CN204648736U - 一种co2/nh3复叠式制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种CO2/NH3复叠式制冷系统，包括CO2高温级回路、NH3制冷系统和CO2低温级回路；CO2高温级回路为：CO2变频压缩机中的CO2制冷气体经CO2气体冷却器、冷凝蒸发器、高温级CO2储液罐、经济器后回到CO2变频压缩机，高温级CO2储液罐的CO2液体经冷藏模块后回流到高温级CO2储液罐；NH3制冷系统为：NH3变频压缩机的NH3制冷液体经冷凝蒸发器后进入NH3变频压缩机入口；CO2低温级回路为：经济器的CO2制冷液体经低温级CO2储液罐后回到CO2变频压缩机，低温级CO2储液罐的CO2液体经冷冻模块后回流到低温级CO2储液罐。所述制冷系统安全稳定，结构合理，能源利用率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及制冷技术，特别涉及一种CO2/NH3复叠式制冷系统。
背景技术
近年来，由于发现氟利昂类制冷剂对大气臭氧层有破坏作用以及能产生温室效应等环境问题，国际上已达成完全禁用CFC类、逐渐限制使用HCFC类制冷剂的共识。为此，全球的科研工作者也积极研究氟利昂替代技术，其中以研究人工合成类制冷工质为主，但大量的事实表明，许多人工合成的物质，尽管从一开始看对人类是有益的，但随着该物质的大量和长期的使用，就逐步显现出对生态环境的巨大破坏作用，每年达到数十万吨的消耗量。使用的人工合成类制冷工质的绝大部分将扩散到大气中去，有的物质在大气中存留数百年，有的物质分解后会产生其他副作用或是分解出有害物质，始终对地球的生态环境存在着潜在的危险。
氨与二氧化碳作为自然工质，其臭氧层消耗潜能(ODP)为0，全球变暖潜能(GWP)不大于1，具有良好的热力学性能，价格低廉。在常规的制冷温度范围内(-50℃～-10℃)是适用的，他们几乎适用于制冷空调领域的所有场合，是最具应用前景的自然制冷工质。
但氨具有一定的毒性和可燃性，安全性低，从而限制了它在制冷空调领域中的使用。二氧化碳为自然工质，无毒，不可燃，也不助燃，在一定程度上能够弥补氨制冷剂的缺陷。CO2/NH3复叠式制冷系统能明显降低氨的充注量，同时由于低温级采用CO2，从而可以避免氨与食品、人群等直接接触，降低氨制冷系统的危险性，增加系统运行的安全性。另外，CO2/NH3复叠式制冷系统的氨制冷剂循环部分可以在生产厂家直接安装，提高焊接质量，可增加系统的安全，避免氨的泄露，用户只需要现场安装载冷剂系统即可。由于CO2/NH3复叠式制冷系统具有上述优越性而得到了广泛的应用。
但CO2/NH3复叠式制冷系统与氨单级制冷系统相比在制取单位的冷量时的 耗功有一个节能的临界制冷温度(一般为-35℃～-20℃)，当CO2/NH3复叠式制冷系统在制冷温度高于该制冷临界温度时，与氨单级制冷系统相比，其节能效果并不显著。这主要是因为在CO2/NH3复叠式制冷系统中增加了二氧化碳压缩机，从而增加了功耗，降低了系统的COP。
目前出现的复叠式制冷系统是由高温级回路和低温级回路两部分组成，高温级回路和低温级回路之间通过一个冷凝蒸发器联系起来，该冷凝蒸发器作为高温回路的蒸发器，又作为低温回路的冷凝器。
申请号为CN201310488799.9的中国发明专利公开了一种二氧化碳复叠式商用制冷系统，由高温级回路和低温级回路共同构成复叠式制冷环路，在高温级回路和低温级回路中分别设置有多个并联连接的制冷压缩机，并且在高温级回路中采用R404A、R134A、R717或R410A环保型制冷剂，在低温级回路中使用天然工质R744。可以根据用户热负荷的变化调节制冷压缩机的运行台数和工作频率，低温级储液器配置了应急冷源，在停电、主机故障等非常规条件下应急冷源自动启动运行。但整个系统配备多个二氧化碳压缩机，虽然可以起到环保的作用，但是功耗比较大，能源利用率比较低，且高温级储液器和低温级储液器均只能存储液体，对CO2制冷循环过程中的CO2液相进行了利用，没有对CO2气相进行合理处理。
申请号为CN200810053374.4的中国发明专利公开了一种CO2/NH3复叠式制冷系统，由NH3制冷循环系统和CO2制冷循环系统组成，NH3制冷循环系统与CO2制冷循环系统的冷凝器连接，在CO2制冷循环系统的液相CO2储液器和CO2制冷循环节流装置之间连接有CO2液泵，在CO2液泵的进口与出口之间连接由CO2液泵旁通阀，在CO2制冷压缩机的进口与出口之间连接有CO2制冷压缩机旁通阀。在制取制冷温度高于节能的临界制冷温度的冷量时，关闭CO2制冷压缩机，达到节约能源的作用。但仅产生一级的制冷温度，液相CO2储液器中只能存储液体，对CO2制冷循环过程中的CO2液相进行了利用，没有对CO2气相进行合理处理。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种安全稳定，结构紧凑，能源利用率高的CO2/NH3复叠式制冷系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种CO2/NH3复叠式制冷系统，包括CO2高温级回路、NH3制冷系统和CO2低温级回路；
所述CO2高温级回路为：CO2变频压缩机的出口连接CO2气体冷却器，CO2气体冷却器的出口连接冷凝蒸发器，冷凝蒸发器的CO2制冷液体连接至高温级CO2储液罐，高温级CO2储液罐的高温级CO2液体在第一CO2抽送泵的作用下到达冷藏模块后回流到高温级CO2储液罐，高温级CO2储液罐中的CO2气体连接至冷凝蒸发器的进口，高温级CO2储液罐中的高温级CO2液体分两路连接至经济器的进口，其中一路上连接一节流阀10，经济器的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机；
所述的NH3制冷系统为：NH3变频压缩机的出口连接至所述的冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器NH3制冷气体连接至NH3变频压缩机入口；
所述CO2低温级回路为：所述经济器的CO2制冷剂液体连接至低温级CO2储液罐，低温级CO2储液罐的低温级CO2液体在第二CO2抽送泵的作用下到达冷冻模块后回流到低温级CO2储液罐，低温级CO2储液罐的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机。
进一步的，所述低温级CO2储液罐还连接一制冷系统，所述制冷系统为：制冷压缩机的出气口连接风冷冷凝器，风冷冷凝器的出口连接蒸发盘管，蒸发盘管的出口连接制冷压缩机，所述蒸发盘管设置在所述低温级CO2储液罐中。
进一步的，制冷压缩机所使用的制冷剂为R507制冷剂。
进一步的，所述NH3制冷系统还包括：NH3变频压缩机的出口连接第二油分离器，第二油分离器的冷却油出口输油管连接第二油冷却器，第二油冷却器的出口连接NH3变频压缩机，第二油分离器的NH3制冷剂气体出口连接至NH3制冷循环冷凝器，NH3制冷循环冷凝器中的NH3制冷液体连接至冷凝蒸发器，冷凝蒸发器的NH3制冷气体连接至NH3变频压缩机。
进一步的，CO2变频压缩机的出口连接第一油分离器，第一油分离器的冷却油出口输油管连接第一油冷却器，第一油冷却器的出口连接CO2变频压缩机， 第一油分离器的CO2制冷剂气体出口连接至CO2气体冷却器。
进一步的，所述经济器的CO2制冷剂液体通过节流阀连接至低温级CO2储液罐。
本实用新型的有益效果在于：通过将高温级CO2储液罐的高温级CO2液体经具有温度差的两路连接经济器，使经济器达到对高温级CO2液体进行过冷的效果；由于采用了NH3制冷系统与CO2制冷系统进行冷却交换，充分利用了NH3作为工质制冷效率高，成本低的特点，但由于NH3有毒且相对稳定性差，则将NH3制冷系统与CO2制冷系统相对隔离，可以将NH3压缩机置于用冷环境外部，在降低成本、提高制冷效率的同时，提高了安全性；另外，高温级CO2储液罐和低温级CO2储液罐中的CO2制冷工质，经部分气化后，气液相混合回流到储液罐，使得相应的管路以及储液罐体积小，结构紧凑且安全，实现了对CO2制冷剂的合理利用。
附图说明
图1为本实用新型实施例的CO2/NH3复叠式制冷系统结构示意图。
标号说明：
1、CO2变频压缩机；2、第一油冷却器；3、第一油分离器；4、CO2气体冷却器；5、冷凝蒸发器；6、高温级CO2储液罐；7、第一CO2抽送泵；8、冷藏模块；9、经济器；10、节流阀；11、NH3变频压缩机；12、第二油分离器；13、第二油冷却器；14、NH3制冷循环冷凝器；15、节流阀；16、低温级CO2储液罐；17、第二CO2抽送泵；18、冷冻模块；19、制冷压缩机；20、风冷冷凝器；21、蒸发盘管。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本实用新型最关键的构思在于：用一个CO2变频压缩机来实现CO2制冷剂的CO2高温级回路和CO2低温级回路两个制冷回路，用NH3变频压缩机作为CO2 高温级回路中冷凝蒸发器的附加冷源，用制冷系统作为CO2低温级回路中低温级CO2储液罐的备用冷源，在高温级CO2储液罐的出口段连接节流阀，所述CO2/NH3复叠式制冷系统安全稳定，结构合理，能源利用率高。
请参照图1，本实用新型提供的一种CO2/NH3复叠式制冷系统，包括CO2高温级回路、NH3制冷系统和CO2低温级回路；
所述CO2高温级回路为：CO2变频压缩机1的出口连接CO2气体冷却器4，CO2气体冷却器4的出口连接冷凝蒸发器5，冷凝蒸发器5的CO2制冷液体连接至高温级CO2储液罐6，高温级CO2储液罐6的高温级CO2液体在第一CO2抽送泵7的作用下到达冷藏模块8后回流到高温级CO2储液罐6，高温级CO2储液罐6中的CO2气体连接至冷凝蒸发器5的进口，高温级CO2储液罐6中的高温级CO2液体分两路连接至经济器9的进口，其中一路上连接一节流阀10，则进入经济器9的两路高温级CO2液体具有温度差，通过经济器9对高温级CO2液体进行过冷，经济器9的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机1；
所述的NH3制冷系统为：NH3变频压缩机11的出口连接至所述的冷凝蒸发器5，所述冷凝蒸发器5的NH3制冷气体连接至NH3变频压缩机11入口。
所述CO2低温级回路为：所述经济器9的CO2制冷剂液体连接至低温级CO2储液罐16，低温级CO2储液罐16的低温级CO2液体在第二CO2抽送泵17的作用下到达冷冻模块18后回流到低温级CO2储液罐16，低温级CO2储液罐16的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机1。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过将高温级CO2储液罐6的高温级CO2液体经具有温度差的两路连接经济器9，使经济器9达到对高温级CO2液体进行过冷的效果；利用NH3作为工质制冷效率高，成本低的特点，采用NH3制冷系统与CO2制冷系统进行热量交换，来提高系统的制冷效率并节约成本；为了提高系统的安全性，由于NH3有毒且相对稳定性差，可以将NH3压缩机置于用冷环境外部，在降低成本、提高制冷效率的同时，保证了食品安全性和使用安全性；通过一个CO2变频压缩机1来实现CO2高温级回路和CO2低温级回路两个制冷回路，对高温级CO2储液罐6与低温级CO2储液罐16的CO2液体经过使用后不完全蒸发的气体和液体进行回流再利用，相比于储液罐只存 储CO2液体的制冷系统，高温级CO2储液罐和低温级CO2储液罐体积小，结构紧凑且安全。
进一步的，所述低温级CO2储液罐16还连接一制冷系统，所述制冷系统为：制冷压缩机19的出气口连接风冷冷凝器20，风冷冷凝器20的出口连接蒸发盘管21，蒸发盘管21的出口连接制冷压缩机19，所述蒸发盘管21设置在所述低温级CO2储液罐16中。
由上述描述可知，本实用新型提供的CO2/NH3复叠式制冷系统，通过制冷系统作为低温级回路的备用冷源，制冷系统可维持CO2低温级回路的低温温度，保证CO2低温级回路的稳定性，在停电、主机故障等非常规条件下备用冷源自动启动运行，控制CO2制冷回路内的压力在安全范围，提高制冷机组的安全性和可靠性。
进一步的，制冷压缩机19所使用的制冷剂为R507制冷剂。R507不含任何破坏臭氧层的物质，且具有优异的传热性能和低毒性。
由上述描述可知，本实用新型提供的CO2/NH3复叠式制冷系统，使用R507制冷剂可有效保证系统的环保性和高效性。
进一步的，所述NH3制冷系统还包括：NH3变频压缩机11的出口连接第二油分离器12，第二油分离器12的冷却油出口输油管连接第二油冷却器13，第二油冷却器13的出口连接NH3变频压缩机11，第二油分离器12的NH3制冷剂气体出口连接至NH3制冷循环冷凝器14，NH3制冷循环冷凝器14中的NH3制冷液体连接至冷凝蒸发器5，冷凝蒸发器5的NH3制冷气体连接至NH3变频压缩机11。
由上述描述可知，本实用新型提供的CO2/NH3复叠式制冷系统，NH3有毒，但作为制冷剂，NH3的转化效率比CO2高，用NH3变频压缩机11作为CO2高温级回路中冷凝蒸发器5的附加冷源，可有效降低系统的功耗，提高系统的能源利用率；为了保证系统的安全运行，也可将NH3制冷系统放置用冷环境外部；利用第二油分离器12将NH3制冷气体中的油过滤出来，利用第二油冷却器13将油冷却，可有效保证NH3变频压缩机11工作的安全性，提高NH3变频压缩机11工作效率和使用寿命。
进一步的，CO2变频压缩机1的出口连接第一油分离器3，第一油分离器3的冷却油出口输油管连接第一油冷却器2，第一油冷却器2的出口连接CO2变频压缩机1，第一油分离器3的CO2制冷剂气体出口连接至CO2气体冷却器4。
由上述描述可知，本实用新型提供的CO2/NH3复叠式制冷系统，利用第一油分离器3将CO2制冷气体中的油过滤出来，利用第一油冷却器2将油冷却，可有效保证CO2变频压缩机1工作的安全性，提高CO2变频压缩机1工作效率和使用寿命。
进一步的，所述经济器9的CO2制冷剂液体通过节流阀15连接至低温级CO2储液罐16。
由上述描述可知，本实用新型提供的CO2/NH3复叠式制冷系统，通过节流阀15来减小进入低温级CO2储液罐16的CO2制冷的压力，从而使系统安全运行。
请参照图1，本实用新型的实施例一为：
一种CO2/NH3复叠式制冷系统，包括CO2高温级回路和CO2低温级回路；
所述CO2高温级回路为：CO2变频压缩机1的出口连接第一油分离器3，第一油分离器3的冷却油出口输油管连接第一油冷却器2，第一油冷却器2的出口连接CO2变频压缩机1，第一油分离器3的CO2制冷剂气体出口连接至CO2气体冷却器4，CO2气体冷却器4的出口连接冷凝蒸发器5，冷凝蒸发器5的CO2制冷气体连接至高温级CO2储液罐6，高温级CO2储液罐6的高温级CO2液体在第一CO2抽送泵7的作用下到达冷藏模块8后回流到高温级CO2储液罐6，高温级CO2储液罐6中的CO2气体连接至冷凝蒸发器5的进口，高温级CO2储液罐6中的高温级CO2液体分两路连接至经济器9，其中一路上连接一节流阀10，经济器9的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机1；
NH3变频压缩机11的出口连接第二油分离器12，第二油分离器12的冷却油出口输油管连接第二油冷却器13，第二油冷却器13的出口连接NH3变频压缩机11，第二油分离器12的NH3制冷剂气体出口连接至NH3制冷循环冷凝器14，NH3制冷循环冷凝器14中的NH3制冷液体连接至冷凝蒸发器5，冷凝蒸发器5NH3制冷气体连接至NH3变频压缩机11；
所述CO2低温级回路为：所述经济器9的CO2制冷剂液体通过节流阀15连接至低温级CO2储液罐16，低温级CO2储液罐16的低温级CO2液体在第二CO2抽送泵17的作用下到达冷冻模块18后回流到低温级CO2储液罐16，低温级CO2储液罐16的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机1；
制冷压缩机19的出气口连接风冷冷凝器20，风冷冷凝器20的出口连接蒸发盘管21，蒸发盘管21的出口连接制冷压缩机19，所述蒸发盘管21设置在所述低温级CO2储液罐16中。
综上所述，本实用新型提供的CO2/NH3复叠式制冷系统，利用NH3作为工质制冷效率高，成本低的特点，采用NH3制冷系统与CO2制冷系统进行热量交换，来提高CO2制冷剂的制冷效率，可提高系统的制冷效率并节约成本；为了提高系统的安全性，采用第二油分离器12来过滤NH3制冷剂中的油相，同时由于NH3有毒且相对稳定性差，可以将NH3压缩机置于用冷环境外部，在降低成本、提高制冷效率的同时，有效保证与食品接触的只有CO2制冷剂，保证了食品安全性和使用安全性；通过制冷系统来维持CO2低温级回路的低温温度，保证CO2低温级回路的稳定性；通过一个CO2变频压缩机1来实现CO2高温级回路和CO2低温级回路两个制冷回路，采用第一油分离器3来过滤CO2制冷剂中的油相，对高温级CO2储液罐6与低温级CO2储液罐16的CO2液体经过使用后不完全蒸发的气体和液体进行回流再利用，通过具有温度差的两路高温级CO2液体连接经济器9，使经济器9达到对从高温级CO2储液罐6中流出的高温级CO2液体进行过冷，并使用节流阀15来降低管路中CO2制冷剂的压力，相比于储液罐只存储CO2液体的制冷系统，具有体积小，结构紧凑且安全的优点。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种CO2/NH3复叠式制冷系统，其特征在于，包括CO2高温级回路、NH3制冷系统和CO2低温级回路；
所述CO2高温级回路为：CO2变频压缩机的出口连接CO2气体冷却器，CO2气体冷却器的出口连接冷凝蒸发器，冷凝蒸发器的CO2制冷液体连接至高温级CO2储液罐，高温级CO2储液罐的高温级CO2液体在第一CO2抽送泵的作用下到达冷藏模块后回流到高温级CO2储液罐，高温级CO2储液罐中的CO2气体连接至冷凝蒸发器的进口，高温级CO2储液罐中的高温级CO2液体分两路连接至经济器的进口，其中一路上连接一节流阀，经济器的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机；
所述的NH3制冷系统为：NH3变频压缩机的出口连接至所述的冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器NH3制冷气体连接至NH3变频压缩机入口；
所述CO2低温级回路为：所述经济器的CO2制冷剂液体连接至低温级CO2储液罐，低温级CO2储液罐的低温级CO2液体在第二CO2抽送泵的作用下到达冷冻模块后回流到低温级CO2储液罐，低温级CO2储液罐的CO2制冷剂气体连接至CO2变频压缩机。
2.根据权利要求1所述的CO2/NH3复叠式制冷系统，其特征在于，所述低温级CO2储液罐还连接一制冷系统，所述制冷系统为：制冷压缩机的出气口连接风冷冷凝器，风冷冷凝器的出口连接蒸发盘管，蒸发盘管的出口连接制冷压缩机，所述蒸发盘管设置在所述低温级CO2储液罐中。
3.根据权利要求2所述的CO2/NH3复叠式制冷系统，其特征在于，制冷压缩机所使用的制冷剂为R507制冷剂。
4.根据权利要求1所述的CO2/NH3复叠式制冷系统，其特征在于，所述NH3制冷系统还包括：NH3变频压缩机的出口连接第二油分离器，第二油分离器的冷却油出口输油管连接第二油冷却器，第二油冷却器的出口连接NH3变频压缩机，第二油分离器的NH3制冷剂气体出口连接至NH3制冷循环冷凝器，NH3制冷循环冷凝器中的NH3制冷液体连接至冷凝蒸发器，冷凝蒸发器的NH3制冷气体连接至NH3变频压缩机。
5.根据权利要求1所述的CO2/NH3复叠式制冷系统，其特征在于，CO2变频压缩机的出口连接第一油分离器，第一油分离器的冷却油出口输油管连接第一油冷却器，第一油冷却器的出口连接CO2变频压缩机，第一油分离器的CO2制冷剂气体出口连接至CO2气体冷却器。
6.根据权利要求1所述的CO2/NH3复叠式制冷系统，其特征在于，所述经济器的CO2制冷剂液体通过节流阀连接至低温级CO2储液罐。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |