CN106969557A - 一种带经济器的双温co2跨临界增压制冷系统 - Google Patents

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胡含清
于泽庭
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Abstract

本发明公开了一种带经济器的双温CO2跨临界增压制冷系统，它解决了现有二氧化碳双温制冷系统的能效低的问题，具有利用经济器对流体过冷，可以在不用消耗额外的能量同时，增加制冷剂的过冷度；在制冷剂进入蒸发器前进行过冷，能有效增加制冷量，从而提高系统的制冷效率的效果。其技术方案为：CO2气体经气体冷却器冷却和第一节流阀节流后进入储液器中气液分离，气体通过压缩后返回气体冷却器，液体分为两股，其中一股液体经过第二节流阀节流后与另一股液体在经济器中换热，未节流的液体被吸热过冷，节流后的液体吸热成为CO2气体，CO2气体经压缩后返回气体冷却器；过冷液体分别进入中温制冷级和低温制冷级进行制冷，CO2气体经压缩后进入气体冷却器。

Description

一种带经济器的双温CO2跨临界增压制冷系统
技术领域
本发明属于CO2制冷领域，具体涉及一种带经济器的双温CO2跨临界增压制冷系统。
背景技术
随着当今社会对食品安全和食品质量的日益重视，食品冷链作为食品运输储藏中的重要组成部分，面临着巨大的技术发展需求。超市和冷库作为冷链中的重要环节，在近几年得到了迅速的发展。为了更好地冷藏和冷冻食品，双温制冷系统现如今被广泛地运用于超市和冷库之中。当前的双温制冷系统多为复叠和并联的形式，这种类型的制冷系统中通常会采用含氢氟烃的高温室效应气体作为制冷剂，一旦泄露对环境的破坏作用较大。所以寻找一种绿色环保的制冷剂以及设计其配套的制冷系统成为了现如今的一个重要课题。CO2是一种纯天然工质，近几年一直被研究者视为替代传统制冷的高效节能的新型制冷剂之一。CO2有着较高的临界压力(7.38MPa)和较低的临界温度(30.97℃)，在超临界状态下它的单位容积制冷量约为传统制冷剂的6.5倍，有利于达到理想的制冷效果。但是目前的CO2双温制冷系统的能效还不高，这是因为二氧化碳的临界温度较低，临界压力较高，使得制冷机必须按照跨临界循环而进行作业，也就意味着高温排热不会发生两相冷凝变换，而只能产生气体冷却，节流损失较大。
发明内容
发明人尝试对二氧化碳双温制冷系统进行改进，使其具有更高的能效。由于经济器是一种通过制冷剂自身节流蒸发吸收热量从而使另一部分制冷剂得到过冷的换热器，能够在不损耗额外能量的情况下增大制冷剂的过冷度，有效提高制冷量。所以，发明人提出是否可以将二氧化碳双温制冷系统与经济器配合使用，以提高二氧化碳双温制冷系统的能效。
而如何将经济器和二氧化碳双温制冷结合，进一步提高系统能效，是本发明拟解决的问题。
针对上述现有技术中存在的问题，本发明中提出了一种带经济器的双温CO2跨临界增压制冷系统，包括气体冷却器、第一节流阀、储液器、第二节流阀、经济器、中温制冷级和低温制冷级，中温制冷级和低温制冷级并联，CO2气体经气体冷却器冷却和第一节流阀节流后进入储液器中气液分离，气体通过压缩后返回气体冷却器，液体分为两股，其中一股液体经过第二节流阀节流后与另一股液体在经济器中换热，使未节流的液体被吸热过冷，节流后的液体吸热成为CO2气体，该部分CO2气体经压缩后返回气体冷却器；过冷液体分别进入中温制冷级和低温制冷级进行制冷，制冷后的CO2气体经压缩后进入气体冷却器，完成一个循环。
该系统采用CO2双温跨临界增压制冷技术，绿色环保，在有效减小了对环境的污染的同时也保证了系统高效的制冷能力。同时在蒸发器上游设置经济器辅助换热，在不消耗额外能量的基础上增大了制冷剂过冷度，提高制冷量，从而提高系统整体的能效比。
进一步的，两股液体均来自储液器的液体出口，一股液体经第二节流阀节流后进入经济器，另一股液体直接进入经济器，这两股液体在经济器中换热。
进一步的，两股液体分别来自储液器的液体出口和经济器的过冷液体出口，储液器中的全部液体进入经济器被吸热过冷，经济器的过冷液体出口端分流出的一部分过冷液体经节流后进入经济器，与来自储液器的液体换热；经济器的过冷液体出口端的剩余过冷液体分别进入中温制冷级和低温制冷级制冷。
进一步的，来自经济器的CO2气体与来自中温制冷级和低温制冷级的CO2气体汇合后，经过相同压缩机压缩后返回气体冷却器。
进一步的，来自经济器的CO2气体与来自中温制冷级和低温制冷级的CO2气体经过不同压缩机压缩。
进一步的，来自储液器的CO2气体与来自中温制冷级和低温制冷级的CO2气体经过不同压缩机压缩。
进一步的，所述低温制冷级包括低温蒸发器和低温压缩机，低温压缩机和入口端与低温蒸发器的出口端连通。
更进一步的，所述低温蒸发器的上游设置有第三节流阀。
进一步的，所述中温制冷级包括中温蒸发器。
更进一步的，所述中温蒸发器的上游设置有第四节流阀。
本发明的有益效果为：
1、采用CO2为制冷剂，能降低对环境的破坏和污染，同时提高系统的紧凑性；
2、利用经济器对流体过冷，可以在不用消耗额外的能量同时，增加制冷剂的过冷度；
3、在制冷剂进入蒸发器前进行过冷，能有效增加制冷量，从而提高系统的制冷效率；
4、采用压缩机直接压缩储液器中的气态制冷剂，能有效减小压比，减少压缩机的能耗，由此提高系统的能效比。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的实施例1的结构示意图；
图2为本发明的实施例2的结构示意图；
图3为本发明的实施例3的结构示意图；
图4为本发明的实施例4的结构示意图。
其中，1、中温压缩机；2、辅助压缩机；3、气体冷却器；4、第一节流阀；5、储液器；6、经济器；7、中温蒸发器；8、低温蒸发器；9、低温压缩机；10、三通阀；11、辅助压缩机Ⅱ；12、第二节流阀。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
如图1所示，经过气体冷却器3冷却和第一节流阀4节流后的制冷剂，在储液器5中完成气液分离，其中液态制冷剂预先被分成两股，一股经第二节流阀12节流降压后进入经济器6中与另一股流体进行换热，从而使另一股流体过冷后进入中温和低温级进行制冷。
进入中温蒸发器7的制冷剂直接蒸发，而进入低温蒸发器8的制冷剂在经过蒸发过程后需进入低温压缩机9进行压缩，这两股流体与之前从经济器6流出的那股吸热流体直接混合，重新进入中温压缩机1压缩，同时储液器5中的气体被引入辅助压缩机2中压缩，中温压缩机1和辅助压缩机2之间的管路上设置三通阀10，防止储液器5中的CO2气体进入中温压缩机1中，然后辅助压缩机2出口处流体与中温压缩机1出口处流体混合进入气体冷却器3中，重新开始制冷循环。
实施例2
如图2所示，经过气体冷却器3冷却和第一节流阀4节流后的制冷剂，在储液器5中完成气液分离，其中液态制冷剂全部进入经济器6，在出口处被分为两股，一股经第二节流阀12节流降压后重新回流至经济器6中与之前流经的全部流体进行换热，另一股流体则进入中温和低温级进行制冷。进入中温蒸发器7的制冷剂直接蒸发，而进入低温蒸发器8的制冷剂在经过蒸发过程后需进入低温压缩机9进行压缩，这两股流体与之前从经济器6流出的那股吸热流体直接混合，重新进入中温压缩机1压缩，同时储液器5中的气体被引入辅助压缩机2中压缩，中温压缩机1和辅助压缩机2之间的管路上设置三通阀10，防止储液器5中的CO2气体进入中温压缩机1中，然后辅助压缩机2出口处流体与中温压缩机1出口处流体混合进入气体冷却器3中，重新开始制冷循环。
实施例1和实施例2两种系统的作用在于利用CO2制冷降低对环境的污染，通过内部换热实现流体的过冷，增大制冷量，同时辅助压缩机的使用是系统压缩机总能耗减小，从而使系统的能效比提高。
实施例3
如图3所示，经过气体冷却器3冷却和第一节流阀4节流后的制冷剂，在储液器5中完成气液分离，其中液态制冷剂预先被分成两股，一股经第二节流阀12节流降压后进入经济器6中与另一股流体进行换热。这里可以通过调节两股流体的比例，使得吸收热量的流体流出经济器时为饱和或过热气态，从而使另一股流体过冷后进入中温和低温级进行制冷，进入中温蒸发器7的制冷剂直接蒸发，而进入低温蒸发器8的制冷剂在经过蒸发过程后需进入低温压缩机9进行压缩，这两股流体直接混合，重新进入中温压缩机1压缩，同时储液器5中的气体被引入辅助压缩机2中压缩，中温压缩机1和辅助压缩机2之间的管路上设置三通阀10，以便在两者之间进行气体量的协调。经济器中的流出的吸热气体则进入辅助压缩机Ⅱ11中，然后这两个辅助压缩机出口气体与中温压缩机1出口处流体混合进入气体冷却器3中，重新开始制冷循环。
实施例4
如图4所示，经过气体冷却器3冷却和第一节流阀4节流后的制冷剂，在储液器5中完成气液分离，其中液态制冷剂全部进入经济器6，在出口处被分为两股，一股经第二节流阀12节流降压后重新回流至经济器6中与之前流经的全部流体进行换热，这里可以通过调节两股流体的比例，使得吸收热量的流体流出经济器时为饱和或过热气态，另一股流体则进入中温和低温级进行制冷。进入中温蒸发器7的制冷剂直接蒸发，而进入低温蒸发器8的制冷剂在经过蒸发过程后需进入低温压缩机9进行压缩，这两股流体直接混合，重新进入中温压缩机1压缩，同时储液器5中的气体被引入辅助压缩机2中压缩，中温压缩机1和辅助压缩机2之间的管路上设置三通阀1，以便在两者之间进行气体量的协调。经济器中的流出的吸热气体则进入辅助压缩机Ⅱ11中，然后这两个辅助压缩机出口气体与中温压缩机1出口处流体混合进入气体冷却器3中，重新开始制冷循环。
实施例3和实施例4的两个系统能有效减小环境污染，增大系统制冷量，提高系统能效比。同时经过经济器6吸热后的气体的压力要高于中温蒸发器7出口的压力，设置的辅助压缩机Ⅱ11更有针对性，对系统效率提高有明显影响。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带经济器的双温CO2跨临界增压制冷系统，其特征在于：包括气体冷却器、第一节流阀、储液器、第二节流阀、经济器、中温制冷级和低温制冷级，中温制冷级和低温制冷级并联，CO2气体经气体冷却器冷却和第一节流阀节流后进入储液器中气液分离，气体通过压缩后返回气体冷却器，液体分为两股，其中一股液体经过第二节流阀节流后与另一股液体在经济器中换热，使未节流的液体被吸热过冷，节流后的液体吸热成为CO2气体，该部分CO2气体经压缩后返回气体冷却器；过冷液体分别进入中温制冷级和低温制冷级进行制冷，制冷后的CO2气体经压缩后进入气体冷却器。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：两股液体均来自储液器的液体出口，一股液体经第二节流阀节流后进入经济器，另一股液体直接进入经济器，这两股液体在经济器中换热。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：两股液体分别来自储液器的液体出口和经济器的过冷液体出口，储液器中的全部液体进入经济器被吸热过冷，经济器的过冷液体出口端分流出的一部分过冷液体经节流后进入经济器，与来自储液器的液体换热；经济器的过冷液体出口端的剩余过冷液体分别进入中温制冷级和低温制冷级制冷。
4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：来自经济器的CO2气体与来自中温制冷级和低温制冷级的CO2气体汇合后，经过相同压缩机压缩后返回气体冷却器。
5.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：来自经济器的CO2气体与来自中温制冷级和低温制冷级的CO2气体经过不同压缩机压缩。
6.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：来自储液器的CO2气体与来自中温制冷级和低温制冷级的CO2气体经过不同压缩机压缩。
7.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述低温制冷级包括低温蒸发器和低温压缩机，低温压缩机和入口端与低温蒸发器的出口端连通。
8.根据权利要求7所述的制冷系统，其特征在于：所述低温蒸发器的上游设置有第三节流阀。
9.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述中温制冷级包括中温蒸发器。
10.根据权利要求9所述的制冷系统，其特征在于：所述中温蒸发器的上游设置有第四节流阀。
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