[发明专利]一种跨临界CO2双级压缩增压制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及环保制冷技术领域，特别是涉及到一种跨临界CO₂双级压缩增压制冷系统。

背景技术

随着我国经济水平的快速发展和人民对于生活水平要求的逐渐升高，易腐蚀食品(水果、蔬菜、乳制品等)的产量和需求量的逐渐增长，消费者对于食品品质和安全的重视程度也越来越高。这也导致了市场对冷库、超市冷柜等装置和产品产生了巨大的需求量。

而今的制冷系统面临着环境保护和节能减排的双重压力，环保制冷剂的开发利用以及制冷系统的节能优化已经成了制冷行业发展的新趋势。

目前市场上所生产和使用的冷库、冷柜、冷藏车等制冷设备中大部分使用的是全球变暖潜热值(GWP)较高氟利昂制冷剂，如R404A、R507C、R22等。在系统制冷剂充注、维修等过程中，不可避免的会产生制冷剂的泄露，加剧了温室效应。在这种形势下，自然工质CO₂因其良好的热物性又重新被人们所关注。相比于HCFCs和HFCs制冷剂，CO₂有着明显的优势：1)环保型制冷剂：GWP为1，ODP为0；2)具有良好的安全性和化学稳定性:无毒、不可燃、适应各种润滑油；3)良好的热物性：单位容积制冷量大，运动粘度低；4)优良的流动和传热特性，可有效减小了压缩机、换热器以及系统的尺寸。但由于CO₂临界温度低(31.1℃)，临界压力高(7.38MPa)，使得系统的运行压力高、节流损失大，从而造成了CO₂系统的运行效率低于常规的氟系统，这也限制了CO₂系统的推广和发展。

因此，改善CO₂制冷系统的性能，提高效率，成为了CO₂系统研究的主要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种跨临界CO₂双级压缩增压制冷系统，能够通过双级压缩中间不完全冷却在一定程度上降低了排气温度高，并且将经过气体冷却器的制冷剂气体节流在膨胀罐内进行气液分离，使得经节流后进入中间换热器和蒸发器的制冷剂的气体含量减少，减少了节流损失，并且利用中间换热器对进入蒸发器的CO₂制冷剂过冷，提高了系统制冷量，改善了系统性能。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种跨临界CO₂双级压缩增压制冷系统，低压级压缩机、高压级压缩机、油分离器、气体冷却器、膨胀罐、干燥过滤器、中间换热器、蒸发器、气液分离器通过管道依次连接，所述低压压缩机和高压压缩机之间设置有回油管路，所述低压压缩机至高压压缩机之间管路设置有单向阀一和压力变送器一，所述膨胀罐到高压压缩机入口的旁通管路的依次设置有膨胀阀四、压力变送器三和单向阀三，所述气体冷却器出口到膨胀罐入口管路之间设置有膨胀阀三和压力变送器二，膨胀罐液体出口通过设置流量计二的管路连接干燥过滤器，干燥过滤器分别连接两个支路，一支路经电磁阀二、膨胀阀二、中间换热器、压力变送器四、单向阀二后连接低压级压缩机出口与压力变送器一之间的管路，另一支路经中间热交换器、流量计一、电磁阀一、膨胀阀一、蒸发器、气液分离器后连接低压级压缩机的入口。

CO₂为该制冷系统的制冷剂。从气体冷却器出来的高温高压CO₂气体经膨胀阀节流降压后进入膨胀罐，节流后气液两相制冷剂在膨胀罐内气液分离，罐内气体由旁通支路经膨胀阀降压后并入高压级压缩机的吸气管路，罐内的CO₂液体经干燥过滤器干燥后分成两路，一路经膨胀阀节流进入中间换热器对进入蒸发器的制冷剂进行过冷，随后并入高压级压缩机的吸气管路，而另一路制冷剂液体在中间换热器过冷后经膨胀阀节流进入蒸发器，在蒸发器中吸热后，经气液分离器后被低压压缩机压缩至中压，而后在高压压缩机吸气管路中与两支路气体混合后被吸入高压级压缩机，从高压压缩机出来的高温高压的气体经油分离器后进入气体冷却器冷却降温，完成制冷循环。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

(1)使用CO₂作为系统制冷剂。由于CO₂的GWP为1，ODP为0，是环境友好型制冷剂且具有优良的热物性，相比于常规的制冷系统，直接碳排放基本为0。

(2)运用了双级压缩中间不完全冷却的模式。低压压缩机的排气与中间换热器出来的蒸气以及经蒸气旁通阀节流后的膨胀罐蒸气混合降温后，由高压级压缩机压缩排气，相比于CO₂单级压缩系统，在达到相同排气压力的情况下，排气温度要低。