CN105605817A - 一种制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制冷系统，由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀、切换阀、中间冷却器及连接管路组成，压缩机第一储液器的入口与蒸发器的出口连接，第二储液器的入口经切换阀分别与蒸发器出口、中间冷却器连接；压缩机排气口与冷凝器相接，冷凝器和蒸发器之间设置有节流阀及中间冷却器。本方案相比传统双级增焓或喷气增焓压缩技术，变串联压缩为并联压缩，压缩结构简单，无中间流道损失，压缩机效率更高，增焓效果更佳。本发明压缩机，可根据需要选择增焓压缩循环或双缸单级普通压缩机循环，扩展了压缩机的适用范围。由于采用单压缩机实现并联压缩与传统采用双压缩机相比，压缩机的体积、成本大幅降低，压缩机运行控制简单，噪声源减少。

Description

一种制冷系统
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种制冷系统。
背景技术
增焓制冷循环相比普通单级压缩循环，具有更高的制冷/制热能力与COP(性能系数)，基于该理论循环的双级增焓、喷气增焓等技术在制冷空调领域得到越来越广泛的应用。双级增焓压缩技术和气缸喷焓压缩技术是实现增焓制冷循环的两种常用压缩机技术。双级增焓压缩机的特点在于，采用两级气缸依次压缩，其中第一级气缸将低压制冷剂压缩至中压排出，一级气缸的中压排气与来自制冷循环系统的中压补气混合，二级气缸将上述混合气压缩至高压。气缸喷焓压缩技术的特点在于，采用一级气缸完成低压到高压的压缩，在气缸的中间位置设置有喷焓口，当气缸内制冷剂压力低于来自制冷系统的中间压力制冷剂时，补入中压制冷剂，随着压缩的进行，当气缸内压力高于中间压力时，关闭补气，将混合气压缩至高压排出。
对于双级增焓压缩机，由于实现压比分解，并实现补气与压缩的分离，补气增焓效果好；但压缩机存在两次排气过程，压缩机排气损失大，引起压缩机指示效率降低；另一方面，由于两级压缩所需机构零件更多，压缩机摩擦损耗有所增加，引起压缩机机械效率降低；上述两种因素导致压缩机功率增大、能效降低。
对于气缸喷焓压缩机，虽然减少了一次排气过程，避免了两次排气带来的排气损失大的问题；但由于喷焓口设置于气缸吸、排气口之间的某一特定位置，其不能随着制冷系统工况的变化而改变，即工况适用性差，从而在一些工况下出现补气不足或补气过量的问题，从而无法发挥出增焓制冷循环的最佳效果；另外，为了防止补气倒流而在补气流路上设置的单向流通阀会导致补气流动损失增大，压缩机功耗上升。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种制冷系统，克服了现有增焓制冷循环两种压缩机方式存在的缺陷，既提升了压缩机的运行效率，又保证了补气增焓的效果，是实现增焓制冷循环的一种高效压缩方式。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种制冷系统，包括：压缩机、冷凝器、第一节流阀、冷却装置、第二节流阀、蒸发器和阀；
所述压缩机的排气口与所述冷凝器的进气口相接；
所述冷凝器的排气口连接有两条管路，其中的第一管路内依次设置有第一节流阀和冷却装置，并最终连通于所述阀；第二管路与所述冷却装置换热后经过第二节流阀连通于所述蒸发器的入口；
所述压缩机包括第一压缩机构、第二压缩机构、第一储液器和第二储液器；所述第一压缩机构和所述第二压缩机构并联，所述第一压缩机构的入口经所述第一储液器与所述蒸发器的出口连接，所述第二压缩部的入口经所述第二储液器并通过所述阀分别与所述蒸发器的出口和所述冷却装置的出口连接；
所述阀能够使所述第二储液器连通于所述蒸发器或所述冷却装置中的一个。
优选的，所述第一压缩机构和所述第二压缩机构设置在所述压缩机的同一泵体内，所述第一压缩机构的排气口与所述压缩机内空腔相通，所述第二压缩机构的排气口与所述压缩机相通。
优选的，所述第一压缩机构包括上气缸、上法兰、上滚子和上滑片；所述第二压缩机构包括下气缸、下法兰、下滚子和下滑片；所述第一压缩机构和所述第二压缩机构之间通过隔板隔开。
优选的，所述第一压缩机构的吸气开始角度与所述第二压缩机构的吸气开始角度之间设置有差值。
优选的，所述吸气角度差值为120°～180°。
优选的，所述阀为切换阀，其两个进口分别连通于所述蒸发器和所述冷却装置，出口连通于所述第二储液器。
优选的，所述冷却装置为中间冷却器或闪蒸器。
优选的，所述第二压缩机构的吸气容积与所述第一压缩机构的吸气容积的比值为0.05-0.2。
优选的，其特征在于，所述第一压缩机构和/或所述第二压缩机构为变容积压缩部。
优选的，所述第二压缩机构的吸气容积与所述第一压缩机构的吸气容积的比值可切换运行，大容积比范围为0.1-0.2，小容积比范围为0.05-0.1。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的制冷系统，至少具有两种运行模式：
第一运行模式，即补气增焓模式，阀使得第二储液器与冷却装置相通，第二压缩机构吸入中压制冷剂，而第一压缩机构吸入低压制冷剂，第一压缩机构排气与第二压缩机构排气混合后排出压缩机进入冷凝器，冷凝后的液态制冷剂一部分经冷却装置形成中压制冷剂，另一部分经冷却装置换热、第二节流阀节流后进入蒸发器，蒸发器出口的低压制冷剂进入第一压缩机构；在上述补气增焓模式下，由于第一、第二压缩机构独立工作，实现低压、中压制冷剂高效吸气、压缩，避免了双级压缩带来的中间流动损失；
第二运行模式，即普通单级模式，阀换向使得第二储液器与蒸发器出口连通，第一、第二压缩机构同时吸入蒸发器出口的低压制冷剂，冷却装置出口被阻断，制冷循环变为普通单级；该运行模式适用于一部分在第一运行模式下能效较差的工况，例如对制冷量要求较小的运行工况；
以上这两种运行模式相结合，实现了增焓制冷循环系统在全工况的高效运行，提升了系统的综合能效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的压缩机并联增焓运行的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的并联增焓制冷循环压焓图；
图3为本发明实施例提供的压缩机单级非增焓运行的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种制冷系统，克服了现有增焓制冷循环两种压缩机方式存在的缺陷，既提升了压缩机的运行效率，又保证了补气增焓的效果，是实现增焓制冷循环的一种高效压缩方式。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的压缩机并联增焓运行的结构示意图；图2为本发明实施例提供的并联增焓制冷循环示意图；图3为本发明实施例提供的压缩机单级非增焓运行的结构示意图。
本发明实施例提供的制冷系统，其核心改进点在于，包括：压缩机10、冷凝器20、第一节流阀30、冷却装置40、第二节流阀50、蒸发器60和阀70；
其中，压缩机10的排气口与冷凝器20的进气口相接；
冷凝器20的排气口连接有两条管路，其中的第一管路内依次设置有第一节流阀30和冷却装置40，并最终连通于阀70；第二管路与冷却装置40换热后经过第二节流阀50连通于蒸发器60的入口；
压缩机10包括第一压缩机构11、第二压缩机构12、第一储液器13和第二储液器14；第一压缩机构11和第二压缩机构12并联，这两个压缩部独立吸气、独立压缩；第一压缩机构11的入口经第一储液器13与蒸发器60的出口连接，以吸入低温低压制冷剂；第二压缩部20的入口经第二储液器14并通过阀70分别与蒸发器60的出口和冷却装置40的出口连接，以选择性的吸入低压制冷剂或中压制冷剂；
阀70能够使第二储液器14连通于蒸发器60或冷却装置40两者之一。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的制冷系统，至少具有两种运行模式：
第一运行模式，即补气增焓模式，如图1所示，阀70使得第二储液器与冷却装置40相通，第二压缩机构12吸入中压制冷剂，而第一压缩机构11吸入低压制冷剂，第一压缩机构11排气与第二压缩机构12排气混合后排出压缩机10进入冷凝器20，冷凝后的液态制冷剂一部分经冷却装置40形成中压制冷剂，另一部分经冷却装置40换热、第二节流阀50节流后进入蒸发器60，蒸发器60出口的低压制冷剂进入第一压缩机构11，形成循环；该第一运行模式的制冷循环理论压焓图如图2所示，1-2为第一压缩机构压缩过程，3-5为第二压缩机构压缩过程，两者为并行的压缩过程，因此称之为并联压缩；由于冷却装置40的热交换作用，进入蒸发器60的制冷剂进一步过冷，制冷量由h1-h6增加至h1-h8；可见，在上述补气增焓模式下，由于第一、第二压缩机构独立工作，实现低压、中压制冷剂高效吸气、压缩，避免了现有技术中双级增焓压缩带来的中间流动损失，改善了气缸喷气增焓压缩工况适用性差的问题；该压缩机10既提升了自身的运行效率，又保证了补气增焓的效果，实现了增焓制冷循环的高效压缩；
第二运行模式，即双缸运行模式，阀70换向使得第二储液器与蒸发器出口连通，第一、第二压缩机构同时吸入蒸发器出口的低压制冷剂，冷却装置出口被阻断，制冷循环变为普通单级；该运行模式适用于一部分在第一运行模式下能效较差的工况，例如对制冷量要求较小的运行工况；
以上这两种运行模式相结合，实现了增焓制冷循环系统在全工况的高效运行，提升了系统的综合能效。
图2为各节点变化结合图，1-2第一压缩部压缩过程，3-5第二压缩部压缩过程，2、5-6为冷凝过程，6-7为第一节流阀过程，7-3和6-8为中间冷却器换热过程，8-9为第二节流阀节流过程，9-1为制冷剂蒸发过程。
作为优选，压缩机10为单泵双缸压缩结构，即第一压缩机构11和第二压缩机构12设置在压缩机10的同一泵体内，第一压缩机构11的排气口通过上消音器与压缩机10内空腔相通，第二压缩机构12的排气口通过下消音器与压缩机10相通；第一压缩机构11和第二压缩机构12压缩后的排气在压缩机10壳体腔内混合。当然，第一、第二压缩机构还可以为两个单独的压缩泵体，两个泵体可共用一个电机组件，或分别使用一个电机组件。
在本方案提供的具体实施例中，上气缸111、上法兰112、上滚子113、上滑片及隔板15构成第一压缩机构11；下气缸121、下法兰122、下滚子123、下滑片及隔板15构成第二压缩机构12；隔板15将上述两个压缩机构分隔开来，其结构可以参照图1和图3所示。
为了进一步优化上述的技术方案，第一压缩机构11的吸气开始角度与第二压缩机构12的吸气开始角度之间设置有差值。由于设置了第一压缩机构11和第二压缩机构12吸气角度差，有效的衰减了第一压缩机构11排气压力脉动对第二压缩机构12排气背压的干扰，提升了第二压缩机构12的效率。
作为优选，第一压缩机构11吸气开始角度与第二压缩机构12吸气开始角度相错120°～180°，通过设置合理的第一、第二压缩机构吸气相位角度差，大幅度减小了两者排气干涉问题。该压缩机10既提升了自身的运行效率，又保证了补气增焓的效果，实现了增焓制冷循环的高效压缩。
在本方案提供的具体实施例中，阀70为切换阀，其两个进口分别连通于蒸发器60和冷却装置40，出口连通于第二储液器14，如图1和图3所示，可以根据需要进行切换。当然，阀70还可以采用两个二通阀，即在蒸发器60和第二储液器14之间设置一个二通阀，在冷却装置40和第二储液器14之间设置另一个二通阀；或四通阀替代。
作为优选，冷却装置40为中间冷却器或闪蒸器，以获得良好冷却效果。
为了进一步优化上述的技术方案，第二压缩机构12的吸气容积与第一压缩机构11的吸气容积的比值为0.05-0.2，能够最优化压缩机效率和增焓效果。
本发明实施例提供的制冷系统，第一压缩机构11和/或第二压缩机构12为变容积压缩部，以满足不同的工况需求。两个泵体、两个电机方案可实现第二压缩机构12吸气容积与第一压缩机构11吸气容积比值的任意变化，但压缩机的驱动系统更为复杂。两个泵体方案会导致压缩机成本上升、可靠性变差，但能够达到上述实施例同样的技术效果。
作为优选，第二压缩机构12的吸气容积与第一压缩机构11的吸气容积的比值可切换运行，大容积比范围为0.1-0.2，小容积比范围为0.05-0.1。本领域技术人员能够根据实际需要在上述大容积比和小容积比之间切换。
综上所述，本发明实施例提供的制冷系统，由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀、切换阀、中间冷却器及连接管路组成，上述压缩机第一储液器的入口与蒸发器的出口连接，第二储液器的入口经切换阀分别与蒸发器出口、中间冷却器连接；压缩机排气口与冷凝器相接，冷凝器和蒸发器之间设置有节流阀及中间冷却器。本方案相比传统双级增焓或喷气增焓压缩技术，变串联压缩为并联压缩，压缩结构简单，无中间流道损失，压缩机效率更高，增焓效果更佳。由于采用单压缩机实现并联压缩与传统采用双压缩机来相比，压缩机的体积、成本大幅降低，压缩机运行控制简单，噪声源减少，制冷系统噪声降低，压缩机易于安装。本发明压缩机，可根据需要选择增焓压缩循环或双缸单级普通压缩机循环，扩展了压缩机的适用范围；变容积比设计则可保证轻、重工况下均发挥良好的补气增焓效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括：压缩机(10)、冷凝器(20)、第一节流阀(30)、冷却装置(40)、第二节流阀(50)、蒸发器(60)和阀(70)；
所述压缩机(10)的排气口与所述冷凝器(20)的进气口相接；
所述冷凝器(20)的排气口连接有两条管路，其中的第一管路内依次设置有第一节流阀(30)和冷却装置(40)，并最终连通于所述阀(70)；第二管路与所述冷却装置(40)换热后经过第二节流阀(50)连通于所述蒸发器(60)的入口；
所述压缩机(10)包括第一压缩机构(11)、第二压缩机构(12)、第一储液器(13)和第二储液器(14)；所述第一压缩机构(11)和所述第二压缩机构(12)并联，所述第一压缩机构(11)的入口经所述第一储液器(13)与所述蒸发器(60)的出口连接，所述第二压缩部(20)的入口经所述第二储液器(14)并通过所述阀(70)分别与所述蒸发器(60)的出口和所述冷却装置(40)的出口连接；
所述阀(70)能够使所述第二储液器(14)连通于所述蒸发器(60)或所述冷却装置(40)中的一个。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一压缩机构(11)和所述第二压缩机构(12)设置在所述压缩机(10)的同一泵体内，所述第一压缩机构(11)的排气口与所述压缩机(10)内空腔相通，所述第二压缩机构(12)的排气口与所述压缩机(10)相通。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一压缩机构(11)包括上气缸(111)、上法兰(112)、上滚子(113)和上滑片；所述第二压缩机构(12)包括下气缸(121)、下法兰(122)、下滚子(123)和下滑片；所述第一压缩机构(11)和所述第二压缩机构(12)之间通过隔板(15)隔开。
4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一压缩机构(11)的吸气开始角度与所述第二压缩机构(12)的吸气开始角度之间设置有差值。
5.根据权利要求4所述的制冷系统，其特征在于，所述吸气角度差值为120°～180°。
6.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述阀(70)为切换阀，其两个进口分别连通于所述蒸发器(60)和所述冷却装置(40)，出口连通于所述第二储液器(14)。
7.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述冷却装置(40)为中间冷却器或闪蒸器。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的制冷系统，其特征在于，所述第二压缩机构(12)的吸气容积与所述第一压缩机构(11)的吸气容积的比值为0.05-0.2。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的制冷系统，其特征在于，其特征在于，所述第一压缩机构(11)和/或所述第二压缩机构(12)为变容积压缩部。
10.根据权利要求9所述的制冷系统，其特征在于，所述第二压缩机构(12)的吸气容积与所述第一压缩机构(11)的吸气容积的比值可切换运行，大容积比范围为0.1-0.2，小容积比范围为0.05-0.1。
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