CN204373252U

CN204373252U - 转换式co2跨临界循环制冷系统

Info

Publication number: CN204373252U
Application number: CN201420771553.2U
Authority: CN
Inventors: 赵丽娜; 杨俊兰; 唐嘉宝; 苗艳芳
Original assignee: Tianjin Chengjian University
Current assignee: Tianjin Chengjian University
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2024-12-09

Abstract

本实用新型涉及一种转换式CO₂跨临界循环制冷系统，包括CO₂主压缩机、CO₂油分离器、辅助压缩机、第一、第二CO₂气液分离器、CO₂蒸发器，其特征是：所述第一CO₂气液分离器通过节流阀与CO₂蒸发器连接，CO₂蒸发器与第二CO₂气液分离器连接，第二CO₂气液分离器与换热器连接；CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，所述CO₂油分离器与换热器连接，换热器与辅助压缩机连接；主压缩机、CO₂油分离器、辅助压缩机、第一CO₂气液分离器及第二CO₂气液分离器通过换热器构成换热回路。有益效果：用换热器充当中间冷却器，使进入低压压缩机的制冷剂与流出的制冷剂进行换热，可以实现单级或双级压缩之间的转换。

Description

转换式CO2跨临界循环制冷系统

技术领域

本实用新型属于制冷与供暖的系统，尤其涉及一种转换式CO₂跨临界循环制冷系统。

背景技术

自然工质CO₂作为制冷剂，具有良好的流动性和传热特性、ODP为0、GWP为1、安全无毒、容积制冷量大、系统结构紧凑等诸多独特的优势，逐渐成为制冷剂替代的热门选择。但由于CO₂的临界温度较低(31.1℃)，运行压力比常规制冷剂高很多，国际制冷行业提出了CO₂跨临界循环系统。如申请号：201120393702.2公开了一种跨临界二氧化碳循环制冷系统，其特征是：包括CO2主压缩机、CO2油分离器、气体冷却器、CO2高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀阀、CO2蒸发器、CO2汽液分离器、截止阀、所述CO2主压缩机、CO2油分离器和气体冷却器通过阀门依次连接，所述气体冷却器与CO2高压储液器、干燥器、过滤器、膨胀阀、CO2蒸发器和CO2汽液分离器依次连接，所述气体冷却器由两组结构相同的第一换热器和第二换热器构成，所述第一换热器和第二换热器之间设有截止阀。

目前CO₂跨临界制冷循环系统中节流阀节流前后气体分别处于超临界和亚临界状态，节流损失较大，压缩机排气温度较高，过热损失较大，导致系统的效率较低，上述问题已成为推广和应用CO₂跨临界制冷循环的瓶颈，制冷行业亟待改进系统的部件及配置方式来提高系统的效率。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种转换式CO₂跨临界循环制冷系统，用换热器充当中间冷却器，使进入低压压缩机的制冷剂与流出的制冷剂进行换热，能提高系统的性能，可以实现单级压缩与双级压缩以及喷射器与节流阀之间的转换。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种转换式CO₂跨临界循环制冷系统，包括通过阀门依次连接的CO₂主压缩机、CO₂油分离器、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、辅助压缩机、第一CO₂气液分离器、节流阀、CO₂蒸发器和第二CO₂气液分离器，其特征是：所述第一CO₂气液分离器通过节流阀与CO₂蒸发器连接，所述CO₂蒸发器与第二CO₂气液分离器连接，所述第二CO₂气液分离器与换热器连接；所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，所述CO₂油分离器与换热器连接，所述换热器与辅助压缩机连接；所述主压缩机、CO₂油分离器、辅助压缩机、第一CO₂气液分离器及第二CO₂气液分离器通过换热器构成换热回路。

所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀与换热器连接，换热器与辅助压缩机、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、第一CO₂气液分离器依次连接，第一CO₂气液分离器的气体出口与换热器、主压缩机依次连接，液态出口与节流阀、CO₂蒸发器、喷射器依次连接构成双级压缩喷射制冷系统。

所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀与换热器连接，换热器与辅助压缩机、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、节流阀、CO₂蒸发器、第二CO₂气液分离器、换热器、主压缩机依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机连接构成双级压缩节流制冷系统。

所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀与气体冷却器连接，气体冷却器与CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、第一CO₂气液分离器依次连接，第一CO₂气液分离器的气体出口与主压缩机连接，其液态出口与节流阀、CO₂蒸发器、喷射器依次连接构成单级压缩喷射制冷系统。

所述CO2主压缩机与CO2油分离器连接，CO2油分离器的出口通过截止阀与气体冷却器连接，气体冷却器与CO2高压储液器、干燥器、过滤器、节流阀、CO2蒸发器、第二CO2气液分离器和主压缩机依次连接构成单级压缩节流制冷系统。

所述第一CO₂气液分离器前端连接有喷射器，所述喷射器与第一CO₂气液分离器、节流阀和CO₂蒸发器连接构成共用节流阀循环回路，所述CO₂蒸发器出口通过第一调节阀与喷射器引射入口连接构成喷射器循环引射环路。

所述CO₂蒸发器和气体冷却器分别连接有冷却水箱。

有益效果：与现有技术相比，系统中进入低压压缩机的制冷剂与流出的制冷剂在换热器内进行换热，换热器既充当中间冷却器，又能增加进入低压压缩机的气体过热度，同时达到冷却和加热的目的，避免冷热量浪费。系统中喷射器循环的引射环路和节流阀循环共用一套节流阀和蒸发器，运行过程中，节流阀和喷射器可以转换使用，也可以并联运行，实现多种工况下的多种循环形式。喷射器是新的替代节流元件，用它代替节流阀可以减小节流损失，提高系统性能。采用喷射器代替节流阀不但可以减小节流损失、回收压力能、提高压缩机吸气压力、减小压缩机耗功，还具有结构简单、成本低、无运动部件和不易损坏等优点。采用双级压缩，添加气体冷却器可以降低压缩机排气温度，减少过热损失。系统中可以通过内部换热器使压缩机吸气过热度增大，避免热量浪费，提高系统效率。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图中：1、CO₂主压缩机；2、CO₂油分离器；3、换热器；4、辅助压缩机；5、气体冷却器；6、CO₂高压储液器；7、干燥器；8、过滤器；9、喷射器；10、第一CO₂气液分离器；11、节流阀；12、CO₂蒸发器；13第二CO₂气液分离器；14、冷却水箱；15、冷却水泵；16、冷却水箱；17、冷却水泵；18、截止阀；19、截止阀；20-22、第一组调节阀；23-25、第二组调节阀；26、换热器冷却入口；27、换热器冷却出口；28、第一气液分离器液态出口；29、喷射器引射入口；30、第一气液分离器气态出口；31、换热器加热入口； 32、换热器加热出口。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：实施例

详见附图，本实用新型提供了一种转换式CO₂跨临界循环制冷系统，包括通过阀门依次连接的CO₂主压缩机1、CO₂油分离器2、气体冷却器5、CO₂高压储液器6、干燥器7、过滤器8、喷射器9，换热器3、辅助压缩机4、第一CO₂气液分离器10、节流阀11、CO₂蒸发器12、第二CO₂气液分离器13、冷却水箱14、16、冷却水泵15、17，所述第一CO₂气液分离器通过节流阀与CO₂蒸发器连接，所述CO₂蒸发器与第二CO₂气液分离器连接，所述第二CO₂气液分离器与换热器连接；所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，所述CO₂油分离器与换热器连接，所述换热器与辅助压缩机连接；所述主压缩机、CO₂油分离器、辅助压缩机、第一CO₂气液分离器及第二CO₂气液分离器通过换热器构成换热回路。

本实用新型的优选方案是，所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀19与换热器3连接，换热器与辅助压缩机、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、第一CO₂气液分离器依次连接，第一CO₂气液分离器的气体出口30与换热器3、主压缩机依次连接，液态出口28与节流阀、CO₂蒸发器、喷射器引射入口29依次连接构成双级压缩喷射制冷系统。

本实用新型的优选方案是，所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀与换热器连接，换热器与辅助压缩机、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、节流阀、CO₂蒸发器、第二CO₂气液分离器、换热器、主压缩机依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机连接构成双级压缩节流制冷系统。

本实用新型的优选方案是，所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀18与气体冷却器连接，气体冷却器与CO₂ 高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、第一CO₂气液分离器依次连接，第一CO₂气液分离器的气体出口30与主压缩机连接。单级压缩时油分离器2出来的气体直接进入气体冷却器5，不通过换热器，所以第一CO₂气液分离器出来的气体在换热器处不起作用，相当于直接进入主压缩机，其液态出口28与节流阀11、CO₂蒸发器12、喷射器引射入口29依次连接构成单级压缩喷射制冷系统。

本实用新型的优选方案是，所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀18与气体冷却器连接，气体冷却器与CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、节流阀、CO₂蒸发器、第二CO₂气液分离器和主压缩机依次连接构成单级压缩节流制冷系统。

所述第一CO₂气液分离器前端连接有喷射器，所述喷射器与第一CO₂气液分离器、节流阀和CO₂蒸发器连接构成共用节流阀循环回路，所述CO₂蒸发器出口通过第一调节阀与喷射器引射入口连接构成喷射器循环引射环路，可以实现单级压缩与双级压缩、喷射器与节流阀之间的转换。

所述CO₂蒸发器和气体冷却器分别连接有冷却水箱14、16。

工作过程

通过打开截止阀18，关闭调节阀19，实现单级压缩，打开第二组调节阀，关闭第一组调节阀实现节流阀循环，CO₂通过CO₂油分离器2的出口，经过截止阀18与气体冷却器5的入口相接，然后经过CO₂高压储液器6、干燥器7、过滤器8、节流阀11、CO₂蒸发器12、第二CO₂气液分离器13、CO₂主压缩机1与CO₂油分离器2的入口相接，实现单级压缩节流制冷循环。

通过打开截止阀18，关闭截止阀19，实现单级压缩，打开第一组调节阀20-22，关闭第二组调节阀23-25实现喷射器循环，CO₂通过CO₂油分离器2的出口，经过截止阀18与气体冷却器5的入口相接，然后经过CO₂高压储液器6、干燥器7、过滤器8、喷射器9、第一CO₂气液分离器10，液态CO₂从第一气液分离器10的液态出口28经节流阀11、CO₂蒸发器12与喷射器的引射入口29相接，气态CO₂从第一气液分离器的气态出口30经 CO₂主压缩机1与CO₂油分离器2的入口相接，实现单级压缩喷射制冷循环。

通过打开截止阀19，关闭调节阀18，实现双级压缩，打开第一组调节阀，关闭第二组调节阀实现喷射器循环，CO2通过CO2油分离器2的出口，经过截止阀19与换热器3的冷却入口26相接，从换热器的冷却出口27经过辅助压缩机4、气体冷却器5、CO2高压储液器6、干燥器7、过滤器8、喷射器9、第一气液分离器10，液态CO2从第一气液分离器的液态出口28经节流阀11、CO2蒸发器12与喷射器的引射入口29相接，气态CO2从第一气液分离器的气态出口30与换热器的加热入口31，从换热器的加热出口32经CO₂主压缩机1与CO₂油分离器2的入口相接，实现双压缩喷射制冷循环。

通过打开截止阀19，关闭调节阀18，实现双级压缩，打开第二组调节阀，关闭第一组调节阀实现喷射器循环，CO₂通过CO₂油分离器2的出口，经过截止阀19与换热器3的加热入口26相接，从换热器的加热出口27经过辅助压缩机4、气体冷却器5、CO₂高压储液器6、干燥器7、过滤器8、节流阀11、CO₂蒸发器12、第二CO₂气液分离器13，进入换热器的冷却入口31，从换热器的冷却出口32经CO₂主压缩机1与CO₂油分离器2的入口相接，实现双级压缩节流制冷循环。

系统的工作原理：

单级压缩节流制冷循环：CO₂气体在主压缩机1中压缩后压力升高，经CO₂油分离器2将润滑油分离出来，CO₂通过截止阀18(关闭截止阀19)流入气体冷却器5，与从冷却水箱16来的冷却水进行热交换，冷却后的高温高压流体进入高压储液器6，流经干燥器7，过滤器8后，再通过阀23(关闭阀第一组调节阀)，CO₂经节流阀11节流降压，然后低温低压两相流体进入CO₂蒸发器12吸热蒸发，为防止有未完全蒸发的液体流入压缩机造成液击，CO₂流经阀24后进入气液分离器13，最后经阀25进入CO₂主压缩机1，完成单级压缩节流制冷循环。

单级压缩喷射制冷循环：若工质从过滤器8流出后，打开阀20，关闭阀23，CO₂流入喷射器9，经喷射器主喷嘴后成为低压高速工作流体，引射来自蒸发器的低压饱和蒸汽，在喷射器混合室内混合，扩压室内增压减速后的气液混合物流进气液分离器10，饱和蒸汽经过一段管路过热，进入主压缩机1，饱和液体CO₂经节流阀11节流降压，然后低温低压两相流体进入CO₂蒸发器12吸热蒸发，低压饱和蒸汽一部分被引射到喷射器，另一部分为防止有未完全蒸发的液体流入压缩机造成液击，流经气液分离器13后进入CO₂主压缩机1，完成单级压缩喷射制冷循环。

双级压缩喷射制冷循环：CO₂气体在主压缩机1中进行第一次压缩后，压力升高到某一中间压力，经CO₂油分离器2将润滑油分离出来，CO₂通过截止阀19(关闭截止阀18)流入换热器3进行中间冷却，冷却后的高温高压流体进入高压压缩机4再次进行压缩，压缩到某一高压压力，高温高压CO₂流体再流入气体冷却器5，与从冷却水箱16来的冷却水进行热交换，冷却后的高温高压流体进入高压储液器6，流经干燥器7，过滤器8后，打开阀20，关闭阀23，CO₂流入喷射器9，经喷射器主喷嘴后成为低压高速工作流体，引射来自蒸发器的低压饱和蒸汽，在喷射器混合室内混合，扩压室内增压减速后的气液混合物流进气液分离器10，分离出的饱和蒸汽流入换热器，与从油分离器流出的蒸汽进行换热后，进入主压缩机1，饱和液体CO₂经节流阀11节流降压，然后低温低压两相流体进入CO₂蒸发器12吸热蒸发，低压饱和蒸汽一部分被引射到喷射器，一部分流经气液分离器13后流入换热器换热，再进入CO₂主压缩机1，完成双级压缩喷射制冷循环。

双级压缩节流制冷循环：CO₂气体在主压缩机1中进行第一次压缩后，压力升高到某一中间压力，经CO₂油分离器2将润滑油分离出来，CO₂通过截止阀19(关闭截止阀18)流入换热器3进行中间冷却，冷却后的高温高压流体进入高压压缩机4再次进行压缩，压缩到某一高压压力，高温高压CO₂流体再流入气体冷却器5，与从冷却水箱16来的冷却水进行热交换，冷却后的高温高压流体进入高压储液器6，流经干燥器7，过滤器8后，再打开阀23，关闭阀20，CO₂经节流阀11节流降压，然后低温低压两相流体进入CO₂蒸发器12吸热蒸发，为防止有未完全蒸发的液体流入压缩机造成液击，CO₂流经气液分离器13后流入换热器换热，再进入CO₂主压缩机1，完成双级压缩节流制冷循环。

以上循环，冷却水由冷却水箱16提供，经冷却水泵17和截止阀进入气体冷却器5壳侧的入口，冷却水回水由气体冷却器5壳侧的出口接于冷却水箱16。冷冻水由冷却水箱14提供，经冷却水泵15和截止阀进入CO₂蒸发器12壳侧的入口，冷冻水回水由CO₂蒸发器12壳侧的出口接于冷却水箱14。

上述参照实施例对该一种转换式CO₂跨临界循环制冷系统进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种转换式CO₂跨临界循环制冷系统，包括通过阀门依次连接的CO₂主压缩机、CO₂油分离器、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、辅助压缩机、第一CO₂气液分离器、节流阀、CO₂蒸发器和第二CO₂气液分离器，其特征是：所述第一CO₂气液分离器通过节流阀与CO₂蒸发器连接，所述CO₂蒸发器与第二CO₂气液分离器连接，所述第二CO₂气液分离器与换热器连接；所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，所述CO₂油分离器与换热器连接，所述换热器与辅助压缩机连接；所述主压缩机、CO₂油分离器、辅助压缩机、第一CO₂气液分离器及第二CO₂气液分离器通过换热器构成换热回路。

2.根据权利要求1所述的转换式CO₂跨临界循环制冷系统，其特征是：所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀与换热器连接，换热器与辅助压缩机、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、第一CO₂气液分离器依次连接，第一CO₂气液分离器的气体出口与换热器、主压缩机依次连接，液态出口与节流阀、CO₂蒸发器、喷射器依次连接构成双级压缩喷射制冷系统。

3.根据权利要求1所述的转换式CO₂跨临界循环制冷系统，其特征是：所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀与换热器连接，换热器与辅助压缩机、气体冷却器、CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、节流阀、CO₂蒸发器、第二CO₂气液分离器、换热器、主压缩机依次连接，CO₂油分离器再与CO₂主压缩机连接构成双级压缩节流制冷系统。

4.根据权利要求1所述的转换式CO₂跨临界循环制冷系统，其特征是：所述CO₂主压缩机与CO₂油分离器连接，CO₂油分离器的出口通过截止阀与气体冷却器连接，气体冷却器与CO₂高压储液器、干燥器、过滤器、喷射器、第一CO₂气液分离器依次连接，第一CO₂气液分离器的气体出口与主压缩机连接，其液态出口与节流阀、CO₂蒸发器、喷射器依次连接构成单级压缩喷射制冷系统。

5.根据权利要求1所述的转换式CO2跨临界循环制冷系统，其特征是：所述CO2主压缩机与CO2油分离器连接，CO2油分离器的出口通过截止阀与气体冷却器连接，气体冷却器与CO2高压储液器、干燥器、过滤器、节流阀、CO2蒸发器、第二CO2气液分离器和主压缩机依次连接构成单级压缩节流制冷系统。

6.根据权利要求1所述的转换式CO₂跨临界循环制冷系统，其特征是：所述第一CO₂气液分离器前端连接有喷射器，所述喷射器与第一CO₂气液分离器、节流阀和CO₂蒸发器连接构成共用节流阀循环回路，所述CO₂蒸发器出口通过第一调节阀与喷射器引射入口连接构成喷射器循环引射环路。

7.根据权利要求1所述的转换式CO₂跨临界循环制冷系统，其特征是：所述CO₂蒸发器和气体冷却器分别连接有冷却水箱。