專利名稱：一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制冷系統(tǒng)領域，特別涉及能實現(xiàn)多溫區(qū)制冷調節(jié)的帶渦流管的制冷系統(tǒng)。
背景技術：
在很多領域，對產品冷凍、冷藏、冷鮮的要求越來越高，特別是在食品、生物、醫(yī)藥等領域，對保存環(huán)境有著很高的要求。而在這些場合，不同產品類型，對存儲環(huán)境溫度的要求也不盡相同，對制冷系統(tǒng)及其調節(jié)維護來說是一個挑戰(zhàn)。例如在大型超市，一般設有供消費者選購冷鮮肉類、海鮮、乳品、蔬菜等的專門區(qū)域，這些商品的保存溫度和環(huán)境要求相差很大，超市往往需要購置多種冷飲柜，鮮肉柜，蔬菜柜等來分別滿足不同產品的質量和新鮮度的要求。由于溫度和環(huán)境要求的不同，這些不同的保鮮柜采用不同的制冷系統(tǒng)及調控方式，會帶來很多問題1)需要針對不同的產品購置不同的專用冷藏柜，根據(jù)統(tǒng)計，一般中型超市需配備三種以上冷藏設備，投資較大，設備分散，占用空間大，容易產生噪音，管理維護困難，工作量大，需要安排專門人員；2)市售冷藏設備一般制冷效率不高，壓縮機性能系數(shù) (COP)低，現(xiàn)在主流高效冷藏柜壓縮機COP也僅在1. 6左右，而且在國內市場很多還達不到這一要求，而一些專用冷凍柜，制冷效率更低，能耗大。同時使用多種分散的冷藏設備，壓縮機和其它部件損失大，造成綜合制冷性能低下，耗電量大，在大型超市的耗電中，50%-70% 是由超市各種冷柜及空調制冷系統(tǒng)所消耗的，而冷藏柜的能耗比例在逐年增加；幻調節(jié)和系統(tǒng)匹配性能差，有些冷藏設備只在部分負荷下運行，效率低，浪費能源，而其他設備可能臨時增加負荷，又無法滿足儲存要求，很多情況下兩者無法互補，這樣就造成了能源分配的不平衡和浪費。此外，在這些冷藏設備中，制冷系統(tǒng)的冷凝熱量往往直接排放，冷凝載冷劑溫度不夠高，冷凝熱量往往無法利用，不僅是對能源的浪費，還對周邊環(huán)境構成熱污染。不僅在商場，一些醫(yī)療機構也會用到多種類型的冷藏設備，保存藥品，血液，冰袋等等，同樣面臨著以上問題。此外，在一些以往的渦流管裝置中，渦流管制冷系統(tǒng)效率較低，冷熱流體不能得到充分的同時利用，往往造成能量的浪費，例如公開號為CN101922800A的中國發(fā)明專利提出了一種逆流式多級冷凝熱泵熱水器，它主要是將渦流管熱端出口的高溫低壓氣體進行利用，并未利用其冷端低壓氣體，使其效率較低，不利于節(jié)能。公開號為CN101135503A的中國發(fā)明專利提出了一種帶有渦流管的高溫熱泵系統(tǒng)，雖然將渦流管冷熱端的制冷劑分別進行利用，但是并未重視熱端出來的制冷劑在將熱量釋放后可繼續(xù)產生制冷效應的特點，使其應用范圍受到限制，效率較低。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，采用一套制冷系統(tǒng)和設備，解決了超市等一些場所現(xiàn)有針對不同制冷溫度和環(huán)境要求而需不同冷藏設備的問題。一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，包括壓縮機、第一冷凝器、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器、氣液分離裝置、渦流管、第二膨脹閥、第二蒸發(fā)器、第三膨脹閥、第三蒸發(fā)器和第二冷凝器，所述壓縮機的出口連接所述第一冷凝器的進口，所述第一冷凝器的出口連接氣液分離裝置的進口，氣液分離裝置的氣體出口連接渦流管的進口，渦流管的熱端出口依次串聯(lián)第二冷凝器的制冷劑進口、第二冷凝器的制冷劑出口、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器、第一減壓閥；渦流管的冷端出口依次串聯(lián)第二膨脹閥和第二蒸發(fā)器，所述第二膨脹閥外并列一第一旁通閥；氣液分離裝置的液體出口依次串聯(lián)第三膨脹閥、第三蒸發(fā)器和第二減壓閥；所述第一減壓閥的出口、第二蒸發(fā)器的出口以及第二減壓閥的出口連成一路后，連接壓縮機的進口。作為優(yōu)選，所述第一冷凝器的冷卻介質回路上設有第二旁通閥，作為調節(jié)介質流量使用。當各蒸發(fā)器承擔的負荷發(fā)生變化時，調節(jié)第一冷凝器中冷卻介質回路上的第二旁通閥改變介質流量，可改變制冷劑冷凝后進入氣液分離裝置時的氣液比例。同時調節(jié)渦流管的冷流分量，最終可使流經第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器、第三蒸發(fā)器的制冷劑流量分配比例發(fā)生變化，各蒸發(fā)器的制冷量也會隨之改變，適應負荷的變化，調配性能好，同時可達到節(jié)能目的。本發(fā)明的工作流程為自壓縮機出來的高壓制冷劑氣體在第一冷凝器中被部分冷凝，成為干度一定的飽和氣液兩相狀態(tài)，進入氣液分離裝置，飽和氣、液態(tài)制冷劑分別聚集在氣液分離裝置的上、下部；氣液分離裝置中的高壓氣態(tài)制冷劑流向渦流管的入口作為驅動氣流，進入渦流管的氣體制冷劑經過冷熱分離效應，在渦流管冷端出口，制冷劑達到低溫低壓，會出現(xiàn)完全不液化的氣相、部分液化的氣液兩相、完全液化的飽和液相以及過冷液相四種狀態(tài)；在渦流管熱端出口，制冷劑達到高溫高壓，為過熱氣相狀態(tài)；渦流管熱端出口的高溫熱氣流進入第二冷凝器，被冷凝為過冷液，釋放熱量，所釋放的熱量可用于加熱其他流體，產生制熱效應；過冷制冷劑液體經第一膨脹閥節(jié)流膨脹后進入第一蒸發(fā)器蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產生較高溫區(qū)的制冷效應，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進入第一減壓閥；若渦流管冷端出口為飽和液態(tài)或過冷液態(tài)，則其經過第二膨脹閥節(jié)流膨脹，進入第二蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收周圍熱量，產生低溫區(qū)的制冷效應；若渦流管冷端出口為氣態(tài)或氣液混合態(tài)，則其經過第一旁通閥直接進入第二蒸發(fā)器，吸收周圍熱量，同樣產生低溫區(qū)的制冷效應；來自氣液分離裝置液體出口的飽和液態(tài)制冷劑經第三膨脹閥節(jié)流膨脹后進入第三蒸發(fā)器蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產生中溫區(qū)的制冷效應，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進入第二減壓閥；來自第一減壓閥出口、第二減壓閥出口、第二蒸發(fā)器出口的氣流匯合，進入壓縮機進口，被壓縮，完成循環(huán)。每個溫區(qū)內的具體溫度位通過調節(jié)各蒸發(fā)器前膨脹閥的開度來實現(xiàn)。本發(fā)明帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果(1)引入了渦流管，利用其能量分離效應，產生冷熱流體。同時，渦流管熱端出來的高溫熱氣流可用于加熱其他流體，使第二冷凝器作為某些需熱流體的加熱源。如此節(jié)省了其它用熱所需的能量。高溫熱氣流釋放熱量加熱其他流體后，進一步利用了其制冷效應，節(jié)能性好，效率高；隨負荷變化時的調節(jié)性能好，減少了能量浪費。(2)采用一套制冷系統(tǒng)和設備，不再需要分別購置冷藏設備，可以集中組合布置， 減少了投資成本和空間占用，便于維護管理，降低了噪音，調節(jié)性能好；本發(fā)明由一臺壓縮機、三個蒸發(fā)器、兩個冷凝器、一個氣液分離裝置和一臺渦流管組成，減少了冷藏設備分散布置時，使用多臺壓縮機的效率損失，系統(tǒng)綜合供冷效率高，降低耗電量。


圖1為本發(fā)明一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)的流程示意圖；圖2為一種傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的流程示意圖；其中1、壓縮機；2、第一冷凝器；3、氣液分離裝置；4、渦流管；5、第二膨脹閥；6、 第二蒸發(fā)器；7、第一旁通閥；8、第二冷凝器；9、第一膨脹閥；10、第一蒸發(fā)器；11、第一減壓閥；12、第三膨脹閥；13、第三蒸發(fā)器；14、第二減壓閥；15、第二旁通閥。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。實施例圖1示出一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)流程，壓縮機1出口與第一冷凝器2進口相連，第一冷凝器2出口與氣液分離裝置3進口相連，氣液分離裝置3的氣體出口與渦流管4的進口相連，渦流管4熱端出口與第二冷凝器8的制冷劑進口相連，第二冷凝器8的制冷劑出口與第一膨脹閥9進口相連，第一膨脹閥9出口與第一蒸發(fā)器10進口相連，第一蒸發(fā)器10出口與第一減壓閥11進口相連；渦流管4冷端出口分別與第二膨脹閥5進口和第一旁通閥7進口相連，第二膨脹閥5的出口和第一旁通閥7的出口相連于一路后，連接第二蒸發(fā)器6的進口 ；氣液分離裝置3的液體出口與第三膨脹閥12的進口相連，第三膨脹閥12 的出口與第三蒸發(fā)器13的進口相連，第三蒸發(fā)器13的出口與第二減壓閥14的進口相連， 第二減壓閥14的出口、第一減壓閥11的出口、第二蒸發(fā)器6的出口連接為一路后，與壓縮機1的進口相連。第一冷凝器2的冷卻介質回路上安裝第二旁通閥15。第二冷凝器8的冷卻介質進口、出口連接需要加熱的流體，利用渦流管熱端出來的高溫熱氣流來加熱需要加熱的流體。在本實施例中，系統(tǒng)中循環(huán)的制冷劑工質為R600a。計算手段為EES軟件編程。工作流程和工況條件自壓縮機1出來的高壓制冷劑氣體在第一冷凝器2中被部分冷凝，成為干度一定的飽和氣液兩相狀態(tài)，設定初始條件，干度 = 0. 6，冷凝溫度T2。= 57°C，對應的冷凝壓力P2e = 0. SlMpa ；兩相混合物進入氣液分離裝置3，飽和氣、液態(tài)制冷劑分別聚集在氣液分離裝置3上、下部，氣液比例( = 0. 6 ；氣液分離裝置3中的高壓氣態(tài)制冷劑 (57°C、0. 81Mpa)流向渦流管4的入口作為驅動氣流，進入渦流管4的氣體制冷劑發(fā)生冷熱分離效應，設定渦流管工況渦流管長度L = O. 6m，冷流分量u = 0. 3，渦流管進出口壓比為Pin Pout = 4 1，氣流在冷端出口被液化過冷(此實施例中狀態(tài)是確定的)，溫度Ttt =-26. 7°C，壓力Ptt = 0. 2Mpa,熱端出口氣流達到高溫高壓的過熱狀態(tài)，溫度T4h = 77. 3°C， 壓力P4h = 0. 56Mpa ；渦流管4熱端出口的熱氣流(77. 3°C，0. 56Mpa)進入第二冷凝器8，被冷凝為過冷液，釋放熱量，產生制熱效應，冷凝溫度T8c = 650C ；來自第二冷凝器8的過冷制冷劑液體經第一膨脹閥9節(jié)流膨脹，節(jié)流過程為等焓，節(jié)流后干度Q = 0 1，進入第一蒸發(fā)器10蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產生較高溫區(qū)的制冷效應，已知進入第一蒸發(fā)器10時的干度和焓值，可獲得蒸發(fā)溫度Tltl = 50C -irC，壓力Pltl = 0. 19Mpa 0. 23Mpa，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進入第一減壓閥11 ；渦流管4冷端出口的過冷液體(16.7°C，0. 2Mpa)進入第二膨脹閥5節(jié)流膨脹，節(jié)流過程為等焓，節(jié)流后干度Q = 0 1，進入第二蒸發(fā)器6蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產生低溫區(qū)的制冷效應，已知進入第二蒸發(fā)器6時的干度和焓值，可獲得蒸發(fā)溫度T6 = -251 -181，壓力Pltl = 0. 06Mpa 0. 08Mpa ；來自氣液分離裝置3液體出口的飽和制冷劑液進入第三膨脹閥12節(jié)流膨脹，節(jié)流過程為等焓，節(jié)流后干度Q = 0 1，進入第三蒸發(fā)器13蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產生中溫區(qū)的制冷效應，已知進入第三蒸發(fā)器13時的干度和焓值，可獲得蒸發(fā)溫度T13 = -10°C 0°C，壓力P13 = 0. IlMpa 0. 16Mpa，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進入第二減壓閥14 ；來自第一減壓閥11出口、第二減壓閥14出口、第二蒸發(fā)器6出口的氣流匯合，進入壓縮機1進口，被壓縮，完成循環(huán)，滿足了多溫區(qū)儲存的需要。調節(jié)每個蒸發(fā)器之前的膨脹閥可達到具體的溫度位，例如，第三蒸發(fā)器13產生中溫區(qū) (-IO0C -O0C )的制冷效應時，調節(jié)第三膨脹閥12的開度，可使蒸發(fā)溫度達到_5°C。當三個蒸發(fā)器承擔的負荷發(fā)生變化時(例如鮮肉存儲量增大，乳制品存量減少等)，調節(jié)第二旁通閥15改變第一冷凝器2中冷卻介質的流量，可改變制冷劑冷凝后進入氣液分離裝置3時的氣液比例，同時調節(jié)渦流管4的冷流分量，這樣最終使流經第一蒸發(fā)器 10、第二蒸發(fā)器6、第三蒸發(fā)器13的制冷劑流量分配比例發(fā)生變化，各蒸發(fā)器的制冷量也會隨之改變，適應負荷的變化，調配性能好，同時可達到節(jié)能目的。渦流管4熱端出來的高溫制冷劑在第二冷凝器8中可用于加熱其他流體，獲得的高溫流體可作他用，如超市的生活熱水等，節(jié)省了其他用熱所需的能量。下面將本實施例與不同溫度下的傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的性能系數(shù) (COP)進行對比。為保證對比的有效性，將本實施例分別與處于三個不同蒸發(fā)溫度下的傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)進行性能對比，三個不同的蒸發(fā)溫度分別對應本實施例中三個蒸發(fā)器內的蒸發(fā)溫度，而這些蒸發(fā)溫度是大型超市常用的冷藏器蒸發(fā)溫度。傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)如圖2所示，壓縮機1與第一冷凝器2、第一膨脹閥9、第一蒸發(fā)器10串聯(lián)，形成一個回路。在均選用R600a工質的情況下，經理論循環(huán)計算，得到本實施例與不同溫度下的傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)在超市冷柜常用溫位下的性能對比，見表1。計算工況條件相同 本實施例的系統(tǒng)(圖1)，第一蒸發(fā)器10蒸發(fā)溫度Tltl = 7. 5°C、第二蒸發(fā)器6蒸發(fā)溫度T6 =_25°C、第三蒸發(fā)器13蒸發(fā)溫度T13 = _7°C，第一冷凝器2冷凝溫度T2。= 57°C，氣液比 Q2 = 0. 6，第二冷凝器2冷凝溫度T8c = 63. 6°C;傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)(圖2)，第一蒸發(fā)器10三個不同蒸發(fā)溫度，T11 = 7. 5T12 = _7V、T13 = -25°C，第一冷凝器2冷凝溫度均為T4。= 57°C。由表1可見，單純考慮制冷效應時，本帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)COP值與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)相比，具有一定地提高(參看下表COPl欄)。特別是相對于蒸發(fā)溫度為_25°C時，本帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)對于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的COP提高明顯。而同時考慮制冷制熱效應時，本系統(tǒng)的性能系數(shù)要遠高于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)(參看下表C0P2欄)。表1本制冷系統(tǒng)與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的性能對比
權利要求
1.一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，其特征在于包括壓縮機(1)、第一冷凝器O)、 第一膨脹閥(9)、第一蒸發(fā)器(10)、氣液分離裝置(3)、渦流管G)、第二膨脹閥(5)、第二蒸發(fā)器(6)、第三膨脹閥(12)、第三蒸發(fā)器(1 和第二冷凝器(8)，所述壓縮機(1)的出口連接所述第一冷凝器O)的進口，所述第一冷凝器O)的出口連接氣液分離裝置(3)的進口，氣液分離裝置(3)的氣體出口連接渦流管(4)的進口，渦流管(4)的熱端出口依次串聯(lián)第二冷凝器(8)的制冷劑進口、第二冷凝器(8)的制冷劑出口、第一膨脹閥(9)、第一蒸發(fā)器(10)、第一減壓閥(11)；渦流管的冷端出口依次串聯(lián)第二膨脹閥( 和第二蒸發(fā)器 (6)，所述第二膨脹閥( 外并列一第一旁通閥(7)；氣液分離裝置(3)的液體出口依次串聯(lián)第三膨脹閥(12)、第三蒸發(fā)器(1 和第二減壓閥(14)；所述第一減壓閥(11)的出口、第二蒸發(fā)器(6)的出口以及第二減壓閥(14)的出口連成一路后，連接壓縮機(1)的進口。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，其特征在于所述第一冷凝器 (2)的冷卻介質回路上設有第二旁通閥(15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，壓縮機連接第一冷凝器，第一冷凝器連接氣液分離裝置，氣液分離裝置氣體出口連接渦流管，渦流管的熱端出口依次串聯(lián)第二冷凝器、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器、第一減壓閥；渦流管的冷端出口依次串聯(lián)第二膨脹閥和第二蒸發(fā)器，第二膨脹閥外并列一第一旁通閥；氣液分離裝置液體出口依次串聯(lián)第三膨脹閥、第三蒸發(fā)器和第二減壓閥；第一減壓閥的出口、第二蒸發(fā)器的出口以及第二減壓閥的出口連成一路后，連接壓縮機。本發(fā)明解決了大型超市等一些場所現(xiàn)有針對不同制冷溫度和保存環(huán)境而需不同冷藏設備的問題。利用渦流管的能量分離效應，采用一套制冷系統(tǒng)和設備實現(xiàn)多個溫區(qū)制冷，并利用產熱量，提高了系統(tǒng)效率。
文檔編號F25B9/04GK102338496SQ20111029304
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者喬曉剛, 唐黎明, 李鵬, 王征, 陳光明, 韓曉紅 申請人:浙江大學