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CN109974322B - 一种带膨胀机的双温区单级制冷系统 - Google Patents

一种带膨胀机的双温区单级制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带膨胀机的双温区单级制冷系统，包括主压缩机，主压缩机的制冷剂出口与冷凝器的制冷剂进口相连通；冷凝器的制冷剂出口与储液器的供液入口相连通；储液器的制冷剂出口，分别与经济器的第一制冷剂进口和第二膨胀阀的制冷剂进口相连通；经济器的第一制冷剂出口通过第一膨胀阀与第一蒸发器的制冷剂进口相连通；第二膨胀阀的制冷剂出口与第二蒸发器的制冷剂进口相连通；第一蒸发器的制冷剂出口分别与联动压缩机和主压缩机的制冷剂进口相连通；第二蒸发器的制冷剂出口分别与膨胀机和主压缩机的制冷剂进口相连通。本发明公开的双温区单级制冷系统，可以在使用一套制冷系统对两个不同的温区空间进行制冷时，提高制冷系统的运行能效。

Description

一种带膨胀机的双温区单级制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷系统技术领域，特别是涉及一种带膨胀机的双温区单级制冷系统。
背景技术
目前，对于制冷系统，在制冷应用中，往往存在不同温区(即温度区间)，的场所，例如，存在高温库(即库温高于0度的冷藏库)和低温库(即库温低于-15度的冷藏库)，有时候，为了提高制冷系统的能效水平，需要采用两套制冷系统机组，分别对高温库和低温库进行制冷，但是，这将使得一次投入成本增加；而有时候，为了节约初期投入成本，会用一套制冷系统，来为两个不同温区的冷库进行制冷，这种情况，虽然节省了一次投入成本，却会因为这时候制冷系统中的高温蒸发器的出口存在二次节流，使得制冷系统的能效水平较低。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以在使用一套制冷系统对两个不同的温区(即双温区)空间进行制冷，提高制冷系统的运行能效。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种带膨胀机的双温区单级制冷系统，可以在使用一套制冷系统对两个不同的温区(即双温区)空间进行制冷时，提高制冷系统的运行能效，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种带膨胀机的双温区单级制冷系统，包括主压缩机，主压缩机的制冷剂出口与一个冷凝器的制冷剂进口相连通；
冷凝器的制冷剂出口与储液器的供液入口相连通；
储液器的制冷剂出口，分别与经济器的第一制冷剂进口和第二膨胀阀的制冷剂进口相连通；
经济器的第一制冷剂出口通过第一膨胀阀与第一蒸发器的制冷剂进口相连通；
第二膨胀阀的制冷剂出口，与第二蒸发器的制冷剂进口相连通；
第一蒸发器的制冷剂出口，分别与联动压缩机的制冷剂进口和主压缩机的制冷剂进口相连通；
第二蒸发器的制冷剂出口，分别与膨胀机的制冷剂进口和主压缩机的制冷剂进口相连通。
其中，第一蒸发器和第二蒸发器，分别设置在两个不同温区的制冷空间中；
其中，第一蒸发器所设置制冷空间所需要的制冷温度，低于第二蒸发器所设置制冷空间所需要的制冷温度。
其中，经济器的第一制冷剂进口，还通过依次设置有经济器节流路电磁阀和经济器膨胀阀的管路，与经济器的第二制冷剂进口相连通。
其中，经济器的第二制冷剂出口，通过一条中空的连接管路，与第二蒸发器的制冷剂出口相连通。
其中，第一蒸发器的制冷剂出口与联动压缩机的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有联动压缩机电磁阀；
第一蒸发器的制冷剂出口与主压缩机的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有第一旁路电磁阀。
其中，第二蒸发器的制冷剂出口与膨胀机的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有膨胀机电磁阀；
第二蒸发器的制冷剂出口与主压缩机的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有第二旁路电磁阀。
其中，膨胀机的动力输出端与联动压缩机的动力输入端相连接。
其中，膨胀机的制冷剂出口和联动压缩机的制冷剂出口通过管路相汇流后，与主压缩机的制冷剂进口相连通。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种带膨胀机的双温区单级制冷系统，可以在使用一套制冷系统对两个不同的温区(即双温区)空间进行制冷时，提高制冷系统的运行能效，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种带膨胀机的双温区单级制冷系统中具有的分液装置的结构示意图；
图中：1为主压缩机，2为冷凝器，3为储液器，4为经济器，5为第一蒸发器；
6为第二蒸发器，8为膨胀机，7为联动压缩机，9为经济器节流路电磁阀；
10为经济器膨胀阀，11为第一膨胀阀，12为第二膨胀阀，13为联动压缩机电磁阀，14为膨胀机电磁阀，15为第一旁路电磁阀，16为第二旁路电磁阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种带膨胀机的双温区单级制冷系统，包括主压缩机1，主压缩机1的制冷剂出口与一个冷凝器2的制冷剂进口相连通；
冷凝器2的制冷剂出口与储液器3的供液入口相连通；
储液器3的制冷剂出口，分别与经济器4的第一制冷剂进口和第二膨胀阀12的制冷剂进口相连通；
经济器4的第一制冷剂出口通过第一膨胀阀11与第一蒸发器5(具体为低温蒸发器)的制冷剂进口相连通；
第二膨胀阀12的制冷剂出口，与第二蒸发器6(具体为高温蒸发器)的制冷剂进口相连通；
第一蒸发器5的制冷剂出口，分别与联动压缩机7的制冷剂进口和主压缩机1的制冷剂进口相连通；
第二蒸发器6的制冷剂出口，分别与膨胀机8的制冷剂进口和主压缩机1的制冷剂进口相连通。
在本发明中，具体实现上，第一蒸发器5(具体为低温蒸发器)和第二蒸发器6(具体为高温蒸发器)，分别设置在两个不同温区的制冷空间中，其中，第一蒸发器5所设置制冷空间所需要的制冷温度，低于第二蒸发器6所设置制冷空间所需要的制冷温度。具体可以为：第一蒸发器5(具体为低温蒸发器)设置在中空密封的低温库(即库温低于-15度的冷藏库)中，第二蒸发器6(具体为高温蒸发器)设置在中空密封的高温库(即库温高于0度的冷藏库)中。
在本发明中，具体实现上，经济器4的第一制冷剂进口，还通过依次设置有经济器节流路电磁阀9和经济器膨胀阀10的管路，与经济器4的第二制冷剂进口相连通。
在本发明中，具体实现上，经济器4的第二制冷剂出口，通过一条中空的连接管路，与第二蒸发器6的制冷剂出口相连通。
需要说明的是，对于本发明，对于经济器膨胀阀10，其节流后的制冷剂的压力，与第二蒸发器(即高温蒸发器)6制冷剂出口处的制冷剂压力相等。
在本发明中，具体实现上，第一蒸发器5的制冷剂出口与联动压缩机7的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有联动压缩机电磁阀13；
第一蒸发器5的制冷剂出口与主压缩机1的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有第一旁路电磁阀15。
在本发明中，具体实现上，第二蒸发器6的制冷剂出口与膨胀机8的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有膨胀机电磁阀14；
第二蒸发器6的制冷剂出口与主压缩机1的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有第二旁路电磁阀16。
在本发明中，具体实现上，膨胀机8的动力输出端与联动压缩机7的动力输入端相连接，膨胀机8通过利用第二蒸发器6输出的制冷剂气体，能够膨胀做功转动，进而带动联动压缩机7工作。
需要说明的是，对于本发明，所述膨胀机8为采用现有的膨胀机，例如可以采用专利号为CN201610033139的专利申请记载的涡旋膨胀机，当然，还可以是其他的涡旋膨胀机。所述膨胀机8的主要作用是利用第二蒸发器6出口处的制冷剂膨胀做功，带动联动压缩机7运转。而联动压缩机7的形式多样，可以为现有的任意一种能够与膨胀机进行联动运行的压缩机，例如可以为选用三菱V73系列压缩机，联动压缩机7的主要作用是在膨胀机8带动下，将第一蒸发器5出口处的制冷剂气体进行压缩。具体实现上，膨胀机8和联动压缩机7的联接方案可采用皮带轮联接或联轴器联接等。
在本发明中，具体实现上，膨胀机8的制冷剂出口和联动压缩机7的制冷剂出口通过管路相汇流后，与主压缩机1的制冷剂进口相连通。
在本发明中，具体实现上，主压缩机1可以为常规的制冷系统用压缩机，例如可以采用变频式或多机并联式压缩机，其主要作用为：用于将低温低压的制冷剂气体压缩为高温高压的气体，然后排入冷凝器2；
冷凝器2，其主要用于将高温高压的制冷剂气体具有的热量，排入空气或水等介质中，并完成制冷剂气体的冷凝，冷凝后形成的制冷剂液体会进入储液器3中；
储液器3，用于储存制冷剂液体；制冷剂从储液器3的制冷剂出口流出后，分成两路，其中一路制冷剂直接经第二膨胀阀12节流后，进入第二蒸发器(即高温蒸发器)6中；另一路制冷剂先经过经济器组件(例如包括经济器4、经济器节流路电磁阀9和经济器膨胀阀10)完成进一步过冷后，再经过第一膨胀阀11节流后进入到第一蒸发器(即低温蒸发器)5中；
在本发明中，需要说明的是，第二蒸发器(即高温蒸发器)6内制冷剂的蒸发压力和蒸发温度高，只能维持较高的空间温度，其内的制冷剂通过蒸发吸热，能够对高温库(即库温高于0度的冷藏库)进行制冷降温；
而第一蒸发器(即低温蒸发器)5内制冷剂的蒸发压力和蒸发温度较低，其内的制冷剂通过蒸发吸热，可用于维持较低的空间温度，能够对低温库(即库温低于-15度的冷藏库)进行制冷降温。
在本发明中，具体实现上，第一旁路电磁阀15和第二旁路电磁阀16，可以为现有制冷系统中常见的普通电磁阀，起到对管路的导通或者关闭的作用。
在本发明中，膨胀机8利用第二蒸发器(即高温蒸发器)6的制冷剂出口输出的高温高压气体，来进行膨胀做功转动，进而带动联动压缩机7将第一蒸发器(即低温蒸发器)5制冷剂出口流出的制冷剂气体进行压缩，提升制冷剂气体的压力。
在本发明中，需要说明的是，经济器组件包括经济器节流路电磁阀9，经济器膨胀阀10和经济器4，当进入第一蒸发器(即低温蒸发器)5的制冷剂需要过冷时，由储液器3进入的制冷剂分为两路，其中一路制冷剂经过经济器节流路电磁阀9并在经济器膨胀阀10的作用下节流，从而制造低温的环境，吸收另一路未经节流的制冷剂热量，使其过冷，同时该路制冷剂蒸发进入第二蒸发器(即高温蒸发器)6出口，而经过过冷后的制冷剂，则在第一膨胀阀11的作用下节流后，再进入第一蒸发器(即低温蒸发器)5中；
对于本发明，具体实现上，经济器4是个换热器，通过制冷剂自身节流蒸发吸收热量，从而使另一部分制冷剂得到过冷。
所述经济器4，用于对输送给第一蒸发器(即低温蒸发器)5的制冷剂液体进行再降温，其冷源来自制冷剂节流形成的低温低压制冷剂。
对于本发明，当需要同时对两个不同的温区(例如包括高温库和低温库)进行制冷时，第二蒸发器(即高温蒸发器)6和第一蒸发器(即低温蒸发器)5需要同时工作，关闭第一旁路电磁阀(即低温旁路电磁阀)15和第二旁路电磁阀(即高温旁路电磁阀)16，打开联动压缩机机电磁阀13和膨胀机电磁阀14，由第二蒸发器(即高温蒸发器)6流出的制冷剂和经济器4节流侧的制冷剂在混合后进入膨胀机8中膨胀至一定压力，并带动联动压缩机7工作，膨胀机8带动联动压缩机7工作，从而将第一蒸发器(即低温蒸发器)5的制冷剂出口处的制冷剂压力，压缩至与膨胀机8制冷剂出口处的制冷剂压力相一致的压力范围，这时候，由于第一蒸发器(即低温蒸发器)5出口处的制冷剂被压缩，提升了压力，因此，第一蒸发器(即低温蒸发器)5出口处的制冷剂以及第二蒸发器(即高温蒸发器)6出口处的制冷剂在混合后，所形成的制冷剂的整体压力将进一步提升，从而改善主压缩机在工作时的高低压的压力比，能够在只采用一套制冷系统的前提下，提高制冷系统的运行能效。
需要说明的是，该膨胀机8的制冷剂出口处的制冷剂压力小于第二蒸发器(即高温蒸发器)6的制冷剂出口压力，但是高于第一蒸发器(即低温蒸发器)5的制冷剂出口处的制冷剂压力；
对于本发明，当需要只对高温库进行制冷时，只有第二蒸发器(即高温蒸发器)6工作，打开第二旁路电磁阀(即高温旁路电磁阀)16，第一旁路电磁阀(即低温旁路电磁阀)15、膨胀机电磁阀14和联动压缩机电磁阀13，由第二蒸发器(即高温蒸发器)流出的制冷剂，直接进入压缩机1中，形成了整个制冷循环。
对于本发明，当需要只对低温库进行制冷时，只有第一蒸发器(即低温蒸发器)5工作，打开第一旁路电磁阀(即低温旁路电磁阀)15，关闭第二旁路电磁阀(即高温旁路电磁阀)16、膨胀机电磁阀14和联动压缩机电磁阀13，由第一蒸发器(即低温蒸发器)5流出的制冷剂，直接进入压缩机1中，形成了整个制冷循环。
需要说明的是，对于本发明，其提供的带膨胀机的双温区单级制冷系统，通过增加膨胀机作用，能够有效利用第二蒸发器(即高温蒸发器)出口处流出的高温制冷剂，通过利用高温制冷剂的膨胀，来带动第一蒸发器(即低温蒸发器)出口处的制冷剂被压缩，从而使得主压缩机入口处的制冷剂在混合后，压力有所提升，从而改善主压缩机在工作时的高低压的压力比，能够在只采用一套制冷系统的前提下，提高制冷系统的运行能效。
因此，对于本发明，相比于传统将第二蒸发器(即高温蒸发器)出口的制冷剂进行无效节流(即二次节流)的方式相比，本发明能够有效利用高温制冷剂在膨胀时产生的功，提高主压缩机入口处的制冷剂压力，从而提高了整个质量系统的运行能效。
此外，对于本发明提供的制冷系统，其还可以通过增加旁路的方式，可满足单一温区的制冷需要。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种带膨胀机的双温区单级制冷系统，可以在使用一套制冷系统对两个不同的温区(即双温区)空间进行制冷时，提高制冷系统的运行能效，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种带膨胀机的双温区单级制冷系统，其特征在于，包括主压缩机（1），主压缩机（1）的制冷剂出口与一个冷凝器（2）的制冷剂进口相连通；
冷凝器（2）的制冷剂出口与储液器（3）的供液入口相连通；
储液器（3）的制冷剂出口，分别与经济器（4）的第一制冷剂进口和第二膨胀阀（12）的制冷剂进口相连通；
经济器（4）的第一制冷剂出口通过第一膨胀阀（11）与第一蒸发器（5）的制冷剂进口相连通；
第二膨胀阀（12）的制冷剂出口，与第二蒸发器（6）的制冷剂进口相连通；
第一蒸发器（5）的制冷剂出口，分别与联动压缩机（7）的制冷剂进口和主压缩机（1）的制冷剂进口相连通；
第二蒸发器（6）的制冷剂出口，分别与膨胀机（8）的制冷剂进口和主压缩机（1）的制冷剂进口相连通；
第一蒸发器（5）和第二蒸发器（6），分别设置在两个不同温区的制冷空间中；
第一蒸发器（5）所设置制冷空间所需要的制冷温度，低于第二蒸发器（6）所设置制冷空间所需要的制冷温度；
膨胀机（8）的动力输出端与联动压缩机（7）的动力输入端相连接；
膨胀机（8）的制冷剂出口和联动压缩机（7）的制冷剂出口通过管路相汇流后，与主压缩机（1）的制冷剂进口相连通；
膨胀机（8）用于通过利用第二蒸发器（6）制冷剂出口处流出的高温制冷剂的膨胀，来带动第一蒸发器（5）制冷剂出口处的制冷剂被压缩，从而使得主压缩机（1）制冷剂进口处的制冷剂在混合后，压力有所提升，从而改善主压缩机（1）在工作时的高低压的压力比。
2.如权利要求1所述的带膨胀机的双温区单级制冷系统，其特征在于，经济器（4）的第一制冷剂进口，还通过依次设置有经济器节流路电磁阀（9）和经济器膨胀阀（10）的管路，与经济器（4）的第二制冷剂进口相连通。
3.如权利要求1所述的带膨胀机的双温区单级制冷系统，其特征在于，经济器（4）的第二制冷剂出口，通过一条中空的连接管路，与第二蒸发器（6）的制冷剂出口相连通。
4.如权利要求1所述的带膨胀机的双温区单级制冷系统，其特征在于，第一蒸发器（5）的制冷剂出口与联动压缩机（7）的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有压缩机电磁阀（13）；
第一蒸发器（5）的制冷剂出口与主压缩机（1）的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有第一旁路电磁阀（15）。
5.如权利要求1所述的带膨胀机的双温区单级制冷系统，其特征在于，第二蒸发器（6）的制冷剂出口与膨胀机（8）的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有膨胀机电磁阀（14）；
第二蒸发器（6）的制冷剂出口与主压缩机（1）的制冷剂进口之间的连接管路上，设置有第二旁路电磁阀（16）。
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