CN108592435A - 可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，旨在提供一种使用灵活方便的系统。制冷压缩机组包括多台压缩机，压缩机的排气端并联，压缩机的吸气端并联。第一排气接口通过第二阀门与中间冷却器的第二进口连接，中间冷却器的第二出口与第二吸气接口和四通换向阀的第二接口连接；第二排气接口通过冷凝器与四通换向阀的第四接口连接，四通换向阀的第三接口通过第一节流阀与中间冷却器的第一进口连接，中间冷却器的第一出口与第三阀门的进口连接，第三阀门的出口分为两路，一路通过第一阀门与四通换向阀的第一接口连接，一路通过第二节流阀和蒸发器与第一吸气接口连接。该系统使用灵活方便，效率高。

Description

可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统。
背景技术
对于需要较低温度制冷时，在冬季，室外环境温度不高，制冷系统工作的热源间温差较小，单级压缩可以实现；但是在夏季，由于室外环境温度较高，制冷系统工作的热源间温差较大，单级压缩制冷系统由于受到压缩机吸排气压缩比的限制，不再适用于压缩比(排气压力与吸气压力之比)大于12的低温制冷系统，当压缩比大于12时通常采用双级压缩制冷系统。在现有技术中，对于需要较低温度制冷时的制冷压缩机组，只能实现单级压缩制冷循环与双级压缩制冷循环中的任一种，两种制冷循环任一种单独使用都不能在冬季与夏季两种工况下高效的运行。而且对于双级压缩循环而言，现有技术中的高压级制冷压缩机与低压级制冷压缩机的压缩容积比一般固定为1∶3或1∶2，但由于制冷系统的冷凝压力会随环境温度变化，系统最佳效率运行时对应的中间压力以及高压级制冷压缩机与低压级制冷压缩机的气缸容积比也会不断变化，这对于设计好的高低压气缸容积比是不经济的。另外由于现有双级压缩制冷系统均采用定频方式，制冷系统的能量调节不灵活，系统只能依靠开停整个双级压缩制冷压缩机组机进行能量调节，结果是冷库内温度波动大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种可以进行变流量调节，同时能够根据热源间温差进行单级压缩循环与双级压缩循环切换的制冷系统。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，包括制冷压缩机组、四通换向阀、中间冷却器、第一节流阀、第二节流阀、冷凝器、蒸发器、第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述制冷压缩机组包括多台压缩机，每台所述压缩机的排气端并联连接后分为第一排气接口和第二排气接口，每台所述压缩机的吸气端并联连接后分为第一吸气接口和第二吸气接口，相邻两台所述压缩机的吸气端之间及相邻两台所述压缩机的排气端之间分别串联有调节阀；所述制冷压缩机组的第一排气接口通过所述第二阀门与所述中间冷却器的第二进口连接，所述中间冷却器的第二出口分别与所述制冷压缩机组的第二吸气接口和所述四通换向阀的第二接口连接；所述制冷压缩机组的第二排气接口通过所述冷凝器与所述四通换向阀的第四接口连接，所述四通换向阀的第三接口通过所述第一节流阀与所述中间冷却器的第一进口连接，所述中间冷却器的第一出口与所述第三阀门的进口连接，所述第三阀门的出口分为两路，一路通过所述第一阀门与所述四通换向阀的第一接口连接，另一路通过所述第二节流阀和蒸发器与所述制冷压缩机组的第一吸气接口连接。
当系统以单级压缩并联循环运行时，所述制冷压缩机组中的调节阀全部打开，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接，所述四通换向阀的第二接口与第三接口连接，所述第三阀门不能导通，所述第一阀门打开，所述第二阀门关闭；工质压缩后经所述制冷压缩机组的第二排气接口进入所述冷凝器中冷凝，之后，依次经所述四通换向阀、第一阀门、第二节流阀、蒸发器回到所述制冷压缩机组的第一吸气接口。
当系统以二级节流中间不完全冷却双级压缩循环运行时，所述第一阀门关闭，所述第二阀门打开，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连通，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连通，所述第三阀门为导通状态；靠近制冷压缩机组第二排气接口一侧的部分压缩机作为高压级系统压缩机，靠近制冷压缩机组第一排气接口一侧的部分压缩机作为低压级系统压缩机。工质经压缩后通过所述制冷压缩机组的第二排气接口进入所述冷凝器中，再依次经过所述四通换向阀、第一节流阀、中间冷却器、第三阀门、第二节流阀、蒸发器，通过所述制冷压缩机组的第一吸气接口进入所述制冷压缩机组的低压级系统压缩机；经低压级系统压缩机部分压缩的工质经过所述制冷压缩机组的第一排气接口、第二阀门、中间冷却器，通过所述制冷压缩机组的第二吸气接口进入所述制冷压缩机组的高压级系统压缩机。
当系统以二级节流中间完全冷却双级压缩循环运行时，所述第一阀门打开，所述第二阀门打开，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连通，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连通，所述第三阀门打开；工质经压缩后经所述制冷压缩机组的第二排气接口依次进入所述冷凝器、四通换向阀、第一节流阀、中间冷却器、第三阀门之后分为两路，一路经所述第一阀门、四通换向阀与所述中间冷却器的第二出口并联后通过所述制冷压缩机组的第二吸气接口进入所述制冷压缩机组的高压级系统压缩机；另一路通过所述第二节流阀、蒸发器，通过所述制冷压缩机组的第一吸气接口进入所述制冷压缩机组的低压级系统压缩机，经所述低压级系统压缩机压缩后的工质经所述第二阀门进入所述中间冷却器。
所述第一阀门和第二阀门为电磁阀，所述第三阀门为单向阀或电磁阀。
所述制冷压缩机组中的压缩机为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机和活塞压缩机中的任一种。
冷凝器为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。
所述冷凝蒸发器为板式换热器或套管式换热器。
所述蒸发器为风冷式或溶液载冷式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的制冷系统既可以作为单级压缩并联制冷系统运行，也可以作为二级节流中间不完全冷却双级压缩循环运行或二级节流中间完全冷却双级压缩循环运行，系统使用灵活方便。
2、当本发明的制冷系统作为单级压缩并联制冷系统运行时，制冷压缩机组可通过压缩机的启停控制实现能量调节。当本发明的制冷压缩机组作为二级节流中间不完全冷却双级压缩循环运行或二级节流中间完全冷却双级压缩循环运行时，制冷压缩机组中的压缩机都可以通过启停及对应同一台压缩机的吸气端和排气端的一组调节阀的开启与关闭改变高压级制冷压缩机与低压级制冷压缩机的投入运行台数，即制冷压缩机组中间部分的任一台制冷压缩机都可以作为高压级制冷压缩机或低压级制冷压缩机使用，便于进行级间能量调节。
3、本发明的制冷系统在冬季工作时，机组转换成单级压缩并联系统运行，通过压缩机的启停实现能量调节。在夏季工作时，系统为双级循环运行，采用变工质流量方式实现控制，高压级制冷系统和低压级制冷系统工质流量配比合理，系统效率高。
附图说明
图1所示为本发明可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统的原理图；
图2所示为制冷压缩机组的结构示意图；
图3所示为四通换向阀的接口示意图；
图4所示为中间冷却器的接口示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统的示意图如图1-图4所示，包括制冷压缩机组1、四通换向阀2、中间冷却器3、第一节流阀4-1、第二节流阀4-2、冷凝器6、蒸发器5、第一阀门7-1、第二阀门7-2和第三阀门7-3。本实施例中，所述制冷压缩机组1包括多台压缩机8，每台所述压缩机8的排气端并联连接后分为第一排气接口1-2和第二排气接口1-3，每台所述压缩机8的吸气端并联连接后分为第一吸气接口1-1和第二吸气接口1-4，相邻两台所述压缩机8的吸气端之间及相邻两台所述压缩机的排气端之间分别串联有调节阀9。每台所述压缩机8对应的吸气端和排气端的调节阀9同时打开或同时关闭。
所述制冷压缩机组1的第一排气接口1-2通过所述第二阀门7-2与所述中间冷却器3的第二进口3-B连接，所述中间冷却器的第二出口3-C分别与所述制冷压缩机组1的第二吸气接口1-4和所述四通换向阀的第二接口2-2连接；所述制冷压缩机组的第二排气接口1-3通过所述冷凝器6与所述四通换向阀的第四接口1-4连接，所述四通换向阀的第三接口1-3通过所述第一节流阀4-1与所述中间冷却器的第一进口3-D连接，所述中间冷却器的第一出口3-A与所述第三阀门7-3的进口连接，所述第三阀门7-3的出口分为两路，一路通过所述第一阀门7-1与所述四通换向阀的第一接口2-1连接，另一路通过所述第二节流阀4-2和蒸发器5与所述制冷压缩机组的第一吸气接口1-1连接。
当系统以单级压缩并联循环运行时，所述制冷压缩机组1中的调节阀9全部打开，所述四通换向阀的第一接口2-1与第四接口2-4连接，所述四通换向阀的第二接口2-2与第三接口2-3连接，所述第三阀门不能导通，所述第一阀门7-1打开，第二阀门7-2关闭；工质压缩后经所述制冷压缩机组的第二排气接口1-3进入所述冷凝器6中冷凝，之后，依次经所述四通换向阀2、第一阀门7-1、第二节流阀、蒸发器回到所述制冷压缩机组的第一吸气接口1-1。工质在蒸发器中蒸发产生制冷现象。此工况下，制冷压缩机组通过压缩机的启停实现能量调节。
当系统以二级节流中间不完全冷却双级压缩循环运行时，所述第一阀门7-1关闭，第二阀门7-2打开，所述四通换向阀的第一接口2-1与第二接口2-2连通，所述四通换向阀的第三接口2-3与第四接口2-4连通，所述第三阀门7-3为导通状态。本实施例中，靠近制冷压缩机组第二排气1-3接口一侧的部分压缩机作为高压级系统压缩机，靠近制冷压缩机组第一排气接口1-2一侧的部分压缩机作为低压级系统压缩机。高压级系统压缩机与低压级系统压缩机之间互不连通。工质经压缩后通过所述制冷压缩机组的第二排气接口1-3进入所述冷凝器6中冷凝，冷凝后的工质再依次经过所述四通换向阀2的第四接口2-4和第三接口2-3、第一节流阀4-1、中间冷却器的第一进口3-D进入中间冷却器中蒸发吸热，降低中压过饱和蒸汽的过热度，再经过中间冷却器的第一出口3-A、第三阀门7-3、第二节流阀4-2进入蒸发器5中蒸发，产生制冷现象。蒸发后的工质通过所述制冷压缩机组的第一吸气接口1-1进入所述制冷压缩机组1的低压级系统压缩机。经低压级系统压缩机压缩的工质经过所述制冷压缩机组的第一排气接口1-2、第二阀门7-2、中间冷却器的第二进口3-B进入所述中间冷却器3中放热，之后再通过中间冷却器的第二出口3-C、所述制冷压缩机组的第二吸气接口1-4进入所述制冷压缩机组的高压级系统压缩机。通过控制所述制冷压缩机组中压缩机启停及对应压缩机的吸气端和排气端的一组调节阀的启闭实现高低压级的流量调节。
当系统以二级节流中间完全冷却双级压缩循环运行时，所述第一阀门7-1打开，第二阀门7-2打开，所述四通换向阀的第一接口2-1与第二接口2-2连通，所述四通换向阀的第三接口2-3与第四接口2-4连通，所述第三阀门7-3打开。本实施例中，靠近制冷压缩机组第二排气1-3接口一侧的部分压缩机作为高压级系统压缩机，靠近制冷压缩机组第一排气接口1-2一侧的部分压缩机作为低压级系统压缩机。高压级系统压缩机与低压级系统压缩机之间互不连通。工质经压缩后经所述制冷压缩机组的第二排气接口1-3进入所述冷凝器6中冷凝，冷凝后的工质经四通换向阀的第四接口2-4和第三接口2-3、第一节流阀4-1、中间冷却器的第一接口3-D进入中间冷却器3中蒸发，降低低压级的排气口工质温度，蒸发后的工质经过第三阀门7-3后分为两路，一路经所述第一阀门7-1、四通换向阀的第一接口2-1和第二接口2-2与所述中间冷却器的第二出口3-C出来的中压过热工质混合后通过所述制冷压缩机组的第二吸气接口1-4进入所述制冷压缩机组的高压级系统压缩机吸气端；另一路通过所述第二节流阀4-2进入蒸发器5中蒸发，产生制冷现象，蒸发后的工质通过所述制冷压缩机组的第一吸气接口1-1进入所述制冷压缩机组的低压级系统压缩机，经所述低压级系统压缩机压缩后的工质经所述第二阀门7-2、所述中间冷却器的第一进口3-A进入中间冷却器3中。通过控制所述制冷压缩机组中压缩机启停及对应压缩机的吸气端和排气端的一组调节阀的启闭实现高低压级的流量调节。
所述第一阀门7-1和第二阀门7-2为电磁阀，所述第三阀门7-3为单向阀或电磁阀。
所述制冷压缩机组中的压缩机8为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机和活塞压缩机中的任一种。
所述冷凝器6为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。
所述中间冷却器3为板式换热器或套管式换热器。
所述蒸发器5为风冷式或溶液载冷式。
所述第一节流阀4-1和第二节流阀4-2为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流装置。
本发明的可实现变流量单级压缩并联与双级压缩循环的制冷系统中，制冷压缩机组可以通过四通换向阀的动作在变流量单级压缩并联制冷系统与变流量双级压缩制冷系统之间切换，又可以通过第一阀门的动作在变流量二次节流中间不完全冷却双级压缩制冷系统与二次节流中间完全冷却双级压缩制冷系统之间切换。在变流量单级压缩并联制冷系统中，通过控制制冷压缩机组中压缩机的启停台数实现能量调节。在双级压缩制冷系统中，通过成组控制调节阀的打开与关闭，可以实现高低压级系统的流量变化，实现级间匹配。
本发明的制冷系统在具体运用时，制冷压缩机可部分或全部采用定频制冷压缩机，以降低投资。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，包括制冷压缩机组、四通换向阀、中间冷却器、第一节流阀、第二节流阀、冷凝器、蒸发器、第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述制冷压缩机组包括多台压缩机，每台所述压缩机的排气端并联连接后分为第一排气接口和第二排气接口，每台所述压缩机的吸气端并联连接后分为第一吸气接口和第二吸气接口，相邻两台所述压缩机的吸气端之间及相邻两台所述压缩机的排气端之间分别串联有调节阀；所述制冷压缩机组的第一排气接口通过所述第二阀门与所述中间冷却器的第二进口连接，所述中间冷却器的第二出口分别与所述制冷压缩机组的第二吸气接口和所述四通换向阀的第二接口连接；所述制冷压缩机组的第二排气接口通过所述冷凝器与所述四通换向阀的第四接口连接，所述四通换向阀的第三接口通过所述第一节流阀与所述中间冷却器的第一进口连接，所述中间冷却器的第一出口与所述第三阀门的进口连接，所述第三阀门的出口分为两路，一路通过所述第一阀门与所述四通换向阀的第一接口连接，另一路通过所述第二节流阀和蒸发器与所述制冷压缩机组的第一吸气接口连接。
2.根据权利要求1所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，当系统以单级压缩并联循环运行时，所述制冷压缩机组中的调节阀全部打开，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接，所述四通换向阀的第二接口与第三接口连接，所述第三阀门不能导通，所述第一阀门打开，所述第二阀门关闭；工质压缩后经所述制冷压缩机组的第二排气接口进入所述冷凝器中冷凝，之后，依次经所述四通换向阀、第一阀门、第二节流阀、蒸发器回到所述制冷压缩机组的第一吸气接口；通过控制所述制冷压缩机组中压缩机的运行数量进行流量调节。
3.根据权利要求1所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，当系统以二级节流中间不完全冷却双级压缩循环运行时，所述第一阀门关闭，所述第二阀门打开，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连通，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连通，所述第三阀门为导通状态；靠近制冷压缩机组第二排气接口一侧的部分压缩机作为高压级系统压缩机，靠近制冷压缩机组第一排气接口一侧的部分压缩机作为低压级系统压缩机；工质经压缩后通过所述制冷压缩机组的第二排气接口进入所述冷凝器中，再依次经过所述四通换向阀、第一节流阀、中间冷却器、第三阀门、第二节流阀、蒸发器，通过所述制冷压缩机组的第一吸气接口进入所述制冷压缩机组的低压级系统压缩机；经低压级系统压缩机部分压缩的工质经过所述制冷压缩机组的第一排气接口、第二阀门、中间冷却器，通过所述制冷压缩机组的第二吸气接口进入所述制冷压缩机组的高压级系统压缩机；通过控制所述制冷压缩机组中压缩机启停及对应压缩机的吸气端和排气端的一组调节阀的启闭实现高低压级的流量调节。
4.根据权利要求1所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，当系统以二级节流中间完全冷却双级压缩循环运行时，所述第一阀门打开，所述第二阀门打开，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连通，所述四通换向阀的第三接口与第四接口连通，所述第三阀门打开；靠近制冷压缩机组第二排气接口一侧的部分压缩机作为高压级系统压缩机，靠近制冷压缩机组第一排气接口一侧的部分压缩机作为低压级系统压缩机；工质经压缩后经所述制冷压缩机组的第二排气接口依次进入所述冷凝器、四通换向阀、第一节流阀、中间冷却器、第三阀门之后分为两路，一路经所述第一阀门、四通换向阀与所述中间冷却器的第二出口并联后通过所述制冷压缩机组的第二吸气接口进入所述制冷压缩机组的高压级系统压缩机；另一路通过所述第二节流阀、蒸发器，通过所述制冷压缩机组的第一吸气接口进入所述制冷压缩机组的低压级系统压缩机，经所述低压级系统压缩机压缩后的工质经所述第二阀门进入所述中间冷却器；通过控制所述制冷压缩机组中压缩机启停及对应压缩机的吸气端和排气端的一组调节阀的启闭实现高低压级的流量调节。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，所述第一阀门和第二阀门为电磁阀，所述第三阀门为单向阀或电磁阀。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，所述制冷压缩机组中的压缩机为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机和活塞压缩机中的任一种。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，冷凝器为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，所述冷凝蒸发器为板式换热器或套管式换热器。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的可实现变流量单级压缩循环与双级压缩循环的制冷系统，其特征在于，所述蒸发器为风冷式或溶液载冷式。
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