CN210089181U - 吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，旨在提供一种采用CO2冷却热与CO2膨胀工联合驱动吸收式制冷循环为中间冷却器降温，以降低***运行成本和初投资成本的制冷***。包括双级压缩制冷循环和吸收式辅助制冷循环，双级压缩制冷循环的工质为二氧化碳，双级压缩制冷循环包括膨胀机，膨胀机设置于双级压缩制冷循环中蒸发器的制冷剂进口；辅助制冷循环用于降低双级压缩制冷循环中高压级压缩机的吸气口的吸气温度。该***利用CO2冷却热与CO2膨胀工，在蒸气压缩主制冷循环上有机地耦合吸收式辅助冷却循环，整个CO2跨临界双级压缩制冷***比一般CO2制冷***熵增少，热力过程更加完善，更加接近逆卡诺循环。
Description
技术领域
本实用新型涉及制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种采用吸收式制冷循环为中间冷却器降温的的跨临界二氧化碳双级压缩制冷***。
背景技术
随着人们对环境问题的日益重视和对氟利昂类某些物质对环境的破坏作用的了解逐步深入，重新启用天然制冷剂是一种安全的选择。在制冷技术领域，由于CO2的优良特性，被认为是CFCs、HCFCs和HFCs最具潜力的长期替代物。
为进一步优化跨临界CO2循环***的制冷性能，学者们对循环***的结构的改进做了探索研究，提出了不同类型的新型的跨临界循环。由于单级压缩压力比大，导致工质泄露严重，容积效率低，双级循环相比之下能有效解决该问题。双级压缩CO2跨临界循环中的中间冷却过程能有效能够克服单级循环压缩机排气温度过高的缺陷，有效减少压缩机输入功。现有的跨临界CO2双级压缩循环按中间冷却形式不同分为两种，一种是带两个气体冷却器的双级压缩循环，这种做法是低压机压缩机与高压级压缩机间串联一个冷却器，排气在冷却器中冷却后被高压机压缩机吸入，由于这种方式的换热介质没有变化，只能通过增加冷却器的换热面积来降低换热温差，这种仅依靠串联冷却器的方式实现的冷却效果是有一定限度的，且增加了冷凝器的换热面积，增加了初期投入成本。另一种是带闪发式中间冷却器的双级循环，这种做法是从冷却器出来的高压气体分为两路，一路经一个节流阀节流降压后进入闪发式中间冷却器中，与低压级压缩机排气混合后被高压级压缩机吸入，另一路经一个节流阀进入蒸发器中蒸发制冷。这种做法特点是：由于被冷却完的CO2仍是气体，经过节流阀进入中间冷却器的CO2的流量需求较大，造成进入蒸发器那部分的CO2制冷剂流量损失较大，制冷量下降，制冷效率低，运行成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，采用CO2冷却热与CO2膨胀工联合驱动吸收式制冷循环为中间冷却器降温，以降低***运行成本和初投资成本。
为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：
一种吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，包括双级压缩制冷循环和吸收式辅助制冷循环，所述双级压缩制冷循环的工质为二氧化碳，所述双级压缩制冷循环包括膨胀机，所述膨胀机设置于所述双级压缩制冷循环中蒸发器的制冷剂进口；所述辅助制冷循环用于降低所述双级压缩制冷循环中高压级压缩机的吸气口的吸气温度。
所述双级压缩制冷循环为由低压级压缩机、中间冷却器的制冷剂侧通道、高压级压缩机、预热器的制冷剂侧通道、双通道冷凝器的冷却侧通道、所述膨胀机、蒸发器、吸收器的制冷剂侧通道依次连接后回到所述低压级压缩机的主制冷循环；所述吸收式辅助制冷循环包括发生器、溶液热交换器、溶液泵、第一节流装置、第二节流装置、所述预热器的溶液侧通道、所述双通道冷凝器的冷凝侧通道、所述中间冷却器的溶液侧通道及所述吸收器；所述发生器内设置有加热装置；所述发生器的溶液出口经所述溶液热交换器及所述第二节流阀与所述吸收器的溶液进口连接，所述吸收器的溶液出口依次经所述溶液泵、所述溶液热交换器及所述预热器的溶液侧通道与所述发生器的溶液进口连接，所述发生器的气体出口经所述双通道冷凝器的冷凝通道、所述第一节流阀及所述中间冷却器的溶液侧通道与所述吸收器的气体入口连接；所述吸收式辅助制冷循环中水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
所述双级压缩制冷循环为由低压级压缩机、中间冷却器的制冷剂侧通道、高压级压缩机、预热器的制冷剂侧通道、双通道冷凝器的冷却侧通道、过冷器过冷侧通道、所述膨胀机、蒸发器、吸收器的制冷剂侧通道依次连接后回到所述低压级压缩机的主制冷循环；所述吸收式辅助制冷循环包括发生器、溶液热交换器、溶液泵、第一节流装置、第二节流装置、所述预热器的溶液侧通道、所述双通道冷凝器的冷凝侧通道、所述过冷器的蒸发侧通道、所述中间冷却器的溶液侧通道及所述吸收器；所述发生器内设置有加热装置；所述发生器的溶液出口经所述溶液热交换器及所述第二节流阀与所述吸收器的溶液进口连接，所述吸收器的溶液出口依次经所述溶液泵、所述溶液热交换器及所述预热器的溶液侧通道与所述发生器的溶液进口连接，所述发生器的气体出口依次经所述双通道冷凝器的冷凝通道、所述第一节流阀、所述过冷器的蒸发侧通道及所述中间冷却器的溶液侧通道与所述吸收器的气体入口连接；所述吸收式辅助制冷循环中水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
所述膨胀机的输出轴通过联轴器与发电机连接。
所述加热装置为电加热装置；所述发电机为所述电加热装置供电。
所述预热器为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***利用辅助制冷***为采用CO2冷却热与CO2膨胀工联合驱动的吸收式冷却循环为主制冷循环的中间冷却器降温，辅助冷却循环有效利用高压级压缩机排出的初始的高温CO2蒸气余热与膨胀机的膨胀工，无其它形式能源输入，运行成本低，经济节能。
2、本实用新型的制冷***中，高压级压缩机排出的高温气体初始冷却过程在预热器中进行，双通道冷凝器的冷却通道负责后期的冷却，冷却热负荷小，减少了双通道冷凝器的冷却通道换热面积，降低了投入成本。
3、本实用新型吸收式中间冷却器的跨临界二氧化碳双级压缩制冷***吸收式冷却循环在中间冷却器内蒸发温度较低，中间冷却器两侧之间换热温差大，换热效率高，能够克服单级循环压缩机排气温度过高的缺陷，有效减少压缩机输入功，且被冷却完的CO2制冷剂经膨胀机全部流量进入所述蒸发器蒸发，CO2制冷剂制冷流量未损失，蒸发器制冷量大，***制冷系数大。
4、本实用新型吸收式中间冷却器的跨临界二氧化碳双级压缩制冷***利用高压级压缩机排出的高温气体首先在预热器中靠由吸收器过来的含制冷剂低温液体汽化冷却，冷却效果好，高压级压缩机的排气温度更低，延长了高压级压缩机使用寿命，吸收器中吸收热把主制冷循环中所述蒸发器出口出来的低压饱和蒸气加热到有一定过热度的过热蒸气被低压级压缩机吸入，既可以有效避免低压级压缩机湿压缩，保护低压级压缩机，又不需要提供专门的冷却装置冷却吸收式冷却循环吸收器中的冷却热。
5、本实用新型吸收式中间冷却器的跨临界二氧化碳双级压缩制冷***有效的利用CO2冷却热与CO2膨胀工，在蒸气压缩主制冷循环上有机地耦合吸收式辅助冷却循环，整个CO2跨临界双级压缩制冷***比一般CO2制冷***熵增少，热力过程更加完善，更加接近逆卡诺循环。
附图说明
图1所示为本实用新型吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***的原理图；
图2所示为带过冷器的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***的原理图；
图中：1.低压级压缩机，2，高压级压缩机，3.蒸发器，4-1.第一节流阀，4-2.第二节流阀，5.膨胀机，6.双通道冷凝器，7.发生器，8.加热装置，9.溶液热交换器，10.吸收器，11.溶液泵，12.发电机，13预热器，14.中间冷却器，15.过冷器。
具体实施方式
本实用新型的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，包括双级压缩制冷循环和吸收式辅助制冷循环，所述双级压缩制冷循环的工质为二氧化碳。所述双级压缩制冷循环包括膨胀机，所述膨胀机设置于所述双级压缩制冷循环中蒸发器的制冷剂进口；所述吸收式辅助制冷循环用于降低所述双级压缩制冷循环中高压级压缩机的吸气口的吸气温度。利用辅助制冷***为采用CO2冷却热与CO2膨胀工联合驱动吸收式冷却循环为双级压缩制冷循环的中间冷却器降温，辅助冷却循环有效利用高压级压缩机排出的初始的高温CO2蒸气余热与膨胀机的膨胀工。
以下结合附图和两个具体实施例对本实用新型进行详细描述。
实施例1
本实施例的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***的示意图如图1所示，包括双级压缩制冷循环和吸收式辅助制冷循环，所述双级压缩制冷循环为由低压级压缩机1、中间冷却器14的制冷剂侧通道、高压级压缩机2、预热器13的制冷剂侧通道、双通道冷凝器6的冷却侧通道、膨胀机5、蒸发器3、吸收器10的制冷剂侧通道依次连接后回到所述低压级压缩机1的主制冷循环。所述双级压缩制冷循环的工质为二氧化碳。所述吸收式辅助制冷循环包括发生器7、溶液热交换器9、溶液泵11、第一节流装置4-1、第二节流装置4-2、所述预热器13的溶液侧通道、所述双通道冷凝器6的冷凝侧通道、所述中间冷却器14的溶液侧通道及所述吸收器10，所述发生器7内设置有加热装置8。所述发生器7的溶液出口经所述溶液热交换器9及所述第二节流阀4-2与所述吸收器10的溶液进口连接，所述吸收器10的溶液出口依次经所述溶液泵11、所述溶液热交换器9及所述预热器13的溶液侧通道与所述发生器7的溶液进口连接，所述发生器7的气体出口经所述双通道冷凝器6的冷凝通道、所述第一节流阀4-1及所述中间冷却器14的溶液侧通道与所述吸收器13的气体入口连接。所述吸收式辅助制冷循环中水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
所述膨胀机5通过联轴器与所述发电机12连接。
所述加热装置8为电加热装置，所述发电机12通过电源线与所述电加热装置连接，为所述电加热装置供电。
本实用新型的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***分为双级压缩制冷循环与辅助冷却循环。以双级压缩制冷循环为主制冷循环的热力过程为：所述低压级压缩机1的吸气端由所述吸收器10中的盘管吸入被所述吸收器10中溶液加热后的低压过热的CO2气体，经所述低压级压缩机1压缩升压后变为中温中压的过热CO2蒸气被排入所述中间冷却器14中，在所述中间冷却器14中被冷却为中压饱和CO2蒸气被所述高压级压缩机2吸气端吸入，中压饱和CO2蒸气经所述高压级压缩机2压缩升压变为高温高压的过热CO2蒸气被排入所述预热器13进行第一次冷却，由所述预热器13出来的CO2蒸气温度降低进入所述双通道冷凝器6的冷却通道进行第二次冷却，由所述双通道冷凝器6冷却通道出来的温度较低的高压CO2气体进入所述膨胀机5，高压CO2气体在所述膨胀机5内膨胀降压并通过联轴器带动发电机12进行发电，所述膨胀机5出来的低压CO2湿蒸气进入所述蒸发器3中蒸发吸热，由所述蒸发器3出口出来的低压饱和蒸气经所述吸收器10中溶液吸收制冷剂释放的吸收热加热变为有一定过热度低压CO2过热蒸气，CO2低压蒸气被所述低压级压缩机1吸气端吸入完成主制冷循环的热力过程。辅助冷却循环的热力过程：所述发生器7中富含制冷剂的溶液经所述加热装置8进一步加热，溶液中的制冷剂以高压气态发生出来，进入所述双通道冷凝器6的冷凝通道中冷凝，冷凝后的高压液体经所述第一节流阀4-1节流降压进入所述中间冷却器14中蒸发吸热，降低主制冷循环中所述低压级压缩机1排出的中压过热CO2蒸气温度，之后从所述中间冷却器14流出的制冷剂气体进入吸收器10内，在吸收器内被吸收剂吸收变为液态同时溶液释放热量。从发生器7中的溶液出口流出的溶液进入溶液热交换器，经第二节流装置4-2节流降压后进入吸收器10中。由所述吸收器10溶液出口出来的富含制冷剂的低压溶液经所述溶液泵11、溶液热交换器9、预热器13回到所述发生器7中，从完成辅助冷却循环。
实施例2
本实用新型的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***的示意图如图2所示，包括双级压缩制冷循环和吸收式辅助制冷循环。所述双级压缩制冷循环为由低压级压缩机1、中间冷却器14的制冷剂侧通道、高压级压缩机2、预热器13的制冷剂侧通道、双通道冷凝器6的冷却侧通道、过冷器15的过冷侧通道、膨胀机5、蒸发器3、吸收器10的制冷剂侧通道依次连接后回到所述低压级压缩机1的主制冷循环。所述双级压缩制冷循环的工质为二氧化碳。所述吸收式辅助制冷循环包括发生器7、溶液热交换器9、溶液泵11、第一节流装置4-1、第二节流装置4-2、预热器13的溶液侧通道、所述双通道冷凝器6的冷凝侧通道、所述过冷器15的蒸发侧通道、所述中间冷却器14的溶液侧通道及所述吸收器10。所述发生器7内设置有加热装置8。所述发生器7的溶液出口经所述溶液热交换器9及所述第二节流阀4-2与所述吸收器10的溶液进口连接，所述吸收器10的溶液出口依次经所述溶液泵11、所述溶液热交换器9及所述预热器13的溶液侧通道与所述发生器7的溶液进口连接，所述发生器7的气体出口依次经所述双通道冷凝器6的冷凝通道、所述第一节流阀4-1、所述过冷器15的蒸发侧通道及所述中间冷却器14的溶液侧通道与所述吸收器10的气体入口连接。所述吸收式辅助制冷循环中水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
其中，所述膨胀机5的输出轴通过联轴器与发电机12连接。
本实施例中的所述加热装置8为电加热装置；所述发电机12为所述电加热装置供电。
本实用新型带过冷器的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***分为主制冷循环与辅助冷却循环，以双级压缩制冷循环为主制冷循环的热力过程为：所述低压级压缩机1的吸气端由所述吸收器10中的盘管吸入被所述吸收器10中溶液加热后的低压过热的CO2气体，经所述低压级压缩机1压缩升压后变为中温中压的过热CO2蒸气被排入所述中间冷却器14中，在所述中间冷却器14中被冷却为中压饱和CO2蒸气被所述高压级压缩机2吸气端吸入，中压饱和CO2蒸气经所述高压级压缩机2压缩升压变为高温高压的过热CO2蒸气被排入所述预热器13进行第一次冷却，由所述预热器13出来的CO2蒸气温度降低进入所述双通道冷凝器6的冷却通道进行第二次冷却，由所述双通道冷凝器6冷却通道出来的温度较低的高压CO2气体经所述过冷器15降温变为有一定过冷度的CO2进入所述膨胀机5，高压CO2气体在所述膨胀机5内膨胀降压并通过联轴器带动发电机12进行发电，所述膨胀机5出来的低压CO2湿蒸气进入所述蒸发器3中蒸发吸热，由所述蒸发器3出口出来的低压饱和蒸气经所述吸收器10中溶液吸收制冷剂释放的吸收热加热变为有一定过热度的低压CO2过热蒸气，CO2低压过热蒸气被所述低压级压缩机1吸气端吸入完成主制冷循环的热力过程。辅助冷却循环的热力过程：所述发生器7中富含制冷剂的溶液经所述加热装置8进一步加热，溶液中的制冷剂以高压气态发生出来，进入所述双通道冷凝器6的冷凝通道中冷凝，冷凝后的高压液体经所述第一节流阀4-1节流降压进入所述过冷器15进行第一次蒸发，降低所述过冷器15另一侧主制冷循环的CO2温度，由所述过冷器15出来的低压湿蒸气进入所述中间冷却器14中继续蒸发吸热，降低主制冷循环中所述低压级压缩机1排出的中压过热CO2蒸气温度。从所述中间冷却器14流出的制冷剂气体进入吸收器10内，在吸收器内被吸收剂吸收变为液态同时溶液释放热量。从发生器7中的溶液出口流出的溶液进入溶液热交换器，经第二节流装置4-2节流降压后进入吸收器10中。由所述吸收器10溶液出口出来的富含制冷剂的低压溶液经所述溶液泵11、溶液热交换器9、预热器13回到所述发生器7中，完成辅助冷却循环。
所述低压级压缩机与高压级压缩机为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机和活塞压缩机中的任一种。
所述双通道冷凝器可以为一体并联形式，或单个形式，可以为风冷冷凝器、水冷冷凝器或蒸发式冷凝器。
所述蒸发器为风冷式或溶液载冷式。
所述预热器、中间冷却器、过冷器、发生器为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。
所述第一节流装置与第二节流装置为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流装置。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，其特征在于，包括双级压缩制冷循环和吸收式辅助制冷循环，所述双级压缩制冷循环的工质为二氧化碳，所述双级压缩制冷循环包括膨胀机，所述膨胀机设置于所述双级压缩制冷循环中蒸发器的制冷剂进口；所述辅助制冷循环用于降低所述双级压缩制冷循环中高压级压缩机的吸气口的吸气温度。
2.根据权利要求1所述的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，其特征在于，所述双级压缩制冷循环为由低压级压缩机、中间冷却器的制冷剂侧通道、高压级压缩机、预热器的制冷剂侧通道、双通道冷凝器的冷却侧通道、所述膨胀机、蒸发器、吸收器的制冷剂侧通道依次连接后回到所述低压级压缩机的主制冷循环；所述吸收式辅助制冷循环包括发生器、溶液热交换器、溶液泵、第一节流装置、第二节流装置、所述预热器的溶液侧通道、所述双通道冷凝器的冷凝侧通道、所述中间冷却器的溶液侧通道及所述吸收器；所述发生器内设置有加热装置；所述发生器的溶液出口经所述溶液热交换器及所述第二节流装置与所述吸收器的溶液进口连接，所述吸收器的溶液出口依次经所述溶液泵、所述溶液热交换器及所述预热器的溶液侧通道与所述发生器的溶液进口连接，所述发生器的气体出口经所述双通道冷凝器的冷凝通道、所述第一节流装置及所述中间冷却器的溶液侧通道与所述吸收器的气体入口连接；所述吸收式辅助制冷循环中水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
3.根据权利要求1所述的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，其特征在于，所述双级压缩制冷循环为由低压级压缩机、中间冷却器的制冷剂侧通道、高压级压缩机、预热器的制冷剂侧通道、双通道冷凝器的冷却侧通道、过冷器过冷侧通道、所述膨胀机、蒸发器、吸收器的制冷剂侧通道依次连接后回到所述低压级压缩机的主制冷循环；所述吸收式辅助制冷循环包括发生器、溶液热交换器、溶液泵、第一节流装置、第二节流装置、所述预热器的溶液侧通道、所述双通道冷凝器的冷凝侧通道、所述过冷器的蒸发侧通道、所述中间冷却器的溶液侧通道及所述吸收器；所述发生器内设置有加热装置；所述发生器的溶液出口经所述溶液热交换器及所述第二节流装置与所述吸收器的溶液进口连接，所述吸收器的溶液出口依次经所述溶液泵、所述溶液热交换器及所述预热器的溶液侧通道与所述发生器的溶液进口连接，所述发生器的气体出口依次经所述双通道冷凝器的冷凝通道、所述第一节流装置、所述过冷器的蒸发侧通道及所述中间冷却器的溶液侧通道与所述吸收器的气体入口连接；所述吸收式辅助制冷循环中水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
4.根据权利要求2或3所述的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，其特征在于，所述膨胀机的输出轴通过联轴器与发电机连接。
5.根据权利要求4所述的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，其特征在于，所述加热装置为电加热装置；所述发电机为所述电加热装置供电。
6.根据权利要求4所述的吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷***，其特征在于，所述预热器为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。
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| CN109869945B (zh) * | 2019-03-26 | 2024-07-09 | 天津商业大学 | 吸收式跨临界二氧化碳双级压缩制冷*** |
| CN112944708A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-11 | 湖南汽车工程职业学院 | 一种车载空调二氧化碳制冷剂测定方法及捕获*** |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200218 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |