CN211060438U - 一种并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，包括并联压缩机械过冷子系统，以及可与其实现换热的跨临界CO2制冷子系统和双冷凝器联供子系统；所述并联压缩机械过冷子系统包括气液分离器；所述气液分离器的出液口分两路，一路依次连通中温级节流阀、中温级冷却蒸发器的冷媒侧、中温级压缩机、低温级冷凝器的热媒侧、第一高温级节流阀和气液分离器的液体入口，另一路依次连通低温级节流阀、低温级冷却蒸发器、低温级压缩机和中温级压缩机的入口。本实用新型所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，可以减少换热温差，降低不可逆损失，从而提升系统整体能效，在更节能环保的同时，更好的满足人们对制冷及供暖的需求。
Description
技术领域
本实用新型属于热泵技术领域，尤其是涉及一种并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统。
背景技术
对于大型商场超市等应用领域，除了需要提供日常卫生热水外，还需要提供冷量用于超市肉类、生鲜、饮料、牛奶等的冷冻冷藏。为了整合设备功能，提高设备的利用率，对于同时需要供热、供热水及供冷的应用领域，可采用制热-制冷两联供设备的解决方案。
市场上绝大多数制冷热泵系统充注的制冷剂多为GWP较高的HFCs类制冷剂，温室效应显著，《蒙特利尔议定书》基加利修正案规定将逐步消减HFCs的生产和消费，环境更友好的制冷剂系统的开发成为制冷热泵领域的重点。CO2作为自然工质，无毒不可燃、安全环保。然而传统热泵系统大多采用纯工质，换热流体与工质的温度匹配特性差，导致换热过程较大的不可逆损失。对于CO2跨临界制冷循环，热水的回水温度过高导致气体冷却器出口温度较高，节流损失大，系统能效偏低。对气体冷却器出口的CO2流体进行过冷，可降低节流损失，但针对较大的过冷度，如采用常规工质机械过冷，工质蒸发过程与CO2冷却过程的温度匹配程度差，换热不可逆损失依然较大。
发明内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，以克服现有技术的缺陷，可以减少换热温差，降低不可逆损失，从而提升系统整体能效，在更节能环保的同时，更好的满足人们对制冷及供暖的需求。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，包括并联压缩机械过冷子系统，以及可与其实现换热的跨临界CO2制冷子系统和双冷凝器联供子系统；
所述并联压缩机械过冷子系统包括气液分离器；所述气液分离器的出液口分两路，一路依次连通中温级节流阀、中温级冷却蒸发器的冷媒侧、中温级压缩机、低温级冷凝器的热媒侧、第一高温级节流阀和气液分离器的液体入口，另一路依次连通低温级节流阀、低温级冷却蒸发器、低温级压缩机和中温级压缩机的入口；所述气液分离器的气体出口依次连通并联中温级压缩机、高温级冷凝器的热媒侧、第二高温级节流阀和第一高温级节流阀的入口。
进一步的，所述跨临界CO2制冷子系统包括CO2压缩机；所述CO2压缩机的出口依次连通气体冷却器的热媒侧、中温级冷却蒸发器的热媒侧、节流阀、蒸发器和CO2压缩机的入口。
进一步的，所述双冷凝器联供子系统包括储水箱，所述储水箱通过第一路管线依次连通高温级冷凝器的冷媒侧、低温级冷凝器的冷媒侧，储水箱通过第二路管线连通气体冷却器的冷媒侧。
进一步的，所述中温级冷却蒸发器、低温级冷却蒸发器、低温级冷凝器、高温级冷凝器均为逆流式换热器。
进一步的，所述并联压缩机械过冷子系统使用的工质为纯制冷剂或非共沸混合工质。
进一步的，纯制冷剂为R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1336mzz(Z)、R365mfc、R1234yf、R245fa中的一种。
进一步的，非共沸混合工质为R1234ze(E)/CO2、R1234ze(Z)/CO2、R1234yf/CO2、R1234ze(E)/R41、R1234ze(Z)/R41、R1234yf/R41、R1234ze(E)/R32、R1234ze(Z)/R32、R1234yf/R32中的一种。
进一步的，蒸发器的蒸发温度范围为-56～10℃，中温级冷却蒸发器的温度范围为10～40℃，低温级冷却蒸发器的温度范围为-10～20℃，CO2压缩机的吸气压力范围为0.53～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa。
进一步的，中温级压缩机的吸气温度范围为-15～15℃，排气温度范围为50～80℃；中温级压缩机的吸气温度范围为10～40℃，排气温度范围为60～120℃。
进一步的，所述跨临界CO2制冷子系统还包括风扇，所述风扇安装在蒸发器的下方。
相对于现有技术，本实用新型所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统具有以下优势：
(1)CO2跨临界制冷循环系统中，CO2作为天然制冷剂，廉价易获取，具有良好的热物理性质，不易燃性、安全无毒性，GWP值为1、ODP为0，在高温条件下也不分解产生有害气体，并联压缩机械辅助过冷制冷子系统充注的工质为低GWP工质，制冷剂在冷凝器和蒸发器相变过程中与热水和CO2流体形成良好的温度匹配。
(2)对CO2系统气体冷却器出口的CO2进行分级过冷，降低进入中温级节流阀和低温级节流阀前CO2温度，减小膨胀损失，并进一步降低CO2运行高压，提高CO2循环效率。超临界CO2流体过冷过程中进行了两次冷却，每次过冷过程的温降都不高，与辅助循环制冷剂低温及中温蒸发过程形成很好的温度匹配，换热不可逆损失大大减小。
(3)气液分离器不仅起到了分离气体和液体的作用，还降低了蒸发器入口制冷剂焓值，可降低制冷剂的循环量，减小了压缩机的体积和设备投资。
(4)并联压缩机械过冷子系统中采用并联压缩，气液分离器中产生的蒸汽从中间压力压缩到高温级冷凝器对应的压力，避免先节流再压缩的过程，降低了不可逆节流损失，并且将压力压缩到更高的压力，回水依次流经双冷凝器的低温级冷凝器和高温级冷凝器，在加热过程中降低了热水与制冷剂之间的换热温差，
损降低，合理利用冷凝热，整个系统的不可逆损失减小。本系统非常适用于生产高温热水或高温蒸汽，可显著能够系统整体能效。
附图说明
图1为本实用新型所述并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统的简单结构示意图。
附图标记：
1-CO2压缩机；2-气体冷却器；3-中温级冷却蒸发器；4-低温级冷却蒸发器；5-节流阀；6-蒸发器；7-风扇；8-中温级压缩机；9-低温级冷凝器；10-第一高温级节流阀；11-气液分离器；12-并联中温级压缩机；13-中温级节流阀；14-低温级节流阀；15-低温级压缩机；16-第二高温级节流阀；17-高温级冷凝器；18-储水箱。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本实用新型所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本实用新型。
如图1所示，一种并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，包括并联压缩机械过冷子系统、跨临界CO2制冷子系统和双冷凝器联供子系统。其中：
所述跨临界CO2制冷子系统包括CO2压缩机1；所述CO2压缩机1的出口依次连通气体冷却器2的热媒侧、中温级冷却蒸发器3的热媒侧、节流阀5、蒸发器6和CO2压缩机1的入口。为了提高蒸发效率，可以在蒸发器6下方安装风扇7。CO2跨临界制冷循环系统中，CO2是换热介质，其作为天然制冷剂，廉价易获取，具有良好的热物理性质，不易燃性、安全无毒性，GWP值为1、ODP为0，在高温条件下也不分解产生有害气体。
所述并联压缩机械过冷子系统包括气液分离器11；所述气液分离器11的出液口分两路，一路依次连通中温级节流阀13、中温级冷却蒸发器3的冷媒侧、中温级压缩机8、低温级冷凝器9的热媒侧、第一高温级节流阀10和气液分离器11的液体入口，构成第一循环回路；另一路依次连通低温级节流阀14、低温级冷却蒸发器4、低温级压缩机15和中温级压缩机8的入口，并通过中温级压缩机8再连通低温级冷凝器9的热媒侧、第一高温级节流阀10和气液分离器11的液体入口，构成第二循环回路；所述气液分离器11的气体出口依次连通并联中温级压缩机12、高温级冷凝器17的热媒侧、第二高温级节流阀16、第一高温级节流阀10的入口，并通过第一高温级节流阀10和管线连通气液分离器11的液体入口，构成第三循环回路。并联压缩机械过冷子系统充注的工质为低GWP工质，制冷剂在冷凝器和蒸发器相变过程中与热水和CO2流体形成良好的温度匹配。对CO2系统气体冷却器出口的CO2进行分级过冷，降低进入中温级节流阀和低温级节流阀前CO2温度，减小膨胀损失，并进一步降低CO2运行高压，提高CO2循环效率。超临界CO2流体过冷过程中进行了两次冷却，每次过冷过程的温降都不高，与辅助循环制冷剂低温及中温蒸发过程形成很好的温度匹配，换热不可逆损失大大减小。
所述双冷凝器联供子系统包括储水箱18，所述储水箱18通过第一路管线依次连通高温级冷凝器17的冷媒侧、低温级冷凝器9的冷媒侧，储水箱18通过第二路管线连通气体冷却器2的冷媒侧。使用时，需要换热的流体可以分两路：一路通过第一路管线依次流经低温级冷凝器9的冷媒侧、高温级冷凝器17的冷媒侧进行换热，高温流体再流入储水箱18；另一路直接经第二路管线流经气体冷却器2的冷媒侧换热后，高温流体流入储水箱18。储水箱18中的高温流体可以根据需要引出。
作为本实用新型一种可选的实施方式，中温级冷却蒸发器3、低温级冷却蒸发器4、低温级冷凝器9、高温级冷凝器17均可采用逆流式换热器，具体来说，可以采用逆流套管式换热器。
作为本实用新型一种可选的实施方式，所述并联压缩机械过冷子系统使用的工质为纯制冷剂或非共沸混合工质。较佳的，纯制冷剂可以选择R1234zeZ、R1234zeE、R1233zdE、R1224ydZ、R1336mzzZ、R365mfc、R1234yf、R245fa中的一种，优选为R1234yf。非共沸混合工质可以选择R1234zeE/CO2、R1234zeZ/CO2、R1234yf/CO2、R1234zeE/R41、R1234zeZ/R41、R1234yf/R41、R1234zeE/R32、R1234zeZ/R32、R1234yf/R32中的一种，优选为R1234zeZ/R32。
作为本实用新型一种可选的实施方式，蒸发器6的蒸发温度范围为-56～10℃，中温级冷却蒸发器3的温度范围为10～40℃，低温级冷却蒸发器4的温度范围为-10～20℃，CO2压缩机1的吸气压力范围为0.53～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa。中温级压缩机8的吸气温度范围为-15～15℃，排气温度范围为50～80℃；中温级压缩机12的吸气温度范围为10～40℃，排气温度范围为60～120℃；气体冷却器2的入口温度范围为60～120℃，出口温度范围为35～45℃；低温级冷凝器9的冷凝温度范围为45～70℃，高温级冷凝器17的冷凝温度范围为60～90℃。
使用时，采用本实用新型所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统进行制热的原理为：
第一步，低温低压湿蒸汽状态的CO2气体在蒸发器6中吸热，CO2压缩机1吸入蒸发器6出口的低温低压饱和CO2气体，CO2压缩机1将其压缩成高温高压的气体，在气体冷却器2中与空气换热，温度降低，后又流经中温级冷却蒸发器3，实现与混合制冷剂的第一次换热，再流经低温级冷却蒸发器4，实现与混合制冷剂的再一次换热，经过两次换热，实现CO2过冷，再进入节流阀5节流降压，变为气液两相状态。再经蒸发器6蒸发吸热后成为过热气体进入CO2压缩机1，完成CO2跨临界循环。
第二步，对于并联压缩机械过冷循环，低温级压缩机15吸收低温级冷却蒸发器4出口处的低温低压制冷剂，低温级压缩机15将其压缩为中温中压的过热气体，该中温中压过热气体与中温级冷却蒸发器3的饱和气体混合后进入中温级压缩机8，中温级压缩机8将其压缩成高温高压气体，之后流经低温级冷凝器9中冷凝，低温级冷凝器9出口的气体流经第一高温级节流阀10节流为气液两相后进入气液分离器11内，气液分离器11将气体和液体分离，气液分离器11中的蒸汽流经并联中温级压缩机12，和高温级冷凝器17与水进行换热，经高温级冷凝器17的液体流经第二高温级节流阀16节流为气液两相，后与经低温级冷凝器9的液体混合，流经第一高温级节流阀10，节流为气液两相后进入气液分离器11内，气液分离器11内的液体分别流向中温级节流阀13和低温级节流阀14，流经中温级节流阀13的流体流经中温级冷却蒸发器3，流经低温级节流阀14的流体流经低温级冷却蒸发器4，之后流经低温级压缩机15升温升压，中温级冷却蒸发器3出口以及低温级压缩机15出口的制冷剂混合后进入中温级压缩机8。
第三步：中温中压的气液两相流体通过中温级冷却蒸发器3与CO2进行一次换热变成过热蒸气，低温低压的气液两相流体通过低温级冷却蒸发器4与CO2进行二次换热变成过热蒸气。完成并联压缩机械辅助过冷循环。
第四步：低温水分两路完成升温。一路经CO2跨临界制冷循环系统中的气体冷却器2，在该气体冷却器2中完成换热，水温升高，流至储水箱18内，另一路经混合工质并联压缩机械过冷中的低温级冷凝器9，先完成第一次换热，水温升高，后经高温级冷凝器17，完成第二次换热，水温再次升高，后流至储水箱18。储水箱18中流经两路的水温度相同。
上述制热过程中，一个比较优选的工艺条件可以是：蒸发器6的蒸发温度为-10℃，中温级冷却蒸发器3的温度为25℃，低温级冷却蒸发器4的温度为5℃，CO2压缩机1的吸气压力为3MPa，排气压力为10MPa。中温级压缩机8的吸气温度为2℃，排气温度为65℃；中温级压缩机12的吸气温度为25℃，排气温度为80℃；气体冷却器2的入口温度为90℃，出口温度为40℃；低温级冷凝器9的冷凝温度为50℃，高温级冷凝器17的冷凝温度范围为75℃。
本实用新型所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，气液分离器中产生的蒸汽从中间压力压缩到高温级冷凝器对应的压力，避免先节流再压缩的过程，降低了不可逆节流损失，并且将压力压缩到更高的压力，回水依次流经双冷凝器的低温级冷凝器和高温级冷凝器，在加热过程中降低了热水与制冷剂之间的换热温差，
损降低，合理利用冷凝热，整个系统的不可逆损失减小，其非常适用于生产高温热水或高温蒸汽，可显著能够系统整体能效。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：包括并联压缩机械过冷子系统，以及可与其实现换热的跨临界CO2制冷子系统和双冷凝器联供子系统；
所述并联压缩机械过冷子系统包括气液分离器(11)；所述气液分离器(11)的出液口分两路，一路依次连通中温级节流阀(13)、中温级冷却蒸发器(3)的冷媒侧、中温级压缩机(8)、低温级冷凝器(9)的热媒侧、第一高温级节流阀(10)和气液分离器(11)的液体入口，另一路依次连通低温级节流阀(14)、低温级冷却蒸发器(4)、低温级压缩机(15)和中温级压缩机(8)的入口；所述气液分离器(11)的气体出口依次连通并联中温级压缩机(12)、高温级冷凝器(17)的热媒侧、第二高温级节流阀(16)和第一高温级节流阀(10)的入口。
2.根据权利要求1所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：所述跨临界CO2制冷子系统包括CO2压缩机(1)；所述CO2压缩机(1)的出口依次连通气体冷却器(2)的热媒侧、中温级冷却蒸发器(3)的热媒侧、节流阀(5)、蒸发器(6)和CO2压缩机(1)的入口。
3.根据权利要求1或2所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：所述双冷凝器联供子系统包括储水箱(18)，所述储水箱(18)通过第一路管线依次连通高温级冷凝器(17)的冷媒侧、低温级冷凝器(9)的冷媒侧，储水箱(18)通过第二路管线连通气体冷却器(2)的冷媒侧。
4.根据权利要求1所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：所述中温级冷却蒸发器(3)、低温级冷却蒸发器(4)、低温级冷凝器(9)、高温级冷凝器(17)均为逆流式换热器。
5.根据权利要求1所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：所述并联压缩机械过冷子系统使用的工质为纯制冷剂或非共沸混合工质。
6.根据权利要求5所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：纯制冷剂为R1234ze(Z)、R1234ze(E)、R1233zd(E)、R1224yd(Z)、R1336mzz(Z)、R365mfc、R1234yf、R245fa中的一种。
7.根据权利要求5所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：非共沸混合工质为R1234ze(E)/CO2、R1234ze(Z)/CO2、R1234yf/CO2、R1234ze(E)/R41、R1234ze(Z)/R41、R1234yf/R41、R1234ze(E)/R32、R1234ze(Z)/R32、R1234yf/R32中的一种。
8.根据权利要求2所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：蒸发器(6)的蒸发温度范围为-56～10℃，中温级冷却蒸发器(3)的温度范围为10～40℃，低温级冷却蒸发器(4)的温度范围为-10～20℃，CO2压缩机(1)的吸气压力范围为0.53～4.50MPa，排气压力范围为7.5～14MPa。
9.根据权利要求1所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：中温级压缩机(8)的吸气温度范围为-15～15℃，排气温度范围为50～80℃；中温级压缩机(12)的吸气温度范围为10～40℃，排气温度范围为60～120℃。
10.根据权利要求2所述的并联压缩机械过冷双冷凝器联供系统，其特征在于：所述跨临界CO2制冷子系统还包括风扇(7)，所述风扇(7)安装在蒸发器(6)的下方。
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| CN (1) | CN211060438U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113956850A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-21 | 珠海格力电器股份有限公司 | 环保混合制冷剂、其制备方法及制冷系统 |
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2019
- 2019-10-29 CN CN201921830938.0U patent/CN211060438U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113956850A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-21 | 珠海格力电器股份有限公司 | 环保混合制冷剂、其制备方法及制冷系统 |
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