CN107843020A - 一种跨临界co2双级压缩增压制冷系统 - Google Patents

一种跨临界co2双级压缩增压制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种跨临界CO2双级压缩增压制冷系统。本发明低压压缩机和高压压缩机之间设置有回油管路，所述低压压缩机至高压压缩机之间管路设置有单向阀和压力变送器，所述中间换热器至高压压缩机吸气管路之间设置有单向阀，所述膨胀罐到高压压缩机的旁通管路的依次设置有膨胀阀、压力变送器和单向阀。本发明采用双级压缩和膨胀罐降低了压缩气体的排气温度同时减小了节流损失，同时还利用中间换热器对进入蒸发器的制冷剂过冷提高了系统的制冷量，改善了系统性能。

Description

一种跨临界CO2双级压缩增压制冷系统
技术领域
本发明涉及环保制冷技术领域，特别是涉及到一种跨临界CO2双级压缩增压制冷系统。
背景技术
随着我国经济水平的快速发展和人民对于生活水平要求的逐渐升高，易腐蚀食品(水果、蔬菜、乳制品等)的产量和需求量的逐渐增长，消费者对于食品品质和安全的重视程度也越来越高。这也导致了市场对冷库、超市冷柜等装置和产品产生了巨大的需求量。
而今的制冷系统面临着环境保护和节能减排的双重压力，环保制冷剂的开发利用以及制冷系统的节能优化已经成了制冷行业发展的新趋势。
目前市场上所生产和使用的冷库、冷柜、冷藏车等制冷设备中大部分使用的是全球变暖潜热值(GWP)较高氟利昂制冷剂，如R404A、R507C、R22等。在系统制冷剂充注、维修等过程中，不可避免的会产生制冷剂的泄露，加剧了温室效应。在这种形势下，自然工质CO2因其良好的热物性又重新被人们所关注。相比于HCFCs和HFCs制冷剂，CO2有着明显的优势：1)环保型制冷剂：GWP为1，ODP为0；2)具有良好的安全性和化学稳定性:无毒、不可燃、适应各种润滑油；3)良好的热物性：单位容积制冷量大，运动粘度低；4)优良的流动和传热特性，可有效减小了压缩机、换热器以及系统的尺寸。但由于CO2临界温度低(31.1℃)，临界压力高(7.38MPa)，使得系统的运行压力高、节流损失大，从而造成了CO2系统的运行效率低于常规的氟系统，这也限制了CO2系统的推广和发展。
因此，改善CO2制冷系统的性能，提高效率，成为了CO2系统研究的主要方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种跨临界CO2双级压缩增压制冷系统，能够通过双级压缩中间不完全冷却在一定程度上降低了排气温度高，并且将经过气体冷却器的制冷剂气体节流在膨胀罐内进行气液分离，使得经节流后进入中间换热器和蒸发器的制冷剂的气体含量减少，减少了节流损失，并且利用中间换热器对进入蒸发器的CO2制冷剂过冷，提高了系统制冷量，改善了系统性能。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种跨临界CO2双级压缩增压制冷系统，低压级压缩机、高压级压缩机、油分离器、气体冷却器、膨胀罐、干燥过滤器、中间换热器、蒸发器、气液分离器通过管道依次连接，所述低压压缩机和高压压缩机之间设置有回油管路，所述低压压缩机至高压压缩机之间管路设置有单向阀一和压力变送器一，所述膨胀罐到高压压缩机入口的旁通管路的依次设置有膨胀阀四、压力变送器三和单向阀三，所述气体冷却器出口到膨胀罐入口管路之间设置有膨胀阀三和压力变送器二，膨胀罐液体出口通过设置流量计二的管路连接干燥过滤器，干燥过滤器分别连接两个支路，一支路经电磁阀二、膨胀阀二、中间换热器、压力变送器四、单向阀二后连接低压级压缩机出口与压力变送器一之间的管路，另一支路经中间热交换器、流量计一、电磁阀一、膨胀阀一、蒸发器、气液分离器后连接低压级压缩机的入口。
CO2为该制冷系统的制冷剂。从气体冷却器出来的高温高压CO2气体经膨胀阀节流降压后进入膨胀罐，节流后气液两相制冷剂在膨胀罐内气液分离，罐内气体由旁通支路经膨胀阀降压后并入高压级压缩机的吸气管路，罐内的CO2液体经干燥过滤器干燥后分成两路，一路经膨胀阀节流进入中间换热器对进入蒸发器的制冷剂进行过冷，随后并入高压级压缩机的吸气管路，而另一路制冷剂液体在中间换热器过冷后经膨胀阀节流进入蒸发器，在蒸发器中吸热后，经气液分离器后被低压压缩机压缩至中压，而后在高压压缩机吸气管路中与两支路气体混合后被吸入高压级压缩机，从高压压缩机出来的高温高压的气体经油分离器后进入气体冷却器冷却降温，完成制冷循环。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
(1)使用CO2作为系统制冷剂。由于CO2的GWP为1，ODP为0，是环境友好型制冷剂且具有优良的热物性，相比于常规的制冷系统，直接碳排放基本为0。
(2)运用了双级压缩中间不完全冷却的模式。低压压缩机的排气与中间换热器出来的蒸气以及经蒸气旁通阀节流后的膨胀罐蒸气混合降温后，由高压级压缩机压缩排气，相比于CO2单级压缩系统，在达到相同排气压力的情况下，排气温度要低。
(3)在系统中使用了膨胀罐。由于系统在气冷器后设置了膨胀罐，降低了节流压差，使得系统的节流损失减少，并利用膨胀罐进行了气液分离，使得膨胀罐出口的制冷剂为饱和液体，大大减小了膨胀阀节流后的气体含量，提高了系统的性能系数。
(4)运用中间换热器对进入蒸发器前的制冷剂过冷。中间换热器的使用提高了系统的制冷量，改善了系统性能。
附图说明
图1所示为本发明所述的跨临界CO2双级压缩增压制冷系统原理图。
图中：1.低压级压缩机；1-1.回油管路；2.单向阀一；3.高压级压缩机；4.油分离器；5.气体冷却器；6.膨胀阀三；7.膨胀罐；8.流量计二；9.干燥过滤器；10.电磁阀二；11.膨胀阀二；12.中间换热器；13.单向阀二；14.流量计一；15.电磁阀一；16.膨胀阀一；17.蒸发器；18.气液分离器；19.膨胀阀四；20.单向阀三；21.压力变送器一；22.压力变送器二；23.压力变送器三；24.压力变送器四。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
图1所示为本发明一种设有中低温蒸发器的跨临界CO2双级压缩制冷系统示意图。本发明是由低压压缩机1、回油管路1-1、单向阀一2、高压压缩机3、油分离器4、气体冷却器5、膨胀阀三6、膨胀罐7、流量计二8、干燥过滤器9、电磁阀二10、膨胀阀二11、中间换热器12、单向阀二13、流量计一14、电磁阀一15、膨胀阀一16、蒸发器17、气液分离器18、膨胀阀四19、单向阀三20、压力变送器一21、压力变送器二22、压力变送器三23、压力变送器四24组成。低压级压缩机出口、高压级压缩机、油分离器、气体冷却器、膨胀罐、干燥过滤器、中间换热器通过管道依次连接，所述低压压缩机和高压压缩机之间设置有回油管路，所述低压压缩机至高压压缩机之间管路设置有单向阀一和压力变送器一，所述膨胀罐到高压压缩机入口的旁通管路的依次设置有膨胀阀四、压力变送器三和单向阀三，所述气体冷却器出口到膨胀罐入口管路之间设置有膨胀阀三和压力变送器二，膨胀罐液体出口通过设置流量计二的管路连接干燥过滤器，干燥过滤器分别连接两个支路，一支路经电磁阀二、膨胀阀二、中间换热器、压力变送器四、单向阀二后连接低压级压缩机出口与压力变送器一之间的管路，另一支路经中间热交换器、流量计一、电磁阀一、膨胀阀一、蒸发器、气液分离器后连接低压级压缩机的入口。
本实施例的一种设有中低温蒸发器的跨临界CO2双级压缩制冷系统的工作原理是：
从气体冷却器5出来的高温高压CO2气体经膨胀阀三6节流降压后进入膨胀罐7，节流后气液两相制冷剂在膨胀罐内气液分离，罐内饱和气体由旁通支路经膨胀阀四19降压后并入高压压缩机3的吸气管路，罐内的CO2液体经干燥过滤器9干燥后分成两路，一路经膨胀阀二11节流进入中间换热器12对进入蒸发器的制冷剂过冷，随后并入高压级压缩机3的吸气管路，而另一路制冷剂液体经中间热交换器12过冷后，再经膨胀阀一16节流进入蒸发器17，在蒸发器17中吸热后，经气液分离器18后被低压压缩机1压缩至中压，而后在高压压缩机3吸气管路中与两支路气体混合后被吸入高压级压缩机3，从高压压缩机3出来的高温高压的气体经油分离器4后进入气体冷却器5冷却降温，完成制冷循环。
所述的单向阀二13是为了防止低压压缩机的排气压力高于中温蒸发器的蒸发压力导致气体回流；所述单向阀一2是为了防止来自膨胀罐的旁通蒸气压力高于低压压缩机的排气压力而产生回流；所述单向阀三20是为了防止在系统非正常运行的情况下，低压压缩机的排气压力高于膨胀罐蒸汽旁通压力而产生的回流现象。
所述回油管路1-1是低压级压缩机的回油管路，回油管路1-1分别连接低压级压缩机1和高压级压缩机3。
所述的压力变送器一21是为了在系统控制中与压力变送器三23的值进行比较，用以调节膨胀阀四19的开度。
所述压力变送器二22是为了在系统控制中与预设值做比较，以控制膨胀阀三6的开度。
所述流量计二8是为了记录流经中间换热器和蒸发器总的CO2制冷剂流量；流量计一14是为了记录蒸发器的制冷剂质量流量，用以计算系统的制冷量，以方便根据实际使用情况调节膨胀阀二11和膨胀阀一16的开度。
本发明所述的低压和高压压缩机为定频或变频的涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机、活塞压缩机中的任一种，或其他型式压缩机。所述的气体冷却器为风冷冷却器、水冷冷却器、蒸发式冷却器或其他冷却器。所述的膨胀阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流中的任一种，也可以是其他可降低制冷剂压力的节流装置。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范。

Claims (5)

1.一种跨临界CO2双级压缩增压制冷系统，其特征是，低压级压缩机、高压级压缩机、油分离器、气体冷却器、膨胀罐、干燥过滤器、中间换热器、蒸发器、气液分离器通过管道依次连接，所述低压压缩机和高压压缩机之间设置有回油管路，所述低压压缩机至高压压缩机之间管路设置有单向阀一和压力变送器一，所述膨胀罐到高压压缩机入口的旁通管路的依次设置有膨胀阀四、压力变送器三和单向阀三，所述气体冷却器出口到膨胀罐入口管路之间设置有膨胀阀三和压力变送器二，膨胀罐液体出口通过设置流量计二的管路连接干燥过滤器，干燥过滤器分别连接两个支路，一支路经电磁阀二、膨胀阀二、中间换热器、压力变送器四、单向阀二后连接低压级压缩机出口与压力变送器一之间的管路，另一支路经中间热交换器、流量计一、电磁阀一、膨胀阀一、蒸发器、气液分离器后连接低压级压缩机的入口。
2.根据权利要求1所述的跨临界CO2双级压缩增压制冷系统，其特征在于，低压压缩机和高压级压缩机为定频或变频的涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机、活塞压缩机中的任一种。
3.根据权利要求1所述的跨临界CO2双级压缩增压制冷系统，其特征在于，所述的膨胀阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流中的任一种。
4.根据权利要求1所述的跨临界CO2双级压缩增压制冷系统，其特征在于，所述的中间热交换器为板式换热器或套管式换热器。
5.根据权利要求1所述的跨临界CO2双级压缩增压制冷系统，其特征在于，所述的气体冷却器为风冷冷却器、水冷冷却器、蒸发式冷却器中的任一种。
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