CN205561326U - 一种闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统。本实用新型由高压级压缩机排出的高温气体制冷剂进入气体冷却器进行初步冷却，然后气体制冷剂依次经过闪气旁通外部换热器、内部换热器、闪气旁通内部换热器得到充分冷却。最后经过闪气旁通外部换热器的制冷剂气体与经过内部换热器后的制冷剂气体混合后输入低压级压缩机。本实用新型解决了CO₂制冷循环节流损失大和循环效率较低的关键问题，大大提高了CO₂跨临界制冷循环系统效率、拓宽其使用范围。

Description

一种闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统

技术领域

本实用新型涉及以CO₂作为制冷剂的二级压缩制冷循环系统，具体的说，是一种闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统。

背景技术

气候变化是当今人类社会面临的重大问题，人工合成制冷剂氟氯烃（CFCs）和氢氟氯烃（HCFCs）类物质破坏臭氧层并且具有较高的温室效应，制冷剂的替代工作任重道远。从长远的角度来看，制冷空调系统使用自然工质才能从根本上解决制冷剂替代问题，实现制冷空调系统的环保目标。在这样的形势下，CO₂制冷系统成为当今制冷空调行业的研究热点。

目前，许多国家已经开始对CO₂制冷空调系统进行研究和应用。在发达国家，超市展示柜、汽车空调、自动售货机等应用领域CO₂已有取代HFCs制冷剂的趋势。

虽然CO₂制冷空调技术已应用于多个领域，但CO₂跨临界循环制冷系统的关键问题仍未得到根本解决，即节流损失大，运行压力高，系统效率低，比常规的R134a系统低1/4-1/3。从技术角度来看，可以用气体冷却器出口超临界CO₂流体的冷却、闪气旁通制冷循环等途径可以提高CO₂制冷系统效率。总结发现，CO₂制冷循环的冷却可通过以下几种方式实现：1）换热器冷却方式；2）专用冷却方式；3）其它冷却方式。虽然采用专用冷却方式可提高CO₂制冷循环的COP，但专用冷却方式需要增加一套辅助的制冷循环，提高了成本，增加了系统循环复杂程度。

在其它类型的冷却方式中，如采用融冰冷却器以降低气体冷却器出口CO₂温度，太阳能应用于CO₂跨临界制冷循环冷却过程。但以上两种冷却方式对应用时间和条件较为严格，推广应用具有一定难度。通过比较分析，基于制冷循环本身的换热器冷却方式更容易实现和控制，是提高CO₂跨临界制冷循环系统效率、拓宽其使用范围的可行措施。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，CO₂制冷循环节流损失大和循环效率较低的问题，提供一种闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统，其特征在于，低压级压缩机的出口侧与中间冷却器进口端相连接，所述的中间冷却器的出口端与高压级压缩机的进口端相连接，所述的高压级压缩机出口端与气体冷却器进口端相连接，所述的气体冷却器出口端与闪气旁通外部换热器的高温流体入口端相连接，所述的闪气旁通外部换热器的高温流体出口端与内部换热器的高温流体入口端相连接，所述的内部换热器的高温流体出口端与闪气旁通内部换热器入口端相连接，所述的闪气旁通内部换热器出口端与节流阀入口端相连接，所述的节流阀出口端与所述的冲击T型连接气液分离器相连通，所述的冲击T型连接气液分离器底部与蒸发器入口端相连接、所述的蒸发器出口端与内部换热器的低温流体入口端相连接，所述的内部换热器的低温流体出口端与低压级压缩机的出口端相连接，所述的冲击T型连接气液分离器顶部与闪气旁通外部换热器的低温流体入口端相连接，所述的闪气旁通外部换热器的低温流体出口端与闪气旁通调节阀入口端相连接，所述的闪气旁通调节阀出口端与低压级压缩机入口端相连接。

本实用新型具有以下技术效果：

1．本实用新型与传统的二级CO₂二级压缩系统相比，其解决了CO₂制冷循环节流损失大和循环效率较低的关键问题，大大提高了CO₂跨临界制冷循环系统效率、拓宽其使用范围。

2.本实用新型将闪发气体直接进行旁通至压缩机吸气口，使蒸发器入口完全是液态制冷剂，从而实现蒸发器内制冷剂的均匀分配，降低蒸发器内的压力损失，强化制冷剂侧换热过程，从而提高制冷系统效率。

3. 超临界CO₂流体避开了传统制冷剂所经历的两相区，这使得换热器设计中不同工质之间的换热具有更好的热匹配性，减小传热过程“火用”损失。在相同的窄点温差下，气体冷却器出口的超临界CO₂流体分别在闪气旁通外部换热器、内部换热器和闪气旁通内部换热器被冷却，换热两侧的工质保持良好的“热追随”，使其传热过程有较小的“火用”损耗和“火用”损失。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本系统详细说明。

如图1所示，低压级压缩机1的出口侧与中间冷却器2进口端相连接，所述的中间冷却器2的出口端与高压级压缩机3的进口端相连接，所述的高压级压缩机3出口端与气体冷却器4进口端相连接，所述的气体冷却器4出口端与闪气旁通外部换热器5的高温流体入口端相连接，所述的闪气旁通外部换热器5的高温流体出口端与内部换热器6的高温流体入口端相连接，所述的内部换热器6的高温流体出口端与闪气旁通内部换热器7入口端相连接，所述的闪气旁通内部换热器7出口端与节流阀8入口端相连接，所述的节流阀8出口端与所述的冲击T型连接气液分离器9相连通，所述的冲击T型连接气液分离器9底部与蒸发器10入口端相连接、所述的蒸发器10出口端与内部换热器6的低温流体入口端相连接，所述的内部换热器6的低温流体出口端与低压级压缩机1的出口端相连接，所述的冲击T型连接气液分离器9顶部与闪气旁通外部换热器5的低温流体入口端相连接，所述的闪气旁通外部换热器5的低温流体出口端与闪气旁通调节阀11入口端相连接，所述的闪气旁通调节阀11出口端与低压级压缩机1入口端相连接。

所述的冲击T型连接气液分离器，对节流过程的闪发气体进行气液分离，底部液体进入到蒸发器，顶部与闪气旁通外部换热器相连，顶部出来的低温气体对经过气体冷却器的蒸汽进一步冷却。冲击T型连接气液分离器能够对气液制冷剂的液相部分进行阻隔（提高气液分离效率）和内部换热器出口超临界CO2流体换热。

所述的闪气旁通外部换热器，通过冲击T型连接气液分离器出来的低温蒸汽与经过气体冷却器的高温气体进行换热，然后低温蒸汽通过闪气旁通调节阀。

所述的内部换热器，通过蒸发器出来的低温蒸汽与经过闪气旁通外部换热器的高温蒸汽进行换热，冷却后高温CO2蒸汽进入到冲击T型连接气液分离器进一步冷却。

所述的闪气旁通内部换热器，利用气液分离器中的低温气体制冷剂对由内部换热器过来的高温气体蒸汽进行进一步的冷却。

本实用新型闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统中的工作原理如下：由低压机压缩机排出的高温气体制冷剂进入中间冷却器进行初步冷却，然后经高压级压缩机压缩后排出的高温气体制冷剂依次经过气体冷却器、闪气旁通外部换热器、内部换热器、是闪气旁通内部换热器得到充分冷却。然后制冷剂气体经过节流后产生的闪发气体通过冲击T型连接进行气液分离，利用分离过程和分离后CO₂低温低压气体对气体冷却器出口的超临界CO₂冷却，提高制冷循环效率。为提高气液分离效率在气液分离器（分流器）内部和外部分别设置换热器，称之为闪气旁通内部换热器和闪气旁通外部换热器，其中闪气旁通内部换热器的主要作用是对气液制冷剂的液相部分进行阻隔（提高气液分离效率）和内部换热器出口超临界CO₂流体换热；闪气旁通外部换热器的主要作用是将闪气旁通气体与气体冷却器出口超临界CO₂流体换热，通过两个换热器的设置降低超临界CO₂流体的温度。此外，系统中还设置了内部换热器，将蒸发器出口的低温CO₂流体与闪气旁通外部换热器出口的高温CO₂流体进行换热，进一步对CO₂流体冷却。

Claims (1)

1.一种闪气旁通梯级冷却的双级压缩制冷循环系统，其特征在于，低压级压缩机（1）的出口侧与中间冷却器（2）进口端相连接，所述的中间冷却器（2）的出口端与高压级压缩机（3）的进口端相连接，所述的高压级压缩机（3）出口端与气体冷却器（4）进口端相连接，所述的气体冷却器（4）出口端与闪气旁通外部换热器（5）的高温流体入口端相连接，所述的闪气旁通外部换热器（5）的高温流体出口端与内部换热器（6）的高温流体入口端相连接，所述的内部换热器（6）的高温流体出口端与闪气旁通内部换热器（7）入口端相连接，所述的闪气旁通内部换热器（7）出口端与节流阀（8）入口端相连接，所述的节流阀（8）出口端与冲击T型连接气液分离器（9）相连通，所述的冲击T型连接气液分离器（9）底部与蒸发器（10）入口端相连接、所述的蒸发器（10）出口端与内部换热器（6）的低温流体入口端相连接，所述的内部换热器（6）的低温流体出口端与低压级压缩机（1）的出口端相连接，所述的冲击T型连接气液分离器（9）顶部与闪气旁通外部换热器（5）的低温流体入口端相连接，所述的闪气旁通外部换热器（5）的低温流体出口端与闪气旁通调节阀（11）入口端相连接，所述的闪气旁通调节阀（11）出口端与低压级压缩机（1）入口端相连接。