專利名稱：一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及能實(shí)現(xiàn)多溫區(qū)制冷調(diào)節(jié)的帶渦流管的制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在很多領(lǐng)域，對(duì)產(chǎn)品冷凍、冷藏、冷鮮的要求越來越高，特別是在食品、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域，對(duì)保存環(huán)境有著很高的要求。而在這些場(chǎng)合，不同產(chǎn)品類型，對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境溫度的要求也不盡相同，對(duì)制冷系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)維護(hù)來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如在大型超市，一般設(shè)有供消費(fèi)者選購(gòu)冷鮮肉類、海鮮、乳品、蔬菜等的專門區(qū)域，這些商品的保存溫度和環(huán)境要求相差很大，超市往往需要購(gòu)置多種冷飲柜，鮮肉柜，蔬菜柜等來分別滿足不同產(chǎn)品的質(zhì)量和新鮮度的要求。由于溫度和環(huán)境要求的不同，這些不同的保鮮柜采用不同的制冷系統(tǒng)及調(diào)控方式，會(huì)帶來很多問題1)需要針對(duì)不同的產(chǎn)品購(gòu)置不同的專用冷藏柜，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般中型超市需配備三種以上冷藏設(shè)備，投資較大，設(shè)備分散，占用空間大，容易產(chǎn)生噪音，管理維護(hù)困難，工作量大，需要安排專門人員；2)市售冷藏設(shè)備一般制冷效率不高，壓縮機(jī)性能系數(shù) (COP)低，現(xiàn)在主流高效冷藏柜壓縮機(jī)COP也僅在1. 6左右，而且在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)很多還達(dá)不到這一要求，而一些專用冷凍柜，制冷效率更低，能耗大。同時(shí)使用多種分散的冷藏設(shè)備，壓縮機(jī)和其它部件損失大，造成綜合制冷性能低下，耗電量大，在大型超市的耗電中，50%-70% 是由超市各種冷柜及空調(diào)制冷系統(tǒng)所消耗的，而冷藏柜的能耗比例在逐年增加；幻調(diào)節(jié)和系統(tǒng)匹配性能差，有些冷藏設(shè)備只在部分負(fù)荷下運(yùn)行，效率低，浪費(fèi)能源，而其他設(shè)備可能臨時(shí)增加負(fù)荷，又無法滿足儲(chǔ)存要求，很多情況下兩者無法互補(bǔ)，這樣就造成了能源分配的不平衡和浪費(fèi)。此外，在這些冷藏設(shè)備中，制冷系統(tǒng)的冷凝熱量往往直接排放，冷凝載冷劑溫度不夠高，冷凝熱量往往無法利用，不僅是對(duì)能源的浪費(fèi)，還對(duì)周邊環(huán)境構(gòu)成熱污染。不僅在商場(chǎng)，一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)也會(huì)用到多種類型的冷藏設(shè)備，保存藥品，血液，冰袋等等，同樣面臨著以上問題。此外，在一些以往的渦流管裝置中，渦流管制冷系統(tǒng)效率較低，冷熱流體不能得到充分的同時(shí)利用，往往造成能量的浪費(fèi)，例如公開號(hào)為CN101922800A的中國(guó)發(fā)明專利提出了一種逆流式多級(jí)冷凝熱泵熱水器，它主要是將渦流管熱端出口的高溫低壓氣體進(jìn)行利用，并未利用其冷端低壓氣體，使其效率較低，不利于節(jié)能。公開號(hào)為CN101135503A的中國(guó)發(fā)明專利提出了一種帶有渦流管的高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，雖然將渦流管冷熱端的制冷劑分別進(jìn)行利用，但是并未重視熱端出來的制冷劑在將熱量釋放后可繼續(xù)產(chǎn)生制冷效應(yīng)的特點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍受到限制，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，采用一套制冷系統(tǒng)和設(shè)備，解決了超市等一些場(chǎng)所現(xiàn)有針對(duì)不同制冷溫度和環(huán)境要求而需不同冷藏設(shè)備的問題。一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一冷凝器、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器、氣液分離裝置、渦流管、第二膨脹閥、第二蒸發(fā)器、第三膨脹閥、第三蒸發(fā)器和第二冷凝器，所述壓縮機(jī)的出口連接所述第一冷凝器的進(jìn)口，所述第一冷凝器的出口連接氣液分離裝置的進(jìn)口，氣液分離裝置的氣體出口連接渦流管的進(jìn)口，渦流管的熱端出口依次串聯(lián)第二冷凝器的制冷劑進(jìn)口、第二冷凝器的制冷劑出口、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器、第一減壓閥；渦流管的冷端出口依次串聯(lián)第二膨脹閥和第二蒸發(fā)器，所述第二膨脹閥外并列一第一旁通閥；氣液分離裝置的液體出口依次串聯(lián)第三膨脹閥、第三蒸發(fā)器和第二減壓閥；所述第一減壓閥的出口、第二蒸發(fā)器的出口以及第二減壓閥的出口連成一路后，連接壓縮機(jī)的進(jìn)口。作為優(yōu)選，所述第一冷凝器的冷卻介質(zhì)回路上設(shè)有第二旁通閥，作為調(diào)節(jié)介質(zhì)流量使用。當(dāng)各蒸發(fā)器承擔(dān)的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)第一冷凝器中冷卻介質(zhì)回路上的第二旁通閥改變介質(zhì)流量，可改變制冷劑冷凝后進(jìn)入氣液分離裝置時(shí)的氣液比例。同時(shí)調(diào)節(jié)渦流管的冷流分量，最終可使流經(jīng)第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器、第三蒸發(fā)器的制冷劑流量分配比例發(fā)生變化，各蒸發(fā)器的制冷量也會(huì)隨之改變，適應(yīng)負(fù)荷的變化，調(diào)配性能好，同時(shí)可達(dá)到節(jié)能目的。本發(fā)明的工作流程為自壓縮機(jī)出來的高壓制冷劑氣體在第一冷凝器中被部分冷凝，成為干度一定的飽和氣液兩相狀態(tài)，進(jìn)入氣液分離裝置，飽和氣、液態(tài)制冷劑分別聚集在氣液分離裝置的上、下部；氣液分離裝置中的高壓氣態(tài)制冷劑流向渦流管的入口作為驅(qū)動(dòng)氣流，進(jìn)入渦流管的氣體制冷劑經(jīng)過冷熱分離效應(yīng)，在渦流管冷端出口，制冷劑達(dá)到低溫低壓，會(huì)出現(xiàn)完全不液化的氣相、部分液化的氣液兩相、完全液化的飽和液相以及過冷液相四種狀態(tài)；在渦流管熱端出口，制冷劑達(dá)到高溫高壓，為過熱氣相狀態(tài)；渦流管熱端出口的高溫?zé)釟饬鬟M(jìn)入第二冷凝器，被冷凝為過冷液，釋放熱量，所釋放的熱量可用于加熱其他流體，產(chǎn)生制熱效應(yīng)；過冷制冷劑液體經(jīng)第一膨脹閥節(jié)流膨脹后進(jìn)入第一蒸發(fā)器蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產(chǎn)生較高溫區(qū)的制冷效應(yīng)，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進(jìn)入第一減壓閥；若渦流管冷端出口為飽和液態(tài)或過冷液態(tài)，則其經(jīng)過第二膨脹閥節(jié)流膨脹，進(jìn)入第二蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收周圍熱量，產(chǎn)生低溫區(qū)的制冷效應(yīng)；若渦流管冷端出口為氣態(tài)或氣液混合態(tài)，則其經(jīng)過第一旁通閥直接進(jìn)入第二蒸發(fā)器，吸收周圍熱量，同樣產(chǎn)生低溫區(qū)的制冷效應(yīng)；來自氣液分離裝置液體出口的飽和液態(tài)制冷劑經(jīng)第三膨脹閥節(jié)流膨脹后進(jìn)入第三蒸發(fā)器蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產(chǎn)生中溫區(qū)的制冷效應(yīng)，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進(jìn)入第二減壓閥；來自第一減壓閥出口、第二減壓閥出口、第二蒸發(fā)器出口的氣流匯合，進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)口，被壓縮，完成循環(huán)。每個(gè)溫區(qū)內(nèi)的具體溫度位通過調(diào)節(jié)各蒸發(fā)器前膨脹閥的開度來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果(1)引入了渦流管，利用其能量分離效應(yīng)，產(chǎn)生冷熱流體。同時(shí)，渦流管熱端出來的高溫?zé)釟饬骺捎糜诩訜崞渌黧w，使第二冷凝器作為某些需熱流體的加熱源。如此節(jié)省了其它用熱所需的能量。高溫?zé)釟饬麽尫艧崃考訜崞渌黧w后，進(jìn)一步利用了其制冷效應(yīng)，節(jié)能性好，效率高；隨負(fù)荷變化時(shí)的調(diào)節(jié)性能好，減少了能量浪費(fèi)。(2)采用一套制冷系統(tǒng)和設(shè)備，不再需要分別購(gòu)置冷藏設(shè)備，可以集中組合布置， 減少了投資成本和空間占用，便于維護(hù)管理，降低了噪音，調(diào)節(jié)性能好；本發(fā)明由一臺(tái)壓縮機(jī)、三個(gè)蒸發(fā)器、兩個(gè)冷凝器、一個(gè)氣液分離裝置和一臺(tái)渦流管組成，減少了冷藏設(shè)備分散布置時(shí)，使用多臺(tái)壓縮機(jī)的效率損失，系統(tǒng)綜合供冷效率高，降低耗電量。


圖1為本發(fā)明一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)的流程示意圖；圖2為一種傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的流程示意圖；其中1、壓縮機(jī)；2、第一冷凝器；3、氣液分離裝置；4、渦流管；5、第二膨脹閥；6、 第二蒸發(fā)器；7、第一旁通閥；8、第二冷凝器；9、第一膨脹閥；10、第一蒸發(fā)器；11、第一減壓閥；12、第三膨脹閥；13、第三蒸發(fā)器；14、第二減壓閥；15、第二旁通閥。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例圖1示出一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)流程，壓縮機(jī)1出口與第一冷凝器2進(jìn)口相連，第一冷凝器2出口與氣液分離裝置3進(jìn)口相連，氣液分離裝置3的氣體出口與渦流管4的進(jìn)口相連，渦流管4熱端出口與第二冷凝器8的制冷劑進(jìn)口相連，第二冷凝器8的制冷劑出口與第一膨脹閥9進(jìn)口相連，第一膨脹閥9出口與第一蒸發(fā)器10進(jìn)口相連，第一蒸發(fā)器10出口與第一減壓閥11進(jìn)口相連；渦流管4冷端出口分別與第二膨脹閥5進(jìn)口和第一旁通閥7進(jìn)口相連，第二膨脹閥5的出口和第一旁通閥7的出口相連于一路后，連接第二蒸發(fā)器6的進(jìn)口 ；氣液分離裝置3的液體出口與第三膨脹閥12的進(jìn)口相連，第三膨脹閥12 的出口與第三蒸發(fā)器13的進(jìn)口相連，第三蒸發(fā)器13的出口與第二減壓閥14的進(jìn)口相連， 第二減壓閥14的出口、第一減壓閥11的出口、第二蒸發(fā)器6的出口連接為一路后，與壓縮機(jī)1的進(jìn)口相連。第一冷凝器2的冷卻介質(zhì)回路上安裝第二旁通閥15。第二冷凝器8的冷卻介質(zhì)進(jìn)口、出口連接需要加熱的流體，利用渦流管熱端出來的高溫?zé)釟饬鱽砑訜嵝枰訜岬牧黧w。在本實(shí)施例中，系統(tǒng)中循環(huán)的制冷劑工質(zhì)為R600a。計(jì)算手段為EES軟件編程。工作流程和工況條件自壓縮機(jī)1出來的高壓制冷劑氣體在第一冷凝器2中被部分冷凝，成為干度一定的飽和氣液兩相狀態(tài)，設(shè)定初始條件，干度 = 0. 6，冷凝溫度T2。= 57°C，對(duì)應(yīng)的冷凝壓力P2e = 0. SlMpa ；兩相混合物進(jìn)入氣液分離裝置3，飽和氣、液態(tài)制冷劑分別聚集在氣液分離裝置3上、下部，氣液比例( = 0. 6 ；氣液分離裝置3中的高壓氣態(tài)制冷劑 (57°C、0. 81Mpa)流向渦流管4的入口作為驅(qū)動(dòng)氣流，進(jìn)入渦流管4的氣體制冷劑發(fā)生冷熱分離效應(yīng)，設(shè)定渦流管工況渦流管長(zhǎng)度L = O. 6m，冷流分量u = 0. 3，渦流管進(jìn)出口壓比為Pin Pout = 4 1，氣流在冷端出口被液化過冷(此實(shí)施例中狀態(tài)是確定的)，溫度Ttt =-26. 7°C，壓力Ptt = 0. 2Mpa,熱端出口氣流達(dá)到高溫高壓的過熱狀態(tài)，溫度T4h = 77. 3°C， 壓力P4h = 0. 56Mpa ；渦流管4熱端出口的熱氣流(77. 3°C，0. 56Mpa)進(jìn)入第二冷凝器8，被冷凝為過冷液，釋放熱量，產(chǎn)生制熱效應(yīng)，冷凝溫度T8c = 650C ；來自第二冷凝器8的過冷制冷劑液體經(jīng)第一膨脹閥9節(jié)流膨脹，節(jié)流過程為等焓，節(jié)流后干度Q = 0 1，進(jìn)入第一蒸發(fā)器10蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產(chǎn)生較高溫區(qū)的制冷效應(yīng)，已知進(jìn)入第一蒸發(fā)器10時(shí)的干度和焓值，可獲得蒸發(fā)溫度Tltl = 50C -irC，壓力Pltl = 0. 19Mpa 0. 23Mpa，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進(jìn)入第一減壓閥11 ；渦流管4冷端出口的過冷液體(16.7°C，0. 2Mpa)進(jìn)入第二膨脹閥5節(jié)流膨脹，節(jié)流過程為等焓，節(jié)流后干度Q = 0 1，進(jìn)入第二蒸發(fā)器6蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產(chǎn)生低溫區(qū)的制冷效應(yīng)，已知進(jìn)入第二蒸發(fā)器6時(shí)的干度和焓值，可獲得蒸發(fā)溫度T6 = -251 -181，壓力Pltl = 0. 06Mpa 0. 08Mpa ；來自氣液分離裝置3液體出口的飽和制冷劑液進(jìn)入第三膨脹閥12節(jié)流膨脹，節(jié)流過程為等焓，節(jié)流后干度Q = 0 1，進(jìn)入第三蒸發(fā)器13蒸發(fā)，吸收周圍熱量，產(chǎn)生中溫區(qū)的制冷效應(yīng)，已知進(jìn)入第三蒸發(fā)器13時(shí)的干度和焓值，可獲得蒸發(fā)溫度T13 = -10°C 0°C，壓力P13 = 0. IlMpa 0. 16Mpa，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑蒸汽進(jìn)入第二減壓閥14 ；來自第一減壓閥11出口、第二減壓閥14出口、第二蒸發(fā)器6出口的氣流匯合，進(jìn)入壓縮機(jī)1進(jìn)口，被壓縮，完成循環(huán)，滿足了多溫區(qū)儲(chǔ)存的需要。調(diào)節(jié)每個(gè)蒸發(fā)器之前的膨脹閥可達(dá)到具體的溫度位，例如，第三蒸發(fā)器13產(chǎn)生中溫區(qū) (-IO0C -O0C )的制冷效應(yīng)時(shí)，調(diào)節(jié)第三膨脹閥12的開度，可使蒸發(fā)溫度達(dá)到_5°C。當(dāng)三個(gè)蒸發(fā)器承擔(dān)的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)(例如鮮肉存儲(chǔ)量增大，乳制品存量減少等)，調(diào)節(jié)第二旁通閥15改變第一冷凝器2中冷卻介質(zhì)的流量，可改變制冷劑冷凝后進(jìn)入氣液分離裝置3時(shí)的氣液比例，同時(shí)調(diào)節(jié)渦流管4的冷流分量，這樣最終使流經(jīng)第一蒸發(fā)器 10、第二蒸發(fā)器6、第三蒸發(fā)器13的制冷劑流量分配比例發(fā)生變化，各蒸發(fā)器的制冷量也會(huì)隨之改變，適應(yīng)負(fù)荷的變化，調(diào)配性能好，同時(shí)可達(dá)到節(jié)能目的。渦流管4熱端出來的高溫制冷劑在第二冷凝器8中可用于加熱其他流體，獲得的高溫流體可作他用，如超市的生活熱水等，節(jié)省了其他用熱所需的能量。下面將本實(shí)施例與不同溫度下的傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的性能系數(shù) (COP)進(jìn)行對(duì)比。為保證對(duì)比的有效性，將本實(shí)施例分別與處于三個(gè)不同蒸發(fā)溫度下的傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)進(jìn)行性能對(duì)比，三個(gè)不同的蒸發(fā)溫度分別對(duì)應(yīng)本實(shí)施例中三個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)溫度，而這些蒸發(fā)溫度是大型超市常用的冷藏器蒸發(fā)溫度。傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)如圖2所示，壓縮機(jī)1與第一冷凝器2、第一膨脹閥9、第一蒸發(fā)器10串聯(lián)，形成一個(gè)回路。在均選用R600a工質(zhì)的情況下，經(jīng)理論循環(huán)計(jì)算，得到本實(shí)施例與不同溫度下的傳統(tǒng)單溫區(qū)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)在超市冷柜常用溫位下的性能對(duì)比，見表1。計(jì)算工況條件相同 本實(shí)施例的系統(tǒng)(圖1)，第一蒸發(fā)器10蒸發(fā)溫度Tltl = 7. 5°C、第二蒸發(fā)器6蒸發(fā)溫度T6 =_25°C、第三蒸發(fā)器13蒸發(fā)溫度T13 = _7°C，第一冷凝器2冷凝溫度T2。= 57°C，氣液比 Q2 = 0. 6，第二冷凝器2冷凝溫度T8c = 63. 6°C;傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)(圖2)，第一蒸發(fā)器10三個(gè)不同蒸發(fā)溫度，T11 = 7. 5T12 = _7V、T13 = -25°C，第一冷凝器2冷凝溫度均為T4。= 57°C。由表1可見，單純考慮制冷效應(yīng)時(shí)，本帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)COP值與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)相比，具有一定地提高(參看下表COPl欄)。特別是相對(duì)于蒸發(fā)溫度為_25°C時(shí)，本帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)對(duì)于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的COP提高明顯。而同時(shí)考慮制冷制熱效應(yīng)時(shí)，本系統(tǒng)的性能系數(shù)要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)(參看下表C0P2欄)。表1本制冷系統(tǒng)與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，其特征在于包括壓縮機(jī)(1)、第一冷凝器O)、 第一膨脹閥(9)、第一蒸發(fā)器(10)、氣液分離裝置(3)、渦流管G)、第二膨脹閥(5)、第二蒸發(fā)器(6)、第三膨脹閥(12)、第三蒸發(fā)器(1 和第二冷凝器(8)，所述壓縮機(jī)(1)的出口連接所述第一冷凝器O)的進(jìn)口，所述第一冷凝器O)的出口連接氣液分離裝置(3)的進(jìn)口，氣液分離裝置(3)的氣體出口連接渦流管(4)的進(jìn)口，渦流管(4)的熱端出口依次串聯(lián)第二冷凝器(8)的制冷劑進(jìn)口、第二冷凝器(8)的制冷劑出口、第一膨脹閥(9)、第一蒸發(fā)器(10)、第一減壓閥(11)；渦流管的冷端出口依次串聯(lián)第二膨脹閥( 和第二蒸發(fā)器 (6)，所述第二膨脹閥( 外并列一第一旁通閥(7)；氣液分離裝置(3)的液體出口依次串聯(lián)第三膨脹閥(12)、第三蒸發(fā)器(1 和第二減壓閥(14)；所述第一減壓閥(11)的出口、第二蒸發(fā)器(6)的出口以及第二減壓閥(14)的出口連成一路后，連接壓縮機(jī)(1)的進(jìn)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，其特征在于所述第一冷凝器 (2)的冷卻介質(zhì)回路上設(shè)有第二旁通閥(15)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶渦流管的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)連接第一冷凝器，第一冷凝器連接氣液分離裝置，氣液分離裝置氣體出口連接渦流管，渦流管的熱端出口依次串聯(lián)第二冷凝器、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器、第一減壓閥；渦流管的冷端出口依次串聯(lián)第二膨脹閥和第二蒸發(fā)器，第二膨脹閥外并列一第一旁通閥；氣液分離裝置液體出口依次串聯(lián)第三膨脹閥、第三蒸發(fā)器和第二減壓閥；第一減壓閥的出口、第二蒸發(fā)器的出口以及第二減壓閥的出口連成一路后，連接壓縮機(jī)。本發(fā)明解決了大型超市等一些場(chǎng)所現(xiàn)有針對(duì)不同制冷溫度和保存環(huán)境而需不同冷藏設(shè)備的問題。利用渦流管的能量分離效應(yīng)，采用一套制冷系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫區(qū)制冷，并利用產(chǎn)熱量，提高了系統(tǒng)效率。
文檔編號(hào)F25B9/04GK102338496SQ20111029304
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者喬曉剛, 唐黎明, 李鵬, 王征, 陳光明, 韓曉紅 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)