CN103851814A - 一种高效换热制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高效换热制冷系统，包括依次连接的压缩机（1）、冷凝器（2）、回热装置（3）、蒸发装置以及换热装置（6），该换热装置设于冷凝器与所述回热装置之间，所述蒸发装置包括板式蒸发器（5）和第一膨胀阀（8），所述板式蒸发器包括蒸发区（5a）以及用于所述蒸发区（5a）流出的制冷剂气体与所述冷凝器流出的制冷剂液体进行回热的过热区，所述蒸发区和所述过热区分别由数个蒸发换热片（51）和数个过热换热片（52）紧密连接而成，所述蒸发区与所述过热区成型为一体，使整个制冷系统的整体结构紧凑，换热效率提高，实现对冷凝器流出的高压中温制冷剂的自身热量的更有效的回收利用。

Description

一种高效换热制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷系统领域，具体地，涉及一种用于冷水机组的高效换热制冷系统。 

背景技术

制冷剂循环系统由制冷剂和四大机件，即压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。一般制冷机的制冷原理是通过压缩机把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高，压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。制冷剂在制冷剂循环系统中不断循环流动，发生状态变化并与外界进行热量交换。 

现有技术中，中国专利文献CN102095268中公开了一种空调制冷技术领域的带回热器的丙烷制冷剂空调装置,包括冷凝器、回热器、压缩机、膨胀阀和蒸发器,其中:压缩机、冷凝器、回热器的内管、膨胀阀和蒸发器依次相连,回热器的外管分别与蒸发器和压缩机相连。该现有技术利用蒸发器出口气态制冷剂的温度低于流入回热器的液态制冷剂的温度，两者在回热器中进行热量交换，使得进入膨胀阀的液态制冷剂温度降低，同时进入压缩机的气态制冷剂的温度升高，减少了膨胀阀以及压缩机的能耗，一定程度上地提高了该空调装置的制冷性能。 

但是，该现有技术的热量交换并未达到理想的状态，其膨胀阀流出的液态制冷剂直接进入蒸发器吸热蒸发，并未对膨胀阀流出的液态制冷剂的热量进行回收利用，损失了热能，蒸发器的过热效果不能满足要求，同时由蒸发 器输出进入压缩机的气态制冷剂的温度也偏低，增大了压缩机工作耗能。 

为解决蒸发器过热效果不好的问题，中国专利文件CN2604667Y公开一种集预热、灭菌、冷却于一体的板式换热器。为解决已有技术中消毒灭菌及快速冷却采用两套独立设备同时运行存在的能源利用不充分、浪费水及设备投资大的问题。该换热器是将多片板式换热器紧密地连接，在中间增设了导流片形成余热交换区和高温灭菌区，它由预热片1、消毒灭菌片4、散热片2,导流片3和高温加热片5所组成，冷液体经预热和消毒，在散热片内放出热量后流出，高温介质可用热水或过热蒸气，在加热片中放出热量，由于它们连接紧密热量能充分交换。但是，该板式换热器中的导流板3的内部形状为平行四边形，流体经过导流板3时会导致流体流速过小，最终导致换热效率较低，不能满足中央空调中的蒸发器对换热效率的要求。 

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有的制冷系统的蒸发器占用空间大、换热效率低的问题，从而提供一种具有占空比小、热效率高的蒸发器的高效制冷系统。 

进一步提供一种对压缩机油增气补焓功能的制冷剂循环系统。 

为了实现上述目的，本发明提供一种高效换热制冷系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器、回热装置以及蒸发装置，还包括换热装置，设于所述冷凝器、所述压缩机与所述回热装置之间，且所述换热装置与所述冷凝器的制冷剂出口端之间设有第二膨胀阀，所述换热装置具有第一制冷剂入口、第一制冷剂出口、第二制冷剂入口以及第二制冷剂出口，其中，所述第一制冷剂入口与所述第二膨胀阀的制冷剂出口端相连接，所述第一制冷剂出口与所述压缩机中部的吸气口端连接，所述第二制冷剂入口与所述冷凝器的制冷剂出口端连接，所述第二制冷剂出口与所述回热装置连接，所述第一制冷剂入口进入的液态制冷剂与所述第二制冷剂入口进入的液态制冷剂在所述换热装 置内换热，形成的气态制冷剂由所述第一制冷剂出口输入所述压缩机内，形成的液态制冷剂进入所述回热装置中；所述回热装置用于实现经所述换热装置输出的液态制冷剂与所述蒸发器输出的气态制冷剂换热，并将换热后形成的气态制冷剂输入所述压缩机中，其具有第三制冷剂入口、第三制冷剂出口、第四制冷剂入口以及第四制冷剂出口，所述第三制冷剂入口与所述换热装置的第二制冷剂出口相连接，所述第四制冷剂出口连接于所述压缩机的吸气口端；所述蒸发装置包括板式蒸发器和第一膨胀阀，所述板式蒸发器包括用于液态制冷剂蒸发的蒸发区以及用于所述蒸发区流出的气态制冷剂与由所述回热装置流出的液态制冷剂进行回热的过热区，所述蒸发区由数个蒸发换热片层叠连接而成,所述过热区由数个过热换热片层叠连接而成，所述过热区具有第五制冷剂入口、第五制冷剂出口、第六制冷剂入口以及第六制冷剂出口，所述第五制冷剂入口连接于所述回热装置的所述第三制冷剂出口，所述第五制冷剂出口通过第一膨胀阀连接于所述第六制冷剂入口，所述第六制冷剂出口连接于所述回热装置的第四制冷剂入口。 

所述蒸发区与所述过热区通过一个导流板隔离，所述导流板上设有用于将所述蒸发区加热后的制冷剂导流至所述过热区的导流凹槽，所述导流凹槽的截面积与两端的导流接口的过流面积大致相等。 

所述导流凹槽的截面积与所述导流接口的过流面积的面积差不超过10%。 

所述蒸发换热片以及所述过热换热片的板面上成型有用于导通制冷剂的导流孔以及多个规则排列的换热凹槽。 

所述换热凹槽呈人字形，相邻换热片上的所述换热凹槽呈正人字形和倒人字形设置。 

相邻的所述蒸发换热片以及所述过热换热片的所述导流孔处采用密封胶垫进行密封连接。 

所述蒸发器的两端设置换热端盖。 

所述换热端盖、所述蒸发换热片、所述导流板、所述过热换热片之间焊接连接。 

所述制冷剂经所述过热区后再经过所述第一膨胀阀后形成低温低压的所述制冷剂直接流通至所述蒸发区内与冷冻液进行换热。 

所述回热装置的第二制冷剂出口与所述压缩机的吸气口之间还连接有气液分离器。 

所述冷凝器的制冷剂出口端与所述压缩机吸气口之间还设置有补气管道。 

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点： 

1、在本发明中，所述冷凝器与所述回热装置之间设置换热装置，则冷凝器输出的液态制冷剂在进入所述回热装置前会在所述换热装置中实现自身的换热过程，既有利于降低进入所述膨胀阀的液态制冷剂的温度以减小所述膨胀阀的能耗，又实现了对压缩机增气补焓的作用。所述蒸发器为蒸发区与过热区一体成型的板式蒸发器，回热装置流出的低温高压的制冷剂液体流入蒸发器后流经过热区并在蒸发区蒸发为低温低压的制冷剂气体，该低温低压的制冷剂气体回流至过热区并与低温高压的制冷剂液体进行热交换，使低温高压的制冷剂液体释放热量降低温度，其本身吸收热量升高温度并从蒸发器流出并进入压缩机，从而实现对冷凝器流出的低温高压制冷剂液体的自身热量的有效回收利用，提高制冷剂的能效比，同时，由于蒸发器将回热区和蒸发区一体成型设置，使得制冷剂循环系统整体结构紧凑，配管简化并减少了制冷剂的流动阻力。 

2、在本发明中，蒸发器的过热区与蒸发区通过一个导流板隔开，整个蒸发器的结构紧凑，相对于现有分体式的蒸发器占地面积较低；同时，导流板开设的导流凹槽的截面积与两端接口的截面积大致相等，使制冷介质的流 速在导流板处稳定，从而使整个制冷剂循环系统的整体结构紧凑，换热效率大大提高，实现对冷凝器流出的低温高压制冷剂液体的自身热量的更有效的回收利用。 

3、在本发明中，所述高效换热制冷系统，其还包括连接在冷凝器与蒸发器之间的换热装置，以对冷凝器的制冷剂出口端流出的低温高压的制冷剂液体进行第一次热交换回收，提高制冷剂的能效比。 

4、在本发明中，所述换热装置与压缩机的吸气口之间还设置有补气管道，使换热装置的所述第一制冷剂出口流出的低温高压的制冷剂液体中的气体部分可以进入压缩机，从而对压缩机起到补气增焓的效果。 

5、在本发明中，所述冷凝器的制冷剂出口端与所述压缩机吸气口之间还设置有回流管道，使得冷凝器输出的部分低温制冷剂回流到压缩机中，对压缩机起冷却作用，有效降低了压缩机的工作温度，延长了压缩机的使用寿命，同时提高了从冷凝器输出的制冷剂的热量利用率。 

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中 

图1是本发明的高效换热制冷系统的结构原理示意图； 

图2是本发明的板式蒸发器的结构示意图； 

图3是本发明的导流板的立体结构示意图。 

图中附图标记表示为：1-压缩机、2-冷凝器、3-回热装置、301-第三制冷剂入口、302-第三制冷剂出口、303-第四制冷剂入口、304-第四制冷剂出口、5-板式蒸发器、5a-蒸发区、5b-过热区、51-蒸发换热片、52-过热换热片、501-第五制冷剂入口、502-第五制冷剂出口、503-第六制冷剂入口、504-第六制冷剂出口、6-换热装置、601-第一制冷剂入口、602-第 一制冷剂出口、603-第二制冷剂入口、604-第二制冷剂出口、7-第二膨胀阀、8-第一膨胀阀、53-导流板、53a-导流凹槽、53b-导流接口、55-冷冻液进口、56-冷冻液出口、57-导流孔、58-换热凹槽、59-换热端盖、901-第一端盖、902-第二端盖。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 

如图1所示，本发明的一种高效换热制冷系统，包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、回热装置3以及蒸发装置，还包括换热装置6，设于所述冷凝器2、所述压缩机1与所述回热装置3之间，用于实现所述冷凝器流出的高压中温的制冷剂液体自身的换热，使得所述换热装置流出的制冷剂液体温度降低，有利于制冷剂进入所述回热装置的进一步换热，所述回热装置设于所述换热装置与所述蒸发器之间，用于实现经所述换热装置6输出的液态制冷剂与所述蒸发器输出的气态制冷剂换热，使得进入下一步的所述蒸发装置中的第一膨胀阀的液态制冷剂温度进一步降低，有利于减少所述第一膨胀阀的功耗，同时，由蒸发器输出的气态制冷剂在循环进入所述压缩机前经过所述回热装置的换热，温度升高，减少了所述压缩机的功耗，提高了整个制冷系统的回热效率。所述蒸发装置包括板式蒸发器5和第一膨胀阀8，所述板式蒸发器5包括用于制冷剂蒸发的蒸发区5a以及用于所述蒸发区5a流出的制冷剂气体与所述冷凝器流出的制冷剂液体进行回热的过热区5b，所述蒸发区5a与所述过热区5b通过一个导流板53隔离，所述导流板53上设有用于将所述蒸发区5a加热后的制冷剂导流至所述过热区5b的导流凹槽53a，所述导流凹槽53a的截面积与两端的导流接口53b的过流面积大致相等，使得制冷剂的流速在所述导流板53处更稳定，换热效率大大提高，从而提高从所 述冷凝器2流出的制冷剂液体自身热量的回收率。 

需要说明的是，所述导流凹槽53a的截面积与两端的导流接口53b的过流面积大致相等是指所述导流凹槽53a的截面积与两端的导流接口53b的过流面积可以具有一定范围的差值，该一定范围的差值应当对制冷剂流经所述导流板53流速的稳定行不产生影响或者产生很轻微的影响。 

优选地，所述导流凹槽53a的截面积与所述导流接口53b的过流面积的面积差不超过10%，优选为5%，更优选地，所述导流凹槽53a的截面积与所述导流接口53b的过流面积相同。 

所述压缩机1为磁悬浮离心机或者离心压缩机，优选为磁悬浮离心机，在此对压缩机的具体类型不作限制。 

如图2所示，所述蒸发区5a由多个蒸发换热片51紧密连接而成,所述过热区5b由多个过热换热片52紧密连接而成，所述蒸发换热片51以及所述过热换热片52的板面上成型有用于导通制冷剂的导流孔57以及多个规则排列的换热凹槽58。所述换热凹槽58呈人字形，相邻换热片上的所述换热凹槽58呈正人字形和倒人字形设置。该种设置使得换热面积大大增加，换热效率进一步得到提高。 

另外，相邻的所述蒸发换热片51以及所述过热换热片52的所述导流孔57处采用密封胶垫进行密封连接，用于将所述导流孔57与所述过热换热片52的所述换热凹槽58相隔离。 

此外，所述蒸发器5的两端设置换热端盖59，所述换热端盖59包括设置在所述过热区5b的第一端盖901、设置在所述蒸发区5a的第二端盖902，两端盖与所述蒸发换热片51、所述导流板53、所述过热换热片52之间焊接连接。 

所述冷凝器2的制冷剂出口端与所述压缩机1吸气口之间还设置有补气管道，所述冷凝器输出的制冷剂为高压中温的气液混合制冷剂，气态制冷剂 通过补气管道回流到所述压缩机1中，对压缩机起增气补焓作用。 

还有，所述换热装置6具有第一制冷剂入口601、第一制冷剂出口602、第二制冷剂入口603以及第二制冷剂出口604，其中，所述第一制冷剂入口601与所述冷凝器2和所述换热装置6之间设有第二膨胀阀7，以将通过该第二膨胀阀7的高压中温的液态制冷剂降温降压。 

所述第一制冷剂出口602连接于所述压缩机1中部的吸气口端，所述第二制冷剂入口603连接于所述冷凝器2的制冷剂出口端，所述第二制冷剂出口604与所述回热装置3相连接，所述回热装置3具有第三制冷剂入口301、第三制冷剂出口302、第四制冷剂入口303以及第四制冷剂出口304，所述第三制冷剂入口301与所述换热装置6的第二制冷剂出口604相连接，所述第四制冷剂出口304连接于所述压缩机1的吸气口端；所述过热区5b具有第五制冷剂入口501、第五制冷剂出口502、第六制冷剂入口503以及第六制冷剂出口504，所述第五制冷剂入口501连接于所述第三制冷剂出口302，所述第五制冷剂出口502通过第一膨胀阀8连接于所述第六制冷剂入口503，所述第六制冷剂出口504连接于所述回热装置3的第四制冷剂入口303。 

以下根据上述的结构来说明详细本发明具体实施方式提供的一种高效换热制冷系统中制冷剂的循环流程。制冷剂的流向如图1或图2中箭头所示。 

如图1所示，所述压缩机1吸入低温低压的制冷剂气体，将其压缩为高温高压的制冷剂气体后输送至所述冷凝器2中，高温高压的制冷剂气体在所述冷凝器2中与外部热交换介质进行换热冷凝为低温高压的制冷剂液体，所述冷凝器2的制冷剂出口端流出的高压中温气态和液态混合制冷剂，其中，气态制冷剂经补气管道进入压缩机1气增气补焓作用，高压中温液态制冷剂分为两路，一路经所述第二膨胀阀7节流后变为低压低温的制冷剂液体由所述第一制冷剂入口进入所述换热装置6，另一路由所述第二制冷剂入口603直接进入所述换热装置，两者在所述换热装置6中进行换热，前者吸收热量 蒸发为气态制冷剂从所述第一制冷剂出口602输出进入所述压缩机1中部的吸气口端，后者释放热量温度降低从所述第二制冷剂出口604流出由所述回热装置3的所述第三制冷剂入口301进入所述回热装置3中，此时液态制冷剂为高压低温的液态制冷剂，其由所述第三制冷剂出口302流出的液态制冷剂由设置在所述过热区5b的所述第一端盖901的所述第五制冷剂入口501进入所述板式蒸发器5的过热区5b，所述过热区5b由数个过热换热片52紧密连接而成，该低所述过热换热片52的板面上成型有用于导通制冷剂的导流孔57以及多个规则排列的换热凹槽58，该种布置使得换热面积增大，所述过热区5b具有第五制冷剂入口501、第五制冷剂出口502、第六制冷剂入口503以及第六制冷剂出口504，该低压低温制冷剂通过所述第五制冷剂出口502从所述过热区5b流出，流经所述第一膨胀阀8节流后该液态制冷剂温度进一步降低，通过所述第六制冷剂503再次进入所述过热区5b，所述蒸发区5a与所述过热区5b通过一个导流板53隔离，所述导流板53上设有用于将所述蒸发区5a加热后的制冷剂导流至所述过热区5b的导流凹槽53a，液态制冷剂由所述导流接口53b流经所述导流凹槽53a进入所述蒸发区5a，，所述导流凹槽53a的截面积与两端的导流接口53b的过流面积大致相等，优选为10%，所述蒸发换热片51的板面上亦成型有用于导通制冷剂的导流孔57以及多个规则排列的换热凹槽58，所述蒸发区5a的所述第二端盖901,上成型有冷冻水进口55和冷冻水出口56，低压低温液态制冷剂与外部输入的冷冻水进行换热蒸发为气态制冷剂，通过所述导流板57流回所述过热区，由于气态制冷剂与刚进入所述过热区5b的低压低温制冷剂存在温差，气态制冷剂吸收热量温度进一步升高由所述第六制冷剂出口504输出，低压低温液态制冷剂释放热量温度进一步降低，减少了所述第一膨胀阀8的功耗，提高了制冷量，而气态制冷剂进入所述压缩机1的吸气口端，完成循环，温度升高减少了所述压缩机1的功耗，进一步提高了系统的制冷量。 

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (12)

1.一种高效换热制冷系统，包括依次连接的压缩机（1）、冷凝器（2）、回热装置（3）以及蒸发装置，其特征在于：

还包括换热装置（6），设于所述冷凝器（2）、所述压缩机（1）与所述回热装置（3）之间，且所述换热装置（6）与所述冷凝器（2）的制冷剂出口端之间设有第二膨胀阀（7），所述换热装置（6）具有第一制冷剂入口（601）、第一制冷剂出口（602）、第二制冷剂入口（603）以及第二制冷剂出口（604），其中，所述第一制冷剂入口（601）与所述第二膨胀阀（7）的制冷剂出口端相连接，所述第一制冷剂出口（602）与所述压缩机（1）中部的吸气口端连接，所述第二制冷剂入口（603）与所述冷凝器（2）的制冷剂出口端连接，所述第二制冷剂出口（604）与所述回热装置（3）连接，所述第一制冷剂入口（603）进入的液态制冷剂与所述第二制冷剂入口（603）进入的液态制冷剂在所述换热装置（6）内换热，形成的气态制冷剂由所述第一制冷剂出口（602）输入所述压缩机（1）内，形成的液态制冷剂进入所述回热装置（3）中；

所述回热装置（3）用于实现经所述换热装置（6）输出的液态制冷剂与所述蒸发器输出的气态制冷剂换热，并将换热后形成的气态制冷剂输入所述压缩机（1）中，其具有第三制冷剂入口（301）、第三制冷剂出口（302）、第四制冷剂入口（303）以及第四制冷剂出口（304），所述第三制冷剂入口（301）与所述换热装置（6）的第二制冷剂出口（604）相连接，所述第四制冷剂出口（304）连接于所述压缩机（1）的吸气口端；

所述蒸发装置包括板式蒸发器（5）和第一膨胀阀（8），所述板式蒸发器（5）包括用于液态制冷剂蒸发的蒸发区（5a）以及用于所述蒸发区（5a）流出的气态制冷剂与由所述回热装置（3）流出的液态制冷剂进行回热的过热区（5b），所述蒸发区（5a）由数个蒸发换热片（51）层叠连接而成,所述过热区（5b）由数个过热换热片（52）层叠连接而成，所述过热区（5b）具有第五制冷剂入口（501）、第五制冷剂出口（502）、第六制冷剂入口（503）以及第六制冷剂出口（504），所述第五制冷剂入口（501）连接于所述回热装置（3）的所述第三制冷剂出口（302），所述第五制冷剂出口（502）通过第一膨胀阀（8）连接于所述第六制冷剂入口（503），所述第六制冷剂出口（504）连接于所述回热装置（3）的第四制冷剂入口（303）。

2.根据权利要求1所述的高效换热制冷系统，其特征在于：所述蒸发区（5a）与所述过热区（5b）通过一个导流板（53）隔离，所述导流板（53）上设有用于将所述蒸发区（5a）加热后的制冷剂导流至所述过热区（5b）的导流凹槽（53a），所述导流凹槽（53a）的截面积与两端的导流接口（53b）的过流面积大致相等。

3.根据权利要求2所述的高效换热制冷系统，其特征在于：所述导流凹槽（53a）的截面积与所述导流接口（53b）的过流面积的面积差不超过10%。

4.根据权利要求3所述的制冷剂循环系统，其特征在于：所述压缩机（1）为磁悬浮离心机。

5.根据权利要求1-4所述的高效换热制冷系统，其特征在于：所述蒸发换热片（51）以及所述过热换热片（52）的板面上成型有用于导通制冷剂的导流孔（57）以及多个规则排列的换热凹槽（58）。

6.根据权利要求5所述的高效换热制冷系统，其特征在于：

所述换热凹槽（58）呈人字形，相邻换热片上的所述换热凹槽（58）呈正人字形和倒人字形设置。

7.根据权利要求6所述的高效换热制冷系统，其特征在于：

相邻的所述蒸发换热片（51）以及所述过热换热片（52）的所述导流孔（57）处采用密封胶垫进行密封连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的高效换热制冷系统，其特征在于：

所述蒸发器（5）的两端设置换热端盖（59）。

9.根据权利要求8所述的高效换热制冷系统，其特征在于：

所述换热端盖（59）、所述蒸发换热片（51）、所述导流板（53）、所述过热换热片（52）之间焊接连接。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的高效换热制冷系统，其特征在于：

所述制冷剂经所述过热区（5b）后再经过所述第一膨胀阀（8）后形成低温低压的所述制冷剂直接流通至所述蒸发区（5a）内与冷冻液进行换热。

11.根据权利要求1-10任一项所述的高效换热制冷系统，其特征在于：所述回热装置（3）的第二制冷剂出口（604）与所述压缩机（1）的吸气口之间还连接有气液分离器。

12.根据权利要求1-11所述的高效换热制冷系统，其特征在于:所述冷凝器（2）的制冷剂出口端与所述压缩机（1）吸气口之间还设置有补气管道。

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