[發明專利]一種多級冷卻二氧化碳制冷空調及制冷方法

有效

• 申請號: 202010549715.8
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111912131B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 曹鋒;葉祖樑;王驛凱;宋昱龍;殷翔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00;F25B5/02;F25B31/00;F25B41/20;F25B41/30;F25B49/02;F24F11/65;F24F11/72;F24F11/84;F24F11/86
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種多級冷卻二氧化碳制冷空調及其制冷方法，高壓級壓縮機的出口連接氣體冷卻器的入口，氣體冷卻器的出口連接高壓膨脹閥的入口，高壓膨脹閥的出口連接閃蒸罐的入口，閃蒸罐上部的出口連接高壓級壓縮機的入口，閃蒸罐下部的液體出口連接第一級蒸發器的入口、第二級蒸發器的入口、第三級蒸發器的入口；第三級蒸發器的出口連接低壓級壓縮機的入口，低壓級壓縮機的出口和第二級蒸發器的出口共同連接中壓級壓縮機的入口，中壓級壓縮機的出口、第一級蒸發器的出口和閃蒸罐上部的出口共同連接高壓級壓縮機的入口。系統根據實際運行工況可以采用不同的運行模式，適用于負荷變化大的應用場合，配合容量和壓力控制，保證長久運行的節能效果。

技術領域

本發明屬于制冷空調領域，特別涉及一種多級冷卻二氧化碳制冷空調及制冷方法。

背景技術

在制冷空調和熱泵領域，目前廣泛應用的HFC制冷劑雖然對臭氧層沒有破壞作用，但全球變暖潛值較高，對于溫室效應的加劇有一定的影響。因此，制冷劑替代工作近年來正在不斷開展，關于環保性更優的制冷劑的相關研究也逐漸推進。作為自然工質，二氧化碳(CO₂)具有極佳的環境友好性能，其臭氧層破壞潛能值ODP為0，全球變暖潛力值GWP為1。同時，二氧化碳安全無毒、不可燃、化學性質穩定。作為制冷劑，CO₂單位容積制冷量大，熱導率高、傳熱效果好，粘度低、流動損失小。由于二氧化碳的這些優點和特質，近年來逐漸成為制冷劑替代的重要選擇。

然而，由于CO₂的低臨界溫度，當熱匯側外界環境溫度較高時循環會進入跨臨界狀態，即系統高壓側壓力高于臨界壓力，低壓側壓力低于臨界壓力。此時，與傳統制冷劑不同，超臨界CO₂的放熱過程不發生相變，溫度與壓力相互獨立。大量研究表明，CO₂制冷系統的性能受限于外界環境溫度，當外界環境溫度較高時，CO₂系統的性能會明顯遜色于傳統制冷劑系統的性能。另外，對于一些蒸發側需要大幅度降低風溫的應用場合，例如數據中心機房空調、機場地面空調車等，一般的CO₂制冷系統也難以實現高性能運行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多級冷卻二氧化碳制冷空調及制冷方法，以解決上述提及的一般CO₂制冷系統在外界環境溫度較高時，以及蒸發側需要大幅度降低風溫時性能不足的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種多級冷卻二氧化碳制冷空調，包括：高壓級壓縮機、氣體冷卻器、高壓膨脹閥、閃蒸罐、第一級蒸發器、第二級蒸發器、第三級蒸發器、中壓級壓縮機和低壓級壓縮機；

高壓級壓縮機的出口連接氣體冷卻器的入口，氣體冷卻器的出口連接高壓膨脹閥的入口，高壓膨脹閥的出口連接閃蒸罐的入口，閃蒸罐上部的出口連接高壓級壓縮機的入口，閃蒸罐下部的液體出口連接第一級蒸發器的入口、第二級蒸發器的入口、第三級蒸發器的入口；

第三級蒸發器的出口連接低壓級壓縮機的入口，低壓級壓縮機的出口和第二級蒸發器的出口共同連接中壓級壓縮機的入口，中壓級壓縮機的出口、第一級蒸發器的出口和閃蒸罐上部的出口共同連接高壓級壓縮機的入口。

進一步的，高壓級壓縮機的出口連接油氣分離器的入口，油氣分離器的工質出口連接氣體冷卻器的入口。

進一步的，油氣分離器的底部潤滑油出口連接儲油器的入口；

儲油器的出口通過第一油路電磁閥、第二油路電磁閥和第三油路電磁閥分別連接高壓級壓縮機的回油口、中壓級壓縮機的回油口和低壓級壓縮機的回油口。

進一步的，閃蒸罐的上部的出口通過閃蒸氣旁通閥連接高壓級壓縮機的入口；閃蒸罐下部的液體出口通過第一級節流閥、第二級節流閥和第三級節流閥分別連接第一級蒸發器的入口、第二級蒸發器的入口和第三級蒸發器的入口。