一種帶渦流管的自復疊系統的製作方法
2023-05-04 12:38:21 1
專利名稱：一種帶渦流管的自復疊系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於低溫製冷技術，尤其涉及一種帶渦流管的自復疊系統。
背景技術：
經典復疊製冷循環，隨著復疊級數的增加，系統結構變複雜，效率下降，經濟性變差。自行復疊製冷循環，又稱為自復疊製冷循環或自動復疊製冷循環或內復疊製冷循環，可以根據所要達到的製冷溫度，選擇兩種或兩種以上組分的混合工質，在循環中布置一個或多個氣液分離器對混合工質進行分凝分離，或採用精餾裝置進行分離。圖1所示為傳統自復疊製冷系統中的一種系統。圖中低壓混合製冷劑蒸汽經過壓縮機1壓縮成高溫高壓的混合製冷劑，然後流到第一冷凝器2中，進行冷卻冷凝，再進入氣液分離器3中進行氣液分離，氣液分離出來的以高沸點工質為主的飽和高壓液體經過第一節流閥9節流到系統低壓。氣液分離出來的以低沸點工質為主的飽和氣體混合物進入冷凝蒸發器10放熱，再依次通過回熱器6、第二節流閥7節流至系統低壓，進入第一蒸發器8進行蒸發吸熱，產生製冷。吸熱過程結束後的低沸點為主的工質從第一蒸發器8流出進入回熱器6，用於回收其剩餘的冷量。然後再與前述的通過第一節流閥9節流的低壓高沸點為主的工質匯合進入冷凝蒸發器10吸熱，最後被壓縮機1吸入完成整個循環流程。上面所述的自復疊系統類型在製取低溫時，系統的性能係數(COP)通常很低，即要在低溫下獲得大的製冷量就必須輸入非常多的機械功，同時為了達到更低的製冷溫度， 如在氣體液化循環中，通常需要多級的分離過程，增加了系統的複雜度。目前對自復疊製冷循環效果改進的方法通常是選用不同的製冷工質、優化工質組成及配比、提高高低沸點組分氣液分離效果等，例如中國專利公開號CN200710164848.8， 「精餾型混合工質自復疊氣體液化系統」公開了一種帶有精餾裝置的氣體液化系統，其具有依次連接的壓縮機、冷凝器、乾燥過濾器、精餾裝置、第一換熱器、第二換熱器、第一節流閥、 第三換熱器、氣液分離器。該系統利用精餾裝置來代替氣液分離器，用來冷卻分離混合工質氣體，以減少傳統混合工質氣體液化系統中分離級數過多的問題。雖然該系統能夠有效的簡化系統結構，但精餾裝置的設計相對氣液分離器來說較複雜，增加了系統分析的複雜程度。渦流管具有溫度分離效應，可將氣流分離為冷氣流和熱氣流。但現有技術中用渦流管來增加對外放熱的系統，通常用來獲得高溫，達到熱泵的效果。例如中國專利申請號 200710018736. 1，「一種帶有渦流管的高溫熱泵系統」公開了一種帶有壓縮機以及與壓縮機的排氣管相連接的渦流管的高溫熱泵系統，雖然該系統利用渦流管提高氣流的溫度，在水的二次加熱後，可以達到更高的溫度。但這種利用壓縮機消耗能量來實現放熱過程本質上不是一種對於現有損失能量的回收利用，而是利用高品位的電能來產生低品位的熱能的方式
實用新型內容
[0007]本實用新型提供一種帶渦流管的自復疊系統，利用渦流管回收普通節流過程的壓力損失，對高壓低沸點為主工質的能量實現有效的利用，用於對環境額外放熱，提高了系統的C0P，達到了節能的效果。一種帶渦流管的自復疊系統，包括壓縮機、第一冷凝器、氣液分離器、第一節流閥、 冷凝蒸發器、回熱器、第二節流閥、第一蒸發器、渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機依次串聯所述的第一冷凝器，氣液分離器，所述的氣液分離器的氣體出口與所述的渦流管的進口相連，所述的渦流管的熱端出口連接所述的第二冷凝器的進口，所述的渦流管的冷端出口與所述的第二冷凝器的出口連成一路後，與所述的冷凝蒸發器的熱端流體進口、冷凝蒸發器的熱端流體出口、回熱器的熱端流體進口、回熱器的熱端流體出口、第一節流閥、第一蒸發器、回熱器的冷端流體進口、回熱器的冷端流體出口依次串聯；所述的氣液分離器的液體出口連接所述的第一節流閥，所述的第一節流閥的出口與所述的回熱器的冷端流體出口連成一路後，與所述的冷凝蒸發器的冷端流體進口相連，冷凝蒸發器的冷端流體出口連接所述的壓縮機。此外，本實用新型還提供了一種精餾型帶渦流管的自復疊系統，包括壓縮機、第一冷凝器、精餾裝置、第一節流閥、回熱器、第二節流閥、第一蒸發器、渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機依次串聯所述的第一冷凝器，精餾裝置，所述精餾裝置的頂部氣體出口與精餾裝置頂部設有的頂部換熱器的第一進口相連，頂部換熱器的第一出口與所述的渦流管的進口相連，所述的渦流管的熱端出口連接所述的第二冷凝器的進口，所述的渦流管的冷端出口與所述的第二冷凝器的出口連成一路後，與所述的回熱器的熱端流體進口、回熱器的熱端流體出口、第一節流閥、第一蒸發器、回熱器的冷端流體進口、回熱器的冷端流體出口依次串聯；所述的精餾裝置的底部液體出口連接第一節流閥，所述的第一節流閥的出口與所述的回熱器的冷端流體出口連成一路後，與所述頂部換熱器的第二進口相連，所述的頂部換熱器的第二出口連接所述的壓縮機。此外，本實用新型還提供了一種雙溫製冷的帶渦流管的自復疊系統，包括壓縮機、 第一冷凝器、氣液分離器、第一節流閥、回熱器、第二節流閥、第一蒸發器、第二蒸發器、渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機依次串聯所述的第一冷凝器、氣液分離器，所述的氣液分離器的氣體出口與所述的渦流管的進口相連，所述的渦流管的熱端出口連接所述的第二冷凝器的進口，所述的渦流管的冷端出口與所述的第二冷凝器的出口連成一路後，與所述的回熱器的熱端流體進口、回熱器的熱端流體出口、第一節流閥、第一蒸發器、回熱器的冷端流體進口、回熱器的冷端流體出口依次串聯；所述的氣液分離器的液體出口依次串聯第一節流閥、第二蒸發器；所述的第二蒸發器的出口與所述的回熱器的冷端流體出口連成一路後， 與所述的壓縮機相連。 本實用新型自復疊系統中使用的流體工質為由滷代烴或/與醇類或/與無機物等製冷劑組成的混合工質。 本實用新型在傳統自復疊系統中增設了渦流管與第二冷凝器的組合利用渦流管對本身不能對環境放熱的高壓低沸點工質為主的氣體進行分離，得到高於環境溫度的氣體；利用第二冷凝器將這部分的氣體對環境進行額外放熱。整個裝置對傳統自復疊系統中未利用到的氣液分離裝置分離出來的高壓低沸點工質為主的氣體進行再利用，回收了直接節流帶來的能量損失，使得在消耗同樣壓縮機功率的情況下，在相同的製冷溫度下產生更多的製冷量，從而有效地提高了系統的COP。本實用新型的第一個方案提供的帶渦流管的自復疊系統就能大幅改善圖1所示系統的COP。另外，本實用新型只在傳統自復疊系統中額外增加一個渦流管與一個冷凝器，使得系統結構比較簡單，同時由於渦流管與第二冷凝器並非運動部件，故能充分發揮本實用新型自復疊系統在氣液分離器至第一蒸發器間無運動部件的優勢，並且由於在循環機理上屬於自復疊製冷循環，因此在多種不同的非共沸製冷劑組合下都能工作，適用範圍廣。
圖1是傳統自復疊製冷系統中的一種系統的流程示意圖；圖2是本實用新型採用R23/R600a混合製冷劑作為工質的帶渦流管的自復疊系統的流程示意圖；圖3是本實用新型採用R23/R13^混合製冷劑作為工質的帶渦流管的精餾型自復疊系統的流程示意圖；圖4是本實用新型採用R23/R600a混合製冷劑作為工質的雙溫製冷的帶渦流管的自復疊系統的流程示意圖；其中1、壓縮機；2、第一冷凝器；3、氣液分離器；4、渦流管；5、第二冷凝器；6、回熱器；7、第二節流閥；8、第一蒸發器；9、第一節流閥；10、冷凝蒸發器；11、精餾裝置；12、第二蒸發器；13、頂部換熱器。
具體實施方式
本實用新型是在傳統自復疊系統上增加了渦流管和冷凝器，可適用於各類自復疊系統，以下實施例僅是作為示例性，並非限制本實用新型的範圍。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述。實施例1參見圖2，圖2是本實用新型採用R23/R600a混合製冷劑作為工質的帶渦流管的自復疊系統的流程示意圖。一種帶渦流管的自復疊系統包括壓縮機1、第一冷凝器2、氣液分離器3、渦流管4、第二冷凝器5、回熱器6、第二節流閥7、第一蒸發器8、第一節流閥9、冷凝蒸發器10。壓縮機1的氣體出口與第一冷凝器2的氣體進口相連，第一冷凝器2的出口與氣液分離器3的進口相連，氣液分離器3的頂部氣體出口與渦流管4的進口相連，氣液分離器3的底部液體出口與第一節流閥9的進口相連，渦流管4的熱端出口與第二冷凝器5的氣體進口相連，渦流管4的冷端出口與第二冷凝器5的出口匯聚成一路後，與冷凝蒸發器10 的熱端流體進口相連接，冷凝蒸發器10的熱端流體出口與回熱器6的熱端流體進口連接， 回熱器6的熱端流體出口與第二節流閥7的進口連接，第二節流閥7的出口與第一蒸發器 8的製冷劑進口相連接，第一蒸發器8的製冷劑出口與回熱器6的冷端流體進口相連接，回熱器6的冷端流體出口與第一節流閥9的出口連接匯聚成一路後，與冷凝蒸發器10的冷端流體進口相連接，冷凝蒸發器10的冷端流體出口與壓縮機1的氣體進口相連接。在本實施例中，選用的工質為R23與R600a所組成的混合製冷劑。其中高沸點工質為R600a，低沸點工質為R23。低壓混合製冷劑蒸汽經過壓縮機1壓縮成高溫高壓的製冷劑，然後流到第一冷凝器2，冷卻冷凝到環境溫度30°C。此時的氣液混合物在氣液分離器3中進行氣液分離。氣液分離出來的以高沸點工質為主的飽和高壓液體經過第一節流閥9節流到系統低壓。氣液分離出來的以低沸點工質為主的飽和氣體混合物以高壓狀態進入渦流管4。渦流管4的熱端出口流出高溫中壓的氣體，其在第二冷凝器5中對環境放出大量的熱，再次冷卻冷凝到環境溫度30°C後，與渦流管4的冷端出口流出的低溫中壓流體混合， 進入冷凝蒸發器10中放熱。經過冷凝蒸發器10後的低沸點為主的工質，進入回熱器6中再次降溫，然後通過第二節流閥7節流至系統低壓，進入第一蒸發器8中，進行蒸發吸熱，產生-60°C的低溫。吸熱過程結束後的低沸點為主的工質從第一蒸發器8流出進入回熱器6， 用於回收其剩餘的冷量。然後再與前述的通過第一節流閥9節流的低壓高沸點為主的工質匯合進入冷凝蒸發器10中，蒸發吸熱，最後被壓縮機1吸入完成整個循環流程。通過對本實施例與圖1所示的自復疊系統的模擬計算，得到表1與表2。表1 COP 比較
系統類型摩爾組分比 (R23: R600a)壓縮機升壓比系統彳氐壓 (kPa)COP
權利要求1.一種帶渦流管的自復疊系統，包括壓縮機、第一冷凝器、氣液分離器、第一節流閥、冷凝蒸發器、回熱器、第二節流閥、第一蒸發器，其特徵在於還包括渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機依次串聯所述的第一冷凝器、氣液分離器，所述的氣液分離器的氣體出口與所述的渦流管的進口相連，所述的渦流管的熱端出口連接所述的第二冷凝器的進口，所述的渦流管的冷端出口與所述的第二冷凝器的出口連成一路後，與所述的冷凝蒸發器的熱端流體進口、冷凝蒸發器的熱端流體出口、回熱器的熱端流體進口、回熱器的熱端流體出口、第二節流閥、第一蒸發器、回熱器的冷端流體進口、回熱器的冷端流體出口依次串聯；所述的氣液分離器的液體出口連接第一節流閥，所述的第一節流閥的出口與所述的回熱器的冷端流體出口連成一路後，與所述的冷凝蒸發器的冷端流體進口相連，冷凝蒸發器的冷端流體出口連接所述的壓縮機。
2.一種精餾型帶渦流管的自復疊系統，包括壓縮機、第一冷凝器、精餾裝置、第一節流閥、回熱器、第二節流閥、第一蒸發器，其特徵在於還包括渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機依次串聯所述的第一冷凝器、精餾裝置，所述精餾裝置的頂部氣體出口與精餾裝置頂部設有的頂部換熱器的第一進口相連，頂部換熱器的第一出口與所述的渦流管的進口相連，所述的渦流管的熱端出口連接所述的第二冷凝器的進口，所述的渦流管的冷端出口與所述的第二冷凝器的出口連成一路後，與所述的回熱器的熱端流體進口、回熱器的熱端流體出口、第二節流閥、第一蒸發器、回熱器的冷端流體進口、回熱器的冷端流體出口依次串聯；所述的精餾裝置的底部液體出口連接第一節流閥，所述的第一節流閥的出口與所述的回熱器的冷端流體出口連成一路後，連接所述頂部換熱器的第二進口，所述的頂部換熱器的第二出口連接所述的壓縮機。
3.—種雙溫製冷的帶渦流管的自復疊系統，包括壓縮機、第一冷凝器、氣液分離器、第一節流閥、回熱器、第二節流閥、第一蒸發器、第二蒸發器，其特徵在於還包括渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機依次串聯所述的第一冷凝器、氣液分離器，所述的氣液分離器的氣體出口與所述的渦流管的進口相連，所述的渦流管的熱端出口連接所述的第二冷凝器的進口，所述的渦流管的冷端出口與所述的第二冷凝器的出口連成一路後，與所述的回熱器的熱端流體進口、回熱器的熱端流體出口、第一節流閥、第一蒸發器、回熱器的冷端流體進口、 回熱器的冷端流體出口依次串聯；所述的氣液分離器的液體出口依次串聯第一節流閥、第二蒸發器；所述的第二蒸發器的出口與所述的回熱器的冷端流體出口連成一路後，與所述的壓縮機相連。
專利摘要本實用新型公開一種帶渦流管的自復疊系統，包括渦流管和第二冷凝器，壓縮機依次串聯第一冷凝器、氣液分離器，氣液分離器的氣體出口與渦流管的進口相連，渦流管的熱端出口連接第二冷凝器的進口，渦流管的冷端出口與第二冷凝器的出口連成一路後，與冷凝蒸發器、回熱器、第二節流閥、蒸發器、回熱器依次串聯；氣液分離器的液體出口連接第一節流閥，第一節流閥的出口與回熱器的冷端流體出口連成一路後，與冷凝蒸發器的冷端流體進口相連，冷凝蒸發器的冷端流體出口連接壓縮機。本實用新型還提供了精餾型帶渦流管的自復疊系統和雙溫製冷的帶渦流管的自復疊系統。本實用新型對高壓低沸點為主工質的能量實現有效的利用，回收普通節流帶來的能量損失。
文檔編號F25B9/04GK202133173SQ201120199850
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者吳孔祥, 李濤, 王勤, 王徵, 陳光明 申請人:浙江大學