適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質的製作方法
2023-05-22 01:44:26 1
專利名稱：適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質的製作方法
技術領域：
本發明屬於制冷機械技術領域，涉及到一種適用於單臺壓縮機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質。
背景技術：
食品冷凍或冷藏溫度的不同，對它的新鮮度和保鮮時間均有重要影響，而不同食品為維持上述指標對冷凍或冷藏溫度有不同的要求，這就要求在蒸氣壓縮式製冷系統設計時必須製取不同的蒸發溫度來滿足食品保存的要求。此外，還有許多方面(如混合物的分離液化等)和過程都需要不同的溫度環境，這都需要蒸氣壓縮式製冷系統製取不同的蒸發溫度。
為此，中國專利CN03262516.2提出了「一種單機多溫蒸氣壓縮式製冷裝置」的循環設計，但沒有涉及到混合工質的選擇。利用非共沸混合工質分凝原理製取雙溫的製冷循環的流程圖如中國專利CN03262516.2圖2-1、圖2-2和圖2-3所示，雖然圖2-1、2-2、2-3所示流程略有不同，但都能達到製取雙蒸發溫度的目的。它們都是由壓縮機201、冷凝器202、氣液分離器203、高溫蒸發器205、冷凝蒸發器206、節流閥207、低溫蒸發器208和單向閥209組成。要使得這種製冷裝置製取的低溫間室的溫度為-60℃～-40℃、高溫間室的溫度為-25℃～10℃的目的，關鍵在於對所使用的非共沸混和工質的研究，混和工質作為熱量傳遞的載體，其配比直接影響到製冷的效果以及系統硬體的組成，選擇合適的組分和配比是保證雙溫製冷系統性能的根本因素。根據申請人所進行的資料檢索，目前尚未發現該系統針對上述溫區的相關專利報導。
發明內容
本發明的目的在於提供適用於單壓縮機製取的低溫間室溫度區間為-60℃～-40℃、高溫間室溫度區間為-25℃～10℃的雙溫冰箱所用的多元混合工質，在具體濃度配比方面充分考慮了單級壓縮機適宜的運行壓力比範圍。
在環境溫度為25℃時，為了使得雙溫冰箱的低溫間室溫度區間為-60℃～-40℃、高溫間室溫度區間為-25℃～10℃，必須在低沸點工質和高沸點工質中至少各選出一個製冷劑組成非共沸混合製冷劑，針對不同高、低溫間室的溫度選擇不同的組分和配比。
單壓縮機混合工質的雙溫冰箱，組成部件相對簡單，對應於不同部件發生的是不同的熱力過程，包括壓縮機內進行的絕熱壓縮、冷凝器內等壓放熱，汽液分離器的兩相分離過程，冷凝蒸發器內的回熱過程，節流元件內的節流膨脹過程，這些都是實現能量轉換的過程，由壓縮機輸入的功轉換為冷量，為兩個間室提供冷量的利用，低壓低溫工質進入冷凝蒸發器冷卻高壓來流工質，自身溫度恢復到環境溫度後，進入壓縮機完成一個熱力循環。因此，混合工質對制冷機性能的影響最終要體現在對上述幾個熱力過程的影響。另外，不同熱力過程在制冷機中的地位並不完全一致，其中回熱過程對制冷機的影響(尤其是採用多元混合工質時)最大，同時回熱過程的效果對節流過程也有很大影響，具體表現在當回熱完善時，導致節流前溫度降低，使節流過程的損失也大大降低。因此對混合物工質選擇要綜合考慮對各個熱力過程的影響，對於優選的工質是使每個過程的不可逆損失降低，最終系統獲得最佳性能。
本發明的技術方案如下一種適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室溫度為-60℃～-40℃、高溫間室溫度為-25℃～10℃，低溫間室和高溫間室的製冷量之比為任意比例，它由低沸點和高沸點兩組工質組成，其中低沸點工質選擇四氟甲烷、乙烯、乙烷、氟乙烯、全氟乙烯、三氟甲烷、氟代甲烷、全氟乙烷、二氧化碳、二氟甲烷其中的一種或兩種以上的混合物；高沸點工質選擇1，1，1-三氟乙烷、氟乙烷、丙烯、丙烷、全氟丙烷、丙二烯、環丙烷、二氟一氯甲烷、五氟一氯乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1-二氟乙烷、異丁烷、正丁烷、1-丁烯、異丁烯、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，2，2，3-五氟丙烷、四氟一氯乙烷的一種或兩種以上的混合物；其中低沸點工質的總質量濃度為15％～50％；高沸點工質的總質量濃度為50％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
針對不同雙溫冰箱的更為具體的溫度使用細分為1.低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時，則低沸點工質的總質量濃度為25％～50％，高沸點工質的總質量濃度為50％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
2.低溫間室的溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時，則低沸點工質的總質量濃度為15％～45％，高沸點工質的總質量濃度為55％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
3.低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-15℃～-5℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時，則低沸點工質的總質量濃度為20％～50％，高沸點工質的總質量濃度為50％～80％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
4.低溫間室的溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-15℃～-5℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時，則低沸點工質的總質量濃度為25％～45％，高沸點工質的總質量濃度為55％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
5.低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-5℃～10℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時，則低沸點工質的總質量濃度為15％～45％，高沸點工質的總質量濃度為55％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
6.低溫間室的溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-5℃～10℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時，則低沸點工質的總質量濃度為25％～45％，高沸點工質的總質量濃度為55％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
7.低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室製冷量是高溫間室製冷量的2倍時，則低沸點工質的總質量濃度為25％～50％，高沸點工質的總質量濃度為50％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
8.低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室製冷量是高溫間室製冷量的1/2時，則低沸點工質的總質量濃度為15％～35％，高沸點工質的總質量濃度為65％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
上述質量濃度範圍的多元混合製冷劑對應於系統的工作壓力範圍高壓在0.5MPa～2.5MPa範圍，低壓在0.05MPa～0.2MPa範圍內(均為絕對壓力)，壓力比在5～17。
圖1、圖2、圖3為中國專利CN03262516.2使用單臺壓縮機製取雙蒸發溫度的三種不同形式的循環流程圖，其中201為壓縮機、202為冷凝器、203為氣液分離器、205為高溫蒸發器、206為冷凝蒸發器、207為節流閥、208為低溫蒸發器、209為單向閥。以圖1為例，其循環流程為壓縮機201將混合製冷劑蒸氣壓縮，混合製冷劑中的部分蒸氣在冷凝器202中冷凝，然後在氣液分離器203進行氣液分離分兩路流出，從氣液分離器中出來的液體製冷劑經過節流閥204節流進入高溫蒸發器205製取高的蒸發溫度，部分沒有蒸發完的製冷劑氣液混合物進入冷凝蒸發器206，將從氣液分離器中出來的氣體製冷劑冷凝成液態製冷劑，該液態製冷劑經過節流閥207節流進入低溫蒸發器208製取低的蒸發溫度，然後從低溫蒸發器208中出來的氣體製冷劑經單向閥209和從冷凝蒸發器206中出來的氣體製冷劑混合，一起回到壓縮機201中。
具體實施例方式
下面結合附圖給出的具體實施例，對本發明專利作進一步的詳細描述。
實施例1環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖201所示，混合工質質量濃度及性能見表1，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質為高、低溫間室提供的冷量表1
實施例2環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖202所示，混合工質質量濃度及性能見表2，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質為高、低溫間室提供的冷量。
表2
實施例3環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-15℃～-5℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖203所示，混合工質質量濃度及性能見表3，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質為高、低溫間室提供的冷量。
表3
實施例4環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-15℃～-5℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖201所示，混合工質質量濃度及性能見表4，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質為高、低溫間室提供的冷量。
表4
實施例5環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-5℃～10℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖201所示，混合工質質量濃度及性能見表5，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質為高、低溫間室提供的冷量。
表5
實施例6環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-5℃～10℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖201所示，混合工質質量濃度及性能見表6，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質為高、低溫間室提供的冷量。
表6
實施例7環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室製冷量是高溫間室製冷量2倍時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖201所示，混合工質質量濃度及性能見表7，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質低溫間室提供的冷量。
表7
實施例8環境溫度為25℃，雙溫冰箱的低溫間室溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室製冷量是高溫間室製冷量1/2時適用的多元混合工質；其製冷循環如圖201所示，混合工質質量濃度及性能見表8，其中w表示單位質量混合工質所耗壓縮功，q表示單位質量混合工質為低溫間室提供的冷量。
表8
上述實施例表明，本發明的多元混和工質可以在單級全封閉壓縮機驅動下提供與上述兩個溫度區間相對應的蒸發溫度。
需明確說明的是(1)圖2-1、2-2、2-3是使用單臺壓縮機製取雙蒸發溫度的三種不同形式的基本循環流程圖，如果通過增加換熱設備或儲液設備來改變循環流程，而採用上述低沸點工質和高沸點工質構成的多元混合製冷劑的配比來製取低溫間室溫度為-60℃～-40℃、高溫間室溫度為-25℃～10℃的雙溫冰箱，同樣屬於本發明的保護範圍；(2)如果改變冷凍室製冷量和冷藏室製冷量的比例，而採用上述低沸點工質和高沸點工質構成的多元混合製冷劑的配比來製取低溫間室溫度為-60℃～-40℃、高溫間室溫度為-25℃～10℃的雙溫冰箱，同樣屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室溫度為-60℃～-40℃、高溫間室溫度為-25℃～10℃，低溫間室和高溫間室的製冷量之比為任意比例，它由低沸點和高沸點兩組工質組成，其中低沸點工質選擇四氟甲烷、乙烯、乙烷、氟乙烯、全氟乙烯、三氟甲烷、氟代甲烷、全氟乙烷、二氧化碳、二氟甲烷其中的一種或兩種以上的混合物；高沸點工質選擇1，1，1-三氟乙烷、氟乙烷、丙烯、丙烷、全氟丙烷、丙二烯、環丙烷、二氟一氯甲烷、五氟一氯乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、1，1-二氟乙烷、異丁烷、正丁烷、1-丁烯、異丁烯、1，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、1，1，2，2，3-五氟丙烷、四氟一氯乙烷的一種或兩種以上的混合物；其中低沸點工質的總質量濃度為15％～50％；高沸點工質的總質量濃度為50％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
2.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-60℃～-50℃、高溫間室溫度為-25℃～-15℃、低溫間室和高溫間室製冷量相同；其中低沸點工質的總質量濃度為25％～50％；高沸點工質的總質量濃度為50％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
3.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同；其中低沸點工質的總質量濃度為15％～45％；高沸點工質的總質量濃度為55％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
4.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-15℃～-5℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同時；其中低沸點工質的總質量濃度為20％～50％；高沸點工質的總質量濃度為50％～80％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
5.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-15℃～-5℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同；其中低沸點工質的總質量濃度為25％～45％；高沸點工質的總質量濃度為55％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
6.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-5℃～10℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同；其中低沸點工質的總質量濃度為15％～45％；高沸點工質的總質量濃度為55％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
7.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-50℃～-40℃，高溫間室溫度為-5℃～10℃，低溫間室和高溫間室製冷量相同；其中低沸點工質的總質量濃度為25％～45％；高沸點工質的總質量濃度為55％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
8.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室製冷量是高溫間室製冷量的2倍；其中低沸點工質的總質量濃度為25％～50％；高沸點工質的總質量濃度為50％～75％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
9.如權利要求1所述的適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，其特徵在於，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室的溫度為-60℃～-50℃，高溫間室溫度為-25℃～-15℃，低溫間室製冷量是高溫間室製冷量的1/2；其中低沸點工質的總質量濃度為15％～35％；高沸點工質的總質量濃度為65％～85％，兩組物質的質量濃度之和為100％。
全文摘要
本發明涉及一種適用於單機蒸氣壓縮式製冷裝置製取雙溫的多元混和工質，製得的多元混和工質用於雙溫循環製取低溫間室溫度為－60℃～－40℃、高溫間室溫度為－25℃～10℃，低溫間室和高溫間室的製冷量之比為任意比例，它由低沸點和高沸點兩組工質組成多元混合製冷劑，其中低沸點工質選擇四氟甲烷、乙烯、乙烷、氟乙烯、全氟乙烯、三氟甲烷、氟代甲烷、全氟乙烷、二氧化碳、二氟甲烷、五氟乙烷其中的一種或兩種以上的混合物；高沸點工質選擇三氟乙烷、氟乙烷、丙烯、丙烷、全氟丙烷、丙二烯、環丙烷、二氟一氯甲烷、五氟一氯乙烷、四氟乙烷、二氟乙烷、異丁烷、正丁烷、丁烯、異丁烯、七氟丙烷、六氟丙烷、五氟丙烷、四氟一氯乙烷一種或兩種以上的混合物。
文檔編號C09K5/04GK1789367SQ20051012451
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月9日 優先權日2005年12月9日
發明者晏剛, 任挪穎, 顏俊, 解國珍, 厲彥忠, 吳業正 申請人:西安交通大學