离心式制冷机组的制作方法

1.本实用新型涉及制冷机组技术领域，尤其涉及具有能量回收功能的离心式制冷机组。


背景技术：

2.离心式制冷机组主要：蒸发器、冷凝器、闪发器、节流装置和离心式压缩机组成。蒸发器主要是制冷剂吸收热量降低水系统的温度，实现制冷。冷凝器主要是将制冷剂的过热气体的热量传递给水系统，实现制冷剂降温；闪发器主要是将冷凝器的液体进行节流，产生低温的气态制冷剂送至离心式压缩机的中间补气口，实现压缩机的二级补气降温，降低离心式压缩机的功耗；节流装置主要作用是将冷凝器的高温高压制冷剂进行节流降温，实现蒸发器侧的压力，此过程中的压力变化，通过节流装置进行耗散；离心式压缩机主要作用是实现制冷剂的压缩，将低温低压的制冷剂转化为高温高压，此过程中通过消耗电能实现。
3.当机组处在正常运行过程时，压缩机通过从蒸发器吸收低温低压的气态制冷剂经过一级压缩机后达到中间压力，此时压缩机气体属于过热态，需要闪发器提供低温气体进行降温中和，然而传统技术中仅依靠纯节流装置产生的气态制冷剂易出现补气带液问题，影响压缩机的运行可靠性。
4.另外，压缩机在工作过程中会存在电机和变频器等电器元件的发热，需要及时对发热元件进行散热以维持制冷机组的正常运行。如图1所示，传统的冷却方式是使用冷凝器2的液态制冷剂进行冷却，为利用冷凝器2的高压将液态制冷剂输送到电机和控制器10的冷却支路9中，而该部分的能量是通过压缩机1后产生，消耗了压缩机1的部分功率，使机组耗电量增加，降低了机组能效。
5.因此，如何提供具有能量回收功能的离心式制冷机组是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出具有能量回收功能的离心式制冷机组，该离心式制冷机组利用能量回收装置将制冷回路的过多压力进行回收，将回收后的能量进行循环使用，减少压缩机主路的冷量损失，降低压缩机运行功率，实现节能提高能效。
7.本实用新型采用的技术方案是，设计离心式制冷机组，包括：形成制冷回路的冷凝器、节流装置、闪发器、蒸发器以及离心式压缩机，闪发器与离心式压缩机之间设有补气支路，制冷回路上连接有能量回收装置，当制冷回路中的气态制冷剂驱动能量回收装置工作时，能量回收装置将膨胀降温后的气态制冷剂送回闪发器。
8.其中，离心式制冷机组中的发热器件通过冷却支路进行降温，冷却支路的出口连接在蒸发器上，能量回收装置工作时吸取制冷回路中的液态制冷剂，并将液态制冷剂增压后送至冷却支路。
9.在一实施例中，能量回收装置包括：机壳、设于机壳中的转轴、支撑转轴的轴承、固定在转轴一端的膨胀轮、固定在转轴另一端的压缩轮，机壳设有用于容纳膨胀轮的膨胀室和用于容纳所述压缩轮的压缩室，气态制冷剂流经膨胀室以驱动膨胀轮转动，压缩轮转动时吸取制冷回路中的液态制冷剂并进行增压。
10.优选的，膨胀室设有进气口和出气口，膨胀室的进气口连接在冷凝器的换热管顶部，膨胀室的出气口连接在闪发器的进液口。
11.优选的，压缩室设有进液口和出液口，压缩室的进液口连接在蒸发器的换热管底部，压缩室的出液口连接在冷却支路上。
12.优选的，节流装置包括：串联在冷凝器的出口和闪发器的进液口之间的第一节流元件、串联在闪发器的出液口和蒸发器的入口的第二节流元件。
13.优选的，冷凝器的换热管底部设有冷却出口，冷却出口通过控制阀连接至冷却支路，控制阀在离心式制冷机组的高压侧参数均达到设定条件时被关闭。
14.在一实施例中，高压侧参数包含高压侧温度和高压侧压力，设定条件为高压侧温度和高压侧压力均不低于各自对应的设定值。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
16.1、通过能量回收装置将制冷回路中过冷压力进行回收利用，膨胀降温送至闪发器进行补气降温，实现离心式压缩机的二级补气增焓，避免了补气带液问题，提升机组可靠性；
17.2、利用回收后的能量对液态制冷剂进行加压提供流动动力，通过冷却支路将液态制冷剂运输到电机、控制器等发热器件进行冷却降温，该过程将压力能回收转化为机械能，降低了由于冷却系统消耗的功率，从而实现了利用涡轮能量回收达到机组节能效果。
附图说明
18.下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：
19.图1是传统技术中制冷机组的系统连接图；
20.图2是本实用新型中制冷剂组的系统连接图；
21.图3是本实用新型中能量回收装置的结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理进行详细说明。
24.如图2所示，本实用新型提出的离心式制冷机组通过冷凝器2、节流装置、闪发器3、蒸发器4以及离心式压缩机1形成制冷剂循环流动的制冷回路，闪发器3与离心式压缩机1之间设有补气支路5。其中，节流装置包括：串联在冷凝器2的出口和闪发器3的进液口之间的第一节流元件6、串联在闪发器3的出液口和蒸发器4的入口的第二节流元件7，利用第一节流元件6对冷凝器2中流出的制冷剂降压成低压低温制冷剂，利用第二节流元件7提高闪发器3中流出的液态制冷剂的过冷度，第一节流元件6和第二节流元件7可以采用电子膨胀阀。
25.制冷回路上连接有能量回收装置8，当制冷回路中的高温气态制冷剂驱动能量回收装置8工作时，高温气态制冷剂由于膨胀做功，内能减小、温度和压力均降低，能量回收装置8将膨胀降温后的中温气态制冷剂送回闪发器3，闪发器3中的气态制冷剂主要有两部分组成，一部分为经过第一节流元件6产生的低温低压气态制冷剂，一部分为通过能量回收装置8产生的中温中压气态制冷剂，两部分气体在闪发器3混合后对离心式压缩机1进行补气，中温气态制冷剂与低温气态制冷剂在闪发器3中进行混合，低温气态制冷剂中的液态成分吸热汽化，避免了现有技术中由于纯节流装置产生的气体补气带液问题。
26.在机组工作过程中，压缩机消耗的功率主要用于压力的提升，但是由于在做功时不可避免的产生热量，需要使用低温液态制冷剂进行冷却降温。离心式制冷机组中的发热器件通常采用冷却支路9进行降温，冷却支路9的出口连接在蒸发器4上，能量回收装置8工作时吸取制冷回路中的液态制冷剂，并将液态制冷剂增压后送至冷却支路9，在该过程中，由于离心式压缩机1对冷却支路9的制冷剂并没有进行做功，降低了离心式压缩机1对电能的消耗，提升了制冷机组的能效水平，实现了机组节能。
27.如图3所示，能量回收装置8包括：机壳、设于机壳中的转轴81、支撑转轴81的轴承82、以及固定在转轴81一端的膨胀轮83，机壳设有用于容纳膨胀轮83的膨胀室84，膨胀室84设有进气口841和出气口842，膨胀室84的进气口841接在制冷回路的高压侧，膨胀室84的出气口842连接在闪发器3的进液口，气态制冷剂从进气口841进入膨胀室84驱动膨胀轮83转动，气态制冷剂对膨胀轮83做功后变成中温中压的气态制冷剂被送回闪发器3中。
28.由于冷凝器2的进口与离心式压缩机1的排气口连接，在机组正常运行之后，高压侧的温度与压力升高，冷凝器2的换热管顶部存在高温高压气态制冷剂，将膨胀室84的进气口841连接在冷凝器2的换热管顶部，此设计的好处是能够将冷凝器2的过多压力进行回收利用，且不会影响制冷回路的正常运行。
29.在一些实施例中，能量回收装置8为涡轮-增压能量回收装置，转轴81的另一端固定有压缩轮85，压缩轮85和膨胀轮83同轴设置，且压缩轮85和膨胀轮83均采用涡轮，机壳设有用于容纳压缩轮85的压缩室86，膨胀室84和压缩室86分隔设置，压缩室86设有进液口861和出液口862，压缩室86的进液口861接在制冷回路的低压侧，压缩室86的出液口862连接在冷却支路9上。当气态制冷剂驱动膨胀轮83转动工作时，膨胀室84将膨胀降温后的气态制冷剂送回闪发器3，同时压缩室86吸取制冷回路中的液态制冷剂，压缩轮85转动将液态制冷剂进行增压，输送至冷却支路9给控制器10和压缩机的电机等发热器件降温冷却。
30.由于蒸发器4的出口与离心式压缩机1的吸气口连接，在机组正常运行之后，蒸发器4的换热管底部存在液态制冷剂，将压缩室86的进液口861连接在蒸发器4的换热管底部，此设计的好处是能够利用蒸发器4的液态制冷剂，防止离心式压缩机1吸气带液。
31.需要说明的是，通过高温高压气态制冷剂进行膨胀轮83驱动，膨胀轮83带动转轴81转动，压力能转化为机械能，实现能量回收的方式有多种，并不限于上述方式，例如可以设计发电结构，将转轴81转动的机械能转化为电能。能量回收装置8中使用的轴承82可以为静压气体轴承或者是动压气体轴承，对于本实用新型来说，由于转轴82转速高达几万转，优选动压气体轴承。
32.在优选实施例中，冷凝器2的换热管底部设有冷却出口，冷却出口通过控制阀连接至冷却支路9，控制阀在离心式制冷机组的高压侧参数均达到设定条件时被关闭。
33.为方便理解，下面以离心式压缩机采用双级离心压缩机为例进行说明，高压侧参数包含高压侧温度和高压侧压力、设定条件为高压侧温度和高压侧压力均不低于各自对应的设定值。当离心式压缩机1在刚启动过程时，由于高压侧温度和高压侧压力较低，不能满足能量回收装置的运行，控制阀保持打开状态，发热器件的冷却主要依靠系统的压差进行流通，从冷凝器2的底部取液态制冷剂进行冷却。当高压侧温度和高压侧压力上升至不低于各自对应的设定值时，关闭控制阀，通过能量回收装置8提供高压低温的液态制冷剂进行冷却。当制冷机组处在正常运行过程时，离心式压缩机1通过从蒸发器5吸收低温低压的气态制冷剂经过一级压缩机后达到中间压力，此时离心式压缩机1气体属于过热态，然后通过闪发器3的气体进行降温后再进行二级压缩达到设定压力，由于经过中间冷却降低了二级压缩消耗的功率，间接提升了制冷设备的能效水平。
34.通过本实用新型可以实现机组的压力能量回收，降低压缩机的耗电，同时增加闪发器的补气量，也避免了纯节流过程产生的补气带液问题，提升机组运行可靠性。
35.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。