CN101893343A - 一种制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机 - Google Patents
一种制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及的制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机，其包括：依次相连并形成制冷循环回路的润滑油压缩机、油分离器、冷却换热器、气液分离器、逆流换热器、节流阀和蒸发器；其特征在于，还包括热分离器；热分离器与气液分离器底部液相出口相通；热分离器下部与压缩机排气分流点A相连通；热分离器中部与压缩机的排气回流点B相连通；热分离器顶部出口与气液分离器顶部气相区相连通；热分离器底部通过一毛细管与所述润滑油压缩机的低压回油管路相连通。具有简单可靠，易于操控，无需另外能源即可实现润滑油与高沸点组元制冷剂的分离；同时可避免润滑油带入***低温循环部分，造成管路阻力增大及换热恶化等。
Description
技术领域
本发明涉及制冷低温领域中的多元混合工质节流循环制冷装置，特别涉及一种制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机。
背景技术
多元混合物工质节流制冷机由于其独特的性能，成为从液氮温区的低温领域(80K)直至单级蒸汽压缩循环制冷温度范围(230K)——这一广阔温区的一个很好的冷源。该种制冷剂最大优势就是使用了可靠性高、效率高的普冷单级油润滑压缩机。经过数十年的发展和应用，普冷单级油润滑压缩机已经成熟，其成本由于产量的增加而大大下降。这也大大促进了使用此类压缩机的深冷混合工质节流制冷机的发展，提高了其可靠性并降低了成本。然而使用油润滑压缩机也带来了新的问题，其中一个重要问题就是压缩机润滑油的分离和回油。由于润滑油的凝固点普遍较高，其首先带来的问题就是低温下固相析出，造成制冷机节流通道的堵塞，直接使制冷机无法正常工作。另外润滑油进入低温部分还会造成传热的恶化以及流动阻力的增加等等问题。
目前各类混合工质深冷节流制冷机均采取了各种方式进行润滑油的分离。例如自动复叠形式(Auto-cascade)的混合工质节流制冷***，依靠在不同温度设置的平衡闪蒸分离器，可以实现多元混合工质中高沸点组元制冷剂与润滑油分离出来(具体如US3698202和US3768273)；另外还有本申请人曾提出的分凝分离方式的制冷循环(ZL00136709.9)，在较为有效清除润滑油的同时还可以回收部分冷量。另外专利ZL02110664.9提出了采用精馏分离的制冷循环，等等。上述技术方案可以解决了润滑油进入***最低温区形成固体堵塞制冷机问题，实现制冷***安全稳定的运行。例如以专利ZL00136709.9为主的深冷制冷技术应用于低温冰箱当中，最早的装置已经成功运行超过10年的时间。
上述分离循环技术均存在一个共同特点，即均将分离后高沸点工质与润滑油的混合液体节流(一般还要再过冷)进入后级逆流换热器相应位置，回收其中高沸点制冷量。此种方式在具体应用当中仍会带来以下几个问题：
第一：润滑油及高沸点组元仍然进入换热器较低温度区域，由于润滑油低温下粘度大，造成制冷***低压侧流动阻力增大；同时由于润滑油附着在换热器壁面，导致传热系数下降。
第二：高沸点组元组元制冷剂及润滑油的混合物节流后返回换热器部位点难以获取最优结果，在***不同运行阶段，换热器的温度分布不一致，尤其是高沸点组元制冷剂与润滑油的混合物在节流前不过冷的情况下，其返回主制冷***的低压侧流程的部位点难以恰当，不容易找到最佳位置点，很容易扰乱循环***正常的温度分配。
第三：在实际过程中，由于节流元件(通常是毛细管)节流特征难以准确确定，导致分离出高沸点组元制冷剂的量不易控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用压缩机排气高温实现高沸点组元制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机；该制冷机利用压缩机高温排气的热量加热分离器分出的润滑油和高沸点组元制冷剂的混合物，使混合物中的高沸点组元制冷剂蒸发后重新进入制冷循环，而润滑油被分离出来返回压缩机低压侧，以达到润滑油和高沸点组元制冷剂的分离，从而克服多元混合工质节流循环制冷机的上述诸多缺陷。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机，如图1所示，其包括：依次相连并形成制冷循环回路的润滑油压缩机1、油分离器2、冷却换热器3、气液分离器4、逆流换热器5、节流阀6和蒸发器7；其特征在于，还包括热分离器8；
所述热分离器8与所述气液分离器4的底部液相出口相连通；
所述热分离器8下部与润滑油压缩机1的排气分流点A相连通；所述润滑油压缩机1的排气分流点A位于所述油分离器2与冷却换热器3之间连接管路上的任意处；
所述热分离器8中部与润滑油压缩机1的排气回流点B相连通；所述润滑油压缩机1的排气回流点B位于所述冷却换热器3的制冷剂入口和制冷剂出口之间的换热元件上；
所述热分离器8顶部出口与所述气液分离器4顶部气相区相连通；
所述热分离器8底部通过一毛细管与所述润滑油压缩机的低压回油管路相连通。
所述的气液分离器4为平衡闪蒸分离器、分凝分离器或精馏分离器。
图1为本发明的制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机的结构示意图，也是其制冷循环流程图，由图1可知，本发明的制冷剂与润滑油分离的多元混合工质节流循环制冷机的改进之处在于：将气液分离器4底部出口分离出来的含润滑油和高沸点组元制冷剂的液体混合物导入热分离器8，在热分离器8内利用从压缩机排气分流点A分流出的高温排气对液体混合物进行加热，液体混合物中的高沸点组元制冷剂蒸发后导入气液分离器4顶部气相区，再进入制冷循环；而润滑油经连接的毛细管进入润滑油压缩机1的低压回油管路；同时润滑油压缩机1的高温排气经过热分离器8后返回至冷却换热器3内的压缩机排气回流点B。
本发明由于利用了润滑油压缩机的高温排气对分离后的含润滑油和高沸点组元制冷剂的液相混合物进行加热，液相混合物中的高沸点组元制冷剂和润滑油进行深度分离，一方面可避免润滑油带入到***的低温部分引起不良后果，例如润滑油粘度增大导致制冷***低压侧流动阻力增大以及换热效果下降等；另一方面还减少了对循环工质(高沸点组元制冷剂)浓度变化的影响，保证了循环混合工质中高沸点组元制冷剂浓度，使其更接近于优化的工质浓度；该装置还具有结构简单可靠，易于操控，无需另外能源等优点。
附图说明
图1为本发明的制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机的结构示意图，也是其制冷循环流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，传统的多元混合工质节流循环制冷机的结构是：其包括：依次相连并形成制冷循环回路的润滑油压缩机1、油分离器2、冷却换热器3、气液分离器4、逆流换热器5、节流阀6和蒸发器7。本发明是在传统的多元混合工质节流循环制冷机的基础上做的改进：即增加了热分离器8；
该热分离器8与所述气液分离器4的底部液相出口相连通；
该热分离器8下部与润滑油压缩机1的排气分流点A相连通；所述润滑油压缩机1的排气分流点A位于所述油分离器2与冷却换热器3之间连接管路上的任意处；
该热分离器8中部与润滑油压缩机1的排气回流点B相连通；所述润滑油压缩机1的排气回流点B位于所述冷却换热器3的制冷剂入口和制冷剂出口之间的换热元件上；
该热分离器8顶部出口与所述气液分离器4顶部气相区相连通；
该热分离器8底部通过一毛细管与所述润滑油压缩机的低压回油管路相连通。
其工作流程如下：
多元混合工质制冷剂在油润滑压缩机1经压缩后成为高温高压气体，进入油分离器2，分离出的大部分润滑回到压缩机回油段，而含有少量润滑油的多元混合工质制冷剂进入冷却换热器3，被冷却至环境温度，进入分离器4进行分离。分离器4底部出口分离出来的含润滑油和高沸点组元制冷剂的液体混合物导入热分离器8，在热分离器8内利用从压缩机排气分流点A分流出的高温排气对液体混合物进行加热，液体混合物中的高沸点组元制冷剂蒸发后导入气液分离器4顶部气相区，再进入制冷循环；而润滑油经连接的毛细管进入润滑油压缩机1的低压回油管路；同时润滑油压缩机1的高温排气经过热分离器8后返回至冷却换热器3内的压缩机排气回流点B。分离器4顶部多元混合工质制冷剂进入逆流换热器5进一步被冷却，最后进入节流阀6，节流后压力、温度降至最低，进入蒸发器7提供冷量后进入逆流换热器5，冷却高压来流工质，自身温度升高，进入压缩机1低压入口，由此完成一个循环。
Claims (2)
1.一种制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机，其包括：
依次相连并形成制冷循环回路的润滑油压缩机(1)、油分离器(2)、冷却换热器(3)、气液分离器(4)、逆流换热器(5)、节流阀(6)和蒸发器(7)；
其特征在于，还包括热分离器(8)；
所述热分离器(8)与所述气液分离器(4)的底部液相出口相连通；
所述热分离器(8)下部与润滑油压缩机(1)的排气分流点(A)相连通；所述润滑油压缩机(1)的排气分流点(A)位于所述油分离器(2)与冷却换热器(3)之间连接管路上的任意处；
所述热分离器(8)中部与润滑油压缩机(1)的排气回流点(B)相连通；所述润滑油压缩机(1)的排气回流点(B)位于所述冷却换热器(3)的制冷剂入口和制冷剂出口之间的换热元件上；
所述热分离器(8)顶部出口与所述气液分离器4顶部气相区相连通；
所述热分离器(8)底部通过一毛细管与所述润滑油压缩机的低压回油管路相连通。
2.按权利要求1所述的制冷剂与润滑油深度分离的多元混合工质节流制冷机，其特征在于，所述的气液分离器(4)为平衡闪蒸分离器、分凝分离器或精馏分离器。
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