專利名稱：一種帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫制冷技術(shù)，尤其涉及一種帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
經(jīng)典復(fù)疊制冷循環(huán)，隨著復(fù)疊級(jí)數(shù)的增加，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。自行復(fù)疊制冷循環(huán)，又稱為自復(fù)疊制冷循環(huán)或自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)或內(nèi)復(fù)疊制冷循環(huán)，可以根據(jù)所要達(dá)到的制冷溫度，選擇兩種或兩種以上組分的混合工質(zhì)，在循環(huán)中布置一個(gè)或多個(gè)氣液分離器對混合工質(zhì)進(jìn)行分凝分離，或采用精餾裝置進(jìn)行分離。圖1所示為傳統(tǒng)自復(fù)疊制冷系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)。圖中低壓混合制冷劑蒸汽經(jīng)過壓縮機(jī)1壓縮成高溫高壓的混合制冷劑，然后流到第一冷凝器2中，進(jìn)行冷卻冷凝，再進(jìn)入氣液分離器3中進(jìn)行氣液分離，氣液分離出來的以高沸點(diǎn)工質(zhì)為主的飽和高壓液體經(jīng)過第一節(jié)流閥9節(jié)流到系統(tǒng)低壓。氣液分離出來的以低沸點(diǎn)工質(zhì)為主的飽和氣體混合物進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器10放熱，再依次通過回?zé)崞?、第二節(jié)流閥7節(jié)流至系統(tǒng)低壓，進(jìn)入第一蒸發(fā)器8進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生制冷。吸熱過程結(jié)束后的低沸點(diǎn)為主的工質(zhì)從第一蒸發(fā)器8流出進(jìn)入回?zé)崞?，用于回收其剩余的冷量。然后再與前述的通過第一節(jié)流閥9節(jié)流的低壓高沸點(diǎn)為主的工質(zhì)匯合進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器10吸熱，最后被壓縮機(jī)1吸入完成整個(gè)循環(huán)流程。上面所述的自復(fù)疊系統(tǒng)類型在制取低溫時(shí)，系統(tǒng)的性能系數(shù)(COP)通常很低，即要在低溫下獲得大的制冷量就必須輸入非常多的機(jī)械功，同時(shí)為了達(dá)到更低的制冷溫度， 如在氣體液化循環(huán)中，通常需要多級(jí)的分離過程，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。目前對自復(fù)疊制冷循環(huán)效果改進(jìn)的方法通常是選用不同的制冷工質(zhì)、優(yōu)化工質(zhì)組成及配比、提高高低沸點(diǎn)組分氣液分離效果等，例如中國專利公開號(hào)CN200710164848.8， “精餾型混合工質(zhì)自復(fù)疊氣體液化系統(tǒng)”公開了一種帶有精餾裝置的氣體液化系統(tǒng)，其具有依次連接的壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過濾器、精餾裝置、第一換熱器、第二換熱器、第一節(jié)流閥、 第三換熱器、氣液分離器。該系統(tǒng)利用精餾裝置來代替氣液分離器，用來冷卻分離混合工質(zhì)氣體，以減少傳統(tǒng)混合工質(zhì)氣體液化系統(tǒng)中分離級(jí)數(shù)過多的問題。雖然該系統(tǒng)能夠有效的簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但精餾裝置的設(shè)計(jì)相對氣液分離器來說較復(fù)雜，增加了系統(tǒng)分析的復(fù)雜程度。渦流管具有溫度分離效應(yīng)，可將氣流分離為冷氣流和熱氣流。但現(xiàn)有技術(shù)中用渦流管來增加對外放熱的系統(tǒng)，通常用來獲得高溫，達(dá)到熱泵的效果。例如中國專利申請?zhí)?200710018736. 1，“一種帶有渦流管的高溫?zé)岜孟到y(tǒng)”公開了一種帶有壓縮機(jī)以及與壓縮機(jī)的排氣管相連接的渦流管的高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，雖然該系統(tǒng)利用渦流管提高氣流的溫度，在水的二次加熱后，可以達(dá)到更高的溫度。但這種利用壓縮機(jī)消耗能量來實(shí)現(xiàn)放熱過程本質(zhì)上不是一種對于現(xiàn)有損失能量的回收利用，而是利用高品位的電能來產(chǎn)生低品位的熱能的方式
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，利用渦流管回收普通節(jié)流過程的壓力損失，對高壓低沸點(diǎn)為主工質(zhì)的能量實(shí)現(xiàn)有效的利用，用于對環(huán)境額外放熱，提高了系統(tǒng)的 C0P，達(dá)到了節(jié)能的效果。一種帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一冷凝器、氣液分離器、第一節(jié)流閥、 冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞?、第二?jié)流閥、第一蒸發(fā)器、渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機(jī)依次串聯(lián)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(jìn)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(jìn)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后，與所述的冷凝蒸發(fā)器的熱端流體進(jìn)口、冷凝蒸發(fā)器的熱端流體出口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w出口、第一節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口依次串聯(lián)；所述的氣液分離器的液體出口連接所述的第一節(jié)流閥，所述的第一節(jié)流閥的出口與所述的回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口連成一路后，與所述的冷凝蒸發(fā)器的冷端流體進(jìn)口相連，冷凝蒸發(fā)器的冷端流體出口連接所述的壓縮機(jī)。此外，本發(fā)明還提供了一種精餾型帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一冷凝器、精餾裝置、第一節(jié)流閥、回?zé)崞?、第二?jié)流閥、第一蒸發(fā)器、渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機(jī)依次串聯(lián)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(shè)有的頂部換熱器的第一進(jìn)口相連，頂部換熱器的第一出口與所述的渦流管的進(jìn)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(jìn)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后，與所述的回?zé)崞鞯臒岫肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w出口、第一節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口依次串聯(lián)；所述的精餾裝置的底部液體出口連接第一節(jié)流閥，所述的第一節(jié)流閥的出口與所述的回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口連成一路后，與所述頂部換熱器的第二進(jìn)口相連，所述的頂部換熱器的第二出口連接所述的壓縮機(jī)。此外，本發(fā)明還提供了一種雙溫制冷的帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一冷凝器、氣液分離器、第一節(jié)流閥、回?zé)崞?、第二?jié)流閥、第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器、渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機(jī)依次串聯(lián)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(jìn)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(jìn)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后，與所述的回?zé)崞鞯臒岫肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w出口、第一節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口依次串聯(lián)；所述的氣液分離器的液體出口依次串聯(lián)第一節(jié)流閥、 第二蒸發(fā)器；所述的第二蒸發(fā)器的出口與所述的回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口連成一路后，與所述的壓縮機(jī)相連。本發(fā)明自復(fù)疊系統(tǒng)中使用的流體工質(zhì)為由鹵代烴或/與醇類或/與無機(jī)物等制冷劑組成的混合工質(zhì)。本發(fā)明在傳統(tǒng)自復(fù)疊系統(tǒng)中增設(shè)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(huán)境放熱的高壓低沸點(diǎn)工質(zhì)為主的氣體進(jìn)行分離，得到高于環(huán)境溫度的氣體；利用第二冷凝器將這部分的氣體對環(huán)境進(jìn)行額外放熱。整個(gè)裝置對傳統(tǒng)自復(fù)疊系統(tǒng)中未利用到的氣液分離裝置分離出來的高壓低沸點(diǎn)工質(zhì)為主的氣體進(jìn)行再利用，回收了直接節(jié)流帶來的能量損失，使得在消耗同樣壓縮機(jī)功率的情況下，在相同的制冷溫度下產(chǎn)生更多的制冷量，從而有效地提高了系統(tǒng)的COP。本發(fā)明的第一個(gè)方案提供的帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)就能大幅改善圖1所示系統(tǒng)的COP。另外，本發(fā)明只在傳統(tǒng)自復(fù)疊系統(tǒng)中額外增加一個(gè)渦流管與一個(gè)冷凝器，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，同時(shí)由于渦流管與第二冷凝器并非運(yùn)動(dòng)部件，故能充分發(fā)揮本發(fā)明自復(fù)疊系統(tǒng)在氣液分離器至第一蒸發(fā)器間無運(yùn)動(dòng)部件的優(yōu)勢，并且由于在循環(huán)機(jī)理上屬于自復(fù)疊制冷循環(huán)，因此在多種不同的非共沸制冷劑組合下都能工作，適用范圍廣。


圖1是傳統(tǒng)自復(fù)疊制冷系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)的流程示意圖；圖2是本發(fā)明采用R23/R600a混合制冷劑作為工質(zhì)的帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)的流程示意圖；圖3是本發(fā)明采用R23/R13^混合制冷劑作為工質(zhì)的帶渦流管的精餾型自復(fù)疊系統(tǒng)的流程示意圖；圖4是本發(fā)明采用R23/R600a混合制冷劑作為工質(zhì)的雙溫制冷的帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)的流程示意圖；其中1、壓縮機(jī)；2、第一冷凝器；3、氣液分離器；4、渦流管；5、第二冷凝器；6、回?zé)崞鳎?、第二節(jié)流閥；8、第一蒸發(fā)器；9、第一節(jié)流閥；10、冷凝蒸發(fā)器；11、精餾裝置；12、第二蒸發(fā)器；13、頂部換熱器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是在傳統(tǒng)自復(fù)疊系統(tǒng)上增加了渦流管和冷凝器，可適用于各類自復(fù)疊系統(tǒng)，以下實(shí)施例僅是作為示例性，并非限制本發(fā)明的范圍。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1參見圖2，圖2是本發(fā)明采用R23/R600a混合制冷劑作為工質(zhì)的帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)的流程示意圖。一種帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)包括壓縮機(jī)1、第一冷凝器2、氣液分離器 3、渦流管4、第二冷凝器5、回?zé)崞?、第二節(jié)流閥7、第一蒸發(fā)器8、第一節(jié)流閥9、冷凝蒸發(fā)器10。壓縮機(jī)1的氣體出口與第一冷凝器2的氣體進(jìn)口相連，第一冷凝器2的出口與氣液分離器3的進(jìn)口相連，氣液分離器3的頂部氣體出口與渦流管4的進(jìn)口相連，氣液分離器3 的底部液體出口與第一節(jié)流閥9的進(jìn)口相連，渦流管4的熱端出口與第二冷凝器5的氣體進(jìn)口相連，渦流管4的冷端出口與第二冷凝器5的出口匯聚成一路后，與冷凝蒸發(fā)器10的熱端流體進(jìn)口相連接，冷凝蒸發(fā)器10的熱端流體出口與回?zé)崞?的熱端流體進(jìn)口連接，回?zé)崞?的熱端流體出口與第二節(jié)流閥7的進(jìn)口連接，第二節(jié)流閥7的出口與第一蒸發(fā)器8 的制冷劑進(jìn)口相連接，第一蒸發(fā)器8的制冷劑出口與回?zé)崞?的冷端流體進(jìn)口相連接，回?zé)崞?的冷端流體出口與第一節(jié)流閥9的出口連接匯聚成一路后，與冷凝蒸發(fā)器10的冷端流體進(jìn)口相連接，冷凝蒸發(fā)器10的冷端流體出口與壓縮機(jī)1的氣體進(jìn)口相連接。在本實(shí)施例中，選用的工質(zhì)為R23與R600a所組成的混合制冷劑。其中高沸點(diǎn)工質(zhì)為R600a，低沸點(diǎn)工質(zhì)為R23。低壓混合制冷劑蒸汽經(jīng)過壓縮機(jī)1壓縮成高溫高壓的制冷劑，然后流到第一冷凝器2，冷卻冷凝到環(huán)境溫度30°C。此時(shí)的氣液混合物在氣液分離器3
5中進(jìn)行氣液分離。氣液分離出來的以高沸點(diǎn)工質(zhì)為主的飽和高壓液體經(jīng)過第一節(jié)流閥9節(jié)流到系統(tǒng)低壓。氣液分離出來的以低沸點(diǎn)工質(zhì)為主的飽和氣體混合物以高壓狀態(tài)進(jìn)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(huán)境放出大量的熱，再次冷卻冷凝到環(huán)境溫度30°C后，與渦流管4的冷端出口流出的低溫中壓流體混合， 進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器10中放熱。經(jīng)過冷凝蒸發(fā)器10后的低沸點(diǎn)為主的工質(zhì)，進(jìn)入回?zé)崞?中再次降溫，然后通過第二節(jié)流閥7節(jié)流至系統(tǒng)低壓，進(jìn)入第一蒸發(fā)器8中，進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生-60°C的低溫。吸熱過程結(jié)束后的低沸點(diǎn)為主的工質(zhì)從第一蒸發(fā)器8流出進(jìn)入回?zé)崞?， 用于回收其剩余的冷量。然后再與前述的通過第一節(jié)流閥9節(jié)流的低壓高沸點(diǎn)為主的工質(zhì)匯合進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器10中，蒸發(fā)吸熱，最后被壓縮機(jī)1吸入完成整個(gè)循環(huán)流程。通過對本實(shí)施例與圖1所示的自復(fù)疊系統(tǒng)的模擬計(jì)算，得到表1與表2。表ICOP 比較
權(quán)利要求
1.一種帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一冷凝器、氣液分離器、第一節(jié)流閥、冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞?、第二?jié)流閥、第一蒸發(fā)器，其特征在于還包括渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機(jī)依次串聯(lián)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(jìn)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(jìn)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后，與所述的冷凝蒸發(fā)器的熱端流體進(jìn)口、冷凝蒸發(fā)器的熱端流體出口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w出口、第二節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口依次串聯(lián)；所述的氣液分離器的液體出口連接第一節(jié)流閥，所述的第一節(jié)流閥的出口與所述的回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口連成一路后，與所述的冷凝蒸發(fā)器的冷端流體進(jìn)口相連，冷凝蒸發(fā)器的冷端流體出口連接所述的壓縮機(jī)。
2.一種精餾型帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一冷凝器、精餾裝置、第一節(jié)流閥、回?zé)崞鳌⒌诙?jié)流閥、第一蒸發(fā)器，其特征在于還包括渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機(jī)依次串聯(lián)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(shè)有的頂部換熱器的第一進(jìn)口相連，頂部換熱器的第一出口與所述的渦流管的進(jìn)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(jìn)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后，與所述的回?zé)崞鞯臒岫肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w出口、第二節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口依次串聯(lián)；所述的精餾裝置的底部液體出口連接第一節(jié)流閥，所述的第一節(jié)流閥的出口與所述的回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口連成一路后，連接所述頂部換熱器的第二進(jìn)口，所述的頂部換熱器的第二出口連接所述的壓縮機(jī)。
3.一種雙溫制冷的帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、第一冷凝器、氣液分離器、第一節(jié)流閥、回?zé)崞?、第二?jié)流閥、第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器，其特征在于還包括渦流管和第二冷凝器，所述的壓縮機(jī)依次串聯(lián)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(jìn)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(jìn)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后，與所述的回?zé)崞鞯臒岫肆黧w進(jìn)口、回?zé)崞鞯臒岫肆黧w出口、第一節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯睦涠肆黧w進(jìn)口、 回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口依次串聯(lián)；所述的氣液分離器的液體出口依次串聯(lián)第一節(jié)流閥、第二蒸發(fā)器；所述的第二蒸發(fā)器的出口與所述的回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口連成一路后，與所述的壓縮機(jī)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)，包括渦流管和第二冷凝器，壓縮機(jī)依次串聯(lián)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(jìn)口相連，渦流管的熱端出口連接第二冷凝器的進(jìn)口，渦流管的冷端出口與第二冷凝器的出口連成一路后，與冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞?、第二?jié)流閥、蒸發(fā)器、回?zé)崞饕来未?lián)；氣液分離器的液體出口連接第一節(jié)流閥，第一節(jié)流閥的出口與回?zé)崞鞯睦涠肆黧w出口連成一路后，與冷凝蒸發(fā)器的冷端流體進(jìn)口相連，冷凝蒸發(fā)器的冷端流體出口連接壓縮機(jī)。本發(fā)明還提供了精餾型帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)和雙溫制冷的帶渦流管的自復(fù)疊系統(tǒng)。本發(fā)明對高壓低沸點(diǎn)為主工質(zhì)的能量實(shí)現(xiàn)有效的利用，回收普通節(jié)流帶來的能量損失。
文檔編號(hào)F25B9/04GK102287949SQ20111015935
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者吳孔祥, 李濤, 王勤, 王征, 陳光明 申請人:浙江大學(xué)