CN208012139U

CN208012139U - 一种使用单一工质co2作制冷剂的复叠制冷系统

Info

Publication number: CN208012139U
Application number: CN201820298699.8U
Authority: CN
Inventors: 申江; 赵瑞杰
Original assignee: Tianjin University of Commerce
Current assignee: Tianjin University of Commerce
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2028-03-05

Abstract

本实用新型公开了一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统。包括高温压缩机、低温压缩机、中温蒸发器、低温蒸发器、冷凝蒸发器、地埋管冷凝器、中温气液分离器、低温气液分离器、储液器、油分离器、膨胀阀、电磁阀、流量调节阀、干燥过滤器、单向阀、压力变送器、温度传感器通过管道相互连接而成，所述地埋管冷凝器与中温电磁阀之间设置有流量调节阀，所述中温蒸发器与气液分离器之间依次设置有压力变送器和膨胀阀，所述冷凝蒸发器与中温气液分离器之间设置有压力变送器与单向阀，所述储液器与低温压缩机吸气管路之间设置有电磁阀、压力变送器和膨胀阀，所述低温气液分离器与低温压缩机之间设置有单向阀。本实用新型采用单一自然工质CO₂作为复叠制冷系统的制冷剂，减小了制冷剂排放对环境的影响。

Description

一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统

技术领域

本实用新型涉及环保制冷技术领域，特别是涉及到一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展、人们生活水平的不断提高以及食品加工业的不断扩大，市场对食品的质量、新鲜度、营养、风味等方面的要求越来越高。冷库是保证食品品质中最为重要的专用建筑物，由于我国大量的果蔬产量和需求量，导致了市场对于冷库需求量的日益增长。在商业冷库由于需要贮藏不同种类的易腐蚀食品，因此需要不同温度的库来满足实际需求。

制冷装置是冷库建设中最重要的设备，但如今国际社会面临制冷剂带来的环境污染和制冷装置高能耗等方面的问题，使用环保型制冷剂和减少制冷系统能耗成为了制冷行业发展的主要趋势。

目前市场上已有的和新建设的冷库的制冷装置中使用的制冷剂多为氟利昂，为了避免制冷剂泄漏对环境造成污染，自然工质成为了制冷剂替代中最重要的选择之一。CO2因其GWP为1，ODP为0，良好的热物性重新成为了人们关注和研究的重点。但由于CO2的临界温度较低(31.1℃)，在温热带气候环境下， CO2系统多数为跨临界循环，且其临界压力高(7.38MPa)，造成系统的运行压力高、节流损失大，系统性能系数低于常规的氟系统，限制了CO2制冷系统的推广。

因此，提高CO₂制冷系统的性能，成为了CO₂系统研究的重要方向。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种CO₂/CO₂复叠制冷系统，利用地下温度波动小且常年低于CO₂临界温度的特点，采用地埋管冷凝器使CO₂高温级系统可以实现亚临界循环，从而使整个CO₂系统实现亚临界循环，提高了 CO₂系统效率。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统，所述复叠制冷系统是由高温级装置和低温级装置通过冷凝蒸发器耦合而成的；

高温级装置包括高温压缩机、油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一、中温蒸发器和中温气液分离器，高温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一连接，干燥过滤器一连接两个支路，一路经过设置电磁阀一和膨胀阀一的管路连接中温蒸发器，中温蒸发器通过设置压力变送器一、膨胀阀二的管路连接中温气液分离器；另一路经设置流量调节阀一、电磁阀二、膨胀阀三、温度传感器一的管路连接冷凝蒸发器，冷凝蒸发器通过设置压力变送器二和单向阀一的管路连接中温气液分离器；中温气液分离器连接高温压缩机的吸气口；

低温级装置包括低温压缩机、储液器、干燥过滤器二和气液分离器；低温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、温度传感器二和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器通过设置电磁阀三的管路连接储液器，冷凝蒸发器通过设置电磁阀九和单向阀三的管路连接储液器，储液器通过设置电磁阀四的管路分别连接干燥过滤器二和电磁阀十一，电磁阀十一通过设置电磁阀十的管路连接地埋管冷凝器和干燥过滤器一，干燥过滤器二通过设置电磁阀五和膨胀阀四的管路连接低温蒸发器，低温蒸发器通过设置压力变送器三的管路分别连接电磁阀六和电磁阀十二，电磁阀六通过管路依次连接气液分离器和单向阀二，电磁阀十二通过设置电磁阀十三的管路分别连接中温气液分离器和膨胀阀二；单向阀二通过管路连接低温压缩机的入口，储液器蒸汽出口通过管路分别连接电磁阀七和电磁阀八，电磁阀七通过设置压力变送器四和膨胀阀五的管路连接低温压缩机的入口，电磁阀八分别连接冷凝蒸发器和温度传感器二。

高温压缩机和低温压缩机为定频或变频的涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机、活塞压缩机中的任一种。

所述的膨胀阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流中的任一种。

所述的冷凝蒸发器为板式换热器或套管式换热器。

所述的地埋管冷凝器为数个双U地埋管换热器或U型套管式换热器相互连接垂直埋入地下。

本系统的高、低温级制冷系统均使用自然工质CO₂作为制冷剂。本系统有两种循环模式：

模式一，两个蒸发器同时开启，提供不同的蒸发温度。在这种模式下，高温级CO₂制冷剂在双U型地埋管冷凝器中冷凝后经干燥过滤器干燥，随后分成两路，一路经膨胀阀节流后进入中温蒸发器蒸发吸热，另一路经膨胀阀节流后进入冷凝蒸发器换热，随后两路汇合进入中温气液分离器进行气液分离，分离出的蒸气经压缩机的吸气管路进入高温压缩机，低温低压的气体经压缩机压缩成高温高压的气体后进入双U型地埋管冷凝器冷凝成高温高压的液体，如此完成高温级制冷循环。低温级的CO₂制冷剂在冷凝蒸发器中冷凝为高温高压的液体后进入储液器，随后液体制冷剂经干燥过滤器干燥，膨胀阀节流后进入低温蒸发器蒸发吸热，从蒸发器出来的低温低压的气液混合制冷剂经气液分离器分离后，分离出来的气体与经过压力调节阀降压的储液器蒸气混合进入低温压缩机，低温低压的蒸气经压缩机压缩成高温高压的蒸气后进入冷凝蒸发器冷凝成高温高压的液体，如此循环往复，完成低温循环。

模式二，两个蒸发器同时开启，提供相同的蒸发温度。在这种模式下，经地埋管冷凝器冷凝的制冷剂液体会分成两路，一路进入高温系统经干燥过滤器干燥后又分成两路，一路经膨胀阀节流后进入中蒸发器蒸发吸入，一路经膨胀阀节流后进入冷凝蒸发器吸收热量；另一路由地埋管冷凝器出来的液体制冷剂通过旁通支路接入低温级，经干燥过滤器干燥，膨胀阀节流后进入低温蒸发器蒸发吸热，从蒸发器出来的气液混合制冷剂经旁通支路与来自冷凝蒸发器和中温蒸发器的制冷剂混合后进入中温气液分离器，分离出的制冷剂蒸气经高温压缩机吸气管进入高温压缩机压缩，从压缩机出来的高温高压的制冷剂气体进入地埋管冷凝器冷凝为液体，完成制冷循环。循环中储液器里的气体利用自然对流经旁通管路进入冷凝蒸发器冷凝成液体后利用有高低位势差的旁通管路回到储液器中。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

(1)使用CO₂作为系统制冷剂。由于CO₂的GWP为1，ODP为0，是环境友好型制冷剂且具有优良的热物性，相比于常规的制冷系统，直接碳排放基本为0。

(2)利用CO₂系统运行压力高以及地下温度波动小且常年低于CO₂临界温度 (31.1℃)的特点，采用地埋管冷凝器使CO₂高温级系统可以实现亚临界循环，相比于CO₂跨临界循环，CO₂系统效率有了较大的提升，提高了整个CO₂复叠系统的效率。

(3)选用了双U型地埋管，增大了冷凝换热面积，减小了埋藏深度，降低了成本。

(4)可以实现单一制冷系统为两个冷库提供高、低温库的贮藏温度，降低工程成本，同时也可实现在某类食品存储量大时，将低温库转变为高温库，满足实际需求。

附图说明

图1所示为本实用新型复叠制冷系统原理图。

图中：1.高温压缩机；2.油分离器；3.双U型地埋管冷凝器；4.干燥过滤器一；5.流量调节阀；6.电磁阀一；7.膨胀阀一；8.中温蒸发器；9.压力变送器一；10.膨胀阀二；11.电磁阀二；12.膨胀阀三；13.温度传感器一；14.冷凝蒸发器；15.压力变送器二；16.单向阀一；17.中温气液分离器；18.低温压缩机；19.油分离器；20.温度传感器二；21.电磁阀三；22.储液器；23.电磁阀四； 24.干燥过滤器二；25.电磁阀五；26.膨胀阀四；27.低温蒸发器；28.压力变送器三；29.电磁阀六；30.低温气液分离器；31.单向阀二；32.电磁阀七；33.压力变送器四；34.膨胀阀五；35.电磁阀八；36.电磁阀九；37.单向阀三；38.电磁阀十； 39.电磁阀十一；40.电磁阀十二；41.电磁阀十三。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

图1所示为本实用新型一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统。本实用新型是由高温压缩机1、油分离器2、双U型地埋管冷凝器3、干燥过滤器一4、流量调节阀5、电磁阀一6、膨胀阀一7、中温蒸发器8、压力变送器一 9、膨胀阀二10、电磁阀二11、膨胀阀三12、温度传感器一13、冷凝蒸发器14、压力变送器二15、单向阀一16、中温气液分离器17、低温压缩机18、油分离器19、温度传感器二20、电磁阀三21、储液器22、电磁阀四23、干燥过滤器二24、电磁阀五25、膨胀阀四26、低温蒸发器27、压力变送器三28、电磁阀六29、低温气液分离器30、单向阀二31、电磁阀七32、压力变送器四33、膨胀阀五34、电磁阀八35、电磁阀九36、单向阀三37、电磁阀十38、电磁阀十一39、电磁阀十二40、电磁阀十三41组成。

本实施例的工作原理是：

模式一：在这种模式下，通过PLC控制关闭电磁阀八35、电磁阀九36、电磁阀十38、电磁阀十一39、电磁阀十二40、电磁阀十三41，开启电磁阀一6、电磁阀二11、电磁阀三21、电磁阀四23、电磁阀五25、电磁阀六29、电磁阀七32完成循环操作。高温级CO₂制冷剂在双U型地埋管冷凝器3中冷凝后经干燥过滤器4干燥，随后分成两路，一路经膨胀阀一7节流后进入中温蒸发器8 蒸发吸热，另一路经膨胀阀二12节流后进入冷凝蒸发器14换热，随后两路汇合进入中温气液分离器17进行气液分离，分离出的蒸气经高温压缩机1的吸气管路进入高温压缩机1，低温低压的气体经高温压缩机1压缩成高温高压的气体后进入双U型地埋管冷凝器3冷凝成高温高压的液体，如此完成高温级制冷循环。低温级的CO₂制冷剂在冷凝蒸发器14中冷凝为高温高压的液体后进入储液器22，随后液体制冷剂经干燥过滤器二24干燥，膨胀阀四26节流后进入低温蒸发器27蒸发吸热，从低温蒸发器27出来的低温低压的气液混合制冷剂经气液分离器30分离后，分离出来的气体与经过膨胀阀五34降压的储液器22蒸气混合进入低温压缩机18，低温低压的蒸气经低温压缩机18压缩成高温高压的蒸气后进入冷凝蒸发器14冷凝成高温高压的液体，如此循环往复，完成低温循环。

模式二：在这种模式下，同样也需要PLC对电磁阀的开闭进行控制，关闭电磁阀三21、电磁阀四23、电磁阀六29、电磁阀七32，开启电磁阀十38、电磁阀十一39、电磁阀五25、电磁阀十二40、电磁阀十三41、电磁阀一6、电磁阀二11、电磁阀八35、电磁阀九36完成循环操作。经过双U型地埋管冷凝器3冷凝的制冷剂液体会分成两路，一路进入高温系统经干燥过滤器一4干燥后又分成两路，一路经膨胀阀一7节流后进入中温蒸发器8蒸发吸热，一路经膨胀阀三12节流后进入冷凝蒸发器14吸收热量；另一路由双U型地埋管冷凝器3 出来的液体制冷剂通过旁通支路接入低温级，经干燥过滤器二24干燥，膨胀阀四26节流后进入低温蒸发器27蒸发吸热，从低温蒸发器27出来的气液混合制冷剂经旁通支路与来自冷凝蒸发器14和中温蒸发器8的制冷剂混合后进入中温气液分离器17，分离出的制冷剂蒸气经高温压缩机1吸气管进入高温压缩机1 压缩，从高温压缩机1出来的高温高压的制冷剂气体进入双U型地埋管冷凝器 3冷凝为液体，完成制冷循环。循环中储液器22里的气体利用自然对流经旁通管路进入冷凝蒸发器14冷凝成液体后利用有高低位势差的旁通管路回到储液器 22中。

所述的温度传感器一13是为了在系统控制中与温度传感器二20的值进行比较，以调节流量调节阀5的开度。

所述压力变送器一9是为了在系统控制中与压力变送器二15的值做比较，用以控制膨胀阀二10的开度。

所述单向阀一16是为了防止中温蒸发器出来的蒸气经膨胀阀节流后气液混合制冷剂的压力高于从冷凝蒸发器出来的蒸气，而导致的回流现象。

所述压力变送器四33是为了在系统控制中与压力变送器三28的值做比较，用以控制膨胀阀五34的开度。

所述单向阀二31是为了防止从储液器出来的制冷剂蒸气经过膨胀阀节流后的压力高于从气液分离器出来的蒸气压力而导致的回流现象。

所述单向阀三37是为了防止膨胀罐内的蒸气经此旁通管路进入冷凝蒸发器，造成正常循环短路。

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效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围。

Claims

1.一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统，其特征是，所述复叠制冷系统是由高温级装置和低温级装置通过冷凝蒸发器耦合而成的；

2.根据权利要求1所述的一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统，其特征在于，高温压缩机和低温压缩机为定频或变频的涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机、活塞压缩机中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统，其特征在于，所述的膨胀阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统，其特征在于，所述的冷凝蒸发器为板式换热器或套管式换热器。

5.根据权利要求1所述的一种使用单一工质CO₂作制冷剂的复叠制冷系统，其特征在于，所述的地埋管冷凝器为数个双U地埋管换热器或U型套管式换热器相互连接垂直埋入地下。