帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，由壓縮機模塊、回熱換熱器模塊、節(jié)流模塊和蒸發(fā)換熱模塊及其連接管路組成，連接方式為：制冷壓縮機模塊的高壓出口連接回熱換熱器模塊的制冷劑高壓入口；回熱換熱器模塊的制冷劑高壓出口連接節(jié)流模塊的制冷劑高壓入口；節(jié)流模塊的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊入口，蒸發(fā)換熱模塊的出口連接回熱換熱器模塊的制冷劑低壓入口，回熱換熱器模塊的制冷劑低壓出口連接制冷壓縮機模塊的低壓入口；回熱換熱器模塊由1至5級分凝分離子模塊組成，其中任一級分凝分離子模塊具有八種不同結構；該系統(tǒng)不僅具更高效地實現(xiàn)低溫下固定溫區(qū)制冷，還能高效廣泛適應多元氣體液化分離等復雜負荷的應用場合。
【專利說明】帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)
[0001]技術領城
[0002]本發(fā)明涉及制冷及低溫【技術領域】中的制冷機，特別涉及一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0003]多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷技術通過最近數(shù)十年的不斷發(fā)展，尤其是近年來真正實現(xiàn)由廉價可靠的油潤滑單級壓縮機驅(qū)動，正在逐漸成為具有綜合優(yōu)勢的新一代室溫至液氮溫區(qū)通用性制冷技術。目前主要有:多元混合工質(zhì)回熱式一次節(jié)流制冷循環(huán)、利用Kleemenko循環(huán)的混合工質(zhì)內(nèi)復疊節(jié)流制冷循環(huán)和以多元混合工質(zhì)分凝分離節(jié)流制冷循環(huán)為代表的新型分離式循環(huán)。
[0004]采用多元非共沸工質(zhì)的一次節(jié)流制冷循環(huán)制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷卻器、逆流式回熱換熱器、蒸發(fā)器和節(jié)流元件組成。由于其具有較高效率，回熱換熱單元結構簡單、布置靈活，滿足了部分需求。但是其存在明顯不足:由于全部制冷劑均經(jīng)過蒸發(fā)器，蒸發(fā)器溫度滑移較大；如采用油潤滑壓縮機，制冷工質(zhì)挾帶的潤滑油進入制冷機的低溫端，容易造成節(jié)流元件的堵塞和低溫端換熱器、蒸發(fā)器的熱擁塞，造成制冷機運行不穩(wěn)定和隨時間的推移制冷性能下降，此時往往需要對壓縮機進行復雜的潤滑油過濾分離處理，這會增加制冷機制造成本，而且會降低制冷機的可靠性；所使用的工質(zhì)組元均需滿足最低溫度下不發(fā)生固相析出，且在確定工況下保證高效回熱實現(xiàn)，這會使組元選擇范圍顯著縮小，而且需要采用更多的組元；另外，由于工質(zhì)物性限制，其也很難普遍高效地滿足如多元氣體液化分離等具有復雜分布負荷的應用場合，等。
[0005]利用Kleemenko循環(huán)的混合工質(zhì)內(nèi)復疊制冷節(jié)流循環(huán)在循環(huán)流程中根據(jù)不同溫區(qū)和工質(zhì)種類設置一到數(shù)個氣液分離器，用于分離高壓混合工質(zhì)中已經(jīng)成為液相的高沸點組分及潤滑油，然后通過相應的節(jié)流器件返回低壓，在相應溫區(qū)提供制冷量，形成一種內(nèi)復疊式節(jié)流循環(huán)制冷機，以減少進入下一級換熱器的工質(zhì)流量，減少低溫回熱負荷。與上面提到的一次節(jié)流循環(huán)相比，內(nèi)復疊式循環(huán)在可靠性方面有一定的進步，也能更高效滿足如多元氣體液化分離等具有復雜分布負荷的應用場合。但是，由于其氣液分離是基于非共沸混合物相平衡特性的等溫等壓條件下的閃蒸分離，需要采用某種機械分離方式將分離點的高壓流體中液相分離出來，并使之節(jié)流返回低壓通道，此時所分離的液體組成是分離點處在相平衡中液相組成，分離結果由分離點溫度和工質(zhì)相平衡特性決定(分離的氣液兩相溫度相等)，如果工質(zhì)中相鄰組分沸點比較接近，會有兩種問題，一是高沸點組分分離不夠徹底，仍然會有較多含量進入下一級，另外就是將中間溫區(qū)組分過多分離，致使下一級效率降低，造成制冷機整機效率下降；同時機械分離方式分離效率較低，并不能將形成的液體完全分離。要高效解決上述問題，需要復雜的機械和控制措施，這都會使其結構變得復雜、難以緊湊而不適合小型裝置。
[0006]發(fā)明專利ZL00136709.9在傳統(tǒng)多元混合物工質(zhì)節(jié)流內(nèi)復疊制冷循環(huán)中，采用一種混合工質(zhì)分凝分離方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)Kleemenko循環(huán)(內(nèi)復疊循環(huán))中的氣液分離方式，構成一種多元混合工質(zhì)分凝分離節(jié)流制冷循環(huán)。其采用高壓流體內(nèi)部傳熱傳質(zhì)分離方式，利用低壓返流提供分離驅(qū)動力，實現(xiàn)高壓流體的冷凝回流將高壓流體中較高沸點的組分在較高溫區(qū)分離出來，同時確保分離出來的液體包含較多高沸點的組分，低沸點組分則遠遠低于傳統(tǒng)平衡閃蒸分離，且分離方式只依靠重力作用而無須外來機械部件或特殊流道設計。與傳統(tǒng)平衡閃蒸分離不同，該方式能夠使高沸點組分比較完全的分離出來，而且分離后氣液溫度不同，氣體溫度較液體低，分凝分離器還可以實現(xiàn)逆流熱交換器的作用。該循環(huán)克服上述兩種節(jié)流制冷機存在的缺限，同時能進一步發(fā)揮上述兩種循環(huán)方式的優(yōu)點。但是，由于其由分凝分離器分離獲得的液體未經(jīng)進一步回熱而直接節(jié)流后進入后述低壓通道，一方面使制冷系統(tǒng)效率難以進一步提高，另一方面也不易高效和普遍適應如多元氣體液化分離等具有復雜分布負荷的應用場合需要。
[0007]本發(fā)明提出一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，可采用常規(guī)油潤滑單級壓縮機驅(qū)動，具有較高效率、運行可靠、高性價比、應用范圍廣等特點。通過更為靈活的循環(huán)流程結構和工質(zhì)設計，其不僅能更高效地實現(xiàn)低溫下固定溫區(qū)制冷，而且能更高效和廣泛適應如多元氣體液化分離等具有復雜分布負荷的應用場合需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提出一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)。其不僅能更高效地實現(xiàn)低溫下固定溫區(qū)制冷，而且能更高效和廣泛適應如多元氣體液化分離等具有復雜分布負荷的應用場合需要。
[0009]本發(fā)明的實施方案如下:
[0010]本發(fā)明提供的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，由壓縮機模塊CU、回熱換熱器模塊RU、節(jié)流模塊JU和蒸發(fā)換熱模塊EU及其連接管路組成，如圖1所示，其連接方式為:制冷壓縮機模塊CU的高壓出口連接回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口 ；回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓出口連接節(jié)流模塊JU的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊JU的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊EU入口，蒸發(fā)換熱模塊EU的出口連接回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口，回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口連接制冷壓縮機模塊CU的低壓入口 ；
[0011]所述的壓縮機模塊⑶包括壓縮機⑶1、第一前冷卻器⑶21及管路和閥門，如圖2所示；其連接方式為:壓縮機⑶I的高壓出口連接第一前冷卻器⑶21的進口 ；冷卻器⑶21出口為壓縮機模塊CU的高壓出口 ；壓縮機CUl的低壓進口為壓縮機模塊CU的低壓進口 ；
[0012]所述的回熱換熱器模塊RU由I至5級分凝分離子模塊RUj組成，所述j為分凝分離子模塊的級數(shù)，j為I至5的整數(shù)；其連接方式為:第一級分凝分離子模塊RUl高壓入口作為回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口，上一級分凝分離子模塊的高壓出口連接下一級分凝分離子模塊的高壓入口，下一級分凝分離子模塊的低壓出口連接下上一級分凝分離子模塊的低壓入口，最未一級分凝分離子模塊的高壓出口作為回熱換熱器模塊RU的高壓出口 ；最未一級分凝分離子模塊的低壓入口作為回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口，第一級分凝分離子模塊RUl的低壓出口作為回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口 ；
[0013]所述分凝分離子模塊RUj包括:垂直放置的分凝分離器RF1、第一回熱換熱器RF2、中間節(jié)流元件RF3、第二回熱換熱器RF4及連接管路和閥門，如圖4所示；其連接方式為:制冷劑高壓來流連接至分凝分離換熱器RFl的下部高壓入口，經(jīng)分凝分離換熱器RFl內(nèi)設的第一分凝分離換熱器元件的分凝分離后，其主流從分凝分離換熱器RFl頂部的高壓出口流至第一回熱換熱器RF2的第一高壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第一回熱換熱器RF2的第一高壓出口流至第二回熱換熱器RF4的高壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第二回熱換熱器RF4的高壓出口排出；制冷劑低壓來流連接至第二回熱換熱器RF4的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第二回熱換熱器RF4的低壓出口流至第一回熱換熱器RF2的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第一回熱換熱器RF2的低壓出口流至分凝分離換熱器RFl的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由分凝分離換熱器RFl底部低壓出口排出；所述高壓來流的其余來流由分凝分離換熱器RFl的底部高壓出口流出經(jīng)由中間節(jié)流元件RF3流至所述第二回熱換熱器RF4低壓出口及第一回熱換熱器RF2低壓入口之間的連接管路；制冷工質(zhì)為由3?30個制冷工質(zhì)組元經(jīng)物理混合形成的混合制冷工質(zhì)。
[0014]所述的壓縮機模塊⑶還包括第二前冷卻器⑶22和潤滑油過濾回油器⑶3，如圖5所示；其連接方式為:所述第二前冷卻器CU22通過一個三通管件連接于所述第一前冷卻器⑶21出口，第二前冷卻器⑶22的出口作為壓縮機模塊⑶的高壓出口 ；所述潤滑油過濾回油器⑶3的兩端分別連接于該三通管件的另一接口和壓縮機⑶I的低壓進口。
[0015]如圖6所示，所述第一回熱換熱器RF2還包括與一換熱元件相連的第二高壓入口和第二高壓出口，所述分凝分離換熱器RFl的底部高壓出口連接第一回熱換熱器RF2第二高壓入口，第一回熱換熱器RF2的第二高壓出口連接中間節(jié)流元件(RF3)入口。
[0016]如圖7所示，所述分凝分離換熱器RFl還包括設于其內(nèi)的第二分凝分離換熱器元件，該第二分凝分離換熱器元件連接于分凝分離換熱器RFl的底部高壓入口與中間節(jié)流元件RF3入口之間的管路上。
[0017]如圖8所示，所述分凝分離換熱器RFl還包括設于其內(nèi)的第二分凝分離換熱器元件，該第二分凝分離換熱器元件連接于分凝分離換熱器RFl的底部高壓入口與中間節(jié)流元件RF3入口之間的管路上。
[0018]如圖9所示，所述的分凝分離子模塊RUj還包括一前回熱換熱器RFO ;制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器RFO高壓入口，前回熱換熱器RFO的高壓出口連接分凝分離換熱器RFl的下部高壓入口 ；分凝分離換熱器RFl的底部低壓出口連接前回熱換熱器RFO的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器RFO的低壓出口排出。
[0019]如圖10所示，所述的分凝分離子模塊RUj還包括一前回熱換熱器RFO ;制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器RFO高壓入口，前回熱換熱器RFO的高壓出口連接分凝分離換熱器RFl的下部高壓入口 ；分凝分離換熱器RFl的底部低壓出口連接前回熱換熱器RFO的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器RFO的低壓出口排出。
[0020]如圖11所示，所述的分凝分離子模塊RUj還包括一前回熱換熱器RFO ;制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器RFO高壓入口，前回熱換熱器RFO的高壓出口連接分凝分離換熱器RFl的下部高壓入口 ；分凝分離換熱器RFl的底部低壓出口連接前回熱換熱器RFO的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器RFO的低壓出口排出。
[0021]如圖12所示，所述的分凝分離子模塊RUj還包括一前回熱換熱器RFO ;制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器RFO高壓入口，前回熱換熱器RFO的高壓出口連接分凝分離換熱器RFl的下部高壓入口 ；分凝分離換熱器RFl的底部低壓出口連接前回熱換熱器RFO的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器RFO的低壓出口排出。
[0022]實際上本發(fā)明的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其回熱換熱器模塊RU具有上述圖4及圖6至圖12所示的八種結構形式。
[0023]本發(fā)明的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)的制冷工質(zhì)為由3?30個組元經(jīng)物理混合形成的混合制冷工質(zhì)。
[0024]本發(fā)明的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，由于采用分凝分離和更加完全的回熱，帶來的優(yōu)點:制冷流程可由單臺壓縮機驅(qū)動，并可以采用油潤滑單級壓縮機，系統(tǒng)廉價可靠；可以做到混合制冷工質(zhì)中不同沸點的組元由高到低在相應由高到低溫度內(nèi)節(jié)流，真正做到不同沸點組元的內(nèi)部復疊制冷，而且可避免高沸點組元在低溫下有固相析出，堵塞節(jié)流元件，進一步增強了系統(tǒng)的可靠性；確保液體節(jié)流減少節(jié)流過程損失；較高沸點組元在較高溫度節(jié)流返回低壓流道，從而使下一級換熱器換熱負荷減少，由此，可以減少循環(huán)中高沸點組元在低溫段帶來的流動損失及回熱損失；由于高沸點組元在較高溫度處節(jié)流回到低壓流道，有效地改變了高低壓氣流的當量配比，從而使回熱效率提高，減少了回熱損失，使制冷循環(huán)具有更高的效率；循環(huán)流程布置靈活，能高效和廣泛適應如多元氣體液化分離等具有復雜分布負荷的應用場合需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明中的制循環(huán)系統(tǒng)結構示意圖；
[0026]圖2為一種壓縮機模塊⑶結構示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明中的回熱換熱模塊RU結構示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明中的第一種分凝分離子模塊SI流程結構示意圖；
[0029]圖5為另一種壓縮機模塊⑶結構示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明中的第二種分凝分離子模塊S2流程結構示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明中的第三種分凝分離子模塊S3流程結構示意圖；
[0032]圖8為本發(fā)明中的第四種分凝分離子模塊S4流程結構示意圖；
[0033]圖9為本發(fā)明中的第五種分凝分離子模塊S5流程結構示意圖；
[0034]圖10為本發(fā)明中的第六種分凝分離子模塊S6流程結構示意圖；
[0035]圖11為本發(fā)明中的第七種分凝分離子模塊S7流程結構示意圖；
[0036]圖12為本發(fā)明中的第八種分凝分離子模塊S8流程結構示意圖。
【具體實施方式】:
[0037]實施例1:一種帶5級分凝分離子模塊的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)
[0038]圖1為本發(fā)明中的制循環(huán)系統(tǒng)結構示意圖；圖2為一種壓縮機模塊CU結構示意圖；圖3為本發(fā)明中的回熱換熱模塊RU結構示意圖；圖4為本發(fā)明中的第一種分凝分離子模塊SI流程結構示意圖；由圖1、圖2、圖3和圖4可知，本發(fā)明提供的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，由壓縮機模塊CU、回熱換熱器模塊RU、節(jié)流模塊JU和蒸發(fā)換熱模塊EU及其連接管路組成，其連接方式為:制冷壓縮機模塊⑶的高壓出口連接回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口 ；回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓出口連接節(jié)流模塊JU的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊JU的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊EU入口，蒸發(fā)換熱模塊EU的出口連接回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口，回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口連接制冷壓縮機模塊CU的低壓入口，其特征在于:
[0039]所述的壓縮機模塊⑶包括壓縮機⑶1、第一前冷卻器⑶21及管路和閥門，其連接方式為:壓縮機⑶I的高壓出口連接第一前冷卻器⑶21的進口 ；冷卻器⑶21出口為壓縮機模塊CU的高壓出口 ；壓縮機CUl的低壓進口為壓縮機模塊CU的低壓進口 ；
[0040]所述的回熱換熱器模塊RU由I至5級分凝分離子模塊RUj組成，所述j為分凝分離子模塊的級數(shù)，j為I至5的整數(shù)；其連接方式為:第一級分凝分離子模塊RUl高壓入口作為回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口，上一級分凝分離子模塊的高壓出口連接下一級分凝分離子模塊的高壓入口，下一級分凝分離子模塊RUj低壓出口連接下上一級分凝分離子模塊的低壓入口，最未一級分凝分離子模塊的高壓出口作為回熱換熱器模塊RU的高壓出口 ；最未一級分凝分離子模塊的低壓入口作為回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口，第一級分凝分離子模塊RUl低壓出口作為回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口 ；
[0041]所述分凝分離子模塊RUj包括:垂直放置的分凝分離器RF1、第一回熱換熱器RF2、中間節(jié)流元件RF3、第二回熱換熱器RF4及連接管路和閥門，其連接方式為:制冷劑高壓來流連接至分凝分離換熱器RFl的下部高壓入口，經(jīng)分凝分離換熱器RFl內(nèi)設的第一分凝分離換熱器元件的分凝分離后，其主流從分凝分離換熱器RFl頂部的高壓出口流至第一回熱換熱器RF2的第一高壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第一回熱換熱器RF2的第一高壓出口流至第二回熱換熱器RF4的高壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第二回熱換熱器RF4的高壓出口排出；制冷劑低壓來流連接至第二回熱換熱器RF4的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第二回熱換熱器RF4的低壓出口流至第一回熱換熱器RF2的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第一回熱換熱器RF2的低壓出口流至分凝分離換熱器RFl的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由分凝分離換熱器RFl底部低壓出口排出；所述高壓來流的其余來流由分凝分離換熱器RFl的底部高壓出口流出經(jīng)由中間節(jié)流元件RF3流至所述第二回熱換熱器RF4低壓出口及第一回熱換熱器RF2低壓入口之間的連接管路；制冷工質(zhì)為由3?30個制冷工質(zhì)組元經(jīng)物理混合形成的混合制冷工質(zhì)。
[0042]如圖2所示，本實施例的壓縮機模塊⑶包括壓縮機⑶1、第一前冷卻器⑶21及管路和閥門，其連接方式為:壓縮機CUl的高壓出口連接第一前冷卻器CU21的進口 ；冷卻器CU21出口為壓縮機模塊CU的高壓出口 ；壓縮機CUl的低壓進口為壓縮機模塊CU的低壓進Π ；
[0043]本實施例的回熱換熱單元RU由5級分凝分離子模塊RUl至RU5組成；RU1采用圖9所述的分凝分離子模塊的S5結構，RU2采用圖7所述的分凝分離子模塊的S3結構;RU3采用圖8所述的分凝分離子模塊的S4結構；RU4采用圖10所述的分凝分離子模塊的S4結構；RU5采用圖12所述的分凝分離子模塊的S8結構；其連接方式為:制冷壓縮機模塊CU的高壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl (S5)高壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口)；第一級分凝分離子模塊RUl高壓出口連接第二級分凝分離子模塊RU2 (S3)高壓入口 ；第二級分凝分離子模塊RU2高壓出口連接第三級分凝分離子模塊RU3 (S4)高壓入口 ；第三級分凝分離子模塊RU3高壓出口連接第四級分凝分離子模塊RU4(S7)高壓入口 ；第四級分凝分離子模塊RU4高壓出口連接第五級分凝分離子模塊RU5(S8)高壓入口 ；第五級分凝分離子模塊RU5高壓出口連接節(jié)流模塊JU的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊JU的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊EU入口 ；蒸發(fā)換熱模塊EU的出口連接第五級分凝分尚子模塊RU5低壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口)；第五級分凝分離子模塊RU5低壓出口連接第四級分凝分離子模塊RU4低壓入口 ；第四級分凝分離子模塊RU4低壓出口連接第三級分凝分離子模塊RU3低壓入口 ；第三級分凝分離子模塊RU3低壓出口連接第二級分凝分離子模塊RU2低壓入口 ；第二級分凝分離子模塊RU2低壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl低壓入口 ；第一級分凝分離子模塊RUl低壓出口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口)連接制冷壓縮機模塊⑶的低壓入口。
[0044]制冷系統(tǒng)采用由氮、氬、甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷和異戊烷等組元組成的混合制冷工質(zhì)，用于天然氣液化系統(tǒng)制冷。
[0045]在本系統(tǒng)中，制冷流程由單臺壓縮機驅(qū)動，系統(tǒng)廉價穩(wěn)定，結構緊湊；混合制冷工質(zhì)中不同沸點的組元由高到低在相應由高到低溫度內(nèi)節(jié)流，真正做到不同沸點組元的內(nèi)部復疊制冷，并且可以避免高沸點組元在低溫下的固相析出，進一步增強了系統(tǒng)的可靠性；較高沸點組元在較高溫度節(jié)流返回低壓流道，從而使下一級換熱器換熱負荷減少，減少了循環(huán)中的流動損失及回熱損失；高沸點組元在較高溫度處節(jié)流回到低壓流道，有效地改變了高低壓氣流的當量配比，使回熱效率提高，減少了回熱損失，使制冷循環(huán)具有更高的效率。
[0046]實施例2:—種帶4級分凝分離子模塊的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)
[0047]如圖1所示，一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機模塊CU、回熱換熱器模塊RU、節(jié)流模塊JU和蒸發(fā)換熱模塊EU及其連接管路組成，壓縮機模塊如圖5所不；其回熱換熱單兀RU由4級分凝分尚子模塊RUl至RU4組成,RUl米用分凝分離子模塊流程的S6結構，RU2采用分凝分離子模塊的S3結構，RU3采用分凝分離子模塊的S2結構，RU4采用分凝分離子模塊SI結構；其連接方式為:制冷壓縮機模塊CU的高壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl (S6)高壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口)；第一級分凝分離子模塊RUl高壓出口連接第二級分凝分離子模塊RU2 (S3)高壓入口 ；第二級分凝分離子模塊RU2高壓出口連接第三級分凝分離子模塊RU3(S2)高壓入口 ；第三級分凝分離子模塊RU3高壓出口連接第四級分凝分離子模塊RU4(S1)高壓入口 ；第四級分凝分離子模塊RU4高壓出口連接節(jié)流模塊JU的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊JU的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊EU入口 ；蒸發(fā)換熱模塊EU的出口連接第四級分凝分離子模塊RU4低壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口)；第四級分凝分離子模塊RU4低壓出口連接第三級分凝分離子模塊RU3低壓入口 ；第三級分凝分離子模塊RU3低壓出口連接第二級分凝分離子模塊RU2低壓入口 ；第二級分凝分離子模塊RU2低壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl低壓入口 ；第一級分凝分離子模塊RUl低壓出口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口)連接制冷壓縮機模塊⑶的低壓入口。
[0048]制冷系統(tǒng)采用由氮、甲烷、四氟甲烷、乙烷、全氟乙烷、丙烷、異丁烷和異戊烷等組元組成的混合制冷工質(zhì)。
[0049]實施例3:—種帶3級分凝分離子模塊的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)
[0050]如圖1所示，一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機模塊CU、回熱換熱器模塊RU、節(jié)流模塊JU和蒸發(fā)換熱模塊EU及其連接管路組成，壓縮機模塊如圖5所示；其回熱換熱單元RU由3級分凝分離子模塊RUl至RU3組成，RUl采用分凝分離子模塊S6結構，RU2米用分凝分離子模塊S8結構，RU3米用分凝分離子模塊S2結構；其連接方式為:制冷壓縮機模塊CU的高壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl (S6)高壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口)；第一級分凝分離子模塊RUl高壓出口連接第二級分凝分離子模塊RU2(S8)高壓入口 ；第二級分凝分離子模塊RU2高壓出口連接第三級分凝分離子模塊RU3(S2)高壓入口 ；第三級分凝分離子模塊RU3高壓出口連接節(jié)流模塊JU的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊JU的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊EU入口 ；蒸發(fā)換熱模塊EU的出口連接第三級分凝分離子模塊RU3低壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口)；第三級分凝分離子模塊RU3低壓出口連接第二級分凝分離子模塊RU2低壓入口 ；第二級分凝分離子模塊RU2低壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl低壓入口 ；第一級分凝分離子模塊RUl低壓出口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口)連接制冷壓縮機模塊CU的低壓入口。
[0051]制冷系統(tǒng)采用由甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷、四氟乙烷和異戊烷等組元組成的混合制冷工質(zhì)。
[0052]實施例4:一種帶2級分凝分離子模塊的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)
[0053]如圖1所示，一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機模塊CU、回熱換熱器模塊RU、節(jié)流模塊JU和蒸發(fā)換熱模塊EU及其連接管路組成，壓縮機模塊如圖2所示；其回熱換熱單元RU由2級分凝分離子模塊RUl至RU2組成，RUl采用分凝分離子模塊的S5結構，RU2米用分凝分離子模塊的SI結構；其連接方式為:制冷壓縮機模塊CU的高壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl (S5)高壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口)；第一級分凝分離子模塊RUl高壓出口連接第二級分凝分離子模塊RU2 (SI)高壓入口 ；第二級分凝分離子模塊RU2高壓出口連接節(jié)流模塊JU的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊JU的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊EU入口 ；蒸發(fā)換熱模塊EU的出口連接第二級分凝分離子模塊RU2低壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口)；第二級分凝分離子模塊RU2低壓出口連接第一級分凝分離子模塊RUl低壓入口 ；第一級分凝分離子模塊RUl低壓出口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口)連接制冷壓縮機模塊CU的低壓入□。
[0054]制冷系統(tǒng)采用由甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷和異丁烷等組元組成的混合工質(zhì)。實施例5:—種帶I級分凝分離子模塊的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)
[0055]如圖1所示，一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機模塊CU、回熱換熱器模塊RU、節(jié)流模塊JU和蒸發(fā)換熱模塊EU及其連接管路組成，壓縮機模塊如圖2所示；其回熱換熱單元RU由I級分凝分離子模塊RUl組成，RUl采用分凝分離子模塊的S7結構；其連接方式為:制冷壓縮機模塊CU的高壓出口連接分凝分離子模塊RUl (S7)高壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑高壓入口)；分凝分離子模塊RUl高壓出口連接節(jié)流模塊JU的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊JU的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊EU入口；蒸發(fā)換熱模塊EU的出口連接分凝分離子模塊RUl低壓入口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓入口)；分凝分離子模塊RUl低壓出口(回熱換熱器模塊RU的制冷劑低壓出口)連接制冷壓縮機模塊⑶的低壓入口。
[0056]制冷系統(tǒng)采用由四氟甲烷、乙烷、丙烷和異丁烷等組元組成的混合制冷工質(zhì)。
【權利要求】
1.一種帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其由壓縮機模塊(CU)、回熱換熱器模塊(RU)、節(jié)流模塊(JU)和蒸發(fā)換熱模塊(EU)及其連接管路組成，其連接方式為:制冷壓縮機模塊(CU)的高壓出口連接回熱換熱器模塊(RU)的制冷劑高壓入口 ；回熱換熱器模塊(RU)的制冷劑高壓出口連接節(jié)流模塊(JU)的制冷劑高壓入口 ；節(jié)流模塊(JU)的制冷劑低壓出口連接蒸發(fā)換熱模塊(EU)入口，蒸發(fā)換熱模塊(EU)的出口連接回熱換熱器模塊(RU)的制冷劑低壓入口，回熱換熱器模塊(RU)的制冷劑低壓出口連接制冷壓縮機模塊(⑶)的低壓入口，其特征在于:
所述的壓縮機模塊(⑶)包括壓縮機(⑶I)、第一前冷卻器(⑶21)及管路和閥門，其連接方式為:壓縮機(CUl)的高壓出口連接第一前冷卻器(⑶21)的進口 ；第一前冷卻器(⑶21)出口為壓縮機模塊(⑶)的高壓出口 ；壓縮機(⑶I)的低壓進口為壓縮機模塊(⑶)的低壓進口； 所述的回熱換熱器模塊(RU)由I至5級分凝分離子模塊(RUj)組成，所述j為分凝分離子模塊的級數(shù)，j為I至5的整數(shù)；其連接方式為:第一級分凝分離子模塊(RUl)高壓入口作為回熱換熱器模塊(RU)的制冷劑高壓入口，上一級分凝分離子模塊的高壓出口連接下一級分凝分離子模塊的高壓入口，下一級分凝分離子模塊的低壓出口連接下上一級分凝分離子模塊的低壓入口，最未一級分凝分離子模塊的高壓出口作為回熱換熱器模塊(RU)的高壓出口 ；最未一級分凝分離子模塊的低壓入口作為回熱換熱器模塊(RU)的制冷劑低壓入口，第一級分凝分離子模塊(RUl)的低壓出口作為回熱換熱器模塊(RU)的制冷劑低壓出口 ； 所述分凝分離子模塊(RUj)包括:垂直放置的分凝分離器(RF1)、第一回熱換熱器(RF2)、中間節(jié)流元件(RF3)、第二回熱換熱器(RF4)及連接管路和閥門，其連接方式為:制冷劑高壓來流連接至分凝分離換熱器(RFl)的下部高壓入口，經(jīng)分凝分離換熱器(RFl)內(nèi)設的第一分凝分離換熱器元件的分凝分離后，其主流從分凝分離換熱器(RFl)的頂部高壓出口流至第一回熱換熱器(RF2)的第一高壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第一回熱換熱器(RF2)的第一高壓出口流至第二回熱換熱器(RF4)的高壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第二回熱換熱器(RF4)的高壓出口排出；制冷劑低壓來流連接至第二回熱換熱器(RF4)的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第二回熱換熱器(RF4)的低壓出口流至第一回熱換熱器(RF2)的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由第一回熱換熱器(RF2)的低壓出口流至分凝分離換熱器(RFl)的低壓入口，經(jīng)回熱換熱后由分凝分離換熱器(RFl)底部低壓出口排出；所述高壓來流的其余來流由分凝分離換熱器(RFl)的底部高壓出口流出經(jīng)由中間節(jié)流元件(RF3)流至所述第二回熱換熱器(RF4)低壓出口及第一回熱換熱器(RF2)低壓入口之間的連接管路；制冷工質(zhì)為由3~30個制冷工質(zhì)組元經(jīng)物理混合形成的混合制冷工質(zhì)。
2.按權利要求1所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的壓縮機模塊(⑶)還包括第二前冷卻器(⑶22)和潤滑油過濾回油器(⑶3)，其連接方式為:所述第二前冷卻器(CU22)通過一個三通管件連接于所述第一前冷卻器(⑶21)出口，第二前冷卻器(⑶22)的出口作為壓縮機模塊(⑶)的高壓出口 ；所述潤滑油過濾回油器(⑶3)的兩端分別連接于該三通管件的另一接口和壓縮機(⑶I)的低壓進口。
3.按權利要求1所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一回熱換熱器(RF2)還包括與一換熱元件相連的第二高壓入口和第二高壓出口，所述分凝分離換熱器(RFl)的底部高壓出口連接第一回熱換熱器(RF2)的第二高壓入口，第一回熱換熱器(RF2)的第二高壓出口連接中間節(jié)流元件(RF3)入口。
4.按權利要求1所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述分凝分離換熱器(RFl)還包括設于其內(nèi)的第二分凝分離換熱器元件，該第二分凝分離換熱器元件連接于分凝分離換熱器(RFl)的底部高壓入口與中間節(jié)流元件(RF3)入口之間的管路上。
5.按權利要求3所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述分凝分離換熱器(RFl)還包括設于其內(nèi)的第二分凝分離換熱器元件，該第二分凝分離換熱器元件連接于分凝分離換熱器(RFl)的底部高壓入口與中間節(jié)流元件(RF3)入口之間的管路上。
6.按權利要求1所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述的分凝分離子模塊(RUj)還包括一前回熱換熱器(RFO);制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器(RFO)高壓入口，前回熱換熱器(RFO)的高壓出口連接分凝分離換熱器(RFl)的下部高壓入口 ；分凝分離換熱器(RFl)的底部低壓出口連接前回熱換熱器(RFO)的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器(RFO)的低壓出口排出。
7.按權利要求3所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述的分凝分離子模塊(RUj)還包括一前回熱換熱器(RFO);制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器(RFO)高壓入口，前回熱換熱器(RFO)的高壓出口連接分凝分離換熱器(RFl)的下部高壓入口 ；分凝分離換熱器(RFl)的底部低壓出口連接前回熱換熱器(RFO)的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器(RFO)的低壓出口排出。
8.按權利要求4所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述的分凝分離子模塊(RUj)還包括一前回熱換熱器(RFO);制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器(RFO)高壓入口，前回熱換熱器(RFO)的高壓出口連接分凝分離換熱器(RFl)的下部高壓入口 ；分凝分離換熱 器(RFl)的底部低壓出口連接前回熱換熱器(RFO)的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器(RFO)的低壓出口排出。
9.按權利要求5所述的帶分凝分離的多元混合工質(zhì)回熱式節(jié)流制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述的分凝分離子模塊(RUj)還包括一前回熱換熱器(RFO);制冷劑高壓來流連接前回熱換熱器(RFO)高壓入口，前回熱換熱器(RFO)的高壓出口連接分凝分離換熱器(RFl)的下部高壓入口 ；分凝分離換熱器(RFl)的底部低壓出口連接前回熱換熱器(RFO)的低壓入口，制冷劑流體經(jīng)回熱換熱后由所述前回熱換熱器(RFO)的低壓出口排出。
【文檔編號】F25B40/06GK103822389SQ201310670275
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】吳劍峰, 公茂瓊, 董學強 申請人:中國科學院理化技術研究所