專利名稱：跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于制冷與供暖的制冷系統(tǒng)，尤其涉及一種跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于CFCs (氯氟烴)與HCFCs (氫氯氟烴)等制冷劑對臭氧層有破壞作用以及產(chǎn)生溫室效應(yīng)，目前世界各國從事此方面的科學(xué)家正在抓緊研究其替代工作。從對環(huán)境的長期安全來看，應(yīng)盡量避免使用那些最終會排放到生物圈中并影響生態(tài)平衡的非自然工質(zhì)， 重新起用自然工質(zhì)是一種非常安全的選擇。其中二氧化碳以其優(yōu)良的環(huán)保特性和良好的熱物理性質(zhì)被重新引入到制冷熱泵行業(yè)中來。作為制冷劑(X)2具有獨特的優(yōu)勢①環(huán)境友好性(0DP = 0，GffP = 1)；②安全性(無毒、不燃)；③容積制冷量大(系統(tǒng)體積小)；④壓比低，粘度小，導(dǎo)熱性好；⑤與普通潤滑劑和結(jié)構(gòu)材料相兼容；⑥價格便宜，維護成本低(不需回收設(shè)備)等。但是由于自然工質(zhì)CO2的臨界溫度較低(31. 1)，已故的前國際制冷學(xué)會主席挪威的G. Lorentzen教授提出應(yīng)該使用(X)2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)制冷循環(huán)相比，CO2跨臨界制冷循環(huán)的運行壓力較高，而且其放熱過程處于超臨界壓力下，工質(zhì)在氣體冷卻器中進行無相變變溫放熱，對于帶節(jié)流閥的CO2跨臨界制冷循環(huán)，不僅節(jié)流損失較大，而且由于壓縮機排氣溫度較高，由此而產(chǎn)生的過熱損失也較大。因此，與傳統(tǒng)制冷循環(huán)相比系統(tǒng)的效率較低，而且總的等效溫室效應(yīng)相對較高，這樣大大影響了其推廣應(yīng)用。因此需要采取改進措施來提高CO2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)的效率。由于 CO2跨臨界循環(huán)的容積膨脹比較小(一般為2-4)，而且膨脹功占壓縮功的比率較大(大約為20% -40% )，所以(X)2跨臨界循環(huán)采用膨脹機比常規(guī)工質(zhì)更具有可行性。從理論上講， 用膨脹機代替節(jié)流閥，以及采用兩級壓縮都能提高(X)2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)的效率。采用膨脹機可以減少系統(tǒng)的節(jié)流損失，采用兩級壓縮可以減少過熱損失，同時采用兩級壓縮并回收膨脹功可使系統(tǒng)性能得到最大提高。如果將這兩種措施組合到一個制冷裝置中，而且對氣體冷卻器的結(jié)構(gòu)配置進行優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)多種循環(huán)運行方式的切換，使得系統(tǒng)調(diào)節(jié)更靈活， 使用更方便。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)中的氣體冷卻器設(shè)計為兩組結(jié)構(gòu)相同的換熱器且組裝在一起，分別作為兩級壓縮時低壓級和高壓級的氣體冷卻器，既可以實現(xiàn)兩級壓縮，也可以實現(xiàn)單級壓縮?？梢蕴岣?CO2跨臨界循環(huán)的性能，使得調(diào)節(jié)更靈活。本實用新型為實現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，一種跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，其特征是包括(X)2主壓縮機、(X)2油分離器、氣體冷卻器、輔助壓縮機、(X)2高壓儲液器、干燥器、過濾器、膨脹機、膨脹閥、(X)2蒸發(fā)器、(X)2汽液分離器、冷凍水箱、冷凍水泵、冷卻水箱、冷卻水泵、截止閥、第一調(diào)節(jié)閥、第二調(diào)節(jié)閥，所述(X)2主壓縮機、CO2油分離器和氣
3體冷卻器通過閥門依次連接，所述氣體冷卻器分別與冷卻水箱、CO2高壓儲液器連接，所述 CO2高壓儲液器與干燥器、過濾器、膨脹閥、膨脹機、CO2蒸發(fā)器和(X)2汽液分離器依次連接， 所述氣體冷卻器由兩組結(jié)構(gòu)相同的第一換熱器和第二換熱器構(gòu)成，所述第一換熱器和第二換熱器之間設(shè)有截止閥。所述CO2油分離器的出口與第一換熱器的管側(cè)入口相接，第一換熱器的管側(cè)出口通過截止閥與(X)2高壓儲液器連接，(X)2高壓儲液器與干燥器、過濾器、膨脹機或膨脹閥、(X)2 蒸發(fā)器、(X)2汽液分離器依次連接，(X)2油分離器再與(X)2主壓縮機相接構(gòu)成單級壓縮制冷系統(tǒng)。所述CO2油分離器的出口與第一換熱器的管側(cè)入口相接，第一換熱器的管側(cè)出口通過第一調(diào)節(jié)閥與所述輔助壓縮機連接，輔助壓縮機出口與第二換熱器的管側(cè)入口連接， 第二換熱器的管側(cè)出口與(X)2高壓儲液器、干燥器、過濾器、膨脹機或膨脹閥、CO2蒸發(fā)器、 CO2汽液分離器依次連接，CO2油分離器再與(X)2主壓縮機連接構(gòu)成兩級壓縮制冷系統(tǒng)。所述輔助壓縮機與膨脹機設(shè)為同軸連接。有益效果本制冷系統(tǒng)使用自然工質(zhì)CO2，不但可以減小對環(huán)境的污染，而且結(jié)構(gòu)緊湊，性能高效，運行可靠，便于制造、安裝和維護。系統(tǒng)中的氣體冷卻器設(shè)計為兩組結(jié)構(gòu)相同的換熱器且組裝在一起，分別作為兩級壓縮時低壓級和高壓級的氣體冷卻器。該系統(tǒng)中包含輔助壓縮機和膨脹機，兩者之間設(shè)計為同軸連接，將膨脹機的回收功直接用于驅(qū)動輔助壓縮機，膨脹機部分可以替代節(jié)流閥，輔助壓縮機作為高壓級壓縮機。系統(tǒng)運行過程中， 節(jié)流閥和膨脹機可以切換使用，也可以并聯(lián)運行。使用膨脹機代替節(jié)流閥可以大大提高系統(tǒng)的性能，達到高效運行，節(jié)約能源的目的。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、0)2主壓縮機；2、α)2油分離器；3、氣體冷卻器；4、輔助壓縮機；5、α)2高壓儲液器；6、干燥器；7、過濾器；8、膨脹機；9、膨脹閥；10、蒸發(fā)器；11、CO2氣液分離器；12、冷凍水箱；13、冷凍水泵；14、冷卻水箱；15、冷卻水泵；16、截止閥；17、第一調(diào)節(jié)閥；18、第二調(diào)節(jié)閥；19、第一換熱器管側(cè)入口 ；20、第一換熱器管側(cè)出口 ；21、第二換熱器管側(cè)入口 ；22、 第二換熱器管側(cè)出口 ；23、氣體冷卻器殼側(cè)入口 ；24、氣體冷卻器殼側(cè)出口 ；25、蒸發(fā)器殼側(cè)入口 ；26、蒸發(fā)器殼側(cè)出口。
具體實施方式
以下結(jié)合較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提供的具體實施方式
詳述如下詳見附圖，一種跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，包括CO2主壓縮機1、CO2油分離器2、氣體冷卻器 3、輔助壓縮機4、CO2高壓儲液器5、干燥器6、過濾器7、膨脹機8、膨脹閥9、CO2蒸發(fā)器10、 CO2汽液分離器11、冷凍水箱12、冷凍水泵13、冷卻水箱14、冷卻水泵15、截止閥16、第一調(diào)節(jié)閥17、第二調(diào)節(jié)閥18，所述(X)2主壓縮機、CO2油分離器和氣體冷卻器通過閥門依次連接， 所述氣體冷卻器分別與冷卻水箱、(X)2高壓儲液器連接，所述(X)2高壓儲液器與干燥器、過濾器、膨脹閥、膨脹機、CO2蒸發(fā)器和(X)2汽液分離器依次連接，所述氣體冷卻器由兩組結(jié)構(gòu)相同的第一換熱器和第二換熱器構(gòu)成，所述第一換熱器和第二換熱器之間設(shè)有截止閥。所述CO2油分離器的出口與第一換熱器的管側(cè)入口相接，第一換熱器的管側(cè)出口通過截止閥與 CO2高壓儲液器連接，(X)2高壓儲液器與干燥器、過濾器、膨脹機或膨脹閥、(X)2蒸發(fā)器、(X)2汽液分離器依次連接，ω2油分離器2再與(X)2主壓縮機相接構(gòu)成單級壓縮制冷系統(tǒng)。所述(X)2 油分離器的出口與第一換熱器的管側(cè)入口相接，第一換熱器的管側(cè)出口通過第一調(diào)節(jié)閥與所述輔助壓縮機連接，輔助壓縮機出口與第二換熱器的管側(cè)入口連接，第二換熱器的管側(cè)出口與(X)2高壓儲液器、干燥器、過濾器、膨脹機或膨脹閥、CO2蒸發(fā)器、CO2汽液分離器依次連接，(X)2油分離器再與(X)2主壓縮機連接構(gòu)成兩級壓縮制冷系統(tǒng)。所述輔助壓縮機與膨脹機通過聯(lián)軸器設(shè)為同軸連接。工作過程通過打開截止閥16，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥17來實現(xiàn)單級壓縮，自然工質(zhì)CO2通過CO2油分離器O)的出口與第一換熱器的管側(cè)入口 19相接，第一換熱器的管側(cè)出口 20經(jīng)過截止閥 16與(X)2高壓儲液器5的入口相接，然后經(jīng)過干燥器6、過濾器7、膨脹機8或膨脹閥9、CO2 蒸發(fā)器10、0)2汽液分離器11、0)2主壓縮機1與(X)2油分離器2的入口相接，再通過開關(guān)調(diào)節(jié)閥18來切換節(jié)流閥和膨脹機循環(huán)。冷卻水由水箱14提供，經(jīng)水泵15和截止閥進入氣體冷卻器3殼側(cè)的入口 23，冷卻水回水由氣體冷卻器3殼側(cè)的出口 M接于水箱14。冷凍水由水箱12提供，經(jīng)水泵13和截止閥進入蒸發(fā)器10殼側(cè)的入口 25，冷凍水回水由蒸發(fā)器10 殼側(cè)的出口 26接于水箱12。實現(xiàn)單級壓縮制冷。通過關(guān)閉截止閥16，打開調(diào)節(jié)閥17來實現(xiàn)兩級壓縮，自然工質(zhì)CO2通過CO2油分離器2的出口與第一換熱器的管側(cè)入口 19相接，第一換熱器的管側(cè)出口 20經(jīng)過調(diào)節(jié)閥17 與輔助壓縮機4入口相接，輔助壓縮機4出口與第二換熱器的管側(cè)入口 21相接，第二換熱器的管側(cè)出口 22與(X)2高壓儲液器5的入口相接，然后經(jīng)過干燥器6、過濾器7、膨脹機8或膨脹閥9、0)2蒸發(fā)器10、0)2汽液分離器11、0)2主壓縮機1與(X)2油分離器2的入口相接， 再通過開關(guān)調(diào)節(jié)閥18來切換節(jié)流閥和膨脹機循環(huán)，實現(xiàn)兩級壓縮。氣體冷卻器由兩組結(jié)構(gòu)相同的第一及第二換熱器組裝在一起，制冷劑分別通過管側(cè)入口進入低壓級和高壓級的氣體冷卻器。工作原理CO2氣體在主壓縮機1中壓縮后壓力升高，經(jīng)(X)2油分離器2將潤滑油分離出來， CO2通過第一換熱器的管側(cè)入口 19流入氣體冷卻器3與從冷卻水箱14來的冷卻水進行熱交換，冷卻后的高溫高壓流體通過截止閥16 (關(guān)閉調(diào)節(jié)閥17)，進入高壓儲液器5，流經(jīng)干燥器6，過濾器7后，再經(jīng)膨脹閥(9)節(jié)流降壓(關(guān)閉調(diào)節(jié)閥18)，或者打開調(diào)節(jié)閥18，關(guān)閉膨脹閥9，工質(zhì)經(jīng)過膨脹機(8)膨脹降壓，然后低溫低壓兩相流體進入CO2蒸發(fā)器10吸熱蒸發(fā)，為防止有未完全蒸發(fā)的液體流入壓縮機造成液擊，(X)2流經(jīng)氣液分離器11后進入(X)2主壓縮機1，完成單級壓縮制冷循環(huán)。冷卻水由水箱14提供，經(jīng)水泵15和截止閥進入氣體冷卻器3殼側(cè)的入口 23，冷卻水回水由氣體冷卻器3殼側(cè)的出口 M接于水箱14。冷凍水由水箱12提供，經(jīng)水泵13和截止閥進入蒸發(fā)器10殼側(cè)的入口 25，冷凍水回水由蒸發(fā)器10殼側(cè)的出口沈接于水箱12。對于兩級壓縮制冷循環(huán)，CO2氣體在主壓縮機1中進行第一次壓縮后，壓力升高到某一中間壓力，經(jīng)(X)2油分離器2將潤滑油分離出來，(X)2通過第一換熱器的管側(cè)入口 19流入氣體冷卻器3與從冷卻水箱14來的冷卻水進行熱交換，冷卻后的高溫高壓流體經(jīng)過調(diào)節(jié)閥17 (關(guān)閉截止閥16)直接進入輔助壓縮機4再次進行壓縮，壓縮到某一高壓壓力，高溫高壓(X)2流體通過第二換熱器的管側(cè)入口 21流入氣體冷卻器3與從冷卻水箱14來的冷卻水進行熱交換，冷卻后的高溫高壓流體進入高壓儲液器5，流經(jīng)干燥器6，過濾器7后，通過打開調(diào)節(jié)閥18 (關(guān)閉膨脹閥9)，工質(zhì)經(jīng)過膨脹機(8)膨脹降壓，然后低溫低壓兩相流體進入 CO2蒸發(fā)器10吸熱蒸發(fā)，為防止有未完全蒸發(fā)的液體流入壓縮機造成液擊，CO2流經(jīng)氣液分離器11后進入(X)2主壓縮機1，完成兩級壓縮循環(huán)。冷卻水由水箱14提供，經(jīng)水泵15和截止閥進入氣體冷卻器3殼側(cè)的入口 23，冷卻水回水由氣體冷卻器3殼側(cè)的出口 M接于水箱 14。冷凍水由水箱12提供，經(jīng)水泵13和截止閥進入蒸發(fā)器10殼側(cè)的入口 25，冷凍水回水由蒸發(fā)器10殼側(cè)的出口沈接于水箱12。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型的結(jié)構(gòu)作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，其特征是包括(X)2主壓縮機、(X)2油分離器、氣體冷卻器、輔助壓縮機、(X)2高壓儲液器、干燥器、過濾器、膨脹機、膨脹閥、(X)2蒸發(fā)器、(X)2汽液分離器、冷凍水箱、冷凍水泵、冷卻水箱、冷卻水泵、截止閥、第一調(diào)節(jié)閥、第二調(diào)節(jié)閥，所述(X)2主壓縮機、CO2油分離器和氣體冷卻器通過閥門依次連接，所述氣體冷卻器分別與冷卻水箱、(X)2高壓儲液器連接，所述(X)2高壓儲液器與干燥器、過濾器、膨脹閥、膨脹機、(X)2蒸發(fā)器和(X)2汽液分離器依次連接，所述氣體冷卻器由兩組結(jié)構(gòu)相同的第一換熱器和第二換熱器構(gòu)成，所述第一換熱器和第二換熱器之間設(shè)有截止閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，其特征是所述CO2油分離器的出口與第一換熱器的管側(cè)入口相接，第一換熱器的管側(cè)出口通過截止閥與ω2高壓儲液器連接，CO2高壓儲液器與干燥器、過濾器、膨脹機或膨脹閥、CO2蒸發(fā)器、CO2汽液分離器依次連接，CO2油分離器再與(X)2主壓縮機相接構(gòu)成單級壓縮制冷系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，其特征是所述CO2油分離器的出口與第一換熱器的管側(cè)入口相接，第一換熱器的管側(cè)出口通過第一調(diào)節(jié)閥與所述輔助壓縮機連接，輔助壓縮機出口與第二換熱器的管側(cè)入口連接，第二換熱器的管側(cè)出口與CO2 高壓儲液器、干燥器、過濾器、膨脹機或膨脹閥、(X)2蒸發(fā)器、(X)2汽液分離器依次連接，CO2油分離器再與(X)2主壓縮機連接構(gòu)成兩級壓縮制冷系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，其特征是所述輔助壓縮機與膨脹機設(shè)為同軸連接。
專利摘要本實用新型涉及一種跨臨界二氧化碳循環(huán)制冷系統(tǒng)，其特征是包括CO2主壓縮機、CO2油分離器、氣體冷卻器、CO2高壓儲液器、干燥器、過濾器、膨脹閥、CO2蒸發(fā)器、CO2汽液分離器、截止閥、所述CO2主壓縮機、CO2油分離器和氣體冷卻器通過閥門依次連接，所述氣體冷卻器與CO2高壓儲液器、干燥器、過濾器、膨脹閥、CO2蒸發(fā)器和CO2汽液分離器依次連接，所述氣體冷卻器由兩組結(jié)構(gòu)相同的第一換熱器和第二換熱器構(gòu)成，所述第一換熱器和第二換熱器之間設(shè)有截止閥。有益效果使用自然工質(zhì)CO2，氣體冷卻器設(shè)為兩組結(jié)構(gòu)相同的換熱器，既可以實現(xiàn)兩級壓縮制冷，也可以實現(xiàn)單級壓縮制冷。
文檔編號F25B9/10GK202254464SQ20112039370
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者楊俊蘭 申請人:天津城市建設(shè)學(xué)院