带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统技术方案

一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，由压缩机模块、回热换热器模块、节流模块和蒸发换热模块及其连接管路组成，连接方式为：制冷压缩机模块的高压出口连接回热换热器模块的制冷剂高压入口；回热换热器模块的制冷剂高压出口连接节流模块的制冷剂高压入口；节流模块的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块入口，蒸发换热模块的出口连接回热换热器模块的制冷剂低压入口，回热换热器模块的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块的低压入口；回热换热器模块由1至5级分凝分离子模块组成，其中任一级分凝分离子模块具有八种不同结构；该系统不仅具更高效地实现低温下固定温区制冷，还能高效广泛适应多元气体液化分离等复杂负荷的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，由压缩机模块、回热换热器模块、节流模块和蒸发换热模块及其连接管路组成，连接方式为：制冷压缩机模块的高压出口连接回热换热器模块的制冷剂高压入口；回热换热器模块的制冷剂高压出口连接节流模块的制冷剂高压入口；节流模块的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块入口，蒸发换热模块的出口连接回热换热器模块的制冷剂低压入口，回热换热器模块的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块的低压入口；回热换热器模块由1至5级分凝分离子模块组成，其中任一级分凝分离子模块具有八种不同结构；该系统不仅具更高效地实现低温下固定温区制冷，还能高效广泛适应多元气体液化分离等复杂负荷的应用场合。【专利说明】带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统技术领城本专利技术涉及制冷及低温
中的制冷机，特别涉及一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统。
技术介绍
多元混合工质节流制冷技术通过最近数十年的不断发展，尤其是近年来真正实现由廉价可靠的油润滑单级压缩机驱动，正在逐渐成为具有综合优势的新一代室温至液氮温区通用性制冷技术。目前主要有:多元混合工质回热式一次节流制冷循环、利用Kleemenko循环的混合工质内复叠节流制冷循环和以多元混合工质分凝分离节流制冷循环为代表的新型分离式循环。采用多元非共沸工质的一次节流制冷循环制冷系统由压缩机、冷却器、逆流式回热换热器、蒸发器和节流元件组成。由于其具有较高效率，回热换热单元结构简单、布置灵活，满足了部分需求。但是其存在明显不足:由于全部制冷剂均经过蒸发器，蒸发器温度滑移较大；如采用油润滑压缩机，制冷工质挟带的润滑油进入制冷机的低温端，容易造成节流元件的堵塞和低温端换热器、蒸发器的热拥塞，造成制冷机运行不稳定和随时间的推移制冷性能下降，此时往往需要对压缩机进行复杂的润滑油过滤分离处理，这会增加制冷机制造成本，而且会降低制冷机的可靠性；所使用的工质组元均需满足最低温度下不发生固相析出，且在确定工况下保证高效回热实现，这会使组元选择范围显著缩小，而且需要采用更多的组元；另外，由于工质物性限制，其也很难普遍高效地满足如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合，等。利用Kleemenko循环的混合工质内复叠制冷节流循环在循环流程中根据不同温区和工质种类设置一到数个气液分离器，用于分离高压混合工质中已经成为液相的高沸点组分及润滑油，然后通过相应的节流器件返回低压，在相应温区提供制冷量，形成一种内复叠式节流循环制冷机，以减少进入下一级换热器的工质流量，减少低温回热负荷。与上面提到的一次节流循环相比，内复叠式循环在可靠性方面有一定的进步，也能更高效满足如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合。但是，由于其气液分离是基于非共沸混合物相平衡特性的等温等压条件下的闪蒸分离，需要采用某种机械分离方式将分离点的高压流体中液相分离出来，并使之节流返回低压通道，此时所分离的液体组成是分离点处在相平衡中液相组成，分离结果由分离点温度和工质相平衡特性决定(分离的气液两相温度相等)，如果工质中相邻组分沸点比较接近，会有两种问题，一是高沸点组分分离不够彻底，仍然会有较多含量进入下一级，另外就是将中间温区组分过多分离，致使下一级效率降低，造成制冷机整机效率下降；同时机械分离方式分离效率较低，并不能将形成的液体完全分离。要高效解决上述问题，需要复杂的机械和控制措施，这都会使其结构变得复杂、难以紧凑而不适合小型装置。专利技术专利ZL00136709.9在传统多元混合物工质节流内复叠制冷循环中，采用一种混合工质分凝分离方法，代替传统Kleemenko循环(内复叠循环)中的气液分离方式，构成一种多元混合工质分凝分离节流制冷循环。其采用高压流体内部传热传质分离方式，利用低压返流提供分离驱动力，实现高压流体的冷凝回流将高压流体中较高沸点的组分在较高温区分离出来，同时确保分离出来的液体包含较多高沸点的组分，低沸点组分则远远低于传统平衡闪蒸分离，且分离方式只依靠重力作用而无须外来机械部件或特殊流道设计。与传统平衡闪蒸分离不同，该方式能够使高沸点组分比较完全的分离出来，而且分离后气液温度不同，气体温度较液体低，分凝分离器还可以实现逆流热交换器的作用。该循环克服上述两种节流制冷机存在的缺限，同时能进一步发挥上述两种循环方式的优点。但是，由于其由分凝分离器分离获得的液体未经进一步回热而直接节流后进入后述低压通道，一方面使制冷系统效率难以进一步提高，另一方面也不易高效和普遍适应如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合需要。本专利技术提出一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，可采用常规油润滑单级压缩机驱动，具有较高效率、运行可靠、高性价比、应用范围广等特点。通过更为灵活的循环流程结构和工质设计，其不仅能更高效地实现低温下固定温区制冷，而且能更高效和广泛适应如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统。其不仅能更高效地实现低温下固定温区制冷，而且能更高效和广泛适应如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合需要。本专利技术的实施方案如下:本专利技术提供的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，如图1所示，其连接方式为:制冷压缩机模块CU的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块CU的低压入口 ；所述的压缩机模块⑶包括压缩机⑶1、第一前冷却器⑶21及管路和阀门，如图2所示；其连接方式为:压缩机⑶I的高压出口连接第一前冷却器⑶21的进口 ；冷却器⑶21出口为压缩机模块CU的高压出口 ；压缩机CUl的低压进口为压缩机模块CU的低压进口 ；所述的回热换热器模块RU由I至5级分凝分离子模块RUj组成，所述j为分凝分离子模块的级数，j为I至5的整数；其连接方式为:第一级分凝分离子模块RUl高压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂高压入口，上一级分凝分离子模块的高压出口连接下一级分凝分离子模块的高压入口，下一级分凝分离子模块的低压出口连接下上一级分凝分离子模块的低压入口，最未一级分凝分离子模块的高压出口作为回热换热器模块RU的高压出口 ；最未一级分凝分离子模块的低压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，第一级分凝分离子模块RUl的低压出口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压出口 ；所述分凝分离子模块RUj包括:垂直放置的分凝分离器RF1、第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门，如图4所示；其连接方式为:制冷剂高压来流连接至分凝分离换热器RFl的下部高压入口，经分凝分离换热器RFl内设的第一分凝分离换热器元件的分凝分离后，其主流从分凝分离换热器RFl顶部的高压出口流至第一回热换热器RF2的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其由压缩机模块（CU）、回热换热器模块（RU）、节流模块（JU）和蒸发换热模块（EU）及其连接管路组成，其连接方式为：制冷压缩机模块（CU）的高压出口连接回热换热器模块（RU）的制冷剂高压入口；回热换热器模块（RU）的制冷剂高压出口连接节流模块（JU）的制冷剂高压入口；节流模块（JU）的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块（EU）入口，蒸发换热模块（EU）的出口连接回热换热器模块（RU）的制冷剂低压入口，回热换热器模块（RU）的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块（CU）的低压入口，其特征在于：所述的压缩机模块（CU）包括压缩机（CU1）、第一前冷却器（CU21）及管路和阀门，其连接方式为：压缩机（CU1）的高压出口连接第一前冷却器（CU21）的进口；第一前冷却器（CU21）出口为压缩机模块（CU）的高压出口；压缩机（CU1）的低压进口为压缩机模块（CU）的低压进口；所述的回热换热器模块（RU）由1至5级分凝分离子模块（RUj）组成，所述j为分凝分离子模块的级数，j为1至5的整数；其连接方式为：第一级分凝分离子模块（RU1）高压入口作为回热换热器模块（RU）的制冷剂高压入口，上一级分凝分离子模块的高压出口连接下一级分凝分离子模块的高压入口，下一级分凝分离子模块的低压出口连接下上一级分凝分离子模块的低压入口，最未一级分凝分离子模块的高压出口作为回热换热器模块（RU）的高压出口；最未一级分凝分离子模块的低压入口作为回热换热器模块（RU）的制冷剂低压入口，第一级分凝分离子模块（RU1）的低压出口作为回热换热器模块（RU）的制冷剂低压出口；所述分凝分离子模块（RUj）包括：垂直放置的分凝分离器（RF1）、第一回热换热器（RF2）、中间节流元件（RF3）、第二回热换热器（RF4）及连接管路和阀门，其连接方式为：制冷剂高压来流连接至分凝分离换热器（RF1）的下部高压入口，经分凝分离换热器（RF1）内设的第一分凝分离换热器元件的分凝分离后，其主流从分凝分离换热器（RF1）的顶部高压出口流至第一回热换热器（RF2）的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器（RF2）的第一高压出口流至第二回热换热器（RF4）的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器（RF4）的高压出口排出；制冷剂低压来流连接至第二回热换热器（RF4）的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器（RF4）的低压出口流至第一回热换热器（RF2）的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器（RF2）的低压出口流至分凝分离换热器（RF1）的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器（RF1）底部低压出口排出；所述高压来流的其余来流由分凝分离换热器（RF1）的底部高压出口流出经由中间节流元件（RF3）流至所述第二回热换热器（RF4）低压出口及第一回热换热器（RF2）低压入口之间的连接管路；制冷工质为由3～30个制冷工质组元经物理混合形成的混合制冷工质。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑峰，公茂琼，董学强，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：