CN103486755B - 一种二氧化碳复叠式商用制冷系统 - Google Patents

一种二氧化碳复叠式商用制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳复叠式商用制冷系统，其特征是：由高温级回路和低温级回路共同构成复叠式制冷环路，在高温级回路和低温级回路中分别设置有多个并联连接的制冷压缩机，并且在高温级回路中采用R404A、R134a、R717或R410A环保型制冷剂，在低温级回路中使用天然工质R744。本发明系统安全可靠、节能性好、操控便捷，可为食品生产、贮运、销售企业提供冷藏、冷冻和速冻的冷源。

Description

一种二氧化碳复叠式商用制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷系统，特别涉及一种采用二氧化碳作为低温级制冷工质的商用复叠式制冷机组。
背景技术
商用复叠式制冷机组广泛应用于农副产品的生产、加工、贮运和销售环节，在食品保质保鲜、避免或减少食品在流通环节损耗、保证食品安全等方面有重要的作用。现代超市都建有大容积的冷藏、冷冻库和大面积的冷藏、冷冻展示销售区，大、中、小型物流企业都建有数千吨至数十万吨的冷藏、冷冻库，现代食品加工企业都建有冷藏、冷冻的加工车间和储存库。随着中国经济的快速发展和城镇化的推进，商用复叠式制冷机组的需求高速增长。目前，我国商用制冷机组的制造水平相对美欧日等发达国家相对落后，主要体现在节能、环境保护和可靠性等方面；近年来使用氨制冷剂发生机毁人亡重大事故屡见报道，食品生产制造企业，商场、超市等流通企业现役的商用制冷设备，多数采用环保性能差的氟利昂类制冷剂，制冷剂充注量大、制冷机组能效低的缺点非常突出。
CO2无毒、不燃，具有优良的经济性、安全性和化学稳定性，是一种环境友好型天然制冷工质。与氟利昂类制冷剂相比，CO2的蒸发潜热和单位容积制冷量大，运动粘度低，流动损失小，导热系数高，换热系数大，液体密度和蒸气密度的比值小，节流后各回路间制冷剂的分配比较均匀；CO2具有显著的节能环保优点。CO2临界温度31.1℃、临界压力7.3MPa，常温下为气态，即使在常温25℃时其饱和压力也高达6.5MPa，因此，以CO2作为制冷工质在系统的工作可靠性和安全性上必须有相应的保证措施。
发明内容
本发明是为避免上述现有所存在的不足之处，提供一种节能环保、运行安全可靠的二氧化碳复叠式商用制冷机组，为以二氧化碳为工质的复叠式商用制冷机组在商用领域的推广应用提供技术保障。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明二氧化碳复叠式商用制冷系统的结构特点是：
设置高温级回路为：并联连接各高温级制冷压缩机，所述各高温级制冷压缩机的排气总管连接第一油分离器，所述第一油分离器的润滑油出口输油管连接到高温级制冷压缩机的曲轴箱，第一油分离器的制冷剂气体出口连接至第一风冷冷凝器的入口，所述第一风冷冷凝器的制冷剂液体出口连接至高温级储液器的入口，所述高温级储液器的出口分成两路输出，其中的一路输出为冷藏用户提供冷源，另一路输出依次经电磁阀和膨胀阀接入蒸发冷凝器的蒸发端入口；由所述蒸发冷凝器输出的制冷剂气体与来自冷藏用户的返回制冷剂气体共同接入第一集气管，并通过所述第一集气管返回高温级制冷压缩机；
设置低温级回路为：并联连接各低温级制冷压缩机，所述各低温级制冷压缩机的排气总管连接第二油分离器，所述第二油分离器的润滑油出口输油管连接到低温级制冷压缩机的曲轴箱，第二油分离器的制冷剂气体出口连接到空气冷却器，所述空气冷却器中输出的气态制冷剂进入蒸发冷凝器的冷凝端入口，所述蒸发冷凝器的冷凝端出口输出的液态制冷剂接入低温级高压储液器，所述低温级储液器出口连接至回热器的冷却端入口，过冷的低温制冷剂在所述回热器的冷却端出口流出，为冷冻用户提供冷冻冷源，所述回热器中吸热升温的制冷剂气体经第二集气管返回低温级制冷压缩机；
所述高温级使用R404A、R134a、R717或R410A制冷剂；
所述低温级使用R744二氧化碳制冷剂。
本发明二氧化碳复叠式商用制冷系统的结构特点也在于：
设置应急冷源为：在制冷压缩机的出气口依次连接第二风冷冷凝器、毛细管和蒸发盘管，并以蒸发盘管的输出端接制冷压缩机的吸气口形成制冷剂循环回路；所述蒸发盘管设置在所述低温级高压储液器中；所述应急冷源采用R134a制冷剂。
所述蒸发冷凝器和回热器为板式换热器或为壳管式换热器。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明CO2复叠式商用制冷机组的高温级和低温级分别使用多台制冷压缩机并联，可以根据用户热负荷的变化调节制冷压缩机的运行台数和工作频率，控制制冷机组的产冷量与应用对象的热负荷相匹配，实现制冷机组的节能运行和被控对象温度的精确控制，具有负荷调节便捷、节能性好、温控精度高、易于实现自动化的优点。
2、本发明CO2复叠式商用制冷机组通过设置较大容积的高温储油器和低温级储液器，可适应负载的频繁波动和外界环境温度的宽幅变化，为用户提供冷藏、冷冻和速冻所需的冷源；
3、本发明在低温级压缩机的油分后，设置了CO2的空气冷却器，通常可减少高温级热负荷10%左右，减少机组体积和能耗，具有显著的节能、节材效果。
4、本发明为低温级储液器配置了应急冷源，在停电、主机故障等非常规条件下应急冷源自动启动运行，控制CO2制冷回路内的压力在安全范围，提高制冷机组的安全性和可靠性；同时也显著提高了机组的快速启动性能；
5、商用制冷机组通常具有不间断运行的特点，本发明因应急冷源的保障，免除了复叠式低温机组在低温级配置大容量膨胀容器的必要。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图中标号：11高温级制冷压缩机、12第一油分离器、13第一风冷冷凝器、14高温级储液器、15电磁阀、16膨胀阀、17蒸发冷凝器、18第一集气管、21低温级制冷压缩机、22第二油分离器、23空气冷却器、24低温级储液器、25回热器、26第二集气管、31制冷压缩机、32第二风冷冷凝器、33毛细管、34蒸发盘管。
具体实施方式
参见图1，本实施例中二氧化碳复叠式商用制冷系统的结构形式是：
设置高温级回路为：并联连接各高温级制冷压缩机11，各高温级制冷压缩机11的排气总管连接第一油分离器12，第一油分离器12的润滑油出口输油管连接到高温级制冷压缩机11的曲轴箱，第一油分离器12的制冷剂气体出口连接至第一风冷冷凝器13的入口，第一风冷冷凝器13的制冷剂液体出口连接至高温级储液器14的入口，高温级储液器14的出口分成两路输出，其中的一路输出A端为冷藏用户提供冷源，另一路输出依次经电磁阀15和膨胀阀16接入蒸发冷凝器17的蒸发端入口，并在蒸发冷凝器17中吸收低温级制冷剂的冷凝热完成蒸发；由蒸发冷凝器17输出的制冷剂气体与来自冷藏用户的B端返回制冷剂气体共同接入第一集气管18，并通过第一集气管18返回高温级制冷压缩机11；
设置低温级回路为：并联连接各低温级制冷压缩机21，各低温级制冷压缩机21的排气总管连接第二油分离器22，第二油分离器22的润滑油出口输油管连接到低温级制冷压缩机21的曲轴箱，第二油分离器22的制冷剂气体出口连接到空气冷却器23，空气冷却器23中输出的气态制冷剂进入蒸发冷凝器17的冷凝端入口，蒸发冷凝器17的冷凝端出口输出的液态制冷剂接入低温级高压储液器24，低温级储液器24出口连接至回热器25的冷却端入口，过冷的低温制冷剂在回热器25的冷却端C出口流出，为冷冻用户提供冷冻冷源，回热器25中吸热升温的制冷剂气体经第二集气管26返回低温级制冷压缩机21。在低温级制冷压缩机的油分后设置CO2空气冷却器23，其放热可等量减小高温级的设计制冷量，节能效果明显。
高温级使用R404A、R134a、R717或R410A制冷剂；低温级使用R744二氧化碳制冷剂。
蒸发冷凝器17和回热器25为板式换热器或壳管式换热器。
本实施例中，如图1所示，设置有应急冷源为：在制冷压缩机31的出气口依次连接第二风冷冷凝器32、毛细管33和蒸发盘管34，并以蒸发盘管34的输出端接制冷压缩机31的吸气口形成制冷剂循环回路；蒸发盘管34设置在低温级高压储液器24中；应急冷源采用R134a制冷剂。具体实施中，应急冷源可以使用自备应急电源（如燃油发电机）、外接电源或蓄电池等，以应对停电的情况。在停电、主机故障等非常规条件下应急冷源启动运行，控制CO2储液器及其循环回路内的压力在安全范围，确保制冷机组及相关设备安全，同时为制冷机组快速启动提供条件。
此外，可以将第一风冷冷凝器13设置为平行流式冷凝器、蒸发式冷凝器等；在第一油分离器12和第二油分离器22与制冷压缩机之间的润滑油通道中可以增加设置储油器；还可以根据商用制冷机组的实际运行温度范围对系统结构进行简化或等效替换。

Claims (2)

1.一种二氧化碳复叠式商用制冷系统，其特征是：
设置高温级回路为：并联连接各高温级制冷压缩机(11)，所述各高温级制冷压缩机(11)的排气总管连接第一油分离器(12)，所述第一油分离器(12)的润滑油出口输油管连接到高温级制冷压缩机(11)的曲轴箱，第一油分离器(12)的制冷剂气体出口连接至第一风冷冷凝器(13)的入口，所述第一风冷冷凝器(13)的制冷剂液体出口连接至高温级储液器(14)的入口，所述高温级储液器(14)的出口分成两路输出，其中的一路输出为冷藏用户提供冷源，另一路输出依次经电磁阀(15)和膨胀阀(16)接入蒸发冷凝器(17)的蒸发端入口；由所述蒸发冷凝器(17)输出的制冷剂气体与来自冷藏用户的返回制冷剂气体共同接入第一集气管(18)，并通过所述第一集气管(18)返回高温级制冷压缩机(11)；
设置低温级回路为：并联连接各低温级制冷压缩机(21)，所述各低温级制冷压缩机(21)的排气总管连接第二油分离器(22)，所述第二油分离器(22)的润滑油出口输油管连接到低温级制冷压缩机(21)的曲轴箱，第二油分离器(22)的制冷剂气体出口连接到空气冷却器(23)，所述空气冷却器(23)中输出的气态制冷剂进入蒸发冷凝器(17)的冷凝端入口，所述蒸发冷凝器(17)的冷凝端出口输出的液态制冷剂接入低温级储液器(24)，所述低温级储液器(24)出口连接至回热器(25)冷却端入口，过冷的低温制冷剂在所述回热器(25)冷却端出口流出，为冷冻用户提供冷冻冷源，所述回热器(25)中吸热升温的制冷剂气体经第二集气管(26)返回低温级制冷压缩机(21)；
所述高温级使用R404A、R134a、R717或R410A制冷剂；所述低温级使用R744二氧化碳制冷剂；
设置应急冷源为：在制冷压缩机(31)的出气口依次连接第二风冷冷凝器(32)、毛细管(33)和蒸发盘管(34)，并以蒸发盘管(34)的输出端接制冷压缩机(31)的吸气口形成制冷剂循环回路；所述蒸发盘管(34)设置在所述低温级储液器(24)中；所述应急冷源采用R134a制冷剂。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳复叠式商用制冷系统，其特征是：所述蒸发冷凝器(17)和回热器(25)为板式换热器或为壳管式换热器。
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