专利名称：一种用于深低温的混合工质冷变换器的制作方法
技术领域：
本发明属于低温制冷领域，具体涉及一种用于深低温的混合工质冷变换器。
背景技术：
能源是维持人类社会稳定运行的物质基础。然而随着工业的不断发展，人类对能源的消耗急剧上升，导致了能源短缺的局面。国际能源组织(IEA)预测，从2006年到2030年，世界一次能源需求将从117. 3亿吨油当量增长到170. I亿吨油当量。而中国的情况也不容乐观，尽管政府对能源问题非常重视，但是据预测2011年最大电力缺口达3000万千瓦。并且大量消耗煤炭、石油等化石能源还造成了严重的环境问题。由此可见，在制冷领域提倡高效地利用清洁能源是未来发展的重点。目前，吸收式制冷可以有效利用全球的大量低品位热，诸如太阳能热、工业废热、 地热等，达到节能减排的目的。但是，传统的吸收式制冷机通常采用H20/LiBr、NH3/H20等作为工质，制冷温度较高或具有一定毒性，限制了它们的使用范围。并且，由低品位热驱动的吸收式制冷机受到蒸发温度的影响，在制冷温度较低时效率很低甚至不能工作。目前限制吸收式制冷用于低温温区的主要原因在于尚未发现能够很好地吸收甲烷、乙烷、氮气等低温制冷剂的吸收剂，无法与这些低温制冷剂组成工质对应用于低温温区的吸收式制冷。为得到更低的制冷温度，公开号为CN 11436990A的专利文献公开了一种吸收式低温制冷机，该低温制冷机发生单元制冷剂蒸汽出口经主冷凝器与自行复叠单元制冷剂入口相接，自行复叠单元液相制冷剂出口经回热器高压通道、第一减压装置、蒸发器、回热器低压通道与吸收单元第一制冷剂入口相接；自行复叠单元汽相制冷剂出口与吸收单元第二制冷剂入口相接；吸收单元溶液出口经溶液泵和溶液热交换器浓溶液通道与发生单元溶液入口相接，发生单元溶液出口经溶液热交换器稀溶液通道与吸收单元溶液入口相接。该制冷机的优点是在不高的低品位热能驱动下就可以达到常规吸收制冷无法达到的_40°C以下深低温冷冻，而且制冷温度范围宽、效率高、性能稳定可靠、结构紧凑。虽然上述制冷机采用混合制冷剂的自复叠结构，但是最低制冷温度也很难低于_50°C，要用于更低的温区则几乎不可能。为得到更低的制冷温度，公开号为CN1380525的专利文献公开了一种深度冷冻吸收制冷装置，该装置采用发生器冷剂蒸汽出口经冷凝器与组分分离模块相接，组分分离模块的一个出口与吸收器相接；组分分离模块的另一个出口经回热器高压通道、第一膨胀装置、蒸发器、回热器低压通道与吸收器相接；吸收器液相出口经溶液泵、溶液热交换器与发生器溶液入口相接，发生器溶液出口经溶液热交换器、第二膨胀装置与吸收器溶液入口相接。该装置所用的制冷剂为二元或二元以上的混合制冷剂，吸收剂为能吸收这些制冷剂的有机溶剂。通过该装置可以实现用热能驱动就能实现更低温度的深度制冷。该装置性能可靠、效率高、适用范围广，可用于既有热源又需要深度冷冻的场合。但是，利用该装置消耗的电能较多，制冷成本较高，且也无法达到_70°C以下的制冷温度
发明内容
本发明提出一种用于深低温的混合エ质冷变换器，该变换器由吸收制冷子循环和压缩制冷子循环复合而成，用低品位余热驱动吸收制冷子循环，其产生的制冷量用于冷却压缩制冷子循环的冷凝蒸发器，可以增加压缩制冷子循环的制冷量，提高压缩制冷子循环的效率，可以降低制冷温度，减少电能的消耗，同时可以高效利用太阳能、エ业废热和余热、地热等低品位热，可以实现_80°C以下温区的深度制冷。一种用于深低温的混合エ质冷变换器，包括吸收式自复叠单元和压缩式自复叠单元，所述的吸收式自复叠单元包括发生器、第一冷凝器、吸收器、溶液换热器、第一制冷剂换热器、第五制冷剂节流装置、溶液节流装置和溶液泵；所述的发生器的制冷剂出ロ依次通过第一冷凝器、第一制冷剂换热器的热エ质管道、第五制冷剂节流装置以及第一制冷剂换热器的冷エ质管道与吸收器的制冷剂入口连通；所述的发生器的溶液出ロ依次通过溶液换热器的热エ质管道和溶液节流装置与吸收器的溶液入口连通，吸收器的溶液出ロ依次通过溶液泵和溶液换热器的冷エ质管道与发生器的溶液入口连通；
所述的压缩式自复叠单元包括第一组分分离装置、第三制冷剂节流装置、第三制冷剂换热器和第四制冷剂换热器、第四制冷剂节流装置、蒸发器、压缩机和第二冷凝器；所述的第一组分分离装置的低沸点组分出口依次通过第四制冷剂换热器的第一热エ质管道、第三制冷剂换热器的热エ质管道以及第四制冷剂节流装置与蒸发器入口连通，蒸发器出口依次通过第三制冷剂换热器的冷エ质管道、第四制冷剂换热器的第一冷エ质管道与压缩机的入口连通，压缩机的出口通过第二冷凝器与第一组分分离装置的入口连通；所述的第一组分分离装置的高沸点组分出口通过第三制冷剂节流装置与第四制冷剂换热器的第一冷エ质管道入口连通；所述的第一制冷剂换热器的热エ质管道出口与第五制冷剂节流装置入口之间形成第一管路，所述的第五制冷剂节流装置出口与第一制冷剂换热器的冷エ质管道入口之间形成第二管路，所述的第一管路和第二管路通过所述的第四制冷剂换热器进行热交換。所述的第四制冷剂换热器为四通道换热器，其内分别设有两条热エ质管道和两条冷エ质管道，分别为第一热エ质管道、第二热エ质管道、第一冷エ质管道和第二冷エ质管道。利用第四制冷剂换热器实现了由吸收式制冷获得的低品位冷量变换为低温温区的高品位冷量，提高了能源利用率。从压缩机出ロ排出的溶液中携带较多的热量，为充分利用这部分热量，一种优选的技术方案为所述的溶液泵的出口与溶液换热器的冷エ质管道入口之间形成第三管路；所述的压缩机出口与第二冷凝器入口之间形成第四管路；所述的第三管路和第四管路通过制冷剂-溶液换热器进行热交換。制冷剂-溶液换热器的设置，使得这部分热量可用于对溶液换热器冷エ质管道出口排出的浓溶液进行进一步预热，进一歩降低发生器的能耗，压缩机排出的高温高压混合制冷剂经过制冷剤-溶液换热器同时被带走部分热量，提高了能量利用率。所述的第一组分分离装置可选择一台或多台串连设置的气液分离器；也可选择精馏装置。具体选择时，需要根据需要达到的制冷温度来确定，当需要得到的制冷温度不是很低时，例如高于-60°C时,一般可选择利用一台或多台气液分离器进行一次或多次组分分离。而对于需要得到较低制冷温度的场合，例如低于或等于_60°C时，为避免低沸点组分中携帯的润滑油凝固后堵塞第四制冷剂节流装置，导致制冷机无法正常运行，此时所述的组分分离装置为精馏装置。当然，在制冷温度高于-60°C的情况下也可采用精馏装置代替一台或多台气液分离器。利用精馏装置代替多台气液分离器，在提高分离效率和保证制冷机运行的稳定性的同时，也降低了管道安装难度。当第一组分分离装置选用精馏装置时，进ー步优选的技术方案为所述的第四制冷剂换热器的第一冷エ质管道出口先经过精馏装置塔顶的冷凝通道再与压缩机的入口连通。采用该技术方案，在实现冷量回用的同时，也节省了精馏装置塔顶的冷却能耗，进一歩降低了制冷成本。为进一歩降低制冷量，另ー种优选的技术方案中，还包括第二制冷剂换热器；所述的第一组分分离装置的高沸点组分出口先经过第二制冷剂换热器的第一热エ质管道再与所述第三制冷剂节流装置连通；所述的第一制冷剂换热器的热エ质管道出ロ依次通过第二制冷剂换热器的第二热エ质管道入口、第一制冷剂节流装置以及第二制冷剂换热器的冷エ质管道与第一制冷剂换热器的冷エ质管道入口连通。第二制冷剂换热器的设置，使得当吸收式自复叠单元输出的冷量较多时，可将该部分冷量根据实际需要分成两部分一部分冷量用于对第一组分分离装置的低沸点组分出ロ排出的低沸点制冷剂进行预冷；另一部分冷 量用于对第一组分分离装置的高沸点组分出口排出的高沸点制冷剂进行进ー步预冷，进ー步提高了蒸发器的制冷温度，同时提高了吸收式自复叠单元携帯的冷量的利用效率。当吸收式自复叠单元中采用多元制冷剂时，为进一步提高制冷量，一种优选的技术方案为所述的第一冷凝器的出口与第一制冷剂换热器的热エ质管道入口之间设有第二组分分离装置；所述的第二组分分离装置的入口与第一冷凝器的出口连通，第二组分分离装置的高沸点组分出口通过第二制冷剂节流装置与第一制冷剂换热器的冷エ质管道入口连通，第二组分分离装置的低沸点组分出口与第一制冷剂换热器的热エ质管道入口连通。所述的第二组分分离装置可选用一台或多台串连设置的气液分离器。为进ー步提高本发明的通用性，进ー步优选的技术方案为所述的第一冷凝器的出口与第二组分分离装置的入口之间的管路上设有第一截止阀；所述的第二组分分离装置的低沸点组分出口与第一制冷剂换热器的热エ质管道入口之间的管路上设有第三截止阀；所述的第一冷凝器的出口与第一制冷剂换热器的热エ质管道入口之间设有带有第二截止阀的管路。第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀的使得吸收式自复叠单元即可采用多元制冷剂，也可采用单组分制冷剂；当采用单组分制冷剂时，只需打开第二截止阀，同时关闭第一截止阀和第三截止阀即可；当采用多元组分的制冷剂时，为提高制冷效率，可采用关闭第二截止阀，然后打开第一截止阀和第三截止阀。本发明的用于深低温的混合エ质冷变换器中所述的吸收式自复叠单元中，所用的制冷剂可选择碳烃类化合物、氢氟烃类化合物，以及由碳烃类化合物或氢氟烃类化合物组成的ニ元或ニ元以上的非共沸混合制冷剂，吸收剂为盐类、醇类、醚类、酮类、胺类、醛类或离子液体中的ー种或多种。实际使用时，均可根据实际需要选择，均为现有技木。所述的压缩式自复叠单元中，所述的制冷剂可选择ニ元或ニ元以上的非共沸混合制冷剂。常见的制冷剂包括碳烃类化合物、氢氟烃类化合物、こ烯、甲烷、氩气、氙气、氖气和氮气。所述的第一冷凝器、溶液换热器、第一制冷剂换热器、第二制冷剂换热器、第三制冷剂换热器、第四制冷剂换热器、第二冷凝器、制冷剤-溶液换热器可选择沉浸式、喷淋式、列管式、套管式或板式换热器。所述的溶液节流装置、第一制冷剂节流装置、第二制冷剂节流装置、第三制冷剂节流装置、第四制冷剂节流装置和第五制冷剂节流装置可选择毛细管、自动或手动节流阀。所述的精馏装置为填料精馏装置或板式精馏装置。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果(I)可将一定比例的由吸收式制冷获得的低品位冷量变换为低温温区的高品位冷量，大大提高了太阳能、地热和エ业废热的利用率。(2)实现了能量的科学合理的管理，低品位能源用于制取低品位冷量，高品位能源用于制取高品位冷量，相比于现有的混合制冷剂压缩式自复叠制冷其电效率将大大提高，有良好的节能减排效果与应用前景。 (3)极大地拓展了吸收式制冷的应用温区，实现了吸收式制冷在-70°C以下低温温区的应用。
图I为本发明的用于深低温的混合エ质冷变换器的一种实施方式的结构示意图。图2为本发明的用于深低温的混合エ质冷变换器的另ー种实施方式的结构示意图。图3为本发明的用于深低温的混合エ质冷变换器的第三种实施方式的结构示意图。图4为本发明的用于深低温的混合エ质冷变换器的第四种实施方式的结构示意图。图5为本发明的用于深低温的混合エ质冷变换器的第五种实施方式的结构示意图。图6为本发明的用于深低温的混合エ质冷变换器的第六种实施方式的结构示意图。
具体实施例方式实施例I如图I所示，一种用于深低温的混合エ质冷变换器，包括吸收式自复叠单元和压缩式自复叠单元，吸收式自复叠单元包括发生器I、第一冷凝器2、吸收器3、溶液换热器4、溶液节流装置5、溶液泵6、第一制冷剂换热器16和第五制冷剂节流装置24。压缩式自复叠単元包括第一组分分离装置7、第三制冷剂节流装置8、第三制冷剂换热器9、第四制冷剂换热器10、第四制冷剂节流装置11、蒸发器12、压缩机13和第二冷凝器14。其中，第四制冷剂换热器10内设有四个通道，分别为第一热エ质管道、第二热エ质管道、第一冷エ质管道和第二冷エ质管道。上述各部件之间的连接关系为发生器I的溶液出ロ Ia与溶液换热器4的热エ质管道入ロ 4a连通，溶液换热器4的热エ质管道出ロ 4b与溶液节流装置5的入ロ 5a连通，溶液节流装置5的出口 5b与吸收器3的溶液入口 3b连通；发生器I的制冷剂出ロ Ib与第一冷凝器2的入口 2a连通，第一冷凝器2的出ロ 2b与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口 16a连通，第一制冷剂换热器16的热エ质管道出ロ 16b与第四制冷剂换热器10的第二热エ质管道的入口 IOe连通，第四制冷剂换热器10的第二热エ质管道的出ロ IOf与第五制冷剂节流装置24的入口 24a连通，第五制冷剂节流装置24的出ロ 24b与第四制冷剂换热器10的第二冷エ质管道IOg入口连通，第四制冷剂换热器10的第二冷エ质管道的出ロ IOh与第一制冷剂换热器16的冷エ质管道入口 16c连通，第一制冷剂换热器16的冷エ质管道出ロ 16d与吸收器3的制冷剂入口 3c连通。吸收器3的溶液出口 3a与溶液泵6的入口 6a连通，溶液泵6的出口 6b与溶液换热器4的冷エ质管道入ロ 4c连通，溶液换热器4的冷エ质管道出ロ 4d与发生器I的溶液入口 Ic连通。第二组分分离装置7的低沸点组分出ロ 7c与第四制冷剂换热器10的第一热エ质管道入口 IOa连通，第四制冷剂换热器10的第一热エ质管道出ロ IOb与第三制冷剂换热器9的热エ质管道入口 9a连通，第三制冷剂换热器9的热エ质管道出口 9b与第四制冷剂节流装置11的入口 Ila连通，第四制冷剂节流装置11的出口 Ilb与蒸发器12的入口 12a连通，蒸发器12的出口 12b与第三制冷剂换热器9的冷エ质管道入口 9c连通，第三制冷剂换 热器9的冷エ质管道出ロ 9d与第四制冷剂换热器10的第一冷エ质管道入口 IOc连通，第四制冷剂换热器10的第一冷エ质管道出口 IOd与压缩机13的入口 13a连通，压缩机13的出口 13b与第二冷凝器14的入口 14a连通，第二冷凝器14的出口 14b与第二组分分离装置7的入口 7a连通；第二组分分离装置7的高沸点组分出ロ 7b与第三制冷剂节流装置8的入口 8a连通，第三制冷剂节流装置8的出口 8b与第四制冷剂换热器10的第一冷エ质管道入口 IOc连通。以吸收式自复叠单元采用四氟こ烷(R134a)和ニ氟甲烷(R32)为混合制冷剂，采用ニ甲基甲酰胺(DMF)为吸收剂，压缩式自复叠单元采用R134a和R23为混合制冷剂，对上述用于深低温的混合エ质冷变换器的详细工作流程进行描述发生器I产生的高温高压的混合制冷剂(R134a和R32)进入第一冷凝器2冷凝放热，然后进入第一制冷剂换热器16中预冷后进入第四制冷剂换热器10中预冷，然后经第五制冷剂节流装置24节流后进入第四制冷剂换热器10中对其它的混合制冷剂进行冷却，再返回至第一制冷剂换热器16吸收一部分热量后进入吸收器3。由发生器I流出的高温稀溶液经溶液换热器4被预冷后，经过溶液节流装置5进入吸收器3，吸收来自第一制冷剂换热器16的混合制冷剂后变为浓溶液。由吸收器3的浓溶液出口经过溶液泵6加压后经过溶液换热器4被预热，随后进入发生器1，完成溶液回路的循环。压缩机13排出的高温高压混合制冷剂(R134a和R23)经过第二冷凝器14冷凝放热后进入第一组分分离装置7，以R134a为主的高沸点混合制冷剂从第一组分分离装置7下部的出ロ流出，经过第三制冷剂节流装置8后温度降低，并与回流的以R23为主的低沸点混合制冷剂混合后预冷第四制冷剂换热器10中的低沸点混合制冷剂。在第一组分分离装置7的上部富集的低沸点混合制冷剂在第四制冷剂换热器10中被预冷，然后进入第三制冷剂换热器9进ー步被冷却，之后经过第四制冷剂节流装置11后温度降低，进入蒸发器12蒸发吸热。从蒸发器12出来的低沸点混合制冷剂经过第三制冷剂换热器9之后，与来自第三制冷剂节流装置8的高沸点混合制冷剂混合后进入第四制冷剂换热器10，预冷其中的低沸点混合制冷剂，最后该股制冷剂回到压缩机13，完成压缩式自复叠制冷回路的循环。该实施方式中，第一组分分离装置7选用气液分离器。利用本实施方式的用于深低温的混合エ质冷变换器，可通过调控得到_30°C _60°C的制冷温度。实施例2如图2所示，与实施例I不同之处在于，溶液泵6出口与溶液换热器4的冷エ质管道入口之间管路(定义为第一管路)与压缩机13出口和第二冷凝器14入口之间的管路(定义为第二管路)通过制冷剂-溶液换热器20进行热交換。其中，制冷剂-溶液换热器20的热エ质管道入ロ 20a与压缩机13出口 13b连通，制冷剂-溶液换热器20的热エ质管道出ロ 20b与第二冷凝器14的入口 14a连通；制冷剂-溶液换热器20的冷エ质管道入口20c与溶液泵6出口 6b与制冷剂-溶液换热器20的冷エ质管道入ロ 20c连通，制冷剂-溶液换热器20的冷エ质管道出ロ 20d与溶液换热器4的冷エ质管道入ロ 4c连通，溶液换热 器4的冷エ质管道出口 4d与发生器I的溶液入口 Ic连通。其它部件连接关系同实施例I。本实施方式采用与实施例I相同的制冷剂和吸收剂，与实施例2中工作流程不同在于浓溶液(R134a、R32和DMF)由吸收器3的溶液出ロ 3a经过溶液泵6加压后经过制冷剂-溶液换热器20被初步预热后，然后进入溶液换热器4被进ー步预热，随后进入发生器1，完成溶液回路的循环。压缩机13排出的高温高压混合制冷剂(R134a和R23)经过制冷剂-溶液换热器20被带走部分热量然后进入第二冷凝器14冷凝，其它工作流程同实施例I。利用该实施方式，实现了对压缩机13排出物料中携帯的热量的回收利用，提高了本发明用于深低温的混合エ质冷变换器的制冷性能，电耗更低。实施例3如图3所示，与实施例2不同之处在于，该实施方式中，第一组分分离装置7为精馏装置，精馏装置可选择填料精馏塔或板式精馏塔。第四制冷剂换热器10的第一冷エ质管道出口 IOd先经过第一组分分离装置7塔顶的冷凝通道再与压缩机13的入口 13a连通，利用第四制冷剂换热器10出来的低沸点制冷剂中携帯的冷量对第一组分分离装置7塔顶的物料进行冷却。该实施方式中，吸收式自复叠单元采用四氟こ烷(R134a)和ニ氟甲烷(R32)为混合制冷剂，采用ニ甲基甲酰胺(DMF)为吸收剂，压缩式自复叠单元采用四氟こ烷(R134a)、三氟甲烷(R23)、こ烯和甲烷组成的混合物为制冷剂。本实施例中各部件的连接关系如下第四制冷剂换热器10的第一冷エ质管道出ロ IOd先与精馏装置塔顶的冷凝通道入ロ 7d连通，精馏装置塔顶的冷凝通道出ロ 7e再与压缩机13的入口 13a连通。其它部件的连接关系同实施例2。与实施例2中工作流程不同在干，从蒸发器12出来的温度较低的低沸点混合制冷剂(以こ烯和甲烷为主)依次经过第三制冷剂换热器9、第四制冷剂换热器10预冷其中的热流体，然后进入精馏装置的冷凝通道，提供精馏所需的冷量，然后进入压缩机13。其它相关工作流程同实施例2。利用本实施例的制冷剂进行制冷时，蒸发器可得到-60°C -150°C的制冷温度；在满足蒸发器制冷温度的同时，无需外界提供冷量进行精馏，节省能量。实施例4如图4所示，与实施例3的不同之处在于，还包括第二制冷剂换热器21和第一制冷剂节流装置18 ;第一组分分离装置7的高沸点组分出口先经过第二制冷剂换热器21的第一热エ质管道再与第三制冷剂节流装置8连通，第一制冷剂换热器16的热エ质管道出ロ依次通过第二制冷剂换热器21的第二热エ质管道入口、第一制冷剂节流装置18以及第二制冷剂换热器21的冷エ质管道与第一制冷剂换热器16的冷エ质管道入口连通。具体连接关系为第二制冷剂换热器21的第二热エ质管道入口 21a与第一制冷剂换热器16的热エ质管道出ロ 16b连通，第二制冷剂换热器21的第二热エ质管道出ロ 21b与第一制冷剂节流装置18的入口 18a连通，第一制冷剂节流装置18的出ロ 18b与第二制冷剂换热器21的冷エ质管道入口 21c连通，第二制冷剂换热器21的冷エ质管道出口 21d与第一制冷剂换热器16的冷エ质管道入口 16c连通。其它部件连接关系同实施例3 ;第一组分分离装置7的高沸点组分出ロ 7b与第二制冷剂换热器21的第一热エ质管道入口 21e连通，第二制冷剂换热器21的第一热エ质管道出口 21f与第一制冷剂节流装置18的入口 18a连通。其它部件的连接关系同实施例3。与实施例3中工作流程不同在于在第一制冷剂换热器16被预冷的混合制冷剂(R134a和R32)分为两部分，一部分进入到第四制冷剂换热器10，预冷其中的低沸点混合制冷剂(以こ烯和甲烷为主)后经第一制冷剂换热器16回到吸收器3中；另一部分混合制冷 剂进入到第二制冷剂换热器21对其中的高沸点混合制冷剂(R134a和R23为主)进行冷却后与第四制冷剂换热器10出来的制冷剂一起混合对第一制冷剂换热器16内的制冷剂预冷后进入吸收器3内。其它相关工作流程同实施例3。利用本实施例的制冷剂进行制冷时，蒸发器可得到-60°C _150°C的制冷温度，同时可以利用低品位热得到更多的低温度位制冷量。实施例5如图5所示，与实施例4不同之处在于第一冷凝器2的出口与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口之间设有第二组分分离装置15 ;第二组分分离装置15的入口与第一冷凝器2的出ロ连通，第二组分分离装置15的高沸点组分出ロ通过第二制冷剂节流装置19与第一制冷剂换热器16的热エ质管道出ロ连通，第二组分分离装置15的低沸点组分出ロ与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口连通。具体连接关系为第二组分分离装置15为气液分离器，其入口 15c与第一冷凝器2的出口 2b连通，第二组分分离装置15的高沸点组分出ロ 15a与第二制冷剂节流装置19的入口 19a连通，第二制冷剂节流装置19的出ロ19b与第一制冷剂换热器16的冷エ质管道入口 16c连通；第二组分分离装置15的低沸点组分出ロ 15b与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口 16a连通。其它部件连接关系同实施例4。该实施方式中，吸收式自复叠单元采用四氟こ烷(R134a)和三氟甲烷(R23)为混合制冷剂，采用ニ甲基甲酰胺(DMF)为吸收剂，压缩式自复叠单元采用异丁烷(R600a)、丙烷烷(R290)、こ烯(R1150)、甲烷(R50)和氮气(R728)组成的混合物为制冷剂。与实施例4中工作流程不同在于发生器I产生的高温高压的混合制冷剂(R134a和R23)进入第一冷凝器2冷凝放热，然后进入第二组分分离装置15，在第二组分分离装置15中，高沸点混合制冷剂(R134a为主)富集于下部的液相中，从下部的高沸点出口流出，经过第二制冷剂节流装置19后变成温度相对较低的混合制冷剂与回流的低沸点混合制冷剂(R23为主)混合后预冷第一制冷剂换热器16中的低沸点混合制冷剂；在汽液分离器15的上部富集了低沸点混合制冷剂，这部分制冷剂在第一制冷剂换热器16中被预冷，然后分股进入第四制冷剂换热器10和第二制冷剂换热器21中冷却其中的混合制冷剂，其它工作流程同实施例4。本实施方式中，由于第二组分分离装置15的加入，吸收式自复叠单元的制冷温度得以降低，制冷效率得以提高，从而压缩式自复叠单元可以获得-180°C以及更低的制冷温度，或者获得更多的制冷量，提高了低品位热利用的程度。实施例6如图6所示，与实施例5不同之处在于，第一冷凝器2的出口与第二组分分离器15的入口 15c的管路设有第一截止阀17 ;第二组分分离装置15的低沸点组分出口与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口之间的管路上设有第三截止阀23 ;第一冷凝器2的出ロ与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口之间设有带有第二截止阀22的管路。具体连接关系为第一截止阀17的入口 17a与第一冷凝器2的出ロ 2b连通，出ロ 17b与第二组分分离装置15的入口 15c连通；第二截止阀22的入口 22a与第二冷凝器2的出口 2b连通，出 ロ 22b与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口 16a连通；第三截止阀23的入口 23a与第二组分分离装置15的低沸点组分出ロ 15b连通，出ロ 23b与第一制冷剂换热器16的热エ质管道入口 16a连通。其它部件连接关系同实施例5。当采用多元制冷剂时，为提高制冷效率，需要使用第二组分分离装置15，此时只需关闭第二截止阀22，打开第一截止阀17和第三截止阀23即可；当不需要使用第二组分分离装置15时，关闭第一截止阀17、第三截止阀23和第二制冷剂节流装置19，然后打开第二截止阀22即可。上述实施方式中，第一冷凝器、溶液换热器、第一制冷剂换热器、第二制冷剂换热器、第三制冷剂换热器、第四制冷剂换热器、第二冷凝器、制冷剤-溶液换热器可选择沉浸式、喷淋式、列管式、套管式或板式换热器，具体选择哪种换热器需要根据实际需要确定，均为现有技木。溶液节流装置、第一制冷剂节流装置、第二制冷剂节流装置、第三制冷剂节流装置、第四制冷剂节流装置和第五制冷剂节流装置可选择毛细管、自动或手动节流阀，具体选择哪种节流装置需要根据实际需要确定，均为现有技木。精馏装置可选用填料精馏装置或板式精馏装置，均可根据实际需要选择，为现有技木。
权利要求
1.一种用于深低温的混合工质冷变换器，包括吸收式自复叠单元和压缩式自复叠单元， 所述的吸收式自复叠单元包括发生器(I)、第一冷凝器(2)、吸收器(3)、溶液换热器(4)、第一制冷剂换热器(16)、第五制冷剂节流装置(24)、溶液节流装置(5)和溶液泵(6)；所述的发生器(I)的制冷剂出口依次通过第一冷凝器(2)、第一制冷剂换热器(16)的热工质管道、第五制冷剂节流装置(24)以及第一制冷剂换热器(16)的冷工质管道与吸收器(3)的制冷剂入口连通；所述的发生器(I)的溶液出口依次通过溶液换热器(4)的热工质管道和溶液节流装置(5)与吸收器(3)的溶液入口连通；所述的吸收器(3)的溶液出口依次通过溶液泵(6)和溶液换热器(4)的冷工质管道与发生器(I)的溶液入口连通； 所述的压缩式自复叠单元包括第一组分分离装置(7)、第三制冷剂节流装置(8)、第三制冷剂换热器(9)和第四制冷剂换热器(10)、第四制冷剂节流装置(11)、蒸发器(12)、压缩机(13)和第二冷凝器(14);所述的第一组分分离装置(7)的低沸点组分出口依次通过第四制冷剂换热器(10)的第一热工质管道、第三制冷剂换热器(9)的热工质管道以及第四制冷剂节流装置(11)与蒸发器(12)入口连通，蒸发器(12)出口依次通过第三制冷剂换热器(9)的冷工质管道、第四制冷剂换热器(10)的第一冷工质管道与压缩机(13)的入口连通，压缩机(13)的出口通过第二冷凝器(14)与第一组分分离装置(7)的入口连通；所述的第一组分分离装置(7)的高沸点组分出口通过第三制冷剂节流装置(8)与第四制冷剂换热器(10)的第一冷工质管道入口连通； 其特征在于所述的第一制冷剂换热器(16)的热工质管道出口与第五制冷剂节流装置(24)入口之间形成第一管路，所述的第五制冷剂节流装置(24)出口与第一制冷剂换热器(16)的冷工质管道入口之间形成第二管路，所述的第一管路和第二管路通过所述的第四制冷剂换热器(10)中设置的第二热工质管道和第二冷工质管道进行热交换。
2.根据权利要求I所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，所述的溶液泵(6)的出口与溶液换热器(4)的冷工质管道入口之间形成第三管路；所述的压缩机(13)出口与第二冷凝器(14)入口之间形成第四管路；所述的第三管路和第四管路通过制冷剂-溶液换热器(20)进行热交换。
3.根据权利要求I所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，所述的第一组分分离装置(7)为一台或多台串连设置的气液分离器。
4.根据权利要求I所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，所述的第一组分分离装置(7)为精馏装置。
5.根据权利要求4所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，所述的第四制冷剂换热器(10)的第一冷工质管道出口先经过精馏装置塔顶的冷凝通道再与压缩机(13)的入口连通。
6.根据权利要求I所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，还包括第二制冷剂换热器(21)； 所述的第一组分分离装置(7)的高沸点组分出口先经过第二制冷剂换热器(21)的第一热工质管道再与所述第三制冷剂节流装置(8)连通；所述的第一制冷剂换热器(16)的热工质管道出口依次通过第二制冷剂换热器(21)的第二热工质管道入口、第一制冷剂节流装置(18)以及第二制冷剂换热器(21)的冷工质管道与第一制冷剂换热器(16)的冷工质管道入口连通。
7.根据权利要求I所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，所述的第一冷凝器(2)的出口与第一制冷剂换热器(16)的热工质管道入口之间设有第二组分分离装置(15);所述的第二组分分离装置(15)的入口与第一冷凝器(2)的出口连通，第二组分分离装置(15)的高沸点组分出口通过第二制冷剂节流装置(19)与第一制冷剂换热器(16)的冷工质管道入口连通，第二组分分离装置(15)的低沸点组分出口与第一制冷剂换热器(16)的热工质管道入口连通。
8.根据权利要求7所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，所述的第一冷凝器(2)的出口与第二组分分离装置(15)入口之间的管路上设有第一截止阀(17);所述的第二组分分离装置(15)的低沸点组分出口与第一制冷剂换热器(16)的热工质管道入口之间的管路上设有第三截止阀(23);所述的第一冷凝器(2)的出口与第一制冷剂换热器(16)的热工质管道入口之间设有带有第二截止阀(22)的管路。
9.根据权利要求7或8所述的用于深低温的混合工质冷变换器，其特征在于，所述的第二组分分离装置(15)为一台或多台串连设置的气液分离器。
全文摘要
本发明公开了一种用于深低温的混合工质冷变换器，包括发生器、第一冷凝器、吸收器、溶液换热器、第一制冷剂换热器、第五制冷剂节流装置、溶液节流装置和溶液泵、第一组分分离装置、第三制冷剂节流装置、第三制冷剂换热器和第四制冷剂换热器、第四制冷剂节流装置、蒸发器、压缩机和第二冷凝器；第一制冷剂换热器与第五制冷剂节流装置之间的两个管路利用第四制冷剂换热器进行热交换。本发明可将一定比例的由吸收式制冷获得的低品位冷量变换为高品位冷量，实现-70℃以下温区的深度制冷，大大提高了太阳能、地热和工业废热的利用率，提高压缩制冷模块的效率，减少电能的消耗，实现了科学的能量梯级利用，具有良好的节能减排效果与应用前景。
文档编号F25B25/02GK102818395SQ20121025540
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者王勤, 徐英杰, 陈光明, 韩晓红, 李大红 申请人:浙江大学