CN105466061A - 一种两级压缩冰箱系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种两级压缩冰箱系统及其工作方法，该系统包括两级压缩机，冷凝器，两级的回热毛细管，两级的蒸发器。其中：压缩机出口与冷凝器入口相连，冷凝器出口分别与一级回热毛细管和二级回热毛细管毛细管段入口相连，各级回热毛细管的毛细管段出口和对应的蒸发器入口相连，蒸发器出口又与该级回热毛细管的回热段入口相连接，最后各级回热毛细管的回热段出口分别压缩机的两级级入口相连；本发明还公开了该系统的工作方法；本发明克服现有冰箱循环系统的不足之处，减小传热温差过大引起的不可逆损失，提高了冰箱制冷效率，尤其是在冷藏室的制冷效率。

Description

一种两级压缩冰箱系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及冰箱循环系统，具体涉及一种两级压缩冰箱系统及其工作方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，家用冰箱已成为了每个家庭必备的家电之一，年产量巨大，在家电耗电的比重也尤为明显。同时，随着人们生活水平的不断提高，住宅面积的扩大，大容量冰箱的使用率越来越高，市场越来越大，能耗也相应增高。这也使得家用冰箱的节能问题变得非常重要。

传统的冰箱循环分别为单蒸发器循环、串联式双蒸发器循环和交替式蒸发循环三类。

单蒸发器循环和串联式双蒸发器循环的冰箱，都只有单个循环回路，根据冷冻室的温度需求来设定的蒸发温度，而冷藏室则使用风冷或非共沸混合制冷剂温度滑移等方法进行制冷。他们存在以下问题：单级压缩压比大，制冷效率低；压缩机的泄漏、振动和噪声等级都维持在较高的等级；冷藏室的换热温差大，过大的温差也会造成能量的大量浪费；单蒸发器循环风冷需要额外的耗能；使用非共沸混合制冷剂需要投入研发，且在制冷剂的冲灌，尤其是补充的时候存在操作难度。

对于交替式蒸发循环冰箱，循环设置了两个相互并联的蒸发器，并在分支处设置了换向阀来控制制冷剂，每次只通过其中一条通路。虽然该类冰箱可以在冷藏和冷冻两种制冷循环中自由切换，能够基本有效克服单蒸发器循环和串联式双蒸发器循环冰箱冷藏室换热温差大造成大量不可逆损失的缺点。但其压缩机的工况恶劣，压缩机只能设计一种额定工况而需要在两种工况下频繁切换，并且切换过程中的串流现象还会短期内造成压缩机伐气，制冷效果下降等不良影响。同时该循环也无法满足用户同时冷却的需求。

可以看到现有的冰箱系统都存在自身的缺点和问题。由于冰箱系统多腔室温度的特点，使得简单的循环容易造成大量的能量损失，而冰箱系统有限的空间又希望系统尽可能的简单。这组矛盾在冰箱系统设计中一直存在着。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种两级压缩冰箱系统及其工作方法，本发明克服现有冰箱系统的不足之处，提高了冰箱制冷效率尤其是在冷藏室的制热效率，减小传热温差过大引起的不可逆损失。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种两级压缩冰箱系统，包括压缩机101，所述压缩机101出口与冷凝器102入口相连，冷凝器102出口分别与一级回热毛细管103毛细管段入口和二级回热毛细管104毛细管段入口相连，一级回热毛细管103毛细管段出口和一级蒸发器105入口相连，一级蒸发器105出口又与一级回热毛细管103回热段入口相连接，一级回热毛细管103回热段出口与压缩机101的一级入口①相连；同样，二级回热毛细管104毛细管段出口和二级蒸发器106入口相连，二级蒸发器106出口又与二级回热毛细管104回热段入口相连接，二级回热毛细管104出口与压缩机101的二级入口②相连。

上述所述两级压缩冰箱系统的工作方法，压缩机101一级缸Ⅰ进口处的制冷剂是通过一级回热毛细管103回热段排出的过热蒸汽，经过一级压缩后，与二级回热毛细管104回热段排出的过热蒸汽混合，充分混合后，输入压缩机101二级缸Ⅱ进行二级压缩，获得高温高压的制冷剂蒸汽；然后该制冷剂蒸汽通过冷凝器102，凝结成液态；通过分流之后，分别进入一级回热毛细管103和二级回热毛细管104的毛细管段以及一级蒸发器105和二级蒸发器106，进行回热过冷、毛细管膨胀和蒸发器换热，然后再次通入一级回热毛细管103和二级回热毛细管104的回热器段进行过热，至此完成一次完整的循环。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、本发明通过利用两级压缩，分别制定匹配冰箱两室室温的蒸发温度。把原有的单循环系统，改成现在的二级压缩循环系统，有效减小了冷藏室气体与蒸发器内制冷剂的传热温差，使系统的能效比得到大幅度提高，在相同额定制冷量情况下节约能耗。

2、本发明系统采用双级压缩机，更容易实现扭矩波动的减缓，有效降低系统的震动和噪声。

3、一级压缩后气体经过二级中温中压气体冷却，可有效控制排气温度。

4、因为两级蒸发系统的相对独立，使得同步制冷得以实现。

附图说明

图1所示为传统冰箱系统装置示意图。

图2所示为传统冰箱系统工作过程的循环压-焓图(p–h图)。

图3所示为本发明冰箱系统装置示意图。

图4所示为本发明冰箱系统工作过程的循环压-焓图(p–h图)

图5所示为本发明使用独立的毛细管和回热器来代替各级中的回热毛细管后的系统装置示意图。

图6所示为本发明使用串联的两个压缩机来代替两级压缩机后的系统装置示意图。

图7所示为本发明使用两级节流方法代替并联一级节流后的系统装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，传统冰箱系统，压缩机11的出口与冷凝器12的入口相连接；冷凝器12的出口与回热器13的入口相连接；回热器13的出口和节流阀14的入口相连接；节流阀14的出口与蒸发器15的入口相连接；蒸发器15的出口与回热器13逆向的入口相连接；回热器13逆向的出口与压缩机11的入口相连。

如图2所示，为传统冰箱系统工作过程的循环压-焓图(p–h图)，其示意的系统的工作过程为：从蒸发器15来的低温低压制冷剂气体(图中00点处)先经过回热器13进行过热(图中01点处)，然后进入压缩机11被压缩后升压升温成为高温高压蒸汽(图中02’点处)，高温高压蒸汽在冷凝器12中放出热量后成为高压的饱和液体(图中03点处)；饱和液体再进入回热器13中，进行过冷，成为高压的过冷气体(图中04点处)。过冷气体进入节流阀14节流降压成低温两相态制冷剂(图中05点处)，两相态制冷剂(图中05点处)在蒸发器15中吸热成为低温低压制冷剂气体(图中00点处)。其中在蒸发器获得冷量的空气，一部分直接对冷冻室藏物进行制冷，另一部分通过风门进入冷藏室进行制冷。

图中两条直线分别为冷藏室设定温度(上方)和冷冻室设定温度(下方)，因此从图中可以看出，制冷剂蒸发温度与冷藏室的温差很大，会造成很大的不可逆损失，从而导致能量的大量浪费。

如图3所示，本发明是一种两级压缩冰箱循环系统，包括压缩机101，所述压缩机101出口与冷凝器102入口相连，冷凝器102出口分别与一级回热毛细管103毛细管段入口和二级回热毛细管104毛细管段入口相连，一级回热毛细管103毛细管段出口和一级蒸发器105入口相连，一级蒸发器105出口又与一级回热毛细管103回热段入口相连接，一级回热毛细管103回热段出口与压缩机101的一级入口①相连；同样，二级回热毛细管104毛细管段出口和二级蒸发器106入口相连，二级蒸发器106出口又与二级回热毛细管104回热段入口相连接，二级回热毛细管104出口与压缩机101的二级入口②相连。

压缩机内部一级入口进来的制冷剂气体直接通入一级汽缸进行压缩；一级汽缸的排气与二级入口进来的制冷剂混合后通入二级汽缸，二级汽缸压缩完的制冷剂气体从压缩机出口排出。

如图4所示，为本发明冰箱系统工作过程的循环压-焓图(p–h图)，其示意的系统工作过程为：在该系统中，制冷剂一共有三种压力状态，分别对应了循环的冷凝压力，二级(冷藏级)蒸发压力，和一级(冷冻级)蒸发压力状态。压缩机101一级缸Ⅰ进口处的制冷剂(1点)是通过一级回热毛细管103排出的过热蒸汽，经过一级压缩后(1-1”)，与二级回热毛细管104排出的过热蒸汽(2点)混合，充分混合后(3点)，输入压缩机101二级缸Ⅱ进行二级压缩(3-3”)，获得高温高压的制冷剂蒸汽。然后该蒸汽通过冷凝器102，凝结成液态(3”-4)。通过分流之后，分别进入两级，进行回热器过冷(4-5，4-7)，毛细管膨胀(5-5’，7-7’)，和蒸发器换热(5’-6，7’-8)，然后再次通入回热器进行过热(6-1，8-2)，至此系统完成一次完整的循环。

在该系统中，制冷剂处于低压，中压和高压三个压力状态，将冰箱制冷分为冷藏室制冷和冷冻室制冷两部分。低温低压的制冷剂气体被吸入压缩机101一级缸压缩后变成中温中压的制冷剂气体，另一部分中温中压的制冷剂气体从冷藏室蒸发器出口出来，与一级缸压缩后的气体充分混合。之后被吸入压缩机二级缸压缩后变成高温高压的制冷剂气体。高温高压的制冷剂气体直接通入冷凝器102，经过自然对流或强制对流等手段与环境进行换热，经放热变成高温高压的液体。然后，经由管路的控制，制冷剂分别流入两级的蒸发段，经过两级毛细管的膨胀后进入各自蒸发器进行换热，分别变成低温低压(一级)和中温中压(二级)压的气体，之后通过各级回热器对来流液体进行遇冷，回收冷量。最后从一级低温低压气体再被压缩机一级缸吸入开始，如此循环。

从图中两条直线可以看出，同样的两室设定温度下，二级制冷剂的蒸发温度和冷藏室室内温度的传热温差大幅度减小，使得本发明的冰箱系统制冷效率大大提高。

如图5所示，为本发明使用独立的毛细管和回热器来代替各级中的回热毛细管后的系统装置示意图。图中以独立的回热器(103a，104a)和毛细管(103b，104b)代替了各级的回热毛细管(103，104)，同样能够实现系统的回热和节流功能。

如图6所示，本发明使用串联的两个压缩机来代替两级压缩机后的系统装置示意图。图中以两个串联的压缩机(101a，101b)代替了两级压缩机101，同样能够实现系统的两级压缩功能。

如图7所示，本发明使用二级节流方法来代替并联一级节流后的系统装置示意图。图中冷凝器102出口先接入第一级回热毛细管103c毛细管段的入口，然后第一级回热毛细管103c毛细管段的出口分成两支路，一端与二级蒸发器106入口相连，二级蒸发器106出口再与第一级回热毛细管103c回热段的入口相连，回热段出口与压缩机101的二级入口②相连；另一端连到第二级回热毛细管104c毛细管段的入口，第二级回热毛细管104c毛细管段的出口与一级蒸发器105入口相连，一级蒸发器105出口与第二级回热毛细管104c回热段的入口相连，回热段出口与压缩机101的一级入口①相连。此种节流方法同样能够实现系统的两级制冷功能。

Claims (5)

1.一种两级压缩冰箱系统，包括压缩机(101)，其特征在于：所述压缩机(101)出口与冷凝器(102)入口相连，冷凝器(102)出口分别与一级回热毛细管(103)毛细管段入口和二级回热毛细管(104)毛细管段入口相连，一级回热毛细管(103)毛细管段出口和一级蒸发器(105)入口相连，一级蒸发器(105)出口又与一级回热毛细管(103)回热段入口相连接，一级回热毛细管(103)回热段出口与压缩机(101)的一级入口(①)相连；同样，二级回热毛细管(104)毛细管段出口和二级蒸发器(106)入口相连，二级蒸发器(106)出口又与二级回热毛细管(104)回热段入口相连接，二级回热毛细管(104)出口与压缩机(101)的二级入口(②)相连。

2.根据权利要求1所述的一种两级压缩冰箱系统，其特征在于：使用独立的毛细管和回热器代替各级中的回热毛细管，实现循环中回热加节流的复合功能。

3.根据权利要求1所述的一种两级压缩冰箱系统，其特征在于：使用串联的两个压缩机代替两级压缩机，实现循环中两级压缩的复合功能。

4.根据权利要求1所述的一种两级压缩冰箱系统，其特征在于：使用两级节流方法代替两个并联的一级节流方法，实现循环中节流功能。

5.权利要求1所述两级压缩冰箱系统的工作方法，其特征在于：压缩机(101)一级缸(Ⅰ)进口处的制冷剂是通过一级回热毛细管(103)回热段排出的过热蒸汽，经过一级压缩后，与二级回热毛细管(104)回热段排出的过热蒸汽混合，充分混合后，输入压缩机(101)二级缸(Ⅱ)进行二级压缩，获得高温高压的制冷剂蒸汽；然后该制冷剂蒸汽通过冷凝器(102)，凝结成液态；通过分流之后，分别进入一级回热毛细管(103)和二级回热毛细管(104)的毛细管段以及一级蒸发器(105)和二级蒸发器(106)，进行回热过冷、毛细管膨胀和蒸发器换热，然后再次通入一级回热毛细管(103)和二级回热毛细管(104)的回热器段进行过热，至此完成一次完整的循环。