本發(fā)明涉及制冷及低溫技術(shù)領(lǐng)域中的制冷機，具體為一種多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前近十幾年快速發(fā)展的多元非共沸混合工質(zhì)一次節(jié)流制冷機，由壓縮機，油分離器，冷凝器，干燥過濾器，逆流換熱器，蒸發(fā)器和節(jié)流元件組成。其結(jié)構(gòu)簡單，且熱效率較高。

但是由于采用多元非共沸混合工質(zhì)一次節(jié)流，高溫級工質(zhì)全部參與蒸發(fā)器循環(huán)，所以蒸發(fā)器溫度滑移大；而且高溫油分離器的油分離效果較差，潤滑油在200k以下容易固化，所以在制取200k以下的低溫時，容易出現(xiàn)油堵和蒸發(fā)器換熱效率下降；而且采用多元非共沸混合工質(zhì)一次節(jié)流，在制冷機初啟動時，由于眾多低溫級工質(zhì)無法冷凝，在蒸發(fā)器回氣熱阻下循環(huán)很慢，造成系統(tǒng)高壓過高，低壓過低，壓縮比過高，排氣溫度過高；而且隨目標制取溫度的下降，環(huán)境溫度的上升，這種現(xiàn)象更明顯；導(dǎo)致制冷機的可靠性下降。

另外一種快速發(fā)展的多元非共沸混合工質(zhì)分離循環(huán)制冷機，分單級分離循環(huán)和多級分離循環(huán)，單級精餾分凝分離循環(huán)和多級精餾分凝分離循環(huán)。

單級分離循環(huán)其特點是壓縮機排出的混合工質(zhì)在常溫環(huán)境下冷凝后經(jīng)過氣液分離器，分成液相組分節(jié)流和氣相組分進行逆流換熱，氣相組分液化后節(jié)流進蒸發(fā)器制冷。

多級分離循環(huán)其特點是壓縮機排出的混合工質(zhì)在常溫環(huán)境下冷凝后經(jīng)過氣液分離器，分成液相組分節(jié)流和氣相組分進行逆流換熱，氣相組分經(jīng)逆流換熱被冷卻后再次接入氣液分離器，如此不斷疊加，直到堆疊到需要的級數(shù)；再將最后一級分離出的氣相經(jīng)逆流換熱液化后節(jié)流進蒸發(fā)器制冷。

單級精餾分凝分離循環(huán)其特點是壓縮機排出的混合工質(zhì)在常溫環(huán)境下冷凝后經(jīng)過精餾分凝氣液分離器，分成液相組分節(jié)流和氣相組分進行逆流換熱，氣相組分液化后節(jié)流進蒸發(fā)器制冷；精餾分凝汽液分離器和普通分離器相比，在上部加入有垂直方向出氣通道的回氣換熱器，中部有精餾柱，混合工質(zhì)從下部進入，通過精餾柱上升，分離出大部分液相，氣相利用回氣冷量冷卻變成液滴，液滴下降流入精餾柱再次分離，增加分離的液相組分比例。

多級精餾分凝分離循環(huán)其特點是相當于多級分離循環(huán)的所有普通氣液分離器全部替換成單級精餾分凝分離循環(huán)中的精餾分凝汽液分離器；其他和多級分離循環(huán)一樣。

對于單級分離循環(huán)，由于分離點是環(huán)溫，導(dǎo)致分離后的氣相成分中還含有過多的高溫級工質(zhì)組分，逆流換熱后進入蒸發(fā)器蒸發(fā)，對比一次節(jié)流制冷機的溫度滑移，沒有很大的改善，只是改善了油分離效果。單級精餾分凝分離循環(huán)，雖然改善了混合工質(zhì)分離效果，但是精餾分凝分離器是非通用部件，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了制作難度。

對于多級分離循環(huán)，由于分離級數(shù)增加，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性下降。多級精餾分凝分離循環(huán)相對來說，系統(tǒng)更加復(fù)雜，增加了制作難度。

同樣，由于采用多元非共沸混合工質(zhì)分離循環(huán)，在制冷機初啟動時，低溫級工質(zhì)在蒸發(fā)器回氣熱阻下，基本不循環(huán)，造成系統(tǒng)高壓過高，低壓過低，壓縮比過高，排氣溫度過高；而且隨目標制取溫度的降低，環(huán)境溫度的上升，這種現(xiàn)象更明顯；導(dǎo)致制冷機的可靠性下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述的問題，本發(fā)明提供了一種多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)，該發(fā)明利用冷凝機組模塊，中間換熱模塊和蒸發(fā)器模塊配合，具有較高效率，運行可靠，高性價比，應(yīng)用范圍廣的改進型多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)，包括冷凝機組模塊，中間換熱模塊和蒸發(fā)器模塊；

所述冷凝機組模塊的高壓出口與所述中間換熱模塊的高壓進口相連接；

所述冷凝機組模塊的低壓進口與所述中間換熱模塊的低壓出口相連接；

所述中間換熱模塊的高壓出口與所述蒸發(fā)器模塊高壓進口相連接；

所述中間換熱模塊的低壓進口管與所述蒸發(fā)器模塊低壓出口相連接。

進一步，所述冷凝機組模塊包括壓縮機、油分離器、冷凝器和干燥過濾器；所述壓縮機、所述冷凝器和所述干燥過濾器依次連接，所述油分離器設(shè)置在所述壓縮機和所述冷凝器之間，用于分離潤滑油。

進一步，所述中間換熱模塊包括輔助壓力調(diào)節(jié)閥、輔助儲氣罐、輔助節(jié)流元件、前置逆流換熱器、特定溫區(qū)氣液分離器、液相組分節(jié)流元件和后置逆流換熱器；所述冷凝機組模塊通過所述前置逆流換熱器和所述后置逆流換熱器與所述蒸發(fā)器模塊相連；所述特定溫區(qū)氣液分離器設(shè)置在所述前置逆流換熱器和所述后置逆流換熱器之間，用于分離潤滑油和混合工質(zhì)；所述輔助壓力調(diào)節(jié)閥、所述輔助儲氣罐和所述輔助節(jié)流元件依次安裝在所述中間換熱模塊的入口端分流處，所述輔助節(jié)流元件出口與所述前置逆流換熱器的低壓進口相連接。

進一步，所述后置逆流換熱器包括后置一級逆流換熱器和后置二級逆流換熱器，所述液相組分節(jié)流元件設(shè)置在所述特定溫區(qū)氣液分離器與所述后置二級逆流換熱器之間。

進一步，所述輔助壓力調(diào)節(jié)閥包括空調(diào)泄壓閥、壓力控制電磁閥或者溫度控制電磁閥。

進一步，所述蒸發(fā)器模塊包括蒸發(fā)器和蒸發(fā)器節(jié)流元件，所述中間換熱模塊通過所述蒸發(fā)器和所述蒸發(fā)器節(jié)流元件以使溫度降低。

本發(fā)明具有的有益效果包括：

本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的單級分離循環(huán)的中間換熱模塊的入口段分流安裝輔助壓力調(diào)節(jié)閥，輔助儲氣罐，輔助節(jié)流元件，輔助節(jié)流元件出口接在前置逆流換熱器的低壓進口，在系統(tǒng)初啟動時提供輔助的工質(zhì)循環(huán)，降低高壓，提高低壓，加大前置逆流換熱器的回熱冷量，降低壓縮比和排氣溫度，大幅提高初始階段的降溫速度，顯著改善系統(tǒng)的可靠性。

本發(fā)明按照潤滑油種類和油分離器的效果，通過理論計算和實驗測試，選取合適的前置逆流換熱器和后置逆流換熱器，使氣液分離器可以在特定設(shè)計溫區(qū)工作，達到使混合工質(zhì)和潤滑油按設(shè)計分離的效果，大幅度減少高溫級和中間級工質(zhì)進入蒸發(fā)器的分量，減少低溫級工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)的溫度滑移。

上述系統(tǒng)相當于兩個獨立的多元非共沸混合工質(zhì)一次節(jié)流制冷機在一個系統(tǒng)內(nèi)自復(fù)疊。由于大幅度簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，全部零部件采用通用件，顯著改善了可靠性，改善了初始降溫速度，改善了壓縮機工作條件。復(fù)疊點由前置逆流換熱器和后置逆流換熱器的換熱能力確定，潤滑油的種類和油分離器的分離效果顯著影響復(fù)疊點的設(shè)計選擇。輔助壓力調(diào)節(jié)閥的工作壓力取決于系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)的耐壓設(shè)計。

利用冷凝機組模塊，中間換熱模塊和蒸發(fā)器模塊配合，具有較高效率，運行可靠，高性價比，應(yīng)用范圍廣的改進型多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明所述的多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是冷凝機模塊各零部件與中間換熱模塊的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是冷凝機模塊與中間換熱模塊各零部件的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是中間換熱模塊與蒸發(fā)器模塊的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明如下：

1、冷凝機組模塊；101、壓縮機；102、油分離器；103、冷凝器；104、干燥過濾器；2、中間換熱模塊；201、輔助壓力調(diào)節(jié)閥；202、輔助儲氣罐；203、輔助節(jié)流元件；204、前置逆流換熱器；205、特定溫區(qū)氣液分離器；206、液相組分節(jié)流元件；207、后置一級逆流換熱器；208、后置二級逆流換熱器；3、蒸發(fā)器模塊；301、蒸發(fā)器；302、蒸發(fā)器節(jié)流元件。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。

如圖1-圖4所示，本發(fā)明提供了一種多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)，包括冷凝機組模塊1，中間換熱模塊2和蒸發(fā)器模塊3；

所述冷凝機組模塊1的高壓出口與所述中間換熱模塊2的高壓進口相連接；

所述冷凝機組模塊1的低壓進口與所述中間換熱模塊2的低壓出口相連接；

所述中間換熱模塊2的高壓出口與所述蒸發(fā)器模塊3高壓進口相連接；

所述中間換熱模塊2的低壓進口管與所述蒸發(fā)器模塊3低壓出口相連接。

所述冷凝機組模塊1包括壓縮機101、油分離器102、冷凝器103和干燥過濾器104；所述壓縮機101、所述冷凝器103和所述干燥過濾器104依次連接，所述油分離器102設(shè)置在所述壓縮機101和所述冷凝器103之間，用于分離潤滑油。

所述中間換熱模塊2包括輔助壓力調(diào)節(jié)閥201、輔助儲氣罐202、輔助節(jié)流元件203、前置逆流換熱器204、特定溫區(qū)氣液分離器205、液相組分節(jié)流元件206和后置逆流換熱器；所述冷凝機組模塊1通過所述前置逆流換熱器204和所述后置逆流換熱器與所述蒸發(fā)器模塊3相連；所述特定溫區(qū)氣液分離器205設(shè)置在所述前置逆流換熱器204和所述后置逆流換熱器之間，用于分離潤滑油和混合工質(zhì)；所述輔助壓力調(diào)節(jié)閥201、所述輔助儲氣罐202和所述輔助節(jié)流元件203依次安裝在所述中間換熱模塊2的入口端分流處，所述輔助節(jié)流元件203出口與所述前置逆流換熱器204的低壓進口相連接。

所述后置逆流換熱器包括后置一級逆流換熱器207和后置二級逆流換熱器208，所述液相組分節(jié)流元件206設(shè)置在所述特定溫區(qū)氣液分離器205與所述后置二級逆流換熱器208之間。

所述輔助壓力調(diào)節(jié)閥包括空調(diào)泄壓閥、壓力控制電磁閥或者溫度控制電磁閥，因此所述輔助壓力調(diào)節(jié)閥201為空調(diào)泄壓閥、壓力控制電磁閥或者溫度控制電磁閥。

所述蒸發(fā)器模塊3包括蒸發(fā)器301和蒸發(fā)器節(jié)流元件302，所述中間換熱模塊2通過所述蒸發(fā)器301和所述蒸發(fā)器節(jié)流元件302以使溫度降低。

應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)如下：

利用冷凝機組模塊1，中間換熱模塊2和蒸發(fā)器模塊3配合，通過冷凝機組模塊1的高壓出口管連接中間換熱模塊2的高壓進口管，冷凝機組模塊1的低壓進口管連接中間換熱模塊2的低壓出口管；中間換熱模塊2的高壓出口管連接蒸發(fā)器模塊3的高壓進口管，中間換熱模塊2的低壓進口管連接蒸發(fā)器模塊3的低壓出口管；所述中間換熱模塊2，由輔助壓力調(diào)節(jié)閥201，輔助儲氣罐202，輔助節(jié)流元件203，前置逆流換熱器204，特定溫區(qū)氣液分離器205，液相組分節(jié)流元件206，后置一級逆流換熱器207和后置二級逆流換熱器208組成。輔助壓力調(diào)節(jié)閥201優(yōu)選是空調(diào)卸荷閥等此類壓力調(diào)節(jié)閥，也可以是壓力或溫度控制的電磁閥。特定溫區(qū)氣液分離器205是普通氣液分離器，按照潤滑油種類和油分離器102的效果，通過前置逆流換熱器204和后置逆流換熱器的配比，可以在特定設(shè)計溫區(qū)工作(一般在0攝氏度到-60攝氏度之間，通過選用高效油分離器102和無石蠟析出型潤滑油，大通徑節(jié)流元件，無死區(qū)管道設(shè)計，實驗驗證確保分離后液相工質(zhì)中的潤滑油不會堵塞管道的情況下，此溫度可設(shè)計到-60攝氏度以下)。

本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的單級分離循環(huán)的中間換熱模塊2的入口段分流安裝輔助壓力調(diào)節(jié)閥201，輔助儲氣罐202，輔助節(jié)流元件203，輔助節(jié)流元件203出口接在前置逆流換熱器204的低壓進口，在系統(tǒng)初啟動時提供輔助的工質(zhì)循環(huán)，降低高壓，提高低壓，加大前置逆流換熱器204的回熱冷量，降低壓縮比和排氣溫度，大幅提高初始階段的降溫速度，顯著改善系統(tǒng)的可靠性。

本發(fā)明按照潤滑油種類和油分離器102的效果，通過理論計算和實驗測試，選取合適的前置逆流換熱器204和后置逆流換熱器，使氣液分離器可以在特定設(shè)計溫區(qū)工作，達到使混合工質(zhì)和潤滑油按設(shè)計分離的效果，大幅度減少高溫級和中間級工質(zhì)進入蒸發(fā)器301的分量，減少低溫級工質(zhì)在蒸發(fā)器301內(nèi)的溫度滑移。

上述系統(tǒng)相當于兩個獨立的多元非共沸混合工質(zhì)一次節(jié)流制冷機在一個系統(tǒng)內(nèi)自復(fù)疊。由于大幅度簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，全部零部件采用通用件，顯著改善了可靠性，改善了初始降溫速度，改善了壓縮機101工作條件。復(fù)疊點由前置逆流換熱器204和后置逆流換熱器的換熱能力確定，潤滑油的種類和油分離器102的分離效果顯著影響復(fù)疊點的設(shè)計選擇。輔助壓力調(diào)節(jié)閥201的工作壓力取決于系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)的耐壓設(shè)計。

其優(yōu)點在于：利用冷凝機組模塊1，中間換熱模塊2和蒸發(fā)器模塊3配合，具有較高效率，運行可靠，高性價比，應(yīng)用范圍廣的改進型多元混合工質(zhì)單級分離節(jié)流循環(huán)深冷制冷系統(tǒng)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。