[发明专利]一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机及其制冷方法

说明书

技术领域

本发明涉及制冷领域，尤其涉及一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机及其制冷方法。

背景技术

利用传统的蒸汽压缩制冷技术，单级制冷循环可以达到的最低有效制冷温度在-40℃左右，如果要实现更低的制冷温度则需采用多级压缩或多级复叠制冷循环。在现有的技术中，采用两级压缩可以达到-60℃左右的制冷温度，采用两级复叠循环可以实现-80℃左右冷温度，若要实现-100℃甚至更低的制冷温度就要采取三级以上复叠循环。此时，随着需求温度的降低，蒸汽压缩制冷技术的制冷系统变得更复杂，可靠性降低，调节手段更加复杂。20世纪80年代以来，多元混合工质节流制冷技术取得重要的进展，该技术使得只要能够找到合适的混合工质和工质配比，即可通过单级压缩节流制冷达到-100℃～-200℃的低温，因此，该技术可在-100℃温区以下替代复叠循环，尤其是替代三级以上复叠循环，目前看来具有广阔的应用前景。

但是混合工质的缺点也很明显，一是从开机启动到降温到低温温度的过程中，系统压力变化剧烈；二是液相积存现象导致系统工质循环配比偏离充灌配比，影响系统的性能。第一个缺点会造成混合工质制冷机启动困难；第二个缺点会使得混合工质制冷机在负荷发生变化后难以稳定运行，在环境温度变化后，工质循环配比偏离最优配比，效率低下。

因此，要发挥混合工质节流制冷机在-100℃到液氮温区比三级复叠节流制冷机结构简单、投资少、效率较高的优势，必须解决混合工质节流制冷机上述的两个缺点，使得混合工质节流制冷机能够安全启动，在温度降低后系统压力得到调整，应对负荷变化时组分循环配比不改变的前提下改变流量，应对环境温度变化时工质流量不改变的情况下调整组分循环配比在较优值。这样才可以使得混合工质的应用得以推广。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机及其制冷方法。使得小型混合工质节流制冷机在启动工况、负荷变化工况和环境温度变化工况，能够自如应对，实现系统调节稳定和高效运行。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适应变工况运行的混合工质节流制冷机，包括可控通路应对负荷变化调节单元1、应对环境温度变化调节单元2、压缩机单元3、冷凝冷却器单元4、回热换热器单元5、蒸发器单元6、控制单元7；

所述回热换热器单元5包括高温回热换热单元5-1和低温回热换热单元5-2；所述可控通路应对负荷变化调节单元1包括可控进气阀V1、可控出气阀V2、冷剂收集罐B1；所述应对环境温度变化调节单元2包括可控出液阀V5、液分离罐B2；

所述压缩机单元3的出口连接冷凝冷却器单元4的进口，所述冷凝冷却器单元4的出口连接气液分离罐B2的气液进口，气液分离罐B2的气相出口通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控进气阀V1连接冷剂收集罐B1，冷剂收集罐B1再通过可控通路应对负荷变化调节单元的可控出气阀V2连接至压缩机单元3进口的低压管路；

所述气液分离罐B2的第一液相出口通过可控出液阀V5连接压缩机单元3进口的低压管路，气液分离罐B2的第二液相出口连接高温回热换热单元5-1的B进口；高温回热换热单元5-1的A进口连接气液分离罐B2的气相出口管路；

所述高温回热换热单元5-1的A出口连接低温回热换热单元5-2的C进口，低温回热换热单元5-2的C出口依次通过低温节流结构V4和蒸发器单元6连接低温回热换热单元5-2的D进口，低温回热换热单元5-2的D出口连接高温回热换热单元5-1的E进口，高温回热换热单元5-1的E出口连接至压缩机单元3进口的低压管路；高温回热换热单元5-1的B出口通过高温节流结构V3连接高温回热换热单元5-1的E进口；

所述控制单元7接收压缩机单元3进出口压力值、低温节流结构V4的出口压力/温度值，并控制可控进气阀V1、可控出气阀V2和可控出液阀V5的开启/关闭。

上述适应变工况运行的混合工质节流制冷机的制冷方法，包括如下步骤：

(1)启动工况：应对环境温度变化调节单元2的可控出液阀V5处于关闭状态；应对负荷变化调节单元1的可控出气阀V2关闭，可控进气阀V1开启直至降温到设定温度后关闭；

(2)正常运行情况下，发生负荷变化和/或环境温度变化时具体如下：