混合工质内复叠制冷系统技术方案

本发明专利技术涉及一种混合工质内复叠制冷系统。它包括压缩机、蒸发压力调节阀、汽液分离器及其内的高沸点工质蒸发器，冷凝蒸发器及其内的高沸点工质蒸发器，以及汽液分离器内高沸点工质蒸发器与冷凝蒸发器内高沸点工质蒸发器之间管接的第三节流元件，其特征在于所述的汽液分离器内高沸点工质蒸发器与第三节流元件之间连接有第二节流元件，在所述的汽液分离器内高沸点工质蒸发器的输出端与冷凝蒸发器内高沸点工质蒸发器的输出端之间管接有蒸发压力调节阀。本发明专利技术制冷系统能有效控制高沸点工质的分配比例和蒸发温度，提高低沸点工质的纯度，降低低沸点工质蒸发时的温度漂移，增加系统整体稳定性，降温速度快，运行平稳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种混合工质制冷系统，尤其在温度范围为-50℃～-80℃之间的新型混合工质内复叠制冷系统，国际专利分类号拟为Int.Cl7.F25B1/00。
技术介绍
低温冷冻，在能源、军工、生物、医药、食品、材料等行业中有着广泛的应用。低温冷冻常用双级或多级蒸汽压缩制冷循环和复叠式蒸汽压缩制冷系统。双级或多级蒸汽压缩制冷循环使用的是单一工质，当系统冷凝压力和蒸发压力相差很大时，单一工质是多循环复叠式，有高温循环和低温循环，高温和低温制冷循环之间通过冷凝蒸发器合在一起。不同温度的制冷循环需要采用不同的制冷剂或制冷工质。每个制冷循环系统都需要使用一台压缩机。对低温级压缩机还有特殊要求必须使用低温润滑油。因为在低温时普通润滑油会变稠，分离困难，使系统管路不畅，造成系统运行稳定性差，使用寿命短。近年来发展起来的多级分凝循环一次节流技术，采用非共沸混合工质作制冷剂，且整套系统只使用一台压缩机，设备减少，成本降低，效率提高。该技术制作的制冷机基于KLEEMENKO循环原理(参见科里曼库，单项流动复叠循环，第十届国际制冷大会，哥本哈根，丹麦；Kleemenko A P.One-flowcascade cycle.Proc.10th Int.Congr.Refri.，Copenhagen，Denmark，1959，134-39)，将内复叠系统用于天然汽的液化中，采用65mol％甲烷、20mol％乙烷、15mol％正丁烷的混合物获得了最佳效果。该技术的循环通过使用汽液分离器和膨胀阀，可以提高任意级数的冷却，各级汽液分离器只有液相膨胀，从而保持膨胀过程的高效率。该类制冷机在60年代末开始进入工业应用，并迅速成为液化天然汽工业的最主要制冷机形式。该技术虽避免了采用多个压缩机，但使用多个分凝分离器使分离效率大为降低，不能提供足够的空间和时间，让各组份制冷剂之间进行传热和传质交换，达不到较好的汽液分离的效果；另外，使用油分离器会使大量的高压制冷剂随润滑油在没有制冷前就返回压缩机，造成能量浪费，而少量没有被分离的润滑油仍会被带到系统的低温部分，导致系统管路不畅。另一方面KLEEMENKO循环是基于气体压缩式制冷机的基础上实现的。用于蒸汽压缩式制冷循环，对工质的配比精确度要求不高，而与系统高沸点工质进入精馏装置和冷凝蒸发器的分配比例和温度控制有关。该技术中间温区组分过多分离，致使制冷机整体效率下降。专利文献(公开号CN1363815A)表明，采用精溜装置分离技术能有效地分离高、低沸点工质。但由于高沸点工质进入精馏装置和冷凝蒸发器的蒸发温度不同，按照该系统循环，会使得在高沸点工质进入精馏装置和冷凝蒸发器的分配上很难控制，其分离效率虽然提高，但很难实现技术的产品化和工业化。另外，实验表明，在高沸点工质中含有很少比例的低沸点工质对系统的影响很小，但低沸点工质中含有很少比例的高沸点工质会产生低沸点工质蒸发温度的漂移，造成系统稳定性差。因此在精馏塔中对高沸点工质的加热以提高高沸点工质纯度的意义不大。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术中的缺陷，要解决的技术问题是设计一种混合工质内复叠制冷系统。它可实现混合工质内复叠制冷系统的较好循环方式，更好地实现系统控制，制冷效率高，运行稳定，且便于实现产品化。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是设计一种混合工质内复叠制冷系统，包括压缩机、蒸发压力调节阀、汽液分离器及其内的高沸点工质蒸发器，冷凝蒸发器及其内的高沸点工质蒸发器，以及汽液分离器内高沸点工质蒸发器与冷凝蒸发器内高沸点工质蒸发器之间管接的第三节流元件，其特征在于所述的汽液分离器内高沸点工质蒸发器与第三节流元件之间连接有第二节流元件，在所述的汽液分离器内高沸点工质蒸发器的输出端与冷凝蒸发器内高沸点工质蒸发器的输出端之间管接有蒸发压力调节阀。本专利技术的积极效果表现在本专利技术混合工质内复叠制冷系统由于在高沸点工质进入精馏装置和冷凝蒸发器时采用了分路供液设计，并设计了蒸发压力调节装置，因而使得蒸汽压缩内复叠系统更趋于合理化，能有效控制高沸点工质的分配比例和蒸发温度，提高低沸点工质的纯度，降低低沸点工质蒸发时的温度漂移，增加系统整体稳定性，可解决原有双级或多级蒸汽压缩制冷系统制冷量低和普通复叠蒸汽压缩制冷系统结构复杂、系统平衡时间长的问题，并且可解决现有内复叠制冷系统控制困难的问题。实验表明，本专利技术制冷系统降温速度快，运行平稳(参见图2)。附图说明图1是本专利技术混合工质内复叠制冷系统一种实施例的整体示意图。1-压缩机、2-冷凝器、3-第三回热器、4-第一节流元件、5-汽液分离器、6-高沸点工质蒸发器、7-第二回热器、8-电磁阀、9-第二节流元件、10-第三节流元件、11-蒸发压力调节阀、12-高沸点工质蒸发器、13-冷凝蒸发器、14-第一回热器、15-电磁阀、16-第四节流元件、17-低沸点工质蒸发器、18-保温箱体。图2是依本专利技术思路安装的内复叠制冷系统的降温曲线实验图。具体实施例方式下面结合实施例及其附图详细叙述本专利技术本专利技术的混合工质内复叠制冷系统(参见图1)，包括压缩机1、蒸发压力调节阀11、汽液分离器5及其内的高沸点工质蒸发器6，冷凝蒸发器13及其内的高沸点工质蒸发器12，以及汽液分离器5内高沸点工质蒸发器6与冷凝蒸发器13内高沸点工质蒸发器12之间管接的第三节流元件10，其特征在于所述的汽液分离器5内高沸点工质蒸发器6与第三节流元件10之间连接有第二节流元件9，在所述的汽液分离器5内高沸点工质蒸发器6的输出端与冷凝蒸发器13高沸点工质蒸发器12的输出端之间管接有蒸发压力调节阀11。本专利技术混合工质内复叠制冷系统的新设计特点在于1.在高沸点工质进入汽液分离器5和冷凝蒸发器13时采用分路供液设计，使用两个节流元件以实现精确控制。同时，为平衡由于高沸点工质进入汽液分离器5和冷凝蒸发器13的蒸发温度的不同造成的回汽压力差，本专利技术采用了蒸发压力调节阀11来实现系统的平衡；2.在汽液分离器5的结构形式上，本专利技术去掉了传统精馏塔中对高沸点工质的加热装置，而增大了高沸点工质在汽液分离器5中的蒸发器外表面和填料的接触面积，在汽液分离器5中实现较好的温度梯度，提高高沸点工质蒸汽的捕捉功能，从而增加进入冷凝蒸发器13的低沸点工质蒸汽的纯度，降低低沸点工质蒸发温度漂移现象，提高了系统稳定性。本专利技术制冷系统中所述的汽液分离器5及配套管路，即填料式精馏塔或精馏系统是现有技术。该精馏塔在化工领域广泛应用，主要作用是分离经冷凝器2冷凝并经第三回热器3的高沸点工质和未冷凝的低沸点工质。低沸点工质气体经汽液分离器5填料的换热换质后进入冷凝蒸发器13冷凝，同时低沸点工质夹带的高沸点工质蒸汽经高沸点工质蒸发器6冷凝至液体后进入第二回热器7。在目前的制冷系统中，高沸点工质蒸发器6的作用是冷凝低沸点工质气体夹带的高沸点工质，而高沸点工质蒸发器12的作用是冷凝低沸点工质，所以两者的蒸发温度明显不同。现有技术(如专利CN1363815A)忽视了这一差别，导致制冷系统平衡时间过长，汽液分离效果差。本专利技术的制冷系统中合理设计并如所述加装了第二节流元件9和蒸发压力调节阀11，是内复叠制冷系统技术的创新。新设计可更有效地控制高沸点工质蒸发器6和高沸点工质蒸发器12的蒸发温度，保证汽液分离器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合工质内复叠制冷系统，包括压缩机（１）、蒸发压力调节阀（１１）、汽液分离器（５）及其内的高沸点工质蒸发器（６），冷凝蒸发器（１３）及其内的高沸点工质蒸发器（１２），以及汽液分离器（５）内高沸点工质蒸发器（６）与冷凝蒸发器（１３）内高沸点工质蒸发器（１２）之间管接的第三节流元件（１０），其特征在于所述的汽液分离器（５）内高沸点工质蒸发器（６）与第三节流元件（１０）之间连接有第二节流元件（９），在所述的汽液分离器（５）内高沸点工质蒸发器（６）的输出端与冷凝蒸发器（１３）高沸点工质蒸发器（１２）的输出端之间管接有蒸发压力调节阀（１１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永安，陆佩强，申江，臧润清，
申请(专利权)人：天津商业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]