带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统的制作方法
【专利摘要】一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，由压缩机模块、回热换热器模块、节流模块和蒸发换热模块及其连接管路组成，连接方式为：制冷压缩机模块的高压出口连接回热换热器模块的制冷剂高压入口；回热换热器模块的制冷剂高压出口连接节流模块的制冷剂高压入口；节流模块的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块入口，蒸发换热模块的出口连接回热换热器模块的制冷剂低压入口，回热换热器模块的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块的低压入口；回热换热器模块由1至5级分凝分离子模块组成，其中任一级分凝分离子模块具有八种不同结构；该系统不仅具更高效地实现低温下固定温区制冷，还能高效广泛适应多元气体液化分离等复杂负荷的应用场合。
【专利说明】带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统
[0001]技术领城
[0002]本发明涉及制冷及低温【技术领域】中的制冷机，特别涉及一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统。
【背景技术】
[0003]多元混合工质节流制冷技术通过最近数十年的不断发展，尤其是近年来真正实现由廉价可靠的油润滑单级压缩机驱动，正在逐渐成为具有综合优势的新一代室温至液氮温区通用性制冷技术。目前主要有:多元混合工质回热式一次节流制冷循环、利用Kleemenko循环的混合工质内复叠节流制冷循环和以多元混合工质分凝分离节流制冷循环为代表的新型分离式循环。
[0004]采用多元非共沸工质的一次节流制冷循环制冷系统由压缩机、冷却器、逆流式回热换热器、蒸发器和节流元件组成。由于其具有较高效率，回热换热单元结构简单、布置灵活，满足了部分需求。但是其存在明显不足:由于全部制冷剂均经过蒸发器，蒸发器温度滑移较大；如采用油润滑压缩机，制冷工质挟带的润滑油进入制冷机的低温端，容易造成节流元件的堵塞和低温端换热器、蒸发器的热拥塞，造成制冷机运行不稳定和随时间的推移制冷性能下降，此时往往需要对压缩机进行复杂的润滑油过滤分离处理，这会增加制冷机制造成本，而且会降低制冷机的可靠性；所使用的工质组元均需满足最低温度下不发生固相析出，且在确定工况下保证高效回热实现，这会使组元选择范围显著缩小，而且需要采用更多的组元；另外，由于工质物性限制，其也很难普遍高效地满足如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合，等。
[0005]利用Kleemenko循环的混合工质内复叠制冷节流循环在循环流程中根据不同温区和工质种类设置一到数个气液分离器，用于分离高压混合工质中已经成为液相的高沸点组分及润滑油，然后通过相应的节流器件返回低压，在相应温区提供制冷量，形成一种内复叠式节流循环制冷机，以减少进入下一级换热器的工质流量，减少低温回热负荷。与上面提到的一次节流循环相比，内复叠式循环在可靠性方面有一定的进步，也能更高效满足如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合。但是，由于其气液分离是基于非共沸混合物相平衡特性的等温等压条件下的闪蒸分离，需要采用某种机械分离方式将分离点的高压流体中液相分离出来，并使之节流返回低压通道，此时所分离的液体组成是分离点处在相平衡中液相组成，分离结果由分离点温度和工质相平衡特性决定(分离的气液两相温度相等)，如果工质中相邻组分沸点比较接近，会有两种问题，一是高沸点组分分离不够彻底，仍然会有较多含量进入下一级，另外就是将中间温区组分过多分离，致使下一级效率降低，造成制冷机整机效率下降；同时机械分离方式分离效率较低，并不能将形成的液体完全分离。要高效解决上述问题，需要复杂的机械和控制措施，这都会使其结构变得复杂、难以紧凑而不适合小型装置。
[0006]发明专利ZL00136709.9在传统多元混合物工质节流内复叠制冷循环中，采用一种混合工质分凝分离方法，代替传统Kleemenko循环(内复叠循环)中的气液分离方式，构成一种多元混合工质分凝分离节流制冷循环。其采用高压流体内部传热传质分离方式，利用低压返流提供分离驱动力，实现高压流体的冷凝回流将高压流体中较高沸点的组分在较高温区分离出来，同时确保分离出来的液体包含较多高沸点的组分，低沸点组分则远远低于传统平衡闪蒸分离，且分离方式只依靠重力作用而无须外来机械部件或特殊流道设计。与传统平衡闪蒸分离不同，该方式能够使高沸点组分比较完全的分离出来，而且分离后气液温度不同，气体温度较液体低，分凝分离器还可以实现逆流热交换器的作用。该循环克服上述两种节流制冷机存在的缺限，同时能进一步发挥上述两种循环方式的优点。但是，由于其由分凝分离器分离获得的液体未经进一步回热而直接节流后进入后述低压通道，一方面使制冷系统效率难以进一步提高，另一方面也不易高效和普遍适应如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合需要。
[0007]本发明提出一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，可采用常规油润滑单级压缩机驱动，具有较高效率、运行可靠、高性价比、应用范围广等特点。通过更为灵活的循环流程结构和工质设计，其不仅能更高效地实现低温下固定温区制冷，而且能更高效和广泛适应如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合需要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提出一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统。其不仅能更高效地实现低温下固定温区制冷，而且能更高效和广泛适应如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合需要。
[0009]本发明的实施方案如下:
[0010]本发明提供的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，如图1所示，其连接方式为:制冷压缩机模块CU的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块CU的低压入口 ；
[0011]所述的压缩机模块⑶包括压缩机⑶1、第一前冷却器⑶21及管路和阀门，如图2所示；其连接方式为:压缩机⑶I的高压出口连接第一前冷却器⑶21的进口 ；冷却器⑶21出口为压缩机模块CU的高压出口 ；压缩机CUl的低压进口为压缩机模块CU的低压进口 ；
[0012]所述的回热换热器模块RU由I至5级分凝分离子模块RUj组成，所述j为分凝分离子模块的级数，j为I至5的整数；其连接方式为:第一级分凝分离子模块RUl高压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂高压入口，上一级分凝分离子模块的高压出口连接下一级分凝分离子模块的高压入口，下一级分凝分离子模块的低压出口连接下上一级分凝分离子模块的低压入口，最未一级分凝分离子模块的高压出口作为回热换热器模块RU的高压出口 ；最未一级分凝分离子模块的低压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，第一级分凝分离子模块RUl的低压出口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压出口 ；
[0013]所述分凝分离子模块RUj包括:垂直放置的分凝分离器RF1、第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门，如图4所示；其连接方式为:制冷剂高压来流连接至分凝分离换热器RFl的下部高压入口，经分凝分离换热器RFl内设的第一分凝分离换热器元件的分凝分离后，其主流从分凝分离换热器RFl顶部的高压出口流至第一回热换热器RF2的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第一高压出口流至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；制冷剂低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的低压出口流至第一回热换热器RF2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口流至分凝分离换热器RFl的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl底部低压出口排出；所述高压来流的其余来流由分凝分离换热器RFl的底部高压出口流出经由中间节流元件RF3流至所述第二回热换热器RF4低压出口及第一回热换热器RF2低压入口之间的连接管路；制冷工质为由3?30个制冷工质组元经物理混合形成的混合制冷工质。
[0014]所述的压缩机模块⑶还包括第二前冷却器⑶22和润滑油过滤回油器⑶3，如图5所示；其连接方式为:所述第二前冷却器CU22通过一个三通管件连接于所述第一前冷却器⑶21出口，第二前冷却器⑶22的出口作为压缩机模块⑶的高压出口 ；所述润滑油过滤回油器⑶3的两端分别连接于该三通管件的另一接口和压缩机⑶I的低压进口。
[0015]如图6所示，所述第一回热换热器RF2还包括与一换热元件相连的第二高压入口和第二高压出口，所述分凝分离换热器RFl的底部高压出口连接第一回热换热器RF2第二高压入口，第一回热换热器RF2的第二高压出口连接中间节流元件(RF3)入口。
[0016]如图7所示，所述分凝分离换热器RFl还包括设于其内的第二分凝分离换热器元件，该第二分凝分离换热器元件连接于分凝分离换热器RFl的底部高压入口与中间节流元件RF3入口之间的管路上。
[0017]如图8所示，所述分凝分离换热器RFl还包括设于其内的第二分凝分离换热器元件，该第二分凝分离换热器元件连接于分凝分离换热器RFl的底部高压入口与中间节流元件RF3入口之间的管路上。
[0018]如图9所示，所述的分凝分离子模块RUj还包括一前回热换热器RFO ;制冷剂高压来流连接前回热换热器RFO高压入口，前回热换热器RFO的高压出口连接分凝分离换热器RFl的下部高压入口 ；分凝分离换热器RFl的底部低压出口连接前回热换热器RFO的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器RFO的低压出口排出。
[0019]如图10所示，所述的分凝分离子模块RUj还包括一前回热换热器RFO ;制冷剂高压来流连接前回热换热器RFO高压入口，前回热换热器RFO的高压出口连接分凝分离换热器RFl的下部高压入口 ；分凝分离换热器RFl的底部低压出口连接前回热换热器RFO的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器RFO的低压出口排出。
[0020]如图11所示，所述的分凝分离子模块RUj还包括一前回热换热器RFO ;制冷剂高压来流连接前回热换热器RFO高压入口，前回热换热器RFO的高压出口连接分凝分离换热器RFl的下部高压入口 ；分凝分离换热器RFl的底部低压出口连接前回热换热器RFO的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器RFO的低压出口排出。
[0021]如图12所示，所述的分凝分离子模块RUj还包括一前回热换热器RFO ;制冷剂高压来流连接前回热换热器RFO高压入口，前回热换热器RFO的高压出口连接分凝分离换热器RFl的下部高压入口 ；分凝分离换热器RFl的底部低压出口连接前回热换热器RFO的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器RFO的低压出口排出。
[0022]实际上本发明的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其回热换热器模块RU具有上述图4及图6至图12所示的八种结构形式。
[0023]本发明的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统的制冷工质为由3?30个组元经物理混合形成的混合制冷工质。
[0024]本发明的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，由于采用分凝分离和更加完全的回热，带来的优点:制冷流程可由单台压缩机驱动，并可以采用油润滑单级压缩机，系统廉价可靠；可以做到混合制冷工质中不同沸点的组元由高到低在相应由高到低温度内节流，真正做到不同沸点组元的内部复叠制冷，而且可避免高沸点组元在低温下有固相析出，堵塞节流元件，进一步增强了系统的可靠性；确保液体节流减少节流过程损失；较高沸点组元在较高温度节流返回低压流道，从而使下一级换热器换热负荷减少，由此，可以减少循环中高沸点组元在低温段带来的流动损失及回热损失；由于高沸点组元在较高温度处节流回到低压流道，有效地改变了高低压气流的当量配比，从而使回热效率提高，减少了回热损失，使制冷循环具有更高的效率；循环流程布置灵活，能高效和广泛适应如多元气体液化分离等具有复杂分布负荷的应用场合需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明中的制循环系统结构示意图；
[0026]图2为一种压缩机模块⑶结构示意图；
[0027]图3为本发明中的回热换热模块RU结构示意图；
[0028]图4为本发明中的第一种分凝分离子模块SI流程结构示意图；
[0029]图5为另一种压缩机模块⑶结构示意图；
[0030]图6为本发明中的第二种分凝分离子模块S2流程结构示意图；
[0031]图7为本发明中的第三种分凝分离子模块S3流程结构示意图；
[0032]图8为本发明中的第四种分凝分离子模块S4流程结构示意图；
[0033]图9为本发明中的第五种分凝分离子模块S5流程结构示意图；
[0034]图10为本发明中的第六种分凝分离子模块S6流程结构示意图；
[0035]图11为本发明中的第七种分凝分离子模块S7流程结构示意图；
[0036]图12为本发明中的第八种分凝分离子模块S8流程结构示意图。
【具体实施方式】:
[0037]实施例1:一种带5级分凝分离子模块的多元混合工质回热式节流制冷循环系统
[0038]图1为本发明中的制循环系统结构示意图；图2为一种压缩机模块CU结构示意图；图3为本发明中的回热换热模块RU结构示意图；图4为本发明中的第一种分凝分离子模块SI流程结构示意图；由图1、图2、图3和图4可知，本发明提供的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式为:制冷压缩机模块⑶的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块CU的低压入口，其特征在于:
[0039]所述的压缩机模块⑶包括压缩机⑶1、第一前冷却器⑶21及管路和阀门，其连接方式为:压缩机⑶I的高压出口连接第一前冷却器⑶21的进口 ；冷却器⑶21出口为压缩机模块CU的高压出口 ；压缩机CUl的低压进口为压缩机模块CU的低压进口 ；
[0040]所述的回热换热器模块RU由I至5级分凝分离子模块RUj组成，所述j为分凝分离子模块的级数，j为I至5的整数；其连接方式为:第一级分凝分离子模块RUl高压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂高压入口，上一级分凝分离子模块的高压出口连接下一级分凝分离子模块的高压入口，下一级分凝分离子模块RUj低压出口连接下上一级分凝分离子模块的低压入口，最未一级分凝分离子模块的高压出口作为回热换热器模块RU的高压出口 ；最未一级分凝分离子模块的低压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，第一级分凝分离子模块RUl低压出口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压出口 ；
[0041]所述分凝分离子模块RUj包括:垂直放置的分凝分离器RF1、第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路和阀门，其连接方式为:制冷剂高压来流连接至分凝分离换热器RFl的下部高压入口，经分凝分离换热器RFl内设的第一分凝分离换热器元件的分凝分离后，其主流从分凝分离换热器RFl顶部的高压出口流至第一回热换热器RF2的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的第一高压出口流至第二回热换热器RF4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的高压出口排出；制冷剂低压来流连接至第二回热换热器RF4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4的低压出口流至第一回热换热器RF2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2的低压出口流至分凝分离换热器RFl的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RFl底部低压出口排出；所述高压来流的其余来流由分凝分离换热器RFl的底部高压出口流出经由中间节流元件RF3流至所述第二回热换热器RF4低压出口及第一回热换热器RF2低压入口之间的连接管路；制冷工质为由3?30个制冷工质组元经物理混合形成的混合制冷工质。
[0042]如图2所示，本实施例的压缩机模块⑶包括压缩机⑶1、第一前冷却器⑶21及管路和阀门，其连接方式为:压缩机CUl的高压出口连接第一前冷却器CU21的进口 ；冷却器CU21出口为压缩机模块CU的高压出口 ；压缩机CUl的低压进口为压缩机模块CU的低压进Π ；
[0043]本实施例的回热换热单元RU由5级分凝分离子模块RUl至RU5组成；RU1采用图9所述的分凝分离子模块的S5结构，RU2采用图7所述的分凝分离子模块的S3结构;RU3采用图8所述的分凝分离子模块的S4结构；RU4采用图10所述的分凝分离子模块的S4结构；RU5采用图12所述的分凝分离子模块的S8结构；其连接方式为:制冷压缩机模块CU的高压出口连接第一级分凝分离子模块RUl (S5)高压入口(回热换热器模块RU的制冷剂高压入口)；第一级分凝分离子模块RUl高压出口连接第二级分凝分离子模块RU2 (S3)高压入口 ；第二级分凝分离子模块RU2高压出口连接第三级分凝分离子模块RU3 (S4)高压入口 ；第三级分凝分离子模块RU3高压出口连接第四级分凝分离子模块RU4(S7)高压入口 ；第四级分凝分离子模块RU4高压出口连接第五级分凝分离子模块RU5(S8)高压入口 ；第五级分凝分离子模块RU5高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口 ；蒸发换热模块EU的出口连接第五级分凝分尚子模块RU5低压入口(回热换热器模块RU的制冷剂低压入口)；第五级分凝分离子模块RU5低压出口连接第四级分凝分离子模块RU4低压入口 ；第四级分凝分离子模块RU4低压出口连接第三级分凝分离子模块RU3低压入口 ；第三级分凝分离子模块RU3低压出口连接第二级分凝分离子模块RU2低压入口 ；第二级分凝分离子模块RU2低压出口连接第一级分凝分离子模块RUl低压入口 ；第一级分凝分离子模块RUl低压出口(回热换热器模块RU的制冷剂低压出口)连接制冷压缩机模块⑶的低压入口。
[0044]制冷系统采用由氮、氩、甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷和异戊烷等组元组成的混合制冷工质，用于天然气液化系统制冷。
[0045]在本系统中，制冷流程由单台压缩机驱动，系统廉价稳定，结构紧凑；混合制冷工质中不同沸点的组元由高到低在相应由高到低温度内节流，真正做到不同沸点组元的内部复叠制冷，并且可以避免高沸点组元在低温下的固相析出，进一步增强了系统的可靠性；较高沸点组元在较高温度节流返回低压流道，从而使下一级换热器换热负荷减少，减少了循环中的流动损失及回热损失；高沸点组元在较高温度处节流回到低压流道，有效地改变了高低压气流的当量配比，使回热效率提高，减少了回热损失，使制冷循环具有更高的效率。
[0046]实施例2:—种带4级分凝分离子模块的多元混合工质回热式节流制冷循环系统
[0047]如图1所示，一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，压缩机模块如图5所不；其回热换热单兀RU由4级分凝分尚子模块RUl至RU4组成,RUl米用分凝分离子模块流程的S6结构，RU2采用分凝分离子模块的S3结构，RU3采用分凝分离子模块的S2结构，RU4采用分凝分离子模块SI结构；其连接方式为:制冷压缩机模块CU的高压出口连接第一级分凝分离子模块RUl (S6)高压入口(回热换热器模块RU的制冷剂高压入口)；第一级分凝分离子模块RUl高压出口连接第二级分凝分离子模块RU2 (S3)高压入口 ；第二级分凝分离子模块RU2高压出口连接第三级分凝分离子模块RU3(S2)高压入口 ；第三级分凝分离子模块RU3高压出口连接第四级分凝分离子模块RU4(S1)高压入口 ；第四级分凝分离子模块RU4高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口 ；蒸发换热模块EU的出口连接第四级分凝分离子模块RU4低压入口(回热换热器模块RU的制冷剂低压入口)；第四级分凝分离子模块RU4低压出口连接第三级分凝分离子模块RU3低压入口 ；第三级分凝分离子模块RU3低压出口连接第二级分凝分离子模块RU2低压入口 ；第二级分凝分离子模块RU2低压出口连接第一级分凝分离子模块RUl低压入口 ；第一级分凝分离子模块RUl低压出口(回热换热器模块RU的制冷剂低压出口)连接制冷压缩机模块⑶的低压入口。
[0048]制冷系统采用由氮、甲烷、四氟甲烷、乙烷、全氟乙烷、丙烷、异丁烷和异戊烷等组元组成的混合制冷工质。
[0049]实施例3:—种带3级分凝分离子模块的多元混合工质回热式节流制冷循环系统
[0050]如图1所示，一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，压缩机模块如图5所示；其回热换热单元RU由3级分凝分离子模块RUl至RU3组成，RUl采用分凝分离子模块S6结构，RU2米用分凝分离子模块S8结构，RU3米用分凝分离子模块S2结构；其连接方式为:制冷压缩机模块CU的高压出口连接第一级分凝分离子模块RUl (S6)高压入口(回热换热器模块RU的制冷剂高压入口)；第一级分凝分离子模块RUl高压出口连接第二级分凝分离子模块RU2(S8)高压入口 ；第二级分凝分离子模块RU2高压出口连接第三级分凝分离子模块RU3(S2)高压入口 ；第三级分凝分离子模块RU3高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口 ；蒸发换热模块EU的出口连接第三级分凝分离子模块RU3低压入口(回热换热器模块RU的制冷剂低压入口)；第三级分凝分离子模块RU3低压出口连接第二级分凝分离子模块RU2低压入口 ；第二级分凝分离子模块RU2低压出口连接第一级分凝分离子模块RUl低压入口 ；第一级分凝分离子模块RUl低压出口(回热换热器模块RU的制冷剂低压出口)连接制冷压缩机模块CU的低压入口。
[0051]制冷系统采用由甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷、四氟乙烷和异戊烷等组元组成的混合制冷工质。
[0052]实施例4:一种带2级分凝分离子模块的多元混合工质回热式节流制冷循环系统
[0053]如图1所示，一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，压缩机模块如图2所示；其回热换热单元RU由2级分凝分离子模块RUl至RU2组成，RUl采用分凝分离子模块的S5结构，RU2米用分凝分离子模块的SI结构；其连接方式为:制冷压缩机模块CU的高压出口连接第一级分凝分离子模块RUl (S5)高压入口(回热换热器模块RU的制冷剂高压入口)；第一级分凝分离子模块RUl高压出口连接第二级分凝分离子模块RU2 (SI)高压入口 ；第二级分凝分离子模块RU2高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口 ；蒸发换热模块EU的出口连接第二级分凝分离子模块RU2低压入口(回热换热器模块RU的制冷剂低压入口)；第二级分凝分离子模块RU2低压出口连接第一级分凝分离子模块RUl低压入口 ；第一级分凝分离子模块RUl低压出口(回热换热器模块RU的制冷剂低压出口)连接制冷压缩机模块CU的低压入□。
[0054]制冷系统采用由甲烷、四氟甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷等组元组成的混合工质。实施例5:—种带I级分凝分离子模块的多元混合工质回热式节流制冷循环系统
[0055]如图1所示，一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，压缩机模块如图2所示；其回热换热单元RU由I级分凝分离子模块RUl组成，RUl采用分凝分离子模块的S7结构；其连接方式为:制冷压缩机模块CU的高压出口连接分凝分离子模块RUl (S7)高压入口(回热换热器模块RU的制冷剂高压入口)；分凝分离子模块RUl高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口；蒸发换热模块EU的出口连接分凝分离子模块RUl低压入口(回热换热器模块RU的制冷剂低压入口)；分凝分离子模块RUl低压出口(回热换热器模块RU的制冷剂低压出口)连接制冷压缩机模块⑶的低压入口。
[0056]制冷系统采用由四氟甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷等组元组成的混合制冷工质。
【权利要求】
1.一种带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其由压缩机模块(CU)、回热换热器模块(RU)、节流模块(JU)和蒸发换热模块(EU)及其连接管路组成，其连接方式为:制冷压缩机模块(CU)的高压出口连接回热换热器模块(RU)的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块(RU)的制冷剂高压出口连接节流模块(JU)的制冷剂高压入口 ；节流模块(JU)的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块(EU)入口，蒸发换热模块(EU)的出口连接回热换热器模块(RU)的制冷剂低压入口，回热换热器模块(RU)的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块(⑶)的低压入口，其特征在于:
所述的压缩机模块(⑶)包括压缩机(⑶I)、第一前冷却器(⑶21)及管路和阀门，其连接方式为:压缩机(CUl)的高压出口连接第一前冷却器(⑶21)的进口 ；第一前冷却器(⑶21)出口为压缩机模块(⑶)的高压出口 ；压缩机(⑶I)的低压进口为压缩机模块(⑶)的低压进口； 所述的回热换热器模块(RU)由I至5级分凝分离子模块(RUj)组成，所述j为分凝分离子模块的级数，j为I至5的整数；其连接方式为:第一级分凝分离子模块(RUl)高压入口作为回热换热器模块(RU)的制冷剂高压入口，上一级分凝分离子模块的高压出口连接下一级分凝分离子模块的高压入口，下一级分凝分离子模块的低压出口连接下上一级分凝分离子模块的低压入口，最未一级分凝分离子模块的高压出口作为回热换热器模块(RU)的高压出口 ；最未一级分凝分离子模块的低压入口作为回热换热器模块(RU)的制冷剂低压入口，第一级分凝分离子模块(RUl)的低压出口作为回热换热器模块(RU)的制冷剂低压出口 ； 所述分凝分离子模块(RUj)包括:垂直放置的分凝分离器(RF1)、第一回热换热器(RF2)、中间节流元件(RF3)、第二回热换热器(RF4)及连接管路和阀门，其连接方式为:制冷剂高压来流连接至分凝分离换热器(RFl)的下部高压入口，经分凝分离换热器(RFl)内设的第一分凝分离换热器元件的分凝分离后，其主流从分凝分离换热器(RFl)的顶部高压出口流至第一回热换热器(RF2)的第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RF2)的第一高压出口流至第二回热换热器(RF4)的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的高压出口排出；制冷剂低压来流连接至第二回热换热器(RF4)的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)的低压出口流至第一回热换热器(RF2)的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RF2)的低压出口流至分凝分离换热器(RFl)的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RFl)底部低压出口排出；所述高压来流的其余来流由分凝分离换热器(RFl)的底部高压出口流出经由中间节流元件(RF3)流至所述第二回热换热器(RF4)低压出口及第一回热换热器(RF2)低压入口之间的连接管路；制冷工质为由3~30个制冷工质组元经物理混合形成的混合制冷工质。
2.按权利要求1所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于，所述的压缩机模块(⑶)还包括第二前冷却器(⑶22)和润滑油过滤回油器(⑶3)，其连接方式为:所述第二前冷却器(CU22)通过一个三通管件连接于所述第一前冷却器(⑶21)出口，第二前冷却器(⑶22)的出口作为压缩机模块(⑶)的高压出口 ；所述润滑油过滤回油器(⑶3)的两端分别连接于该三通管件的另一接口和压缩机(⑶I)的低压进口。
3.按权利要求1所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于，所述第一回热换热器(RF2)还包括与一换热元件相连的第二高压入口和第二高压出口，所述分凝分离换热器(RFl)的底部高压出口连接第一回热换热器(RF2)的第二高压入口，第一回热换热器(RF2)的第二高压出口连接中间节流元件(RF3)入口。
4.按权利要求1所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于:所述分凝分离换热器(RFl)还包括设于其内的第二分凝分离换热器元件，该第二分凝分离换热器元件连接于分凝分离换热器(RFl)的底部高压入口与中间节流元件(RF3)入口之间的管路上。
5.按权利要求3所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于:所述分凝分离换热器(RFl)还包括设于其内的第二分凝分离换热器元件，该第二分凝分离换热器元件连接于分凝分离换热器(RFl)的底部高压入口与中间节流元件(RF3)入口之间的管路上。
6.按权利要求1所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于:所述的分凝分离子模块(RUj)还包括一前回热换热器(RFO);制冷剂高压来流连接前回热换热器(RFO)高压入口，前回热换热器(RFO)的高压出口连接分凝分离换热器(RFl)的下部高压入口 ；分凝分离换热器(RFl)的底部低压出口连接前回热换热器(RFO)的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器(RFO)的低压出口排出。
7.按权利要求3所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于:所述的分凝分离子模块(RUj)还包括一前回热换热器(RFO);制冷剂高压来流连接前回热换热器(RFO)高压入口，前回热换热器(RFO)的高压出口连接分凝分离换热器(RFl)的下部高压入口 ；分凝分离换热器(RFl)的底部低压出口连接前回热换热器(RFO)的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器(RFO)的低压出口排出。
8.按权利要求4所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于，所述的分凝分离子模块(RUj)还包括一前回热换热器(RFO);制冷剂高压来流连接前回热换热器(RFO)高压入口，前回热换热器(RFO)的高压出口连接分凝分离换热器(RFl)的下部高压入口 ；分凝分离换热 器(RFl)的底部低压出口连接前回热换热器(RFO)的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器(RFO)的低压出口排出。
9.按权利要求5所述的带分凝分离的多元混合工质回热式节流制冷循环系统，其特征在于:所述的分凝分离子模块(RUj)还包括一前回热换热器(RFO);制冷剂高压来流连接前回热换热器(RFO)高压入口，前回热换热器(RFO)的高压出口连接分凝分离换热器(RFl)的下部高压入口 ；分凝分离换热器(RFl)的底部低压出口连接前回热换热器(RFO)的低压入口，制冷剂流体经回热换热后由所述前回热换热器(RFO)的低压出口排出。
【文档编号】F25B40/06GK103822389SQ201310670275
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】吴剑峰, 公茂琼, 董学强 申请人:中国科学院理化技术研究所