[发明专利]带有喷射器的超低温循环制冷方法

说明书

技术领域

本发明属于制冷技术领域，尤其涉及到一种带有喷射器的超低温循环制冷方法。

背景技术

自动复叠制冷循环技术是中小型低温制冷设备中较为常见的技术之一。自动复叠制冷循环技术最早发明于1936年，该技术曾在天然气液化中得到成功应用。目前自复叠制冷循环技术可以获得从低于80K的液氮温区到230K的传统蒸气压缩制冷温区的低温环境，并在低温制冷领域得到不断的推广。

自动复叠制冷循环技术采用多元非共沸混合工质作为制冷剂，根据非共沸混合工质在气液相平衡状态下气相和液相组分浓度不同的特点，利用气液分离器将高沸点液态工质和低沸点气态工质分离开来，通过高沸点工质蒸发来实现低沸点工质冷凝只需要一个压缩机就可以获得所需低温环境，其结构简单，低温端无运动部件，运行可靠，并可有效解决压缩机的回油问题。

目前，针对自动复叠制冷循环技术的研究主要集中在以下两个方面：

一、对传统循环流程进行改进或对部件结构进行优化设计，主要采用的是新型换热器和高效气液分离装置。

二、采用绿色环保的混合工质作为制冷剂。

然而就自动复叠制冷循环技术而言，当环境温度和制冷剂工质一定时，要获得更低的蒸发温度必须降低蒸发压力，这将导致压缩机的吸气压力下降、压比增大，同时产生较大的节流损失和传热不可逆损失，造成该循环的制冷系数明显下降，这一问题也制约着自动复叠制冷技术在低温领域的实际应用。

因此，如何在获得低温的同时改善系统的循环性能是该技术今后发展所必须解决关键问题之一。

中国专利CN 1963341A所公开的技术内容中，就将喷射器引入自动复叠制冷循环中，即通过在蒸发器与压缩机之间设置喷射器，利用冷凝蒸发器流出的高沸点气态制冷剂作为工作流体，引射蒸发器出口的低沸点气态制冷剂，利用喷射器提高压缩机吸气口压力，降低压缩机的压比，从而节省压缩机能耗。但是，该技术为了保证喷射器中工作流体所需要的较高工作压力需提高蒸发冷凝器中高沸点工质的蒸发压力，必然引起其蒸发温度的升高，高沸点工质蒸发温度的升高将导致低沸点组分的沸点受到较大限制；如果所选择的低沸点组分沸点过低，那么在冷凝蒸发器中具有较高蒸发温度的高沸点工质将无法使低沸点组分冷凝成液体，因此，该带有喷射器的自动复叠制冷循环较适用于制冷温度较高的场合，在制冷温度较低场合其使用受到较大限制。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种带有喷射器的超低温循环制冷方法，该超低温循环制冷方法利用喷射器回收节流损失并可减小压比，可在获得超低温的同时具有较高的循环性能并获得较快的制冷速度。

超低温自定义的温度范围在-40℃至-170℃之间。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述带有喷射器的超低温循环制冷方法所涉及到的制冷部件包括压缩机、冷凝器、第一气液分离器、第一回热器、第一节流件、冷凝蒸发器、第二回热器、第二节流件和蒸发器，制冷部件还包括第一喷射器、第二喷射器和第二气液分离器，所述各制冷部件和制冷剂构成的超低温循环制冷过程如下：

经压缩机压缩后的高压混合制冷剂蒸气进入冷凝器被冷凝为气液两相混合物，然后进入第一气液分离器实现气相和液相的分离，从第一气液分离器底部流出的富含高沸点组分的高压液态制冷剂进入第一喷射器作为工作流体引射来自蒸发器的富含低沸点组分的低压制冷剂蒸气而成为较高压力状态的气液两相混合工质，第一喷射器出口的气液两相混合工质经第一回热器的冷却降温再进入到第二气液分离器并被分离成富含低沸点组分的气态制冷剂和富含高沸点组分的液态制冷剂，富含低沸点组分的气态制冷剂作为第二喷射器的工作流体引射来自第二气液分离器底部流出的经第一节流件节流降压的以及冷凝蒸发器内蒸发汽化而成的富含高沸点组分的低压蒸汽，再经第二喷射器增压后的气态混合工质流入第一回热器进行过热后再流回压缩机；从第一气液分离器顶部流出的富含低沸点组分的高压气态制冷剂流入冷凝蒸发器被冷凝成液体后经第二回热器进行再冷却，然后通过第二节流件的节流降压成为低温低压制冷剂并进入到蒸发器内以实现低温制冷，蒸发器出口的富含低沸点组分的低压气态制冷剂再经第二回热器实施换热后被引射进入第一喷射器实现增压过程，至此完成一个循环制冷过程，重复循环制冷即可完成带有喷射器的超低温循环制冷过程。

实现所述带有喷射器的超低温循环制冷方法的各制冷部件的连接关系如下：