CN202254464U

CN202254464U - 跨临界二氧化碳循环制冷系统

Info

Publication number: CN202254464U
Application number: CN2011203937022U
Authority: CN
Inventors: 杨俊兰
Original assignee: Tianjin Urban Construction College
Current assignee: Tianjin Urban Construction College
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-10-14

Abstract

本实用新型涉及一种跨临界二氧化碳循环制冷系统，其特征是：包括CO₂主压缩机、CO₂油分离器、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器、截止阀、所述CO₂主压缩机、CO₂油分离器和气体冷却器通过阀门依次连接，所述气体冷却器与CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀阀、CO₂蒸发器和CO₂汽液分离器依次连接，所述气体冷却器由两组结构相同的第一换热器和第二换热器构成，所述第一换热器和第二换热器之间设有截止阀。有益效果：使用自然工质CO₂，气体冷却器设为两组结构相同的换热器，既可以实现两级压缩制冷，也可以实现单级压缩制冷。

Description

跨临界二氧化碳循环制冷系统

技术领域

本实用新型属于制冷与供暖的制冷系统，尤其涉及一种跨临界二氧化碳循环制冷系统。

背景技术

由于CFCs(氯氟烃)与HCFCs(氢氯氟烃)等制冷剂对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，目前世界各国从事此方面的科学家正在抓紧研究其替代工作。从对环境的长期安全来看，应尽量避免使用那些最终会排放到生物圈中并影响生态平衡的非自然工质，重新起用自然工质是一种非常安全的选择。其中二氧化碳以其优良的环保特性和良好的热物理性质被重新引入到制冷热泵行业中来。作为制冷剂CO₂具有独特的优势：①环境友好性(ODP＝0，GWP＝1)；②安全性(无毒、不燃)；③容积制冷量大(系统体积小)；④压比低，粘度小，导热性好；⑤与普通润滑剂和结构材料相兼容；⑥价格便宜，维护成本低(不需回收设备)等。但是由于自然工质CO₂的临界温度较低(31.1)，已故的前国际制冷学会主席挪威的G.Lorentzen教授提出应该使用CO₂跨临界循环系统。

与传统制冷循环相比，CO₂跨临界制冷循环的运行压力较高，而且其放热过程处于超临界压力下，工质在气体冷却器中进行无相变变温放热，对于带节流阀的CO₂跨临界制冷循环，不仅节流损失较大，而且由于压缩机排气温度较高，由此而产生的过热损失也较大。因此，与传统制冷循环相比系统的效率较低，而且总的等效温室效应相对较高，这样大大影响了其推广应用。因此需要采取改进措施来提高CO₂跨临界循环系统的效率。由于CO₂跨临界循环的容积膨胀比较小(一般为2-4)，而且膨胀功占压缩功的比率较大(大约为20％-40％)，所以CO₂跨临界循环采用膨胀机比常规工质更具有可行性。从理论上讲，用膨胀机代替节流阀，以及采用两级压缩都能提高CO₂跨临界循环系统的效率。采用膨胀机可以减少系统的节流损失，采用两级压缩可以减少过热损失，同时采用两级压缩并回收膨胀功可使系统性能得到最大提高。如果将这两种措施组合到一个制冷装置中，而且对气体冷却器的结构配置进行优化，能够实现多种循环运行方式的切换，使得系统调节更灵活，使用更方便。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种跨临界二氧化碳循环制冷系统，系统中的气体冷却器设计为两组结构相同的换热器且组装在一起，分别作为两级压缩时低压级和高压级的气体冷却器，既可以实现两级压缩，也可以实现单级压缩。可以提高CO₂跨临界循环的性能，使得调节更灵活。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种跨临界二氧化碳循环制冷系统，其特征是：包括CO₂主压缩机、CO₂油分离器、气体冷却器、辅助压缩机、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀机、膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器、冷冻水箱、冷冻水泵、冷却水箱、冷却水泵、截止阀、第一调节阀、第二调节阀，所述CO₂主压缩机、CO₂油分离器和气体冷却器通过阀门依次连接，所述气体冷却器分别与冷却水箱、CO₂高压储液器连接，所述CO₂高压储液器与干燥器、过滤器、膨胀阀、膨胀机、CO₂蒸发器和CO₂汽液分离器依次连接，所述气体冷却器由两组结构相同的第一换热器和第二换热器构成，所述第一换热器和第二换热器之间设有截止阀。

所述CO₂油分离器的出口与第一换热器的管侧入口相接，第一换热器的管侧出口通过截止阀与CO₂高压储液器连接，CO₂高压储液器与干燥器、过滤器、膨胀机或膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机相接构成单级压缩制冷系统。

所述CO₂油分离器的出口与第一换热器的管侧入口相接，第一换热器的管侧出口通过第一调节阀与所述辅助压缩机连接，辅助压缩机出口与第二换热器的管侧入口连接，第二换热器的管侧出口与CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀机或膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机连接构成两级压缩制冷系统。

所述辅助压缩机与膨胀机设为同轴连接。

有益效果：本制冷系统使用自然工质CO₂，不但可以减小对环境的污染，而且结构紧凑，性能高效，运行可靠，便于制造、安装和维护。系统中的气体冷却器设计为两组结构相同的换热器且组装在一起，分别作为两级压缩时低压级和高压级的气体冷却器。该系统中包含辅助压缩机和膨胀机，两者之间设计为同轴连接，将膨胀机的回收功直接用于驱动辅助压缩机，膨胀机部分可以替代节流阀，辅助压缩机作为高压级压缩机。系统运行过程中，节流阀和膨胀机可以切换使用，也可以并联运行。使用膨胀机代替节流阀可以大大提高系统的性能，达到高效运行，节约能源的目的。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图中：1、CO₂主压缩机；2、CO₂油分离器；3、气体冷却器；4、辅助压缩机；5、CO₂高压储液器；6、干燥器；7、过滤器；8、膨胀机；9、膨胀阀；10、蒸发器；11、CO₂气液分离器；12、冷冻水箱；13、冷冻水泵；14、冷却水箱；15、冷却水泵；16、截止阀；17、第一调节阀；18、第二调节阀；19、第一换热器管侧入口；20、第一换热器管侧出口；21、第二换热器管侧入口；22、第二换热器管侧出口；23、气体冷却器壳侧入口；24、气体冷却器壳侧出口；25、蒸发器壳侧入口；26、蒸发器壳侧出口。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：详见附图，一种跨临界二氧化碳循环制冷系统，包括CO₂主压缩机1、CO₂油分离器2、气体冷却器3、辅助压缩机4、CO₂高压储液器5、干燥器6、过滤器7、膨胀机8、膨胀阀9、CO₂蒸发器10、CO₂汽液分离器11、冷冻水箱12、冷冻水泵13、冷却水箱14、冷却水泵15、截止阀16、第一调节阀17、第二调节阀18，所述CO₂主压缩机、CO₂油分离器和气体冷却器通过阀门依次连接，所述气体冷却器分别与冷却水箱、CO₂高压储液器连接，所述CO₂高压储液器与干燥器、过滤器、膨胀阀、膨胀机、CO₂蒸发器和CO₂汽液分离器依次连接，所述气体冷却器由两组结构相同的第一换热器和第二换热器构成，所述第一换热器和第二换热器之间设有截止阀。所述CO₂油分离器的出口与第一换热器的管侧入口相接，第一换热器的管侧出口通过截止阀与CO₂高压储液器连接，CO₂高压储液器与干燥器、过滤器、膨胀机或膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器依次连接，CO₂油分离器2再与CO₂主压缩机相接构成单级压缩制冷系统。所述CO₂油分离器的出口与第一换热器的管侧入口相接，第一换热器的管侧出口通过第一调节阀与所述辅助压缩机连接，辅助压缩机出口与第二换热器的管侧入口连接，第二换热器的管侧出口与CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀机或膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机连接构成两级压缩制冷系统。所述辅助压缩机与膨胀机通过联轴器设为同轴连接。

工作过程：

通过打开截止阀16，关闭调节阀17来实现单级压缩，自然工质CO₂通过CO₂油分离器(2)的出口与第一换热器的管侧入口19相接，第一换热器的管侧出口20经过截止阀16与CO₂高压储液器5的入口相接，然后经过干燥器6、过滤器7、膨胀机8或膨胀阀9、CO₂蒸发器10、CO₂汽液分离器11、CO₂主压缩机1与CO₂油分离器2的入口相接，再通过开关调节阀18来切换节流阀和膨胀机循环。冷却水由水箱14提供，经水泵15和截止阀进入气体冷却器3壳侧的入口23，冷却水回水由气体冷却器3壳侧的出口24接于水箱14。冷冻水由水箱12提供，经水泵13和截止阀进入蒸发器10壳侧的入口25，冷冻水回水由蒸发器10壳侧的出口26接于水箱12。实现单级压缩制冷。

通过关闭截止阀16，打开调节阀17来实现两级压缩，自然工质CO₂通过CO₂油分离器2的出口与第一换热器的管侧入口19相接，第一换热器的管侧出口20经过调节阀17与辅助压缩机4入口相接，辅助压缩机4出口与第二换热器的管侧入口21相接，第二换热器的管侧出口22与CO₂高压储液器5的入口相接，然后经过干燥器6、过滤器7、膨胀机8或膨胀阀9、CO₂蒸发器10、CO₂汽液分离器11、CO₂主压缩机1与CO₂油分离器2的入口相接，再通过开关调节阀18来切换节流阀和膨胀机循环，实现两级压缩。气体冷却器由两组结构相同的第一及第二换热器组装在一起，制冷剂分别通过管侧入口进入低压级和高压级的气体冷却器。

工作原理：

CO₂气体在主压缩机1中压缩后压力升高，经CO₂油分离器2将润滑油分离出来，CO₂通过第一换热器的管侧入口19流入气体冷却器3与从冷却水箱14来的冷却水进行热交换，冷却后的高温高压流体通过截止阀16(关闭调节阀17)，进入高压储液器5，流经干燥器6，过滤器7后，再经膨胀阀(9)节流降压(关闭调节阀18)，或者打开调节阀18，关闭膨胀阀9，工质经过膨胀机(8)膨胀降压，然后低温低压两相流体进入CO₂蒸发器10吸热蒸发，为防止有未完全蒸发的液体流入压缩机造成液击，CO₂流经气液分离器11后进入CO₂主压缩机1，完成单级压缩制冷循环。冷却水由水箱14提供，经水泵15和截止阀进入气体冷却器3壳侧的入口23，冷却水回水由气体冷却器3壳侧的出口24接于水箱14。冷冻水由水箱12提供，经水泵13和截止阀进入蒸发器10壳侧的入口25，冷冻水回水由蒸发器10壳侧的出口26接于水箱12。

对于两级压缩制冷循环，CO₂气体在主压缩机1中进行第一次压缩后，压力升高到某一中间压力，经CO₂油分离器2将润滑油分离出来，CO₂通过第一换热器的管侧入口19流入气体冷却器3与从冷却水箱14来的冷却水进行热交换，冷却后的高温高压流体经过调节阀17(关闭截止阀16)直接进入辅助压缩机4再次进行压缩，压缩到某一高压压力，高温高压CO₂流体通过第二换热器的管侧入口21流入气体冷却器3与从冷却水箱14来的冷却水进行热交换，冷却后的高温高压流体进入高压储液器5，流经干燥器6，过滤器7后，通过打开调节阀18(关闭膨胀阀9)，工质经过膨胀机(8)膨胀降压，然后低温低压两相流体进入CO₂蒸发器10吸热蒸发，为防止有未完全蒸发的液体流入压缩机造成液击，CO₂流经气液分离器11后进入CO₂主压缩机1，完成两级压缩循环。冷却水由水箱14提供，经水泵15和截止阀进入气体冷却器3壳侧的入口23，冷却水回水由气体冷却器3壳侧的出口24接于水箱14。冷冻水由水箱12提供，经水泵13和截止阀进入蒸发器10壳侧的入口25，冷冻水回水由蒸发器10壳侧的出口26接于水箱12。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的结构作任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims

1.一种跨临界二氧化碳循环制冷系统，其特征是：包括CO₂主压缩机、CO₂油分离器、气体冷却器、辅助压缩机、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀机、膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器、冷冻水箱、冷冻水泵、冷却水箱、冷却水泵、截止阀、第一调节阀、第二调节阀，所述CO₂主压缩机、CO₂油分离器和气体冷却器通过阀门依次连接，所述气体冷却器分别与冷却水箱、CO₂高压储液器连接，所述CO₂高压储液器与干燥器、过滤器、膨胀阀、膨胀机、CO₂蒸发器和CO₂汽液分离器依次连接，所述气体冷却器由两组结构相同的第一换热器和第二换热器构成，所述第一换热器和第二换热器之间设有截止阀。

2.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳循环制冷系统，其特征是：所述CO₂油分离器的出口与第一换热器的管侧入口相接，第一换热器的管侧出口通过截止阀与CO₂高压储液器连接，CO₂高压储液器与干燥器、过滤器、膨胀机或膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机相接构成单级压缩制冷系统。

3.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳循环制冷系统，其特征是：所述CO₂油分离器的出口与第一换热器的管侧入口相接，第一换热器的管侧出口通过第一调节阀与所述辅助压缩机连接，辅助压缩机出口与第二换热器的管侧入口连接，第二换热器的管侧出口与CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀机或膨胀阀、CO₂蒸发器、CO₂汽液分离器依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机连接构成两级压缩制冷系统。

4.根据权利要求1或2或3所述的跨临界二氧化碳循环制冷系统，其特征是：所述辅助压缩机与膨胀机设为同轴连接。