CN111912131B - 一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法 - Google Patents

一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111912131B
CN111912131B CN202010549715.8A CN202010549715A CN111912131B CN 111912131 B CN111912131 B CN 111912131B CN 202010549715 A CN202010549715 A CN 202010549715A CN 111912131 B CN111912131 B CN 111912131B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stage
pressure
evaporator
valve
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010549715.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111912131A (zh
Inventor
曹锋
叶祖樑
王驿凯
宋昱龙
殷翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010549715.8A priority Critical patent/CN111912131B/zh
Publication of CN111912131A publication Critical patent/CN111912131A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111912131B publication Critical patent/CN111912131B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63—Electronic processing
    • F24F11/65—Electronic processing for selecting an operating mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/72—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F24F11/84—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/86—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling compressors within refrigeration or heat pump circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F25B31/002—Lubrication
    • F25B31/004—Lubrication oil recirculating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多级冷却二氧化碳制冷空调及其制冷方法，高压级压缩机的出口连接气体冷却器的入口，气体冷却器的出口连接高压膨胀阀的入口，高压膨胀阀的出口连接闪蒸罐的入口，闪蒸罐上部的出口连接高压级压缩机的入口，闪蒸罐下部的液体出口连接第一级蒸发器的入口、第二级蒸发器的入口、第三级蒸发器的入口；第三级蒸发器的出口连接低压级压缩机的入口，低压级压缩机的出口和第二级蒸发器的出口共同连接中压级压缩机的入口，中压级压缩机的出口、第一级蒸发器的出口和闪蒸罐上部的出口共同连接高压级压缩机的入口。***根据实际运行工况可以采用不同的运行模式，适用于负荷变化大的应用场合，配合容量和压力控制，保证长久运行的节能效果。

Description

一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法
技术领域
本发明属于制冷空调领域，特别涉及一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法。
背景技术
在制冷空调和热泵领域，目前广泛应用的HFC制冷剂虽然对臭氧层没有破坏作用，但全球变暖潜值较高，对于温室效应的加剧有一定的影响。因此，制冷剂替代工作近年来正在不断开展，关于环保性更优的制冷剂的相关研究也逐渐推进。作为自然工质，二氧化碳(CO2)具有极佳的环境友好性能，其臭氧层破坏潜能值ODP为0，全球变暖潜力值GWP为1。同时，二氧化碳安全无毒、不可燃、化学性质稳定。作为制冷剂，CO2单位容积制冷量大，热导率高、传热效果好，粘度低、流动损失小。由于二氧化碳的这些优点和特质，近年来逐渐成为制冷剂替代的重要选择。
然而，由于CO2的低临界温度，当热汇侧外界环境温度较高时循环会进入跨临界状态，即***高压侧压力高于临界压力，低压侧压力低于临界压力。此时，与传统制冷剂不同，超临界CO2的放热过程不发生相变，温度与压力相互独立。大量研究表明，CO2制冷***的性能受限于外界环境温度，当外界环境温度较高时，CO2***的性能会明显逊色于传统制冷剂***的性能。另外，对于一些蒸发侧需要大幅度降低风温的应用场合，例如数据中心机房空调、机场地面空调车等，一般的CO2制冷***也难以实现高性能运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法，以解决上述提及的一般CO2制冷***在外界环境温度较高时，以及蒸发侧需要大幅度降低风温时性能不足的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多级冷却二氧化碳制冷空调，包括：高压级压缩机、气体冷却器、高压膨胀阀、闪蒸罐、第一级蒸发器、第二级蒸发器、第三级蒸发器、中压级压缩机和低压级压缩机；
高压级压缩机的出口连接气体冷却器的入口，气体冷却器的出口连接高压膨胀阀的入口，高压膨胀阀的出口连接闪蒸罐的入口，闪蒸罐上部的出口连接高压级压缩机的入口，闪蒸罐下部的液体出口连接第一级蒸发器的入口、第二级蒸发器的入口、第三级蒸发器的入口；
第三级蒸发器的出口连接低压级压缩机的入口，低压级压缩机的出口和第二级蒸发器的出口共同连接中压级压缩机的入口，中压级压缩机的出口、第一级蒸发器的出口和闪蒸罐上部的出口共同连接高压级压缩机的入口。
进一步的，高压级压缩机的出口连接油气分离器的入口，油气分离器的工质出口连接气体冷却器的入口。
进一步的，油气分离器的底部润滑油出口连接储油器的入口；
储油器的出口通过第一油路电磁阀、第二油路电磁阀和第三油路电磁阀分别连接高压级压缩机的回油口、中压级压缩机的回油口和低压级压缩机的回油口。
进一步的，闪蒸罐的上部的出口通过闪蒸气旁通阀连接高压级压缩机的入口；闪蒸罐下部的液体出口通过第一级节流阀、第二级节流阀和第三级节流阀分别连接第一级蒸发器的入口、第二级蒸发器的入口和第三级蒸发器的入口。
进一步的，第一级蒸发器的出口和第二级蒸发器的出口之间连接第一电磁阀；第二级蒸发器的出口和第三级蒸发器的出口之间连接第二电磁阀。
进一步的，环境侧风机安装于气体冷却器，蒸发侧风机安装于冷却风道的出风口；蒸发侧冷却风道内安装有第一风阀和第二风阀；第一风阀和第二风阀由限位器控制位置，打开时与风道平行，关闭时与风道垂直。
进一步的，所述多级冷却二氧化碳制冷空调包括以下运行模式：单蒸发器单级冷却模式，双蒸发器单级冷却模式，双蒸发器双级冷却模式，三蒸发器双级冷却模式，三蒸发器三级冷却模式；
单蒸发器单级冷却模式下，高压级压缩机运行，中压级压缩机和低压级压缩机停机；第一级节流阀打开，第二级节流阀和第三级节流阀关闭；第一电磁阀和第二电磁阀关闭；第一风阀关闭，第二风阀打开；
双蒸发器单级冷却模式下，高压级压缩机运行，中压级压缩机和低压级压缩机停机；第一级节流阀和第二级节流阀打开，第三级节流阀关闭；第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭；第一风阀和第二风阀打开；
双蒸发器双级冷却模式下，高压级压缩机和中压级压缩机运行，低压级压缩机停机；第一级节流阀和第二级节流阀打开，第三级节流阀关闭；第一电磁阀和第二电磁阀关闭；第一风阀和第二风阀关闭；
三蒸发器双级冷却模式下，高压级压缩机和低压级压缩机运行，中压级压缩机停机；第一级节流阀、第二级节流阀和第三级节流阀打开；第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭；第一风阀和第二风阀打开；
三蒸发器三级冷却模式下，高压级压缩机、中压级压缩机和低压级压缩机运行；第一级节流阀、第二级节流阀和第三级节流阀打开；第一电磁阀和第二电磁阀关闭；第一风阀和第二风阀关闭。
进一步的，通过控制高压膨胀阀的开度来控制气体冷却器出口的工质压力，当冷却风道的回风温度达到设定值时，气体冷却器出口工质压力的控制目标值根据外界环境温度计算，如下式：
Figure BDA0002542085110000031
其中，Pgc为气体冷却器出口工质压力的控制目标值，单位MPa；Tamb为外界环境温度，单位℃；
通过控制闪蒸气旁通阀的开度来控制闪蒸罐内的压力，闪蒸罐内的压力根据第一级蒸发器的蒸发温度计算，如下式：
Figure BDA0002542085110000041
其中，Pm为闪蒸罐内的工质压力控制目标值，单位MPa；Te1为第一级蒸发器的工质蒸发温度，单位℃。
进一步的，气体冷却器、第一级蒸发器、第二级蒸发器和第三级蒸发器为翅片管式换热器或微通道换热器。
一种多级冷却二氧化碳制冷空调的制冷方法，包括：
当蒸发侧风量小于最大值的33％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用单蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃，则采用双蒸发器双级冷却模式；
当蒸发侧风量大于等于最大值的33％且小于最大值的66％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用单蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃且小于24℃，则采用双蒸发器双级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于24℃，则采用三蒸发器三级冷却模式；
当蒸发侧风量大于等于最大值的66％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用双蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃且小于24℃，则采用三蒸发器双级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于24℃，则采用三蒸发器三级冷却模式。
进一步的，油路电磁阀的开关由各个压缩机上安装的油位传感器进行控制，以保证压缩机油位正常。
进一步的，在***开机前期，当冷却风道的回风温度高于设定值时，通过把气体冷却器出口工质压力控制在较高的值，以实现大制冷量的快速冷却。
进一步的，高压级压缩机根据应用场景，可采用多台启停控制，以及单台变频控制来实现容量控制。中压级压缩机和低压级压缩机采用变频控制。高压级压缩机工作时，控制第一级蒸发器的蒸发温度；中压级压缩机工作时，控制第二级蒸发器的蒸发温度；低压级压缩机工作时，控制第三级蒸发器的蒸发温度。
进一步的，第一级节流阀、第二级节流阀和第三级节流阀工作时分别以第一级蒸发器、第二级蒸发器和第三级蒸发器出口工质的过热度为控制目标。
进一步的，本发明提出的制冷空调采用二氧化碳R744作为制冷剂。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明所提出的二氧化碳制冷空调采用了自然工质作为制冷剂，臭氧层破坏潜能值为0，全球变暖潜力值为1，环保优势明显。与现有的制冷空调***所使用的制冷剂相比，环保性能显著提升，对于日益严峻的全球变暖问题具有重要意义。
通过采用闪蒸罐和闪蒸气旁通阀，将经由高压膨胀阀节流得到的两相工质进行气液分离，使得进入蒸发器的工质的焓值减小、干度减小、含液量提升，从而提升了蒸发器的换热效果和制冷量，改善了***的性能。通过采用多级蒸发器的结构，使得***能够满足蒸发侧需要大幅度降低风温场景下的应用需求，改善工质和空气之间换热的温度匹配，降低换热过程中的不可逆损失，使得***性能进一步提高。
***可以根据实际工况需要采用不同的冷却模式，因此本发明提出的二氧化碳制冷空调可以适用于负荷变化大的应用场合。根据运行工况，对工质在气体冷却器出口和闪蒸罐内的压力进行控制，搭配压缩机的容量控制，使得***在稳定时可以处于优化状态下运行，保证长久运行的节能效果。有别于采用传统制冷剂的***，二氧化碳制冷***的超临界高压侧温度与压力相互独立，在***开机阶段，本发明通过控制气体冷却器出口工质压力，可以实现大制冷量的快速冷却。
附图说明
图1是本发明一种多级冷却二氧化碳制冷空调的结构示意图；
图中标号为：1高压级压缩机，2油气分离器，3气体冷却器，4高压膨胀阀，5闪蒸罐，6闪蒸气旁通阀，7第一级节流阀，8第二级节流阀，9第三级节流阀，10第一级蒸发器，11第二级蒸发器，12第三级蒸发器，13中压级压缩机，14低压级压缩机，15第一电磁阀，16第二电磁阀，17储油器，18第一油路电磁阀、19第二油路电磁阀、20第三油路电磁阀，21环境侧风机，22蒸发侧风机，23第一风阀，24第二风阀。
图2是本发明一种多级冷却二氧化碳制冷空调选择运行模式的流程示意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明提供一种多级冷却二氧化碳制冷空调，包括高压级压缩机1，油气分离器2，气体冷却器3，高压膨胀阀4，闪蒸罐5，闪蒸气旁通阀6，第一级节流阀7，第二级节流阀8，第三级节流阀9，第一级蒸发器10，第二级蒸发器11，第三级蒸发器12，中压级压缩机13，低压级压缩机14，第一电磁阀15，第二电磁阀16，储油器17，第一油路电磁阀18、第二油路电磁阀19、第二油路电磁阀20，环境侧风机21，蒸发侧风机22，第一风阀23和第二风阀24。
高压级压缩机1的出口连接油气分离器2的入口，油气分离器2的工质出口连接气体冷却器3的入口，气体冷却器3的出口连接高压膨胀阀4的入口，高压膨胀阀4的出口连接闪蒸罐5的入口，闪蒸罐5上部的出口连接闪蒸气旁通阀6的入口，闪蒸罐5下部的液体出口连接第一级节流阀7、第二级节流阀8和第三级节流阀9的入口，第一级节流阀7的出口连接第一级蒸发器10的入口，第二级节流阀8的出口连接第二级蒸发器11的入口，第三级节流阀9的出口连接第三级蒸发器12的入口，第三级蒸发器12的出口连接低压级压缩机14的入口，低压级压缩机14的出口和第二级蒸发器11的出口共同连接中压级压缩机13的入口，中压级压缩机13的出口、第一级蒸发器10的出口和闪蒸气旁通阀6的出口共同连接高压级压缩机1的入口。第一电磁阀15连接第一级蒸发器10和第二级蒸发器11的出口，第二电磁阀16连接第二级蒸发器11和第三级蒸发器12的出口。
油气分离器2的底部润滑油出口连接储油器17的入口，储油器17的出口连接第一油路电磁阀18、第二油路电磁阀19、第三油路电磁阀20的入口，第一油路电磁阀18、第二油路电磁阀19、第三油路电磁阀20的出口分别高压连接压缩机1、中压连接压缩机13、低压连接压缩机14的回油口。第一油路电磁阀18、第二油路电磁阀19、第三油路电磁阀20的开关由各个压缩机上安装的油位传感器进行控制，以保证压缩机油位正常。
环境侧风机21安装于气体冷却器3，蒸发侧风机22安装于冷却风道的出风口。通过控制蒸发侧风机22，改变冷却风道的风量，从而控制冷却风道的回风温度。蒸发侧冷却风道内安装有第一风阀23和第二风阀24。风阀由限位器控制位置，打开时风阀与风道平行，关闭时风阀与风道垂直。
参阅图2，根据运行工况，选择***的制冷方法：
当蒸发侧风量小于最大值的33％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用单蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃，则采用双蒸发器双级冷却模式。
当蒸发侧风量大于等于最大值的33％且小于最大值的66％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用单蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃且小于24℃，则采用双蒸发器双级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于24℃，则采用三蒸发器三级冷却模式。
当蒸发侧风量大于等于最大值的66％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用双蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃且小于24℃，则采用三蒸发器双级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于24℃，则采用三蒸发器三级冷却模式。
参阅表1，各个运行模式下的执行件控制情况如下：
表1一种多级冷却二氧化碳制冷空调不同运行模式下的执行件控制表
Figure BDA0002542085110000081
单蒸发器单级冷却模式下，高压级压缩机1运行，中压级压缩机13和低压级压缩机14停机；第一级节流阀7打开，第二级节流阀8和第三级节流阀9关闭；第一电磁阀15和第二电磁阀16关闭；第一风阀23关闭，第二风阀24打开。该模式下，仅有第一级蒸发器10提供冷却效果。
双蒸发器单级冷却模式下，高压级压缩机1运行，中压级压缩机13和低压级压缩机14停机；第一级节流阀7和第二级节流阀8打开，第三级节流阀9关闭；第一电磁阀15打开，第二电磁阀16关闭；第一风阀23和第二风阀24打开。该模式下，第一级蒸发器10和第二级蒸发器11在同一蒸发温度下提供冷却效果。
双蒸发器双级冷却模式下，高压级压缩机1和中压级压缩机13运行，低压级压缩机14停机；第一级节流阀7和第二级节流阀8打开，第三级节流阀9关闭；第一电磁阀15和第二电磁阀16关闭；第一风阀23和第二风阀24关闭。该模式下，第一级蒸发器10和第二级蒸发器11在两个不同的蒸发温度下提供冷却效果。
三蒸发器双级冷却模式下，高压级压缩机1和低压级压缩机14运行，中压级压缩机13停机；第一级节流阀7、第二级节流阀8和第三级节流阀9打开；第一电磁阀15打开，第二电磁阀16关闭；第一风阀23和第二风阀24打开。该模式下，第一级蒸发器10和第二级蒸发器11在同一蒸发温度、第三级蒸发器12在不同的蒸发温度下提供冷却效果。
三蒸发器三级冷却模式下，高压级压缩机1、中压级压缩机13和低压级压缩机14运行；第一级节流阀7、第二级节流阀8和第三级节流阀9打开；第一电磁阀15和第二电磁阀16关闭；第一风阀23和第二风阀24关闭。该模式下，第一级蒸发器10、第二级蒸发器11和第三级蒸发器12分别在不同的蒸发温度下提供冷却效果。
为了优化***性能，通过控制高压膨胀阀4的开度来控制气体冷却器3出口的工质压力，当冷却风道的回风温度达到设定值时，气体冷却器3出口工质压力的控制目标值根据外界环境温度计算，如下式：
Figure BDA0002542085110000091
其中，Pgc为气体冷却器3出口工质压力的控制目标值，单位MPa；Tamb为外界环境温度，单位℃。
通过控制闪蒸气旁通阀6的开度来控制闪蒸罐5内的压力，闪蒸罐5内的压力根据第一级蒸发器10的蒸发温度计算，如下式：
Figure BDA0002542085110000092
其中，Pm为闪蒸罐5内的工质压力控制目标值，单位MPa；Te1为第一级蒸发器10的工质蒸发温度，单位℃。
而在***开机前期，当冷却风道的回风温度高于设定值时，通过把气体冷却器3出口工质压力控制在较高的值，以实现大制冷量的快速冷却。
本发明所述的高压级压缩机1根据应用场景，可采用多台启停控制，以及单台变频控制来实现容量控制。所述的中压级压缩机13和低压级压缩机14采用变频控制。所述的高压级压缩机1工作时，控制第一级蒸发器10的蒸发温度；所述的中压级压缩机13工作时，控制第二级蒸发器11的蒸发温度；所述的低压级压缩机14工作时，控制第三级蒸发器12的蒸发温度。本发明所述的第一级节流阀7、第二级节流阀8和第三级节流阀9工作时分别以第一级蒸发器10、第二级蒸发器11和第三级蒸发器12出口工质的过热度为控制目标。所述的气体冷却器3、第一级蒸发器10、第二级蒸发器11和第三级蒸发器12为翅片管式换热器或微通道换热器。
所述的制冷空调采用二氧化碳R744作为制冷剂。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种多级冷却二氧化碳制冷空调，其特征在于，包括：高压级压缩机(1)、气体冷却器(3)、高压膨胀阀(4)、闪蒸罐(5)、第一级蒸发器(10)、第二级蒸发器(11)、第三级蒸发器(12)、中压级压缩机(13)和低压级压缩机(14)；
高压级压缩机(1)的出口连接气体冷却器(3)的入口，气体冷却器(3)的出口连接高压膨胀阀(4)的入口，高压膨胀阀(4)的出口连接闪蒸罐(5)的入口，闪蒸罐(5)上部的出口连接高压级压缩机(1)的入口，闪蒸罐(5)下部的液体出口连接第一级蒸发器(10)的入口、第二级蒸发器(11)的入口、第三级蒸发器(12)的入口；
第三级蒸发器(12)的出口连接低压级压缩机(14)的入口，低压级压缩机(14)的出口和第二级蒸发器(11)的出口共同连接中压级压缩机(13)的入口，中压级压缩机(13)的出口、第一级蒸发器(10)的出口和闪蒸罐(5)上部的出口共同连接高压级压缩机(1)的入口；
闪蒸罐(5)的上部的出口通过闪蒸气旁通阀(6)连接高压级压缩机(1)的入口；闪蒸罐(5)下部的液体出口通过第一级节流阀(7)、第二级节流阀(8)和第三级节流阀(9)分别连接第一级蒸发器(10)的入口、第二级蒸发器(11)的入口和第三级蒸发器(12)的入口；
第一级蒸发器(10)的出口和第二级蒸发器(11)的出口之间连接第一电磁阀(15)；第二级蒸发器(11)的出口和第三级蒸发器(12)的出口之间连接第二电磁阀(16)；
环境侧风机(21)安装于气体冷却器(3)，蒸发侧风机(22)安装于冷却风道的出风口；蒸发侧冷却风道内安装有第一风阀(23)和第二风阀(24)；第一风阀(23)和第二风阀(24)由限位器控制位置，打开时与风道平行，关闭时与风道垂直；
所述多级冷却二氧化碳制冷空调包括以下运行模式：单蒸发器单级冷却模式，双蒸发器单级冷却模式，双蒸发器双级冷却模式，三蒸发器双级冷却模式，三蒸发器三级冷却模式；
单蒸发器单级冷却模式下，高压级压缩机(1)运行，中压级压缩机(13)和低压级压缩机(14)停机；第一级节流阀(7)打开，第二级节流阀(8)和第三级节流阀(9)关闭；第一电磁阀(15)和第二电磁阀(16)关闭；第一风阀(23)关闭，第二风阀(24)打开；
双蒸发器单级冷却模式下，高压级压缩机(1)运行，中压级压缩机(13)和低压级压缩机(14)停机；第一级节流阀(7)和第二级节流阀(8)打开，第三级节流阀(9)关闭；第一电磁阀(15)打开，第二电磁阀(16)关闭；第一风阀(23)和第二风阀(24)打开；
双蒸发器双级冷却模式下，高压级压缩机(1)和中压级压缩机(13)运行，低压级压缩机(14)停机；第一级节流阀(7)和第二级节流阀(8)打开，第三级节流阀(9)关闭；第一电磁阀(15)和第二电磁阀(16)关闭；第一风阀(23)和第二风阀(24)关闭；
三蒸发器双级冷却模式下，高压级压缩机(1)和低压级压缩机(14)运行，中压级压缩机(13)停机；第一级节流阀(7)、第二级节流阀(8)和第三级节流阀(9)打开；第一电磁阀(15)打开，第二电磁阀(16)关闭；第一风阀(23)和第二风阀(24)打开；
三蒸发器三级冷却模式下，高压级压缩机(1)、中压级压缩机(13)和低压级压缩机(14)运行；第一级节流阀(7)、第二级节流阀(8)和第三级节流阀(9)打开；第一电磁阀(15)和第二电磁阀(16)关闭；第一风阀(23)和第二风阀(24)关闭。
2.根据权利要求1所述的一种多级冷却二氧化碳制冷空调，其特征在于，高压级压缩机(1)的出口连接油气分离器(2)的入口，油气分离器(2)的工质出口连接气体冷却器(3)的入口。
3.根据权利要求2所述的一种多级冷却二氧化碳制冷空调，其特征在于，油气分离器(2)的底部润滑油出口连接储油器(17)的入口；
储油器(17)的出口通过第一油路电磁阀(18)、第二油路电磁阀(19)和第三油路电磁阀(20)分别连接高压级压缩机(1)的回油口、中压级压缩机(13)的回油口和低压级压缩机(14)的回油口。
4.根据权利要求1所述的一种多级冷却二氧化碳制冷空调，其特征在于，通过控制高压膨胀阀(4)的开度来控制气体冷却器(3)出口的工质压力，当冷却风道的回风温度达到设定值时，气体冷却器(3)出口工质压力的控制目标值根据外界环境温度计算，如下式：
Figure FDA0002980461480000031
其中，Pgc为气体冷却器(3)出口工质压力的控制目标值，单位MPa；Tamb为外界环境温度，单位℃；
通过控制闪蒸气旁通阀(6)的开度来控制闪蒸罐(5)内的压力，闪蒸罐(5)内的压力根据第一级蒸发器(10)的蒸发温度计算，如下式：
Figure FDA0002980461480000032
其中，Pm为闪蒸罐(5)内的工质压力控制目标值，单位MPa；Te1为第一级蒸发器(10)的工质蒸发温度，单位℃。
5.根据权利要求1所述的一种多级冷却二氧化碳制冷空调，其特征在于，气体冷却器(3)、第一级蒸发器(10)、第二级蒸发器(11)和第三级蒸发器(12)为翅片管式换热器或微通道换热器。
6.一种多级冷却二氧化碳制冷空调的制冷方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种多级冷却二氧化碳制冷空调，包括：
当蒸发侧风量小于最大值的33％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用单蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃，则采用双蒸发器双级冷却模式；
当蒸发侧风量大于等于最大值的33％且小于最大值的66％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用单蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃且小于24℃，则采用双蒸发器双级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于24℃，则采用三蒸发器三级冷却模式；
当蒸发侧风量大于等于最大值的66％时，若蒸发侧空气温降小于12℃，则采用双蒸发器单级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于12℃且小于24℃，则采用三蒸发器双级冷却模式；若蒸发侧空气温降大于等于24℃，则采用三蒸发器三级冷却模式。
CN202010549715.8A 2020-06-16 2020-06-16 一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法 Active CN111912131B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010549715.8A CN111912131B (zh) 2020-06-16 2020-06-16 一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010549715.8A CN111912131B (zh) 2020-06-16 2020-06-16 一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111912131A CN111912131A (zh) 2020-11-10
CN111912131B true CN111912131B (zh) 2021-05-28

Family

ID=73237718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010549715.8A Active CN111912131B (zh) 2020-06-16 2020-06-16 一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111912131B (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9964348B2 (en) * 2015-09-16 2018-05-08 Heatcraft Refrigeration Products Llc Cooling system with low temperature load
US10414241B2 (en) * 2016-06-30 2019-09-17 Emerson Climate Technologies, Inc. Systems and methods for capacity modulation through eutectic plates
CN107631511A (zh) * 2017-10-19 2018-01-26 天津商业大学 基于余压回收的辅助过冷的co2中低温冷冻冷藏***
CN107621093A (zh) * 2017-10-19 2018-01-23 天津商业大学 基于余压回收的蒸发冷却器过冷的co2冷冻冷藏***
US11384961B2 (en) * 2018-05-31 2022-07-12 Heatcraft Refrigeration Products Llc Cooling system
US10663196B2 (en) * 2018-06-05 2020-05-26 Heatcraft Refrigeration Products Llc Cooling system
CN110701810A (zh) * 2019-10-29 2020-01-17 中机国能炼化工程有限公司 一种引射增压双级串联过冷双温区制冷***及应用
CN111006425B (zh) * 2019-11-28 2021-10-29 江苏苏净集团有限公司 一种基于目标负荷控制的多并联二氧化碳热泵控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111912131A (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8418489B2 (en) Control of supercritical refrigeration system
EP1684027A2 (en) Refrigerating apparatus and refrigerator
CN110332635B (zh) 一种双级压缩多补气制冷热泵***、控制方法和空调器
CN111237928B (zh) 一种双温双闪发空调制冷***
CN107356007B (zh) 一种自复叠三温变容量输出制冷***
CN103196250A (zh) 冷冻装置和冷冻机单元
US11353249B2 (en) Two-pipe enhanced-vapor-injection outdoor unit and multi-split system
CN114165936A (zh) 一种跨临界二氧化碳单双级压缩的热水***及其控制方法
CN111707017A (zh) 一种低温强热空气源热泵***
CN1637351A (zh) 空调***
CN108800393B (zh) 空调***
CN111912131B (zh) 一种多级冷却二氧化碳制冷空调及制冷方法
CN216644604U (zh) 一种跨临界二氧化碳单双级压缩的热水***
CN110654199A (zh) 带喷射器的新能源汽车热泵空调***
CN112361634B (zh) 双级压缩制冷***、制冷控制方法及制冷设备
CN205033907U (zh) 冷藏车空调***和冷藏车
CN210425610U (zh) 制冷***
CN109974322B (zh) 一种带膨胀机的双温区单级制冷***
JP4169080B2 (ja) 冷凍冷蔵庫
CN112880244A (zh) 一种带自由冷却两相流空调***
CN214620154U (zh) 一种带自由冷却两相流空调***
CN221036246U (zh) 一种气液混合动力型热管复合式制冷***
CN111829201B (zh) 制冷***
CN219318675U (zh) 一种带中间压力调节阀的四级自复叠制冷***
CN212253218U (zh) 一种低温强热空气源热泵***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant