CN105157269B - 一种具有低温功能的自复叠制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明共公开了一种具有低温功能的自复叠制冷系统，包括压缩机、冷凝器、涡流管、气液分离器、冷凝蒸发器、过冷器、蒸发器；压缩机的出口分别与冷凝器、气液分离器、涡流管顺序串连；涡流管热端出口分别与冷凝蒸发器、过冷器、蒸发器顺序串连；涡流管冷端出口与过冷器相连，气液分离器出口先与冷凝蒸发器串连后再与过冷器以及蒸发器并连汇入压缩机中；该制冷系统制冷效果好，节能效果显著。

Description

一种具有低温功能的自复叠制冷系统

技术领域

本发明涉及一种制冷系统，具体来讲是一种具有低温功能的自复叠制冷系统。

背景技术

随着社会经济快速发展，人们对于制冷设备的需求随之增长。在传统冷冻冷藏压缩制冷系统中，随着制冷温度的降低，节流阀的节流损失随之增加，故制冷系统性能随之降低。

涡流管是一个结构简单，具有能量分离特性的装置，涡流管能量分离现象是由法国冶金工程师Ranque发现，于1932年申请美国专利。1933年，他在法国工程热物理会议上做了有关涡流管装置及其涡旋温度分离效应的报告。通过对涡流管制冷制热机理研究结果表明，涡流管对气体节流效率高于节流阀，但传统涡流管压缩制冷循环存在制冷效率较低等问题。将自行复叠制冷循环原理应用于涡流管压缩制冷循环，以期解决传统涡流管压缩制冷循环所存在的制冷温度和制冷效率两方面的问题。

自复叠制冷循环效率提高的方法有优化制冷工质组成及配比以及提高气液分离效果等。从20世纪90年代末开始，浙江大学陈光明教授等对单级压缩混合制冷剂深度冷冻进行了深入研究。首先，提出了如图1所示的采用单级压缩一次精馏自行复叠低温制冷循环，并对流程、部件和流程的模拟计算以及工质配比等进行了研究。采用一台普通商用压缩机，最低制冷温度达到-124℃，并取得了良好的热力学效率；随后提出以单级压缩混合工质自行复叠循环来液化天然气，采用以R728、R50、R14、R23、R290和R600a为组元的多元混合工质，初步实验研究得到了-165.6℃的最低制冷温度。

图2所示为2001年中科院理化技术研究所公茂琼等教授等提出了一种新型分凝分离式内复叠节流制冷循环,采用具有内部传热传质的分凝分离器代替传统的气液分离器，并对小型涡流管在带压缩机的系统中性能进行实验研究，实验结果表明，最低制冷温度可达-161℃。

中国专利公开号CN200710164848.8，“精馏型混合工质自复叠气体液化系统”公开了一种带有精馏装置的气体液化系统。该系统利用精馏装置来代替气液分离器，用来冷却分离混合工质气体，以减少传统混合工质气体液化系统中分离级数过多的问题。虽然该系统能够有效的简化系统结构，但精馏装置的设计相对气液分离器来说较复杂，增加了系统分析的复杂程度。

2011年浙江大学王征结合涡流管的优势，提出一种新型涡流管自复叠制冷系统,如图3所示。该制冷系统将冷端气体与换热后的热端气体直接汇合后引入冷凝蒸发器，冷端气体的部分冷量并没有得到充分利用，，不利于该制冷系统制冷效率的提高。另外，该专利也带有一个精馏装置，增加了系统的复杂性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种自复叠涡流管制冷系统，该系统不仅可以提升涡流管制冷系统的制冷效率，还可以降低制冷温度。

本发明解决以上技术问题的技术方案：

一种具有低温功能的自复叠制冷系统，包括压缩机、冷凝器、涡流管、气液分离器、冷凝蒸发器、过冷器、蒸发器；压缩机的出口分别与冷凝器进口、气液分离器进口、涡流管进口顺序串连；涡流管热端出口分别与冷凝蒸发器第一进口、过冷器第一进口、蒸发器进口顺序串连；涡流管冷端出口与过冷器第二进口相连，气液分离器第二出口先与冷凝蒸发器第二进口串连后再与过冷器第二出口以及蒸发器出口并连汇入压缩机进口中。

本专利将涡流管应用在闭式制冷系统中，回收利用涡流管冷端低温气体的冷量和热端高温气体的热量，与传统压缩制冷循环相比，新型自复叠涡流管压缩制冷系统具有COP高、制冷温度低的特点，节能效果明显。

本方法进一步限定的技术方案为：

进一步的，压缩机的出口与冷凝器进口相连，冷凝器出口与气液分离器进口相连，气液分离器第一出口与涡流管进口相连，涡流管热端气体出口与冷凝蒸发器第一进口相连，冷凝蒸发器第一出口与过冷器第一进口相连，过冷器第一出口与蒸发器进口相连，涡流管冷端气体出口与过冷器第二进口相连，气液分离器第二出口与冷凝蒸发器第二进口相连，冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口和蒸发器出口并连后汇入压缩机进口中。

进一步的，还包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，涡流管热端出口与第二节流阀进口相连，第二节流阀出口与冷凝蒸发器第一进口相连，过冷器第一出口与第一节流阀进口相连，第一节流阀出口与蒸发器进口相连，气液分离器第二出口与第三节流阀进口相连，第三节流阀出口与冷凝蒸发器第二进口相连。

进一步的，该制冷机中填充的工质为非共沸混合工质。

进一步的，非共沸混合工质为R744-R134a或R23-R134a。

进一步的，R744-R134a的组成按质量百分比计为35:65。

进一步的，R23-R134a的组成按质量百分比计为40:60。

一种具有低温功能的自复叠制冷系统，包括压缩机、冷凝器、涡流管、气液分离器、冷凝蒸发器、过冷器、第一蒸发器、和第二蒸发器，压缩机的出口与冷凝器的进口、气液分离器的进口、涡流管进口顺序串连；气液分离器第一出口与涡流管进口相连，涡流管热端出口与第二节流阀进口、冷凝蒸发器第一进口、过冷器第一进口、第一节流阀进口、第一蒸发器进口顺序串连；涡流管冷端出口与过冷器第二进口串连；气液分离器第二出口分两路，其中一路与第二蒸发器进口相连，另一路与冷凝蒸发器第二进口相连；冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口、第一蒸发器出口和第二蒸发器出口相互并连后汇入压缩机进口中。

本专利将涡流管应用在闭式制冷系统中，有效回收利用涡流管冷端低温气体的冷量和热端高温气体的热量，与传统压缩制冷循环相比，新型涡流管自复叠压缩制冷系统具有COP高、制冷温度低的特点，节能效果明显。

本方法进一步限定的技术方案为：

进一步的，压缩机的出口与冷凝器进口相连，冷凝器出口与气液分离器进口相连，气液分离器第一出口与涡流管进口相连，涡流管热端气体出口与冷凝蒸发器第一进口相连，冷凝蒸发器第一出口与过冷器第一进口相连，过冷器第一出口与第一蒸发器进口相连，涡流管冷端气体出口与过冷器第二进口相连，气液分离器第二出口分两路，其中一路与第二蒸发器进口相连，另一路与冷凝蒸发器第二进口相连，冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口、第一蒸发器出口和第二蒸发器出口汇合后与压缩机进口相连。

进一步的，还包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，涡流管热端气体出口与第二节流阀进口相连，第二节流阀出口与冷凝蒸发器第一进口相连；过冷器第一出口与第一节流阀进口相连，第一节流阀出口与第一蒸发器进口相连；气液分离器第二出口与第三节流阀进口相连，第三节流阀出口分两路，其中一路与第二蒸发器进口相连，另一路与冷凝蒸发器第二进口相连，冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口、第一蒸发器出口和第二蒸发器出口汇合后与压缩机进口相连。

进一步的，该制冷机中填充的工质为非共沸混合工质。

进一步的，非共沸混合工质为R744-R134a或R23-R134a。

进一步的，R744-R134a的组成按质量百分比计为35:65。

进一步的，R23-R134a的组成按质量百分比计为40:60。

本发明的有益效果为：依据涡流管能量分离原理和自复叠制冷原理，在传统自复叠压缩制冷系统中引入涡流管，在涡流管热端出口设置冷凝蒸发器，在冷端出口设置过冷器，充分利用涡流管回收传统压缩制冷系统节流过程的压力损失，在相同的压缩机耗功下，新制冷机可有效提高制冷量和制冷效率，大大降低了单级压缩自复叠制冷系统的制冷温度范围。另外，在传统自复叠压缩制冷系统中引入涡流管，没有增设运动部件，新制冷系统的结构简单，维护方便，适用范围广。

附图说明

图1单级压缩一次精馏自行复叠低温制冷循环示意图；

图2是多元混合物工质内复叠节流结合涡流管复合循环流程示意图；

图3是涡流管自复叠压缩制冷系统；

图4是实施例1的流程结构示意图；

图5是实施例2的流程结构示意图。

图4和图5中：1压缩机、2冷凝器、3涡流管、4气液分离器、5冷凝蒸发器、6过冷器、7第一蒸发器、8第一节流阀、9第二节流阀、10第三节流阀和11第二蒸发器。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种具有低温功能的自复叠制冷系统，如图4所示，该系统包括压缩机1、冷凝器2、涡流管3、气液分离器4、冷凝蒸发器5、过冷器6、第一蒸发器7、第一节流阀8、第二节流阀9和第三节流阀10；其中，压缩机1的出口与冷凝器2相连，冷凝器2出口与气液分离器4相连，气液分离器4第一出口与涡流管3进口相连，涡流管3热端气体出口与第二节流阀9进口相连，第二节流阀9出口与冷凝蒸发器5第一进口相连，冷凝蒸发器5第一出口与过冷器6第一进口相连，过冷器6第一出口与第一节流阀8进口相连，第一节流阀8出口与第一蒸发器7进口相连，涡流管3冷端气体出口与过冷器6第二进口相连，气液分离器4第二出口与第三节流阀10进口相连，第三节流阀10出口与冷凝蒸发器5第二进口相连，冷凝蒸发器5第二出口、过冷器6第二出口以及蒸发器7出口相互并连后与压缩机1进口相连。

本实施例中，以R744和R134a(最佳配比为35:65)所组成非共沸混合工质为例，说明其工作原理，其中高沸点工质是R134a，低沸点工质是R744。低压混合制冷剂蒸汽经压缩机1加压为高温高压的混合制冷工质，进入冷凝器2被冷却冷凝为气液混合物，热量被冷却水带走，气液混合物进入气液分离器4进行气液分离，分离后的液态制冷剂(主要组分是高沸点工质R134a、低沸点工质R744组分含量较少)经第三节流阀10节流降压，进入冷凝蒸发器5与涡流管3热端气体进行热量交换，分离后的气态制冷剂(主要组分是低沸点工质R744、高沸点工质R134a组分含量较少)进入涡流管3被分离成热端气体和冷端气体，热端气体经第二节流阀9节流降压后，在冷凝蒸发器5中与来自气液分离器4的液态制冷剂进行热量交换，降温后的热端气体进入过冷器6，在此与涡流管3冷端气体进行热量交换，过冷后的低沸点液态制冷剂经第一节流阀8节流降压后进入第一蒸发器7，在此蒸发制冷，来自第一蒸发器7的制冷剂蒸汽和经过冷器6换热后的涡流管冷端气体汇合后与经冷凝蒸发器换热后的高沸点制冷剂蒸汽一起被压缩机1吸入完成循环流程。

本专利将涡流管应用在闭式制冷系统中，回收利用涡流管冷端低温气体的冷量和热端高温气体的热量，与传统压缩制冷循环相比，新型自复叠涡流管压缩制冷系统具有COP高、制冷温度低的特点，节能效果明显。

实施例2

本实施例提供的一种具有低温功能的自复叠制冷系统，如图5所示，该系统包括压缩机1、冷凝器2、涡流管3、气液分离器4、冷凝蒸发器5、过冷器6、第一蒸发器7、第一节流阀8、第二节流阀9、第三节流阀10和第二蒸发器11；其中，压缩机1的出口与冷凝器2相连，冷凝器2出口与气液分离器4相连，气液分离器4第一出口与涡流管3进口相连，涡流管3热端气体出口与第二节流阀9进口相连，第二节流阀9出口与冷凝蒸发器5第一进口相连，冷凝蒸发器5第一出口与过冷器6第一进口相连，过冷器6第一出口与第一节流阀8进口相连，第一节流阀8出口与第一蒸发器7进口相连，涡流管3冷端气体出口与过冷器6第二进口相连，气液分离器4第二出口与第三节流阀10进口相连，第三节流阀10出口分两路，其中一路与第二蒸发器11进口相连，另一路与冷凝蒸发器5第二进口相连，冷凝蒸发器5第二出口、过冷器6第二出口、第一蒸发器7出口和第二蒸发器11出口汇合后与压缩机1进口相连。

本实施例2中，以R23和R134a(最佳配比为40:60)所组成非共沸混合工质为例，说明其工作原理，其中高沸点工质是R134a，低沸点工质是R23。低压混合制冷剂蒸汽经压缩机1加压为高温高压的混合制冷工质，进入冷凝器2被冷却冷凝为气液混合物，热量被冷却水带走，气液混合物进入气液分离器4进行气液分离，分离后的液态制冷剂(主要组分是高沸点工质R134a、低沸点工质R744组分含量较少)经第三节流阀10节流降压后分两路，其中一路进入第二蒸发器11蒸发制冷，另一路进入冷凝蒸发器5与涡流管3热端气体进行热量交换，分离后的气态制冷剂(主要组分是低沸点工质R744、高沸点工质R134a组分含量较少)进入涡流管3被分离成热端气体和冷端气体，热端气体经第二节流阀9节流降压后，在冷凝蒸发器5中与来自气液分离器4的液态制冷剂进行热量交换，降温后的热端气体进入过冷器6，在此与涡流管3冷端气体进行热量交换，过冷后的低沸点制冷剂经第一节流阀8节流降压后进入第一蒸发器7，蒸发制冷，来自第一蒸发器7和第二蒸发器11的制冷剂蒸汽和经过冷器6换热后的涡流管冷端气体以及经冷凝蒸发器换热后的热端气体汇合后一起被压缩机1吸入完成循环流程。

本专利将涡流管应用在闭式制冷系统中，回收利用涡流管冷端低温气体的冷量和热端高温气体的热量，与传统压缩制冷循环相比，新型自复叠涡流管压缩制冷系统具有COP高、制冷温度低的特点，节能效果明显。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有低温功能的自复叠制冷系统，包括压缩机、冷凝器、涡流管、气液分离器、冷凝蒸发器、过冷器、蒸发器；其特征在于：压缩机的出口分别与冷凝器进口、气液分离器进口、涡流管进口顺序串连；涡流管热端出口分别与冷凝蒸发器第一进口、过冷器第一进口、蒸发器进口顺序串连；涡流管冷端出口与过冷器第二进口相连，气液分离器出口先与冷凝蒸发器第二进口串连后再分别与过冷器第二出口以及蒸发器出口并连汇入压缩机进口中；

压缩机的出口与冷凝器相连，冷凝器出口与气液分离器相连，气液分离器第一出口与涡流管进口相连，涡流管热端气体出口与冷凝蒸发器第一进口相连，冷凝蒸发器第一出口与过冷器第一进口相连，过冷器第一出口与蒸发器进口相连，涡流管冷端气体出口与过冷器第二进口相连，气液分离器第二出口与冷凝蒸发器第二进口相连，冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口和蒸发器出口并连后汇入压缩机进口中；

还包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，涡流管热端出口与第二节流阀进口相连，第二节流阀出口与冷凝蒸发器第一进口相连，过冷器第一出口与第一节流阀进口相连，第一节流阀出口与蒸发器进口相连，气液分离器第二出口与第三节流阀进口相连，第三节流阀出口与冷凝蒸发器第二进口相连。

2.一种具有低温功能的自复叠制冷系统，包括，压缩机、冷凝器、涡流管、气液分离器、冷凝蒸发器、过冷器、第一蒸发器、和第二蒸发器，其特征在于：压缩机的出口与冷凝器的进口、气液分离器的进口、涡流管进口顺序串连；涡流管热端出口与第二节流阀进口、冷凝蒸发器第一进口、过冷器第一进口、第一蒸发器进口顺序串连；涡流管冷端出口与过冷器第二进口串连；气液分离器第二出口分两路，其中一路与第二蒸发器进口相连，另一路与冷凝蒸发器第二进口相连；冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口、第一蒸发器出口和第二蒸发器出口相互并连后汇入压缩机进口中；

压缩机的出口与冷凝器相连，冷凝器出口与气液分离器相连，气液分离器第一出口与涡流管进口相连，涡流管热端气体出口与冷凝蒸发器第一进口相连，冷凝蒸发器第一出口与过冷器第一进口相连，过冷器第一出口与第一蒸发器进口相连，涡流管冷端气体出口与过冷器第二进口相连，气液分离器第二出口分两路，其中一路与第二蒸发器进口相连，另一路与冷凝蒸发器第二进口相连，冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口、第一蒸发器出口和第二蒸发器出口汇合后与压缩机进口相连；

还包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，涡流管热端气体出口与第二节流阀进口相连，第二节流阀出口与冷凝蒸发器第一进口相连，过冷器第一出口与第一节流阀进口相连，第一节流阀出口与第一蒸发器进口相连；气液分离器第二出口与第三节流阀进口相连，第三节流阀出口分两路，其中一路与第二蒸发器进口相连，另一路与冷凝蒸发器第二进口相连，冷凝蒸发器第二出口、过冷器第二出口、第一蒸发器出口和第二蒸发器出口汇合后与压缩机进口相连。

3.根据权利要求1或2所述的具有低温功能的自复叠制冷系统，其特征在于：该制冷机中填充的工质为非共沸混合工质。

4.根据权利要求3所述的具有低温功能的自复叠制冷系统，其特征在于：所述非共沸混合工质为R744-R134a或R23-R134a。

5.根据权利要求4所述的具有低温功能的自复叠制冷系统，其特征在于：R744-R134a的组成按重量百分比计为35:65。

6.根据权利要求5所述的具有低温功能的自复叠制冷系统，其特征在于：R23-R134a的组成按重量百分比计为40:60。