本發(fā)明涉及制冷領(lǐng)域，尤其涉及一種適應(yīng)變工況運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)及其制冷方法。

背景技術(shù)：
利用傳統(tǒng)的蒸汽壓縮制冷技術(shù)，單級(jí)制冷循環(huán)可以達(dá)到的最低有效制冷溫度在-40℃左右，如果要實(shí)現(xiàn)更低的制冷溫度則需采用多級(jí)壓縮或多級(jí)復(fù)疊制冷循環(huán)。在現(xiàn)有的技術(shù)中，采用兩級(jí)壓縮可以達(dá)到-60℃左右的制冷溫度，采用兩級(jí)復(fù)疊循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)-80℃左右冷溫度，若要實(shí)現(xiàn)-100℃甚至更低的制冷溫度就要采取三級(jí)以上復(fù)疊循環(huán)。此時(shí)，隨著需求溫度的降低，蒸汽壓縮制冷技術(shù)的制冷系統(tǒng)變得更復(fù)雜，可靠性降低，調(diào)節(jié)手段更加復(fù)雜。20世紀(jì)80年代以來(lái)，多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷技術(shù)取得重要的進(jìn)展，該技術(shù)使得只要能夠找到合適的混合工質(zhì)和工質(zhì)配比，即可通過(guò)單級(jí)壓縮節(jié)流制冷達(dá)到-100℃～-200℃的低溫，因此，該技術(shù)可在-100℃溫區(qū)以下替代復(fù)疊循環(huán)，尤其是替代三級(jí)以上復(fù)疊循環(huán)，目前看來(lái)具有廣闊的應(yīng)用前景。但是混合工質(zhì)的缺點(diǎn)也很明顯，一是從開(kāi)機(jī)啟動(dòng)到降溫到低溫溫度的過(guò)程中，系統(tǒng)壓力變化劇烈；二是液相積存現(xiàn)象導(dǎo)致系統(tǒng)工質(zhì)循環(huán)配比偏離充灌配比，影響系統(tǒng)的性能。第一個(gè)缺點(diǎn)會(huì)造成混合工質(zhì)制冷機(jī)啟動(dòng)困難；第二個(gè)缺點(diǎn)會(huì)使得混合工質(zhì)制冷機(jī)在負(fù)荷發(fā)生變化后難以穩(wěn)定運(yùn)行，在環(huán)境溫度變化后，工質(zhì)循環(huán)配比偏離最優(yōu)配比，效率低下。因此，要發(fā)揮混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)在-100℃到液氮溫區(qū)比三級(jí)復(fù)疊節(jié)流制冷機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、效率較高的優(yōu)勢(shì)，必須解決混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)上述的兩個(gè)缺點(diǎn)，使得混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)能夠安全啟動(dòng)，在溫度降低后系統(tǒng)壓力得到調(diào)整，應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化時(shí)組分循環(huán)配比不改變的前提下改變流量，應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化時(shí)工質(zhì)流量不改變的情況下調(diào)整組分循環(huán)配比在較優(yōu)值。這樣才可以使得混合工質(zhì)的應(yīng)用得以推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種適應(yīng)變工況運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)及其制冷方法。使得小型混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)在啟動(dòng)工況、負(fù)荷變化工況和環(huán)境溫度變化工況，能夠自如應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定和高效運(yùn)行。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種適應(yīng)變工況運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)，包括可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1、應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2、壓縮機(jī)單元3、冷凝冷卻器單元4、回?zé)釗Q熱器單元5、蒸發(fā)器單元6、控制單元7；所述回?zé)釗Q熱器單元5包括高溫回?zé)釗Q熱單元5-1和低溫回?zé)釗Q熱單元5-2；所述可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1包括可控進(jìn)氣閥V1、可控出氣閥V2、冷劑收集罐B1；所述應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2包括可控出液閥V5、液分離罐B2；所述壓縮機(jī)單元3的出口連接冷凝冷卻器單元4的進(jìn)口，所述冷凝冷卻器單元4的出口連接氣液分離罐B2的氣液進(jìn)口，氣液分離罐B2的氣相出口通過(guò)可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元的可控進(jìn)氣閥V1連接冷劑收集罐B1，冷劑收集罐B1再通過(guò)可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元的可控出氣閥V2連接至壓縮機(jī)單元3進(jìn)口的低壓管路；所述氣液分離罐B2的第一液相出口通過(guò)可控出液閥V5連接壓縮機(jī)單元3進(jìn)口的低壓管路，氣液分離罐B2的第二液相出口連接高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的B進(jìn)口；高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的A進(jìn)口連接氣液分離罐B2的氣相出口管路；所述高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的A出口連接低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的C進(jìn)口，低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的C出口依次通過(guò)低溫節(jié)流結(jié)構(gòu)V4和蒸發(fā)器單元6連接低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的D進(jìn)口，低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的D出口連接高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的E進(jìn)口，高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的E出口連接至壓縮機(jī)單元3進(jìn)口的低壓管路；高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的B出口通過(guò)高溫節(jié)流結(jié)構(gòu)V3連接高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的E進(jìn)口；所述控制單元7接收壓縮機(jī)單元3進(jìn)出口壓力值、低溫節(jié)流結(jié)構(gòu)V4的出口壓力/溫度值，并控制可控進(jìn)氣閥V1、可控出氣閥V2和可控出液閥V5的開(kāi)啟/關(guān)閉。上述適應(yīng)變工況運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)的制冷方法，包括如下步驟：(1)啟動(dòng)工況：應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2的可控出液閥V5處于關(guān)閉狀態(tài)；應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控出氣閥V2關(guān)閉，可控進(jìn)氣閥V1開(kāi)啟直至降溫到設(shè)定溫度后關(guān)閉；(2)正常運(yùn)行情況下，發(fā)生負(fù)荷變化和/或環(huán)境溫度變化時(shí)具體如下：(2-1)當(dāng)只有負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2的氣液分離罐B2存放系統(tǒng)變化時(shí)冷卻下來(lái)的所有液相冷劑，可控出液閥V5處于閉合狀態(tài)；可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1對(duì)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)；具體調(diào)節(jié)方法為：當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2的可控出液閥V5處于關(guān)閉狀態(tài)，可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控出氣閥V2保持閉合狀態(tài)，可控進(jìn)氣閥V1開(kāi)啟，直到系統(tǒng)壓力降低到設(shè)定值后關(guān)閉；當(dāng)負(fù)荷提高時(shí)，可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控進(jìn)氣閥V1保持閉合狀態(tài)，可控出氣閥V2開(kāi)啟，直到系統(tǒng)壓力提高到設(shè)定值后關(guān)閉；(2-2)當(dāng)只有環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控進(jìn)氣閥V1和可控出氣閥V2處于閉合狀態(tài)；具體調(diào)節(jié)方法為：環(huán)境溫度降低時(shí)，可控出液閥V5關(guān)閉；環(huán)境溫度升高時(shí)，可控出液閥V5開(kāi)啟至系統(tǒng)高壓達(dá)到設(shè)定值后關(guān)閉。上述步驟(1)系統(tǒng)在負(fù)荷和環(huán)境溫度同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，優(yōu)先應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：本適應(yīng)變工況運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)，能夠克服混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)啟動(dòng)困難的缺點(diǎn)，讓混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)順利啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，對(duì)于正在穩(wěn)定運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，本發(fā)明可使得制冷機(jī)的工質(zhì)流量快速調(diào)節(jié)以適應(yīng)負(fù)荷的變化，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，本發(fā)明可調(diào)節(jié)制冷機(jī)的工質(zhì)組分循環(huán)配比適應(yīng)環(huán)境溫度要求，充分利用環(huán)境冷量，使得回?zé)釗Q熱器溫度匹配更合理，提高系統(tǒng)效率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。實(shí)施例如圖1所示。本發(fā)明一種適應(yīng)變工況運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)，包括可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1、應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2、壓縮機(jī)單元3、冷凝冷卻器單元4、回?zé)釗Q熱器單元5、蒸發(fā)器單元6、控制單元7；所述回?zé)釗Q熱器單元5包括高溫回?zé)釗Q熱單元5-1和低溫回?zé)釗Q熱單元5-2；所述可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1包括可控進(jìn)氣閥V1、可控出氣閥V2、冷劑收集罐B1；所述應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2包括可控出液閥V5、液分離罐B2；所述壓縮機(jī)單元3的出口連接冷凝冷卻器單元4的進(jìn)口，所述冷凝冷卻器單元4的出口連接氣液分離罐B2的氣液進(jìn)口，氣液分離罐B2的氣相出口通過(guò)可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元的可控進(jìn)氣閥V1連接冷劑收集罐B1，冷劑收集罐B1再通過(guò)可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元的可控出氣閥V2連接至壓縮機(jī)單元3進(jìn)口的低壓管路；所述氣液分離罐B2的第一液相出口通過(guò)可控出液閥V5連接壓縮機(jī)單元3進(jìn)口的低壓管路，氣液分離罐B2的第二液相出口連接高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的B進(jìn)口；高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的A進(jìn)口連接氣液分離罐B2的氣相出口管路；所述高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的A出口連接低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的C進(jìn)口，低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的C出口依次通過(guò)低溫節(jié)流結(jié)構(gòu)V4和蒸發(fā)器單元6連接低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的D進(jìn)口，低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的D出口連接高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的E進(jìn)口，高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的E出口連接至壓縮機(jī)單元3進(jìn)口的低壓管路；高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的B出口通過(guò)高溫節(jié)流結(jié)構(gòu)V3連接高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的E進(jìn)口；所述控制單元7接收壓縮機(jī)單元3進(jìn)出口壓力值、低溫節(jié)流結(jié)構(gòu)V4的出口壓力/溫度值，并控制可控進(jìn)氣閥V1、可控出氣閥V2和可控出液閥V5的開(kāi)啟/關(guān)閉。制冷機(jī)的工作過(guò)程為：首先，混合冷劑從壓縮機(jī)單元3的低壓管路進(jìn)入壓縮機(jī)單元3被壓縮，壓縮前混合冷劑的壓力范圍為1.5Bar到4.5Bar,經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)單元3壓縮后，混合冷劑壓力上升至12Bar至18Bar；然后，混合冷劑進(jìn)入冷凝冷卻器單元4降溫至接近環(huán)境溫度，此時(shí)混合冷劑為氣液兩相狀態(tài)；接著，混合冷劑進(jìn)入氣液分離器B2進(jìn)行氣液分離，經(jīng)過(guò)氣液分離后，氣相的混合冷劑由氣液分離器B2頂部的氣相出口出來(lái)并進(jìn)入回?zé)釗Q熱器單元5的高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的a進(jìn)口，液相的混合冷劑則由氣液分離器B2底部的第二液相出口出來(lái)進(jìn)入高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的b進(jìn)口，高溫回?zé)釗Q熱單元5-1為三股流換熱器。由氣液分離器B2出來(lái)的氣相和液相制冷劑均為高壓熱流，它們?cè)诨責(zé)崞髦斜环盗鞯牡蛪汗べ|(zhì)冷卻，被從高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的b進(jìn)口進(jìn)入的液相冷劑流股首先達(dá)到過(guò)冷狀態(tài)，其從b出口出來(lái)后進(jìn)入高溫節(jié)流機(jī)構(gòu)V3節(jié)流，而后e進(jìn)口與d出口返流的低壓工質(zhì)混合，再進(jìn)入高溫回?zé)釗Q熱單元5-1中吸熱升溫，升溫后的混合冷劑從e出口出來(lái)，回到壓縮機(jī)的低壓管路并繼續(xù)進(jìn)入壓縮機(jī)單元3被壓縮；氣相高壓熱流在高溫回?zé)釗Q熱單元5-1中換熱后由b出口出來(lái)并由低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的c進(jìn)口進(jìn)入低溫回?zé)釗Q熱單元5-2，其繼續(xù)在低溫回?zé)釗Q熱單元5-2中被返流的低壓冷劑冷卻，之后由低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的c出口出來(lái)，接著從通過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)V4節(jié)流，節(jié)流后的混合冷劑變?yōu)榈蛪旱睦淞?，壓力范圍?.5Bar到4.5Bar；節(jié)流機(jī)構(gòu)V4出來(lái)的低壓的混合冷劑首先進(jìn)入蒸發(fā)器單元6吸收熱負(fù)荷的熱量溫升后返回低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的d進(jìn)口，其在低溫回?zé)釗Q熱單元5-2中吸收高壓側(cè)熱流的熱量溫升后，從低溫回?zé)釗Q熱單元5-2的d出口進(jìn)入高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的e進(jìn)口，并繼續(xù)在高溫回?zé)釗Q熱單元5-1中吸熱升溫，e出口出來(lái)的混合工質(zhì)從高溫回?zé)釗Q熱單元5-1的e出來(lái)并回到壓縮機(jī)的低壓管路壓縮完成整個(gè)制冷循環(huán)。上述適應(yīng)變工況運(yùn)行的混合工質(zhì)節(jié)流制冷機(jī)的制冷方法，包括如下步驟：(1)啟動(dòng)工況：應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2的可控出液閥V5處于關(guān)閉狀態(tài)；應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控出氣閥V2關(guān)閉，可控進(jìn)氣閥V1開(kāi)啟直至降溫到設(shè)定溫度后關(guān)閉；(2)正常運(yùn)行情況下，發(fā)生負(fù)荷變化和/或環(huán)境溫度變化時(shí)具體如下：(2-1)當(dāng)只有負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2的氣液分離罐B2存放系統(tǒng)變化時(shí)冷卻下來(lái)的所有液相冷劑，可控出液閥V5處于閉合狀態(tài)；可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1對(duì)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)；具體調(diào)節(jié)方法為：當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)單元2的可控出液閥V5處于關(guān)閉狀態(tài)，可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控出氣閥V2保持閉合狀態(tài)，可控進(jìn)氣閥V1開(kāi)啟，直到系統(tǒng)壓力降低到設(shè)定值后關(guān)閉；當(dāng)負(fù)荷提高時(shí)，可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控進(jìn)氣閥V1保持閉合狀態(tài)，可控出氣閥V2開(kāi)啟，直到系統(tǒng)壓力提高到設(shè)定值后關(guān)閉；(2-2)當(dāng)只有環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，可控通路應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)單元1的可控進(jìn)氣閥V1和可控出氣閥V2處于閉合狀態(tài)；具體調(diào)節(jié)方法為：環(huán)境溫度降低時(shí)，可控出液閥V5關(guān)閉；環(huán)境溫度升高時(shí)，可控出液閥V5開(kāi)啟至系統(tǒng)高壓達(dá)到設(shè)定值后關(guān)閉。上述步驟(1)系統(tǒng)在負(fù)荷和環(huán)境溫度同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，優(yōu)先應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。