[发明专利]一种基于碳纳米管重力油分离效应的低温制冷装置及方法

权利要求书

1.一种基于碳纳米管重力油分离效应的低温制冷装置，其特征在于，包括压缩机、冷凝器、气液分离器、节流阀、毛细管、冷凝蒸发器、蒸发器以及充注口；其中压缩机出口与冷凝器进口连接，冷凝器出口与气液分离器进口连接；

气液分离器的高沸点制冷剂通道通过节流阀与冷凝蒸发器的蒸发侧通道连接；气液分离器的低沸点制冷剂通道与冷凝蒸发器的冷凝侧通道连接；冷凝蒸发器的冷凝侧出口通过毛细管与蒸发器的进口连接；冷凝蒸发器的蒸发侧出口与蒸发器的出口相连，并与压缩机的进口连接；在冷凝器和气液分离器之间设置有充注口，充注口用于充注碳纳米管；通过碳纳米管吸附润滑油，使润滑油重力沉降，碳纳米管跟随制冷剂在制冷装置中循环，还包括制冷剂，制冷剂采用自复叠混合制冷剂，所述自复叠混合制冷剂包括高沸点制冷剂中的一种或者其组合，以及低沸点制冷剂中的一种或者其组合；其中高沸点制冷剂包括R134A、R600A、R1234YF、R1234ZE(Z)、R1234ZE(E)、R142B以及R22，低沸点制冷剂包括R23、R14、R1150、R290、R170、R125以及R32，所述碳纳米管为表面改性的，所述碳纳米管的表面通过共价键的性质嫁接与烷烃化学性质相似的功能集团，烷烃化学性质相似的功能集团包括C₁₆TMS、C₈TMS、C₃TMS。

2.一种基于碳纳米管重力油分离效应的低温制冷方法，其特征在于，所述制冷方法基于权利要求1所述的制冷装置，制冷方法包括如下步骤：

步骤1：压缩机停止工作，将设定量的碳纳米管通过充注口充注到制冷装置中；

步骤2：启动压缩机；碳纳米管和制冷剂混合进入冷凝器；

步骤3：经过冷凝器冷凝，获得部分液化的制冷剂；高沸点制冷剂经过放热冷凝形成液态，低沸点制冷剂保持气态；其中由于润滑油的粘度高，而碳纳米管存在相见迁移机制，因此碳纳米管吸附润滑油并发生沉积，与液态的高沸点制冷剂混合；

步骤4：部分液化的制冷剂进入气液分离器，进行气相低沸点制冷剂和高沸点制冷剂的分离过程；分离后的高沸点制冷剂经过节流阀进入冷凝蒸发器的蒸发侧通道，低温制冷剂进入冷凝蒸发器的冷凝侧通道；

步骤5：在冷凝蒸发器中，含润滑油和碳纳米管的高沸点制冷剂与饱和气相低沸点制冷剂进行换热，使得高沸点制冷剂吸热蒸发，形成蒸汽，低沸点制冷剂放热冷凝成为液态；其中含有碳纳米管的高沸点制冷剂由于沸腾换热作用产生大量气泡，碳纳米管在沸腾过程产生气泡的作用下再悬浮于制冷剂中，使得碳纳米管分散，避免循环过程中由于碳纳米管的沉积和团聚作用使冷凝蒸发效果变差；

步骤6：将液态的低沸点制冷剂经过毛细管送入蒸发器；经蒸发器完成蒸发过程的低沸点制冷剂与经冷凝蒸发器的高沸点制冷剂混合后进入压缩机进行下一次循环过程，结束步骤。

3.根据权利要求2所述的一种基于碳纳米管重力油分离效应的低温制冷方法，其特征在于，所述步骤1中碳纳米管为制冷剂的0.8～10wt％。

4.根据权利要求2所述的一种基于碳纳米管重力油分离效应的低温制冷方法，其特征在于，所述碳纳米管的表面改性，包括如下步骤：

步骤11：选用10-30g的碳纳米管与600ml酒精溶液混合均匀，并水浴超声60～80分钟，使颗粒表面形成羟基；

步骤12：将碳纳米管/水悬浮液中加入5-15g的C₁₆TMS、C₈TMS或C₃TMS形成共价键，完成羟基的嫁接；

步骤13：对悬浮液进行离心，并用酒精对改性的颗粒进行清洗设定次数；

步骤14：将所得的颗粒放入真空烤箱中干燥，去除有机溶剂。

5.根据权利要求4所述的一种基于碳纳米管重力油分离效应的低温制冷方法，其特征在于，所述步骤14中真空烤箱的烘干温度为100℃～120℃。