一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统技术方案

本发明专利技术公开了一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统。包括高温压缩机、低温压缩机、中温蒸发器、低温蒸发器、冷凝蒸发器、地埋管冷凝器、中温气液分离器、低温气液分离器、储液器、油分离器、膨胀阀、电磁阀、流量调节阀、干燥过滤器、单向阀、压力变送器、温度传感器通过管道相互连接而成，所述地埋管冷凝器与中温电磁阀之间设置有流量调节阀，所述中温蒸发器与气液分离器之间依次设置有压力变送器和膨胀阀，所述冷凝蒸发器与中温气液分离器之间设置有压力变送器与单向阀，所述储液器与低温压缩机吸气管路之间设置有电磁阀、压力变送器和膨胀阀，所述低温气液分离器与低温压缩机之间设置有单向阀。本发明专利技术采用单一自然工质CO2作为复叠制冷系统的制冷剂，减小了制冷剂排放对环境的影响。

A cascade refrigeration system using refrigerant with single refrigerant CO2 as refrigerant

The invention discloses a cascade refrigeration system using a single refrigerant CO2 as refrigerant. Including high temperature compressor, low temperature compressor, medium temperature evaporator, cryogenic evaporator, condensing evaporator, buried pipe condenser, medium temperature gas-liquid separator, low temperature gas-liquid separator, liquid storage device, oil separator, expansion valve, electromagnetic valve, flow regulating valve, drying filter, single direction valve, pressure transmitter, temperature sensor. A flow regulating valve is arranged between the buried pipe condenser and the medium temperature electromagnetic valve. The pressure transmitter and the expansion valve are arranged in turn between the medium temperature evaporator and the gas liquid separator. The condensers and the medium temperature gas-liquid separators are provided with a pressure transmitter and a one-way valve. A solenoid valve, a pressure transmitter and an expansion valve are arranged between the suction line of the liquid and the low temperature compressor, and a one-way valve is set between the low temperature gas-liquid separator and the low temperature compressor. The invention adopts a single natural refrigerant CO2 as the refrigerant of the cascade refrigeration system, and reduces the influence of refrigerant emission on the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统
本专利技术涉及环保制冷
，特别是涉及到一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统。
技术介绍
随着我国经济的快速发展、人们生活水平的不断提高以及食品加工业的不断扩大，市场对食品的质量、新鲜度、营养、风味等方面的要求越来越高。冷库是保证食品品质中最为重要的专用建筑物，由于我国大量的果蔬产量和需求量，导致了市场对于冷库需求量的日益增长。在商业冷库由于需要贮藏不同种类的易腐蚀食品，因此需要不同温度的库来满足实际需求。制冷装置是冷库建设中最重要的设备，但如今国际社会面临制冷剂带来的环境污染和制冷装置高能耗等方面的问题，使用环保型制冷剂和减少制冷系统能耗成为了制冷行业发展的主要趋势。目前市场上已有的和新建设的冷库的制冷装置中使用的制冷剂多为氟利昂，为了避免制冷剂泄露对环境造成污染，自然工质成为了制冷剂替代中最重要的选择之一。CO2因其GWP为1，ODP为0，良好的热物性重新成为了人们关注和研究的重点。但由于CO2的临界温度较低(31.1℃)，在温热带气候环境下，CO2系统多数为跨临界循环，且其临界压力高(7.38MPa)，造成系统的运行压力高、节流损失大，系统性能系数低于常规的氟系统，限制了CO2制冷系统的推广。因此，提高CO2制冷系统的性能，成为了CO2系统研究的重要方向。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种CO2/CO2复叠制冷系统，利用地下温度波动小且常年低于CO2临界温度的特点，采用地埋管冷凝器使CO2高温级系统可以实现亚临界循环，从而使整个CO2系统实现亚临界循环，提高了CO2系统效率。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统，所述复叠制冷系统是由高温级装置和低温级装置通过冷凝蒸发器耦合而成的；高温级装置包括高温压缩机、油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一、中温蒸发器和中温气液分离器，高温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一连接，干燥过滤器一连接两个支路，一路经过设置电磁阀一和膨胀阀一的管路连接中温蒸发器，中温蒸发器通过设置压力变送器一、膨胀阀二的管路连接中温气液分离器；另一路经设置流量调节阀一、电磁阀二、膨胀阀三、温度传感器一的管路连接冷凝蒸发器，冷凝蒸发器通过设置压力变送器二和单向阀一的管路连接中温气液分离器；中温气液分离器连接高温压缩机的吸气口；低温级装置包括低温压缩机、储液器、干燥过滤器二和气液分离器；低温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、温度传感器二和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器通过设置电磁阀三的管路连接储液器，冷凝蒸发器通过设置电磁阀九和单向阀三的管路连接储液器，储液器通过设置电磁阀四的管路分别连接干燥过滤器二和电磁阀十一，电磁阀十一通过设置电磁阀十的管路连接地埋管冷凝器和干燥过滤器一，干燥过滤器二通过设置电磁阀五和膨胀阀四的管路连接低温蒸发器，低温蒸发器通过设置压力变送器三的管路分别连接电磁阀六和电磁阀十二，电磁阀六通过管路依次连接气液分离器和单向阀二，电磁阀十二通过设置电磁阀十三的管路分别连接中温气液分离器和膨胀阀二；单向阀二通过管路连接低温压缩机的入口，储液器蒸汽出口通过管路分别连接电磁阀七和电磁阀八，电磁阀七通过设置压力变送器四和膨胀阀五的管路连接低温压缩机的入口，电磁阀八分别连接冷凝蒸发器和温度传感器二。高温压缩机和低温级压缩机为定频或变频的涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机、活塞压缩机中的任一种。所述的膨胀阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流中的任一种。所述的冷凝蒸发器为板式换热器或套管式换热器。所述的地埋管冷凝器为数个双U地埋管换热器或U型套管式换热器相互连接垂直埋入地下。本系统的高、低温级制冷系统均使用自然工质CO2作为制冷剂。本系统有两种循环模式：模式一，两个蒸发器同时开启，提供不同的蒸发温度。在这种模式下，高温级CO2制冷剂在双U型地埋管冷凝器中冷凝后经干燥过滤器干燥，随后分成两路，一路经膨胀阀节流后进入中温蒸发器蒸发吸热，另一路经膨胀阀节流后进入冷凝蒸发器换热，随后两路汇合进入中温气液分离器进行气液分离，分离出的蒸气经压缩机的吸气管路进入高温压缩机，低温低压的气体经压缩机压缩成高温高压的气体后进入双U型地埋管冷凝器冷凝成高温高压的液体，如此完成高温级制冷循环。低温级的CO2制冷剂在冷凝蒸发器中冷凝为高温高压的液体后进入储液器，随后液体制冷剂经干燥过滤器干燥，膨胀阀节流后进入低温蒸发器蒸发吸热，从蒸发器出来的低温低压的气液混合制冷剂经气液分离器分离后，分离出来的气体与经过压力调节阀降压的储液器蒸气混合进入低温压缩机，低温低压的蒸气经压缩机压缩成高温高压的蒸气后进入冷凝蒸发器冷凝成高温高压的液体，如此循环往复，完成低温循环。模式二，两个蒸发器同时开启，提供相同的蒸发温度。在这种模式下，经地埋管冷凝器冷凝的制冷剂液体会分成两路，一路进入高温系统经干燥过滤器干燥后又分成两路，一路经膨胀阀节流后进入中蒸发器蒸发吸入，一路经膨胀阀节流后进入冷凝蒸发器吸收热量；另一路由地埋管冷凝器出来的液体制冷剂通过旁通支路接入低温级，经干燥过滤器干燥，膨胀阀节流后进入低温蒸发器蒸发吸热，从蒸发器出来的气液混合制冷剂经旁通支路与来自冷凝蒸发器和中温蒸发器的制冷剂混合后进入中温气液分离器，分离出的制冷剂蒸气经高温压缩机吸气管进入高温压缩机压缩，从压缩机出来的高温高压的制冷剂气体进入地埋管冷凝器冷凝为液体，完成制冷循环。循环中储液器里的气体利用自然对流经旁通管路进入冷凝蒸发器冷凝成液体后利用有高低位势差的旁通管路回到储液器中。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：(1)使用CO2作为系统制冷剂。由于CO2的GWP为1，ODP为0，是环境友好型制冷剂且具有优良的热物性，相比于常规的制冷系统，直接碳排放基本为0。(2)利用CO2系统运行压力高以及地下温度波动小且常年低于CO2临界温度(31.1℃)的特点，采用地埋管冷凝器使CO2高温级系统可以实现亚临界循环，相比于CO2跨临界循环，CO2系统效率有了较大的提升，提高了整个CO2复叠系统的效率。(3)选用了双U型地埋管，增大了冷凝换热面积，减小了埋藏深度，降低了成本。(4)可以实现单一制冷系统为两个冷库提供高、低温库的贮藏温度，降低工程成本，同时也可实现在某类食品存储量大时，将低温库转变为高温库，满足实际需求。附图说明图1所示为本专利技术复叠制冷系统原理图。图中：1.高温压缩机；2.油分离器；3.双U型地埋管冷凝器；4.干燥过滤器一；5.流量调节阀；6.电磁阀一；7.膨胀阀一；8.中温蒸发器；9.压力变送器一；10.膨胀阀二；11.电磁阀二；12.膨胀阀三；13.温度传感器一；14.冷凝蒸发器；15.压力变送器二；16.单向阀一；17.中温气液分离器；18.低温压缩机；19.油分离器；20.温度传感器二；21.电磁阀三；22.储液器；23.电磁阀四；24.干燥过滤器二；25.电磁阀五；26.膨胀阀四；27.低温蒸发器；28.压力变送器三；29.电磁阀六；30.低温气液分离器；31.单向阀二；32.电磁阀七；33.压力变送器四；34.膨胀阀五；35.电磁阀八；36.电磁阀九；37.单向阀三；38.电磁阀十；3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统，其特征是，所述复叠制冷系统是由高温级装置和低温级装置通过冷凝蒸发器耦合而成的；高温级装置包括高温压缩机、油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一、中温蒸发器和中温气液分离器，高温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一连接，干燥过滤器一连接两个支路，一路经过设置电磁阀一和膨胀阀一的管路连接中温蒸发器，中温蒸发器通过设置压力变送器一、膨胀阀二的管路连接中温气液分离器；另一路经设置流量调节阀一、电磁阀二、膨胀阀三、温度传感器一的管路连接冷凝蒸发器，冷凝蒸发器通过设置压力变送器二和单向阀一的管路连接中温气液分离器；中温气液分离器连接高温压缩机的吸气口；低温级装置包括低温压缩机、储液器、干燥过滤器二和气液分离器；低温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、温度传感器二和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器通过设置电磁阀三的管路连接储液器，冷凝蒸发器通过设置电磁阀九和单向阀三的管路连接储液器，储液器通过设置电磁阀四的管路分别连接干燥过滤器二和电磁阀十一，电磁阀十一通过设置电磁阀十的管路连接地埋管冷凝器和干燥过滤器一，干燥过滤器二通过设置电磁阀五和膨胀阀四的管路连接低温蒸发器，低温蒸发器通过设置压力变送器三的管路分别连接电磁阀六和电磁阀十二，电磁阀六通过管路依次连接气液分离器和单向阀二，电磁阀十二通过设置电磁阀十三的管路分别连接中温气液分离器和膨胀阀二；单向阀二通过管路连接低温压缩机的入口，储液器蒸汽出口通过管路分别连接电磁阀七和电磁阀八，电磁阀七通过设置压力变送器四和膨胀阀五的管路连接低温压缩机的入口，电磁阀八分别连接冷凝蒸发器和温度传感器二。...

【技术特征摘要】
1.一种使用单一工质CO2作制冷剂的复叠制冷系统，其特征是，所述复叠制冷系统是由高温级装置和低温级装置通过冷凝蒸发器耦合而成的；高温级装置包括高温压缩机、油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一、中温蒸发器和中温气液分离器，高温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、地埋管冷凝器、干燥过滤器一连接，干燥过滤器一连接两个支路，一路经过设置电磁阀一和膨胀阀一的管路连接中温蒸发器，中温蒸发器通过设置压力变送器一、膨胀阀二的管路连接中温气液分离器；另一路经设置流量调节阀一、电磁阀二、膨胀阀三、温度传感器一的管路连接冷凝蒸发器，冷凝蒸发器通过设置压力变送器二和单向阀一的管路连接中温气液分离器；中温气液分离器连接高温压缩机的吸气口；低温级装置包括低温压缩机、储液器、干燥过滤器二和气液分离器；低温压缩机的出口通过管道依次与油分离器、温度传感器二和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器通过设置电磁阀三的管路连接储液器，冷凝蒸发器通过设置电磁阀九和单向阀三的管路连接储液器，储液器通过设置电磁阀四的管路分别连接干燥过滤器二和电磁阀十一，电磁阀十一通过设置电磁阀十的管路连接地埋管冷凝器和干燥过滤器一，干燥过滤器二通过设置电磁阀五和膨胀阀四...

【专利技术属性】
技术研发人员：申江，赵瑞杰，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12