一种载冷剂循环系统的制作方法

1.本实用新型涉及载冷剂领域，具体涉及一种载冷剂循环系统。


背景技术：

2.当今社会对冷能的使用已经非常普遍，例如空调、冰箱、冷库等等。目前对冷能的使用方式通常是非常简单的线路，即“用外部能源对载冷剂施加冷能——载冷剂释放冷能至冷库——重新用外部能源对载冷剂施加冷能”，这种路线适用于当前大多数情况。
3.但是在一些较为复杂的情况下，例如，在一种情况下，系统中有多处需要调节温度的地点，而它们对温度的要求有较大差异，需要使用不同的载冷剂；或者在另一种情况下，在专门用来测试载冷剂性能的系统中，原本就流动着不同的载冷剂。
4.在这些复杂的情况下，现有的冷能使用方式便表现出明显的弊端：现有方法只能单线程地分别利用单种载冷剂，不同路线、不同载冷剂之间冷能不能发生交流，导致很多冷能被浪费，而又需要消耗外部能源来制取冷能。
5.因此，设计一种能够适用于复杂需求的冷能循环系统是非常有意义的。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的上述问题，提供一种载冷剂循环系统。本实用新型的载冷剂循环系统能够协调不同的载冷剂的循环路线，能够满足多处冷藏点的温度需求，使冷能能够充分被利用，并可以同时是用来测试载冷剂性能的系统。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种载冷剂循环系统，该系统包括两种或以上不同载冷剂的循环路线并相互之间以热传递的方式发生联系；所述系统至少包括第一载冷剂的循环路线和第二载冷剂的循环路线，其中，所述第一载冷剂的循环路线至少包括第一线路，该第一线路包括依次连接成循环的用于使用空气能对第一载冷剂施加冷能的风冷冷凝器、用于使第一载冷剂温度下降的第一节流阀、用于与第二载冷剂发生热传递的换热器以及用于对气态的第一载冷剂加压的压缩机；所述第二载冷剂的循环路线至少包括第四线路，该第四线路包括依次连接成循环的换热器和位于冷藏室中的载冷冷风机。
8.在一实例中，所述第一载冷剂的循环路线还包括第二线路，该第二线路包括相互连接成循环的风冷冷凝器、用于使第一载冷剂温度下降的第二节流阀、用于与第二载冷剂发生热传递并使第二载冷剂储存冷能的蓄冷罐以及压缩机。
9.在一实例中，所述第一载冷液的循环路线还包括第三线路，该第三线路包括相互连接成循环的风冷冷凝器、用于使第一载冷剂温度下降的第三节流阀、用于将冷能释放到冷藏室的直冷冷风机以及压缩机。
10.在一实例中，所述第一线路、第二线路和第三线路相互切换。
11.在一实例中，所述第二载冷剂的循环路线还包括第五线路，该第五线路包括相互连接成循环的蓄冷罐和载冷冷风机。
12.在一实例中，所述第四线路和第五线路之间相互切换。
13.在一实例中，所述第二载冷剂的循环路线还包括第六线路，该第六线路包括相互连接成循环或者是单向连通的换热器和蓄冷罐。
14.在一实例中，所述第二载冷剂的循环路线还包括第七线路，该第七线路包括单向连通的换热器、蓄冷罐和载冷冷风机。
15.在一实例中，所述系统同时为用于测试载冷剂性能的系统，所述系统中还设置多个测试点，这些测试点中的换热管的材质和物化性能互不相同。
16.在一实例中，所述蓄冷罐包括：罐体；第一载冷剂输入总管，用于将来自外界的第一载冷剂引入所述蓄冷罐中；第一载冷剂输出总管，用于将换热后的载冷剂输出到外界；以及，若干第一载冷剂分管，所述第一载冷剂分管的入口与所述第一载冷剂输入总管相连，所述第一载冷剂分管的出口与所述第一载冷剂输出总管相连，用于增大所述第一载冷剂在所述蓄冷罐中进行热交换的接触面积。
17.通过上述技术方案，本实用新型与现有技术相比至少具有以下优势：
18.(1)本系统能够运行多种载冷剂的循环路线，并且将这些循环路线之间发生冷能的流动，使得冷能能够被充分利用；
19.(2)本系统能够同时为多个不同情况的冷藏室提供冷能；
20.(3)本系统能够充分利用自然能源(如空气能)，将其转化为冷能对冷藏间供冷，并能够将多余的冷能储存起来，从而在自然能源不充足的时候使用，由此实现了资源的充分利用，最大限度地节约了能源，降低了成本；
21.(4)现有技术通常使用的载冷剂是发生气液相变的载冷剂(如本实用新型的第一载冷剂)，典型的如氟利昂等温室气体；而本实用新型的系统中发生气液相变的载冷剂占比较小，发生液固相变的载冷剂(如第二载冷剂)占比较大，从而极大地减少了温室气体的使用(例如，按照常规方式需要几吨氟利昂，本实用新型降低至仅需要几十公斤氟利昂)，为环保做出了突出贡献；
22.(5)本系统能够同时作为测试载冷剂性能的系统，或者说，本实用新型是在原本用来测试载冷剂性能的系统的基础上，充分利用系统中原本流动的多种不同的载冷剂，使它们相互协调，既能够满足系统本身的制冷需求，又能够格外配备冷库对外使用，节省了系统自身制冷的费用又带来了格外的商业价值；
23.(6)本系统能够通过将冷能储存，合理分配调用冷能的方式和时机，从而有效减少冷藏系统的能耗费用；例如，在谷电期间(电费较低的时段，通常在夜间)通过第二载冷剂蓄冷，在峰电期间(电费较高的时段)使用存蓄的冷能，从而显著降低了电耗。
24.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
附图说明
25.图1是根据本实用新型一种具体实施方式的载冷剂循环系统的示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.以下结合图1来说明本实用新型的一种具体实施方式的载冷剂循环系统。
28.根据一种实施例的载冷剂循环系统包括两种或以上不同载冷剂的循环路线并相互之间以热传递的方式发生联系。
29.本实用新型的系统中含有两种或以上不同的载冷剂，它们分别有自己的循环路线，一种载冷剂的循环路线中可以包括一个或者多个线路，这些线路可以各自循环流动，相互之间的交流方式可以以直接混合，也可以以非接触式热传递。
30.不同的载冷剂循环路线之间，不能以直接混合的方式产生交流，可以通过非接触式热传递(例如分别在管道的内外，管道有热传导性能)的方式发生交流。
31.所述系统至少同时流动两种载冷剂，分别记为第一载冷剂和第二载冷剂。
32.所述系统至少包括第一载冷剂的循环路线和第二载冷剂的循环路线。
33.第一载冷剂至少在第一线路、第二线路和第三线路中的一个或多个中循环流动。
34.所述第一载冷剂的循环路线至少包括第一线路，该第一线路包括依次连接成循环的用于使用空气能对第一载冷剂施加冷能的风冷冷凝器303、用于使第一载冷剂温度下降的第一节流阀601、用于与第二载冷剂发生热传递的换热器301以及用于对气态的第一载冷剂加压的压缩机302。
35.根据一种实施方式，所述第一线路包括：(1)主设备，包括风冷冷凝器303和换热器301；(2)将主设备连接起来的管路；以及，(3)管路经过的辅助设备，包括第一节流阀601、储液器304和压缩机302。在第一线路中，第一载冷剂在风冷冷凝器303与换热器301之间循环流动。在换热器301中，液态的第一载冷剂与第二载冷剂通过非混合的方式(例如第一载冷剂在管道内流动，第二载冷剂浸没管道，管道具有热传导性能)发生热传递，第一载冷剂将冷能传递给第二载冷剂，第二载冷剂温度降低，第一载冷剂自身气化成气体。气态的第一载冷剂在压缩机302中压缩并沿管道711进入风冷冷凝器303中，第一载冷剂在风冷冷凝器303中降温液化，液相的第一载冷剂沿管道712经过储液器304缓冲后被第一节流阀601节流(温度降低)，然后回到换热器301中，由此循环往复。该第一线路在制冷主机300中进行。
36.在一实例中，所述第一载冷剂的循环路线还可以包括第二线路，该第二线路包括相互连接成循环的风冷冷凝器303、用于使第一载冷剂温度下降的第二节流阀602、用于与第二载冷剂发生热传递并使第二载冷剂储存冷能的蓄冷罐500以及压缩机302。该第二线路的主要作用至少在于将第一载冷剂中的冷能传递给第二载冷剂，使第二载冷剂转化为固相，从而将冷能储存在蓄冷罐500中以备使用。
37.根据一种具体实施方式，所述第二线路包括：(1)主设备，包括风冷冷凝器303和蓄冷罐500；(2)将主设备连接起来的管路；以及，(3)管路经过的辅助设备，包括第二节流阀602、储液器304和压缩机302。在蓄冷罐500中，第一载冷液与第二载冷液发生非接触式热传递(例如第一载冷液位于管道内，第二载冷液将管道浸没，管道具有热传递性)；通过该热传递，第一载冷液将冷能传递给第二载冷液，第一载冷液相变成气体，第二载冷液的至少部分
相变成固体从而将冷能储存在蓄冷罐500中；气态的第一载冷液沿管道718、管道716和管道722进入压缩机302中压缩并沿管道711进入风冷冷凝器303中，第一载冷剂在风冷冷凝器303中降温液化，液相的第一载冷剂沿管道712经过储液器304缓冲后依次沿管道721、管道715和管道717流动，并在进入蓄冷罐之前被第二节流阀602节流(温度降低)，然后再次进入蓄冷罐500中进行热传递，由此循环往复。
38.在一实例中，所述第一载冷液的循环路线还可以包括第三线路，该第三线路包括相互连接成循环的风冷冷凝器303、用于使第一载冷剂温度下降的第三节流阀603、用于将冷能释放到冷藏室的直冷冷风机401以及压缩机302。该第三线路的主要作用在于用第一载冷液中的冷能对冷藏室进行降温。
39.根据一种具体实施方式，所述第三线路包括：(1)主设备，包括风冷冷凝器303和位于冷藏室400中的直冷冷风机401；(2)将主设备连接起来的管路；以及，(3)管路经过的辅助设备，包括第三节流阀603、储液器304和压缩机302。在第三线路中，第一载冷液在风冷冷凝器303中获得冷能，依次沿管道712经过储液器304缓冲后沿管道715和管道713流动，并在进入换热管之前被第三节流阀603节流(温度降低)，然后进入直冷冷风机401中将冷能释放到冷藏室中，相变为气相的第一载冷液依次沿管道714、管道716和管道722进入压缩机302并沿管道711进入风冷冷凝器303中，第一载冷剂在风冷冷凝器303中降温液化，然后循环往复。
40.可以看出，第一线路、第二线路和第三线路共用风冷冷凝器303、压缩机302和储液器304。因此第一线路、第二线路和第三线路可以是相互切换的关系，也可以通过设置管道分流和阀门控制来同时运行。
41.第二载冷剂至少在第四线路和/或第五线路中循环流动。
42.所述第二载冷剂的循环路线至少包括第四线路，该第四线路包括依次连接成循环的换热器301和位于冷藏室400中的载冷冷风机402。该第四线路的主要作用在于用第二载冷液中的冷能对冷藏室进行降温。
43.根据一种具体实施方式，所述第四线路包括：(1)主设备，包括换热器301和位于冷藏室400中的载冷冷风机402；(2)将主设备连接起来的管路；以及(3)管路经过的辅助设备，包括一次冷冻泵611。在第四线路中，在换热器301中，第二载冷剂与第一载冷剂发生非接触式热传递，第二载冷剂获得第一载冷剂的冷能，温度降低，然后沿管道733和管道741进入载冷冷风机402中，在此第二载冷剂将冷能释放到冷藏室400中，然后温度升高的第二载冷剂依次沿管道734、管道738和管道732回到换热器301中再次获得冷能，由此循环往复。该第四线路在一次冷冻泵611的推动下进行。
44.在一实例中，所述第二载冷剂的循环路线还可以包括第五线路，该第五线路包括相互连接成循环的蓄冷罐500和载冷冷风机402。该第五线路的主要作用在于利用蓄冷罐中储存的冷能对冷藏室进行降温。
45.根据一种具体实施方式，所述第五线路包括：(1)主设备，包括蓄冷罐500和位于冷藏室400中的载冷冷风机402；(2)将主设备连接起来的管路；以及(3)管路经过的辅助设备，包括二次冷冻泵612。在第五线路中，在蓄冷罐500中储存有获得第一载冷液的冷能而固化的第二载冷液，这些第二载冷液经过融化(通常是自发融化)转变为液态后沿管道736和管道741进入载冷冷风机402中，在此第二载冷剂将冷能释放到冷藏室400中，然后温度升高的
第二载冷剂依次沿管道734和管道737回到蓄冷罐中再次获得冷能，由此循环往复。该第五线路在二次冷冻泵612的推动下进行。
46.可以看出，第四线路和第五线路共用载冷冷风机402，因此通常是切换运行，在少数情况下也可以同时运行。
47.第四线路和第五线路是通常情况下运行的线路，另外在有的情况下，第四线路和第五线路也可以发生联系，例如如第六线路和/或第七线路所示。
48.在一实例中，所述第二载冷剂的循环路线还包括第六线路，该第六线路包括相互连接成循环或者是单向连通的换热器301和蓄冷罐500。该线路的作用是将换热器301中的第二载冷剂储存到蓄冷罐500中，或者是调配换热器301和蓄冷罐500中第二载冷剂的量。
49.根据一种具体实施方式，所述第六线路包括：(1)主设备，包括换热器301和蓄冷罐500；以及，(2)将主设备连接起来的管路。在第一种情况下，所述第六线路为由换热器301流向蓄冷罐500的单向线路，即来自换热器301的第二载冷剂沿管道731和管道735进入蓄冷罐500中；这线路的目的在于将换热器301中的第二载冷剂输入蓄冷罐500中转化为固相储存起来。在第二种情况下，所述第六线路为换热器301和蓄冷罐500之间的循环线路，目的在于调配冷能和第二载冷剂的量。
50.在一实例中，所述第二载冷剂的循环路线还包括第七线路，该第七线路包括相互连通的换热器301、蓄冷罐500和载冷冷风机402。在第七线路将第四线路和第五线路联系起来，作用在于调配冷能和第二载冷剂的量。
51.根据一种具体实施方式，所述第七线路包括(1)主设备，包括换热器301、蓄冷罐500和载冷冷风机402；以及，(2)将主设备连接起来的管路。例如，所述第七线路为由换热器301流向载冷冷风机402再流向蓄冷罐500的单向线路，即来自换热器301的第二载冷剂沿管道731、管道733和管道741进入载冷冷风机402中，在此第二载冷剂将冷能释放到冷藏室中，然后沿管道734和管道737进入蓄冷罐500中，在此获得冷能储存起来或者参与包括蓄冷罐500的其它线路。
52.在一实例中，所述系统同时为用于测试载冷剂性能的系统。换句话说，该系统是在原本用来测试载冷剂性能的系统的基础上，改进成能够同时进行供冷的系统。因此这样的系统的管道中原本就会流动待测试的载冷剂，该系统对多种载冷剂进行测试的同时，可以充分利用这些载冷剂中的冷能，实现对一个或多个冷藏室的低温控制，极大地节省了维持系统本身运行所需要的载冷剂的量，大大减少了以氟利昂为代表的常规载冷剂的使用量，减少碳排放，更加绿色环保；甚至还可以对外出租冷库以获得商业利益。
53.上述第六线路和第七线路都可以用来更换新的第二载冷剂。
54.出于测试载冷剂的需要，所述系统中还可以设置多个测试点，这些测试点设置有不同的环境，例如换热管可以设置为不同材质(如碳钢、铝等)、不同形状(如管状、翅片等)、不同长度等，或者提出不同的温度要求。
55.在本实用新型中，术语“管路”和“管道”具有相同的意思，均包括设置于管路上的配件，如开关、流量阀、压力表等等以及系统作为测试载冷剂性能的系统时所需的测试装置。这些配件按照本领域常规设置即可，附图中没有完全示出。
56.所述载冷剂可以为本领域常规的载冷剂，在系统中根据热量的流动而改变温度和/或相态。通常地，所述第一载冷剂为能够在工作环境下发生气相和液相转变的载冷剂，
所述第二载冷剂为能够在工作环境下发生液相和固相转变的载冷剂(但是并不必须发生相变，在有的系统中可以一直维持液体)。其中第一载冷剂中典型的如氟利昂这种温室气体，第二载冷剂例如盐水(nacl溶液)、乙二醇等。由于能够发生气液相变的载冷剂具有易于降温(通过节流阀即可实现几十度的温降)的优势而被现有技术广泛使用，但是气液相变的载冷剂的缺点也很显著，例如容易泄露并且可能对大气层造成显著的不可逆的破坏等；但是发生液固相变的冷媒由于低温状态没有稳定共晶点从而导致在蓄冷和冷能交换过程中的容易造成能量的浪费以及通常需要在初期投资较大等的缺点而目前很少被现有技术利用。本实用新型的系统中发生气液相变的载冷剂(第一载冷剂)占比较小，发生液固相变的载冷剂(如第二载冷剂)占比较大，从而极大地减少了温室气体的使用(例如，按照常规方式需要几吨氟利昂，本实用新型降低至仅需要几十公斤氟利昂)，为环保做出了突出贡献。并且在本实用新型的系统本身作为测试载冷剂性能使用的情况下，借用本身循环在系统中的液固相变的冷媒(第二载冷剂)进行冷能循环系统，并不会造成显著增加的投资成本；并且本实用新型的冷能循环系统对液固相变的冷媒的使用并非属于能量的浪费，而是充分利用了系统中存在的冷能。
57.实施例1
58.如图1所示的载冷剂循环系统，包括以热传递的方式相互联系的第一载冷剂的循环路线和第二载冷剂的循环路线；其中，
59.所述第一载冷剂的循环路线包括第一线路、第二线路和第三线路；
60.第一线路包括依次连接成循环的用于使用空气能对第一载冷剂施加冷能的风冷冷凝器303、用于使第一载冷剂温度下降的节流阀、用于与第二载冷剂发生热传递的换热器301以及用于对气态的第一载冷剂加压的压缩机302；
61.第二线路包括相互连接成循环的风冷冷凝器303、节流阀、用于与第二载冷剂发生热传递并使第二载冷剂储存冷能的蓄冷罐500以及压缩机302；
62.第三线路包括相互连接成循环的风冷冷凝器303、节流阀、用于将冷能释放到冷藏室的直冷冷风机401以及压缩机302；
63.所述第二载冷剂的循环路线包括第四线路、第五线路、第六线路和第七线路；
64.所述第四线路包括依次连接成循环的换热器301和位于冷藏室400中的载冷冷风机402；
65.所述第五线路包括相互连接成循环的蓄冷罐500和载冷冷风机402；
66.所述第六线路包括相互连接成循环或者是单向连通的换热器301和蓄冷罐500；
67.所述第七线路包括相互连通的换热器301、蓄冷罐500和载冷冷风机402；
68.以及，所述系统同时为用于测试载冷剂性能的系统，所述系统中还设置多个测试点，这些测试点设置有不同的环境，例如换热管可以设置为不同材质(如碳钢、铝等)、不同形状(如管状、翅片等)、不同长度等，或者提出不同的温度要求。
69.实施例2
70.本实施例举例说明在实施例1的系统中所运行的载冷剂，以及载冷剂在系统中发生的相变和温度变化。
71.第一载冷剂的循环路线包括：
72.在第一线路中，第一载冷剂离开风冷冷凝器303时为温度为40
±
10℃的液态，在储
液器501中为40
±
10℃的液体，经过第一节流阀601后温度骤降为-45
±
3℃的液体，在换热器301中发生相变(但是温度几乎不变)，以-45
±
3℃的气态离开换热器301，在压缩机302中压缩升温至60
±
10℃，然后进入风冷冷凝器303中被风带走热量温度降低而液化，由此循环往复。
73.在第二线路中，第一载冷剂离开风冷冷凝器303时为温度为40
±
5℃的液态，在储液器304中为40
±
5℃的液体，经过第二节流阀602后温度骤降为-45
±
3℃的液体，在蓄冷罐500中发生相变(但是温度几乎不变)，以-45
±
3℃的气态离开换热器301，在压缩机302中压缩升温至60
±
10℃，然后进入风冷冷凝器303中被风带走热量温度降低而液化，由此循环往复。
74.在第三线路中，第一载冷剂离开风冷冷凝器303时为温度为40
±
5℃的液态，在储液器501中为40
±
5℃的液体，经过第三节流阀603后温度骤降为-40
±
5℃的液体，在直冷冷风机401中释放冷能发生相变(但是温度几乎不变)，以-40
±
5℃的气态离开直冷冷风机401，在压缩机302中压缩升温至60
±
10℃，然后进入风冷冷凝器303中被风带走热量温度降低而液化，由此循环往复。
75.第二载冷剂的循环路线包括：
76.在第四线路中第二载冷剂不发生相变始终为液相，第二载冷剂离开换热器301时温度为-40
±
2℃，进入载冷冷风机402中释放冷能，温度升高至-37
±
2℃，回到换热器301中获得第一载冷剂的冷能，由此循环往复。
77.在第五线路中，第二载冷剂离开载冷冷风机402时温度为-37
±
2℃，进入蓄冷罐500中与第一载冷剂发生热传递，温度降低至-40
±
2℃，成为低温液体继续参与循环。
78.在第六线路中，第二载冷剂离开换热器301时温度为-40
±
2℃，进入蓄冷罐500中成为低温液体继续参与循环。
79.第七线路参照第五线路和第六线路，不再赘述。
80.通过上述技术方案，本实用新型与现有技术相比至少具有以下优势：
81.(1)本系统能够运行多种载冷剂的循环路线，并且将这些循环路线之间发生冷能的流动，使得冷能能够被充分利用；
82.(2)本系统能够同时为多个不同情况的冷藏室提供冷能；
83.(3)本系统能够充分利用自然能源(如空气能)，将其转化为冷能对冷藏间供冷，并能够将多余的冷能储存起来，从而在自然能源不充足的时候使用，由此实现了资源的充分利用，最大限度地节约了能源，降低了成本；
84.(4)现有技术通常使用的载冷剂是发生气液相变的载冷剂(如本实用新型的第一载冷剂)，典型的如氟利昂等温室气体；而本实用新型的系统中发生气液相变的载冷剂占比较小，发生液固相变的载冷剂(如第二载冷剂)占比较大，从而极大地减少了温室气体的使用(例如，按照常规方式需要几吨氟利昂，本实用新型降低至仅需要几十公斤氟利昂)，为环保做出了突出贡献；
85.(5)本系统能够同时作为测试载冷剂性能的系统，或者说，本实用新型是在原本用来测试载冷剂性能的系统的基础上，充分利用系统中原本流动的多种不同的载冷剂，使它们相互协调，既能够满足系统本身的制冷需求，又能够格外配备冷库对外使用，节省了系统自身制冷的费用又带来了格外的商业价值；
86.(6)本系统能够通过将冷能储存，合理分配调用冷能的方式和时机，从而有效减少冷藏系统的能耗费用；例如，在谷电期间(电费较低的时段，通常在夜间)通过第二载冷剂蓄冷，在峰电期间(电费较高的时段)使用存蓄的冷能，从而显著降低了电耗。
87.以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。