CN111174455A - 跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***及其使用方法，包括适于对二氧化碳工质进行双级压缩的压缩制冷回路和适于制冷***的换热器进行除霜的除霜回路。压缩制冷回路包括依次相连以适于二氧化碳工质流通的高压级压缩机、气冷器组、回热器、第一降压结构、室内换热器组、储液器和低压级压缩机；除霜回路包括依次相连的以适于二氧化碳工质流通低压级压缩机、室内换热器组、储液器和除霜蒸发器；本发明可在提高除霜性能的同时还能降低能源消耗。

Description

跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***及其使用方法
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***及其使用方法。
背景技术
对于蒸汽压缩式制冷***在零摄氏度以下环境中出现的结霜现象，是影响制冷***性能和稳定运行的重要问题。目前，冷冻冷藏行业主要是以电加热的形式进行除霜作业，对于电加热的除霜方式来说，不仅除霜效果一般，而且相应的能耗也较高，特别是针对二氧化碳工质的双级压缩***来说，***内部压力较高，高压侧和低压侧压力差很大，使用传统的利用四通换向阀转变工质走向进行除霜的方法较难实现。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，以解决优化除霜效果且降低能耗的技术问题。
本发明的第二目的是提供一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***的使用方法，以解决优化除霜效果且降低能耗的技术问题。
本发明的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***是这样实现的：
一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，包括：
压缩制冷回路，所述压缩制冷回路包括依次相连以适于二氧化碳工质流通的高压级压缩机、气冷器组、回热器、第一降压结构、室内换热器组、储液器和低压级压缩机；其中所述低压级压缩机还与所述回热器相连且所述回热器与所述高压级压缩机连接以使所述压缩制冷回路形成循环回路；
除霜回路，所述除霜回路包括依次相连的以适于二氧化碳工质流通所述低压级压缩机、所述室内换热器组、所述储液器和除霜蒸发器；其中的所述储液器还通过第三降压结构与所述低压级压缩机相连以使从储液器中分离产生的气相二氧化碳工质回入低压级压缩机；以及所述除霜蒸发器还与所述低压级压缩机相连以使从储液器中分离产生的液相二氧化碳工质通过第二降压结构后再经除霜蒸发器相变为气相二氧化碳工质再回入低压级压缩机。
在本发明较佳的实施例中，所述第一降压结构设于所述压缩制冷回路的回热器与室内换热器组之间的流通管路上；以及在所述压缩制冷回路的回热器与室内换热器组之间的流通管路上还设有第一控制阀门；其中
所述第一控制阀设于所述第一降压结构与回热器之间。
在本发明较佳的实施例中，在所述压缩制冷回路的储液器与低压级压缩机之间的流通管路上设有第二控制阀门。
在本发明较佳的实施例中，在所述除霜回路的低压级压缩机与室内换热器组之间的流通管路设有第三控制阀门。
在本发明较佳的实施例中，所述第二降压结构设于所述除霜回路的储液器与除霜蒸发器之间的流通管路上，且在所述除霜回路的储液器与除霜蒸发器之间的流通管路上还设有第四控制阀门；其中
所述第四控制阀门设于所述第二降压结构与储液器之间。
在本发明较佳的实施例中，所述第三降压结构设于所述除霜回路的储液器与低压级压缩机之间的流通管路上，且在所述除霜回路的储液器与低压级压缩机之间的流通管路上还设有一单向阀；其中
所述单向阀设于所述第三降压结构与低压级压缩机之间。
在本发明较佳的实施例中，所述气冷器组包括至少一台气体冷却器；以及
所述室内换热器组包括至少一台室内换热器。
在本发明较佳的实施例中，所述气冷器组包括并联设置的两台或两台以上的气体冷却器。
在本发明较佳的实施例中，所述室内换热器组包括并联设置的两台或两台以上的室内换热器。
本发明的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***的使用方法是这样实现的：
一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***的使用方法，采用所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***；包括：
压缩制冷回路运行，***内的二氧化碳工质通过高压级压缩机进入气冷器组的降温后经回热器进行热量交换，然后经第一降压结构进入室内换热器组相变，对相变后的气相或两相态二氧化碳工质进入储液器进行气液分离，分离后的气态二氧化碳工质再回到低压级压缩机，完成二氧化碳工质的双级压缩；
除霜回路运行，***内的二氧化碳工质通过低压级压缩机的压缩后进入室内换热器组放热融霜，经室内换热器组冷却后的二氧化碳工质进入储液器进行气液分离，对经储液器气液分离出来的气相二氧化碳工质则通过第三降压结构直接进入低压级压缩机的压缩腔补气增焓；而对经储液器分离出来的液相二氧化碳工质则通过第二降压结构进入除霜蒸发器相变后变为气相二氧化碳工质，随后气相二氧化碳工质返回低压级压缩机，完成除霜过程。
本发明的有益效果是：本发明的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***及其使用方法，利用对跨临界二氧化碳工质双级压缩的压缩制冷回路的结构中低压侧压力较低的优势，可提高***除霜过程的安全性，另外通过除霜回路的补气增焓作用，可增强除霜回路的除霜性能，在提高除霜效率的同时还能降低能耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***的整体结构示意图。
图中：高压级压缩机1、气体冷却器2、回热器3、第一控制阀门4、第一降压结构5、室内换热器6、储液器7、第二控制阀门8、低压级压缩机9、第三控制阀门10、第三降压结构11、单向阀12、第四控制阀门13、第二降压结构14、除霜蒸发器15。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，适用于冷冻、冷链或冷藏等用冷行业。具体包括：适于对二氧化碳工质进行双级压缩的压缩制冷回路和适于制冷***的室内换热器进行除霜的除霜回路。
详细来说，压缩制冷回路包括依次相连以适于二氧化碳工质流通的高压级压缩机1、气冷器组、回热器3、第一降压结构5、室内换热器组、储液器7和低压级压缩机9；其中低压级压缩机9还与回热器3相连且回热器3与高压级压缩机1连接以使压缩制冷回路形成循环回路。
除霜回路包括依次相连的以适于二氧化碳工质流通低压级压缩机9、室内换热器组、储液器7和除霜蒸发器15；其中的储液器7还通过第三降压结构11与低压级压缩机9相连以使从储液器7中分离产生的气相二氧化碳工质回入低压级压缩机9；以及除霜蒸发器15还与低压级压缩机9相连以使从储液器7中分离产生的液相二氧化碳工质通过第二降压结构14后再经除霜蒸发器15相变为气相二氧化碳工质再回入低压级压缩机9。
对于本实施例涉及的低压级压缩机9和高压级压缩机1均可采用例如但不限于离心式压缩机或容积式压缩机的一种。
综上也就是说，对于压缩制冷回路和除霜回路共用了低压级压缩机9、室内换热器组和储液器7这三个器件结构，使得采用本实施例的压缩制冷回路对跨临界二氧化碳工质进行双级压缩时可利用压缩制冷回路的结构中低压侧压力较低的优势，可提高***除霜过程的安全性，另外通过除霜回路的补气增焓作用，可增强除霜回路的除霜性能，在提高除霜效率的同时还能降低能耗，不仅可以满足用户的用冷需求，而且可以快速高效的解决室内换热器的结霜问题，从而在整体上实现跨临界二氧化碳双级压缩制冷***的高效稳定运行。
对于上述具体的压缩制冷回路和除霜回路的切换控制是这样实现的：
首先，第一降压结构5设于压缩制冷回路的回热器3与室内换热器组之间的流通管路上，且该流通管路上海设有第一控制阀门4；其中第一控制阀设于第一降压结构5与回热器3之间。在压缩制冷回路的储液器7与低压级压缩机9之间的流通管路上设有第二控制阀门8。
其次，在除霜回路的低压级压缩机9与室内换热器组之间的流通管路设有第三控制阀门10。第二降压结构14设于除霜回路的储液器7与除霜蒸发器15之间的流通管路上，且该流通管路上还设有第四控制阀门13；其中第四控制阀门13设于第二降压结构14与储液器7之间。
再次，第三降压结构11设于除霜回路的储液器7与低压级压缩机9之间的流通管路上，且该流通管路上还设有一个单向阀12；其中单向阀12设于第三降压结构11与低压级压缩机9之间。
需要另外加以说明的是，对于本实施例的第一降压结构5、第二降压结构14和第三降压结构11均可采用例如但不限于膨胀阀和膨胀机，以起到降压作用。具体是采用膨胀阀还是膨胀机还是其它类似的结构，本实施例不做绝对限定。
实际在使用过程中，需要运行压缩制冷回路时，具体是关闭除霜回路上的第三控制阀门10和第四控制阀门13，同时开启压缩制冷回路上第一控制阀门4和第二控制阀门8。而需要运行除霜回路时，具体是关闭压缩制冷回路上第一控制阀门4和第二控制阀门8，同时开启除霜回路上的第三控制阀门10和第四控制阀门13。
需要说明的是，对于本实施例气冷器组来说包括至少一台气体冷却器2；以及室内换热器组包括至少一台室内换热器6。此处结合本实施例的附图，仅仅一一台气体冷却器2和一台室内换热器6为例。实际上可以根据现实情况均为多台结构。而当气冷器组和室内换热器组均为不止一台时，即为两台或两台以上的情况，这时，两台或两台以上的气体冷却器2相互之间为并联结构，以及两台或两台以上的室内换热器6相互之间也为并联结构。
实施例2：
在实施例1的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***的基础上，本实施例提供了一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***的使用方法，具体是采用实施例1的采用跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***；包括两个回路过程：具体为压缩制冷回路运行和除霜回路运行。
对于压缩制冷回路的运行，关闭除霜回路上的第三控制阀门10和第四控制阀门13，同时开启压缩制冷回路上第一控制阀门4和第二控制阀门8，使得***内的二氧化碳工质通过高压级压缩机1进入气冷器组的降温后经回热器3进行热量交换，并通过第一降压结构5的节流降压后进入室内换热器6相变吸收室内热量，对相变后的气相或两相态二氧化碳工质进入储液器7进行气液分离，分离后的气态二氧化碳工质再回到低压级压缩机9，完成二氧化碳工质的双级压缩的循环过程。
除霜回路运行，关闭压缩制冷回路上第一控制阀门4和第二控制阀门8，同时开启除霜回路上的第三控制阀门10和第四控制阀门13，使得***内的二氧化碳工质通过低压级压缩机9的压缩后进入室内换热器6放热融霜，经室内换热器6冷却后的二氧化碳工质进入储液器7进行气液分离，对经储液器7气液分离出来的气相二氧化碳工质则通过第三降压结构11和单向阀12再直接进入低压级压缩机9的压缩腔补气增焓来提高融霜性能。而对经储液器7分离出来的液相二氧化碳工质则通过第四控制阀门13和第二降压结构14后进入除霜蒸发器15相变吸热后变为气相二氧化碳工质，随后气相二氧化碳工质返回低压级压缩机9，如此即完成除霜的循环过程。
在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，包括：
压缩制冷回路，所述压缩制冷回路包括依次相连以适于二氧化碳工质流通的高压级压缩机、气冷器组、回热器、第一降压结构、室内换热器组、储液器和低压级压缩机；其中所述低压级压缩机还与所述回热器相连且所述回热器与所述高压级压缩机连接以使所述压缩制冷回路形成循环回路；
除霜回路，所述除霜回路包括依次相连的以适于二氧化碳工质流通所述低压级压缩机、所述室内换热器组、所述储液器和除霜蒸发器；其中的所述储液器还通过第三降压结构与所述低压级压缩机相连以使从储液器中分离产生的气相二氧化碳工质回入低压级压缩机；以及所述除霜蒸发器还与所述低压级压缩机相连以使从储液器中分离产生的液相二氧化碳工质通过第二降压结构后再经除霜蒸发器相变为气相二氧化碳工质再回入低压级压缩机。
2.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，所述第一降压结构设于所述压缩制冷回路的回热器与室内换热器组之间的流通管路上；以及在所述压缩制冷回路的回热器与室内换热器组之间的流通管路上还设有第一控制阀门；其中
所述第一控制阀设于所述第一降压结构与回热器之间。
3.根据权利要求2所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，在所述压缩制冷回路的储液器与低压级压缩机之间的流通管路上设有第二控制阀门。
4.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，在所述除霜回路的低压级压缩机与室内换热器组之间的流通管路设有第三控制阀门。
5.根据权利要求4所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，所述第二降压结构设于所述除霜回路的储液器与除霜蒸发器之间的流通管路上，且在所述除霜回路的储液器与除霜蒸发器之间的流通管路上还设有第四控制阀门；其中
所述第四控制阀门设于所述第二降压结构与储液器之间。
6.根据权利要求5所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，所述第三降压结构设于所述除霜回路的储液器与低压级压缩机之间的流通管路上，且在所述除霜回路的储液器与低压级压缩机之间的流通管路上还设有一单向阀；其中
所述单向阀设于所述第三降压结构与低压级压缩机之间。
7.根据权利要求1～6任一项所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，所述气冷器组包括至少一台气体冷却器；以及
所述室内换热器组包括至少一台室内换热器。
8.根据权利要求7所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，所述气冷器组包括并联设置的两台或两台以上的气体冷却器。
9.根据权利要求7所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***，其特征在于，所述室内换热器组包括并联设置的两台或两台以上的室内换热器。
10.一种跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***的使用方法，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的跨临界二氧化碳双级压缩制冷和除霜***；包括：
压缩制冷回路运行，***内的二氧化碳工质通过高压级压缩机进入气冷器组的降温后经回热器进行热量交换，然后经第一降压结构进入室内换热器组相变，对相变后的气相或两相态二氧化碳工质进入储液器进行气液分离，分离后的气态二氧化碳工质再回到低压级压缩机，完成二氧化碳工质的双级压缩；
除霜回路运行，***内的二氧化碳工质通过低压级压缩机的压缩后进入室内换热器组放热融霜，经室内换热器组冷却后的二氧化碳工质进入储液器进行气液分离，对经储液器气液分离出来的气相二氧化碳工质则通过第三降压结构直接进入低压级压缩机的压缩腔补气增焓；而对经储液器分离出来的液相二氧化碳工质则通过第二降压结构进入除霜蒸发器相变后变为气相二氧化碳工质，随后气相二氧化碳工质返回低压级压缩机，完成除霜过程。
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