高安全性的复叠制冷循环系统的制作方法

本实用新型涉及热泵制冷技术领域，尤其是涉及一种高安全性的复叠制冷循环系统。

背景技术：

目前在工业领域中，在产品的生产流程中各个工艺步骤需要的温度不同，部分需要低温，而部分需要高温，普遍采用的方法是采用制冷机组供给冷量，采用市政蒸汽、锅炉、电加热作为热水的来源供给热量；而在低温部分，为了达到更低的温度，通常采用复叠式制冷技术，复叠式制冷技术通常由两个单独的热泵系统组成，分别称为高温级及低温级部分，高温级部分使用中温制冷剂，低温级部分使用低温制冷剂。高温级部分系统中制冷剂的蒸发是用来使低温级部分系统中制冷剂冷凝，用一个冷凝蒸发器将两部分联系起来，它既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝器。

对于目前的食品加工、储存等加工工艺流程中，对于冷冻温度及冷冻速度要求日益提高，目前常规机组在低蒸发温度下，cop低，换热系数低，机组体型大，电耗高；随着环保意识和要求逐渐提高，同时相应法规不断推出，尤其常规氟制冷剂对臭氧层破坏以及加重温室效应的产生等问题，目前解决上述问题可以在高温级部分采用nh3为冷媒，nh3是有毒易燃气体，如何在保证机组性能的前提下，减少系统中nh3充注量，并能自动调控nh3循环量保证系统正常运行是需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种减少nh3注入量且能够保证系统正常运行的高安全性的复叠制冷循环系统。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种高安全性的复叠制冷循环系统，包括低温级热泵单元与高温级热泵单元，所述的高温级热泵单元由高温压缩机、高温油分器、高温冷凝器、高温节流器以及蒸发冷凝换热器串联而成，在所述的高温油分器的液体出口与高温压缩机的入口之间依次串联高温油冷却器以及高温油循环泵，在所述的高温冷凝器的出口处设置一机械浮球阀。

进一步具体的，所述的低温级热泵单元包括有冷凝组件与蒸发组件，所述的冷凝组件由低温压缩机、低温油分器、高温级热泵单元的蒸发冷凝换热器、储液罐以及回气换热器串联而成，在所述的低温油分器的液体出口与低温压缩机之间依次串联低温油冷却器以及低温油循环泵；所述的蒸发组件由液态循环泵、低温节流器、低温蒸发器、循环桶以及回气换热器串联而成；在冷凝组件中冷媒依次经过低温压缩机、低温油分器、高温级热泵单元的蒸发冷凝换热器、储液罐以及回气换热器后进入循环桶内；在蒸发组件中冷媒从循环桶依次经过液态循环泵、低温节流器、低温蒸发器后回到循环桶，变为气态的冷媒进入回气换热器内进入冷凝组件进行循环。

进一步具体的，所述的低温节流器与低温蒸发器的串联组成工作组，所述的工作组至少两组且并联设置，每一个所述的工作组对应不同的工艺间。

进一步具体的，在每一个所述的工作组上均设置一控制电磁阀，在所述的工艺间内设置环境温度探头，所述的液态循环泵为变频泵，根据环境温度探头检测工艺间的温度并调节控制电磁阀以及液态循环泵的工作状态。

进一步具体的，在所述的低温压缩机的进口处设置有低温侧压力探头与低温侧温度探头。

进一步具体的，在所述的高温压缩机的进口处设置有高温侧压力探头与高温侧温度探头，在所述的高温油分器的气体出口处设置有油分压力探头与油分温度探头。

进一步具体的，在所述的机械浮球阀上并联一旁通球阀。

进一步具体的，所述的高温油循环泵采用变频泵。

本实用新型的有益效果是：采用了上述系统之后，在高温级热泵单元内注入的冷媒减少，保证高温冷凝器内液态冷媒的存量减少，从而使得气态冷媒的换热面积增大，换热效率提高，在相同的换热效率下可以对高温冷凝器的面积进行减小设计从而降低整个系统占地面积，结构紧凑。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型机械浮球阀的连接结构示意图。

图中：1、高温压缩机；2、高温油分器；3、高温冷凝器；4、高温节流器；5、高温油冷却器；6、高温油循环泵；7、机械浮球阀；8、低温压缩机；9、低温油分器；10、蒸发冷凝换热器；11、储液罐；12、回气换热器；13、低温油冷却器；14、低温油循环泵；15、液态循环泵；16、低温节流器；17、低温蒸发器；18、循环桶；19、控制电磁阀；20、旁通球阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述。

如图1与图2所示一种高安全性的复叠制冷循环系统，包括低温级热泵单元与高温级热泵单元，所述的高温级热泵单元由高温压缩机1、高温油分器2、高温冷凝器3、高温节流器4以及蒸发冷凝换热器10串联而成，在所述的高温油分器2的液体出口与高温压缩机1的入口之间依次串联高温油冷却器5以及高温油循环泵6，在所述的高温冷凝器3的出口处设置一机械浮球阀7；在本方案中高温级热泵单元中采用nh3为冷媒，由于nh3有毒且易燃，通过机械浮球阀7的使用用于控制高温冷凝器3内液态nh3的量，当液态nh3过多时，机械浮球阀7自动调节提高阀门的开启程度，使得液态nh3流速增加，从而降低液态nh3高度，而当液态nh3减少时，机械浮球阀7自动调节减小其阀门的开启程度，使得高温冷凝器3内的液态nh3积存较少，循环效率高。

低温级热泵单元包括有冷凝组件与蒸发组件，所述的冷凝组件由低温压缩机8、低温油分器9、高温级热泵单元的蒸发冷凝换热器10、储液罐11以及回气换热器12串联而成，在所述的低温油分器9的液体出口与低温压缩机8之间依次串联低温油冷却器13以及低温油循环泵14；所述的蒸发组件由液态循环泵15、低温节流器16、低温蒸发器17、循环桶18以及回气换热器12串联而成；在冷凝组件中，气态冷媒首先进入低温压缩机8内进行压缩变为高压高温的气态冷媒，进入低温油分器9进行气液分离，气态冷媒进入蒸发冷凝换热器10，液体冷媒进入低温油冷却器13并通过低温油循环泵14重新进入低温压缩机8内进行压缩；进入蒸发冷凝换热器10的气态冷媒与高温级热泵单元进行换热，气态冷媒变为液态冷媒之后进入储液罐11内，液体冷媒通过储液罐11后进入回气换热器12，在回气换热器12内与即将进入低温压缩机8的气态冷媒进行换热，气态冷媒温度降低，进入低温压缩机后降低其能耗；此时液态冷媒有一小部分会变为气态，气态与液态混合的冷媒进入蒸发组件的循环桶18内，液态冷媒在循环桶18底部，气态冷媒从循环桶18顶部进入回气换热器12进行换热后进入低温压缩机8，继续压缩循环；在蒸发组件中，液态冷媒从循环桶18底部经过液体循环泵15后进入低温节流器16，之后进入低温蒸发器17进行换热操作，换热后的液态冷媒变为气态，此时在气态冷媒中还混有液态冷媒，混合的冷媒回流至循环桶18，在循环桶18内液态冷媒与气态冷媒分离，液态冷媒向下继续参与蒸发组件内的循环，而气态冷媒向上进入回气换热器12后进入低温压缩机8参与冷凝组件内的循环。

由于在整个工艺过程中会遇到不同的工艺步骤其温度需求不同，通过下述手段实现采用同一复叠制冷循环系统向不同工艺步骤提供不同的温度，所述的低温节流器16与低温蒸发器17的串联组成工作组，所述的工作组至少两组且并联设置，每一个所述的工作组对应不同的工艺间，并在该工艺间进行降温操作，在本方案中工作组采用4组；同时在每一个所述的工作组上均设置一控制电磁阀19，在所述的工艺间内设置环境温度探头，所述的液态循环泵15为变频泵，根据环境温度探头检测工艺间的温度并调节控制电磁阀19以及液态循环泵15的工作状态；在所述的低温压缩机8的进口处设置有低温侧压力探头与低温侧温度探头。在本方案中低温级热泵单元采用co2作为冷媒，在食品速冻行业中，多个工艺步骤所需温度低，不可避免的导致低温蒸发器17表面附着油膜，本系统保证一小段时间液态循环泵15高频运行，加大对低温蒸发器17表面冲刷，保证系统回油正常。此外，液态循环泵15也根据低温压缩机8进口处的低温侧温度探头及低温压缩机8进口处的低温侧压力探头监控吸气过热情况自动变频，防止液击及排气温度过高出现。

在高温级热泵单元中，首先气态冷媒进入高温压缩机1内进行压缩，压缩后的气态冷媒变为高压高温的气态冷媒之后进入高温油分器2，进行气液分离，气态冷媒进入高温冷凝器3，液态冷媒进入高温油冷却器5并通过高温油循环泵6重新进入高温压缩机1内进行压缩循环；高温冷凝器3将气态冷媒冷却变为液态冷媒后通过高温节流器4，高温节流器4将低温的液态冷媒送至蒸发冷凝换热器10内与低温级热泵单元进行换热，换热之后的冷媒变为气态(或者气态与液态混合)，之后进入高温压缩机1进行压缩循环；在所述的高温压缩机1的进口处设置有高温侧压力探头与高温侧温度探头，在所述的高温油分器2的气体出口处设置有油分压力探头与油分温度探头；所述的高温油循环泵6采用变频泵，由于本系统为复叠系统，而低温蒸发器17可同时提供多个工艺间同时使用，故蒸发冷凝换热器10中两侧压力变化多，幅度大，高温油循环泵6可在高温级热泵单元处于高蒸发温度工况下，自动加频，保证回油顺利；而当高温级热泵单元处于低蒸发温度工况下，自动降频，防止因为气态冷媒回至高温压缩机1中，从而减少高温压缩机1的有效吸气量。

进一步为了方便进行检修，在所述的机械浮球阀7上并联一旁通球阀20，当机械浮球阀7出现故障时，断开机械浮球阀7，打开旁通球阀20使得冷媒从旁通球阀20通过，此时可在系统运行的时候对机械浮球阀7进行检修。

综上，采用了上述系统之后，采用机械浮球阀7使得在高温级热泵单元内注入的冷媒减少，保证高温冷凝器3内液态冷媒的存量减少，从而使得气态冷媒的换热面积增大，换热效率提高，在相同的换热效率下可以对高温冷凝器3的面积进行减小设计从而降低整个系统占地面积，结构紧凑；通过旁通球阀20在不停机的状态下对机械浮球阀7进行检修；高温油循环泵6为变频泵，自动调节频率，防止高温压缩机1的有效吸气量降低；液态循环泵15采用变频泵，保证回油正常，同时防止液击及排气温度过高。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。