CN114061164A - 一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统，包括，进水组件，包括第一进水管、从第一进水管上延伸出的第二进水管、设置在第一进水管上的第二冷凝器以及设置在第二进水管上的第二蒸发器，所述第二进水管远离第二蒸发器一端设置有气体冷却器，所述第一进水管和第二进水管远端连接至出水管；压缩组件，包括油分、与油分相连的闪蒸罐以及与闪蒸罐出水端相连的第一低压级压缩机；以及，回热组件，所述回热组件设置在闪蒸罐与第一低压级压缩机之间，通过第二蒸发器降低冷却水的进水温度，将冷却塔出口水温25‑35℃降低到15‑20℃，使得进入气体冷却器的水温降低，将气冷器出口CO2的温度降低到20‑25℃，增加了第一蒸发器的单位质量制冷量。

Description

一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统
技术领域
本发明涉及二氧化碳制冷技术的技术领域，尤其涉及一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统。
背景技术
随着制冷技术的发展，新型的人工合成制冷剂不断的出现，其全球变暖潜力指数GWP相对降低，但由于价格昂贵，市场接受度相对较低。近些年，天然环保制冷剂CO2再次得到更多的关注，和其他制冷剂相比CO2的GWP值为1。
CO2的物性稳定，没有毒性，具有良好的安全性和稳定性，随着温度的升高也不会发生产生有毒气体。CO2是空气的重要成分之一，其来源广泛，一般从燃烧的废气中获得，生产成本很低。
由于CO2的临界温度较低只有30.98℃，但是临界压力高达7.38MPa，是氟利昂制冷系统设计压力的3-4倍，提高了CO2系统的制造成本。CO2制冷剂在制冷空调领域能效比不及R22、R507、R134a等氟利昂冷媒，所以推广的难度相对较大，为了提高CO2制冷系统的能效，开发出本系统。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有高效型跨临界二氧化碳制冷系统存在的问题，提出了本发明。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统，包括，进水组件，包括第一进水管、从第一进水管上延伸出的第二进水管、设置在第一进水管上的第二冷凝器以及设置在第二进水管上的第二蒸发器，所述第二进水管远离第二蒸发器一端设置有气体冷却器，所述第一进水管和第二进水管远端连接至出水管；压缩组件，包括油分、与油分相连的闪蒸罐以及与闪蒸罐出水端相连的第一低压级压缩机；以及，回热组件，所述回热组件设置在闪蒸罐与第一低压级压缩机之间。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述第二冷凝器与第二蒸发器之间设有连接管路，所述连接管路上设有第二膨胀阀，所述连接管路上设有第二压缩机，所述第二压缩机与第二冷凝器的出水端相连。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述油分上伸出第四进水管，所述第四进水管穿过气体冷区器后与闪蒸罐相连，所述闪蒸罐上端连接有混合桶，所述混合桶连接有第一高压级压缩机，所述第一高压级压缩机与油分相连。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述回热组件包括设置在闪蒸罐下端的回热器、与回热器相连的第一蒸发器以及设置在回热器和第一蒸发器之间的第一二次节流阀，其中，所述第一蒸发器的出水端与回热器相连，并向外延伸至第一低压级压缩机。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述第一低压级压缩机上连接有预冷器，所述第二进水管上延伸出第三进水管，所述第三进水管穿过预冷器后连接至出水管。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述第一蒸发器为套管式换热器。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述第一蒸发器包括从回热器上伸出的若干支路管、设置在每个支路管上的冷风机以及设置在冷风机上的排管，若干所述支路管末端相连后与回热器相连。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述闪蒸罐上设置有液位测量报警件，所述液位测量报警件包括设置在闪蒸罐上的测量环、设置在测量环内的浮球以及开设在测量环上的存留槽，所述浮球设置在存留槽内，所述存留槽上设置有检测槽，所述检测槽内可拆卸连接有取出管，所述取出管末端设置有安装件。
作为本发明所述高效型跨临界二氧化碳制冷系统的一种优选方案，其中：所述安装件包括设置在取出管末端的连接环，所述测量环上设置有与连接环配合的卡扣，所述测量环上设置有开关板。
本发明的有益效果：通过第二蒸发器降低冷却水的进水温度，将冷却塔出口水温25-35℃降低到15-20℃，使得进入气体冷却器的水温降低，将气冷器出口CO2的温度降低到20-25℃，增加了第一蒸发器的单位质量制冷量。同时气体冷却器的进出口温差为40-60℃，进入气体冷却器的水流量是正常的0.1-0.15 倍，从而降低第二蒸发器的冷却负荷，提高系统的能效比，且冷却水系统采购大温差小流量的方式，可以减少冷却水的使用，节约水资源，且采用双级压缩，相对于单级压缩具有更高的能效，适用于第一蒸发器蒸发温度为-50～-20℃，相对于其他制冷剂在相同工况下，能效比增加7％-28％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的实施例1整体结构示意图。
图2为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的实施例2结构示意图。
图3为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的实施例3结构示意图。
图4为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的闪蒸罐结构剖视图。
图5为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的图4中A部分结构放大示意图。
图6为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的管路分离组件结构示意图。
图7为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的组合件示意图。
图8为本发明高效型跨临界二氧化碳制冷系统的框架示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1，本发明公开了一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统，包括，进水组件100，包括第一进水管101、从第一进水管101上延伸出的第二进水管102、设置在第一进水管101上的第二冷凝器103以及设置在第二进水管102上的第二蒸发器104，第二进水管102远离第二蒸发器104一端设置有气体冷却器105，第一进水管101和第二进水管102远端连接至出水管；压缩组件200，包括油分 201、与油分201相连的闪蒸罐202以及与闪蒸罐202出水端相连的第一低压级压缩机203；以及，回热组件300，回热组件300设置在闪蒸罐202与第一低压级压缩机203之间，第二冷凝器103与第二蒸发器104之间设有连接管路204，连接管路204上设有第二膨胀阀205，连接管路204上设有第二压缩机206，第二压缩机206与第二冷凝器103的出水端相连，油分201上伸出第四进水管207，第四进水管207穿过气体冷区器后与闪蒸罐202相连，闪蒸罐202上端连接有混合桶208，混合桶208连接有第一高压级压缩机209，第一高压级压缩机209与油分201相连，回热组件300包括设置在闪蒸罐202下端的回热器301、与回热器301相连的第一蒸发器302以及设置在回热器301和第一蒸发器302之间的第一二次节流阀303，其中，第一蒸发器302的出水端与回热器301相连，并向外延伸至第一低压级压缩机203。
具体的，该系统包含：第一高压级压缩机209、第一气体冷却器105、第一一次节流阀、闪蒸罐202、回热器301、第一二次节流阀303、第一蒸发器302、第一低压级压缩机203、第二压缩机206、第二冷凝器103、第二膨胀阀205、第二蒸发器104。
进一步的，冷却水的进出水分为两路：第一路连接第二冷凝器103冷却水进口，第二冷凝器103出口和冷却水出口相连；第二路连接第二蒸发器104进水口，第二蒸发器104出水口和气体冷却器105进水口相连，气体冷却器105出水口和冷却水出口相连，气体冷却器105的进出水温差为40-60℃，进入气体冷却器105 的水流量是不带第二冷却系统的0.1-0.2倍，从而降低第二蒸发器104的冷却负荷，提高整个系统的能效比。
进一步的，第一高压级压缩机209出口和油分201进口连接，油分201出口和第一冷却器制冷剂侧进口相连，第一冷却器制冷剂侧出口和第一一次节流阀入口相连，第一一次节流阀出口和闪蒸罐202入口相连，闪蒸罐202出口分为两路：一路闪蒸罐202上部气体出口和混合桶208的一个进口相连，另一路从闪蒸罐202底部液体出口和回热器301液路进口相连，回热器301液路出口和第一二次节流阀303入口相连，第一二次节流阀303出口和冷风机302b进口相连，冷风机302b出口和回热器301气体进口相连，回热器301气体出口分为两路：其中一路和第一低压级压缩机203吸气口相连，另一路连接在第一低压级压缩机 203排气口到混合桶208进口的管路上，并且中间装有单向阀，第一压缩机排气口和混合桶208另一个进口相连，混合桶208出口和第一高压级压缩机209吸气口相连。
进一步的，设置回热器301可以增加闪蒸罐202的CO2出口过冷度，防止进入第一二次节流阀303产生闪发气体，同时增加低压级压缩机吸气过热度，防止低压级压缩机吸气带液，提高压缩机使用寿命。
作为优选的，第二蒸发器104内制冷剂为CO2或R134a，蒸发温度为10-20℃，第二制冷系统在此工况下运行效率更高，进一步提高整个系统的能效比，在本实施例中，第二蒸发器104内制冷剂为R134a，蒸发温度为10-20℃，R134a系统在此工况下运行效率更高。
进一步的，第二压缩机206排气口和第二冷凝器103制冷剂侧进口相连，第二冷凝器103制冷剂侧出口和第二膨胀阀205进口相连，第二膨胀阀205出口和第二蒸发器104进口相连，第二蒸发器104出口和第二压缩机206吸气口相连。
操作过程：通过第二蒸发器104降低冷却水的进水温度，将冷却塔出口水温 25-35℃降低到15-20℃，使得进入气体冷却器105的水温降低，将气冷器出口 CO2的温度降低到20-25℃，增加了第一蒸发器302的单位质量制冷量。同时气体冷却器105的进出口温差为40-60℃，进入气体冷却器105的水流量是正常的 0.1-0.15倍，从而降低第二蒸发器104的冷却负荷，提高系统的能效比，且冷却水系统采购大温差小流量的方式，可以减少冷却水的使用，节约水资源，且采用双级压缩，相对于单级压缩具有更高的能效，适用于第一蒸发器302蒸发温度为-50～-20℃，相对于其他制冷剂在相同工况下，能效比增加7％-28％。
实施例2
参照图2，该实施例不同于第一个实施例的是：第一低压级压缩机203上连接有预冷器304，第二进水管102上延伸出第三进水管305，第三进水管305穿过预冷器304后连接至出水管，第一蒸发器302为套管式换热器。
具体的，在实施1基础上增加第一低压级排气预冷器304，通过冷却水将第一低压级压缩机203的排气温度降低到30-35℃，进一步降低第一高压级压缩机 209的吸气过热度，也降低第一高压级压缩机209排气温度，使压缩机排气温度控制在最佳的范围之内；另外第一高压级压缩机209吸气密度增加，也同时增加了第一高压级压缩机209质量流量，经过计算，整体能效增加2％-5％。
其余结构与实施例1相同。
实施例3
参照图3，该实施例不同于以上实施例的是：第一蒸发器302包括从回热器 301上伸出的若干支路管302a、设置在每个支路管302a上的冷风机302b以及设置在冷风机302b上的排管302c，若干所述支路管302a末端相连后与回热器301 相连。
其余结构与实施例1相同。
实施例4
参照图4和5，该实施例不同于以上实施例的是：闪蒸罐202上设置有液位测量报警件400，在本实施例中，液位测量报警件400包括设置在闪蒸罐202上的测量环401，测量环401设置在液位测量报警件400的内壁，且在测量环401 的内部设置有浮球402，在测量环401上开设有存留槽403，而浮球402设置在存留槽403内，进而当液体进入到存留槽403内后，此时浮球402会因为浮力上升，同时在测量环401内设置有报警器，在报警器上电连接有触发开关，浮球 402升起后会接触触发开关，实施报警，在存留槽403上设置有检测槽404，在检测槽404内可拆卸连接有取出管405，在取出管405末端设置有安装件，设置取出管405的目的是为了方便操作者取出闪蒸罐202内部液体进行检查。
进一步的，在本实施例中，安装件包括设置在取出管405末端的连接环，在测量环401上设置有与连接环配合的卡扣，在测量环401上设置有开关板。
其余结构与实施例2相同。
实施例5
参照图6-8，该实施例不同于以上实施例的是：在回热器301的引出端部设置有管路分离组件500，在本实施例中，管路分离组件500包括支架501，支架 501从回热器301上伸出，并且向前延伸，在支架501上设置有支撑柱502，在支撑柱502上转动连接有若干组合件503，同时，回热器的出管路上设置有连接软管，连接软管与最靠近支撑柱502处的组合件503相连。
进一步的，在本实施例中，组合件503包括框架503a，在框架503a的中心位置设置有分段连接管503b，在分段连接管503b和框架503a之间连接有若干个架杆503c，架杆503c对分管连接管进行支撑，并在每个架杆503c上都设置有伸缩杆503d，在本实施例中，伸缩杆503d为气动液压杆，进而通过调整每个气动液压杆的长度，调整分段连接管503b的位置，使得后续的连接更加方便，同时，在每个分段连接管503b的两端位置都设置有法兰盘504，方便与其他管路进行连接。
进一步的，在框架503a的上端都设置有辅助杆505，每两个相邻的辅助杆 505之间铰接有连接片506，连接片506两端都伸出转动杆606，便于进行铰接，同时，在两个相连的框架503a下端都通过连接片506连接，而连接的方式同样是铰接，值得说明的是，与支撑柱502转动连接的框架503a上的辅助杆505，仅只有远离支持柱的一端设置有连接片506，在每个框架503a的上端位置都设置有两个转动齿轮507，转动齿轮507分别设置在框架503a两端，且每两个框架 503a之间的转动齿轮507相互啮合，转动齿轮507与框架503a固接，当框架503a 转动时，利用转动齿轮507会带动相邻的转动齿轮507啮合，进而带动框架503a 的转动。
进一步的，在支撑柱502上设置有驱动件600，在本实施例中，驱动件600 包括设置在支撑柱502上的步进电机601，步进电机601的电机轴上设置有第一齿轮602，在靠近支撑柱502的框架503a下端设置有与第一齿轮602啮合的第二齿轮603，进而控制靠近支撑柱502位置的框架503a的转动。
进一步的，在支架501上向外伸出导轨604，在每个靠近支架501一侧的连接片506上都设置有导轮605，而导轮605与导轨604配合滑移，导轮605的上端设置有转动杆606，转动杆606与连接片506转动连接，利用导轨604和导轮 605对框架503a的移动进行限制。
进一步的，在每个分段连接管503b上设置有锁止件，在本实施例中，锁止件包括转动连接在法兰盘504上的若干卡扣，在每个法兰盘504上都开设有挂孔，在卡扣上螺纹连接有顶出杆，顶出杆滑移后与挂孔配合。
其余结构与实施例1相同。
操作过程：当回热器301与单个第一蒸发器相连时，操作者此时若干个框架 503a呈现相互靠近的状态，此时每个分段连接管503b相互连接，形成单个管道状态，以便连接单个管道，而当第一蒸发器分成多个支路进行连接时，操作者通过驱动步进电机601，使得若干和框架503a打开，此时每个分段连接管503b 都可以作为一个连接管路与支路进行连接。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：包括，
进水组件(100)，包括第一进水管(101)、从第一进水管(101)上延伸出的第二进水管(102)、设置在第一进水管(101)上的第二冷凝器(103)以及设置在第二进水管(102)上的第二蒸发器(104)，所述第二进水管(102)远离第二蒸发器(104)一端设置有气体冷却器(105)，所述第一进水管(101)和第二进水管(102)远端连接至出水管；
压缩组件(200)，包括油分(201)、与油分(201)相连的闪蒸罐(202)以及与闪蒸罐(202)出水端相连的第一低压级压缩机(203)；以及，
回热组件(300)，所述回热组件(300)设置在闪蒸罐(202)与第一低压级压缩机(203)之间。
2.如权利要求1所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述第二冷凝器(103)与第二蒸发器(104)之间设有连接管路(204)，所述连接管路(204)上设有第二膨胀阀(205)，所述连接管路(204)上设有第二压缩机(206)，所述第二压缩机(206)与第二冷凝器(103)的出水端相连。
3.如权利要求2所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述油分(201)上伸出第四进水管(207)，所述第四进水管(207)穿过气体冷区器后与闪蒸罐(202)相连，所述闪蒸罐(202)上端连接有混合桶(208)，所述混合桶(208)连接有第一高压级压缩机(209)，所述第一高压级压缩机(209)与油分(201)相连。
4.如权利要求1或3所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述回热组件(300)包括设置在闪蒸罐(202)下端的回热器(301)、与回热器(301)相连的第一蒸发器(302)以及设置在回热器(301)和第一蒸发器(302)之间的第一二次节流阀(303)，
其中，所述第一蒸发器(302)的出水端与回热器(301)相连，并向外延伸至第一低压级压缩机(203)。
5.如权利要求4所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述第一低压级压缩机(203)上连接有预冷器(304)，所述第二进水管(102)上延伸出第三进水管(305)，所述第三进水管(305)穿过预冷器(304)后连接至出水管。
6.如权利要求4所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述第一蒸发器(302)为套管式换热器。
7.如权利要求4所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述第一蒸发器(302)包括从回热器(301)上伸出的若干支路管(302a)、设置在每个支路管(302a)上的冷风机(302b)以及设置在冷风机(302b)上的排管(302c)，若干所述支路管(302a)末端相连后与回热器(301)相连。
8.如权利要求1所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述闪蒸罐(202)上设置有液位测量报警件(400)，所述液位测量报警件(400)包括设置在闪蒸罐(202)上的测量环(401)、设置在测量环(401)内的浮球(402)以及开设在测量环(401)上的存留槽(403)，所述浮球(402)设置在存留槽(403)内，所述存留槽(403)上设置有检测槽(404)，所述检测槽(404)内可拆卸连接有取出管(405)，所述取出管(405)末端设置有安装件。
9.如权利要求8所述的高效型跨临界二氧化碳制冷系统，其特征在于：所述安装件包括设置在取出管(405)末端的连接环，所述测量环(401)上设置有与连接环配合的卡扣，所述测量环(401)上设置有开关板。
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