CN107202445B - 带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统 - Google Patents

带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统，其结构简单，设计巧妙，布局合理，它创造性的在相分离器的气相出口处设置了一个冷却分凝热交换器(Fractionation Heat Exchanger)的结构，该结构能够进一步分离即将进入低温环路的混合制冷剂，可以提高低温环路中低沸点组元的含量，降低自复叠制冷系统的蒸发温度。该制冷系统在保证整体结构不会过于复杂的情况下，提高了混合制冷剂的分离效率。因此可以说它具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。

Description

带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统
技术领域
本发明涉及一种制冷系统，特别是一种带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统。
背景技术
传统的自复叠制冷系统，仅仅用一个相分离器通过平衡闪蒸的方法分离混合制冷剂，分离效率十分低。为了解决上述问题，也有的自复叠制冷系统用精馏柱（器）来代替相分离器以提高分离效率，混合制冷剂在精馏柱（器）中反复分离，大大提高了各组元的分离效率。还有的自复叠制冷系统设置两个或者两个以上的相分离器，并和内部热交换器相配合对混合制冷剂进行多次分凝分离。上述制冷系统虽然能够提高分离效率，但是让整个制冷系统变得更加复杂，成本也相对较高，更适合大中型自复叠制冷装置。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种能够进一步分离进入低温环路的混合制冷剂，用以提高低温环路中低沸点组元含量，降低自复叠制冷系统蒸发温度的自复叠制冷系统。
本发明的技术解决方案是：一种带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统，其特征在于：所述的系统包括压缩机1，压缩机1的出气管路与冷凝器2的入口相连，与冷凝器2相配的设置有水循环管路，冷凝器2的出口通过管路与相分离器3相连，相分离器3的底端通过第一液相管路4与冷凝蒸发器5的内腔部分的一端相连，而在所述的第一液相管路4上依次设置有视液镜6、干燥过滤器7和热力膨胀阀8，冷凝蒸发器5内腔部分的另一端则连接有第一管路9，在第一管路9上设置有与热力膨胀阀8相连的感温包10，所述第一管路9同时与相互并联的第二管路11和第三管路12相连，而第二管路11和第三管路12的末端则通过第四管路13与压缩机1的进气端相连，在第二管路11上设置有第一球阀14，在第三管路12上设置有第二球阀15，在第四管路13上设置有第三球阀16，所述相分离器3的顶部为冷却分凝热交换器17，所述第三管路12的一部分位于冷却分凝热交换器17中，冷却分凝热交换器17的顶端通过管路与冷凝蒸发器5的外腔部分的一端相连通，而冷凝蒸发器5外腔部分的另一端则通过第二液相管路18与蒸发器19的入口端相连，并且在第二液相管路18上依次设置有视液镜6、干燥过滤器7和针阀20，蒸发器19的出口端则通过管路与第一管路9相连，所述的蒸发器19位于低温箱21内，在低温箱21内还设置有风扇22和电加热器23。
所述冷凝器2的水循环管路上设置有流量计24、冷却水箱25、水泵26和阀，并且在冷却水箱25内还设置有电加热器23，与所述的水循环管路还相接有带有阀的冷却水进水管路27。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
本种结构形式的带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统，其结构简单，设计巧妙，布局合理，它创造性的在相分离器的气相出口处设置了一个冷却分凝热交换器(Fractionation Heat Exchanger)的结构，该结构能够进一步分离即将进入低温环路的混合制冷剂，可以提高低温环路中低沸点组元的含量，降低自复叠制冷系统的蒸发温度。该制冷系统在保证整体结构不会过于复杂的情况下，提高了混合制冷剂的分离效率。因此可以说它具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明实施例的系统组成示意图。
图2是本发明实施例中冷却分凝热交换器部分的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1、图2所示：一种带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统，它包括压缩机1，这个压缩机1的出气管路与冷凝器2的入口相连，而冷凝器2的出口端则通过管路与相分离器3相连，相分离器3的底端通过第一液相管路4与冷凝蒸发器5的内腔部分的一端相连，并且在第一液相管路4上还依次设置有视液镜6、干燥过滤器7和热力膨胀阀8，上述冷凝蒸发器5内腔部分的另一端则连接有一个第一管路9，并且在第一管路9上设置有感温包10，且感温包10与热力膨胀阀8相连；
上述的第一管路9同时与相互并联的第二管路11和第三管路12相连，而第二管路11和第三管路12的末端则通过第四管路13与压缩机1的进气端相连，在第二管路11上设置有第一球阀14，在第三管路12上设置有第二球阀15，在第四管路13上设置有第三球阀16，
所述相分离器3的顶部为冷却分凝热交换器17，所述第三管路12的一部分位于冷却分凝热交换器17中，并且第三管路12的直径要小于冷却分凝热交换器17的直径，而冷却分凝热交换器17的顶端通过管路与冷凝蒸发器5的外腔部分的一端相连通，冷凝蒸发器5外腔部分的另一端则通过第二液相管路18与蒸发器19的入口端相连，
在第二液相管路18上依次设置有视液镜6、干燥过滤器7和针阀20，蒸发器19的出口端则通过管路与第一管路9相连，所述的蒸发器19位于低温箱21内，在低温箱21内还设置有风扇22和电加热器23。
本发明实施例的带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统的工作过程如下：气态的混合制冷剂在压缩机1的作用下进入冷凝器2，与冷凝器2相配的水循环管路上设置的水泵26让水体在水循环管路内循环流动，流量计24则可以随时测试循环流量，冷却水箱25内的电加热器23则可以让操作人员根据需要随时调节得到所需的水温，而冷却水进水管路27则可以向水循环管路中补充冷水；
经过冷凝器2后，气/液混合相的制冷剂进入相分离器3，液相的制冷剂通过第一液相管路4进入冷凝蒸发器5的内腔，并最终进入第一管路9，第一液相管路4上的视液镜6能够让操作人员观察到液相的流动状态，而干燥过滤器7则对液相中的杂质进行过滤并对水分进行干燥，热力膨胀阀8控制输入冷凝蒸发器5中的液相的压力和流量；相分离器3中的气相制冷剂会经过冷却分凝热交换器17的顶端开口直接进入冷凝蒸发器5的外腔部分，并且在冷凝蒸发器5中，其内腔与外腔的流体流动方向相反，并且这两种不同状态的制冷剂发生热交换，液相变为气相、气相变为液相，外腔中的、变为液相的制冷剂通过第二液相管路18进入蒸发器19，在此过程中，操作人员可以通过第二液相管路18上的视液镜6观察到液相的流动状态，干燥过滤器7则对液相中的杂质进行过滤并对水分进行干燥，并在蒸发器19的作用下变为气相，在此过程中吸热，实现低温箱21的制冷，低温箱21中的风扇22能够快速的让低温箱21中的空气混合均匀，配合以低温箱21中的电加热器23，可以调节并获得所需要的温度；
经过蒸发器19后、重新变为气相的制冷剂又会通过管路回到第一管路9处，并最终重新回到压缩机1中，
如果第二管路11上的第一球阀14开启，第三管路12上的第二球阀15关闭，气相制冷剂直接通过第二管路11、第四管路13进入压缩机1；若需要进一步提高混合制冷剂的分离效率时，可以将第二管路11上的第一球阀14关闭，将第三管路12上的第二球阀15开启，将气相制冷剂导入第三管路12中，由于第三管路12上有一段位于相分离器3的冷却分凝热交换器17内，因此相当于相分离器3中的气相制冷剂与第三管路12中的气相制冷剂在冷却分凝热交换器17中进行热交换，在此过程中，能够在对高压饱和气体进行冷却降温的过程中进一步分离高、低沸点组元，提高进入低温环路混合制冷剂中低沸点组元的质量分数；同时让高压饱和气体预冷，减少冷凝蒸发器中的冷凝热量；还可以加热低温回气，防止吸气中含有尚未蒸发的液体，保证压缩机的安全工作；
冷却分凝热交换器17部分中的工作原理如下：以R744/R290混合制冷剂为例说明，从相分离器3过来的高压气体进入冷却分凝热交换器17中（具体说是冷却分凝热交换器17与第三管路12之间的环形区域中）并自下而上流动；从冷凝蒸发器5和蒸发器19过来的低压混合气体在第三管路12的内腔中自上而下流动。两部分气体在冷却分凝热交换器17处进行热量交换，高压侧气体被冷却，低压侧气体被加热。由于高压侧初始为饱和制冷剂，因此在被冷却的过程中必然会产生部分冷凝液体。产生的冷凝液在冷却分凝热交换器17的内壁处又回流至相分离器3中。由于R290沸点较高，因此冷凝液中主要为R290制冷剂；相反，高压侧剩余未冷凝的饱和气体中R744质量分数变大。

Claims (2)

1.一种带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统，其特征在于：所述的系统包括压缩机（1），压缩机（1）的出气管路与冷凝器（2）的入口相连，与冷凝器（2）相配的设置有水循环管路，冷凝器（2）的出口通过管路与相分离器（3）相连，相分离器（3）的底端通过第一液相管路（4）与冷凝蒸发器（5）的内腔部分的一端相连，而在所述的第一液相管路（4）上依次设置有视液镜（6）、干燥过滤器（7）和热力膨胀阀（8），冷凝蒸发器（5）内腔部分的另一端则连接有第一管路（9），在第一管路（9）上设置有与热力膨胀阀（8）相连的感温包（10），所述第一管路（9）同时与相互并联的第二管路（11）和第三管路（12）相连，而第二管路（11）和第三管路（12）的末端则通过第四管路（13）与压缩机（1）的进气端相连，在第二管路（11）上设置有第一球阀（14），在第三管路（12）上设置有第二球阀（15），在第四管路（13）上设置有第三球阀（16），所述相分离器（3）的顶部为冷却分凝热交换器（17），所述第三管路（12）的一部分位于冷却分凝热交换器（17）中，冷却分凝热交换器（17）的顶端通过管路与冷凝蒸发器（5）的外腔部分的一端相连通，而冷凝蒸发器（5）外腔部分的另一端则通过第二液相管路（18）与蒸发器（19）的入口端相连，并且在第二液相管路（18）上依次设置有视液镜（6）、干燥过滤器（7）和针阀（20），蒸发器（19）的出口端则通过管路与第一管路（9）相连，所述的蒸发器（19）位于低温箱（21）内，在低温箱（21）内还设置有风扇（22）和电加热器（23）。
2.根据权利要求1所述的带有冷却分凝热交换器的自复叠制冷系统，其特征在于：所述冷凝器（2）的水循环管路上设置有流量计（24）、冷却水箱（25）、水泵（26）和阀，并且在冷却水箱（25）内还设置有电加热器（23），与所述的水循环管路还相接有带有阀的冷却水进水管路（27）。
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