專利名稱:使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有幾個蒸發(fā)回路的壓縮制冷系統(tǒng)，特別涉及一種對非共沸
混合制冷劑進行分段冷凝和配比實現(xiàn)各級溫度及制冷量可調(diào)節(jié)的多溫度制冷的壓縮制冷 系統(tǒng)，屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會在很多場合下需要多溫度供冷，但是現(xiàn)有蒸汽壓縮制冷循環(huán)只能實現(xiàn)單 系統(tǒng)單溫度制冷，系統(tǒng)只有一個吸氣壓力，基于純工質(zhì)制冷劑的制冷循環(huán)通常只能提供一 個蒸發(fā)溫度，在單溫度下提供制冷量，不能滿足多溫度制冷的需求。目前制冷行業(yè)缺乏單機 多溫度制冷循環(huán)方面的技術(shù)，應(yīng)對市場的需求，工程上采用一些折中的技術(shù)處理。比如，在 新型輻射末端(天棚輻射或者地板輻射)的暖通技術(shù)中，同時需要新風(fēng)供應(yīng)系統(tǒng)，新風(fēng)機組 需要冷凍水供應(yīng)溫度7t:左右，以滿足對空氣的除濕要求；而為了避免表面結(jié)露，輻射末端 需要的冷凍水為18 2(TC左右，目前工程上針對新風(fēng)和輻射末端采用分別安裝兩套不同 機組的方法，來滿足兩種不同溫度冷凍水的要求，這種方法除了造價較高以外，還存在兩組 冷凍水相互獨立、不能相互調(diào)劑的缺陷。又如電冰箱，有雙溫度冰箱(冷凍、冷藏)和三溫
度冰箱(冷凍、保鮮、冷藏)，冷凍室溫度要求在-181:之間，保鮮室要求-7t:，冷藏室要求 5°C，目前冰箱技術(shù)采用對制冷劑過熱的方法獲得較高蒸發(fā)溫度的制冷量。這些現(xiàn)有方法降
低了壓縮裝置的效率，引進了較大的傳熱溫差，造成很大的不可逆?zhèn)鳠釗p失；同時，各個工
作室的制冷劑回路串成一線，各部分制冷量相互影響，不能適應(yīng)制冷量變化的要求?？傊?立在單溫度制冷循環(huán)上的制冷技術(shù)，不能滿足多溫度制冷的需求，將其應(yīng)用在多溫度制冷
的場所，存在造價高、C0P低、供冷量不匹配等方面的缺陷。
利用非共沸混合工質(zhì)的自動復(fù)疊原理，可以建立一機多溫度的制冷循環(huán)。但是， 到目前為止，非共沸混合工質(zhì)自動復(fù)疊式制冷循環(huán)裝置主要用于-60°C -200°C的低溫領(lǐng)
域，其目的是為了在目標(biāo)低溫區(qū)獲取最大制冷量和制冷效率，主要技術(shù)體現(xiàn)在對最低沸點 組分高效、高純度地分離。自動復(fù)疊只要求一個制冷溫度(一個溫度區(qū)間)，高沸點組分的 制冷量只是用于冷凝系統(tǒng)內(nèi)的最低沸點組分，不需要在中間溫度對外提供額外制冷量。因 此這種裝置面對多溫度供冷的需要，有待于進一步改進。
為了實現(xiàn)非共沸工質(zhì)一機多溫度的制冷循環(huán)，可以選擇不同壓力曲線的工質(zhì)組成 非共沸混合工質(zhì)系統(tǒng)，采用一臺壓縮裝置進行單級壓縮，在冷凝時進行復(fù)疊式蒸發(fā)冷凝，將 混合工質(zhì)按照沸點特性冷凝成多個部分，含有高沸點分子濃度高的部分可以用于產(chǎn)生較高 制冷溫度的制冷量，含有低沸點濃度高的部分用于產(chǎn)生低溫度制冷量。這樣可以根據(jù)制冷 溫度的不同需求，復(fù)疊冷凝成多個含有不同沸點不同比例的冷凝液，滿足多溫度制冷循環(huán) 的要求。此外，利用非共沸制冷劑具有相變滑移溫度的特點，還可以通過強化傳熱等方法， 減小換熱器中的傳熱溫差，并使整個傳熱過程維持近似相等的傳熱溫差，降低不可逆?zhèn)鳠?損失，提高系統(tǒng)COP。
對于使用非共沸混合制冷劑的單級壓縮多溫度制冷系統(tǒng)，已經(jīng)存在相似的專利。但是已經(jīng)公開的專利與本發(fā)明提出的系統(tǒng)存在較大差別，有些還存在明顯的缺陷需要改 進，比如
授權(quán)專利號CN 2667412Y所公開的"一種單機多溫蒸氣壓縮式制冷裝置"中，采用 蒸餾或精餾的方法"將混合制冷劑依次分離并全部液化"，將混合制冷劑中的各組分依次分 離為單組分工質(zhì)分別進行蒸發(fā)制冷，這種方法忽視了非共沸混合制冷劑具有相變滑移溫度 的優(yōu)點，會增加換熱器中的傳熱溫差，降低換熱器效率，因此使用復(fù)雜的蒸餾或精餾設(shè)備對 混合制冷劑依次分離和全部液化是完全沒有必要的；另外，其公開的裝置具體實施方式
中， 采用蒸發(fā)器和冷凝蒸發(fā)器串聯(lián)的方式，使用蒸發(fā)器出口的過熱或部分過熱的制冷劑對低沸 點氣態(tài)制冷劑進行冷凝，因為過熱或部分過熱的制冷劑的制冷量有限，因此這種串聯(lián)的方 式很難實現(xiàn)對低沸點氣態(tài)制冷劑的有效冷凝，因而會降低系統(tǒng)效率。
公開號CN 101025312A所公開的"具有可變蒸發(fā)溫度的多溫制冷機的制備方法" 中，僅能實現(xiàn)"其中一級蒸發(fā)溫度可以根據(jù)用戶要求來進行調(diào)整"，系統(tǒng)的靈活性和經(jīng)濟性 不高；同時，其蒸發(fā)溫度的調(diào)節(jié)是通過使用三通流量分配閥連接某一級(高溫或低溫)蒸發(fā) 器出口和另一級(低溫或高溫)蒸發(fā)器入口來實現(xiàn)的，因為蒸發(fā)器出口的制冷劑為過熱氣 體或部分過熱的氣液混合物，對于氣液混合物的流量分配是很難實現(xiàn)的，而將過熱氣體與 另一級蒸發(fā)器入口的液體制冷劑混合，對蒸發(fā)溫度的調(diào)節(jié)作用可謂微乎其微；其次，由于制 冷劑增加了一個蒸發(fā)器的流程，高溫(或低溫)蒸發(fā)器出口的制冷劑壓力是低于另一級蒸 發(fā)器的入口壓力的，因此僅僅依靠三通閥并無法實現(xiàn)制冷劑的流量分配，反而會因為存在 壓差而出現(xiàn)與其文中所稱的相反的流向，系統(tǒng)的可靠性與現(xiàn)實性均存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的是提供一種基于非共沸混合工質(zhì)的各級溫度和制冷 量可調(diào)節(jié)的使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置，實現(xiàn)一機多溫度的制冷系統(tǒng)，利用非共沸 混合工質(zhì)的自動復(fù)疊原理，解決使用兩套機組或利用制冷劑過熱提供雙溫度制冷量存在的 造價高、COP低、供冷量不匹配等方面的缺陷，同時解決傳統(tǒng)非共沸混合工質(zhì)自動復(fù)疊式制 冷循環(huán)裝置只能在一個制冷溫度下提供制冷量的缺點，此外，改進現(xiàn)有的多溫度制冷技術(shù) 中使用蒸發(fā)和冷凝串聯(lián)出現(xiàn)的兩部分相互牽制、調(diào)節(jié)能力差或僅能實現(xiàn)單級溫度調(diào)節(jié)、不 能充分利用非共沸混合工質(zhì)滑移溫度等等缺陷。
技術(shù)方案本實用新型的使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置，包括壓縮機、冷凝
器、氣液分離器、回?zé)崞?、三通閥、節(jié)流膨脹裝置、高溫蒸發(fā)器、蒸發(fā)冷凝器、低溫蒸發(fā)器；在
各蒸發(fā)回路的進口和出口之間設(shè)置回?zé)崞?；高溫蒸發(fā)回路的蒸發(fā)器和蒸發(fā)冷凝器并聯(lián)；在
高溫蒸發(fā)器和低溫蒸發(fā)器的節(jié)流膨脹裝置前分別設(shè)置三通閥；裝置使用二元或多元非共沸
混合制冷劑，采用分段冷凝的方式，冷凝出多股不同濃度的混合制冷劑，滿足各級制冷溫度
和制冷量的要求；通過引入一定比例的其他制冷溫度上的液體制冷劑來改變本級混合制冷
劑的濃度，實現(xiàn)對本級制冷溫度的調(diào)節(jié)；同時利用非共沸混合制冷劑的滑移溫度，通過換熱
器的優(yōu)化設(shè)計，降低傳熱溫差，減少換熱器中的不可逆?zhèn)鳠釗p失，提高制冷效率。
本實用新型公布的可調(diào)節(jié)多溫度制冷裝置，使用單臺壓縮機對混合制冷劑進行壓
縮，高溫高壓的混合制冷劑由壓縮機出口排放至冷凝器，在其中冷凝成氣液兩相工質(zhì)，隨后
在氣液分離器中被分段冷凝成含高沸點組分較多的液相制冷劑和含低沸點組分較多的氣相制冷劑；兩部分制冷劑分別進入兩個蒸發(fā)回路液相制冷劑通過第一回?zé)崞骱笥址譃閮?部分， 一部分經(jīng)過第一三通閥，節(jié)流膨脹后進入高溫蒸發(fā)器蒸發(fā)提供制冷量QH，另一部分經(jīng) 節(jié)流膨脹裝置后進入蒸發(fā)冷凝器對其中的氣相制冷劑進行冷凝；氣相制冷劑進入蒸發(fā)冷凝 器被其中的液相制冷劑冷凝，之后經(jīng)過第二回?zé)崞?、第二三通閥，節(jié)流后進入低溫蒸發(fā)器蒸 發(fā)提供制冷量QL。從高溫蒸發(fā)器和蒸發(fā)冷凝器出來的制冷劑混合后通過第一回?zé)崞鬟_(dá)到過 熱，從低溫蒸發(fā)器出來的制冷劑通過第二回?zé)崞鬟_(dá)到過熱，隨后這兩部分過熱制冷劑混合 進入壓縮機，開始下一個循環(huán)。
本裝置的特點還在于，高溫蒸發(fā)回路中的高溫蒸發(fā)器和蒸發(fā)冷凝器可以使用一臺 蒸發(fā)冷凝制冷器代替；同時，在各級制冷負(fù)荷較穩(wěn)定而不需要調(diào)節(jié)制冷溫度和制冷量時，可 以省去兩級蒸發(fā)回路間的三通閥；在需要兩個以上蒸發(fā)溫度時可通過增加中間級蒸發(fā)回路 實現(xiàn)多溫度制冷；在這些變化的基礎(chǔ)上可以形成各種不同的系統(tǒng)型式，使得系統(tǒng)靈活多變， 節(jié)省投資。
在本裝置中，冷凝器可以使用但不限于以下形式水冷式冷凝器、風(fēng)冷式冷凝器、 蒸發(fā)式冷凝器；高溫蒸發(fā)器(或蒸發(fā)冷凝制冷器)和低溫蒸發(fā)器可以使用但不限于以下形 式殼管式蒸發(fā)器、套管式蒸發(fā)器、水箱式蒸發(fā)器、冷卻排管、風(fēng)機盤管；節(jié)流膨脹裝置可以 使用但不限于以下形式熱力膨脹閥、電子膨脹閥、毛細(xì)管節(jié)流裝置；系統(tǒng)所使用的混合工 質(zhì)可以根據(jù)裝置的不同應(yīng)用要求采用相應(yīng)的純工質(zhì)進行配比，工質(zhì)可以選用但不限于以下 種類烴類制冷劑、鹵代烴制冷劑、氨、水、0)2、無機化合物制冷劑。 有益效果
1、本實用新型使用單臺壓縮機進行單級蒸汽壓縮循環(huán)，通過將非共沸工質(zhì)分級冷 凝成不同蒸發(fā)溫度區(qū)間的多股工質(zhì)，同時產(chǎn)生多個制冷溫度下的制冷量，能夠滿足多溫度 供冷的需求。
2、本實用新型在高溫蒸發(fā)回路中采用蒸發(fā)器和冷凝器并聯(lián)的形式，可根據(jù)高溫制 冷負(fù)荷和低溫冷凝負(fù)荷對制冷劑進行分配，避免了將蒸發(fā)器和冷凝器串聯(lián)產(chǎn)生的冷凝量不 足和靈活性差的缺陷。
3、本實用新型在節(jié)流膨脹裝置前設(shè)置三通閥連接兩級蒸發(fā)回路，可對不同沸點的 制冷劑進行流量調(diào)節(jié)，根據(jù)負(fù)荷大小及負(fù)荷溫度，在各級回路上配比出不同濃度和不同溫 度的混合制冷劑，通過換熱器的優(yōu)化設(shè)計，可以充分利用非共沸混合制冷劑的滑移溫度，減 小換熱器的傳熱溫差，降低不可逆損失，提高系統(tǒng)效率。
4、本實用新型各蒸發(fā)回路均設(shè)置回?zé)崞鳎粌H能利用蒸發(fā)器出口制冷劑的剩余冷
量提高系統(tǒng)效率，而且能改善壓縮機進口制冷劑狀態(tài)，提高系統(tǒng)可靠性。
5、本實用新型使用的非共沸混合制冷劑可以根據(jù)對裝置的不同應(yīng)用要求采用不
同的組分和濃度配比，可達(dá)到最佳的系統(tǒng)效率。


圖1為本實用新型的基本的雙溫度制冷裝置的系統(tǒng)圖。
圖2、圖3、圖4為本實用新型的雙溫度制冷裝置的三種不同裝置型式的系統(tǒng)圖。
圖5為本實用新型的使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置的系統(tǒng)圖。
具體實施方式
實施例1，參見圖1。包括壓縮機1、冷凝器2、氣液分離器3、蒸發(fā)冷凝器4、低溫蒸 發(fā)器5、第一回?zé)崞?、第二回?zé)崞?、第一節(jié)流膨脹裝置8、第二節(jié)流膨脹裝置9、第一三通閥 10、第二三通閥11、第三節(jié)流膨脹裝置12、高溫蒸發(fā)器13。冷凝器2將壓縮機1出口的高溫 高壓混合制冷劑部分冷凝并排放冷凝熱QC，所得氣液兩相制冷劑進入氣液分離器3中被分 段冷凝為兩部分含高沸點組分較多的液相制冷劑和含低沸點組分較多的氣相制冷劑。其 中液相制冷劑由第一輸出端3a進入高溫蒸發(fā)回路，經(jīng)過回?zé)崞鬟^冷后又分為兩部分一部 分經(jīng)第一三通閥10和第三節(jié)流膨脹裝置12進入高溫蒸發(fā)器13在較高溫度下蒸發(fā)對外提 供制冷量QH，另一部分經(jīng)過第一節(jié)流膨脹裝置8進入蒸發(fā)冷凝器4對含低沸點組分較多的 氣相制冷劑進行冷凝；氣相制冷劑由第二輸出端3b進入高溫蒸發(fā)回路的蒸發(fā)冷凝器4，在 其中冷凝后進入第二回?zé)崞?產(chǎn)生過冷，隨后經(jīng)第二三通閥11和第二節(jié)流膨脹裝置9進入 低溫蒸發(fā)器5在較低溫度下蒸發(fā)對外提供制冷量QL。
從氣液分離器3中分離出來的高溫液相制冷劑和經(jīng)過第二回?zé)崞?過冷后的低溫 液相制冷劑可通過第一三通閥IO和第二三通閥ll進行流量調(diào)節(jié)，根據(jù)相應(yīng)制冷量和制冷 溫度的要求，對進入高溫蒸發(fā)器13和低溫蒸發(fā)器5中的混合制冷劑濃度和流量進行優(yōu)化配 比，從而可以利用非共沸混合制冷劑的相變滑移溫度，減少傳熱溫差，提高系統(tǒng)效率； 實施例2，參見圖2。與實施例1的不同在于，從氣液分離器3的第一輸出端3a輸 出的含高沸點組分多的液相制冷劑在第一回?zé)崞?中過冷后，經(jīng)過第一三通閥IO和第一節(jié) 流膨脹裝置8，進入蒸發(fā)冷凝制冷器4，制冷劑在其中蒸發(fā)對外提供制冷量QH的同時冷凝從 氣液分離器3的第二輸出端3b輸出的含低沸點組分多的氣相制冷劑。此系統(tǒng)中使用蒸發(fā) 冷凝制冷器4代替了實施例1中的高溫蒸發(fā)器和蒸發(fā)冷凝器，蒸發(fā)冷凝制冷器4同時具備 對外提供制冷量和對氣相制冷劑冷凝兩個功能，并且省去了一個節(jié)流膨脹裝置，因此可以 減小設(shè)備體積、節(jié)省設(shè)備費用。
實施例3，參見圖3。在制冷負(fù)荷和溫度變化不大，各級蒸發(fā)溫度和制冷量不需要 調(diào)節(jié)時，可以在實施例1的基礎(chǔ)上去除兩級蒸發(fā)回路上設(shè)置的三通閥，此時應(yīng)根據(jù)制冷裝 置的應(yīng)用要求來確定制冷劑的組分和濃度。同時，仍然可以通過控制冷凝器2中的部分冷 凝量來控制進入各級蒸發(fā)回路中混合制冷劑的組分，以充分利用非共沸混合制冷劑的相變 滑移溫度，減少不可逆?zhèn)鳠釗p失。
實施例4，參見圖4。對于各級溫度不需要調(diào)節(jié)的情況，可在實施例3的基礎(chǔ)上，進 一步使用蒸發(fā)冷凝制冷器代替高溫蒸發(fā)器和蒸發(fā)冷凝器，可以節(jié)省設(shè)備費用、減小設(shè)備體 積。
實施例5，參見圖5。在雙溫度制冷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以通過增加中間蒸發(fā)回路實 現(xiàn)多溫度制冷系統(tǒng)。在多溫度制冷系統(tǒng)中，中間蒸發(fā)回路Z1包括第一級氣液分離器3-l及 其輸出端3a-l、3b-l，第一級中間蒸發(fā)冷凝器4-l，第一級中間回?zé)崞?-l，第一級第一節(jié)流 膨脹裝置8-l，第一級第二節(jié)流膨脹裝置IO-I，制冷劑在第一級中間蒸發(fā)器11-1中蒸發(fā)對
外提供制冷量Ql，其他各級中間蒸發(fā)回路Z2......Zn的組成依次類推，可對外提供制冷量
Q2......Qn。在多溫度制冷系統(tǒng)中，同樣可以增加級間流量調(diào)節(jié)裝置，實現(xiàn)對各級制冷溫度
和制冷量的調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
一種使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置，其特征在于，該裝置包括壓縮機、冷凝器、氣液分離器、回?zé)崞?、三通閥、節(jié)流膨脹裝置、高溫蒸發(fā)器、蒸發(fā)冷凝器、低溫蒸發(fā)器；回?zé)崞髟O(shè)置在各蒸發(fā)回路的進口和出口之間；高溫蒸發(fā)回路的蒸發(fā)器和蒸發(fā)冷凝器并聯(lián)；三通閥分別設(shè)置在高溫蒸發(fā)器和低溫蒸發(fā)器的節(jié)流膨脹裝置前。
2. 如權(quán)利要求
l所述的使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置，其特征在于，壓縮機(l)的輸出端連接冷凝器(2)的輸入端，冷凝器(2)的輸出端接氣液分離器(3)的的輸入端，高溫高壓的混合制冷劑由壓縮機(1)的輸出端進入冷凝器(2)。
3. 如權(quán)利要求
1所述的使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置，其特征在于，冷凝器使用水冷式冷凝器、風(fēng)冷式冷凝器或者蒸發(fā)式冷凝器；高溫蒸發(fā)器、蒸發(fā)冷凝器或低溫蒸發(fā)器使用殼管式蒸發(fā)器、套管式蒸發(fā)器、水箱式蒸發(fā)器、冷卻排管或者風(fēng)機盤管；節(jié)流膨脹裝置使用熱力膨脹閥、電子膨脹閥或者毛細(xì)管節(jié)流裝置。
專利摘要
使用單臺壓縮機的多溫度制冷裝置采用非共沸混合工質(zhì)蒸汽壓縮式制冷技術(shù)，使用單臺壓縮裝置單級壓縮循環(huán)在多個蒸發(fā)溫度上提供制冷量，實現(xiàn)多套制冷機組才能完成的多溫度制冷功能。其中典型的雙溫度制冷裝置包括壓縮機、冷凝器、氣液分離器、回?zé)崞?、?jié)流膨脹裝置、蒸發(fā)冷凝器、蒸發(fā)器和三通閥，使用非共沸混合制冷劑為工質(zhì)。本裝置通過對非共沸混合工質(zhì)的分段冷凝實現(xiàn)多溫度制冷；通過調(diào)節(jié)相應(yīng)制冷過程的混合工質(zhì)的流量和濃度，實現(xiàn)對所需制冷溫度和制冷量的調(diào)節(jié)；利用非共沸混合工質(zhì)的相變滑移溫度，降低傳熱溫差。本裝置具有設(shè)備投資小、節(jié)能潛力大、調(diào)控能力強等優(yōu)點，特別適用于需要多個可調(diào)制冷溫度的場合，例如輻射末端加新風(fēng)處理的空調(diào)系統(tǒng)、多溫度冰箱系統(tǒng)等等。
文檔編號F25B41/04GKCN201449080SQ200920043499
公開日2010年5月5日 申請日期2009年7月1日
發(fā)明者喬衛(wèi)來, 安二銘, 薛琴, 鄭紅旗, 陳九法 申請人:東南大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan