多级冷媒复叠制冷和单冷媒制冷自动切换系统的制作方法

本实用新型涉及低温制冷领域，尤其涉及一种多级冷媒复叠制冷和单冷媒制冷自动切换系统。

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。

随着冷冻储存及冷冻加工行业不断发展，对于不同工况的制冷方法和系统均有所不同。目前的复叠技术在较低温工况下，相较于单冷媒制冷系统cop高；在中冷工况下，相较于单冷媒制冷系统cop低；对于目前的低温冷冻行业，其工艺间对温度的要求，及全年各个工艺间的使用时间和时段均不一样；如何在不同的制冷工况下，均使机组能效高，成为行业急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对上述问题，提供一种多级冷媒复叠制冷和单冷媒制冷自动切换系统。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种多级冷媒复叠制冷和单冷媒制冷自动切换系统，包括低温级热泵单元、高温级热泵单元、蒸发冷凝换热器，所述低温级热泵单元和高温级热泵单元串联在蒸发冷凝换热器上，所述高温级热泵单元和低温级热泵单元通过蒸发冷凝换热器交换热量，所述低温级热泵单元包括第一子系统、第二子系统，所述第一子系统和第二子系统之间的运行可以根据温度相互切换。

进一步具体的，所述高温级热泵单元由高压气分器、高压压缩机、高压油分器、高压冷凝器和高压膨胀组件串联而成，所述蒸发冷凝换热器串联在高压膨胀组件和高压气分器之间，冷媒依次经过高压压缩机、高压油分器、高压冷凝器、高压膨胀组件、蒸发冷凝换热器和高压气分器。

进一步具体的，所述第一子系统由低压压缩机、低压油分器、低压储液器、第一电磁阀、低压膨胀组件、冷冻间组件、低压气分器、第二电磁阀串联而成，所述蒸发冷凝换热器串联在低压油分器和低压储液器之间，冷媒依次经过低压压缩机、低压油分器、蒸发冷凝换热器、低压储液器、第一电磁阀、低压膨胀组件、冷冻间组件、低压气分器、第二电磁阀。

进一步具体的，所述第二子系统包括气液缓冲罐、第四电磁阀、低压冷媒循环泵、冷冻间组件、第三电磁阀串联而成，所述气液缓冲罐的气体出口和液体出口之间依次串联第五电磁阀、蒸发冷凝换热器、第六电磁阀，液态冷媒依次经过第四电磁阀、低压冷媒循环泵、冷冻间组件、第三电磁阀后回到气液缓冲罐内，气态冷媒依次经过第五电磁阀、蒸发冷凝换热器、第六电磁阀、第四电磁阀、低压冷媒循环泵、冷冻间组件、第三电磁阀后回到气液缓冲罐内。

进一步具体的，所述气液缓冲罐和低压气分器之间设置有回油管路，所述回油管路上设置有第七电磁阀和第三单向阀，所述第七电磁阀控制回油管路的通断。

进一步具体的，所述冷冻间组件包括并联连接的第一冷冻间、第二冷冻间和第三冷冻间。

进一步具体的，所述第一冷冻间、第二冷冻间、第三冷冻间设置有温度探头。

进一步具体的，所述低压冷媒循环泵为变频泵。

进一步具体的，所述低压油分器和蒸发冷凝换热器之间设置有第一单向阀。

进一步具体的，所述气液缓冲罐和蒸发冷凝换热器之间设置有第二单向阀。

本实用新型的有益效果是：采用上述结构之后，实现了复叠制冷循环和单冷媒循环之间自动切换，且保证了低温系统循环油系统在载冷和压缩制冷循环之间正常运行，保持低温级热泵单元压缩制冷时压缩机润滑油量足够。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型的高温级热泵单元装结构示意图；

图3是本实用新型的低温级热泵单元装结构示意图；

图4是本实用新型第一子系统结构示意图；

图5是本实用新型第二子系统结构示意图；

图6是本实用新型回油管路结构示意图。

图中：1、高压压缩机；2、高压油分器；3、高压冷凝器；4、高压膨胀组件；5、蒸发冷凝换热器；6、高压气分器；7、低压压缩机；8、低压油分器；9、第一单向阀；10、低压储液器；11、第一电磁阀；12、低压膨胀组件；13、第一冷冻间；14、第二冷冻间；15、第三冷冻间；16、低压气分器；17、第二电磁阀；18、第三电磁阀；19、气液缓冲罐；20、第四电磁阀；21、低压冷媒循环泵；22、第五电磁阀；23、第二单向阀；24、第六电磁阀；25、第七电磁阀；26、第三单向阀。

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所示一种多级冷媒复叠制冷和单冷媒制冷自动切换系统，其特征在于，包括低温级热泵单元、高温级热泵单元、蒸发冷凝换热器5，所述低温级热泵单元和高温级热泵单元串联在蒸发冷凝换热器5上，所述高温级热泵单元和低温级热泵单元通过蒸发冷凝换热器5交换热量，所述低温级热泵单元包括第一子系统、第二子系统，所述第一子系统和第二子系统之间的运行可以根据温度相互切换。

如图2所示，所述高温级热泵单元由高压气分器6、高压压缩机1、高压油分器2、高压冷凝器3和高压膨胀组件4串联而成，所述蒸发冷凝换热器5串联在高压膨胀组件4和高压气分器6之间，冷媒依次经过高压压缩机1、高压油分器2、高压冷凝器3、高压膨胀组件4、蒸发冷凝换热器5和高压气分器6。

如图3和图4所示，所述第一子系统由低压压缩机7、低压油分器8、低压储液器10、第一电磁阀11、低压膨胀组件12、冷冻间组件、低压气分器16、第二电磁阀17串联而成，所述蒸发冷凝换热器5串联在低压油分器8和低压储液器10之间，冷媒依次经过低压压缩机7、低压油分器8、蒸发冷凝换热器5、低压储液器10、第一电磁阀11、低压膨胀组件12、冷冻间组件、低压气分器16、第二电磁阀17。

如图5所示，所述第二子系统包括气液缓冲罐19、第四电磁阀20、低压冷媒循环泵21、冷冻间组件、第三电磁阀18串联而成，所述气液缓冲罐19的气体出口和液体出口之间依次串联第五电磁阀22、蒸发冷凝换热器5、第六电磁阀24。液态冷媒依次经过第四电磁阀20、低压冷媒循环泵21、冷冻间组件、第三电磁阀18后回到气液缓冲罐19内，气态冷媒依次经过第五电磁阀22、蒸发冷凝换热器5、第六电磁阀24、第四电磁阀20、低压冷媒循环泵21、冷冻间组件、第三电磁阀18后回到气液缓冲罐19内。所述冷冻间组件包括并联连接的第一冷冻间13、第二冷冻间14和第三冷冻间15，所述第一冷冻间13、第二冷冻间14、第三冷冻间15设置有温度探头，用于实时监测各个冷冻间的温度，所述低压冷媒循环泵21为变频泵。

所述气液缓冲罐19和低压气分器16之间设置有回油管路，如图6所示，所述回油管路上设置有第七电磁阀25和第三单向阀26，所述第七电磁阀25控制回油管路的通断，第三单向阀26防止冷媒倒流。

为了防止在高低压切换时冷媒倒流，所述低压油分器8和蒸发冷凝换热器5之间设置有第一单向阀9；所述气液缓冲罐19和蒸发冷凝换热器5之间设置有第二单向阀23。

本系统，可根据冷冻间设定温度，自动切换第一子系统和第二子系统运行，在低温工况下，运行第一子系统；在中冷工况下，运行第二子系统；机组cop在不同工况下均处在高能效状况。

在低温工况下，系统切换到模式一，第一电磁阀11、第二电磁阀17开启；第三电磁阀18、第四电磁阀20、第五电磁阀22、第六电磁阀24关闭。此时，在高温级热泵单元一侧，高压侧冷媒经高压压缩机1压缩为气态高温冷媒，经高压油分器2后使高压气体中润滑油与高压气态冷媒分离，润滑油回至高压压缩机1底部供压缩机润滑用，而高温气态冷媒进入高压冷凝器3，此处冷却器形式可为水冷或风冷，以水冷为例，冷却水将高温气态冷媒冷却为液态冷媒，经高压膨胀组件4节流后，低温液态的高压冷媒在蒸发冷凝换热器5中对低温冷媒吸热降温，其本身吸热后为过热气态冷媒，经高压气分器6后，气态冷媒被高压压缩机1吸入压缩，循环依此进行。

在低温级热泵单元一侧，低压压缩机7将低压冷媒压缩后经低压油分器8进入蒸发冷凝换热器5中对高压冷媒散热，低压冷媒本身冷凝为液态，过冷液态低压冷媒储存在低压储液器10中，经低压膨胀组件12节流后，低温液态低压冷媒进入第一冷冻间13、第二冷冻间14和第三冷冻间15，对第一冷冻间13、第二冷冻间14和第三冷冻间15进行吸热后成为气态，经低压气分器16后，进入低压压缩机7，循环依此进行。

在中冷工况下，系统切换到模式二，第一电磁阀11、第二电磁阀17关闭；第三电磁阀18、第四电磁阀20、第五电磁阀22、第六电磁阀24开启。此时，在高温级热泵单元一侧的循环与模式一一致。

在低温级热泵单元一侧，液态冷媒自气液缓冲罐19底部被低压冷媒循环泵21吸入，进入第一冷冻间13、第二冷冻间14和第三冷冻间15，对第一冷冻间13、第二冷冻间14和第三冷冻间15进行降温，降温后的气液混合冷媒进入气液缓冲罐19中，此时冷媒分为两路，气态冷媒自气液缓冲罐19顶部进入蒸发冷凝换热器5降温为液态冷媒，并进入低压冷媒循环泵21吸入口，另一部堆积至气液缓冲罐19底部。

需要注意的是，当系统自第二子系统运行切换至第一子系统运行时，第七电磁阀25延时关闭，待运行一段时间t后，第七电磁阀25关闭，在时间段t内，气液缓冲罐19底部润滑油经低压压缩机7负压吸入至压缩机内，此原因为：当低压侧运行第二子系统时，低压侧循环量远大于第一子系统运行时，蒸发器管壁处润滑油被高速液体带出，堆积于气液缓冲罐19底部，故模式切换时，需利用此方法腾挪润滑油。

综上，该多级冷媒复叠制冷和单冷媒制冷自动切换系统实现了复叠制冷循环和单冷媒循环之间自动切换，且保证了低温系统循环油系统在载冷和压缩制冷循环之间正常运行，保持低温级热泵单元压缩制冷时压缩机润滑油量足够。

以上仅结合目前考虑的最实用的优选实施例对本申请进行描述，需要理解的是，上述说明并非是对本申请的限制，本申请也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本申请的保护范围。