CN101430144A - 具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法，采用单台压缩机、冷凝器、气液分离器、冷凝蒸发器、节流阀、蒸发器和三通流量分配阀为部件，所用制冷剂为多元非共沸混合制冷剂；在原有自复叠循环的基础上，增加用于高温间室或变温间室的蒸发器、1或2个三通流量分配阀，利用多元非共沸混合工质的特性，对进入蒸发器的混合制冷剂的组成进行调节，在相同的蒸发压力下提供两级或三级不同的蒸发温度，并且其中一级蒸发温度可以根据用户要求来进行调整。适用的多元非共沸混合制冷剂由低沸点工质和高沸点工质组成，从两组高、低沸点工质中各选择一种或几种作为非共沸混合工质的组分制冷剂。具有控制方便、运行节能的特点。

Description

具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可提供较低间室温度的并且具有一级可变蒸发温度的多温制冷机以及使用的非共沸混合工质，特别涉及一种通过调节进入蒸发器中混合制冷剂组分来实现调节蒸发温度的具有多级蒸发温度的多温制冷机的制备方法及使用的非共沸混合工质。

背景技术

食品或医疗用品的冷冻冷藏是商业制冷应用最为量大面广的领域之一，目前该类型的装置的主要形式是“一机多温”型的制冷装置。“一机多温”型的制冷装置是为了适应不同储物储存温度不同，由一台压缩机提供多个间室温度的制冷系统，由于其流程简单而广泛应用。但是目前这些“一机多温”型的制冷装置虽然可以提供多个间室温度，由于使用单一制冷剂，制冷剂循环中却只有一级与最低间室温度对应的蒸发温度，这使得制冷剂在对其它间室提供冷量时存在较大的传热温差，能量不能合理充分利用，并且在控制各间室温度时存在困难。以目前典型的双温制冷机(冷冻冷藏箱)为例，冷藏室和冷冻室的温度分别维持在5℃和-24℃，但制冷剂在冷藏室和冷冻室蒸发器中的蒸发温度却在-30℃左右，势必使得冷藏室中的传热温差较大造成了有效能损失，使得整个系统的有效能利用系数降低，并且过低的蒸发温度造成冷藏室中的储物干耗增加，加速了果、菜的老化过程。因此，只有该制冷系统采用两个独立的蒸发器，提供两个不同的蒸发温度并分别与两间室冷却温度相匹配，才可以彻底解决上述问题。

此外，对于同一个间室，当冷却不同储物时，间室温度也要求能够变化调节使之与该储物的最佳储存温度相符，因此，目前市场上的新型家用制冷机为满足人们对于高质量、多元化保鲜的要求都设有变温间室，变温间室的温度可以在冷藏间室和冷冻间室之间变化，为不同食品提供最佳储存温度。但现有制冷机变温间室的蒸发温度一般就是冷冻间室的蒸发温度，虽然变温间室的温度发生变化时，但其蒸发温度并不变化，较大的传热温差同样会带来有效能损失增加，食品干耗增加等问题，只有变温间室的蒸发温度能够随着间室的温度进行变化，为多温制冷机提供一级可变蒸发温度，才能满足变温间室的高质量保鲜冷冻。

现有制冷机在采用单一制冷剂的蒸气压缩式循环(单级压缩)时，无法满足间室温度降到-40℃左右的要求，这是因为在蒸发温度和冷凝温度相差较大时，找不到一种制冷剂能够满足冷凝压力较低而蒸发压力较高。但有些海鲜类食品需要在-40℃以下的间室中储存，并且当多温制冷机用于医疗领域存储药品和医学用品时也需要有较低的间室温度，因此可以提供-40℃以下间室温度的多温制冷机将具有更广的使用范围。

发明内容

针对上述的多温制冷机存在的由于只具有一级蒸发温度引起的有效能利用系数降低、各间室温度控制困难等问题，本发明的目的在于，提供一种具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法，该方法基于改进自复叠制冷循环，具有两级或三级不同蒸发温度，并且其中一级蒸发温度可以在一定范围内根据所需要的间室温度进行调整，并提供了适用于该多温制冷机的非共沸混合工质。

为了实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：

一种具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法，其特征在于，该多温制冷机包括：制冷压缩机(A)、冷凝器(B)、气液分离器(C)、冷凝蒸发器(D)、第一节流阀(F1)和第二节流阀(F2)、高温间室蒸发器(E1)、低温间室蒸发器(E2)、变温间室蒸发器(E3)和两个三通流量分配阀(J1、J2)，该多温制冷机能够提供三级不同蒸发温度；当只需要改变变温间室的储存温度时，可以通过三通流量分配阀(J1、J2)对进入变温间室蒸发器(E3)的多元非共沸混合工质的组分的调节来实现变温间室蒸发器(E3)的蒸发温度的变化；该多温制冷机的具体制备方法是：

制冷压缩机(A)的高压排气口连接着冷凝器(B)，在冷凝器(B)中将混合制冷剂蒸气部分冷凝后成为气液两相进入气液分离器(C)，在气液分离器(C)中将包含较多低沸点组分制冷剂的气相工质和包含较多高沸点组分制冷剂的液相工质分离，其中液相工质经第一节流阀(F1)节流后全部进入高温蒸发器(E1)；气相工质经冷凝蒸发器(D)冷凝成饱和或过冷液体经第二节流阀(F2)节流后全部进入低温间室蒸发器(E2)；

当需要调节变温间室蒸发器(E3)的蒸发温度时，通过两个三通流量分配阀(J1、J2)同时调节从高温间室蒸发器(E1)、低温间室蒸发器(E2)出来进入变温间室蒸发器(E3)的混合工质的组成和流量，从而实现变温间室蒸发器(E3)的蒸发温度具有较大的温度变化；全部制冷剂在冷凝蒸发器(D)前混合，并在冷凝蒸发器(D)中吸热成为饱和或过热气体，进入制冷压缩机(A)的吸气口。

所述的多元非共沸混合制冷剂由低沸点工质和高沸点工质组成，其中低沸点工质包括：四氟甲烷、乙烯、乙烷、一氟乙烯、全氟乙烯、三氟甲烷、一氟甲烷、全氟乙烷、二氧化碳、二氟甲烷、五氟乙烷、三氟乙烷、一氟乙烷、丙烯、丙烷、二氟一氯甲烷、五氟一氯乙烷、全氟丙烷其中之一或其几种混合物；

高沸点工质包括：丙二烯、环丙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1-二氟乙烷、异丁烷、正丁烷、1-丁烯、异丁烯、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，2，2，3-五氟丙烷、四氟一氯乙烷其中之一或其几种混合物；

其中低沸点工质的总质量浓度为：15％～45％；高沸点工质的总质量浓度为：55％～85％，两组物质的质量浓度之和为100％。

本发明的方法只采用单台压缩机，在改进自复叠循环的基础上，利用非共沸混合工质的特性，调节进入蒸发器的混合制冷剂的组成，在相同的蒸发压力下提供两级或三级不同的蒸发温度，并且其中一级蒸发温度可以根据间室温度要求进行调节变化，使得间室温度和蒸发器蒸发温度保持较优的传热温差，不仅提高了有效能利用系数还降低了储物的干耗。

附图说明

图1是本发明具有两级蒸发温度并且高温蒸发器蒸发温度可以在一定范围内调节的多温制冷机循环流程图。

图2是本发明具有两级蒸发温度并且低温蒸发器蒸发温度可以在一定范围内调节的多温制冷机循环流程图。

图3是本发明具有三级蒸发温度并且其中一个蒸发器蒸发温度可以在一定范围内调节的多温制冷机循环流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的方法采用单台压缩机及其冷凝器、气液分离器、冷凝蒸发器、节流阀、蒸发器和三通流量分配阀为部件，制备具有可变蒸发温度的多温制冷机，制冷剂采用多元非共沸混合制冷剂；在自复叠循环的基础上，增加用于高温间室及变温间室的蒸发器、1或2个三通流量分配阀，利用非共沸混合工质在相平衡时气、液相成分不同的特点，通过冷凝器和气液分离器将高沸点工质和低沸点工质分离并进入两个制冷循环进行复叠，实现较低的制冷温度。对进入蒸发器的混合制冷剂的组成进行调节，在相同的蒸发压力下提供两级或三级不同的蒸发温度，并且其中一级蒸发温度可以根据间室温度要求进行调整。由于使用一台压缩机实现复叠制冷，使得运动部件减少，简单可靠。

多温制冷机所使用的非共沸混合工质由低沸点工质和高沸点工质组成，其中低沸点工质包括：四氟甲烷、乙烯、乙烷、一氟乙烯、全氟乙烯、三氟甲烷、一氟甲烷、全氟乙烷、二氧化碳、二氟甲烷、五氟乙烷、三氟乙烷、一氟乙烷、丙烯、丙烷、二氟一氯甲烷、五氟一氯乙烷、全氟丙烷或其混合物；高沸点工质包括：丙二烯、环丙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1-二氟乙烷、异丁烷、正丁烷、1-丁烯、异丁烯、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，2，2，3-五氟丙烷、四氟一氯乙烷或其混合物；其中低沸点工质的总质量浓度为：15％～45％；高沸点工质的总质量浓度为：55％～85％，两组物质的质量浓度之和为100％。从这两组高、低沸点工质中各选择一种或几种作为非共沸混合工质的组分制冷剂，就可以在上述改进自复叠多温制冷机装置中实现用一台压缩机提供多级蒸发温度并且其中一级蒸发温度可变的目的。

实施例1：参见图1，按本发明的方法制备的具有两级蒸发温度并且高温蒸发器蒸发温度可以在一定范围内调节的多温制冷机，包括制冷压缩机A、冷凝器B、气液分离器C、冷凝蒸发器D、第一节流阀F1和第二节流阀F2、高温蒸发器E1、低温蒸发器E2和三通流量分配阀J2。该装置使用两元或多元非共沸混合工质，其循环流程为：制冷压缩机A的高压排气口连接着冷凝器B，在冷凝器B中将混合制冷剂蒸气部分冷凝后成为气液两相进入气液分离器C，在气液分离器C中将包含较多低沸点组分制冷剂的气相工质和包含较多高沸点组分制冷剂的液相工质分离，其中液相工质经第一节流阀F1节流后全部进入高温蒸发器E1；气相工质经冷凝蒸发器D冷凝成饱和或过冷液体经第二节流阀F2节流后全部进入低温蒸发器E2。当需要调节高温蒸发器E1的蒸发温度时，可以通过低温蒸发器E2出口处的三通流量分配阀J2调节，使从低温蒸发器E2出来的含较多低沸点组分制冷剂的低温混合工质部分或全部进入高温蒸发器E1，从而实现通过调节进入高温蒸发器的混合工质的组成和流量来调节高温蒸发器的蒸发温度；全部制冷剂在冷凝蒸发器D前混合，并在冷凝蒸发器中吸热成为饱和或过热气体，进入压缩机吸气口。

当环境温度为25℃，该多温制冷机所使用的非共沸混合工质从上述低沸点工质组和高沸点工质组选出，它具有提供两级不同蒸发温度的同时还具有调节高温蒸发器的蒸发温度的功能，如下表1所示：

表1：

 

项目	混合物1质量浓度％	混合物2质量浓度％	混合物3质量浓度％
				低沸点工质	15(二氟甲烷)	30(二氟甲烷)	45(二氟甲烷)
高沸点工质	68(异丁烷)和17(1，1，1，2-四氟乙烷)	63(异丁烷)和7(1，1，1，2-四氟乙烷)	50(异丁烷)和5(1，1，1，2-四氟乙烷)
				低温蒸发器平均蒸发温度(℃)	-28	-32	-35
高温蒸发器平均蒸发温度的变化范围(℃)	-15～0	-17～-3	-20～-5

实施例2：参见图2，按本发明的方法制备的具有两级蒸发温度并且低温蒸发器蒸发温度可以在一定范围内调节的多温制冷机，包括制冷压缩机A、冷凝器B、气液分离器C、冷凝蒸发器D、第一节流阀F1和第二节流阀F2、高温蒸发器E1、低温蒸发器E2和三通流量分配阀J1。该装置使用两元或多元非共沸混合工质，其循环流程为：制冷压缩机A的高压排气口连接着冷凝器B，在冷凝器B中将混合制冷剂蒸气部分冷凝后成为气液两相进入气液分离器C，在气液分离器C中将包含较多低沸点组分制冷剂的气相工质和包含较多高沸点组分制冷剂的液相工质分离，其中液相工质经第一节流阀F1节流后全部进入高温蒸发器E1；气相工质经冷凝蒸发器D冷凝成饱和或过冷液体经第二节流阀F2节流后全部进入低温蒸发器E2。当需要调节低温间室蒸发器E2的蒸发温度时，可以通过高温蒸发器E1出口处的三通流量分配阀J1调节，使从高温蒸发器E1出来的含较多高沸点组分制冷剂的高温混合工质部分或全部进入低温蒸发器E2，从而通过调节进入低温蒸发器E2的混合工质的组成和流量来改变低温间室蒸发器E2的蒸发温度；全部制冷剂在冷凝蒸发器D前混合，并在冷凝蒸发器D中吸热成为饱和或过热气体，进入压缩机A的吸气口。

当环境温度为25℃，该多温制冷机所使用的非共沸混合工质从上述低沸点工质组和高沸点工质组选出，它具有提供两级不同蒸发温度的同时还具有调节低温蒸发器的蒸发温度的功能，如下表2所示：

表2：

 

项目	混合物1质量浓度％	混合物2质量浓度％	混合物3质量浓度％
				低沸点工质	5(丙烷)和10(五氟乙烷)	10(丙烷)和25(五氟乙烷)	15(丙烷)和30(五氟乙烷)
高沸点工质	85(丁烷)	65(丁烷)	55(丁烷)
				低温蒸发器平均蒸发温度的变化范围(℃)	-35～-20	-40～-25	-45～-28
高温蒸发器平均蒸发温度(℃)	-5	-10	-12

实施例3：参见图3，按本发明的方法制备的具有三级蒸发温度并且其中一级蒸发器蒸发温度可以在一定范围内调节的多温制冷机，包括制冷压缩机A、冷凝器B、气液分离器C、冷凝蒸发器D、第一节流阀F1和第二节流阀F2、高温蒸发器E1、低温蒸发器E2、可变温间室蒸发器E3和两个三通流量分配阀J1、J2。该装置使用两元或多元非共沸混合工质，其循环流程为：制冷压缩机A的高压排气口连接着冷凝器B，在冷凝器B中将混合制冷剂蒸气部分冷凝后成为气液两相进入气液分离器C，在气液分离器C中将包含较多低沸点组分制冷剂的气相工质和包含较多高沸点组分制冷剂的液相工质分离，其中液相工质经第一节流阀F1节流后全部进入高温蒸发器E1；气相工质经冷凝蒸发器D冷凝成饱和或过冷液体经第二节流阀F2节流后全部进入低温蒸发器E2。当需要调节可变间室蒸发器E3的蒸发温度时，可以通过两个三通流量分配阀J1、J2同时调节从高温蒸发器E1、低温蒸发器E2出来进入变温蒸发器E3的混合工质的组成和流量，从而实现变温蒸发器E3的蒸发温度具有较大的温度变化；全部制冷剂在冷凝蒸发器D前混合，并在冷凝蒸发器D中吸热成为饱和或过热气体，进入压缩机A的吸气口。

当环境温度为25℃，该多温制冷机所使用的非共沸混合工质从上述低沸点工质组和高沸点工质组选出，它具有提供三级不同蒸发温度的同时还具有调节变温间室蒸发器的蒸发温度的功能，如下表3所示：

表3：

 

项目	混合物1质量浓度％	混合物2质量浓度％	混合物3质量浓度％
				低沸点工质	15(二氟甲烷)	30(二氟甲烷)	45(二氟甲烷)
高沸点工质	85(异丁烷)	70(异丁烷)	55(异丁烷)
				低温蒸发器平均蒸发温度(℃)	-30	-33	-40
高温蒸发器平均蒸发温度(℃)	-3	-5	-10
				变温间室蒸发器平均蒸发温度的变化范围(℃)	-12～2	-15～0	-18～-5

当然，上述实施例中的低沸点工质和高沸点工质可以在上述发明人给出的各种高、低温工质范围进行选择，在本发明给出的范围，均可以达到本发明的目的。

需要明确说明的是：图1、2、3是基于自复叠制冷循环提供多级蒸发温度并具有一级可变蒸发温度的多温制冷机的基本循环流程图，如果通过增加换热设备或储液设备或精馏设备来改变循环流程，或者通过其它控制阀的组合来取代三通流量分配阀，从而达到通过调节蒸发器中混合工质的组成和流量来调节各间室蒸发器蒸发温度的目的，同样属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有可变蒸发温度的多温制冷机的制备方法，其特征在于，该多温制冷机包括：制冷压缩机(A)、冷凝器(B)、气液分离器(C)、冷凝蒸发器(D)、第一节流阀(F1)和第二节流阀(F2)、高温间室蒸发器(E1)、该低温间室蒸发器(E2)、变温间室蒸发器(E3)和两个三通流量分配阀(J1、J2)，多温制冷机能够提供三级不同蒸发温度；当只需要改变变温间室的储存温度时，可以通过三通流量分配阀(J1、J2)对进入变温间室蒸发器(E3)的多元非共沸混合工质的组分的调节来实现变温间室蒸发器(E3)的蒸发温度的变化；该多温制冷机的具体制备方法是：

制冷压缩机(A)的高压排气口连接着冷凝器(B)，在冷凝器(B)中将混合制冷剂蒸气部分冷凝后成为气液两相进入气液分离器(C)，在气液分离器(C)中将包含较多低沸点组分制冷剂的气相工质和包含较多高沸点组分制冷剂的液相工质分离，其中液相工质经第一节流阀(F1)节流后全部进入高温蒸发器(E1)；气相工质经冷凝蒸发器(D)冷凝成饱和或过冷液体经第二节流阀(F2)节流后全部进入低温间室蒸发器(E2)；

当需要调节变温间室蒸发器(E3)的蒸发温度时，通过两个三通流量分配阀(J1、J2)同时调节从高温间室蒸发器(E1)、低温间室蒸发器(E2)出来进入变温间室蒸发器(E3)的混合工质的组成和流量，从而实现变温间室蒸发器(E3)的蒸发温度具有较大的温度变化；全部制冷剂在冷凝蒸发器(D)前混合，并在冷凝蒸发器(D)中吸热成为饱和或过热气体，进入制冷压缩机(A)的吸气口。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多元非共沸混合制冷剂由低沸点工质和高沸点工质组成，其中低沸点工质包括：四氟甲烷、乙烯、乙烷、一氟乙烯、全氟乙烯、三氟甲烷、一氟甲烷、全氟乙烷、二氧化碳、二氟甲烷、五氟乙烷、三氟乙烷、一氟乙烷、丙烯、丙烷、二氟一氯甲烷、五氟一氯乙烷、全氟丙烷其中之一或其几种混合物；

高沸点工质包括：丙二烯、环丙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1-二氟乙烷、异丁烷、正丁烷、1-丁烯、异丁烯、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，2，2，3-五氟丙烷、四氟一氯乙烷其中之一或其几种混合物；

其中低沸点工质的总质量浓度为：15％～45％；高沸点工质的总质量浓度为：55％～85％，两组物质的质量浓度之和为100％。

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