CN110057125A - 一种双涡流管耦合的co2双级压缩制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统。本发明双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统包括一个热端改装扩压管的气液两相涡流管、一个气液两相涡流管、低温蒸发器、中温蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、并行压缩机、气体冷却器、高压节流阀、气液分离器、低压节流阀、三相阀。双节流阀和双涡流管相耦合，二者相辅相成，在满足了单涡流管不能满足大多数工况需求的同时解决了夏季因环境温度升高CO₂双级压缩系统性能降低的问题。

Description

一种双涡流管耦合的CO2双级压缩制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体涉及以一种双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统。

背景技术

随着社会的飞速发展，造成的资源匮乏和环境破坏，引发当今国际社会共同关注节能环保这一关乎可持续性发展的重要议题。自然工质替代以及制冷系统的性能提高是制冷行业工作者亟待解决的问题。为了解决这一问题及顺利地履行联合国气候变化框架公约巴黎协定，越来越多的人将目光抛向了自然工质R744，即二氧化碳。

CO₂作为一种环境友好型天然制冷工质，ODP＝0，GWP＝1，对大气臭氧层没有破坏作用，可以减少全球温室效应，来源广泛，无需回收，可以大大降低制冷剂替代成本，节约能源，从根本上解决化合物对环境的污染问题，具有良好的经济性。CO₂分子量小，单位容积制冷量大。同时，CO₂具有高密度和低粘度，其流动损失小、传热效果良好。最重要的是，CO₂安全无毒、不可燃，并具有良好的化学稳定性。较同为自然工质的NH₃的毒性，R290的易燃性，CO₂让人使用放心。尽管优点显著，但CO₂高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了极大的节流损失。采用传统的膨胀阀，前后节流较大的损失导致的较低COP，让它在众多传统CFC或HCFC工质面前黯然失色，被迫充当载冷剂或是复叠循环低温工质。而采用膨胀机则面临膨胀机成本高效率低下等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种切实可行的能减少前后节流损失的CO₂双级制冷循环，在减少能源消耗的同时，增大制冷量，并提高系统性能。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种双涡流管耦合的CO₂双级压缩制冷系统，包括一个高压涡流管、一个低压涡流管、低温蒸发器、中温蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、并行压缩机、气体冷却器、高压节流阀、气液分离器、低压节流阀、三相阀；所述高压涡流管的热端改装为扩压管，

气体冷却器一的出口通过三相阀连接高压涡流管，高压涡流管的扩压管端依次连接气体冷却器三、并行压缩机、气体冷却器一的入口；高压涡流管的冷端连接中温气液分离器，中温气液分离器通过设置高压节流阀的管路连接三相阀，中温气液分离器的液体出口分别连接中温蒸发器和低压节流阀，低压节流阀和低压涡流管的冷端分别连接低温气液分离器，低温气液分离器的液体出口连接低温蒸发器的入口，低压涡流管的热端连接气体冷却器二的入口，气体冷却器二的出口、低温蒸发器的出口和低温气液分离器的气体出口分别通过管路连接高温压缩机的入口，高温压缩机的出口与中温蒸发器的出口分别连接高温压缩机的入口；高温压缩机的出口连接气体冷却器一的入口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明所述双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统通过气体冷却器出口的涡流管对气体进行膨胀，回收部分膨胀功，减少节流前后损失，增大制冷量；一级节流后的冷气流，再次通过涡流管进行节流，提高系统的效率。

2)本发明所述双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统满足多数工况的实用需求。两相工质在涡流管中几乎没有实现能量分离,只是由于离心力的作用,会引起冷热流量的变化。所以,对于蒸汽压缩循环,涡流管替代膨胀阀不能提高系统的效率。当系统在亚临界循环运行时，即冷却温度低于31℃，外界环境在25℃时，涡流管失去其效果。所述双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统通过温感三相阀切换到节流阀满足节流要求。

3)本发明所述双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统通过多台压缩机与各个阀门、节流装置及气液分离器的配合，对进入涡流管及蒸发器的流量进行调控，满足不同负荷需求。

4)本发明所述双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统产生的冷量及热量充足。若是在商业超市等实用条件下，可以充分利用热量来供给热水、给热柜制热等等。

附图说明

图1所示为本发明的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统原理图如图1所示；所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统包括低温蒸发器1、中温蒸发器11、低温压缩机2、高温压缩机3、并行压缩机15、气体冷却器一4、气体冷却器二12、气体冷却器三14、高压节流阀7、中温气液分离器8、低压节流阀10、三相阀5、高压涡流管6、低压涡流管9、低温气液分离器13；气体冷却器一4的出口通过三相阀5连接高压涡流管6，高压涡流管6的扩压管端依次连接气体冷却器三14、并行压缩机15、气体冷却器一4的入口；高压涡流管6的冷端连接中温气液分离器8，中温气液分离器8通过设置高压节流阀7的管路连接三相阀，中温气液分离器8的液体出口分别连接中温蒸发器11和低压节流阀10，低压节流阀10和低压涡流管9的冷端分别连接低温气液分离器13，低温气液分离器13的液体出口连接低温蒸发器1的入口，低压涡流管9的热端连接气体冷却器二12的入口，气体冷却器二12的出口、低温蒸发器1的出口和低温气液分离器13的气体出口分别通过管路连接高温压缩机2的入口，高温压缩机2的出口与中温蒸发器11的出口分别连接高温压缩机3的入口；高温压缩机3的出口连接气体冷却器一4的入口。

所述的双节流阀和双涡流管耦合的CO₂双级压缩双级节流制冷系统的设计方法为：在冷凝压力高于临界压力时，三相阀5连通涡流管6，从气体冷却器一4出来的高压气体进入涡流管6。气体经过涡流管膨胀及能量分离，热端气体再通过扩压管流速降低，再与气体冷却器三14换热之后通过并行压缩机15，最终回到气体冷却器一4；冷端气体膨胀产生的液滴随冷气流一同排出，进入中温气液分离器8。在冷凝压力低于临界压力时，三相阀连通高压节流阀7，并行压缩机15关闭，从气体冷却器一4出来的高压气体进入高压节流阀7，经过节流后进入中温气液分离器8。从中温气液分离器8出来的液体，部分进入中温蒸发器11满足冷藏需求；另一部分再次节流至低温气液分离器13。从中温气液分离器8出来的气体再次经过涡流管9膨胀，冷端液体和冷气流进入低温气液分离器13，热端出来的热气体先和气体冷却器二12换热至环境温度，再与低温气液分离器13出来的冷气体混合。从低温气液分离器13出来的液体进入低温蒸发器1，与混合后的气体一同进入高温压缩机2，再与中温蒸发器11出来的气体一同进入高温压缩机3如此进行循环。

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 (1)

1.一种双涡流管耦合的CO₂双级压缩制冷系统，其特征在于，包括高压涡流管、低压涡流管、低温蒸发器、中温蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、并行压缩机、高压节流阀、气液分离器、低压节流阀、旁通阀、三相阀；所述高压涡流管的热端改装为扩压管，

气体冷却器一的出口通过三相阀连接高压涡流管，高压涡流管的扩压管端依次连接气体冷却器三、并行压缩机、气体冷却器一的入口；高压涡流管的冷端连接中温气液分离器，中温气液分离器通过设置高压节流阀的管路连接三相阀，中温气液分离器的液体出口分别连接中温蒸发器和低压节流阀，低压节流阀和低压涡流管的冷端分别连接低温气液分离器，低温气液分离器的液体出口连接低温蒸发器的入口，低压涡流管的热端连接气体冷却器二的入口，气体冷却器二的出口、低温蒸发器的出口和低温气液分离器的气体出口分别通过管路连接高温压缩机的入口，高温压缩机的出口与中温蒸发器的出口分别连接高温压缩机的入口；高温压缩机的出口连接气体冷却器一的入口。