CN204943950U - 一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机，主要由压缩机单元、冷凝冷却器单元、回热换热器单元、蒸发器单元和节流单元、可控通路应对负荷变化调节单元、应对环境温度变化调节单元和控制单元。能够克服混合工质节流制冷机启动困难的缺点，让混合工质节流制冷机顺利启动到稳定运行；同时，对于正在稳定运行的混合工质节流制冷机，当负荷发生变化时，本实用新型可使得制冷机的工质流量快速调节以适应负荷的变化，保持系统稳定运行；当环境发生变化时，本实用新型可调节制冷机的工质组分循环配比适应环境温度要求，充分利用环境冷量，使得回热换热器温度匹配更合理，提高系统效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及制冷领域，尤其涉及一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机。
背景技术
利用传统的蒸汽压缩制冷技术，单级制冷循环可以达到的最低有效制冷温度在-40℃左右，如果要实现更低的制冷温度则需采用多级压缩或多级复叠制冷循环。在现有的技术中，采用两级压缩可以达到-60℃左右的制冷温度，采用两级复叠循环可以实现-80℃左右冷温度，若要实现-100℃甚至更低的制冷温度就要采取三级以上复叠循环。此时，随着需求温度的降低，蒸汽压缩制冷技术的制冷系统变得更复杂，可靠性降低，调节手段更加复杂。20世纪80年代以来，多元混合工质节流制冷技术取得重要的进展，该技术使得只要能够找到合适的混合工质和工质配比，即可通过单级压缩节流制冷达到-100℃～-200℃的低温，因此，该技术可在-100℃温区以下替代复叠循环，尤其是替代三级以上复叠循环，目前看来具有广阔的应用前景。
但是混合工质的缺点也很明显，一是从开机启动到降温到低温温度的过程中，系统压力变化剧烈；二是液相积存现象导致系统工质循环配比偏离充灌配比，影响系统的性能。第一个缺点会造成混合工质制冷机启动困难；第二个缺点会使得混合工质制冷机在负荷发生变化后难以稳定运行，在环境温度变化后，工质循环配比偏离最优配比，效率低下。
因此，要发挥混合工质节流制冷机在-100℃到液氮温区比三级复叠节流制冷机结构简单、投资少、效率较高的优势，必须解决混合工质节流制冷机上述的两个缺点，使得混合工质节流制冷机能够安全启动，在温度降低后系统压力得到调整，应对负荷变化时组分循环配比不改变的前提下改变流量，应对环境温度变化时工质流量不改变的情况下调整组分循环配比在较优值。这样才可以使得混合工质的应用得以推广。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机。使得小型混合工质节流制冷机在启动工况、负荷变化工况和环境温度变化工况，能够自如应对，实现系统调节稳定和高效运行。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机，包括可控通路应对负荷变化调节单元1、应对环境温度变化调节单元2、压缩机单元3、冷凝冷却器单元4、回热换热器单元5、蒸发器单元6、控制单元7；
所述回热换热器单元5包括高温回热换热单元5-1和低温回热换热单元5-2；所述可控通路应对负荷变化调节单元1包括可控进气阀V1、可控出气阀V2、冷剂收集罐B1；所述应对环境温度变化调节单元2包括可控出液阀V5、液分离罐B2；
所述压缩机单元3的出口连接冷凝冷却器单元4的进口，所述冷凝冷却器单元4的出口连接气液分离罐B2的气液进口，气液分离罐B2的气相出口通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控进气阀V1连接冷剂收集罐B1，冷剂收集罐B1再通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控出气阀V2连接至压缩机单元3进口的低压管路；
所述气液分离罐B2的第一液相出口通过可控出液阀V5连接压缩机单元3进口的低压管路，气液分离罐B2的第二液相出口连接高温回热换热单元5-1的B进口；高温回热换热单元5-1的A进口连接气液分离罐B2的气相出口管路；
所述高温回热换热单元5-1的A出口连接低温回热换热单元5-2的C进口，低温回热换热单元5-2的C出口依次通过低温节流结构V4和蒸发器单元6连接低温回热换热单元5-2的D进口，低温回热换热单元5-2的D出口连接高温回热换热单元5-1的E进口，高温回热换热单元5-1的E出口连接至压缩机单元3进口的低压管路；高温回热换热单元5-1的B出口通过高温节流结构V3连接高温回热换热单元5-1的E进口；
所述控制单元7接收压缩机单元3进出口压力值、低温节流结构V4的出口压力/温度值，并控制可控进气阀V1、可控出气阀V2和可控出液阀V5的开启/关闭。
上述适应变工况运行的混合工质节流制冷机的制冷方法，包括如下步骤：
(1)启动工况：应对环境温度变化调节单元2的可控出液阀V5处于关闭状态；应对负荷变化调节单元1的可控出气阀V2关闭，可控进气阀V1开启直至降温到设定温度后关闭；
(2)正常运行情况下，发生负荷变化和/或环境温度变化时具体如下：
(2-1)当只有负荷发生变化时，应对环境温度变化调节单元2的气液分离罐B2存放系统变化时冷却下来的所有液相冷剂，可控出液阀V5处于闭合状态；可控通路应对负荷变化调节单元1对系统的压力进行调节；具体调节方法为：当负荷降低时，应对环境温度变化调节单元2的可控出液阀V5处于关闭状态，可控通路应对负荷变化调节单元1的可控出气阀V2保持闭合状态，可控进气阀V1开启，直到系统压力降低到设定值后关闭；当负荷提高时，可控通路应对负荷变化调节单元1的可控进气阀V1保持闭合状态，可控出气阀V2开启，直到系统压力提高到设定值后关闭；
(2-2)当只有环境温度发生变化时，可控通路应对负荷变化调节单元1的可控进气阀V1和可控出气阀V2处于闭合状态；具体调节方法为：环境温度降低时，可控出液阀V5关闭；环境温度升高时，可控出液阀V5开启至系统高压达到设定值后关闭。
上述步骤(1)系统在负荷和环境温度同时发生变化时，优先应对负荷变化进行调节。
本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本适应变工况运行的混合工质节流制冷机，能够克服混合工质节流制冷机启动困难的缺点，让混合工质节流制冷机顺利启动到稳定运行；同时，对于正在稳定运行的混合工质节流制冷机，当负荷发生变化时，本实用新型可使得制冷机的工质流量快速调节以适应负荷的变化，保持系统稳定运行；当环境发生变化时，本实用新型可调节制冷机的工质组分循环配比适应环境温度要求，充分利用环境冷量，使得回热换热器温度匹配更合理，提高系统效率。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本实用新型一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机，包括可控通路应对负荷变化调节单元1、应对环境温度变化调节单元2、压缩机单元3、冷凝冷却器单元4、回热换热器单元5、蒸发器单元6、控制单元7；
所述回热换热器单元5包括高温回热换热单元5-1和低温回热换热单元5-2；所述可控通路应对负荷变化调节单元1包括可控进气阀V1、可控出气阀V2、冷剂收集罐B1；所述应对环境温度变化调节单元2包括可控出液阀V5、液分离罐B2；
所述压缩机单元3的出口连接冷凝冷却器单元4的进口，所述冷凝冷却器单元4的出口连接气液分离罐B2的气液进口，气液分离罐B2的气相出口通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控进气阀V1连接冷剂收集罐B1，冷剂收集罐B1再通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控出气阀V2连接至压缩机单元3进口的低压管路；
所述气液分离罐B2的第一液相出口通过可控出液阀V5连接压缩机单元3进口的低压管路，气液分离罐B2的第二液相出口连接高温回热换热单元5-1的B进口；高温回热换热单元5-1的A进口连接气液分离罐B2的气相出口管路；
所述高温回热换热单元5-1的A出口连接低温回热换热单元5-2的C进口，低温回热换热单元5-2的C出口依次通过低温节流结构V4和蒸发器单元6连接低温回热换热单元5-2的D进口，低温回热换热单元5-2的D出口连接高温回热换热单元5-1的E进口，高温回热换热单元5-1的E出口连接至压缩机单元3进口的低压管路；高温回热换热单元5-1的B出口通过高温节流结构V3连接高温回热换热单元5-1的E进口；
所述控制单元7接收压缩机单元3进出口压力值、低温节流结构V4的出口压力/温度值，并控制可控进气阀V1、可控出气阀V2和可控出液阀V5的开启/关闭。
制冷机的工作过程为：首先，混合冷剂从压缩机单元3的低压管路进入压缩机单元3被压缩，压缩前混合冷剂的压力范围为1.5Bar到4.5Bar,经过压缩机单元3压缩后，混合冷剂压力上升至12Bar至18Bar；然后，混合冷剂进入冷凝冷却器单元4降温至接近环境温度，此时混合冷剂为气液两相状态；接着，混合冷剂进入气液分离器B2进行气液分离，经过气液分离后，气相的混合冷剂由气液分离器B2顶部的气相出口出来并进入回热换热器单元5的高温回热换热单元5-1的a进口，液相的混合冷剂则由气液分离器B2底部的第二液相出口出来进入高温回热换热单元5-1的b进口，高温回热换热单元5-1为三股流换热器。由气液分离器B2出来的气相和液相制冷剂均为高压热流，它们在回热器中被返流的低压工质冷却，被从高温回热换热单元5-1的b进口进入的液相冷剂流股首先达到过冷状态，其从b出口出来后进入高温节流机构V3节流，而后e进口与d出口返流的低压工质混合，再进入高温回热换热单元5-1中吸热升温，升温后的混合冷剂从e出口出来，回到压缩机的低压管路并继续进入压缩机单元3被压缩；气相高压热流在高温回热换热单元5-1中换热后由b出口出来并由低温回热换热单元5-2的c进口进入低温回热换热单元5-2，其继续在低温回热换热单元5-2中被返流的低压冷剂冷却，之后由低温回热换热单元5-2的c出口出来，接着从通过节流机构V4节流，节流后的混合冷剂变为低压的冷流，压力范围为1.5Bar到4.5Bar；节流机构V4出来的低压的混合冷剂首先进入蒸发器单元6吸收热负荷的热量温升后返回低温回热换热单元5-2的d进口，其在低温回热换热单元5-2中吸收高压侧热流的热量温升后，从低温回热换热单元5-2的d出口进入高温回热换热单元5-1的e进口，并继续在高温回热换热单元5-1中吸热升温，e出口出来的混合工质从高温回热换热单元5-1的e出来并回到压缩机的低压管路压缩完成整个制冷循环。
上述适应变工况运行的混合工质节流制冷机的制冷方法，包括如下步骤：
(1)启动工况：应对环境温度变化调节单元2的可控出液阀V5处于关闭状态；应对负荷变化调节单元1的可控出气阀V2关闭，可控进气阀V1开启直至降温到设定温度后关闭；
(2)正常运行情况下，发生负荷变化和/或环境温度变化时具体如下：
(2-1)当只有负荷发生变化时，应对环境温度变化调节单元2的气液分离罐B2存放系统变化时冷却下来的所有液相冷剂，可控出液阀V5处于闭合状态；可控通路应对负荷变化调节单元1对系统的压力进行调节；具体调节方法为：当负荷降低时，应对环境温度变化调节单元2的可控出液阀V5处于关闭状态，可控通路应对负荷变化调节单元1的可控出气阀V2保持闭合状态，可控进气阀V1开启，直到系统压力降低到设定值后关闭；当负荷提高时，可控通路应对负荷变化调节单元1的可控进气阀V1保持闭合状态，可控出气阀V2开启，直到系统压力提高到设定值后关闭；
(2-2)当只有环境温度发生变化时，可控通路应对负荷变化调节单元1的可控进气阀V1和可控出气阀V2处于闭合状态；具体调节方法为：环境温度降低时，可控出液阀V5关闭；环境温度升高时，可控出液阀V5开启至系统高压达到设定值后关闭。
上述步骤(1)系统在负荷和环境温度同时发生变化时，优先应对负荷变化进行调节。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机，其特征在于，包括可控通路应对负荷变化调节单元(1)、应对环境温度变化调节单元(2)、压缩机单元(3)、冷凝冷却器单元(4)、回热换热器单元(5)、蒸发器单元(6)、控制单元(7)；
所述回热换热器单元(5)包括高温回热换热单元(5-1)和低温回热换热单元(5-2)；所述可控通路应对负荷变化调节单元(1)包括可控进气阀(V1)、可控出气阀(V2)、冷剂收集罐(B1)；所述应对环境温度变化调节单元(2)包括可控出液阀(V5)、液分离罐(B2)；
所述压缩机单元(3)的出口连接冷凝冷却器单元(4)的进口，所述冷凝冷却器单元(4)的出口连接气液分离罐(B2)的气液进口，气液分离罐(B2)的气相出口通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控进气阀(V1)连接冷剂收集罐(B1)，冷剂收集罐(B1)再通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控出气阀(V2)连接至压缩机单元(3)进口的低压管路；
所述气液分离罐(B2)的第一液相出口通过可控出液阀(V5)连接压缩机单元(3)进口的低压管路，气液分离罐(B2)的第二液相出口连接高温回热换热单元(5-1)的B进口；高温回热换热单元(5-1)的A进口连接气液分离罐(B2)的气相出口管路；
所述控制单元(7)接收压缩机单元(3)进出口压力值、低温节流结构(V4)的出口压力/温度值，并控制可控进气阀(V1)、可控出气阀(V2)和可控出液阀(V5)的开启/关闭。
2.权利要求1所述适应变工况运行的混合工质节流制冷机，其特征在于：所述高温回热换热单元(5-1)的A出口连接低温回热换热单元(5-2)的C进口，低温回热换热单元(5-2)的C出口依次通过低温节流结构(V4)和蒸发器单元(6)连接低温回热换热单元(5-2)的D进口，低温回热换热单元(5-2)的D出口连接高温回热换热单元(5-1)的E进口，高温回热换热单元(5-1)的E出口连接至压缩机单元(3)进口的低压管路；高温回热换热单元(5-1)的B出口通过高温节流结构V3连接高温回热换热单元(5-1)的E进口。
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|---|---|---|---|
| CN201520576153.0U CN204943950U (zh) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | 一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机 |
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| CN201520576153.0U CN204943950U (zh) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | 一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机 |
Publications (1)
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| CN204943950U true CN204943950U (zh) | 2016-01-06 |
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Family Applications (1)
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| CN201520576153.0U Withdrawn - After Issue CN204943950U (zh) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | 一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机 |
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|---|---|
| CN (1) | CN204943950U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105180489A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-23 | 华南理工大学 | 一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机及其制冷方法 |
-
2015
- 2015-07-31 CN CN201520576153.0U patent/CN204943950U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105180489A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-23 | 华南理工大学 | 一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机及其制冷方法 |
| CN105180489B (zh) * | 2015-07-31 | 2017-10-20 | 华南理工大学 | 一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机及其制冷方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20160106 Effective date of abandoning: 20171020 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20160106 Effective date of abandoning: 20171020 |