CN107631511A - 基于余压回收的辅助过冷的co2中低温冷冻冷藏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于余压回收的辅助过冷的CO2中低温冷冻冷藏系统。本发明的低温级膨胀机和中温膨胀机通过线路连接压缩机,冷却蒸发器制冷剂出口依次通过压缩机、冷凝器、节流阀二连接冷却蒸发器制冷剂入口;中温级压缩机、气体冷却器、蒸发器工质、中温级膨胀机依次连接,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。本发明实现余压回收,不仅节能,而且有利于环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及余压回收及利用机械辅助过冷技术,尤其涉及一种基于余压回收的机械辅助过冷系统。
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,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,可为提高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降低CO2节流过程中的不可逆损失,提高制冷系统COP的基于余压回收的机械辅助过冷系统。
本发明所采取的技术方案是:一种基于余压回收的辅助过冷的CO2中低温冷冻冷藏系统,包括余压回收的机械辅助过冷系统和中低温冷冻冷藏系统;基于余压回收的机械辅助过冷系统包括压缩机、冷凝器、节流阀二和冷却蒸发器;中低温冷冻冷藏系统包括中温级压缩机、低温级压缩机、中温级膨胀机、低温级膨胀机、气体冷却器、低温蒸发器、中温蒸发器、储液器、电子膨胀阀和节流阀一;低温级膨胀机和中温膨胀机通过线路连接压缩机,冷却蒸发器制冷剂出口依次通过压缩机、冷凝器、节流阀二连接冷却蒸发器制冷剂入口;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却蒸发器工质入口,冷却蒸发器工质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。
余压回收的机械辅助过冷系统辅助过冷系统的制冷剂为R152a、R1234yf等低GWP制冷剂,由中温级膨胀机、低温级膨胀机、压缩机、冷凝器、节流阀和冷却蒸发器组成。中、低温级膨胀机输出的膨胀功驱动机械辅助过冷系统的压缩机,压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体,进入冷凝器与环境空气进行换热,后经过节流阀膨胀节流后变为低温低压的气液两相流体,通过换热器对CO2气体冷却器出口的CO2流体进行冷却达到过冷效果。
中低温冷冻冷藏系统由低温级压缩机、中温级压缩机、低温级膨胀机、中温级膨胀机、低温蒸发器、中温蒸发器、气体冷却器、节流阀和储液器组成。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,与常规制冷剂相比,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,不仅节能,而且有利于环境保护。
(3)膨胀机做功发出的电提供给机械辅助过冷系统的压缩机,通过机械辅助过冷系统对CO2流体进行过冷,从而提高系统COP。
(4)通过辅助过冷系统将CO2冷却至环境温度以下,尤其温暖、炎热地区及炎热夏季,可大幅度提高CO2制冷系统COP。
(5)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,减小了压比,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。
(6)与传统的CO2跨临界制冷系统相比较,降低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1,一种基于余压回收的机械辅助过冷的CO2中低温冷冻冷藏系统,其核心是基于余压回收的机械辅助过冷系统。基于余压回收的机械辅助过冷系统包括压缩机11、冷凝器12、节流阀二13和冷却蒸发器14;中低温冷冻冷藏系统包括中温级压缩机9、低温级压缩机6、中温级膨胀机2、低温级膨胀机4、气体冷却器1、低温蒸发器5、中温蒸发器8、储液器3、电子膨胀阀10和节流阀一7;低温级膨胀机4和中温膨胀机2通过线路连接压缩机11,冷却蒸发器14制冷剂出口依次通过压缩机11、冷凝器12、节流阀二13连接冷却蒸发器14制冷剂入口;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出口连接却蒸发器14工质入口,却蒸发器14工质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。
本实施例基于余压回收的机械辅助过冷的CO2中低温冷冻冷藏系统的工作原理是:
第一步:低温级膨胀机4和中温膨胀机2输出的膨胀功驱动机械辅助过冷系统的压缩机11,压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体,进入冷凝器12与环境空气进行换热,后经过节流阀二13节流后变为低温低压的气液两相流体,通过冷却蒸发器14对CO2气体冷却器1出口的CO2流体进行冷却。
第二步: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。
第三步:经过中温级膨胀机2做功,流经储液器3,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,液相CO2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,膨胀后的气液两相流体进入低温级蒸发器吸收热量变为过热气,之后被低温压缩机6吸入。
第四步:过热气经低温级压缩机6压缩,与中温级蒸发器出口的过热气以及节流阀7节流后的流体三路汇合,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辅助过冷的CO2中低温冷冻冷藏系统,其特征是,包括余压回收的机械辅助过冷系统和中低温冷冻冷藏系统;基于余压回收的机械辅助过冷系统包括压缩机、冷凝器、节流阀二和冷却蒸发器,机械辅助过冷系统的制冷剂为R152a、R1234yf低GWP制冷剂;中低温冷冻冷藏系统包括中温级压缩机、低温级压缩机、中温级膨胀机、低温级膨胀机、气体冷却器、低温蒸发器、中温蒸发器、储液器、电子膨胀阀和节流阀一;低温级膨胀机和中温膨胀机通过线路连接压缩机,冷却蒸发器制冷剂出口依次通过设置压缩机、冷凝器、节流阀二的管路连接冷却蒸发器制冷剂入口;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冷却蒸发器工质入口,冷却蒸发器工质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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180126 |
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