[发明专利]高效螺杆式自复叠制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及超低温度和大制冷量的制冷系统，具体地指一种高效螺杆式自复叠制冷系统。

背景技术

在石油、化工、制药、军工、电子和食品等工业或商业领域，为了满足生产工艺和科学研究对环境的深冷低温要求，普遍采用螺杆式复叠制冷系统以获得较大的制冷量和较低的蒸发温度，一般用来获取-60℃～-125℃的低温。传统的螺杆式复叠制冷系统通常由高温级制冷系统和低温级制冷系统两个部分组成，高温级制冷系统使用中温制冷剂，低温级制冷系统使用低温制冷剂，每个部分都是一个完整的单级螺杆式压缩制冷系统。在高温级制冷系统中，中温制冷剂的蒸发是用来使低温级制冷系统中的低温制冷剂冷凝的，而只有低温制冷剂在蒸发时才会制取冷量。上述高温级制冷系统和低温级制冷系统共用一个冷凝蒸发器，它既是高温级制冷系统的蒸发器，又是低温级制冷系统的冷凝器。由于传统螺杆式复叠制冷系统需要两台专门的螺杆式压缩机，因而其存在结构复杂、控制繁琐、可靠性低、降温速度慢、占地面积大、造价偏高等缺陷，已不能适应市场对深冷低温的需求，越来越多的行业改用螺杆式自复叠制冷系统来获取深冷低温。

目前，已有的螺杆式自复叠制冷系统是一种采用两元混合制冷剂工质的制冷系统，它采用一台常规的螺杆式制冷压缩机，通过自然分离、两级复叠的方法在高沸点工质和低沸点工质之间实现复叠，达到获取低温的目的。其结构如本说明书附图部分给出的图1所示，主要由用于两元混合制冷剂循环运行的螺杆式制冷压缩机1、冷凝器2、气液分离器3、第一节流元件4、冷凝蒸发器5、第二节流元件6和蒸发器7等部件组成。其制冷循环为：螺杆式制冷压缩机1从蒸发器7和冷凝蒸发器5中吸入两种非共沸混合制冷剂，该混合制冷剂被压缩后进入冷凝器2中，被冷凝的高沸点制冷剂液体和未被冷凝的低沸点制冷剂气体被送入气液分离器3(兼作贮液器)中进行分离；高沸点制冷剂液体通过第一节流元件4后，在冷凝蒸发器5中蒸发成气体，然后被螺杆式制冷压缩机1吸入；低沸点制冷剂气体则在冷凝蒸发器5中被冷凝成液体，再通过第二节流元件6后，在蒸发器7中蒸发成气体，实现系统制冷量后仍被螺杆式制冷压缩机1吸入，从而完成自复叠制冷循环。

上述螺杆式自复叠制冷系统是利用了非共沸混合制冷剂工质在各组份沸点相差很大的条件下所表现出来的特性，采用相分离器来实现混合工质的分流，通过冷凝蒸发器5和蒸发器7等部件的特定组合来实现自复叠循环，其运行时的启动工况、排气压力、排气温度均在常规单级螺杆式制冷压缩机允许的范围之内，相对于传统螺杆式复叠制冷系统具有结构简单、控制方便、可靠性高、安全性好、寿命长、成本低等一系列的优点。但是，由于常规的螺杆式制冷压缩机随着运行蒸发温度的逐步降低，特别是当蒸发温度达到-40℃以后，其排气压力和吸气压力之比将达到20左右，导致其容积效率偏低、制冷量和制冷性能系数下降、经济性变差，进而限制了螺杆式自复叠制冷系统在工商业低温制冷领域的推广使用。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种在低温工况下可显著提高制冷量和制冷系数的高效螺杆式自复叠制冷系统。

为实现上述目的，本发明所设计的高效螺杆式自复叠制冷系统，包括用于两元混合制冷剂循环运行的螺杆式制冷压缩机、冷凝器、气液分离器、第一节流元件、冷凝蒸发器、第二节流元件和蒸发器，螺杆式制冷压缩机的排气口与冷凝器的输入端相连，冷凝器的输出端与气液分离器的气液混合进口相连，气液分离器的气体出口与冷凝蒸发器的高压气进口相连，气液分离器的液体出口通过第一节流元件与冷凝蒸发器的低压供液口相连，冷凝蒸发器的高压液出口通过第二节流元件与蒸发器的输入端相连，冷凝蒸发器的低压回气口和蒸发器的输出端同时与螺杆式制冷压缩机的吸气口相连，其特殊之处在于：在螺杆式制冷压缩机上设置有经济器补气口，在气液分离器的液体出口与第一节流元件之间或/和在冷凝蒸发器的高压液出口与第二节流元件之间设置有经济器组件，所述经济器组件的低压回气口与螺杆式制冷压缩机的经济器补气口相连。

进一步地，在气液分离器的液体出口与第一节流元件之间设置的经济器组件由第一辅助节流元件和第一经济器构成，气液分离器的液体出口分为两路，一路直接与第一经济器的高压进液口相连，另一路通过第一辅助节流元件与第一经济器的低压供液口相连，第一经济器的高压出液口通过第一节流元件与冷凝蒸发器的低压供液口相连，第一经济器的低压回气口与螺杆式制冷压缩机的经济器补气口相连。