[發明專利]一種變濃度混合工質自復疊制冷機

有效

• 申請號: 201010115969.5
• 申請日: 2010-03-02
• 公開（公告）號: CN101776358A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 韓曉紅;王江浦;陳福勝;王勤;陳光明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B41/04
• 分類號: F25B41/04;F25B49/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明屬于混合工質制冷領域，尤其涉及一種變濃度混合工質自復疊制冷 機。

背景技術

混合工質制冷機的制冷溫區可以銜接普冷溫區和深冷溫區。在普冷領域， 利用焦耳-湯姆遜效應的蒸汽壓縮式制冷機占據了主導地位；在低溫領域，利用 焦耳-湯姆遜效應的林德循環和自復疊制冷循環也獲得了廣泛的應用。由于采用 單純工質的林德循環系統運行壓力較高，且系統熱效率較低。所以，在長時間 使用和系統效率要求較高的場合中沒有競爭優勢，混合工質的應用可以很好地 解決這個問題。

采用多元混合工質的自復疊制冷機可以在保持較高系統運行效率的情況下 長時間地穩定運行，在近幾十年得到了迅速的發展。專利ZL?99203770.0中提出 在低溫自復疊制冷機中采用精餾裝置代替氣液分離器，降低了系統的復雜性， 提高了制冷機低溫下運行的熱效率。專利ZL?00136709.9中提出在低溫自復疊制 冷機中采用分凝分離器，可以實現類似的效果。專利ZL?200410031158.1中提出 采用多壓力級自復疊制冷機，解決低溫時壓比過大的問題。專利ZL?00136710.2 中提出采用渦流管替代制冷機中的節流閥可以產生更大的制冷效應和實現更低 的制冷溫度。雖然這些制冷機實現比較低的制冷溫度，但是通常存在這樣的問 題：當制冷目標溫度比較低時，由于需要采用低沸點濃度較高的多元混合工質， 在制冷機開始降溫階段，混合工質通過節流元件的氣相比例偏大、流量過小， 使得壓縮機的排氣壓力過高、吸氣壓力過低，從而會導致壓縮機的壓比和排氣 溫度過高，壓縮機的壽命將會大大降低甚至導致壓縮機因壓力保護而不能開機。

針對這一問題，本發明提出一種變濃度混合工質自復疊制冷機，在制冷機 中采用三個變濃度回路，在不同的制冷溫度位啟停這三個變濃度回路，可以實 現開始降溫階段混合工質中高沸點組分比例相對較大，而在穩定運行階段低沸 點組分比例相對偏多。從而，可以明顯降低壓縮機在開始降溫階段的壓比、排 氣溫度和改善制冷機的動態運行特性。同時，還可以實現更低的制冷溫度和提 升制冷機的熱力學效率。特別適用于既需要快速降溫、又需要較低制冷溫度的 場合，有良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種變濃度混合工質自復疊制 冷機，包括正常濃度回路、第一變濃度回路、第二變濃度回路和第三變濃度回 路四個部分；正常濃度回路：壓縮機的排氣口與冷凝器的進氣口相連，冷凝器 的出口與精餾裝置的第一端口相連，精餾裝置的第二端口分別與第一截止閥的 第一端口和回熱器的第一端口相連，精餾裝置的第三端口分別與第三截止閥的 第一端口和第二節流元件的第一端口相連，精餾裝置的第四端口與回熱器的第 四端口相連，精餾裝置的第五端口分別與第四截止閥的第二端口、第六截止閥 的第二端口、第二截止閥的第二端口和壓縮機的吸氣口相連；回熱器的第二端 口與氣液分離器的第一端口相連，回熱器的第三端口與蒸發器的第二端口相連， 回熱器的第五端口與第二節流元件的第二端口相連，回熱器的第三端口、第四 端口與第五端口在回熱器內部相連；氣液分離器的第二端口與第五截止閥的第 一端口相連，氣液分離器的第三端口與第一節流元件的第一端口相連；第一節 流元件的第二端口與蒸發器的第一端口相連；第一變濃度回路：第三截止閥的 第一端口分別與第二節流元件的第一端口和精餾裝置的第三端口相連，第三截 止閥的第二端口與儲液罐的第一端口相連，儲液罐的第二端口與第四截止閥的 第一端口相連，第四截止閥的第二端口分別與第二截止閥的第二端口、第六截 止閥的第二端口、精餾裝置的第五端口和壓縮機的吸氣口相連；第二變濃度回 路：第一截止閥的第一端口分別與回熱器的第一端口和精餾裝置的第二端口相 連，第一截止閥的第二端口與儲氣罐的第一端口相連，儲氣罐的第二端口與第 二截止閥的第一端口相連，第二截止閥的第二端口分別與第四截止閥的第二端 口、第六截止閥的第二端口、精餾裝置的第五端口和壓縮機的吸氣口相連；第 三變濃度回路：第五截止閥的第一端口與氣液分離器的氣相的第二端口相連， 第五截止閥的第二端口與儲氣罐的第一端口相連，儲氣罐的第二端口與第六截 止閥16的第一端口相連，第六截止閥的第二端口分別與第四截止閥的第二端口、 第二截止閥的第二端口、精餾裝置的第五端口和壓縮機的吸氣口相連。