CN106247657A - 一种二氧化碳电冰箱制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种二氧化碳电冰箱制冷系统，包括一体式膨胀‑压缩机，压缩机第二级气缸的排气口与气体冷却器的入口相连接，压缩机第一级气缸的进气口与蒸发器的出口相连接，压缩机第一级气缸压缩后的制冷剂排出到压缩机壳体内，随后经过压缩机第二级气缸的吸气通道进入压缩机第二级气缸。膨胀机的入口与气体冷却器的出口相连接，膨胀机出口的制冷剂分为两路，其中绝大部分的制冷剂经过三组电磁阀和毛细管组合中的一组；另一部分少量的制冷剂经过手阀和电子膨胀阀后，与设置在压缩机第二级气缸处的喷嘴相连接。本发明通过采用一体式膨胀‑压缩机、两级压缩中间喷液冷却以及三组不同尺寸的毛细管的方式，可以使二氧化碳电冰箱制冷系统的制冷性能得到提高。

Description

一种二氧化碳电冰箱制冷系统

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种二氧化碳电冰箱制冷系统。

背景技术

电冰箱是最常用的家用电器之一，并且由于家用电冰箱全天候工作，因此在家庭用电中电冰箱耗能占据了比较大的比例，从而使得电冰箱的节能问题变得异常突出。伴随着电冰箱能效标准的提高，并为了减少电冰箱能耗，在电冰箱领域发展相关的节能技术一直是国内外广泛关注的研究课题。同时，在电冰箱行业，关于全氯氟烃和含氢氯氟烃替代物的研究一直没有间断。目前广泛使用的替代工质虽然不破坏臭氧层，但是GWP值较高，会产生温室效应。而最新的绿色替代物R600a虽然既不破坏臭氧层也不产生温室效应，但其具有可燃性，因此也存在一定的安全隐患。因此，天然工质的应用引起了人们的重视，特别是对二氧化碳的利用。二氧化碳制冷装置的研究与应用又一次成为在全球范围内受到重视。

研究表明，二氧化碳无毒，没有可燃性，价格便宜、来源丰富、无须回收，能与普通润滑油相溶，容积制冷量较高，因此，相同制冷量时，压缩机的气缸容积可以做小很多。并且，二氧化碳具有高密度和低粘度，其流动损失小、传热效果良好。二氧化碳作为制冷剂的缺点是系统的工作压力高，最高压力可以达到10MPa甚至更高。由于二氧化碳的临界温度低，因此，制冷循环采用跨临界制冷循环。以二氧化碳作为制冷剂采用跨临界循环，由于高压级压力较高，节流前后的压差较大，系统的超临界流体直接被节流到两相区，一方面导致两相工质的干度较高，不利于制冷能力的提高。另一方面，节流过程的等焓线向熵增大的方向偏离较大，导致节流过程的损失远大于常规制冷剂的节流损失。基本跨临界二氧化碳循环的系统由压缩机、气体冷却器、节流装置和蒸发器组成，系统在蒸发温度为8℃，气冷器出口温度为40℃，吸气过热度为5℃，压缩机等熵效率为0.7的情况下，二氧化碳跨临界基本循环的COP为2.5～3的范围，循环性能系数要远低于常规制冷剂循环的性能系数。并且，由于跨临界二氧化碳循环系统的能效受环境温度变化的影响很大，而我国一年四季温差较大，采用普通电冰箱的固定节流装置必然会使系统在长时间内没有工作在最佳能效范围，因此需要对节流装置进行改进。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种二氧化碳电冰箱制冷系统，能够一定程度的解决二氧化碳电冰箱能效较低、节流损失过大、节流后两相工质的干度较高、制冷量较小和能效随环境温度的变化而降低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氧化碳电冰箱制冷系统，包括一体式膨胀-压缩机1，一体式膨胀-压缩机1中的压缩机3第二级气缸的排气口与气体冷却器6的入口相连接，压缩机3第一级气缸104的进气口与蒸发器4的出口相连接，压缩机3第一级气缸104压缩后的制冷剂排出到压缩机壳体内，随后经过压缩机3第二级气缸的吸气通道进入压缩机3的第二级气缸105；

一体式膨胀-压缩机1中的膨胀机2的入口与气体冷却器6的出口相连接，膨胀机2出口的制冷剂分为两路，其中大部分的制冷剂经过A电磁阀9a和A毛细管8a、或者B电磁阀9b和B毛细管8b、或C电磁阀9c和C毛细管8c后与蒸发器4的入口相连接；另一部分少量的制冷剂经过手阀7和电子膨胀阀5后，与设置在压缩机3第二级气缸上方的喷嘴103相连接。

所述一体式膨胀-压缩机1包括密闭壳体111，密闭壳体111下部固定有滚动转子压缩机3、密闭壳体111的上部固定有膨胀机2，主轴109的一端与滚动转子压缩机3连接，另一端与膨胀机2连接；在滚动转子压缩机3和膨胀机2之间装配有用于驱动主轴109的电动机110，在密闭壳体111侧面固定有与压缩机3第二级气缸105进气通道106相配合的喷嘴103。

所述一体式膨胀-压缩机1中的压缩机3为两级滚动转子式压缩机，并且在一级压缩和二级压缩之间设置了与第二级气缸105进气通道106相配合的喷嘴103。

所述一体式膨胀-压缩机1中的膨胀机2为涡旋式膨胀机或滚动转子式膨胀机。

所述A毛细管8a、B毛细管8b、C毛细管8c三者长度关系为：C毛细管8c最长、B毛细管8b次之，A毛细管8a最短。

有益效果

本发明所述二氧化碳电冰箱制冷系统，使用的工质为天然制冷剂二氧化碳，可以解决现有制冷剂存在的破坏环境以及工质可燃的问题。二氧化碳拥有无毒，没有可燃性，价格便宜、来源丰富、无须回收等优点。

相比于现有的常规二氧化碳电冰箱系统，本发明中压缩机采用两级压缩，并且加入了中间喷液降温的结构。二氧化碳由于工作压力高，采用两级压缩和中间喷液降温的结构，可以使系统的COP提高14％左右。与传统电冰箱制冷循环节流方式不同的是，本发明制冷系统中采用了膨胀加节流的方法，解决了二氧化碳制冷系统采用直接节流时，节流过程中能量损失大的问题。膨胀加节流的方法可以使系统COP平均提高15％左右。本发明中采用了一体式膨胀-压缩机，膨胀机与压缩机通过一根轴连接，膨胀机所回收的膨胀功可以作为压缩机的一部分压缩功，因此减少了压缩机的耗功。本发明根据环境温度的不同，设置了春秋季、夏季、冬季三根对应尺寸的毛细管，解决了二氧化碳电冰箱在环境温度变化时，其能效随环境温度的变化而不能达到最佳的问题。也能在一定程度上有效的提高制冷循环系统的效率(性能系数)。总之，该系统是一种经济、有效、可行的改善方案，能有效的提高二氧化碳电冰箱制冷系统的性能系数，促进二氧化碳电冰箱的应用和二氧化碳电冰箱节能技术的发展。

附图说明

图1是本发明制冷循环的系统示意图；其中：1是一体式膨胀-压缩机，2是膨胀机，3是压缩机，4是蒸发器，5是电子膨胀阀，6是气体冷却器，7是手阀，8a、8b、8c是三组尺寸不同的毛细管，9a、9b和9c是三个电磁阀。图1中连接线上的状态点a～h分别对应于图2压焓图上的状态点a～h。

图2是本发明制冷循环的压焓图，图2中的状态点a～h分别对应于图1连接线上的状态点a～h。

图3是本发明第一种一体式膨胀压缩机的剖面简图，采用涡旋式膨胀机，其中：101是膨胀机进气口，102是膨胀机排气口，103是喷嘴，104是压缩机的第一级气缸，105是压缩机的第二级气缸，106是压缩机第二级气缸的吸气通道，107是压缩机的吸气口，108是压缩机的排气口，109是主轴，110是电机，111是压缩机的壳体。

图4是本发明第二种一体式膨胀压缩机的剖面简图，这种一体式膨胀-压缩机中膨胀机采用滚动转子式膨胀机结构，其余结构与第一种一体式膨胀-压缩机结构相同，其中：113是膨胀机进气口，112是膨胀机排气口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种二氧化碳电冰箱制冷系统，包括一体式膨胀-压缩机1，一体式膨胀-压缩机1中的压缩机3第二级气缸的排气口与气体冷却器6的入口相连接，压缩机3第一级气缸104的进气口与蒸发器4的出口相连接，压缩机3第一级气缸104压缩后的制冷剂排出到压缩机壳体内，随后经过压缩机3第二级气缸的吸气通道进入压缩机3的第二级气缸105；

一体式膨胀-压缩机1中的膨胀机2的入口与气体冷却器6的出口相连接，膨胀机2出口的制冷剂分为两路，其中大部分的制冷剂经过A电磁阀9a和A毛细管8a、或者B电磁阀9b和B毛细管8b、或C电磁阀9c和C毛细管8c后与蒸发器4的入口相连接；另一部分少量的制冷剂经过手阀7和电子膨胀阀5后，与设置在压缩机3第二级气缸上方的喷嘴103相连接。

参照图3，所述一体式膨胀-压缩机1包括密闭壳体111，密闭壳体111下部固定有滚动转子压缩机3、密闭壳体111上部的固定有膨胀机2，主轴109的一端与滚动转子压缩机3连接，另一端与膨胀机2连接；在滚动转子压缩机3和膨胀机2之间装配有用于驱动主轴109的电动机110，在密闭壳体111侧面固定有与压缩机3第二级气缸105进气通道106相配合的喷嘴103。

所述一体式膨胀-压缩机1中的压缩机3为两级滚动转子式压缩机，并且在一级压缩和二级压缩之间设置了与第二级气缸105进气通道106相配合的喷嘴103，通过喷液降低第一级压缩后制冷剂气体的温度。

所述一体式膨胀-压缩机1中的膨胀机2为涡旋式膨胀机或滚动转子式膨胀机。参照图4，膨胀机采用滚动转子式膨胀机结构，其余结构与图3中的一种一体式膨胀-压缩机结构相同，其中：113是膨胀机进气口，112是膨胀机排气口。

所述A毛细管8a、B毛细管8b、C毛细管8c三者长度关系为：C毛细管8c最长、B毛细管8b次之，A毛细管8a最短。A毛细管8a适用于夏季，B毛细管8b适用于春秋季，C毛细管8c适用于冬季。每到一个季节，其对应支路的电磁阀打开，另外两路电磁阀关闭。

所述手阀7的作用是控制喷液流路制冷剂量的多少，以使压缩机两级压缩之间可以得到冷却，又不会导致液体进入压缩机第二级气缸105。

本发明的工作原理为：制冷系统在运行时，二氧化碳气体通过压缩机吸气口107首先进入压缩机的第一级气缸104进行压缩，由低温低压的气体变成中温中压的气体。然后由气缸104排入到壳体中。随后中温中压的气体与壳体内喷嘴103喷出的液体二氧化碳混合后，通过吸入通道106被吸入压缩机的第二级气缸105，由中温中压的气体变成高温高压的气体。由于喷嘴离第二级压缩气缸105吸气口有一段距离，由喷嘴103喷出的少量液体二氧化碳可以完全蒸发，不会以液体的形态进入第二级气缸105，喷液的目的是使二氧化碳气体在进入第二级气缸105之前的温度有所降低。

第二级压缩之后，二氧化碳变成高温高压的超临界状态，由排气口108排出。随后高温高压的二氧化碳进入到气体冷却器6中冷却。冷却后的二氧化碳通过膨胀机吸气口101(或图4中膨胀机吸气口113)进入到膨胀机中膨胀，回收的膨胀功可以为压缩机输入部分功率以减少能耗。从膨胀机排气口102(或图4中膨胀机排气口112)排出的二氧化碳基本接近饱和液体线。随后二氧化碳分为两路。其中一路比例很小，经过手阀7以及电子膨胀阀5节流后，这股少量的二氧化碳液体最终经过喷嘴103，喷射在压缩机气缸的吸气通道106中，以降低第一级压缩后二氧化碳的气体温度。另一路占总量绝大部分的二氧化碳依次经过电磁阀9a和毛细管8a、9b和毛细管8b、或者9c和毛细管8c进行第二次节流。毛细管8a的长度较短、毛细管8b中等、毛细管8c较长，内径相等。毛细管8a适用于夏季，毛细管8b适用于春秋季，毛细管8c适用于冬季。每到一个季节，其对应支路的电磁阀打开，另外两路电磁阀关闭。

随后，经过毛细管二次节流的制冷剂已处于两相区，流经蒸发器4进行制冷，之后再进入压缩机的第一级压缩气缸，如此循环。

如图2所示为本发明制冷循环系统工作过程的循环压-焓图(P-h图)，所示意的系统工作过程为:a→b为二氧化碳气体通过压缩机吸气口107首先进入压缩机的第一级气缸104进行压缩，由低温低压的气体变成中温中压的气体。b→c为中温中压的气体与壳体内喷嘴103喷出的液体二氧化碳混合后，通过吸入通道106被吸入压缩机的第二级气缸105。c→d为压缩机第二级压缩过程，将中温中压的二氧化碳压缩为超临界状态。d→e为高温高压的二氧化碳进入到气体冷却器6中冷却降温的过程。e→f为二氧化碳通过膨胀机吸气口101(或图4中膨胀机吸气口113)进入到膨胀机中膨胀的过程。f→g为少量二氧化碳经过手阀7以及电子膨胀阀5节流的过程。g→c为少量的二氧化碳液体经过喷嘴103，喷射在压缩机气缸的吸气通道106中，液体二氧化碳吸热后变为气体二氧化碳的过程。f→h为占总量绝大部分的二氧化碳依次经过电磁阀9a和毛细管8a、电磁阀9b和毛细管8b、或者电磁阀9c和毛细管8c进行第二次节流的过程。h→a为二氧化碳在蒸发器4中蒸发吸热的过程。以上过程构成整个循环。

Claims (5)

1.一种二氧化碳电冰箱制冷系统，其特征在于，包括一体式膨胀-压缩机(1)，一体式膨胀-压缩机(1)中的压缩机(3)第二级气缸的排气口与气体冷却器(6)的入口相连接，压缩机(3)第一级气缸(104)的进气口与蒸发器(4)的出口相连接，压缩机(3)第一级气缸(104)压缩后的制冷剂排出到压缩机壳体内，随后经过压缩机(3)第二级气缸的吸气通道进入压缩机(3)的第二级气缸(105)；

一体式膨胀-压缩机(1)中的膨胀机(2)的入口与气体冷却器(6)的出口相连接，膨胀机(2)出口的制冷剂分为两路，其中大部分的制冷剂经过A电磁阀(9a)和A毛细管(8a)、或者B电磁阀(9b)和B毛细管(8b)、或C电磁阀(9c)和C毛细管(8c)后与蒸发器(4)的入口相连接；另一部分少量的制冷剂经过手阀(7)和电子膨胀阀(5)后与设置在压缩机(3)第二级气缸上方的喷嘴(103)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电冰箱制冷系统，其特征在于，所述一体式膨胀-压缩机(1)包括密闭壳体(111)，密闭壳体(111)下部固定有滚动转子压缩机(3)、密闭壳体(111)上部的固定有膨胀机(2)，主轴(109)的一端与滚动转子压缩机(3)连接，另一端与膨胀机(2)连接；在滚动转子压缩机(3)和膨胀机(2)之间装配有用于驱动主轴(109)的电动机(110)，在密闭壳体(111)侧面固定有与压缩机(3)第二级气缸(105)进气通道(106)相配合的喷嘴(103)。

3.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳电冰箱制冷系统，其特征在于，所述一体式膨胀-压缩机(1)中的压缩机(3)为两级滚动转子式压缩机，并且在一级压缩和二级压缩之间设置了与第二级气缸(105)进气通道(106)相配合的喷嘴(103)。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电冰箱制冷系统，其特征在于，所述一体式膨胀-压缩机(1)中的膨胀机(2)为涡旋式膨胀机或滚动转子式膨胀机。

5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电冰箱制冷系统，其特征在于，所述A毛细管(8a)、B毛细管(8b)、C毛细管(8c)三者长度关系为：C毛细管(8c)最长、B毛细管(8b)次之，A毛细管(8a)最短。