TWI645146B - Binary refrigeration system - Google Patents

Abstract

本發明係指一種二元冷凍系統，其主要由一高溫機組、一低溫機組、一板式熱交換器及一變頻驅動馬達所組成，其中高、低溫機組具有一獨立壓縮機，供分別將冷媒輸入該板式熱交換器，本發明之特色在於高溫機組之壓縮組將冷媒輸入排出氣態冷媒吐出後推動一渦輪機，該渦輪機可以透過一皮帶盤組同步驅動該低溫機組之壓縮機，且該皮帶盤組並具有一並聯驅動之變頻驅動馬達，藉此，利用該高溫機組之渦輪機產生動能，並透過皮帶盤組驅動低溫機組之壓縮機，使其驅動源僅需一組即可達到串聯運作之目的，同時利用變頻驅動馬達並聯皮帶盤組的設計，以確保低溫機組之壓縮機的運轉，且具有節能之效。

Description

二元冷凍系統

本發明係隸屬一種冷凍系統之技術領域，具體而言係指一種二元冷凍系統，藉以讓系統能連線運作，而達到節能之目的，可以有效提升其實用性。

按，目前常見的冷凍系統，是以單級壓縮的方式來達成，其構成組件主要包括一壓縮機、蒸發器、膨脹閥及冷凝器，但由於單級壓縮機的壓縮比高，壓縮機的容積效率與壓縮效率明顯下降，導致冷凍裝置整體的冷凍能力降低，因此無法突破降溫速率慢、極低溫有限、耗能大之技術瓶頸。現有一元冷凍系統普遍應用於空調系統與冷藏系統，雖然可以達成冷卻效果，但是應用面為間接冷卻其冷卻溫度約在10℃至30℃之間，近年來，伴隨著如半導體行業或遠洋漁船需要更低溫之冷凍系統，遂有二元冷凍系統的開發；現有二元冷凍系統係如第一圖所示，其主要由一高溫機組(10)、一低溫機組(20)及一板式熱交換器(30)所組成，其中該高溫機組(10)利用一壓縮機(11)排出氣態冷媒後，進入一油分離器(13)分離油跟冷媒，然後進入一冷凝器(14)散熱，並經一高壓儲液器(15)後進入一膨脹閥(16)，之後進入該板式熱交換器(30)，最後回到壓縮機(11)。而低溫機組(20) 則係經由一壓縮機(21)進行壓縮冷媒，之後進入一油分離器(22)分離油跟冷媒後，進入該板式熱交換器(30)，再進入一膨脹閥(23)後到一蒸發器(24)進行冷却，然後經過一低壓儲液器(25)後回到壓縮機再進行壓縮。該二元冷凍裝置的高溫機組(10)及低溫機組(20)係獨立循環系統，然後經板式熱交換器(30)串聯後成一彼此相互關聯運作之冷凍系統架構，因其運作原理於目前現有文獻已可窺知，故在此不再贅述；據此利用高溫機組(10)所提供的冷凍力，於板式熱交換器(30)處將低溫機組(20)中由壓縮機(21)吐出之冷媒溫度再降低，可大幅提高冷凍能力；雖然上提之二元冷凍系統，已可大幅降低溫度。但是，由於該二元冷凍系統的高溫機組(10)及低溫機組(20)的壓縮機(21)驅動是獨立分開的，於運作時需要分別輸入電能，且在串聯時也需要分別啟動，此運作型態無疑形成能源及成本之耗費，成為相關業者欲改善的目標，而如何解決此一問題，係業界相當重要的課題。

緣是，本發明人乃針對前述現有二元冷凍系統在使用時所面臨的問題深入探討，並藉由多年從事相關產業的研發與製造經驗，經不斷努力的改良與試作，終於成功開發出可以一種二元冷凍系統，其能克服現有獨立驅動所造成的困擾與不便。

因此，本發明之主要目的係在提供一種二元冷凍系統，藉以能使高溫機組與低溫機組併聯驅動，且可減少耗功，進而達到節能之目的。

又，本發明之主要目的係在提供一種二元冷凍系 統，其能提升系統運作的穩定性，且提升其實用性。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來具體實現前述之目的及功效，其主要由一高溫機組、一低溫機組、一板式熱交換器及一變頻驅動馬達所組成；而該高溫機組利用一壓縮機排出氣態冷媒吐出後推動一渦輪機，該渦輪機可以透過一皮帶盤組同步驅動前述之低溫機組，另壓縮後冷媒進入一油分離器分離油跟冷媒，然後進入一冷凝器散熱，並經一高壓儲液器後進入一膨脹閥，之後進入該板式熱交換器，最後回到高溫機組之壓縮機；又該低溫機組則係經由上述高溫機組之渦輪機產生動能，並利用其皮帶盤組推動一壓縮機進行壓縮冷媒，之後進入一油分離器分離油跟冷媒後，進入該板式熱交換器，再進入一膨脹閥後到一蒸發器進行冷却，然後經過一低壓儲液器後回到壓縮機再進行壓縮；另前述之變頻驅動馬達係與高溫機組之皮帶盤組並聯。

藉此，透過上述技術手段的具體實現，本發明之二元冷凍系統利用該高溫機組之渦輪機產生動能，並透過皮帶盤組)驅動低溫機組之壓縮機，使其驅動源僅需一組即可達到串聯運作之目的，同時利用變頻驅動馬達並聯皮帶盤組的設計，以確保低溫機組之壓縮機的運轉，且具有節能之效，從而增加產品的附加價值，並提升其經濟效益。

而本發明進一步透過下列技術手段，來具體實現前述之目的及功效；諸如： 其中該該變頻驅動馬達具有一PID控制器，供透過控制溫度來進行加卸載。

為使 貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之若干較佳實施例，並配合圖式詳細說明如后，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

(10)‧‧‧高溫機組

(11)‧‧‧壓縮機

(13)‧‧‧油分離器

(14)‧‧‧冷凝器

(15)‧‧‧高壓儲液器

(16)‧‧‧膨脹閥

(20)‧‧‧低溫機組

(21)‧‧‧壓縮機

(22)‧‧‧油分離器

(23)‧‧‧膨脹閥

(24)‧‧‧蒸發器

(25)‧‧‧低壓儲液器

(30)‧‧‧板式熱交換器

(50)‧‧‧高溫機組

(51)‧‧‧壓縮機

(52)‧‧‧渦輪機

(53)‧‧‧油分離器

(54)‧‧‧冷凝器

(55)‧‧‧高壓儲液器

(56)‧‧‧膨脹閥

(58)‧‧‧皮帶盤組

(60)‧‧‧低溫機組

(61)‧‧‧壓縮機

(62)‧‧‧油分離器

(63)‧‧‧膨脹閥

(64)‧‧‧蒸發器

(65)‧‧‧低壓儲液器

(70)‧‧‧板式熱交換器

(80)‧‧‧變頻驅動馬達

(85)‧‧‧PID控制器

第一圖：習式二元冷凍系統的系統架構示意圖。

第二圖：本發明二元冷凍系統的系統架構示意圖，供說明各元件相對關係。

本發明係一種二元冷凍系統，隨附圖例示本發明之具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

而本發明二元冷凍系統的詳細構成，則係如第二圖所示，其主要由一高溫機組(50)、一低溫機組(60)、一板式熱交換器(70)及一變頻驅動馬達(80)所組成；而前述之該高溫機組(50)之迴路係由一壓縮機(51)連接一渦輪機(52)，該渦輪機(52)之外部可以透過一皮帶盤組(58)連接前述之低溫機組(60)，另渦輪機(52)進一步連接有一油分離器(53)，該油分離器(53)連接一冷凝器(54)，且迴路於經該冷凝器(54)可進一步經過一高壓儲液器 (55)及一膨脹閥(56)，且該膨脹閥(56)之後連接前述之板式熱交換器(70)，而該板式熱交換器(70)並與前進壓縮機(51)連接；又前述之低溫機組(60)具有一壓縮機(61)，該壓縮機(61)係由上述高溫機組(50)之渦輪機(52)連接驅動，且該低溫機組(60)之壓縮機(61)迴路並連接有一油分離器(62)，而該油分離器(62)連接前述之板式熱交換器(70)，再者該板式熱交換器(70)進一步連接一膨脹閥(63)及一蒸發器(64)，且迴路經該蒸發器(64)後連接一低壓儲液器(65)後回到低溫機組(60)之壓縮機(61)；另前述之變頻驅動馬達(80)係與高溫機組(50)之皮帶盤組(58)並聯，且該變頻驅動馬達(80)具有一PID控制器(85)，供透過控制溫度來進行加卸載，以確保低溫機組(60)之壓縮機(61)的運轉，提升系統運作的穩定性；藉此，形成一種運作穩定性高、且節能之二元冷凍系統者。

而本發明二元冷凍系統於實際使用時，其係如第二圖所示，運轉時，該高溫機組(50)利用壓縮機(51)排出氣態冷媒吐出後推動渦輪機(52)，而該渦輪機(52)可以透過皮帶盤組(58)同步驅動該低溫機組(60)之壓縮機(61)，另高溫機組(50)於壓縮後冷媒進入油分離器(53)中分離油跟冷媒，然後進入冷凝器(54)散熱，並經高壓儲液器(55)後進入膨脹閥(56)，之後進入該板式熱交換器(70)進行第一階段之降溫，最後回到高溫機組(50)之壓縮機(51)； 而低溫機組(60)之壓縮機(61)則由該高溫機組(50)之渦輪機(52)透過皮帶盤組(58)推動，使低溫機組(60)之壓縮機(61)進行壓縮冷媒，之後進入油分離器(62)分離油跟冷媒後，進入該板式熱交換器(70)，進行二階段降溫，低溫機組(60)之冷媒再進入膨脹閥(63)後到蒸發器(64)進行冷却，然後經過低壓儲液器(65)後回到壓縮機再進行壓縮，由於該高溫機組(50)及該低溫機組(60)係獨立循環，然後經該板式熱交換器(70)串聯後成一彼此相互關聯運作，據此利用高溫機組(50)所提供的冷凍力，於板式熱交換器(70)處將低溫機組(60)中由壓縮機(61)吐出之冷媒溫度再降低，可大幅提高冷凍能力；同時高溫機組(50)之皮帶盤組(58)可以透過變頻驅動馬達(80)並聯驅動，且配合該變頻驅動馬達(80)之PID控制器(85)，而能透過控制溫度來進行加卸載，以確保低溫機組(60)之壓縮機(61)的運轉，提升系統運作的穩定性。

經由前述之說明可知，由於本發明之二元冷凍系統利用該高溫機組(50)之渦輪機(52)產生動能，並透過皮帶盤組(58)驅動低溫機組(60)之壓縮機(61)，使其驅動源僅需一組即可達到串聯運作之目的，同時利用具PID控制器(85)之變頻驅動馬達(80)並聯皮帶盤組(58)的設計，而能透過控制溫度來進行加卸載，以確保低溫機組(60)之壓縮機(61)的運轉，提升系統運作的穩定性，且具有節能之效。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之發明發明，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在 相同的技術領域中未見相同或近似的產品發明或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

Claims (2)

1. 一種二元冷凍系統，其主要由一高溫機組、一低溫機組、一板式熱交換器及一變頻驅動馬達所組成；而該高溫機組利用一壓縮機排出氣態冷媒吐出後推動一渦輪機，該渦輪機可以透過一皮帶盤組同步驅動前述之低溫機組，另壓縮後冷媒進入一油分離器分離油跟冷媒，然後進入一冷凝器散熱，並經一高壓儲液器後進入一膨脹閥，之後進入該板式熱交換器，最後回到高溫機組之壓縮機；又該低溫機組則係經由上述高溫機組之渦輪機產生動能，並利用其皮帶盤組推動一壓縮機進行壓縮冷媒，之後進入一油分離器分離油跟冷媒後，進入該板式熱交換器，再進入一膨脹閥後到一蒸發器進行冷却，然後經過一低壓儲液器後回到壓縮機再進行壓縮；另前述之變頻驅動馬達係與高溫機組之皮帶盤組並聯；藉此，形成一種運作穩定性高、且節能之二元冷凍系統者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之二元冷凍系統，其中該變頻驅動馬達具有一PID控制器，供透過控制溫度來進行加卸載。