CN107621093A - 基于余压回收的蒸发冷却器过冷的co2冷冻冷藏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于余压回收的蒸发冷却器过冷的CO₂冷冻冷藏系统。本发明包括余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统和中低温冷冻冷藏系统；余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统包括中温级膨胀机、低温级膨胀机、水分配系统、脱水器、盘管、风扇、电机、水泵和电源管理系统；中低温冷冻冷藏系统包括中温级压缩机、低温级压缩机、气体冷却器、中温蒸发器、低温蒸发器、储液器、节流阀和电子膨胀阀。本发明实现中温级和低温级两个温度等级，采用双级压缩，低温级排气与中温级蒸发器出口流体混合，之后通过中温级压缩机压缩，系统节能高效。

Description

基于余压回收的蒸发冷却器过冷的CO2冷冻冷藏系统

技术领域

本发明涉及余压回收及利用蒸发冷却器辅助过冷技术，尤其涉及一种基于余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统。

背景技术

随着氟氯烃(CFCs)和氢氟氯烃(HCFCs)类物质破坏臭氧层并且具有较高的温室效应已被或将逐渐被禁用。国内外的相关企业、科研院所和高校均纷纷加大对CO₂制冷空调系统研发的投入，CO₂制冷空调系统是今后制冷空调行业发展的重要研究方向。CO₂有诸多优点：1)环境友好，ODP＝0、GWP＝1；2)安全无毒不可燃，化学性质稳定；3)廉价易获取；4)与润滑油的相容性；5)粘度低、导热系数高，具有良好的热物性以及流动和传热特性；6)单位容积制冷/热量较高，与普通工质相比，CO₂设备体积更加小巧紧凑。但CO₂制冷循环高低压差较高，节流损失大，导致其能效(COP)相对于常规制冷系统较低。

在日本，以“生态精灵”(Eco-Cute)冠名的CO₂热泵热水器作为一种节能环保的产品近几年其年销售量均保持在45万台以上。在欧洲的挪威，CO₂制冷系统在超市冷冻冷藏系统的使用呈现增长的趋势，并已成为超市运营方的首选。虽然CO₂制冷空调技术已应用于多个领域，并且在欧洲、日本及北美地区广泛应用，但CO₂跨临界制冷循环效率较低的关键问题仍未得到根本解决。CO₂的临界温度为31.1℃，临界压力高达7.38MPa，放热过程通常发生在临界点之上，一般称CO₂制冷循环为跨临界循环。由于其运行压力高，节流不可逆损失大，造成循环严重偏离逆向卡诺循环，CO₂跨临界循环效率低于常规制冷剂循环。

因此，开发新型CO₂跨临界制冷循环，减小CO₂节流损失、提升循环热力性能，为提高CO₂跨临界制冷循环能效提供一条新的道路，对减轻温室效应、实现HCFCs替代具有重要的经济价值和社会意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统，通过蒸发冷却器辅助系统对CO₂气体冷却器出口的CO₂流体进行过冷，降低CO₂节流过程中的不可逆损失，提高制冷系统COP。

本发明所采取的技术方案是：一种基于余压回收的蒸发冷却器过冷的CO₂冷冻冷藏系统，包括余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统和中低温冷冻冷藏系统；余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统包括中温级膨胀机、低温级膨胀机、水分配系统、脱水器、盘管、风扇、电机、水泵和电源管理系统；中低温冷冻冷藏系统包括中温级压缩机、低温级压缩机、气体冷却器、中温蒸发器、低温蒸发器、储液器、节流阀和电子膨胀阀；低温级膨胀机和中温级膨胀机通过线路连接电源管理系统，电源管理系统通过电源线分别连接电机和水泵，电机驱动风扇，风扇下方依次设置脱水器、水分配系统和盘管，水泵通过水路连接水分配系统；中温级压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接盘管入口，盘管出口连接中温级膨胀机入口，中温级膨胀机出口连接储液器入口，储液器出口分别连接电子膨胀阀和低温级膨胀机入口，电子膨胀阀通过中温蒸发器中温级压缩机入口，储液器通过设置节流阀的管路连接中温级压缩机入口，低温级膨胀机出口通过低温蒸发器连接低温级压缩机入口，低温级压缩机出口连接中温级压缩机入口。

余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统由中温级膨胀机、低温级膨胀机、水分配系统、脱水器、盘管、和电源管理系统组成。中、低温级膨胀机输出的电能传输到蒸发冷却器辅助过冷系统的电源管理系统，电源管理系统分别对风扇和水泵供电，形成循环，从而对CO₂气体冷却器出口的CO₂流体进行冷却达到过冷效果。

中低温冷冻冷藏系统由低温级压缩机、中温级压缩机、低温级膨胀机、中温级膨胀机、低温蒸发器、中温蒸发器、气体冷却器、节流阀和储液器组成。中低温冷冻冷藏系统内充注的工质为CO₂，由低温级压缩机出口的CO₂过热蒸汽与中温蒸发器出口过热态的CO₂流体混合后，进入中温级压缩机吸气口，由中温级压缩机压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器与环境空气进行换热，冷却至温度稍高于环境温度的超临界流体，之后高压CO₂流体经过中温级膨胀机做功，膨胀做功后的CO₂气液两相流体进入储液器分离为气相流体和液相流体，其中气相流体经过节流阀节流降压，流入中温级压缩机，而液相流体一部分流经电子膨胀阀到达中温蒸发器，一部分经过低温级膨胀机膨胀做功，之后进入低温蒸发器，吸热变为过热气后进入中温级压缩机吸气口，完成循环。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)制冷系统的制冷剂为自然工质CO₂。CO₂的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，在高温条件下也不分解产生有害气体，是环境友好的制冷剂，与HCFC和HFC等制冷剂相比，大大缓解了温室效应，环保优势明显。

(2)由于CO₂节流过程中压差大，采用膨胀机代替节流阀后，可回收节流过程中的膨胀功，实现余压回收。

(3)中低温级膨胀机做功发出的电提供给蒸发冷却器辅助过冷系统电源管理系统，通过蒸发冷却器辅助过冷系统对CO₂流体进行过冷，从而提高系统COP。

(4)通过辅助过冷系统将CO₂冷却至环境温度以下，在温暖、炎热地区可大幅度提高CO₂制冷系统COP。

(5)在中温和低温级分别进行膨胀降压，实现中温级和低温级两个温度等级，采用双级压缩，低温级排气与中温级蒸发器出口流体混合，之后通过中温级压缩机压缩，系统节能高效。

(6)和传统的CO₂跨临界制冷系统相比较，可降低气体冷却器最佳压力。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种基于余压回收的蒸发冷却器辅助过冷的CO₂冷冻冷藏系统，余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统包括中温级膨胀机2、低温级膨胀机4、水分配系统12、脱水器13、盘管14、风扇15、电机17、水泵16和电源管理系统11；中低温冷冻冷藏系统包括中温级压缩机10、低温级压缩机6、气体冷却器1、中温蒸发器9、低温蒸发器5、储液器3、节流阀7和电子膨胀阀8；低温级膨胀机4和中温级膨胀机2通过线路连接电源管理系统11，电源管理系统11通过电源线分别连接电机17和水泵16，电机驱动风扇，风扇下方依次设置脱水器13、水分配系统12和盘管14，水泵通过水路连接水分配系统12；中温级压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接盘管入口，盘管出口连接中温级膨胀机入口，中温级膨胀机出口连接储液器入口，储液器出口分别连接电子膨胀阀和低温级膨胀机入口，电子膨胀阀通过中温蒸发器中温级压缩机入口，储液器通过设置节流阀的管路连接中温级压缩机入口，低温级膨胀机出口通过低温蒸发器连接低温级压缩机入口，低温级压缩机出口连接中温级压缩机入口。

本实施例基于余压回收的蒸发冷却器辅助过冷的CO₂中低温冷冻冷藏系统的工作原理是：

第一步：低温级膨胀机4和中温级膨胀机2输出的发出的电供给蒸发冷却器辅助过冷系统的电源管理系统11，电源管理系统11分别对带动风扇15的电机17和水泵16供电，水泵16将冷却水输送至水分配系统12，水均匀滴落至盘管14表面，形成水膜，通过风机驱动空气略过水膜，促使水分蒸发吸收盘管内CO₂流体的热量，从而对CO₂气体冷却器1出口的CO₂流体进行冷却达到过冷效果。水膜在风扇15的抽吸作用下，部分会变成小液滴随向上流动的空气离开蒸发冷却器到大气环境中去，这样就增加了水的消耗，脱水器可阻挡绝大多数小液滴被携带至大气中去，被阻挡的小液滴最终流回到蒸发冷却器内部，起到节约冷却水消耗的作用。

第二步：制冷系统内充注的工质为CO₂，低温低压的CO₂蒸汽进入中温级压缩机10吸气口，由中温级压缩机10压缩至高温高压超临界流体，进入气体冷却器1与环境空气进行换热，此时的制冷剂温度稍高于环境温度。

第三步：经过中温级膨胀机2做功，变为气液两相流体进入储液器3，气液两相流体受重力作用别分类为气相两相，气相流体在储液器上部，液相流体在储液器下部。其中气相CO₂流体经过节流阀7膨胀节流后变为中压的气液两相流体；液相流体一部分流经电子膨胀阀8膨胀后到达中温蒸发器9，一部分驱动低温级膨胀机4做功后膨胀至气液两相流体进入低温蒸发器，吸热后变为过热气，之后进入低温级压缩机6。

第四步：低温级压缩机6出口过热气、中温蒸发器9出口过热气以及储液罐3气相流体节流后的气液两相流体三路汇合流回中温级压缩机10，完成制冷循环。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于余压回收的蒸发冷却器过冷的CO₂冷冻冷藏系统，其特征是，包括余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统和中低温冷冻冷藏系统；余压回收的蒸发冷却器辅助过冷系统包括中温级膨胀机、低温级膨胀机、水分配系统、脱水器、盘管、风扇、电机、水泵和电源管理系统；中低温冷冻冷藏系统包括中温级压缩机、低温级压缩机、气体冷却器、中温蒸发器、低温蒸发器、储液器、节流阀和电子膨胀阀；低温级膨胀机和中温级膨胀机通过线路连接电源管理系统，电源管理系统通过电源线分别连接电机和水泵，电机驱动风扇，风扇下方依次设置脱水器、水分配系统和盘管，水泵通过水路连接水分配系统；中温级压缩机出口连接气体冷却器入口，气体冷却器出口连接盘管入口，盘管出口连接中温级膨胀机入口，中温级膨胀机出口连接储液器入口，储液器出口分别连接电子膨胀阀和低温级膨胀机入口，电子膨胀阀通过中温蒸发器中温级压缩机入口，储液器通过设置节流阀的管路连接中温级压缩机入口，低温级膨胀机出口通过低温蒸发器连接低温级压缩机入口，低温级压缩机出口连接中温级压缩机入口。