阅读说明：本技术 一种适用于多种负荷工况的制冷系统 (Refrigerating system suitable for multiple load working condition ) 是由 魏德立 杨耿煌 杜启含 朱轶群 黄成军 江菊元 王忠孝 刘长征 李享 臧筑华 于 2020-01-21 设计创作，主要内容包括：在传统的复叠式制冷系统应用于多种工况下,系统结构复杂,控制系统复杂,机组闲置率大,运行成本高,初投资大。本发明涉及一种适用于多种负荷工况的制冷系统,具体为一种既可以实现单级压缩制冷循环又可以实现多种负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统。包括第一循环单元、第二循环单元和第三循环单元,所述第一循环单元中,第一压缩机的排气端、第一冷凝器、第一节流阀、第一冷凝蒸发器的第一循环通道依次连接回到所述第一压缩机的吸气端,组成封闭循环。提供一种适用于多种负荷工况的制冷系统一种既可以根据所需蒸发温度和冷量的大小,实现制冷循环系统的切换的适用于多种负荷工况的制冷系统,以降低系统能耗,降低运行费用,节约能源。(When the traditional cascade refrigeration system is applied to various working conditions, the system structure is complex, the control system is complex, the idle rate of the unit is high, the operation cost is high, and the initial investment is large. The invention relates to a refrigeration system suitable for various load working conditions, in particular to a refrigeration system which can realize single-stage compression refrigeration cycle and cascade refrigeration cycle under various load working conditions. The closed circulation system comprises a first circulation unit, a second circulation unit and a third circulation unit, wherein in the first circulation unit, a gas exhaust end of a first compressor, a first condenser, a first throttle valve and a first circulation channel of a first condensation evaporator are sequentially connected back to a gas suction end of the first compressor to form closed circulation. The refrigeration system suitable for various load working conditions can realize the switching of the refrigeration cycle system according to the required evaporation temperature and the cold quantity, so that the energy consumption of the system is reduced, the operating cost is reduced, and the energy is saved.)

一种适用于多种负荷工况的制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种既可以实现单级压缩制冷循环又可以实现多种负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统。

背景技术

单级压缩制冷系统由于受到压缩机吸排气压缩比的限制，不适用于压缩比(排气压力与吸气压力之比)大于12的低温制冷系统。在现有技术中，当压缩比大于12时通常采用双级压缩制冷系统。双级压缩制冷机组可以由一个电机带动，也可以通过多机头配组实现。但这两种方式高低压互通，压缩机的回油问题不容易解决。双级压缩制冷循环中，压缩过程分为两个阶段，来自蒸发器的低压工质蒸汽先进入低压压缩机压缩到中间压力，经中间冷却器进入高压压缩机压缩到冷凝压力，排入冷凝器，这样可使各级压力比适中，由于经过中间冷却，可使压缩机耗功减少，可靠性、经济性均有提高，但是这种制冷系统复杂，控制系统复杂，很难实现变负荷工况下系统控制。

在需要较低温度制冷时，复叠制冷系统也是很好的解决方式。热量通过低温级制冷系统的工质吸热，传递给连接低温级制冷系统和高温级制冷系统的冷凝蒸发器，再由高温级制冷系统工质将热量传递到环境中。但是这种传统的复叠制冷系统，系统复杂，控制系统复杂，很难实现变负荷工况下系统控制。

在传统的复叠式制冷系统应用于多种工况下，系统结构复杂，控制系统复杂，机组闲置率大，运行成本高，初投资大，换热器的结构复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种既可以根据所需蒸发温度和冷量的大小，实现制冷循环系统的切换的适用于多种负荷工况的制冷系统，以降低系统能耗，降低运行费用，节约能源。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种适用于多种负荷工况的制冷系统，包括第一循环单元、第二循环单元和第三循环单元，所述第一循环单元中，第一压缩机的排气端、第一冷凝器、第一节流阀、第一冷凝蒸发器的第一循环通道依次连接回到所述第一压缩机的吸气端，组成封闭循环；

所述第二循环单元包括第二压缩机、第二冷凝器、所述第一冷凝蒸发器的第二循环通道、第二冷凝蒸发器的第二循环通道、第一蒸发器、第二节流阀、第一单向阀、第二单向阀、第一三通换向阀及第二三通换向阀；所述第二压缩机的吸气端与所述第一三通换向阀的第一接口连接，所述第二压缩机的排气端与所述第二三通换向阀的第一接口连接，所述第二三通换向阀的第二接口与所述第二冷凝器的入口连接，所述第二冷凝器的出口分别与所述第一单向阀的出口和所述第二节流阀的第一接口连接，所述第二节流阀的第二接口分别与所述第一蒸发器的第一接口和所述第二单向阀的入口连接，所述第一蒸发器的第二接口与所述第一三通换向阀的第三接口连接，所述第二单向阀的出口一路与所述第一单向阀的入口连接，另一路与所述第一冷凝蒸发器第二循环通道、所述第二冷凝蒸发器的第二循环通道的第一接口连接，所述第二冷凝蒸发器的第二循环通道的第二接口分别与所述第一三通换向阀的第二接口及所述第二三通换向阀的第三接口连接；

所述第三循环单元中，第三压缩机的排气端、第二冷凝蒸发器的第一循环通道、第三节流阀及第二蒸发器依次连接回到所述第三压缩机的吸气端，组成封闭循环；

所述第一压缩机为低功率压缩机，所述第二压缩机为中功率压缩机，所述第三压缩机为高功率压缩机。

所述制冷系统为单级压缩制冷循环时，所述第二循环单元中，所述第一三通换向阀的第一接口与第三接口连接，所述第二三通换向阀的第一接口与第二接口连接；所述第二压缩机的排气端、第二三通换向阀的第一接口与第二接口、第二冷凝器、第二节流阀、第一蒸发器、第一三通换向阀的第三接口及第一接口依次连接回到所述第二压缩机的吸气端，组成封闭的单级压缩制冷循环。

所述制冷系统为低负荷工况下的复叠式压缩制冷系统时，所述第一循环单元为高温级压缩制冷循环，所述第二循环单元为低温级压缩制冷循环；所述第一循环单元中，所述第一压缩机的排气端、第一冷凝器、第一节流阀及所述第二冷凝蒸发器的第一循环通道依次连接回到所述第一压缩机的吸气端，完成高温级压缩制冷循环；所述第二循环单元中，所述第一三通换向阀的第一接口与第三接口连接，所述第二三通换向阀的第一接口与第三接口连接；所述第二压缩机的排气端、所述第二三通换向阀的第一接口及第三接口、第二冷凝蒸发器的第二循环通道、所述第一冷凝蒸发器的第二循环通道、所述第一单向阀、所述第二节流阀、所述第一蒸发器、所述第一三通换向阀的第三接口及第一接口依次连接回到所述第二压缩机的吸气端，完成低温级压缩制冷循环。

所述制冷系统为高负荷工况下的复叠式压缩制冷系统时，所述第二循环单元为高温级压缩制冷循环，所述第三循环单元为低温级压缩制冷循环；

所述第二循环单元中，所述第一三通换向阀的第一接口与第二接口连接，所述第二三通换向阀的第一接口与第二接口连接；

所述第二压缩机的排气端、所述第二三通换向阀的第一接口及第二接口、所述第二冷凝器、所述第二节流阀、所述第二单向阀、第一冷凝蒸发器的第二循环通道、所述第二冷凝蒸发器的第二循环通道、所述第一三通换向阀的第二接口及第一接口依次连接回到所述第二压缩机的吸气端，形成高温级压缩制冷循环；

所述第三循环单元中，所述第三压缩机的排气端、第二冷凝蒸发器的第一循环通道、第三节流阀及第二蒸发器依次连接回到所述第三压缩机的吸气端，形成低温级压缩制冷循环。

所述第一压缩机、第二压缩机和第三压缩机分别为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机和活塞压缩机中的任一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明与传统复叠式制冷系统相比，本发明为可实现单级压缩制冷循环和多种负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统，可以实现单级压缩制冷循环和多种复叠式制冷循环，系统灵活，适用范围广。

2、本发明的可实现单级压缩制冷循环和多负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统系统，第一循环单元和第三循环单元为固定单元，仅有第二循环单元是可变单元，相比传统的系统，结构简单，减少系统机组的使用量，降低了系统的能耗，降低运行成本，降低了系统的初投资成本。

3、本发明的可实现单级压缩制冷循环和多负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统系统，冷凝蒸发器为常见的板式换热器等，结构简单，操作方便，提高了换热性能好。

4、本发明的可实现单级压缩制冷循环和多负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统，系统简单,可以在不同工况下选用高效的循环方式，提高了系统的效率,降低了系统的能耗,节省了系统的成本。

附图说明

图1所示为本发明适用于多种负荷工况的制冷系统原理图；

图2所示为第一三通换向阀的接口示意图；

图3所示为第二三通换向阀的接口示意图；

图4所示为第一冷凝蒸发器的结构示意图；

图5所示为第二冷凝蒸发器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明适用于多种负荷工况的制冷系统的原理图如图1所示，包括第一循环单元、第二循环单元和第三循环单元。所述第一循环单元包括第一压缩机1-1、第一冷凝器2-1、第一节流阀5-1及第一冷凝蒸发器3-1的第一循环通道3-1-1，所述第一压缩机1-1的排气端、第一冷凝器2-1、第一节流阀5-1、第一冷凝蒸发器3-1的第一循环通道3-1-1依次连接回到所述第一压缩机1-1的吸气端，组成封闭循环。

所述第二循环单元包括第二压缩机1-2、第二冷凝器2-2、所述第一冷凝蒸发器3-1的第二循环通道3-1-2、第二冷凝蒸发器3-2的第二循环通道3-2-2、第一蒸发器7-1、第二节流阀5-2、第一单向阀6-1、第二单向阀6-2、第一三通换向阀4-1及第二三通换向阀4-2。第一冷凝蒸发器3-1的结构示意图如图4所示，所述第二冷凝蒸发器的结构示意图如图5所示，所述第一三通换向阀4-1的接口示意图如图2所示，所述第二三通换向阀的接口示意图如图3所示。所述第二压缩机1-2的吸气端与所述第一三通换向阀4-1的第一接口4-1-1连接，所述第二压缩机1-2的排气端与所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1连接，所述第二三通换向阀4-2的第二接口4-2-2与所述第二冷凝器2-2的入口连接，所述第二冷凝器2-2的出口分别与所述第一单向阀6-1的出口和所述第二节流阀5-2的第一接口连接，所述第二节流阀5-2的第二接口分别与所述第一蒸发器7-1的第一接口和所述第二单向阀6-2的入口连接，所述第一蒸发器7-1的第二接口与所述第一三通换向阀4-1的第三接口4-1-3连接，所述第二单向阀6-2的出口一路与所述第一单向阀6-1的入口连接，另一路与所述第一冷凝蒸发器3-1第二循环通道3-1-2、所述第二冷凝蒸发器3-2的第二循环通道3-2-2的第一接口连接，所述第二冷凝蒸发器3-2的第二循环通道3-2-2的第二接口分别与所述第一三通换向阀4-1的第二接口4-1-2及所述第二三通换向阀4-2的第三接口4-2-3连接。

所述第三循环单元包括第三压缩机1-3、第二冷凝蒸发器3-2的第一循环通道3-2-1、第三节流阀5-3及第二蒸发器7-2，所述第三压缩机1-3的排气端、第二冷凝蒸发器3-2的第一循环通道3-2-1、第三节流阀5-3及第二蒸发器7-2依次连接回到所述第三压缩机的吸气端，组成封闭循环。

所述第一压缩机1-1为低功率压缩机，所述第二压缩机1-2为中功率压缩机，所述第三压缩1-3机为高功率压缩机。

在单级压缩制冷循环可以满足的工况下，仅第二循环单元循环运行，形成单级压缩制冷循环。当单级压缩制冷循环不能满足所需温度的情况下，系统可以根据所需的不同负荷实现两种不同的复叠式制冷循环，分别为低负荷工况复叠式制冷循环、高负荷工况复叠式制冷循环。

在单级压缩制冷循环可以满足的工况下，仅第二循环单元循环运行，所述制冷系统为单级压缩制冷循环。所述第二循环单元中，所述第一三通换向阀4-1的第一接口4-1-1与第三接口4-1-3连接，所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1与第二接口4-2-2连接。所述第二压缩机1-2的排气端、第二三通换向阀4-1的第一接口4-1-1及第二接口4-1-2、第二冷凝器2-2、第二节流阀5-2、第一蒸发器7-1、第一三通换向阀4-2的第三接口4-2-3及第一接口4-2-1依次连接回到所述第二压缩机1-2的吸气端，组成封闭的单级压缩制冷循环。第二压缩机1-2从所述第一蒸发器7-1中吸入低压气体，低压气体经所述第二压缩机1-2压缩升压变为高压气体后通过所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1、第二接口4-2-2进入所述、第二冷凝器2-2中冷凝放热变为高压液体，高压液体进入所述第二节流阀5-2节流降压变为低压湿蒸气，低压湿蒸气进入第一蒸发器7-1蒸发吸收热量变为低压蒸气，之后通过第一三通换向阀4-1的第三接口4-1-3、第一接口4-1-1回到第二压缩机1-2的吸气端，完成单级压缩制冷循环。

当单级压缩制冷循环不能满足所需温度的情况下，系统为低负荷工况复叠式制冷循环时，所述第一循环单元与第二循环单元运行，所述制冷系统为低负荷工况下的复叠式压缩制冷系统，所述第一循环单元为高温级压缩制冷循环，所述第二循环单元为低温级压缩制冷循环。所述第一循环单元中，所述第一压缩机1-1的排气端、第一冷凝器2-1、第一节流阀5-1及所述第二冷凝蒸发器3-2的第一循环通道3-2-1依次连接回到所述第一压缩机的吸气端，完成高温级压缩制冷循环。所述第二循环单元中，所述第一三通换向阀4-1的第一接口4-1-1与第三接口4-1-3连接，所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1与第三接口4-2-3连接。所述第二压缩机1-2的排气端、所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1及第三接口4-2-3、第二冷凝蒸发器3-2的第二循环通道3-2-2、所述第一冷凝蒸发器3-1的第二循环通道3-1-2、所述第一单向阀6-1、所述第二节流阀5-2、所述第一蒸发器7-1、所述第一三通换向阀4-1的第三接口4-1-3及第一接口4-1-1依次连接回到所述第二压缩机1-2的吸气端，完成低温级压缩制冷循环。高温级压缩制冷循环中，所述第一压缩机1-1从所述第二冷凝蒸发器3-2的第一循环通道3-2-1吸入中压气体，中压气体经所述第一压缩机1-1压缩变为高压气体，高压气体进入所述第一冷凝器2-1中冷凝放热为高压液体，高压液体经所述第一节流阀5-1节流降压变为中压湿蒸汽后进入所述第二冷凝蒸发器3-2的第一循环通道3-2-1中蒸发，吸收低温级的冷凝热变为中压气体后回到所述第一压缩机1-1的吸气端，完成高温级压缩制冷循环；低温级压缩制冷循环中，所述第二压缩机1-2从所述第一蒸发器7-1吸入低压气体，低压气体经所述第二压缩机1-2压缩为中压气体，中压气体流经所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1及第三接口4-2-3、第二冷凝蒸发器3-2的第二循环通道3-2-2进入所述第一冷凝蒸发器3-1的第二循环通道3-1-2中冷凝，向高温级放热变为中压液体，中压液体经所述第一单向阀6-1进入所述第二节流阀5-2节流降压变为低压湿蒸汽，低压湿蒸汽进入所述第一蒸发器7-1中蒸发变为低压蒸气，产生制冷现象，低压蒸气经所述第一三通换向阀4-1的第三接口4-1-3、第一接口4-1-1回到所述第二压缩机1-2的吸气端，完成低温级压缩制冷循环，形成低负荷工况下的复叠式制冷系统。

当单级压缩制冷循环不能满足所需温度的情况下，系统为高负荷工况复叠式制冷循环时，所述第三循环单元与第二循环单元运行，所述制冷系统为稿负荷工况下的复叠式压缩制冷系统，所述第二循环单元为高温级压缩制冷循环，所述第三循环单元为低温级压缩制冷循环。所述第二循环单元中，所述第一三通换向阀4-1的第一接口4-1-1与第二接口4-1-2连接，所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1与第二接口4-1-2连接。所述第二压缩机1-2的排气端、所述第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1及第二接口4-2-2、所述第二冷凝器2-2、所述第二节流阀5-2、所述第二单向阀6-2、第一冷凝蒸发器3-1的第二循环通道3-1-2、所述第二冷凝蒸发器3-2的第二循环通道3-2-2、所述第一三通换向阀4-1的第二接口4-1-2及第一接口4-1-1依次连接回到所述第二压缩机1-2的吸气端，形成高温级压缩制冷循环。所述第三循环单元中，所述第三压缩机1-3的排气端、第二冷凝蒸发器3-2的第一循环通道3-2-1、第三节流阀5-3及第二蒸发器7-2依次连接回到所述第三压缩机1-3的吸气端，形成低温级压缩制冷循环。高温级压缩制冷循环中，所述第二压缩机1-2从所述第一冷凝蒸发器3-1的第二循环通道3-1-2吸入中压气体，中压气体经所述第二压缩机1-2压缩变为高压气体，高压气体流经第二三通换向阀4-2的第一接口4-2-1、第二接口4-2-2进入所述第二冷凝器2-2中冷凝放热为高压液体，高压液体进入所述第二节流阀5-2节流降压变为中压湿蒸汽，中压湿蒸汽流经所述第二单向阀6-2、第一冷凝蒸发器3-1的第二循环通道3-1-2进入所述第二冷凝蒸发器3-2的第二循环通道3-2-2中蒸发，吸收低温级的冷凝热变为中压气体后经所述第一三通换向阀4-1的第二接口4-1-2、第一接口4-1-1回到所述第二压缩机1-2的吸气端，完成高温级压缩制冷循环。低温级压缩制冷循环中，所述第三压缩机1-3从所述第二蒸发器7-2吸入低压气体，低压气体经所述第三压缩机1-3压缩为中压气体，中压气体进入所述第二冷凝蒸发器3-2的第一循环通道3-2-1中冷凝，向高温级放热变为中压液体，中压液体经所述第三节流阀5-3节流降压变为低压湿蒸汽后进入所述第二蒸发器7-2中蒸发变为低压蒸气，产生制冷现象，低压蒸气回到所述第三压缩机1-3的吸气端，完成低温级压缩制冷循环，从而形成高负荷工况下的复叠式制冷系统。

其中，所述第一压缩机1-1、第二压缩机1-2和第三压缩机1-3。

所述第一节流阀5-1、第二节流阀5-2及第三节流阀5-3为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或孔板节流装置。

本发明的可实现单级压缩制冷循环和多种负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统系统，在冷库中单级压缩制冷循环可以满足的工况下，可以实现单级压缩制冷循环；在冷库中单级压缩制冷循环不能满足所需温度及负荷的情况下，实现低负荷工况、高负荷工况两种复叠式制冷循环；在整个系统中，第一循环单元为固定的单元，作为低负荷工况复叠式制冷系统的高温级循环，第三循环单元为固定的单元，作为高负荷复叠式制冷系统的低温级循环，仅有第二循环单元为变化单元，第二循环单元可以作为单级压缩制冷循环、低负荷工况复叠式制冷系统的低温级循环以及高负荷工况复叠式制冷系统的高温级循环。本发明的可实现单级压缩制冷循环和多种负荷工况下复叠式制冷循环的制冷系统系统，可以实现单级压缩制冷循环和多种复叠式制冷循环，在多种工况下选用高效的循环方式，且第一循环单元和第三循环单元为固定单元，仅有第二循环单元是可变单元提高了系统的效率,降低了系统的能耗,节省了系统的成本；冷凝蒸发器为常见的板式换热器等，结构简单，操作方便，减少了换热量的损失，提高了换热性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。