CN212746957U - 一种co2跨临界冷热综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，包括：低温变频压缩机、去过热器、中温变频压缩机、平行变频压缩机、油分离器、气体冷却器、气体热交换器、中温储液器、中温蒸发器、低温蒸发器、中温回热器和低温回热器；整套制冷系统采用低温，中温，平行压缩三个蒸发段一体设计，将负荷进行综合考虑，合理配置低温压缩机，中温压缩机。低温制冷负荷通过低温压缩机和中温压缩机两级压缩，降低单机头的压缩比，降低压缩的功耗，解决了CO₂作为制冷剂在中低温共存工况下的可靠性及效率的提升、特别是在炎热季节系统运行的可行性和稳定性。

Description

一种CO2跨临界冷热综合利用系统

技术领域

本实用新型涉及商用制冷设备技术领域，具体而言，尤其涉及用于超市、冷库制冷及制热系统。

背景技术

现有技术CO₂在低温段排气压力及温度偏高，导致中温段吸气压力和排气压力、吸气温度和排气温度过高，能效偏低，安全性差，又为了降低高压段气冷器出口温度，需要追加一套额外的制冷系统对CO₂进行机械过冷循环，导致系统复杂，能耗增加，同时不环保；在保证压缩机稳定运行方面存在缺陷，没有设计防止压缩机回液的有效措施；在高压段节流降压前没有考虑有效的过冷，导致压差过大，能耗增加；利用压缩机排热加热热水的设计无法精确的控制出水温度，导致热水温度不恒定，进而导致系统运行的稳定性和COP值较低。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，解决了CO₂作为制冷剂在中低温共存工况下的可靠性及效率的提升、特别是在炎热季节系统运行的可行性和稳定性，以及利用废热加热热水，实现能源的综合利用，进一步提升整体系统能效。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，包括：

低温变频压缩机、去过热器、中温变频压缩机、平行变频压缩机、油分离器、气体冷却器、气体热交换器、中温储液器、中温蒸发器、低温蒸发器、中温回热器和低温回热器；

低温蒸发器与低温回热器连接后与低温变频压缩机的吸气管路相连，低温变频压缩机排气与去过热器串联后与中温系统吸气主管连接，中温系统吸气主管分别连接平行变频压缩机和中温变频压缩机，其中平行变频压缩机与中温变频压缩机并联布置，平行变频压缩机排气管路与中温变频压缩机排气管路共同接入中温系统排气主管路上，中温系统排气主管路的一路与换热装置的热源管路连接；中温系统排气主管路的另一路将油分离器和气体冷却器相连；气体冷却器通过中温系统排气主管路与气体热交换器连接；气体热交换器一路管路与中温储液器连接，另一路管路与中温变频压缩机的吸气主管连接，中温储液器通过管道分别与低温回热器和中温回热器连接，低温蒸发器的进出口分别与低温回热器连接，低温回热器通过管道与低温变频压缩机的吸气管相连，中温蒸发器的进出口分别与中温回热器连接，中温回热器通过管路与中温变频压缩机的吸气管连接；

气体冷却器额外设置有冷却装置。

进一步的，

冷却装置包括：水箱、喷淋水泵和喷头；

设置一条单独的水喷淋管路连接水箱和喷淋水泵，喷淋水泵固定在气体冷却器上面，喷淋水泵的输出管路与喷头连接，且喷头喷淋位置刚好覆盖气体冷却器上；

气体冷却器采用片式散热器，喷头采用高压喷雾喷头，且喷头固定在气体冷却器的外部散热片上。

进一步的，冷却装置还包括：用于回收气体冷却器喷淋水的水回收装置。

进一步的，

换热装置包括：热回收板、水泵和热水箱；

中温系统排气主管路位于气体冷却器前端管路与热回收板进行并联连接，热回收板与热水箱相连，热水箱通过管道与水泵连接，水泵再与热回收板连接。

采用上述技术方案的本实用新型，在制冷工况下，经过蒸发吸热的CO₂气态制冷剂经过低温回热器过热后，进入到低温变频压缩机吸气，经过压缩后的低温变频压缩机排气经过去过热器冷却后的CO₂制冷剂与经过中温蒸发器蒸发吸热同时经过中温回热器过热的中温制冷剂气体，以及从中温储液器出来，经过降压阀节流降压后的制冷剂气体的一起被吸入中温变频压缩机，同时从中温储液器出来的另一路制冷剂气体经过气体热交换器加热后进入到平行变频压缩机，经过平行变频压缩机和中温变频压缩机压缩后的高温高压的CO₂制冷剂气体经过油分离器进行制冷剂与油的分离后，油回到中温及低温变频压缩机，从油分离器出来的高温高压的CO₂制冷剂气体进入到气体冷却器进行冷却后，经过气体热交换器加热从中温储液器出来的中压制冷剂气体，同时实现二次冷却，随后经过降压阀后，变成中压的气液混合物，进入到中温储液器中，存在上部的气体一部分再次节流降压，与从中温蒸发器回来的气体和低温变频压缩机的排气混合后进入到中温变频压缩机中，另一部分经过气体热交换器加热后进入平行变频压缩机，而中温储液器里的液体分别经过中温回热器和低温回热器进入到中温蒸发器和低温蒸发器中，蒸发吸热后分别进入中温变频压缩机和低温变频压缩机，完成一次闭式的制冷循环。

在制冷的同时，利用从油分离器出来的高温高压的制冷剂蒸汽进入到热回收板中，加热从热水箱通过水泵打上来的水，经过加热后的热水回到热水箱与热水箱中原有的冷水混合后提供给用水水源。

为了稳定的控制气冷器出口制冷剂的温度，在气体冷却器上面按照一套辅助水喷淋管路，通过喷淋水泵将水箱里的水通过安装在气体冷却器的换热片外部的高压喷雾喷头喷洒在气体冷却器上面，给气冷器管道降温。

采用上述技术方案的本实用新型，较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、变频技术：整套制冷系统机组部分的低温，中温，平行压缩三个吸气段均采用了变频技术。每个吸气段首台压缩机变频，变频范围30～70Hz。变频技术可实现系统负荷的波动压缩机运行相对稳定，蒸发压力控制平稳合理。变频技术较少由于系统负荷的波动而导致的压缩机频繁启停，从而起到减少系统压力波动和保护机头寿命的目的。当负荷较小的情况下，降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。

2、超临界CO₂温度控制技术：对于CO₂跨临界制冷系统来说，气冷器出口温度对整个系统运行COP至关重要，如何控制好该温度成为整个系统运行的关键。在该系统中采用喷淋水技术，在环境温度高时，通过制造喷淋水雾实现降温。气冷器出口温度在喷淋前后温度差可达10℃左右。有效保证系统运行的安全性，提高系统运行的COP。

3、热回收技术的应用：在系统中增设热回收板，降低了排气温度，保证系统节能安全；实现了余热回收的功能，提高整个系统的综合COP；起到紧急情况下的气冷器功能，实现气冷器损坏，系统维持运行。CO₂由于其优秀的制热能力，冷热一体应用将会是节能应用的典范。

4、平行压缩技术：整套制冷系统采用低温，中温，平行压缩三个蒸发段一体设计。平行压缩机的存在使大部分闪发罐中的CO2气态制冷剂进入到该压缩机，有效的减少进入到中温系统的制冷剂流量，从而实现通过小压比达到相同制冷效果的目的，提高整个系统运行的稳定性和COP值。

5、中低温一体化结构设计：将负荷进行综合考虑，合理配置低温压缩机，中温压缩机。低温制冷负荷通过低温压缩机和中温压缩机两级压缩，降低单机头的压缩比，降低压缩的功耗，提高系统运行COP。将中温压缩机与低温压缩机按照最优化的配比进行设计，实现了一台机组多工况的功能，节省了整个系统的占地面积，减少了机组配管和冷媒的充注量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体布局原理图。

图中：

1、低温变频压缩机；

2、去过热器；

3、中温变频压缩机；

4、油分离器；

5、热回收板；

6、热水箱；

7、气体冷却器；

8、水泵；

9、喷淋水泵；

10、气体热交换器；

11、中温储液器；

12、中温蒸发器；

13、中温回热器；

14、低温蒸发器；

15、低温回热器；

16、平行变频压缩机；

17、水箱；

D、冷却装置；

C、换热装置；

B、中温系统排气主管路；

A、中温系统吸气主管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转 90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，包括：

低温变频压缩机1、去过热器2、中温变频压缩机3、平行变频压缩机16、油分离器4、气体冷却器7、气体热交换器10、中温储液器11、中温蒸发器 12、低温蒸发器14、中温回热器13和低温回热器15；

低温蒸发器14与低温回热器15连接后与低温变频压缩机1的吸气管路相连，低温变频压缩机1排气与去过热器2串联后与中温系统吸气主管A连接，中温系统吸气主管A分别连接平行变频压缩机16和中温变频压缩机3，其中平行变频压缩机16与中温变频压缩机3并联布置，平行变频压缩机16 排气管路与中温变频压缩机3排气管路共同接入中温系统排气主管路B上，中温系统排气主管路B的一路与换热装置C的热源管路连接；中温系统排气主管路B的另一路将油分离器4和气体冷却器7相连；气体冷却器7通过中温系统排气主管路B与气体热交换器10连接；气体热交换器10一路管路与中温储液器11连接，另一路管路与中温变频压缩机3的吸气主管连接，中温储液器11通过管道分别与低温回热器15和中温回热器13连接，低温蒸发器 14的进出口分别与低温回热器15连接，低温回热器15通过管道与低温变频压缩机1的吸气管相连，中温蒸发器12的进出口分别与中温回热器13连接，中温回热器13通过管路与中温变频压缩机3的吸气管连接；

气体冷却器7额外设置有冷却装置D。

进一步的，

冷却装置D包括：水箱17、喷淋水泵9和喷头；

设置一条单独的水喷淋管路连接水箱17和喷淋水泵9，喷淋水泵9固定在气体冷却器7上面，喷淋水泵9的输出管路与喷头连接，且喷头喷淋位置刚好覆盖气体冷却器7上；

气体冷却器7采用片式散热器，喷头采用高压喷雾喷头，且喷头固定在气体冷却器7的外部散热片上。

进一步的，冷却装置D还包括：用于回收气体冷却器7喷淋水的水回收装置。

进一步的，

换热装置C包括：热回收板5、水泵8和热水箱6；

中温系统排气主管路B位于气体冷却器7前端管路与热回收板5进行并联连接，热回收板5与热水箱6相连，热水箱6通过管道与水泵8连接，水泵8再与热回收板5连接。

采用上述技术方案的本实用新型，在制冷工况下，经过蒸发吸热的CO₂气态制冷剂经过低温回热器15过热后，进入到低温变频压缩机1吸气，经过压缩后的低温变频压缩机1排气经过去过热器2冷却后的CO₂制冷剂与经过中温蒸发器12蒸发吸热同时经过中温回热器13过热的中温制冷剂气体，以及从中温储液器11出来，经过降压阀节流降压后的制冷剂气体的一起被吸入中温变频压缩机3，同时从中温储液器11出来的另一路制冷剂气体经过气体热交换器10加热后进入到平行变频压缩机16，经过平行变频压缩机16和中温变频压缩机3压缩后的高温高压的CO₂制冷剂气体经过油分离器4进行制冷剂与油的分离后，油回到中温及低温变频压缩机，从油分离器4出来的高温高压的CO₂制冷剂气体进入到气体冷却器7进行冷却后，经过气体热交换器10 加热从中温储液器11出来的中压制冷剂气体，同时实现二次冷却，随后经过降压阀后，变成中压的气液混合物，进入到中温储液器11中，存在上部的气体一部分再次节流降压，与从中温蒸发器12回来的气体和低温变频压缩机1 的排气混合后进入到中温变频压缩机3中，另一部分经过气体热交换器10加热后进入平行变频压缩机16，而中温储液器11里的液体分别经过中温回热器13和低温回热器15进入到中温蒸发器12和低温蒸发器14中，蒸发吸热后分别进入中温变频压缩机3和低温变频压缩机1，完成一次闭式的制冷循环。

在制冷的同时，利用从油分离器4出来的高温高压的制冷剂蒸汽进入到热回收板5换中，加热从热水箱6通过水泵8打上来的水，经过加热后的热水回到热水箱6与热水箱6中原有的冷水混合后提供给用水水源。

为了稳定的控制气冷器出口制冷剂的温度，在气体冷却器7上面按照一套辅助水喷淋管路，通过喷淋水泵9将水箱17里的水通过安装在气体冷却器7的换热片外部的高压喷雾喷头喷洒在气体冷却器7上面，给气冷器管道降温。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，其特征在于，包括：

低温变频压缩机(1)、去过热器(2)、中温变频压缩机(3)、平行变频压缩机(16)、油分离器(4)、气体冷却器(7)、气体热交换器(10)、中温储液器(11)、中温蒸发器(12)、低温蒸发器(14)、中温回热器(13)和低温回热器(15)；

所述低温蒸发器(14)与低温回热器(15)连接后与低温变频压缩机(1)的吸气管路相连，低温变频压缩机(1)排气与去过热器(2)串联后与中温系统吸气主管(A)连接，中温系统吸气主管(A)分别连接平行变频压缩机(16)和中温变频压缩机(3)，其中平行变频压缩机(16)与中温变频压缩机(3)并联布置，平行变频压缩机(16)排气管路与中温变频压缩机(3)排气管路共同接入中温系统排气主管路(B)上，中温系统排气主管路(B)的一路与换热装置(C)的热源管路连接；中温系统排气主管路(B)的另一路将油分离器(4)和气体冷却器(7)相连；气体冷却器(7)通过中温系统排气主管路(B)与气体热交换器(10)连接；气体热交换器(10)一路管路与中温储液器(11)连接，另一路管路与中温变频压缩机(3)的吸气主管连接，中温储液器(11)通过管道分别与低温回热器(15)和中温回热器(13)连接，低温蒸发器(14)的进出口分别与低温回热器(15)连接，低温回热器(15)通过管道与低温变频压缩机(1)的吸气管相连，中温蒸发器(12)的进出口分别与中温回热器(13)连接，中温回热器(13)通过管路与中温变频压缩机(3)的吸气管连接；

所述气体冷却器(7)额外设置有冷却装置(D)。

2.根据权利要求1所述的一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，其特征在于：

所述冷却装置(D)包括：水箱(17)、喷淋水泵(9)和喷头；

设置一条单独的水喷淋管路连接水箱(17)和喷淋水泵(9)，喷淋水泵(9)固定在气体冷却器(7)上面，喷淋水泵(9)的输出管路与喷头连接，且喷头喷淋位置刚好覆盖气体冷却器(7)散热部分上。

3.根据权利要求2所述的一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，其特征在于：

所述冷却装置(D)还包括：用于回收气体冷却器(7)喷淋水的水回收装置。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的一种CO₂跨临界冷热综合利用系统，其特征在于：

所述换热装置(C)包括：热回收板(5)、水泵(8)和热水箱(6)；

中温系统排气主管路(B)位于气体冷却器(7)前端管路与热回收板(5)进行并联连接，热回收板(5)与热水箱(6)相连，热水箱(6)通过管道与水泵(8)连接，水泵(8)再与热回收板(5)连接。

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