專利名稱：深度制冷方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)從環(huán)境溫度到低溫的較寬溫度范圍內(nèi)的深度制冷方法及其裝置。
背景技術(shù)：
不同溫度的冷卻或冷凍，與國民經(jīng)濟和人民生活密切相關(guān)。特別是溫度較低的冷凍，在電子、通訊、生物、醫(yī)藥、化工、食品、材料及加工等行業(yè)中有著非常廣泛的用途。傳統(tǒng)的實現(xiàn)深度冷凍的方法是采用復(fù)疊是制冷裝置。這類制冷裝置利用兩個或兩個以上的制冷循環(huán)疊加起來，不同制冷溫度的循環(huán)采用不同的制冷劑，每個循環(huán)用一個壓縮機，高低溫循環(huán)間采用冷凝蒸發(fā)器銜接，在低溫循環(huán)還要采用膨脹容器以及非常高效的油分離裝置，因此系統(tǒng)非常復(fù)雜。由于對潤滑油的分離非常困難，在低溫下，潤滑油要凝固，從而使系統(tǒng)內(nèi)管路堵塞，因此這類裝置的運行穩(wěn)定性很差，使用壽命短。
近幾年發(fā)展起來的多元混合制冷劑一次節(jié)流制冷技術(shù)，避免了采用多個壓縮機的問題，但潤滑油的問題和效率低的問題仍然沒有解決。
最近研究的較多的是基于Kleemenko循環(huán)原理制作的制冷機。這類制冷機采用一個或幾個閃蒸器或分凝分離器，試圖分離潤滑油以及高低沸點的制冷劑，而且在每個這種分離器之間裝有一個或幾個換熱器。眾所周知，無論是閃蒸或者是分凝分離，都是分離效率非常低的分離方法，它們均不能提供足夠的讓各組份制冷劑以及潤滑油之間進行傳熱和傳質(zhì)的空間(接觸面積)和時間(汽液接觸停留時間)，因而不可能達到高效分離的目的。因此，在這些方法中都不得不使用油分離器。使用油分離器，不僅在回油時要讓大量的高壓制冷劑伴隨潤滑油在沒有制冷之前就返回壓縮機，造成能量浪費，降低循環(huán)效率，而且更嚴重的是，沒有被分離的少量潤滑油仍然會被帶到制冷系統(tǒng)的低溫部分，日積月累，就會導(dǎo)致系統(tǒng)的堵塞，影響系統(tǒng)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種深度制冷方法及其裝置。
深度制冷方法是利用精餾方法，把壓縮式制冷中多組份混合制冷劑以及潤滑油分離成兩種或兩種以上濃度不同的流體混合物；其中，潤滑油及高沸點制冷劑濃度高的部分流體被降壓后用來冷卻低沸點制冷劑濃度高的部分流體；最后被冷卻的低沸點制冷劑濃度最高的部分流體被減壓后用來冷卻外界物體，以實現(xiàn)從環(huán)境到低溫的較寬溫度范圍的制冷。
深度制冷裝置是壓縮機的高壓出口經(jīng)冷卻器與精餾柱底部相接，壓縮機的低壓出口依次與回?zé)崞?、主冷凝蒸發(fā)器、過冷器、蒸發(fā)器相接；蒸發(fā)器經(jīng)節(jié)流元件、過冷器與主冷凝蒸發(fā)器相接，主冷凝蒸發(fā)器與精餾柱頂部相接，精餾柱上部液相接口經(jīng)節(jié)流元件與過冷器和主冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)相接，第二冷凝蒸發(fā)器一端經(jīng)節(jié)流元件、回?zé)崞髋c精餾柱中部液相接口相接，第二冷凝蒸發(fā)器另一端與回?zé)崞鳌⒅骼淠舭l(fā)器并聯(lián)相接，精餾柱底部液相接口經(jīng)回?zé)崞鳌⒐?jié)流元件、第一冷凝蒸發(fā)器再與回?zé)崞飨嘟?，精餾柱內(nèi)設(shè)有第一主體部分、第二主體部分。
所說的精餾柱內(nèi)設(shè)有2個或2個以上的主體部分。
本發(fā)明由于采用了精餾的方法，使高低沸點的制冷劑得到有效的分離，特別是使?jié)櫥偷仍诘蜏叵乱痰慕M分得到高效的分離，使它們不被帶入到系統(tǒng)的低溫部分，避免了由于它們的凝固而引起的管路和/或節(jié)流元件的堵塞以及換熱效果的下降，提高了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和使用壽命。同時，因為不需要使用油分離器，避免了未經(jīng)制冷的高壓制冷劑隨潤滑油返回壓縮機所造成的能量浪費。此外，由于系統(tǒng)采用了回?zé)崞骱瓦^冷器等換熱器，使各種品位的能量得到了很好的回收，大大提高了系統(tǒng)的效率。
本發(fā)明實現(xiàn)的深度制冷裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，效率高，特別是運行可靠，使用壽命長。


圖1是采用兩級精餾的深度制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用三級精餾的深度制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是在一個制冷系統(tǒng)中實現(xiàn)多個不同溫度的制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，來自回?zé)崞?的低壓多組分混合制冷劑氣體被油潤滑制冷壓縮機1壓縮后，與少量來自壓縮機的潤滑油蒸汽一起進入冷卻器2冷卻放熱，再進入精餾柱3底部；在這里，富含高沸點制冷劑和潤滑油的液態(tài)混合物下沉底部，氣相部分上升進入精餾柱第一主體部分11。底部的液態(tài)混合物被引入回?zé)崞?放熱過冷，經(jīng)節(jié)流元件5減壓膨脹后進入第一冷凝蒸發(fā)器6吸熱，然后進入回?zé)崞?再吸熱后回到壓縮機。在精餾柱第一主體部分11內(nèi)的氣相混合物上升進入第一冷凝蒸發(fā)器6被冷卻，部分制冷劑蒸汽和潤滑油蒸汽從而成為液體，這些液體中低沸點組分的含量已經(jīng)比精餾柱底部液體中的低沸點組分含量要高。這些液體，一部分流入精餾柱第一主體部分11作為精餾過程的回流液，在其中與上升的氣相混合物進行熱質(zhì)交換，使氣相中的高沸點組分以及潤滑油蒸汽含量越來越低，回流液中的低沸點組分制冷劑含量越來越少。第一冷凝蒸發(fā)器6中的另一部分液體被引出到回?zé)崞?中放熱過冷，經(jīng)節(jié)流元件8減壓膨脹后進入第二冷凝蒸發(fā)器9吸熱，然后進入回?zé)崞?再吸熱后回到壓縮機。在第一冷凝蒸發(fā)器6中沒有被凝結(jié)成液體的氣體混合物繼續(xù)上升經(jīng)過精餾柱第二主體部分12，進入第二冷凝蒸發(fā)器9被冷卻，部分制冷劑蒸汽和已經(jīng)非常少量的潤滑油蒸汽從而成為液體，這些液體中低沸點組分的含量比第一冷凝蒸發(fā)器6液體中的低沸點組分含量要高。第二冷凝蒸發(fā)器9中的液體，一部分流入精餾柱第二主體部分12作為精餾過程的回流液，在其中與上升的氣相混合物進行熱質(zhì)交換，使氣相中的高沸點組分以及潤滑油蒸汽含量進一步降低，回流液中的低沸點組分制冷劑含量逐漸減少最后進入第一冷凝蒸發(fā)器6中。第二冷凝蒸發(fā)器9中的另一部分液體被引出經(jīng)節(jié)流元件13降壓膨脹后，經(jīng)主冷凝蒸發(fā)器14吸熱，再到回?zé)崞?吸熱后回到壓縮機。在第二冷凝蒸發(fā)器9中沒有被凝結(jié)成液體的富含低沸點制冷劑的氣體混合物中，已經(jīng)幾乎不含潤滑油，被引入主冷凝蒸發(fā)器14中放熱，部分或全部被冷凝成液體，再進入過冷器15進一步放熱過冷，然后經(jīng)節(jié)流元件16減壓膨脹后到蒸發(fā)器17中吸熱，從而實現(xiàn)制冷的目的。從蒸發(fā)器17中出來的低溫制冷劑經(jīng)過冷器15吸熱，再經(jīng)主冷凝蒸發(fā)器14吸熱，再經(jīng)回?zé)崞?吸熱后回到壓縮機1，從而完成全部循環(huán)。
上述所說的壓縮機1，為一普通用油潤滑的制冷壓縮機，它的作用是將低壓制冷劑壓縮升高壓力。
制冷劑為組分數(shù)大于或等于2，且小于10的非共沸混合制冷劑，各純組分可以從下列制冷劑中選擇R600a，R152a，R134a，R143a，R32，R23，R170，R50，R1150，以及大氣氣體中的一個或幾個組分。
冷卻器2為一換熱器，其作用在于，制冷劑在其中放出熱量，吸熱介質(zhì)可以為常溫水或空氣或其他流體。
節(jié)流元件5，為一減壓裝置，其作用是使高壓制冷劑減壓。它可以是一段毛細管，也可以是自動或手動的閥門，或它們的組合。
節(jié)流元件8，為一減壓裝置，其作用是使高壓制冷劑減壓。它可以是一段毛細管，也可以是自動或手動的閥門，或它們的組合。
節(jié)流元件13，為一減壓裝置，其作用是使高壓制冷劑減壓。它可以是一段毛細管，也可以是自動或手動的閥門，或它們的組合。
節(jié)流元件16，為一減壓裝置，其作用是使高壓制冷劑減壓。它可以是一段毛細管，也可以是自動或手動的閥門，或它們的組合。
回?zé)崞?，為一個或若干個換熱器，其一側(cè)通過低壓制冷劑流體，其另一側(cè)分別通過不同濃度的高壓制冷劑流體。
精餾柱第一主體11為一組合部件，由至少一個多孔板和可進行熱質(zhì)交換的填料或多個彼此隔開的多孔板組成，其作用為提供汽液相混合物流體進行熱質(zhì)交換的空間和時間。
精餾柱第二主體12為一組合部件，由至少一個多孔板和可進行熱質(zhì)交換的填料或多個彼此隔開的多孔板組成，其作用為提供汽液相混合物流體進行熱質(zhì)交換的空間和時間。
第一冷凝蒸發(fā)器6為一組合部件，其一側(cè)為低壓低溫制冷劑吸熱，其另一側(cè)為高壓制冷劑氣體被冷卻或冷凝放熱，冷凝液在其中被分成兩部分。
第二冷凝蒸發(fā)器9為一組合部件，其一側(cè)為低壓低溫制冷劑吸熱，其另一側(cè)為高壓制冷劑氣體被冷卻或冷凝放熱，冷凝液在其中被分成兩部分。
主冷凝蒸發(fā)器14為一換熱器，其一側(cè)為低壓低溫制冷劑吸熱，其另一側(cè)為高壓制冷劑過冷放熱。
過冷器15為一換熱器，其一側(cè)為低壓低溫制冷劑吸熱，其另一側(cè)為高壓制冷劑過冷放熱。
蒸發(fā)器17為一換熱器，其一側(cè)為低壓低溫制冷劑吸熱，其另一側(cè)為被冷卻物體放熱。
如圖2所示，在該方案中，由于增加了一個精餾單元，其結(jié)果將使得潤滑油被分離得更加徹底，用于最后制冷的低沸點制冷劑濃度將更高，因此可以被用于制冷溫度更低的場合。
如圖3所示，與圖2方案比較，在該方案中，從第一冷凝蒸發(fā)器31、第二冷凝蒸發(fā)器32和第三冷凝蒸發(fā)器33出來的低溫制冷劑不是被直接引入回?zé)崞?3，而是，讓它們先分別通過換熱器42、43、44后，再進入回?zé)崞?3。換熱器42、43和44的另一側(cè)就可以用來冷卻其他物體。由于在這些換熱器中制冷劑濃度不同，因此，雖然在相同壓力下，但它們的制冷溫度卻不同，從而實現(xiàn)了在一個制冷系統(tǒng)中多個不同溫度的制冷。
權(quán)利要求
1.一種深度制冷方法，其特征在于利用精餾方法，把壓縮式制冷中多組份混合制冷劑以及潤滑油分離成兩種或兩種以上濃度不同的流體混合物；其中，潤滑油及高沸點制冷劑濃度高的部分流體被降壓后用來冷卻低沸點制冷劑濃度高的部分流體；最后被冷卻的低沸點制冷劑濃度最高的部分流體被減壓后用來冷卻外界物體，以實現(xiàn)從環(huán)境到低溫的較寬溫度范圍的制冷。
2.一種深度制冷裝置，其特征在于壓縮機1的高壓出口經(jīng)冷卻器2與精餾柱3底部相接，壓縮機1的低壓出口依次與回?zé)崞?、主冷凝蒸發(fā)器14、過冷器15、、蒸發(fā)器17相接；蒸發(fā)器17經(jīng)節(jié)流元件16、過冷器15與主冷凝蒸發(fā)器14相接，主冷凝蒸發(fā)器14與精餾柱3頂部相接，精餾柱3上部液相接口經(jīng)節(jié)流元件13與過冷器15和主冷凝蒸發(fā)器14并聯(lián)相接，第二冷凝蒸發(fā)器9一端經(jīng)節(jié)流元件8、回?zé)崞?與精餾柱3中部液相接口相接，第二冷凝蒸發(fā)器9另一端與回?zé)崞?、主冷凝蒸發(fā)器14并聯(lián)相接，精餾柱3底部液相接口經(jīng)回?zé)崞?、節(jié)流元件5、第一冷凝蒸發(fā)器6再與回?zé)崞?相接，精餾柱內(nèi)設(shè)有第一主體部分11、第二主體部分12。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深度制冷裝置，其特征在于所說的精餾柱內(nèi)設(shè)有2個或2個以上的主體部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深度制冷方法及其裝置。深度制冷方法是利用精餾方法,把壓縮式制冷中多組份混合制冷劑以及潤滑油分離成兩種或兩種以上濃度不同的流體混合物;其中,潤滑油及高沸點制冷劑濃度高的部分流體被降壓后用來冷卻低沸點制冷劑濃度高的部分流體;最后被冷卻的低沸點制冷劑濃度最高的部分流體被減壓后用來冷卻外界物體,以實現(xiàn)從環(huán)境到低溫的較寬溫度范圍的制冷。本發(fā)明實現(xiàn)的深度制冷裝置具有結(jié)構(gòu)簡單,效率高,特別是運行可靠,使用壽命長等優(yōu)點。
文檔編號F25B1/00GK1363815SQ0211066
公開日2002年8月14日 申請日期2002年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月25日
發(fā)明者陳光明, 張紹志, 王勤 申請人:浙江大學(xué)