝杠下端与所述中心挡板固定连接，所述丝杠上端与所述螺母螺纹连接。

所述中心挡板与所述多个伸缩套成阶梯型排列。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的高压气体涡流膨胀的二氧化碳低温制冷系统，采用具有扩压作用的涡流管，利用超临界区、气体冷却器出口的高压气体涡流膨胀降压，能够减少系统的不可逆损失，同时，分离出的液体蒸发沸腾吸热，能够同时充分利用冷气体和热气体的能量，可以有效地改善系统的性能，保护环境、节约能源。

2、本发明的高压气体涡流膨胀的二氧化碳低温制冷系统采用涡流管代替常规节流降压元件，使得节流过程接近等熵膨胀过程，结构简单、安装方便、工作稳定。

3、本发明的制冷系统中采用具有扩压作用的涡流管的扩压段，使分离出的热气流扩压至中间压力，结构简单，无运动部件，结构轻巧，成本低，易维护，使用寿命长。

4、本发明的制冷系统中，能够通过径向面积可调的中心挡板调节冷热气体的流量，提高循环系统的能效。

附图说明

图1所示为本发明高压气体涡流膨胀的低温制冷系统示意图；

图2所示为涡流管的接管示意图；

图3所示为热扩压段的结构示意图；

图4所示为图3的A-A剖视图。