CN107631510A - 基于余压回收的co2中低温冷冻冷藏系统 - Google Patents

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代宝民
刘圣春
崔志杰
姜文玲
孟憧景
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Abstract

本发明公开了一种基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统。本发明包括余压回收系统和中低温冷冻冷藏系统；中温级压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接中温级膨胀机入口，中温级膨胀机出口连接储液器入口，储液器出口分别连接电子膨胀阀和低温级膨胀机入口，电子膨胀阀通过中温蒸发器中温级压缩机入口，储液器通过设置节流阀的管路连接中温级压缩机入口，低温级膨胀机出口通过低温蒸发器连接低温级压缩机入口，低温级压缩机出口连接中温级压缩机入口。本发明采用双级压缩，低温级排气与中温级蒸发器出口流体混合，之后通过中温级压缩机压缩，系统节能高效。

Description

基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统
技术领域
本发明涉及余压回收及利用技术，尤其涉及一种基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统。
背景技术
随着氟氯烃(CFCs)和氢氟氯烃(HCFCs)类物质破坏臭氧层并且具有较高的温室效应已被或将逐渐被禁用。国内外的相关企业、科研院所和高校均纷纷加大对CO2制冷空调系统研发的投入，CO2制冷空调系统是今后制冷空调行业发展的重要研究方向。CO2有诸多优点：1)环境友好，ODP＝0、GWP＝1；2)安全无毒不可燃，化学性质稳定；3)廉价易获取；4)与润滑油的相容性；5)粘度低、导热系数高，具有良好的热物性以及流动和传热特性；6)单位容积制冷/热量较高，与普通工质相比，CO2设备体积更加小巧紧凑。但CO2制冷循环高低压差较高，节流损失大，导致其能效(COP)相对于常规制冷系统较低。
在日本，以“生态精灵”(Eco-Cute)冠名的CO2热泵热水器作为一种节能环保的产品近几年其年销售量均保持在45万台以上。在欧洲的挪威，CO2制冷系统在超市冷冻冷藏系统的使用呈现增长的趋势，并已成为超市运营方的首选。虽然CO2制冷空调技术已应用于多个领域，并且在欧洲、日本及北美地区广泛应用，但CO2跨临界制冷循环效率较低的关键问题仍未得到根本解决。CO2的临界温度为31.1℃，临界压力高达7.38MPa，放热过程通常发生在临界点之上，一般称CO2制冷循环为跨临界循环。由于其运行压力高，节流不可逆损失大，造成循环严重偏离逆向卡诺循环，CO2跨临界循环效率低于常规制冷剂循环。
因此，迫切需要新开发新型CO2跨临界制冷循环，减小CO2节流损失、提升循环热力性能的运行机制，为提高CO2跨临界制冷循环能效提供一条新的道路，对减轻温室效应、实现HCFCs替代具有重要的经济价值和社会意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统，对中低温级膨胀功回收，提高CO2制冷系统COP。
本发明所采取的技术方案是：提出一种基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统，包括余压回收系统和中低温冷冻冷藏系统；余压回收系统包括中温级膨胀机、低温级膨胀机、中温级压缩机和低温级压缩机；中低温冷冻冷藏系统包括气体冷却器、中温蒸发器、低温蒸发器、储液器、节流阀和电子膨胀阀；中温级压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接中温级膨胀机入口，中温级膨胀机出口连接储液器入口，储液器出口分别连接电子膨胀阀和低温级膨胀机入口，电子膨胀阀通过中温蒸发器中温级压缩机入口，储液器通过设置节流阀的管路连接中温级压缩机入口，低温级膨胀机出口通过低温蒸发器连接低温级压缩机入口，低温级压缩机出口连接中温级压缩机入口。
由于CO2节流过程中的压差大，采用膨胀机代替节流阀后，可回收CO2节流过程的膨胀功，将膨胀功输送给中、低温级压缩机，实现系统效率的提升。
中低温冷冻冷藏系统内充注的工质为CO2，由低温级压缩机出口的CO2过热蒸汽与中温蒸发器出口的过热态的CO2流体混合后，进入中温级压缩机吸气口，由中温级压缩机压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器与环境空气进行换热，冷却至温度稍高于环境温度的超临界流体，之后高压CO2流体经过中温级膨胀机做功，膨胀做功后的CO2气液两相流体进入储液器分离为气相流体和液相流体，其中气相流体经过节流阀节流降压，流入中温级压缩机，而液相流体一部分流经电子膨胀阀到达中温蒸发器，一部分经过低温级膨胀机膨胀做功，之后进入低温蒸发器，吸热变为过热或饱和气后进入中温级压缩机吸气口，完成循环。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)制冷系统的制冷剂为自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，在高温条件下也不分解产生有害气体，是环境友好的制冷剂，与现有汽车空调使用的制冷剂相比，大大缓解了温室效应，环保优势明显。
(2)由于CO2节流过程中压差大，采用膨胀机代替节流阀后，可回收节流过程中的膨胀功，实现余压回收。
(3)膨胀机做功发出的电提供给中低温冷冻冷藏系统的压缩机，提高系统效率。
(4)在中温和低温级分别进行膨胀降压，实现中温级和低温级两个温度等级，采用双级压缩，低温级排气与中温级蒸发器出口流体混合，之后通过中温级压缩机压缩，系统节能高效。
(5)和传统的CO2跨临界制冷系统相比较，降低了气体冷却器最佳压力。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，为一种基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统，其核心是余压回收，将膨胀功输送给压缩机；余压回收系统包括中温级膨胀机2、低温级膨胀机4、中温级压缩机9和低温级压缩机6；中低温冷冻冷藏系统包括气体冷却器1、中温蒸发器8、低温蒸发器5、储液器3、节流阀7和电子膨胀阀10组成；中温级压缩机9出口连接气体冷却器1入口，气体冷却器1出口连接中温级膨胀机2入口，中温级膨胀机2出口连接储液器3入口，储液器3出口分别连接电子膨胀阀10和低温级膨胀机4入口，电子膨胀阀10通过中温蒸发器8中温级压缩机9入口，储液器3通过设置节流阀7的管路连接中温级压缩机9入口，低温级膨胀机4出口通过低温蒸发器5连接低温级压缩机6入口，低温级压缩机6出口连接中温级压缩机9入口。中温级膨胀机2与中温级压缩机9之间通过联轴器一直接连接，低温级膨胀机4与低温级压缩机6之间通过联轴器二直接连接。
本实施例的基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统的工作原理是：
第一步：制冷系统内充注的工质为CO2，低温低压的CO2蒸汽进入中温级压缩机9吸气口，由中温级压缩机9压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器1与环境空气进行换热。
第二步：经过中温级膨胀机2做功，流经储液器3，一部分气相CO2流体经过节流阀7节流后变为中压的气液两相流体，一部分流经电子膨胀阀10到达中温蒸发器8，一部分经过低温级膨胀机4做功，回收的膨胀功为压缩机提供动力，膨胀后的制冷剂流入低温蒸发器5吸收热量，变为过热气，最后到达低温级压缩机6。
第三步：过热气经低温级压缩机6压缩，最终与流经中温蒸发器的过热气汇合流回中温级压缩机9，完成制冷循环。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于余压回收的CO2中低温冷冻冷藏系统，其特征是，包括余压回收系统和中低温冷冻冷藏系统；余压回收系统包括中温级膨胀机、低温级膨胀机、中温级压缩机和低温级压缩机；中低温冷冻冷藏系统包括气体冷却器、中温蒸发器、低温蒸发器、储液器、节流阀和电子膨胀阀；中温级压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接中温级膨胀机入口，中温级膨胀机出口连接储液器入口，储液器出口分别连接电子膨胀阀和低温级膨胀机入口，电子膨胀阀通过中温蒸发器中温级压缩机入口，储液器通过设置节流阀的管路连接中温级压缩机入口，低温级膨胀机出口通过低温蒸发器连接低温级压缩机入口，低温级压缩机出口连接中温级压缩机入口。
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