CN217383354U - 一种分凝装置及自复叠制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分凝装置及自复叠制冷系统,涉及制冷系统技术领域,所述分凝装置包括分凝器和降温降压装置，分凝器包括第一进口、第一主出口、第一副出口、第二进口和第二出口，其中，第一副出口用于分流部分未换热的高温制冷剂，第一副出口与降温降压装置连通，降温降压装置用于对部分未换热的高温制冷剂进行降温降压处理，降温降压装置与第二进口连通；与现有技术相比，本实用新型中分凝装置的第一副出口流出的未换热高温制冷剂经过降温降压装置后变成低温低压制冷剂，与低温制冷剂一同流入第二进口，进一步与分凝器内的高温制冷剂换热，提高分凝装置的换热效率，进而增升自复叠制冷系统的制冷效率。

Description

一种分凝装置及自复叠制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷系统技术领域，具体而言，涉及一种分凝装置及自复叠制冷系统。

背景技术

在制冷技术领域中，为了获得较低温度，单级蒸气压缩式制冷循环已不能满足要求，复叠式制冷循环已被广泛应用。复叠式制冷循环包括经典复叠制冷循环和自复叠制冷循环，其中，在经典复叠式循环中，复叠级数的增加会使系统结构变复杂、效率变低、成本增大；而自复叠制冷系统由于其结构简单、可靠性高、寿命长、成本低等优点，使这类制冷方式引起各国学者的广泛关注。自复叠属于传统复叠式制冷系统的一种特殊形式，主要用于获得-40℃以下的温度，该系统以多元混合工质为制冷剂，用一台压缩机，自然分离、多级复叠的方法，在高低沸点组分之间实现复叠，能在适中的压力与压比条件下获得较低的温度。

自复叠制冷技术的基本原理如图1所示，混合工质在压缩机内压缩成高温高压的气体后，通过排气管道进入冷凝器，经过冷却冷凝，大部分高沸点制冷剂冷却为液体，而大部分低沸点制冷剂和少部分未冷凝的高沸点制冷剂仍是气态物质。然后经过管道进入气液分离器，在特殊设计的结构中通过重力作用将两相工质分离，高沸点制冷剂液体从底部流出，经过节流之后，变成低温低压高沸点制冷剂，进入冷凝蒸发器(分凝器)，汽化吸热冷却低沸点制冷剂。低沸点制冷剂冷却为液相工质后通过节流装置，变成低温低压低沸点制冷剂，进入蒸发器吸收被冷却物的热量，实现制冷。最后低温低压的高低沸点制冷剂共同吸入吸气管道，进入压缩机完成一次循环。

在实际的自复叠制冷过程中，流经冷凝蒸发器(分凝器)的制冷剂通常为气液两态的混合物，高温制冷剂中的气态制冷剂含量比低温制冷剂多，相反，低温制冷剂中的液态制冷剂含量比高温制冷剂多。高温制冷剂与低温制冷剂在冷凝蒸发器(分凝器)内换热，但现有技术中分凝器内的高低温制冷剂换热效率不高。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是如何提高分凝器中高温制冷剂与低温制冷剂的换热效率，进而增升自复叠制冷系统的制冷效率。

为解决上述问题，本实用新型提供一种分凝装置，包括分凝器，分凝器包括第一进口、第一主出口、第二进口和第二出口，第一进口用于高温制冷剂流入，第一主出口用于换热后的高温制冷剂流出，第二进口用于低温制冷剂流入，第二出口用于换热后的低温制冷剂流出，其中，分凝装置还包括降温降压装置，分凝器还包括第一副出口，第一副出口用于分流部分未换热的高温制冷剂，第一副出口与降温降压装置连通，降温降压装置用于对部分未换热的高温制冷剂进行降温降压处理，降温降压装置与第二进口连通。

与现有技术相比，本实用新型的分凝装置通过在分凝器上设置第一主出口和第一副出口，使流入分凝器的高温制冷剂分流，第一副出口流出的未换热的高温制冷剂经过降温降压装置后变成低温低压制冷剂，与低温制冷剂一同流入第二进口，进一步与分凝器内的高温制冷剂换热，提高分凝装置的换热效率，进而增升自复叠制冷系统的制冷效率。

进一步地，分凝器包括：

外管，外管设有第一进口和第一主出口；

第二进口管和第二出口管，第二进口管和第二出口管分别设置于外管的两端，第二进口管设有第二进口，第二出口管设有第二出口；

分凝管，分凝管位于外管内部，分凝管的两端分别连通第二进口管与第二出口管。

作为优选，分凝器还包括第一密封管和第二密封管，第一密封管设置于第二进口管与外管之间并密封第二进口管与外管，第二密封管设置于第二出口管与外管之间并密封第二出口管与外管。

作为优选，第二出口管与外管之间设有通过口，第二密封管上设有第一副出口，第一副出口与通过口连通。

作为优选，外管上设有第一副出口。

作为优选，分凝器还包括多个挡板，多个挡板设置于外管内部，且沿分凝管轴向间隔设置，挡板上设有通孔，供高温制冷剂通过，分凝管贯穿挡板。

作为优选，相邻两个挡板上的通孔交错设置。

作为优选，分凝器还包括两个限位件，两个限位件分别设置在外管的两端，一个限位件连接分凝管与第二进口管，另一个限位件连接分凝管与第二出口管。

作为优选，限位件与外管内壁连接，限位件与外管之间设有通过口。

作为优选，限位件为限位法兰。

本实用新型还提供一种自复叠制冷系统，包括分凝装置。

现有技术中，制冷剂经过分油器后，可以分离出大部分压缩机油，但仍无法避免制冷剂中存在残留压缩机油。本实用新型的分凝装置通过在分凝器上设置第一副出口，包含残留压缩机油的未换热的高温制冷剂经过降温降压装置后变成低温低压制冷剂，对分凝器内的高温制冷剂进一步换热，提高了分凝装置的换热效率；其次，本实用新型的自复叠制冷系统中，未换热的高温制冷剂内的残留压缩机油随低温制冷剂流回压缩机，而不会进入分凝装置后续的换热器和蒸发器，避免了残留压缩机油对自复叠制冷系统效率的影响；再者，本实用新型的自复叠制冷系统中，降温降压装置可直接与换热器的低温制冷剂入口连通，低温低压制冷剂与低温制冷剂混合后对换热器内的高温制冷剂进一步换热，以提高自复叠制冷系统的换热效率。

附图说明

图1为本实用新型背景技术中的自复叠制冷技术原理图；

图2为本实用新型实施例中分凝装置的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例中分凝装置的整体结构爆炸示意图；

图4为本实用新型实施例中分凝装置的剖视示意图；

图5为本实用新型实施例中略去分凝管后分凝装置的剖视示意图。

附图标记说明：

1、外管，100、第一进口，110、第一主出口，120、挡板，121、通孔，130、限位件，2、第二进口管，200、第二进口，3、第二出口管，300、第二出口，4、分凝管，5、第一密封管，6、第二密封管，600、第一副出口，7、通过口，8、分凝器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内壁”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机构连接；可以是直接连接，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的部件或组成部分，并非用于表明或暗示所指示部件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”含义为两个或两个以上。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供一种分凝装置，如图3所示，包括分凝器8，分凝器8包括第一进口100、第一主出口110、第二进口200和第二出口300，第一进口100用于高温制冷剂流入，第一主出口110用于换热后的高温制冷剂流出，第二进口200用于低温制冷剂流入，第二出口300用于换热后的低温制冷剂流出，分凝装置还包括降温降压装置，分凝器8还包括第一副出口600，第一副出口600用于分流部分未换热的高温制冷剂，第一副出口600与降温降压装置连通，降温降压装置用于对部分未换热的高温制冷剂进行降温降压处理，降温降压装置与第二进口200连通。

本实用新型实施例的分凝装置通过在分凝器8上设置第一主出口110和第一副出口600，使流入分凝器8的高温制冷剂分流，第一副出口600流出的未换热的高温制冷剂经过降温降压装置后变成低温低压制冷剂，与低温制冷剂一同流入第二进口200，进一步与分凝器8内的高温制冷剂换热，提高分凝装置的换热效率，进而增升自复叠制冷系统的制冷效率。

作为另一种实施方式，如图2-5所示，分凝器8还包括：外管1、第二进口管2、第二出口管3、分凝管4、第一密封管5和第二密封管6，其中，外管1设有第一进口100和第一主出口110；第二进口管2和第二出口管3分别设置于外管1的两端，第二进口管2设有第二进口200，第二出口管3设有第二出口300；分凝管4位于外管1内部，分凝管4的两端分别连通第二进口管2与第二出口管3；第一密封管5设置于第二进口管2与外管1之间并密封第二进口管2与外管1，第二密封管6设置于第二出口管3与外管1之间并密封第二出口管3与外管1；其中一种实施方式中，第二出口管3与外管1之间设有通过口7，第二密封管6上设有第一副出口600，第一副出口600与通过口7连通。相对于采用单根或少数分凝管4，本实施方式中第二进口管2内的低温制冷剂被多根分凝管4分流并从第二进口管2流向第二出口管3，增大了分凝管4与高温制冷剂的接触面积，进而增大了低温制冷剂与高温制冷剂的接触面积，使高温制冷剂与低温制冷剂的换热效率提升。

作为一种实施方式，第二进口管2和第二出口管3均为多孔漏斗状，其中，第二进口管2和第二出口管3的底部均为多孔状隔板，多孔状隔板上设有与多个分凝管4匹配的多个孔洞，第二进口管2的底部与第二出口管3的底部相向设置，多个分凝管4通过多孔状隔板的底部孔洞连通第二进口管2和第二出口管3。其次，多孔漏斗状的第二进口管2顶部和第二出口管3顶部分别设有第二进口200和第二出口300。再者，第一密封管5和第二密封管6均为变径管，即第一密封管5和第二密封管6的两端直径均不相同，以适于密封第二进口管2与外管1和密封第二出口管3与外管1为宜。作为一种改进实施方式，如图4-5所示，第一进口100和第一主出口110分别设置外管1的下端侧壁和上端侧壁，高温制冷剂从外管1下端侧壁的第一进口100流向外管1上端侧壁的第一主出口110；第二进口管2和第二出口管3分别设置在外管1的上端和下端，因此，第二进口200和第二出口300也分别设置在外管1的上端和下端，低温制冷剂从外管1上端的第二进口200流向外管1下端的第二出口300。在上述实施方式中，第一进口100至第一主出口110的高温制冷剂流向与第二进口200至第二出口300的低温制冷剂流向相反，进一步增强高温制冷剂与低温制冷剂的换热效率。将高温制冷剂流向与低温制冷剂流向设置为相反方向，可以使处于相同换热位置的高温制冷剂和低温制冷剂保持相对稳定的温差，有利于稳定分凝器8内换热效率。如果高温制冷剂流向与低温制冷剂流向相同，第一进口100处的高温制冷剂和第二进口200处的低温制冷剂温差较大，其换热速度较快，但第一主出口110处的高温制冷剂和第二出口300处的低温制冷剂温差较小，换热速度较慢，因此，分凝器8内的高温制冷剂与低温制冷剂无法达到稳定高效的换热效率，进而影响系统的制冷效率。其次，高温制冷剂通过第一进口100进入分凝器8后，部分未换热的高温制冷剂不需要与低温制冷剂换热就可以经过通过口7从第二密封管6上的第一副出口600流出，从而减少了第一副出口600流出的未换热的高温制冷剂与分凝器8内低温制冷剂的换热作用，使分凝器8内的高温制冷剂与低温制冷剂换热效率更高。

作为一种改进实施方式，分凝器8还包括多个挡板120，示例性地，以四个挡板120为例，四个挡板120设置于外管1内部，且沿分凝管4轴向间隔设置，每个挡板120沿外管1内壁径向设置，分凝管4贯穿挡板120。挡板120上设有通孔121，供高温制冷剂通过。示例性地，挡板120上设有缺口，挡板120的缺口与外管1内壁之间形成通孔121。优选实施方式中，相邻两个挡板120上的通孔121交错设置，以增加高温制冷剂流经分凝管4表面的流量，提升分凝器8换热效率。

另一种改进实施方式，挡板120上设有通孔121，相邻两个挡板120上的通孔121交错设置方式如下：一个通孔121设置于一个挡板120上的分凝管4一侧，另一个通孔121设置于另一个挡板120上的分凝管4相对一侧；高温制冷剂从一个通孔121流入，穿过分凝管4表面，再从另一个通孔121流出，使高温制冷剂在分凝器8中实现折流，进入下一个通孔121，进而流出分凝器8。此种分凝器8的设置方式可以增加高温制冷剂在分凝器8的停留时间，进而提升分凝装置的换热效率。作为上一种实施方式的进一步改进，每个挡板120上的通孔121数量为多个，采用不同通孔121数量的挡板120可以调整分凝器8内高温制冷剂的流速，进而调整分凝器8内的制冷剂换热效率。

其中一种实施方式，分凝器8还包括两个限位件130，示例性地，限位件130可以为限位法兰，两个限位法兰分别设置在外管1的两端，一个限位法兰连接分凝管4与第二进口管2，另一个限位法兰连接分凝管4与第二出口管3，以固定分凝管4与第二进口管2和第二出口管3，并防止高温制冷剂和低温制冷剂混合。而前述中，第二进口管2通过第一密封管5与外管1连接，第二出口管3通过第二密封管6与外管1连接，从而使分凝管4与外管1之间保持相对稳固。

作为优选，限位件130与外管1内壁连接，可进一步增强分凝管4在外管1内的稳定性。

作为另一种实施方式，第一副出口600设置在外管1上，第一副出口600与第一进口100靠近，高温制冷剂从第一进口100流入后，一部分高温制冷剂可直接从第一副出口600流出。此种设置方法可以简化分凝装置的结构，未换热的高温制冷剂可以直接从外管1上的第一副出口600流出，不需要经过通过口7就可以进入降温降压装置变成低温低压制冷剂。

本实用新型实施例还提供一种自复叠制冷系统，包括分凝装置。现有技术中，制冷剂经过分油器后，可以分离出大部分压缩机油，但仍无法避免制冷剂中存在残留压缩机油。本实用新型实施例的自复叠制冷系统，通过在分凝器8上设置第一副出口600，包含残留压缩机油的未换热的高温制冷剂经过降温降压装置后变成低温低压制冷剂，示例性地，降温降压装置可以为毛细管，对分凝器8内的高温制冷剂进一步换热。同时，由于压缩机油的沸点普遍高于高低温制冷剂的沸点，压缩机油制冷效果不如高低温制冷剂制冷效果，因此，从第一副出口600流出的高温制冷剂不进入后续的换热器和蒸发器，可以减少这部分高温制冷剂中的压缩机油进入后续的换热器和蒸发器，进一步提高自复叠制冷系统的制冷效率。

作为一种改进实施方式，自复叠制冷系统包括压缩机、冷凝器、分油器、分凝装置、换热器和蒸发器，其中，压缩机流出的高温制冷剂经过冷凝器初步冷凝后，通入分油器，高温制冷剂与压缩机油被分离，高温制冷剂回流到冷凝器继续冷凝，冷凝后的高温制冷剂再流入分凝装置、换热器换热，并经降温降压装置变成低温低压制冷剂，流入蒸发器蒸发吸热制冷；蒸发后的制冷剂仍为低温制冷剂，并流入换热器与高温制冷剂换热进一步冷却高温制冷剂，再与经过第一副出口600和降温降压装置后的低温低压制冷剂混合，流入分凝装置与高温制冷剂换热，再一次与装置内的高温制冷剂换热，最后流回压缩机，完成一次循环。本实施例的自复叠制冷系统，通过在装置上设置第一副出口600，包含残留压缩机油的部分未换热高温制冷剂经过降温降压后变成低温低压制冷剂，对流入换热器的高温制冷剂和分凝装置内的高温制冷剂进一步换热，进一步提高自复叠制冷系统的制冷效率。在经典复叠式循环中，复叠级数的增加会使系统结构变复杂、效率变低、成本增大；而本实用新型的自复叠制冷系统通过自复叠形式增加复叠级数，使系统结构紧凑，占地面积小。

作为自复叠制冷系统的一种改进方式，降温降压装置可直接与换热器的低温制冷剂入口连通，低温低压制冷剂与低温制冷剂混合后对换热器进行预冷，换热器内的高温制冷剂进一步被冷却，提高了自复叠制冷系统的换热效率。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“其它实施方式”和“另一种实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种分凝装置，其特征在于，包括分凝器(8)和降温降压装置，所述分凝器(8)设有第一进口(100)、第一主出口(110)、第二进口(200)和第二出口(300)，所述第一进口(100)用于高温制冷剂流入，所述第一主出口(110)用于换热后的高温制冷剂流出，所述第二进口(200)用于低温制冷剂流入，所述第二出口(300)用于换热后的低温制冷剂流出，所述分凝器(8)还设有第一副出口(600)，所述第一副出口(600)用于分流部分未换热的所述高温制冷剂，所述第一副出口(600)与所述降温降压装置连通，所述降温降压装置用于对部分未换热的所述高温制冷剂进行降温降压处理，所述降温降压装置与所述第二进口(200)连通。

2.根据权利要求1所述的分凝装置，其特征在于，所述分凝器(8)包括：

外管(1)，所述第一进口(100)和所述第一主出口(110)设置于所述外管(1)；

第二进口管(2)和第二出口管(3)，所述第二进口管(2)和所述第二出口管(3)分别连接于所述外管(1)的两端，所述第二进口(200)设置于所述第二进口管(2)，所述第二出口(300)设置于所述第二出口管(3)；

分凝管(4)，所述分凝管(4)位于所述外管(1)内部，所述分凝管(4)的两端分别连通所述第二进口管(2)与所述第二出口管(3)。

3.根据权利要求2所述的分凝装置，其特征在于，所述分凝器(8)还包括：第一密封管(5)和第二密封管(6)，所述第一密封管(5)设置于所述第二进口管(2)与所述外管(1)之间并密封所述第二进口管(2)与所述外管(1)，所述第二密封管(6)设置于所述第二出口管(3)与所述外管(1)之间并密封所述第二出口管(3)与所述外管(1)。

4.根据权利要求3所述的分凝装置，其特征在于，所述第二出口管(3)与所述外管(1)之间设有通过口(7)，所述第一副出口(600)设置于所述第二密封管(6)，所述第一副出口(600)与所述通过口(7)连通。

5.根据权利要求2所述的分凝装置，其特征在于，所述分凝器(8)还包括多个挡板(120)，多个所述挡板(120)设置于所述外管(1)内部，且沿所述分凝管(4)轴向间隔设置，所述挡板(120)上设有通孔(121)，供所述高温制冷剂通过，所述分凝管(4)贯穿所述挡板(120)。

6.根据权利要求5所述的分凝装置，其特征在于，相邻两个所述挡板(120)上的所述通孔(121)交错设置。

7.根据权利要求2所述的分凝装置，其特征在于，所述分凝器(8)还包括限位件(130)，两个所述限位件(130)分别设置在所述外管(1)的两端，一个所述限位件(130)连接所述分凝管(4)与所述第二进口管(2)，另一个所述限位件(130)连接所述分凝管(4)与所述第二出口管(3)。

8.根据权利要求7所述的分凝装置，其特征在于，所述限位件(130)与所述外管(1)内壁连接，所述限位件(130)与所述外管(1)之间设有通过口(7)，所述通过口(7)与所述第一副出口(600)连通。

9.根据权利要求7所述的分凝装置，其特征在于，所述限位件(130)包括限位法兰。

10.一种自复叠制冷系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的分凝装置。

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