CN201229082Y - 自然工质超市制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自然工质超市制冷系统，旨在提供一种能够为超级市场的食品冷冻、冷藏保鲜提供冷源的制冷系统。由高温循环侧、中温循环侧和低温循环侧组成。高温循环侧为亚临界循环，R290为制冷工质，包括R290压缩机、R290冷凝器、R290储液器、低温R290电子膨胀阀、冷凝蒸发器、中温R290电子膨胀阀和冷却器。低温循环侧为CO₂制冷循环，CO₂为制冷剂，包括CO₂压缩机、冷凝蒸发器、CO₂储液器、CO₂膨胀阀和CO₂蒸发器。中温循环侧为CO₂载冷循环，CO₂液体为载冷剂，包括CO₂供液泵、冷却器、CO₂调节阀和CO₂换热器。本实用新型的制冷系统采用绿色自然工质CO₂和R290，结构简单，操作方便，高效节能，方便控制，安全可靠。

Description

自然工质超市制冷系统

技术领域

本实用新型涉及一种为超级市场的食品冷冻、冷藏保鲜提供冷源的自然工质制冷系统。

背景技术

我国是人口大国，随着人们生活水平的提高，人们对食品的质量要求不断提高，超市的规模得到迅速发展，超市的能源消耗量较大，而其中近50％的能量消耗于制冷系统。目前，超市的食品冷冻冷藏制冷系统，仍在使用对环境有害的CFCs和HCFCs制冷工质。CFCs和HCFCs不仅破坏大气臭氧层，而且会产生严重的温室效应。根据“蒙特利尔议定书”及其修正案的规定，发达国家目前已停止使用CFCs，而HCFCs的使用期限是2030年。发展中国家可以延缓十年禁用。为构建和谐型和节约型的社会，给子孙后代留下一个可供生存、可持续发展的环境空间，需要积极开发环保节能型的超市制冷系统，以满足未来超市制冷的需要。在超市制冷系统中，为保证食品的冷冻和冷藏保鲜，可以采用自然工质制冷系统。许多国家大力研究开发自然工质环保型制冷系统。R290/CO2复叠式制冷系统在超市制冷系统的应用研究成为人们关注的方向。但研究人员提出的自然工质环保型制冷系统，只是从理论上进行热力性能分析，并没有提出具体实施的技术方案。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种能够为超级市场的食品冷冻、冷藏保鲜提供冷源，而且，结构简单，操作方便，环保节能的自然工质制冷系统。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种自然工质超市制冷系统，其特征是，由高温循环侧、中温循环侧和低温循环侧组成，所述高温循环侧为亚临界循环，采用R290为制冷工质，包括R290压缩机、R290冷凝器、R290储液器、低温R290电子膨胀阀、冷凝蒸发器、中温R290电子膨胀阀和冷却器，R290压缩机的出口与R290冷凝器的入口连接，R290冷凝器的出口与R290储液器的入口连接，R290储液器的出口分为两路，一路经低温R290电子膨胀阀与冷凝蒸发器的管侧入口连接，另一路经中温R290电子膨胀阀与冷却器的管侧入口连接，冷凝蒸发器的管侧出口与冷却器的管侧出口并联后与R290压缩机的入口连接；所述低温循环侧为CO₂制冷循环，以CO₂为制冷剂，包括CO₂压缩机、冷凝蒸发器、CO₂储液器、CO₂膨胀阀和CO₂蒸发器，CO₂压缩机的出口与冷凝蒸发器的壳侧入口连接，冷凝蒸发器的壳侧出口与CO₂储液器的入口连接，CO₂储液器的出口与CO₂膨胀阀的入口连接，CO₂膨胀阀的出口与CO₂蒸发器的入口连接，CO₂蒸发器的出口与CO₂压缩机的入口连接；所述中温循环侧为CO₂载冷循环，以CO₂液体为载冷剂，包括CO₂供液泵、冷却器、CO₂调节阀和CO₂换热器，CO₂供液泵的出口与冷却器的壳侧入口连接，冷却器的壳侧出口与CO₂调节阀的入口连接，CO₂调节阀的出口与CO₂换热器的入口连接，CO₂换热器的出口与CO₂供液泵的入口连接。

在低温循环侧，当使用多组CO₂蒸发器时，CO₂储液器的出口分别与多个CO₂膨胀阀的入口连接，每个CO₂膨胀阀的出口与一组CO₂蒸发器的入口连接，多个CO₂蒸发器的出口并联后与CO₂压缩机的入口连接。

在中温循环侧，当使用多组CO₂换热器时，冷却器的壳侧出口分别与多个CO₂调节阀的入口连接，每个CO₂调节阀的出口与一组CO₂换热器的入口连接，多组CO₂换热器的出口并联后与CO₂供液泵的入口连接。

本实用新型的制冷系统中的连接管路为铜管，连接方式为焊接。R290冷凝器为空气冷却式冷凝器，冷凝蒸发器与冷却器采用板式换热器。CO₂蒸发器采用铝翅片铜盘管式换热器。

本实用新型具有下述技术效果：

本实用新型的超市制冷系统采用绿色自然工质R290和CO₂，R290(丙烷)具有优良的热力性能，价格低廉，与普通润滑油和机械结构材料具有兼容性，ODP＝0，GWP很小，与传统制冷剂制冷系统相比，R290传热性能好，流动阻力小，功耗小，不需要合成，不改变自然界碳氢化合物的含量，对温室效应没有直接影响；R290的主要物理性质与R22极其相近，可以不对R22原机和生产线进行改造，直接灌装丙烷，属于直接替代物。CO₂是一种对环境无害的自然界天然存在的物质，ODP＝0，GWP＝1，具有优良的经济性，良好的安全性和化学稳定性。无毒、不燃，适应各种润滑油及常用机械零部件材料，具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质。CO₂的蒸发潜热较大，单位容积制冷量高。CO₂作为超市低温制冷工质和中温载冷剂有很多优势，CO₂液体在低温下粘性小，流动阻力小，管路尺寸小、泵能耗低。CO₂导热性好，换热效率高，对制冷设备没有腐蚀，特别是对食品没有污染，CO₂作为超市低温制冷工质和中温载冷剂，很有发展前景

本实用新型的自然工质超市制冷系统，结构简单，操作方便，环保节能，方便控制，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型自然工质超市制冷系统的示意图。

其中：1-R290压缩机；2-R290冷凝器；3-R290储液器；4-低温R290电子膨胀阀；5-冷凝蒸发器；6-中温R290电子膨胀阀；7-冷却器；8-CO₂压缩机；9-CO₂储液器；10-CO₂膨胀阀；11-CO₂蒸发器；12-CO₂供液泵；13-CO₂换热器；14-CO₂调节阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型详细说明。

图1为本实用新型自然工质超市制冷系统的示意图，由高温循环侧、中温循环侧和低温循环侧组成。所述高温循环侧为亚临界循环，采用R290为制冷工质，包括R290压缩机1、R290冷凝器2、R290储液器3、低温R290电子膨胀阀4、冷凝蒸发器5、中温R290电子膨胀阀6和冷却器7，R290压缩机1的出口与R290冷凝器2的入口连接，R290冷凝器2的出口与R290储液器3的入口连接，R290储液器3的出口分为两路，一路经低温R290电子膨胀阀4与冷凝蒸发器5的管侧入口连接，另一路经中温R290电子膨胀阀6与冷却器7的管侧入口连接，冷凝蒸发器5的管侧出口与冷却器7的管侧出口并联后与R290压缩机1的入口连接。所述低温循环侧为CO₂制冷循环，以CO₂为制冷剂，包括CO₂压缩机8、冷凝蒸发器5、CO₂储液器9、CO₂膨胀阀10和CO₂蒸发器11，CO₂压缩机1的出口与冷凝蒸发器5的壳侧入口连接，冷凝蒸发器5的壳侧出口与CO₂储液器9的入口连接，CO₂储液器9的出口与CO₂膨胀阀10的入口连接，CO₂膨胀阀10的出口与CO₂蒸发器11的入口连接，CO₂蒸发器11的出口与CO₂压缩机1的入口连接。所述中温循环侧为CO₂载冷循环，以CO₂液体为载冷剂，包括CO₂供液泵12、冷却器7、CO₂调节阀14和CO₂换热器13，CO₂供液泵12的出口与冷却器7的壳侧入口连接，冷却器7的壳侧出口与CO₂调节阀14的入口连接，CO₂调节阀14的出口与CO₂换热器13的入口连接，CO₂换热器13的出口与CO₂供液泵12的入口连接。

在低温循环侧，当使用多组CO₂蒸发器时，CO₂储液器的出口分别与多个CO₂膨胀阀的入口连接，每个CO₂膨胀阀的出口与一组CO₂蒸发器的入口连接，多个CO₂蒸发器的出口并联后与CO₂压缩机的入口连接。

在中温循环侧，当使用多组CO₂换热器时，冷却器的壳侧出口分别与多个CO₂调节阀的入口连接，每个CO₂调节阀的出口与一组CO₂换热器的入口连接，多组CO₂换热器的出口并联后与CO₂供液泵的入口连接。

R290气体在R290压缩机1中压缩后压力升高，高温高压的R290气体在R290冷凝器2中冷凝后，进入R290储液器3，从R290储液器3出来的液体分为两路，一路经低温R290电子膨胀阀4节流降压成低温低压的R290液体后在冷凝蒸发器5中与CO₂气体进行热交换吸收热量蒸发，另一路经中温R290电子膨胀阀6节流降压后在冷却器7中与中温循环的CO₂液体进行热交换吸收热量蒸发。冷凝蒸发器5出来的R290气体与冷却器7出来的R290气体混合后进入R290压缩机1，完成R290高温循环。CO₂气体在CO₂压缩机8中压缩后压力升高，高温高压的CO₂气体在冷凝蒸发器5中与R290进行热交换，放出热量冷凝成CO₂液体后进入CO₂储液器9，从CO₂储液器9出来的CO₂液体经CO₂膨胀阀10节流降压成为低温低压液体后进入CO₂蒸发器11，在CO₂蒸发器11中吸收被冷冻保鲜的食品热量，蒸发成低温低压气体后，进入CO₂压缩机8，完成CO₂低温循环。中温的CO₂液体经CO₂供液泵12加压后，进入冷却器7与R290进行热交换，温度降低后的CO₂液体进入CO₂调节阀14中，经过供液量调节进入CO₂换热器13，在CO₂换热器13中吸收被冷藏保鲜食品的热量，温度升高后的CO₂液体进入CO₂供液泵12，完成中温CO₂载冷剂循环。R290高温循环、CO₂低温循环和CO₂中温循环构成的复叠式自然工质环保型制冷系统，为食品的冷冻冷藏提供了冷源。

R290无毒无味，但它是一种易爆气体，爆炸极限范围在0.038-0.171kg/m³，自燃点为470℃，R290比空气重，所以聚集在较低层，R290有一定的可燃性，制冷系统的结构应紧凑，设有密度检测仪和通风设施，制冷系统的管路采用铜管，为减少制冷剂的泄漏，所有的连接处采用焊接，R290冷凝器为空气冷却式冷凝器，放置在超市的室外或是屋顶。冷凝蒸发器5与冷却器7采用板式蒸发器。CO₂作为低温制冷循环的制冷剂用于食品的冷冻，CO₂作为中温循环的载冷剂用于食品的冷藏，循环管路用铜管，焊接连接，由于在脂类润滑油中CO₂有很好地相溶性，低温系统不设油分离器，利用高速流动的CO₂气体将油带回压缩机。CO₂蒸发器11可采用铝翅片铜盘管式换热器，管路直径10mm。

以下是利用本实用新型所做的实施例实验结果。

表中所示的是某超市的食品冷冻和冷藏制冷系统实施例实验结果情况。

实施例1：

 

循环	冷凝温度℃	蒸发温度℃	进液温度℃	供液温度℃	泵耗功kW	压缩机功率kW	冷凝器电风扇耗功kW	制冷负荷kW
									R290高温	30	-14				10	0.5	33
CO2低温	-12	-32				1.6		10
									CO2中温			-11	-7	0.2			21

实施例2：

 

循环	冷凝温度℃	蒸发温度℃	进液温度℃	供液温度℃	泵耗功kW	压缩机功率kW	冷凝器电风扇耗功kW	制冷负荷kW
									R290高温	35	-14				12	0.5	33
CO2低温	-12	-32				1.6		10
									CO2中温			-11	-7	0.2			21

利用本实用新型的自然工质环保型制冷系统可以作为大中型超市的食品冷冻和冷藏保鲜的冷源。在冷冻保鲜柜内可以提供-28℃到-25℃的低温温度环境，在冷藏保鲜柜内可以提供-2℃到+3℃的中温温度环境。根据不同的食品储存的需要，通过调节进入保鲜柜前的阀门开启度的大小，控制进入保鲜柜内的CO₂流量，来调节保鲜柜内的温度，适应不同食品保鲜温度的需要。

尽管参照实施例对所公开的涉及一种自然工质超市制冷循环系统进行了特别描述，以上描述的实施例是说明性的而不是限制性的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，所有的变化和修改都在本实用新型的范围之内。

Claims (6)

1.一种自然工质超市制冷系统，其特征是，由高温循环侧、中温循环侧和低温循环侧组成，所述高温循环侧为亚临界循环，采用R290为制冷工质，包括R290压缩机、R290冷凝器、R290储液器、低温R290电子膨胀阀、冷凝蒸发器、中温R290电子膨胀阀和冷却器，R290压缩机的出口与R290冷凝器的入口连接，R290冷凝器的出口与R290储液器的入口连接，R290储液器的出口分为两路，一路经低温R290电子膨胀阀与冷凝蒸发器的管侧入口连接，另一路经中温R290电子膨胀阀与冷却器的管侧入口连接，冷凝蒸发器的管侧出口与冷却器的管侧出口并联后与R290压缩机的入口连接；所述低温循环侧为CO₂制冷循环，以CO₂为制冷剂，包括CO₂压缩机、冷凝蒸发器、CO₂储液器、CO₂膨胀阀和CO₂蒸发器，CO₂压缩机的出口与冷凝蒸发器的壳侧入口连接，冷凝蒸发器的壳侧出口与CO₂储液器的入口连接，CO₂储液器的出口与CO₂膨胀阀的入口连接，CO₂膨胀阀的出口与CO₂蒸发器的入口连接，CO₂蒸发器的出口与CO₂压缩机的入口连接；所述中温循环侧为CO₂载冷循环，以CO₂液体为载冷剂，包括CO₂供液泵、冷却器、CO₂调节阀和CO₂换热器，CO₂供液泵的出口与冷却器的壳侧入口连接，冷却器的壳侧出口与CO₂调节阀的入口连接，CO₂调节阀的出口与CO₂换热器的入口连接，CO₂换热器的出口与CO₂供液泵的入口连接。

2.根据权利要求1所述的自然工质超市制冷系统，其特征是，在低温循环侧，当使用多组CO₂蒸发器时，CO₂储液器的出口分别与多个CO₂膨胀阀的入口连接，每个CO₂膨胀阀的出口与一组CO₂蒸发器的入口连接，多个CO₂蒸发器的出口并联后与CO₂压缩机的入口连接。

3.根据权利要求1所述的自然工质超市制冷系统，其特征是，在中温循环侧，当使用多组CO₂换热器时，冷却器的壳侧出口分别与多个CO₂调节阀的入口连接，每个CO₂调节阀的出口与一组CO₂换热器的入口连接，多组CO₂换热器的出口并联后与CO₂供液泵的入口连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的自然工质超市制冷系统，其特征是，连接管路为铜管，连接方式为焊接。

5.根据权利要求4所述的自然工质超市制冷系统，其特征是，R290冷凝器为空气冷却式冷凝器，冷凝蒸发器与冷却器采用板式换热器。

6.根据权利要求5所述的自然工质超市制冷系统，其特征是，CO₂蒸发器采用铝翅片铜盘管式换热器。

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