专利名称：一种多级节流的制冷循环方法
技术领域：
本发明属制冷技术领域，涉及一种制冷设备的热力循环及其系统，特别涉及一种多级节流的制冷循环方法。该方法可用于具有不同温度要求的多间室冷藏冷冻制冷设备(包括冷柜和冰箱)的系统设计和制造。
背景技术：
如今，冷藏冷冻箱(包括家用冰箱、冰柜等)已经成为普通家庭和小型商用的常见电器设备。随着这类用电设备的大规模使用，其消耗的电能占社会消耗总电能的比重也越来越大，全世界制冷空调设备所消耗的电能大约占15％，在我国制冷产品用电量已占社会总用电量的20％，家用电冰箱的耗电大约占居民家庭用电的一半。因此，在世界范围内，节能技术的研究和节能装置的开发已经成为冷藏冷冻箱这类用电设备推广应用的一个非常重要的内容。
目前，冷藏冷冻箱行业中节能技术的研究和开发主要分为两个方向1、常规节能技术，主要集中在冷藏冷冻箱部件的优化设计上，例如优化箱体结构减少箱体的漏热、优化蒸发器、制冷系统部件改进等等，虽然这些常规节能技术大大降低了冷藏冷冻箱的能耗，但仅仅是从制冷装置的部件优化角度出发；2、构造新的制冷循环及其制冷系统，例如Lorenz-Meutzner混合制冷剂循环；双回路制冷循环；压缩喷射式混合制冷循环等等。然而，这些循环在工业实施上还存在着明显的问题，例如制冷系统普遍较传统的冷藏冷冻箱制冷系统复杂，冷藏和冷冻温度难以准确控制等。
发明内容
基于上述背景技术中对节能措施的分析，本发明的目的是提出一种新的多级节流的制冷循环方法，以提高制冷设备的制冷效率，简化冷藏冷冻箱设计结构。
本发明通过以下技术方案得以实现一种多级节流的制冷循环方法，其特征在于，根据制冷系统中制间室的数量布置相同数量的节流装置，每一个节流装置对应一个制冷间室，并布置在该制冷间室前，这样布置的目的是根据制冷间室的工作温度设计节流装置。全部制冷间室根据其工作温度由高到低串连布置。在整个制冷系统中，制冷工质按照每个制冷间室蒸发器蒸发温度从高到低的原则分级节流，以达到和保持各个冷藏冷冻间室设定温度。
上述多级节流的制冷循环方法包括以下步骤1)制冷工质由压缩机压缩升压后，经过冷凝器冷却，进入第一级节流装置进行节流；2)由第一级节流装置完成节流过程的制冷工质进入第一级制冷间室的蒸发器工作，达到和保持第一级制冷间室设定温度；3)完成第一级制冷冻间室工作过程的制冷工质进入第二级节流装置，节流降温后，进入第二级制冷间室的蒸发器工作，达到和保持第二级制冷间室设定温度；4)按照步骤2)和步骤3)，制冷工质在进入各级制冷间室的蒸发器以前，通过该制冷间室对应的节流装置，截流降温。然后，进入该级制冷间室的蒸发器工作，达到和保持该级制冷间室设定温度；按照这样的工作模式，制冷工质完成每一级的工作过程，达到保持每一级制冷间室设定温度；5)完成最后一级制冷间室蒸发器工作过程的制冷工质回到压缩机，开始下一个循环过程，如此周而复始循环进行。
本发明的多级节流制冷循环方法，在制冷系统中根据制冷间室工作温度范围，由高温到低温依次布置制冷间室，并在每一级制冷间室前布置相应的节流装置，每一级节流装置的设计参数根据该级制冷间室的蒸发器相关参数给出。这样的安排方式，使得冰箱、冰柜等制冷设备中每个制冷间室蒸发器的换热温差在兼顾了热力学、传热学和流体力学的要求下，最大限度地减少了温差传热的不可逆损失，有效的避免了传统制冷循环中冷藏冷冻间室换热温差大，不可逆损失大的缺点。该方法具有以下优点结构设计简单，有效控制制冷工质在各蒸发器中的蒸发温度，降低传热温差，减小传热过程中的不可逆损失，提高制冷循环效率等等。
图1是具有三级节流装置的制冷系统的系统图，也是本发明的一个具体的实施例。
图2是具有三级节流装置的制冷系统的制冷循环T-s图。
以下结合附图和发明人给出的具体实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施例方式
如图1所示，图1是具有三级节流装置的制冷系统的系统图；需要指出的是，上述具有三级节流装置的制冷系统并不是唯一的实施例，具有两级或两级以上级节流装置的制冷循环系统同样可以实现本发明的目的。
如图1所示，本实施例的具有三级节流装置的制冷系统包括压缩机、冷凝器、回热器、第一级节流装置、第一级制冷间室蒸发器、第二级节流装置、第二级制冷间室蒸发器、第三级节流装置、第三级制冷间室蒸发器；压缩机的出口端与冷凝器连接，冷凝器与回热器连通，第一级节流装置设置在回热器的出口端并与第一级制冷间室蒸发器连通，第一级制冷间室蒸发器的出口连接第二级节流装置，第二级节流装置出口连接第二级制冷间室蒸发器，第二级制冷间室蒸发器的出口连接第三级节流装置，第三级节流装置出口连接第三级制冷间室蒸发器，第三级制冷间室蒸发器的出口端连接回热器的进口端，并通过回热器与压缩机的进口端连通，构成制冷循环系统。
每一级节流装置根据该级的运行工况进行优化设计。
其工作过程是制冷工质通过压缩机完成压缩过程(图中的标号1到2的过程)后，依次通过冷凝器和回热器降温(图中的标号2到3的过程)，然后进入第一级节流装置完成节流过程(图中的标号3到4的过程)，进入第一级制冷间室蒸发器换热，完成第一级制冷间室蒸发器工作过程(图中的标号4至5过程)后，进入第二级节流装置进行节流(图中的标号5至6的过程)，然后进入第二级制冷间室蒸发器换热，完成第二级制冷间室蒸发器换热工作过程(图中的标号6至7的过程)，进入第三级节流装置进行节流(图中的标号7至8的过程)，然后进入第三级制冷间室蒸发器换热，完成第三级制冷间室蒸发器换热工作过程(图中的标号8至9的过程)，通过回热器(图中的标号9至1的过程)流回压缩机，完成一个循环过程。
如图2所示，图2是图1的具有三级节流装置的制冷系统的制冷循环T-s图；依据此图对制冷工质在该制冷循环的热力学过程进行分析。图中标号1’、2’之间，1”、2”之间和1、2分别表示第一级制冷间室、第二级制冷间室和第三级制冷间室的温度，4、5之间，6、7之间和8、9分别表示第一级制冷间室、第二级制冷间室和第三级制冷间室的蒸发温度。用Δt1，Δt2和Δt3分别表示第一级制冷间室蒸发器与室内之间的平均传热温差，第二级制冷间室蒸发器与室内之间的平均传热温差和第三级制冷间室蒸发器与室内之间的平均传热温差，通过针对节流装置和蒸发器的优化设计，完全可以做到每一级制冷间室传热温差达到最佳工况，即以节能为目的最大限度满足热力学、传热学和流体力学的原理要求。而传统的单级节流装置制冷循环，各个制冷间室的蒸发温度均为8、9之间所示温度，在兼顾热力学、传热学和流体力学对节能的要求时，第三级制冷间室平均传热温差Δt3可以达到最佳工况，但其它级制冷间室平均传热温差Δt1、Δt2明显大于采用三级节流装置时的情况，根据热力学第二定律，将导致很大的不可逆损失。所以，从多级节流制冷循环在具有三级节流装置的制冷设备上的应用分析，可以看出多级节流制冷循环可以明显提高具有不同温度要求的多间室冷藏冷冻制冷设备(包括冷柜和冰箱)的制冷效率。
权利要求
1.一种多级节流的制冷循环方法，其特征在于，根据制冷系统中制间室的数量布置相同数量的节流装置，每一个节流装置对应一个制冷间室，并布置在该制冷间室前，全部制冷间室根据其工作温度由高到低串连布置，在整个制冷系统中，制冷工质按照每个制冷间室蒸发器蒸发温度从高到低的原则分级节流，以达到和保持各个冷藏冷冻间室设定温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，多级节流的制冷循环方法包括以下步骤1)制冷工质由压缩机压缩升压后，经过冷凝器冷却，进入第一级节流装置进行节流；2)由第一级节流装置完成节流过程的制冷工质进入第一级制冷间室的蒸发器工作，达到保持第一级制冷间室设定温度；3)完成第一级制冷冻间室工作过程的制冷工质进入第二级节流装置，节流降温后，进入第二级制冷间室的蒸发器工作，达到保持第二级制冷间室设定温度；4)按照步骤2)和步骤3)，制冷工质在进入各级制冷间室的蒸发器以前，通过该制冷间室对应的节流装置，截流降温，然后，进入该级制冷间室的蒸发器工作，达到和保持该级制冷间室设定温度后进入下一级，直至制冷工质完成每一级的工作过程，达到和保持每一级制冷间室设定温度；5)完成最后一级制冷间室蒸发器工作过程的制冷工质回到压缩机，开始下一个循环过程，如此周而复始循环进行。
全文摘要
本发明公开了一种多级节流的制冷循环方法，根据制冷系统中制间室的数量布置相同数量的节流装置，每一个节流装置对应一个制冷间室，并布置在该制冷间室前，全部制冷间室根据其工作温度由高到低串连布置，在整个制冷系统中，制冷工质按照每个制冷间室蒸发器蒸发温度从高到低的原则分级节流，以达到和保持各个冷藏冷冻间室设定温度。按照本发明的方法设计的制冷设备，其结构设计简单，能够使得冰箱、冰柜等制冷设备中每个制冷间室蒸发器的换热温差在兼顾了热力学、传热学和流体力学的要求下，最大限度地减少了温差传热的不可逆损失，有效地避免了传统制冷循环中冷藏冷冻间室换热温差大，不可逆损失大的缺点，提高制冷循环效率。
文档编号F25B41/00GK1645011SQ20051004162
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月13日 优先权日2005年1月13日
发明者何茂刚, 宋新洲, 张宏伟, 朱景申, 李建周 申请人:西安交通大学