CN115060018A - 一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统 - Google Patents

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CN115060018A CN202210722782.4A CN202210722782A CN115060018A CN 115060018 A CN115060018 A CN 115060018A CN 202210722782 A CN202210722782 A CN 202210722782A CN 115060018 A CN115060018 A CN 115060018A
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Abstract

本发明公开了制冷技术领域的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，包括高压级压缩系统、低压级压缩系统、低温蒸发器、高温蒸发器、中间冷却系统、蒸发冷凝器、储液器、过桥截止阀、低温冷凝蒸发器撬块和高温冷凝蒸发器撬块，本发明，双级压缩比单级压缩低温运行时能效提升，比复叠系统配置简单且对设备要求不高，目前主流设备即可使用，冷库运行的能耗有大幅降低且系统投资增加不多，卤代烃类制冷剂仅限于制冷机房部分，制冷剂充注量大幅降低。二氧花碳作为空气主要成分和主要化工原料，成本低廉且易取得。

Description

一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，具体为一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统。
背景技术
现有的物流冷库主流使用氨或卤代烃类氟利昂作为制冷剂，因为氨有毒，在人流密集处使用风险很大，当前物流冷库更多使用氟利昂制冷剂，对于大中型系统，多数使用泵供液。在降低碳排放的压力下，因为氟利昂的温室效应比较大，卤代烃类制冷剂使用逐步受限，根据新的设计规范，泵供液不宜用于中大型冷库系统。目前有部分冷库采用二氧化碳作为制冷剂或载冷剂，较多以氨或卤代烃类氟利昂与二氧化碳复叠制冷或采用以氨或卤代烃类氟利昂为制冷剂单级压缩，二氧化碳作为载冷使用。复叠制冷系统复杂且二氧化碳压缩机技术门槛高，单级载冷能效较低。
基于此，本发明设计了一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，以解决上述背景技术中提出的现有的物流冷库主流使用氨或卤代烃类氟利昂作为制冷剂，因为氨有毒，在人流密集处使用风险很大，当前物流冷库更多使用氟利昂制冷剂，对于大中型系统，多数使用泵供液。在降低碳排放的压力下，因为氟利昂的温室效应比较大，卤代烃类制冷剂使用逐步受限，根据新的设计规范，泵供液不宜用于中大型冷库系统。目前有部分冷库采用二氧化碳作为制冷剂或载冷剂，较多以氨或卤代烃类氟利昂与二氧化碳复叠制冷或采用以氨或卤代烃类氟利昂为制冷剂单级压缩，二氧化碳作为载冷使用。复叠制冷系统复杂且二氧化碳压缩机技术门槛高，单级载冷能效较低问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，包括高压级压缩系统、低压级压缩系统、低温蒸发器、高温蒸发器、中间冷却系统、蒸发冷凝器、储液器、过桥截止阀、低温冷凝蒸发器撬块和高温冷凝蒸发器撬块，所述高压级压缩系统包括若干个压缩机、经济器、气液分离器、油分离器、油冷却器，所述低压级压缩压缩系统包括若干个压缩机并联、气液分离器、油分离器、油泵和油冷却高压级压缩系统、低压级压缩系统、低温蒸发器、高温蒸发器、中间冷却系统、蒸发冷凝器、储液器、过桥截止阀、低温冷凝蒸发器撬块和高温冷凝蒸发器撬块，所述高压级压缩系统包括若干个高压级压缩机、经济器、第一气液分离器、第一油分离器、第一油冷却器，若干个高压级压缩机并联，所述低压级压缩系统包括若干个低压级压缩机、第二气液分离器、第二油分离器、油泵和第二油冷却器，若干个低压级压缩机并联，所述低温蒸发器包括第一不锈钢管铝翅片式吊顶冷风机换热器和第一电磁阀，所述高温蒸发器包括第二不锈钢管铝翅片式吊顶冷风机换热器和第二电磁阀，所述中间冷却系统包括中间冷却器、膨胀阀和液位控制系统，所述低温冷凝蒸发器撬块包括第一氟利昂气液分离器、第一板壳式冷凝蒸发器、第一膨胀阀、第一氟利昂液位控制系统、第一二氧化碳储液器、第一二氧化碳泵和第一二氧化碳液位控制系统，所述高温冷凝蒸发器撬块包括第二氟利昂气液分离器、第二板壳式冷凝蒸发器、第二膨胀阀、第二氟利昂液位控制系统、第二二氧化碳储液器、第二二氧化碳泵和第二二氧化碳液位控制系统。
作为本发明的进一步方案，所述低压级压缩系统吸入从所述低温冷凝蒸发器撬块出来的制冷剂气体进行初级压缩，所述中间冷却系统对初级压缩后的制冷剂气体进行冷却，冷却后的初级压缩后的制冷剂气体被高压级压缩系统吸入，经二级压缩后排入所述蒸发冷凝器，冷却后的制冷剂液体进入所述储液器，所述储液器出来的制冷剂液体分为两路，一路制冷剂进入所述高压级压缩系统的经济器过冷后进入所述高温冷凝蒸发器撬块进行蒸发换热，将从所述高温蒸发器回来的二氧化碳降温液化，液化后的二氧化碳液体储存在所述第二二氧化碳储液器里，通过所述第二二氧化碳泵送入所述高温蒸发器蒸发，降低冷库温度，另一路制冷剂进入所述中间冷却系统，经过所述中间冷却系统的膨胀阀节流后进入所述中间冷却器，节流后的制冷剂液体进入所述低温冷凝蒸发器撬块进行蒸发换热，将从所述低温蒸发器回来的二氧化碳降温液化，液化后的二氧化碳液体储存在所述第一二氧化碳储液器里，通过所诉第一二氧化碳泵送入所述低温蒸发器蒸发，降低冷库温度。
作为本发明的进一步方案，所述低压级压缩系统的低压级压缩机压缩后的制冷剂气体进入所述第二油分离器，分离后的润滑油经过所述第二油冷却器进行降温，冷却后的润滑油通过所述油泵泵入所述低压级压缩机完成润滑。
作为本发明的进一步方案，所述高压级压缩系统的高压级压缩机压缩后的制冷剂气体进入所述第一油分离器，分离后的润滑油经过所述第一油冷却器进行降温，冷却后的润滑油通过压差作用进入所述高压级压缩机完成润滑。
作为本发明的进一步方案，进入冷凝蒸发撬块系统的润滑油通过油路系统，回到压缩机系统吸气口，被高压级压缩机吸入。
作为本发明的进一步方案，进入所述中间冷却系统的润滑油通过油路系统，回到所述高压级压缩器吸气口，被高压级压缩机吸入。
作为本发明的进一步方案，当冷库需要从低温切换为高温运行时，通过所述过桥截止阀进行切换，所述低温蒸发器出来的制冷剂气体直接进入所述高温冷凝蒸发器撬块进行液化。
作为本发明的进一步方案，当所述高温冷凝器蒸发撬块中二氧化碳压力过高时，通过旁通泄放管路进入低温冷凝蒸发器撬块降低温度和压力，对应的压缩机系统启动，降低撬块内制冷剂温度和压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明，双级压缩比单级压缩低温运行时能效提升，比复叠系统配置简单且对设备要求不高，目前主流设备即可使用，冷库运行的能耗有大幅降低且系统投资增加不多。卤代烃类制冷剂仅限于制冷机房部分，制冷剂充注量大幅降低。二氧花碳作为空气主要成分和主要化工原料，成本低廉且易取得。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、高压级压缩系统；2、低压级压缩系统；3、低温蒸发器；4、高温蒸发器；5、中间冷却系统；6、蒸发冷凝器；7、储液器；8、过桥截止阀；9、低温冷凝蒸发器撬块；10、高温冷凝蒸发器撬块；11、高压级压缩机；12、经济器；13、第一气液分离器；14、第一油分离器；15、第一油冷却器；16、低压级压缩机；17、第二气液分离器；18、第二油分离器；19、油泵；20、第二油冷却器；21、第一电磁阀；22、第二电磁阀；23、液位控制系统；24、第一氟利昂气液分离器；25、第一板壳式冷凝蒸发器；26、第一氟利昂液位控制系统；27、第一二氧化碳储液器；28、第一二氧化碳泵；29、第一二氧化碳液位控制系统；30、第二氟利昂气液分离器；31、第二板壳式冷凝蒸发器；32、第二氟利昂液位控制系统；33、第二二氧化碳储液器；34、第二二氧化碳泵；35、第二二氧化碳液位控制系统；36、中间冷却器；37、膨胀阀；38、第一膨胀阀；39、第二膨胀阀；40、第一过桥截止阀；41、第二过桥截止阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一；
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，包括高压级压缩系统1、低压级压缩系统2、低温蒸发器3、高温蒸发器4、中间冷却系统5、蒸发冷凝器6、储液器7、过桥截止阀8、低温冷凝蒸发器撬块9、高温冷凝蒸发器撬块10，高压级压缩系统1用于压缩高温制冷剂气体并排出高温高压制冷剂气体，产生高压制冷剂液体，低压级压缩系统2用于压缩低温制冷剂气体并排出高温高压制冷剂气体，低温蒸发器3用于二氧化碳载冷剂和冷冻库内空气换热，降低冷库温度，高温蒸发器4用于二氧化碳载和冷藏库或穿堂内空气换热，降低冷库温度，中间冷却系统5用于对低压级压缩系统的高温高压制冷剂气体进行冷却，蒸发冷凝器6用于将高压级压缩系统排出的高温高压制冷剂气体冷却，将热量排放到空气中并产生高温高压液体，储液器7用于储存蒸发冷凝器6冷凝产生的高温高压制冷剂液体，过桥截止阀8用于冷库库温变化时手动切换压缩机运行模式，低温冷凝蒸发器撬块9用于将低温蒸发器3换热蒸发后的二氧化碳气体进行液化储存，并通过泵再次将液化后的液体泵送进低温蒸发器3进行换热，高温冷凝蒸发器撬块10用于将高温蒸发器4换热蒸发后的二氧化碳气体进行液化储存，并通过泵再次将液化后的液体泵送进高温蒸发器4进行换热。
高压级压缩机11并联，吸入中间冷却系统5和高温冷凝蒸发器撬块10来的制冷剂气体，压缩后排入第一油分离器14，分离润滑油后的高温气体排入蒸发冷凝器6，第一油分离器14分离的润滑油经过第一油冷却器15冷却后进入高压级压缩机11对压缩机进行冷却和润滑，来自储液器7的制冷剂液体进入分成两路进入经济器12,一路经过膨胀阀37节流后变成气体进入压缩机补气口，另一路过冷后进入中间冷却系统5。
低压级压缩机2并联，吸入低温冷凝蒸发撬块9来的制冷剂气体，压缩后排入第二油分离器18，分离润滑油后的高温气体排入中间冷却系统5。油分离器分离的润滑油经过第二油冷却器20冷却后由润滑油泵19送入低压级压缩机16对压缩机进行冷却和润滑。
来自中间冷却系统5的制冷剂液体经过第一电磁阀21和第一膨胀阀38节流后进入低温冷凝蒸发撬块9，对吸收冷冻库热量后蒸发后的二氧化碳气体进行液化，蒸发变成气体后进入低压级压缩系统2被低压级压缩系统2吸走。
来自高压级压缩系统的制冷剂液体经过第二电磁阀22和第二膨胀阀39节流后进入高温冷凝蒸发撬块10，对吸收冷藏库或穿堂热量后蒸发后的二氧化碳气体进行液化，蒸发变成气体后进入高压级压缩系统1被高压级压缩系统1吸走。
来自高压级压缩系统1经过经济器12过冷的制冷剂液体进入中间冷却器36，经过膨胀阀37节流后对来自低压级压缩系统2的压缩机排气进行冷却后被高压级压缩机11吸走，节流后的制冷剂液体进入低温冷凝蒸发撬块9。
来自高压级压缩系统1排出的高温气体排入蒸发冷凝器6,降热量排入空气，冷却为高温高压制冷剂液体。
经过蒸发冷凝器6冷却的制冷剂液体进入储液器7进行储存。
当低温冷冻库切换为高温库时，关闭第一过桥截止阀40，打开第二过桥截止阀41，调整冷库温度设置即可实现冷库变温运行。
来自低温蒸发器3的二氧化碳气体进入低温冷凝蒸发撬块9的第一二氧化碳储液器27进行气液分离，分离后的液体留在第一二氧化碳储液器27里，分离后的气体进入第一板壳式冷凝蒸发器液化25，液化后的二氧化碳液体进入第二二氧化碳储液器33。
来自低温冷凝蒸发撬块Q9的氟利昂气体进入低温压缩系统压缩后排入中间冷却器L5，继续完成循环。
来自高温冷凝蒸发撬块9的氟利昂气体进入高温压缩系统压缩后排入蒸发冷凝器6，继续完成循环。
来自高温蒸发器4的二氧化碳气体进入高温冷凝蒸发撬块10的第二二氧化碳储液器33进行气液分离，分离后的液体留在第二二氧化碳储液器33里，分离后的气体进入第二板壳式冷凝蒸发器31液化，液化后的二氧化碳液体进入第二二氧花碳储液器33。
来自低温冷凝蒸发撬块9的二氧化碳液体通过第一二氧化碳泵28送入低温蒸发器3，与冷库内空气进行热交换后降低冷库温度后变成气体，再次返回低温冷凝蒸发撬块9的第一二氧花碳储液器27，继续循环。
来自高温冷凝蒸发撬块10的二氧化碳液体通过第二二氧化碳泵34送入高温蒸发器4，与冷库内空气进行热交换后降低冷库温度后变成气体，再次返回高温冷凝蒸发撬块10的第二二氧花碳储液器33，继续循环。
当高温冷凝蒸发撬块10里的二氧化碳压力超过设定值时，通过旁通管路进入低温冷凝蒸发撬块9进行混合冷却。
工作原理：上述一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统工作时，高压级压缩系统1用于压缩高温制冷剂气体并排出高温高压制冷剂气体，产生高压制冷剂液体，低压级压缩系统2用于压缩低温制冷剂气体并排出高温高压制冷剂气体，低温蒸发器3用于二氧化碳载冷剂和冷冻库内空气换热，降低冷库温度，高温蒸发器4用于二氧化碳载和冷藏库或穿堂内空气换热，降低冷库温度，中间冷却系统5用于对低压级压缩系统的高温高压制冷剂气体进行冷却，蒸发冷凝器6用于将高压级压缩系统排出的高温高压制冷剂气体冷却，将热量排放到空气中并产生高温高压液体，储液器7用于储存蒸发冷凝器6冷凝产生的高温高压制冷剂液体，过桥截止阀8用于冷库库温变化时手动切换压缩机运行模式，低温冷凝蒸发器撬块9用于将低温蒸发器3换热蒸发后的二氧化碳气体进行液化储存，并通过泵再次将液化后的液体泵送进低温蒸发器3进行换热，高温冷凝蒸发器撬块10用于将高温蒸发器4换热蒸发后的二氧化碳气体进行液化储存，并通过泵再次将液化后的液体泵送进高温蒸发器4进行换热，双级压缩比单级压缩低温运行时能效提升，比复叠系统配置简单且对设备要求不高，目前主流设备即可使用，冷库运行的能耗有大幅降低且系统投资增加不多。卤代烃类制冷剂仅限于制冷机房部分，制冷剂充注量大幅降低。二氧花碳作为空气主要成分和主要化工原料，成本低廉且易取得。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：包括高压级压缩系统(1)、低压级压缩系统(2)、低温蒸发器(3)、高温蒸发器(4)、中间冷却系统(5)、蒸发冷凝器(6)、储液器(7)、过桥截止阀(8)、低温冷凝蒸发器撬块(9)和高温冷凝蒸发器撬块(10)，所述高压级压缩系统(1)包括若干个高压级压缩机(11)、经济器(12)、第一气液分离器(13)、第一油分离器(14)、第一油冷却器(15)，若干个高压级压缩机(11)并联，所述低压级压缩系统(2)包括若干个低压级压缩机(16)、第二气液分离器(17)、第二油分离器(18)、油泵(19)和第二油冷却器(20)，若干个低压级压缩机(16)并联，所述低温蒸发器(3)包括第一不锈钢管铝翅片式吊顶冷风机换热器和第一电磁阀(21)，所述高温蒸发器(4)包括第二不锈钢管铝翅片式吊顶冷风机换热器和第二电磁阀(22)，所述中间冷却系统(5)包括中间冷却器(36)、膨胀阀(37)和液位控制系统(23)，所述低温冷凝蒸发器撬块(9)包括第一氟利昂气液分离器(24)、第一板壳式冷凝蒸发器(25)、第一膨胀阀(38)、第一氟利昂液位控制系统(26)、第一二氧化碳储液器(27)、第一二氧化碳泵(28)和第一二氧化碳液位控制系统(29)，所述高温冷凝蒸发器撬块(10)包括第二氟利昂气液分离器(30)、第二板壳式冷凝蒸发器(31)、第二膨胀阀(39)、第二氟利昂液位控制系统(32)、第二二氧化碳储液器(33)、第二二氧化碳泵(34)和第二二氧化碳液位控制系统(35)，所述过桥截止阀(8)包括第一过桥截止阀(40)和第二过桥截止阀(41)。
2.根据权利要求1所述的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：所述低压级压缩系统(2)吸入从所述低温冷凝蒸发器撬块(9)出来的制冷剂气体进行初级压缩，所述中间冷却系统(5)对初级压缩后的制冷剂气体进行冷却，冷却后的初级压缩后的制冷剂气体被高压级压缩系统(1)吸入，经二级压缩后排入所述蒸发冷凝器(6)，冷却后的制冷剂液体进入所述储液器(7)，所述储液器(7)出来的制冷剂液体分为两路，一路制冷剂进入所述高压级压缩系统(1)的经济器(12)过冷后进入所述高温冷凝蒸发器撬块(10)进行蒸发换热，将从所述高温蒸发器(4)回来的二氧化碳降温液化，液化后的二氧化碳液体储存在所述第二二氧化碳储液器(33)里，通过所述第二二氧化碳泵(34)送入所述高温蒸发器(4)蒸发，降低冷库温度，另一路制冷剂进入所述中间冷却系统(5)，经过所述中间冷却系统(5)的膨胀阀(37)节流后进入所述中间冷却器(36)，节流后的制冷剂液体进入所述低温冷凝蒸发器撬块(9)进行蒸发换热，将从所述低温蒸发器(3)回来的二氧化碳降温液化，液化后的二氧化碳液体储存在所述第一二氧化碳储液器(27)里，通过所诉第一二氧化碳泵(28)送入所述低温蒸发器(3)蒸发，降低冷库温度。
3.根据权利要求1所述的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：所述低压级压缩系统(2)的低压级压缩机(16)压缩后的制冷剂气体进入所述第二油分离器(18)，分离后的润滑油经过所述第二油冷却器(20)进行降温，冷却后的润滑油通过所述油泵(19)泵入所述低压级压缩机(16)完成润滑。
4.根据权利要求1所述的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：所述高压级压缩系统(1)的高压级压缩机(11)压缩后的制冷剂气体进入所述第一油分离器(14)，分离后的润滑油经过所述第一油冷却器(15)进行降温，冷却后的润滑油通过压差作用进入所述高压级压缩机(11)完成润滑。
5.根据权利要求1所述的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：进入冷凝蒸发撬块系统的润滑油通过油路系统，回到压缩机系统吸气口，被高压级压缩机(11)吸入。
6.根据权利要求1所述的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：进入所述中间冷却系统(5)的润滑油通过油路系统，回到所述高压级压缩器(36)吸气口，被高压级压缩机(11)吸入。
7.根据权利要求1所述的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：当冷库需要从低温切换为高温运行时，通过所述过桥截止阀(8)进行切换，所述低温蒸发器(3)出来的制冷剂气体直接进入所述高温冷凝蒸发器撬块(10)进行液化。
8.根据权利要求1所述的一种两级节流中间完全冷却双级压缩二氧化碳载冷系统，其特征在于：当所述高温冷凝器蒸发撬块(10)中二氧化碳压力过高时，通过旁通泄放管路进入低温冷凝蒸发器撬块(9)降低温度和压力，对应的压缩机系统启动，降低撬块内制冷剂温度和压力。
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