CN113028671A - 一种以co2作为制冷剂的制冷系统及其载冷剂系统 - Google Patents

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张显鹏
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Abstract

本发明公开了一种以CO2作为制冷剂的制冷系统及其载冷剂系统，包括高压级压缩机、油分离器、气体冷却器、闪蒸罐、热回收器、蒸发器、低压级压缩机、预冷器以及混合桶。本发明采用两台活塞压缩机双级压缩、系统跨临界运行，为用户提供低温载冷剂作为冷源，可以保护环境，减缓氟利昂制冷剂对全球变暖的趋势，同时采用CO2双级压缩制冷系统，能效更高、可以在低温系统中应用。

Description

一种以CO2作为制冷剂的制冷系统及其载冷剂系统
技术领域
本发明制冷技术领域，尤其涉及一种以CO2作为制冷剂的制冷系统及其载冷剂系统。
背景技术
目前在制冷和空调领域，使用的制冷剂主要是氟利昂类的。1974年美国加州大学的Rowland教授和Molina博士在《自然》杂志上发表论文，指出在制冷行业中普遍使用的CFCs于HCFCs类物质对臭氧层有破坏作用并能产生温室效应，而臭氧层破坏和全球气候变暖是当前世界所面临的主要环境问题之一，1987年联合国环境保护署在加拿大的蒙特利尔通过《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协定书》，规定了停止使用34种CFCs与HCFCs类物质的时间表。因此寻找新型环保制冷剂就成为现在制冷行业的一个迫切而热门的话题。CO2臭氧层破坏潜能(ODP)为零，温室效应潜能(GWP)低，因此CO2是非常环保的制冷剂。CO2制冷剂的粘度低，流动阻力比氟利昂小很多，且单位容积制冷量较大，相同冷量下，CO2压缩机及设备占地面积更小。
CO2制冷剂在热泵、复叠系统和冷库系统中，应用越来越广泛，一般都是直接膨胀系统，但是CO2在载冷剂系统中运用较少。市场上CO2跨临界单级系统开发逐渐增多，由于CO2系统跨临界运行时排气压力较高，可达到75-110bar，蒸发压力最低运行在20-30bar，高低压差较大，能效比不高，并且蒸发温度一般只能达到在-20～0℃，不能应用在低温系统中。因此，有必要针对CO2单级系统能效不高、低蒸发温度下不能应用的情况，开发一种跨临界的CO2双级压缩载冷剂系统。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种以CO2作为制冷剂的制冷系统及其载冷剂系统，本发明使用CO2作为制冷剂，解决CO2单级系统能效不高、不能在低温系统中应用。
技术方案：
一种以CO2作为制冷剂的制冷系统，包括高压级压缩机、油分离器、气体冷却器、闪蒸罐、热回收器、蒸发器、低压级压缩机、预冷器以及混合桶；
其中，所述高压级压缩机的排气口与所述油分离器的进口连接，所述油分离器的出口与所述气体冷却器的进口连接，所述油分离器的回油口分别通过电磁阀与所述高压级压缩机和所述低压级压缩机连接，所述气体冷却器的出口通过高压阀与所述闪蒸罐的中间口连接，所述闪蒸罐的下部出液口连接所述热回收器，所述热回收器的液体出口通过膨胀阀与所述蒸发器的进口相连，所述蒸发器的气体出口与所述热回收器气体侧进口相连，所述热回收器的气体出口与所述低压级压缩机的吸气口相连，所述低压级压缩机的排气口与所述预冷器相连，所述预冷器的出口、所述闪蒸罐的气体出口以及所述气体冷却器的出口均与所述混合桶的进口连接，所述混合桶的出口与所述高压级压缩机的进口连接。
所述气体冷却器的出口通过喷液阀与所述混合桶的进口连接。
所述高压级压缩机对通过控制其排气口压力将所述混合桶中的过热中压CO2气体压缩到跨临界状态后通入所述油分离器。
一种载冷剂系统，还包括用户端；在所述蒸发器的出口连接有水箱，所述水箱的出口连接有水泵，所述水泵的出水口与所述用户端连接，所述蒸发器的回水口与所述用户端连接；
所述水泵将由所述蒸发器进入所述水箱的载冷剂泵至用户端换热，所述载冷剂通过回水口流入所述蒸发器进行降温冷却，随后进入所述水箱进行存储，再次被所述水泵吸入，完成载冷剂的循环。
有益效果：
1、本发明采用两台活塞压缩机双级压缩、系统跨临界运行，为用户提供低温载冷剂作为冷源。
2、本发明使用CO2作为制冷剂可以保护环境，减缓氟利昂制冷剂对全球变暖的趋势，同时采用CO2双级压缩制冷系统，能效更高、可以在低温系统中应用。
3、本发明可以产生0～-45℃冷冻载冷剂溶液，满足末端客户的使用要求，同时采用承压设计，不需要提供维持机组和CO2排气系统，节约生产成本。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
其中，1、高压级压缩机，2、油分离器，3、气体冷却器，4、高压阀，5、闪蒸罐，6、热回收器，7、膨胀阀，8、蒸发器，9、低压级压缩机，10、预冷器，11、混合桶，12、喷液阀，13、电磁阀A，14、电磁阀B，15、水箱，16、水泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为本发明的系统架构图。如图1所示，本发明的一种以CO2作为制冷剂的制冷系统包括高压级压缩机1、油分离器2、气体冷却器3、闪蒸罐5、回热器6、蒸发器8、低压级压缩机9、预冷器10以及混合桶11。
其中，高压级压缩机1的排气口与油分离器2的进口连接，油分离器2的出口与气体冷却器3的进口连接，油分离器2的回油口分别通过电磁阀与高压级压缩机1和低压级压缩机9连接，气体冷却器3的出口通过高压阀4与闪蒸罐5的中间口连接，闪蒸罐5下部的出液口连接热回收器6液体进口，热回收器6的液体出口通过膨胀阀7与蒸发器8的进口相连，蒸发器8的气体出口与热回收器6气体侧进口相连，热回收器6的气体出口和低压级压缩机9的吸气口相连，低压级压缩机9的排气口与预冷器10相连，预冷器10的出口、闪蒸罐5上部的气体出口以及气体冷却器3的出口均与混合桶11的进口连接，且气体冷却器3的出口通过喷液阀12与混合桶11的进口连接，混合桶11的出口与高压级压缩机1的进口连接；在蒸发器8的出口连接有水箱15，水箱15的出口连接有水泵16。
水泵16的出水口与用户端连接，蒸发器8的回水口与用户端连接；水泵16将由蒸发器8进入水箱15的载冷剂泵至用户端，被冷却介质吸热，进行制冷；载冷剂温度升高后，通过回水口流入蒸发器8进行蒸发吸热，随后进入水箱15进行存储，再次被水泵16吸入，完成载冷剂系统的循环。
本发明的工作原理如下：
高压级压缩机1吸入来自混合桶11的过热中压CO2气体，通过控制高压级压缩机1的排气口压力将过热中压CO2气体压缩到跨临界状态后进入油分离器2对其中的润滑油进行分离，然后进入气体冷却器3进行冷却，之后调节高压阀4将跨临界的CO2气体节流成气液两相储存于闪蒸罐当5中，由于闪蒸罐5的的气体出口在其上部，且混合桶11压力较低，所以混合桶11会吸入闪蒸罐5内的饱和蒸汽，而闪蒸罐5内的液体通过其下部的出液口，进入热回收器6与来自蒸发器8低温低压的CO2气体进行热交换，使其进一步过冷，随后通过膨胀阀7再次节流成低压的气液两相，进入蒸发器8进行蒸发吸热，之后得到的低温低压的过热CO2气体进入回热器6和来自闪蒸罐5的中压CO2液体热交换，使低温低压的CO2气体进一步过热，随后被低压级压缩机9吸入进行压缩成中压的过热CO2气体，进入预冷器10预冷，使CO2气体过热度降低，随后进入混合桶11，从气体冷却器3出口的跨临界CO2气体通过喷液阀12节流成中压的CO2气液两相，进入混合桶11，进一步降低混合桶11内中压CO2气体的过热度，随后被高压级压缩机1吸入进行压缩，以此循环往复，完成制冷循环。
水泵16吸入水箱15内的低温载冷剂，提高载冷剂压力送至用户端，被冷却介质吸热，使载冷剂温度升高，回到系统蒸发器8进行冷却，随后进入水箱15进行存储，再次被水泵16吸入，完成载冷剂系统的循环。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种以CO2作为制冷剂的制冷系统，其特征在于：包括高压级压缩机(1)、油分离器(2)、气体冷却器(3)、闪蒸罐(5)、热回收器(6)、蒸发器(8)、低压级压缩机(9)、预冷器(10)以及混合桶(11)；
其中，所述高压级压缩机(1)的排气口与所述油分离器(2)的进口连接，所述油分离器(2)的出口与所述气体冷却器(3)的进口连接，所述油分离器(2)的回油口分别通过电磁阀与所述高压级压缩机(1)和所述低压级压缩机(9)连接，所述气体冷却器(3)的出口通过高压阀(4)与所述闪蒸罐(5)的中间口连接，所述闪蒸罐(5)的下部出液口连接所述热回收器(6)，所述热回收器(6)的液体出口通过膨胀阀(7)与所述蒸发器(8)的进口相连，所述蒸发器(8)的气体出口与所述热回收器(6)气体侧进口相连，所述热回收器(6)的气体出口与所述低压级压缩机(9)的吸气口相连，所述低压级压缩机(9)的排气口与所述预冷器(10)相连，所述预冷器(10)的出口、所述闪蒸罐(5)的气体出口以及所述气体冷却器(3)的出口均与所述混合桶(11)的进口连接，所述混合桶(11)的出口与所述高压级压缩机(1)的进口连接。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述气体冷却器(3)的出口通过喷液阀(12)与所述混合桶(11)的进口连接。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述高压级压缩机(1)对通过控制其排气口压力将所述混合桶(11)中的过热中压CO2气体压缩到跨临界状态后通入所述油分离器(2)。
4.一种采用权利要求1～3任一所述的制冷系统的载冷剂系统，其特征在于：还包括用户端；在所述蒸发器(8)的出口连接有水箱(15)，所述水箱(15)的出口连接有水泵(16)，所述水泵(16)的出水口与所述用户端连接，所述蒸发器(8)的回水口与所述用户端连接；
所述水泵(16)将由所述蒸发器(8)进入所述水箱(15)的载冷剂泵至用户端换热，所述载冷剂通过回水口流入所述蒸发器(8)进行降温冷却，随后进入所述水箱(15)进行存储，再次被所述水泵(16)吸入，完成载冷剂的循环。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114061164A (zh) * 2021-11-23 2022-02-18 南京久鼎环境科技股份有限公司 一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统

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