CN105737427B - 一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统 - Google Patents

一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统，该系统包括压缩机、冷凝器和第一级气液分离器入口依次相连，第一级气液分离器产生的富含高沸点工质的饱和液体制冷剂经过节流阀进入第二级气液分离器，分离获得饱和气体和液体；第一级气液分离器产生的饱和气体工质经过节流阀与第二级气液分离器所得的气体混合后进入蒸发冷凝器冷却为过冷液体，再经节流阀节流后流进入蒸发器吸热变为饱和气体，然后与来自第二级气液分离器的富含高沸点组分的工质混合后进入冷凝蒸发器吸热变为过热气体，最后进入压缩机，实现完整的自复叠制冷循环；采用两级串联的气液分离器，进一步提纯低沸点工质用于制冷，提升了压缩机吸气压力，同时增加了蒸发器工质流量，有效地改善了低温制冷系统的性能。

Description

一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统
技术领域
本发明属于电冰箱与冷柜制冷技术领域，具体涉及一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统。
背景技术
近年来，随着科技的不断进步，医学治疗、食品工业、冷冻冷藏等许多领域对更低的运行温度提出了更为迫切的需求，尤其是对低于-40℃的低温环境的要求愈加强烈。目前，可以通过多级压缩循环、混合工质节流循环以及自复叠循环实现低温制冷。
自复叠制冷技术利用非共沸混合工质组分分离特性，通过蒸发冷凝器实现自动复叠，可实现单台压缩机实现多级复叠，进而获得低温制冷效果，因此在低温制冷领域具有独特的优势。但是，由于系统的低温性能需求，压缩机吸气压力较低，压比较大，导致系统性能较低，因此该技术的应用发展受到了限制。其主要原因是低沸点组分不能有效的分离作为制冷流体，而制冷流体中高沸点组分的存在大大降低了蒸发压力，导致压缩机压比增大，性能降低。因此，有必要有效利用非共沸混合工质在节流闪蒸后的组分分离特性，进一步改进循环结构，从而有效改善自复叠低温制冷系统的性能，同时为实现-40℃以下低温制冷的提供新的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统，该系统可以实现低温制冷的同时，还可以有效改善系统的制冷效率。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统，该系统组成包括：压缩机101、冷凝器102、第一级气液分离器103、第一节流阀104、第二级气液分离器105、第二节流阀106、蒸发器107、第三节流阀108、蒸发冷凝器109和第四节流阀110；所述压缩机101的出口与冷凝器102进口相连，冷凝器102出口与第一级气液分离器103进口相连；气液分离器103的饱和液体出口依次与第一节流阀104和第二级气液分离器105进口相连；第一级气液分离器103饱和气体出口与第四节流阀110相连，第一级气液分离器103所得的富含低沸点组分工质经过第四节流阀110，与来自第二级气液分离器105的富含低沸点组分的饱和气体汇合，然后进入蒸发冷凝器109的冷凝侧通道；蒸发冷凝器109的冷凝侧出口依次与第三节流阀108和蒸发器107相连；蒸发器107出口气体工质与先后由第二级气液分离器105分离获得，再经第二节流阀106节流的富含高沸点组分两相流工质汇合，然后进入蒸发冷凝器109的蒸发侧通道；蒸发冷凝器109的蒸发侧通道出口与压缩机101进口依次相连，形成了完整的采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统。
所述第一级气液分离器103和第二级气液分离器105串联布置，第一级气液分离器103的液体出口依次与第一节流阀104和第二级气液分离器105的进口相连；第一级气液分离器103获得的富含低沸点组分工质经过第四节流阀110节流，然后与来自第二级气液分离器105富含低沸点组分的饱和气体汇合后进入蒸发冷凝器109的冷凝侧通道；因此，通过蒸发器的制冷流体的流量和流体中低沸点工质的组分将会增加；这样能够提高蒸发压力，降低压缩机压比，有助于改善系统性能。
第二级气液分离器105出口的富含高沸点制冷剂的饱和液体经过第二节流阀106与来自蒸发器107的饱和气体混合后进入蒸发冷凝器109的蒸发侧通道换热，增加了制冷流体在第三节流阀108前的过冷度，有助于增大制冷量。
与传统一级自复叠制冷循环相比，本发明利用非共沸混合工质的组分分离特性，通过采用双级气液分离器串联布置，有效提高进入蒸发器的制冷流体的低沸点工质组分含量，提高了低沸点工质在蒸发器中的纯度，提高了蒸发压力，有利于压缩机压比的降低和耗功的减小以及系统性能的改善。同时，增加了制冷流体流量，有助于增加系统的制冷量。因此，该系统是一种经济、有效可行的改善方案，将有效地促自复叠低温制冷系统技术的发展。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图2为本发明的制冷循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚简明，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例为一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统，该系统组成包括：压缩机101、冷凝器102、第一级气液分离器103、第一节流阀104、第二级气液分离器105、第二节流阀106、蒸发器107、第三节流阀108、蒸发冷凝器109和第四节流阀110；所述压缩机101的出口与冷凝器102进口相连，冷凝器102出口与第一级气液分离器103进口相连；气液分离器103的饱和液体出口依次与第一节流阀104和第二级气液分离器105进口相连；第一级气液分离器103饱和气体出口与第四节流阀110相连，第一级气液分离器103所得的富含低沸点组分工质经过第四节流阀110，与来自第二级气液分离器105的富含低沸点组分的饱和气体汇合，然后进入蒸发冷凝器109的冷凝侧通道；蒸发冷凝器109的冷凝侧出口依次与第三节流阀108和蒸发器107相连；蒸发器107出口气体工质与先后由第二级气液分离器105分离获得，再经第二节流阀106节流的富含高沸点组分两相流工质汇合，然后进入蒸发冷凝器109的蒸发侧通道；蒸发冷凝器109的蒸发侧通道出口与压缩机101进口依次相连，形成了完整的采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统。
图2为本实施例的制冷循环系统工作过程的压-焓图(p-h图)。本发明的具体工作过程为：来蒸发冷凝器109蒸发侧通道出口的低压过热制冷剂(图2中1点)进入压缩机101，经过压缩变为高压过热气体(图2中2点)，过热蒸汽进入冷凝器102放热后成为气液两相(图2中3点)，然后经过第一级气液分离器103实现高低沸点组分的分离；富含低沸点组分的饱和气体(图2中5点)，经过第四节流阀110等焓节流至中间压力(图2中6点)；第一级气液分离器103分离获得的富含高沸点组分的饱和液体经过第一节流阀104等焓节流变为气液两相流(图2中11点)，然后进入第二级气液分离器105再次实现组分分离；其中，通过第二级气液分离器105获得的饱和气体与来自第四节流阀110的富含低沸点组分工质混合后(图2中7点)进入蒸发冷凝器109的冷凝侧通道，然后冷凝为过冷液体，经第三节流阀108节流变为两相流(图2中9点)，然后进入蒸发器107吸热实现制冷，变为饱和气体(图2中10点)；第二级气液分离器105产生的富含高沸点组分的饱和液体(图2中13点)经过节流变为气液两相流(图2中14点)，然后与来自蒸发器107的饱和气体(图2中10点)汇合(图2中15点)，然后进入蒸冷凝器109的蒸发侧通道吸热变为过热蒸气(图2中1点)，最后进入压缩机101完成整个循环。

Claims (3)

1.一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统，其特征在于：该系统组成包括：压缩机(101)、冷凝器(102)、第一级气液分离器(103)、第一节流阀(104)、第二级气液分离器(105)、第二节流阀(106)、蒸发器(107)、第三节流阀(108)、蒸发冷凝器(109)和第四节流阀(110)；
所述压缩机(101)的出口与冷凝器(102)进口相连，冷凝器(102)出口与第一级气液分离器(103)进口相连；气液分离器(103)的饱和液体出口依次与第一节流阀(104)和第二级气液分离器(105)进口相连；第一级气液分离器(103)饱和气体出口与第四节流阀(110)相连，第一级气液分离器(103)所得的富含低沸点组分工质经过第四节流阀(110)，与来自第二级气液分离器(105)的富含低沸点组分的饱和气体汇合，然后进入蒸发冷凝器(109)的冷凝侧通道；蒸发冷凝器(109)的冷凝侧出口依次与第三节流阀(108)和蒸发器(107)相连；蒸发器(107)出口气体工质与先后由第二级气液分离器(105)分离获得，再经第二节流阀(106)节流的富含高沸点组分两相流工质汇合，然后进入蒸发冷凝器(109)的蒸发侧通道；蒸发冷凝器(109)的蒸发侧通道出口与压缩机(101)进口依次相连，形成了完整的采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统。
2.根据权利要求1所述的一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统，其特征在于：所述第一级气液分离器(103)和第二级气液分离器(105)串联布置，第一级气液分离器(103)的液体出口依次与第一节流阀(104)和第二级气液分离器(105)的进口相连；第一级气液分离器(103)获得的富含低沸点组分工质经过第四节流阀(110)节流，然后与来自第二级气液分离器(105)富含低沸点组分的饱和气体汇合后进入蒸发冷凝器(109)的冷凝侧通道；因此，通过蒸发器的制冷流体的流量和流体中低沸点工质的组分将会增加；这样能够提高蒸发压力，降低压缩机压比，有助于改善系统性能。
3.根据权利要求1所述的一种采用双级气液分离器的一级自复叠低温制冷循环系统，其特征在于：第二级气液分离器(105)出口的富含高沸点制冷剂的饱和液体经过第二节流阀(106)与来自蒸发器(107)的饱和气体混合后进入蒸发冷凝器(109)的蒸发侧通道换热，增加了制冷流体在第三节流阀(108)前的过冷度，有助于增大制冷量。
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