一种高效制冷方法及其系统与流程

1.本发明涉及一种利用大温差过冷制冷循环和系统，尤其涉及一种利用人工制冷实现大温差过冷的制冷循环和系统。


背景技术：

2.常规的冷媒压缩制冷循环，包括液态冷媒蒸发制冷，气态冷媒压缩，气态冷媒冷凝，及液态冷媒节流减压四个过程。冷媒压缩系统包括压缩机，节流阀，蒸发器和冷凝器。事实上，经过冷凝器的高压冷媒还是高温冷媒，这部分的显热不被释放，必然导致冷媒压缩循环的制冷量减少，制冷效率降低。所以理想的冷媒压缩循环需要在冷凝器后面增加过冷器对高压冷媒进行过冷，改善制冷循环的性能。
3.目前大部分的制冷系统均没有过冷，其主要原因如下，其一是没有合适的冷源对过冷器提供过冷所需的冷量，其二，依据不同冷媒，其过冷度对制冷量和制冷系数影响不同，平均来看，每降低一度温度，增加制冷量或提高cop约为1％，所以如果不实现大温差的过冷，过冷的效果不明显，因此需要一种高效经济的提供大过冷温差的方法和手段。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题，提出了新的一种高效制冷方法和系统。
5.采用的技术方案如下：
6.一种高效制冷方法，该方法通过建立包含压缩过程、冷凝过程、具有大温差过冷的过冷过程、膨胀过程和蒸发过程的冷媒压缩制冷循环，利用冷媒压缩制冷循环中的蒸发过程进行制冷。其中，所述的大温差过冷为冷媒降温幅度大于10℃，实现方法如下：
7.采用其它的人工制冷循环对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷。
8.和/或采用一个或多个蓄冷容器的冷水或载冷剂的蓄冷对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷。冷水或载冷剂的蓄冷通过所述冷媒压缩制冷循环的蒸发过程进行蓄冷或通过其它的人工制冷循环的蒸发过程进行蓄冷，或利用环境气候变化进行蓄冷。
9.本发明通过利用高蒸发温度的人工制冷循环对低蒸发温度的冷媒压缩制冷循环进行过冷，充分利用了蒸发温度不同，制冷cop不同实现节能，表1是离心压缩冷水机制冷的不同蒸发温度对应的cop，可以看出，冷媒降温幅度大于10℃时，可以有效降低cop。同时根据电价分时段蓄冷，进一步节能。
10.表1不同蒸发温度的对应的cop
11.[0012][0013]
进一步地，所述人工制冷循环含有两个以上的制冷循环，如包含压缩过程、冷凝过程、膨胀过程和蒸发过程的制冷循环，每个制冷循环的蒸发温度不同，且至少一个制冷循环的蒸发温度高于所述冷媒压缩制冷循环的蒸发温度。
[0014]
进一步地，所述蓄冷容器为两个，分别为第一蓄冷容器和第二蓄冷容器，两个蓄冷容器中的冷水或载冷剂交替进行蓄冷和对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷，即：第一蓄冷容器利用其它人工制冷循环对冷水或载冷剂进行冷却蓄冷时，第二蓄冷容器的冷水或载冷剂对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷，当第二蓄冷容器内的冷水或载冷剂有大温差的温升后，切换为利用其它人工制冷循环对冷水或载冷剂进行冷却蓄冷，此时第一蓄冷容器切换为利用冷水或载冷剂对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷。其中两个蓄冷容器可以两个独立的蓄冷容器或为一个蓄冷容器分割得到的两个独立的蓄冷区域。
[0015]
一种高效制冷系统，包括主压缩机、主冷凝器、过冷装置、主节流阀、主蒸发器和一组或多组辅单元，每组辅单元包括辅冷凝器，辅压缩机和辅节流阀；其中，主压缩机、主冷凝器、过冷装置、主节流阀和主蒸发器由主冷媒管道顺序连接成回路，冷媒在主冷媒管道中由所述主压缩机驱动进行循环，经由所述主冷凝器冷凝、过冷装置过冷降温、主节流阀膨胀、主蒸发器蒸发后返回至主压缩机；所述主蒸发器中冷媒蒸发产生的冷量用于高效制冷。所述过冷装置为冷媒降温幅度大于10℃的大温差过冷，包括与辅单元相同数量的一个或多个串联的过冷器。每个过冷器的另一流体通道与对应辅单元的辅压缩机、辅冷凝器和辅节流阀由辅冷媒管道顺序连接成回路，冷媒在辅冷媒管道中由所述辅压缩机驱动进行循环，经由所述辅冷凝器、辅节流阀、过冷器后返回至辅压缩机。
[0016]
进一步地，不同辅单元与过冷器组成制冷循环的蒸发温度不同，且至少一个制冷循环的蒸发温度高于所述冷媒压缩制冷循环的蒸发温度。
[0017]
一种高效制冷系统，系统含有主冷媒压缩制冷循环单元和辅冷媒压缩制冷循环单元，所述主冷媒压缩制冷循环单元包括由主冷媒管道顺序连接成回路的主压缩机、主冷凝器、过冷装置、主节流阀和主蒸发器。冷媒在主冷媒管道中由所述主压缩机驱动进行循环，经由所述主冷凝器冷凝、过冷装置过冷降温、主节流阀膨胀、主蒸发器蒸发后返回至主压缩机；所述主蒸发器中冷媒蒸发产生的冷量用于高效制冷。所述过冷装置为冷媒降温幅度大于10℃的大温差过冷，包括一个或多个串联的过冷器。所述辅冷媒压缩制冷循环单元包括由辅冷媒管道顺序连接成回路的辅压缩机、辅冷凝器、辅节流阀和一个或多个串联的辅蒸发器；冷媒在辅冷媒管道中由所述辅压缩机驱动进行循环，经由所述辅冷凝器、辅节流阀、辅蒸发器后返回至辅压缩机。一个或多个串联的辅蒸发器的另一流体通道与一个或多个串联的过冷器的另一流体通道相互连通，通过载冷剂循环将所述辅蒸发器的制冷量通过过冷装置对冷媒进行过冷。
[0018]
进一步地，辅冷媒压缩制冷循环单元的蒸发温度不同，且至少一个制冷循环的蒸
发温度高于所述主冷媒压缩制冷循环单元的蒸发温度。
[0019]
一种高效制冷系统，系统含有主冷媒压缩制冷循环单元、辅冷媒压缩制冷循环单元和用于储存载冷剂的蓄冷容器，所述主冷媒压缩制冷循环单元包括由主冷媒管道顺序连接成回路的主压缩机、主冷凝器、过冷装置、主节流阀和主蒸发器。冷媒在主冷媒管道中由所述主压缩机驱动进行循环，经由所述主冷凝器冷凝、过冷装置过冷降温、主节流阀膨胀、主蒸发器蒸发后返回至主压缩机；所述主蒸发器中冷媒蒸发产生的冷量用于高效制冷。所述过冷装置为冷媒降温幅度大于10℃的大温差过冷，包括一个或多个串联的过冷器。所述辅冷媒压缩制冷循环单元包括由辅冷媒管道顺序连接成回路的辅压缩机、辅冷凝器、辅节流阀和一个或多个串联的辅蒸发器；冷媒在辅冷媒管道中由所述辅压缩机驱动进行循环，经由所述辅冷凝器、辅节流阀、辅蒸发器后返回至辅压缩机。所述蓄冷容器两侧分别设有第一进口、第一出口和第二进口、第二出口，其中，第一出口、第一进口与一个或多个串联的过冷器的另一流体通道进口和出口相连形成第一回路，第二出口、第二进口分别与一个或多个串联的辅蒸发器的另一流体通道进口和出口相连形成第二回路，其中第一回路循环时，载冷剂通过过冷装置对主冷媒压缩制冷循环单元的冷媒进行过冷，第二回路循环时，辅冷媒压缩制冷循环单元对载冷剂进行制冷。
[0020]
进一步地，所述用于储存载冷剂的蓄冷容器为两个，两个蓄冷容器两侧均分别设有第一进口、第一出口和第二进口、第二出口，其中，第一出口、第一进口均与一个或多个串联的过冷器的另一流体通道进口和出口相连形成第一回路，第二出口、第二进口均分别与一个或多个串联的辅蒸发器的另一流体通道进口和出口相连形成第二回路，其中第一回路循环时，载冷剂通过过冷装置对主冷媒压缩制冷循环单元的冷媒进行过冷，第二回路循环时，辅冷媒压缩制冷循环单元对载冷剂进行制冷。所述两个蓄冷容器只进行一种回路循环且两个蓄冷容器的回路循环不同，从而使两个蓄冷容器交替进行过冷和制冷。
[0021]
进一步地，所述主压缩机、辅压缩机采用离心压缩机，所述主冷凝器、辅冷凝器的另一流体通道通入冷却水冷却，所述的蒸发器的另一流体通道通入水用于制取冷冻水，包括中温水或低温水，所述蓄冷容器为消防水池。
[0022]
进一步地，在低电价时段开启所述第二回路循环进行蓄冷，在高电价时段开启所述第一回路循环对主冷媒压缩制冷循环单元的冷媒进行过冷。
[0023]
进一步地，所述的冷媒压缩主系统有多个，共用冷媒压缩辅系统，或同时共用容器。
[0024]
本发明的有益效果是：本发明不仅仅依赖自然冷源提供过冷所述的冷量，而是采用人工制冷，使得过冷冷源得以保证，其二，充分利用蒸发温度不同，制冷cop不同，利用高蒸发温度的人工制冷对低蒸发温度冷媒压缩循环提供过冷，同时，利用多个蒸发温度的人工制冷循环提供过冷，实现大温差过冷，再者，充分利用蓄能，尤其是大温差蓄能提供过冷，实现高效经济的过冷。
[0025]
本发明具有环保节能，经济高效，简单适用等优点，可广泛用于各类制冷系统。
附图说明
[0026]
图1为利用直膨冷媒压缩制冷循环提供过冷的系统结构图一；
[0027]
图2为利用直膨冷媒压缩制冷循环提供过冷的系统结构图二；
[0028]
图3为利用冷媒压缩制冷循环并通过载冷剂提供过冷的系统结构图一；
[0029]
图4为利用冷媒压缩制冷循环并通过载冷剂提供过冷的系统结构图二；
[0030]
图5为利用一个蓄冷器提供过冷的系统结构图一；
[0031]
图6为利用一个蓄冷器提供过冷的系统结构图二；
[0032]
图7为利用二个蓄冷器提供过冷的系统结构图一；
[0033]
图8为利用二个蓄冷器提供过冷的系统结构图二；
[0034]
图9为应用于电子工厂的系统结构图一；
[0035]
图10为应用于电子工厂的系统结构图二。
具体实施方式
[0036]
如图1所示，系统100含有主冷媒压缩制冷循环单元和辅单元，辅单元为主冷媒压缩制冷循环单元提供过冷。主冷媒压缩制冷循环单元含有主压缩机101，主冷凝器102，第一过冷器1031和第二过冷器1041，主节流阀105，主蒸发器106，及主冷媒管道107等。主冷媒压缩制冷循环单元通过冷媒管道按照公知的冷媒制冷系统连接方式将各部件连接形成冷媒循环系统，即：主压缩机101，主冷凝器102，第一过冷器1031和第二过冷器1041，主节流阀105，主蒸发器106通过主冷媒管道107顺序连接成回路，冷媒在主冷媒管道107中由所述主压缩机101驱动进行循环，经由所述主冷凝器102冷凝、第一过冷器1031和第二过冷器1041过冷降温、主节流阀105膨胀、主蒸发器106蒸发后返回至主压缩机101；所述主蒸发器中冷媒蒸发产生的冷量用于高效制冷。第一、第二过冷器1031和1041位于主冷凝器102的下游、主节流阀105的上游，对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷。辅单元为第一、第二过冷器进行过冷，图1所示过冷器1031和1041均配备一个辅单元，分别为第一辅单元和第二辅单元，其中，过冷器也作为蒸发器与辅单元构成冷媒压缩制冷循环，并且第一辅单元中的冷媒具有较高的蒸发温度，高于主冷媒压缩制冷循环单元的蒸发温度，第二辅单元中的冷媒具有较低的蒸发温度。具体地，所述第一辅单元含有第一辅压缩机1034，第一辅冷凝器1033，第一辅节流阀1032及第一辅冷媒管道1035，第一辅压缩机1034，第一辅冷凝器1033，第一辅节流阀1032及第一过冷器1031的另一流体通道依次通过第一辅冷媒管道1035连接形成压缩制冷循环。同样地，所述第二辅系统还含有第二辅冷凝器1043，第二辅压缩机1044，第二辅节流阀1042及第二辅冷媒管道1045，第二辅压缩机1044，第二辅冷凝器1043，第二辅节流阀1042及第二过冷器1041的另一流体通道依次通过第二辅冷媒管道1045连接形成压缩制冷循环。
[0037]
作为一优选方案，主冷媒压缩制冷循环单元中还可以包含多个并联的主蒸发器，如图2系统100a所示，即系统100a为一个多联制冷系统，为多个装置或系统提供制冷。
[0038]
图3所示系统200含有主冷媒压缩制冷循环单元和辅冷媒压缩制冷循环单元，主冷媒压缩制冷循环单元含有主压缩机201，主冷凝器202，过冷器2031，主节流阀204，主蒸发器205，及主冷媒管道206等。主冷媒压缩系统通过主冷媒管道206按照公知的冷媒制冷系统连接方式将各部件连接形成冷媒压缩制冷循环，过冷器2031位于主冷凝器的下游、主节流阀204的上游，对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷。辅冷媒压缩制冷循环单元可以为一个或两个，图3所示包含两个辅冷媒压缩制冷循环单元，即：第一辅冷媒压缩制冷循环单元含有第一辅蒸发器20311，第一辅节流阀20312，第一辅冷凝器20313，第一辅压缩机20314
和第一辅冷媒管道20315等。第二辅冷媒压缩制冷循环单元含有第二辅蒸发器20321，第二辅节流阀20322，第二辅冷凝器20323，第二辅压缩机20324和第二辅冷媒管道20325等。第一、第二辅冷媒压缩制冷循环单元均通过冷媒管道按照公知的冷媒制冷系统连接方式将各部件连接形成冷媒压缩制冷循环。
[0039]
系统还含有载冷剂管道2033，载冷剂管道依次连接第一、第二辅蒸发器20311和20321和过冷器2031的载冷剂通道形成回路，载冷剂通过泵2032在辅蒸发器和过冷器中间循环，通过载冷剂循环将所述辅蒸发器的制冷量通过过冷装置对冷媒进行过冷。
[0040]
图4系统200a与图3系统不同在于，图4含有两个主冷媒压缩制冷循环单元，两个主冷媒压缩制冷循环单元共用两个辅冷媒压缩制冷循环单元，每个主冷媒压缩制冷循环单元的过冷装置的另一流体通道进口和出口均与两个辅冷媒压缩制冷循环单元的第一、第二辅蒸发器20311和20321的载冷剂通道形成回路，进行共用。
[0041]
图5系统300含有主冷媒压缩制冷循环单元、辅冷媒压缩制冷循环单元和用于储存载冷剂的蓄冷容器3034，主冷媒压缩制冷循环单元含有主压缩机301，主蒸发器305，主冷凝器302，主节流阀304，过冷器3031，及主冷媒管道306，主冷媒压缩系统通过主冷媒管道306按照公知的冷媒制冷系统连接方式将各部件连接形成冷媒压缩制冷循环，过冷器3031位于主冷凝器302的下游，主节流阀304的上游，对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷。辅冷媒压缩制冷循环单元含有辅蒸发器30343，辅冷凝器30346，辅压缩机30347，辅节流阀30345及辅冷媒管道30348，辅冷媒压缩系统通过冷媒管道30348按照公知的冷媒制冷系统连接方式将各部件连接形成冷媒压缩制冷循环。所述蓄冷容器3034两侧分别设有第一进口、第一出口和第二进口、第二出口，第一出口、第一进口分别通过载冷剂管道3033与过冷器3031的另一流体通道进出口相连形成第一回路，泵3032驱动载冷剂在蓄冷容器3034与过冷器3031之间循环，蓄冷容器3034第二出口，第二进口与辅蒸发器30343的流体通道进出口相连形成第二回路，泵30341驱动载冷剂在容器与辅蒸发器间循环。其中第一回路循环时，载冷剂通过过冷装置对主冷媒压缩制冷循环单元的冷媒进行过冷，第二回路循环时，辅冷媒压缩制冷循环单元对载冷剂进行制冷。第一回路、第二回路可以同时，也可以不同时循环。通过设置在回路上的载冷剂阀门进行控制，图中未显示阀门。
[0042]
进一步地，可以利用分时电价系统节能，即在电价低，如峰谷平价时开启所述第二回路循环进行蓄冷，如利用水等，进行冷却，在高峰、尖峰电价时，开启所述第一回路循环对主冷媒压缩制冷循环单元的冷媒进行过冷。
[0043]
图6系统300a利用冷却塔对蓄冷容器内的载冷剂或水进行冷却，如白天与晚间温差较大时，可在晚间利用冷却塔对载冷剂或水冷却，白天利用载冷剂或水对主冷媒压缩制冷循环单元的冷媒进行过冷。
[0044]
进一步地，系统300a也可以配备辅冷媒压缩制冷循环单元，即：蓄冷容器的第二出口、第二进口均与冷却塔的进出口和辅冷媒压缩制冷循环单元的辅蒸发器的另一流体通道进口和出口相连，当冷却塔满足冷却要求时，使用冷却塔，否则，采用辅冷媒压缩制冷循环单元。
[0045]
系统300与300a，不能利用容器中的载冷剂连续对主系统提供过冷，系统400与400a通过采用两个容器交替，即可以连续对主系统提供过冷。
[0046]
如图7所示，系统400含有主冷媒压缩制冷循环单元、辅冷媒压缩制冷循环单元和
两个蓄冷容器4034a和4034b，主冷媒压缩制冷循环单元含有主压缩机401，主蒸发器405，主冷凝器402，主节流阀404，过冷器4031，及主冷媒管道406，主冷媒压缩制冷循环单元通过冷媒管道406按照公知的冷媒制冷系统连接方式将各部件连接形成冷媒压缩制冷循环，过冷器4031位于主冷凝器402的下游，主节流阀404的上游，辅冷媒压缩制冷循环单元含有辅蒸发器40343，辅冷凝器40346，辅压缩机40347，辅节流阀30435及辅冷媒管道40348，辅冷媒压缩系统通过冷媒管道40348按照公知的冷媒制冷系统连接方式将各部件连接形成冷媒压缩制冷循环对冷凝过程结束的高压冷媒进行大温差过冷。两个蓄冷容器4034a和4034b的两侧均分别设有第一进口、第一出口和第二进口、第二出口，第一出口、第一进口分别通过载冷剂管道4033与主冷媒压缩制冷循环单元的过冷器4031的另一流体通道进、出口相连形成第一回路，载冷剂管道4033上还设有泵4032，通过泵4032驱动载冷剂在过冷器4031和两个蓄冷容器4034a和4034b中循环，两个蓄冷容器的第二出口、第二进口分别通过载冷剂管道40342与辅冷媒压缩制冷循环单元的辅蒸发器40343相连形成第二回路，载冷剂管道40342设有泵40341，通过泵40341驱动载冷剂在辅蒸发器40343和两个容器4034a和4034b中循环。载冷剂管道4033、40342上还安装有阀门，通过阀门控制，两个容器的第一回路与第二回路可分别运行，第一回路循环时，载冷剂通过过冷装置对主冷媒压缩制冷循环单元的冷媒进行过冷，第二回路循环时，辅冷媒压缩制冷循环单元对载冷剂进行制冷。通过阀门控制所述两个蓄冷容器只进行一种回路循环且两个蓄冷容器的回路循环不同，使容器内载冷剂交替被加热和冷却，即：第一蓄冷容器运行第一回路循环，载冷剂被主冷媒压缩制冷循环单元加热即载冷剂对主冷媒压缩制冷循环单元中的冷媒进行过冷，第二蓄冷容器运行第二回路循环，载冷剂被辅冷媒压缩制冷循环单元冷却，通过阀门切换，第一蓄冷容器切换到第二回路循环，被加热的载冷剂变为被辅冷媒压缩制冷循环单元冷却，第二蓄冷容器切换至第一回路循环被冷却的载冷剂切换到加热模式，被主冷媒压缩制冷循环单元加热。
[0047]
图8系统400a与图7系统400不同在于，系统含有两个辅冷媒压缩制冷循环单元，分别对应两个蓄冷容器。
[0048]
图9为应用于电子工厂制取低温冷冻水的系统，低温冷冻水指进入制冷机蒸发器的水温为10℃
‑
15℃,从蒸发器排出的水温为3
‑
9℃的冷冻水。主要用于新风除湿等。
[0049]
图中显示从冷凝器出口的冷媒温度为40℃，然后经过过冷器被冷却到17℃，过冷器的冷水通道通入14℃的水，升温至35℃，然后回到蓄水池，即蓄冷容器，图中未显示，即一个容器蓄冷，即可在晚间峰谷电时，或者在白天电价低时蓄冷，供高电价时使用。通过包含过冷器的低温冷水机可制取7℃的水，即低温冷水机蒸发器制取7℃的水送到末端使用，从末端回来的水的温度为12℃。
[0050]
该系统中高温冷水机的蒸发温度高于中温冷水机，来自水池的35℃的水先经过高温冷水机冷器后，再经过中温冷水机冷却后回到水池。中温冷水机和高温冷水机的cop都高于低温冷水机，从而节能，而高温冷水机比中温冷水机cop高，比仅仅使用中温冷水机更节能。
[0051]
其中的蓄水池可以利用电子工厂的消防水池。
[0052]
图10为另一应用于电子工厂制取中温冷冻水的系统，中温冷冻水指进入制冷机蒸发器的水温为18℃
‑
22℃,从蒸发器排出的水温为10
‑
15℃的冷冻水。主要用于干风机旁管，即不除湿的风机盘管，和用于工艺冷却。
[0053]
图中显示中温冷冻水为14℃
‑
21℃，即蒸发器制取14℃的水送到末端使用，从末端回来的水的温度为21℃。
[0054]
该系统采用大型离心压缩机，冷却水冷却冷凝器，冷却水来自冷却塔，图中未显示冷却塔，过冷器和膨胀阀和蒸发器形成制冷循环，图中显示冷凝器出口的冷媒温度为40℃，然后经过过冷器被冷却到15℃，过冷器的冷水通道通入10℃的水，升温至35℃，然后回到蓄水池，即蓄冷容器，图中显示两个蓄水池，即一个蓄冷容器，与蓄冷冷水机相连，另一个释放冷，与过冷器相连，两者可以通过阀门切换。图中未显示阀门。
[0055]
图中的一个容器可利用消防水池，另外再新增加一个水池，或者进行一些隔离改造使两个容器均利用消防水池。
[0056]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。