[发明专利]一种深冷混合工质节流制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种深冷混合工质节流制冷系统，尤其涉及一种可提供外输制冷量的低温制冷系统。

背景技术

混合工质节流制冷技术最早提出于20世纪30年代，由于其在80K直至230K温区的制冷中有着优良的性能，逐渐发展为应用于这一广泛温区的主要的制冷方式。尤其20世纪70年代以来，深冷混合工质节流技术被越来越多的应用于天然气液化中，使得该技术得到了迅速发展。除液化天然之外，深冷混合工质节流技术还可以应用于某些特殊用途的冷却要求，如大型氢、氦制冷（液化）系统的预冷，或为其它大型系统提供低温预冷等等。

目前针对这种低温预冷的需求，主要解决方式有三种，一种是驱动其他流体实现制冷系统与被冷却对象进行冷量传递的载冷技术。在混合制冷剂循环中得到冷却的载冷剂，被泵送到被冷却对象处，起到冷量输送作用。这种方式应用于深冷温区的预冷时，一是输送泵低温下运行的密封问题不好解决，二是深冷温区下多数流体凝固或粘度增大，难以选择合适的载冷剂。

第二种方式是应用液氮蒸发所释放的冷量做预冷，这种方式一是液氮的消耗量比较大，二是在所需预冷温度和液氮温度不匹配的时候，预冷系统不可逆损失比较大，经济上很不合算，另外还有液氮的运输，保存等诸多方面的问题。

还有一种解决方式是近年来发展的双混合工质制冷系统。其主要特点是利用两组压缩机，分别驱动两个独立的混合工质制冷系统，使其中一个制冷系统冷却另一个制冷系统形成复叠制冷来产生低温冷量。例如CN 1330760A提供了一种双混合工质天然气液化技术，该液化系统中通过采用高沸点混合工质的预冷级将低温级及原料气冷却至某一中间温度，然后由低温级继续提供冷量使天然气液化。另外的方案还有CN101120218A以及本申请人曾提出的CN1330760A，预冷级通过多股流换热器将冷量传递给低温级，再将低温级节流以获得低温冷量供给固定温度负荷或分布式负荷应用。以上技术的共同点是预冷及低温系统分别采用独立循环，在多股流换热器中传递预冷冷量。这种方式所共有的缺点是系统结构复杂、机组多、控制难度高、可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的深冷混合工质节流制冷系统，该系统解决了现有技术中存在的系统流程部件多，操作复杂，以及难以寻找合适载冷剂等问题。

本发明技术方案如下：

本发明提供的深冷混合工质节流制冷系统，其包括：同一压缩机驱动的制冷回路及外输制冷剂回路；其特征在于：压缩机CU出口与冷却换热器AC相连，冷却换热器AC出口分二路分别与所述制冷回路和所述外输制冷剂回路相连；

所述制冷回路包括由管路依次相连的第一分配阀DV1、回热换热器HX的第一高温通道、第一节流阀RV1和回热换热器HX的低温通道，然后与压缩机CU入口相连；

所述外输制冷剂回路包括由管路依次相连的第二分配阀DV2、回热换热器HX的第二高温通道、第二节流阀RV2和用户换热器UHX，用户换热器UHX的出口与制冷回路的低压管道相连，并一同连接至压缩机CU入口；

所述的回热换热器HX为1台回热换热器或2～5台回热换热器组成的多级回热换热器组。

当回热换热器（HX）为2～5台回热换热器组成的多级回热换热器组，外输制冷剂回路中的用户换热器UHX出口与制冷回路的低压管道的连接点为外输制冷剂回路的外输制冷剂与制冷回路的循环制冷剂的混合点，该混合点位于所述多级回热换热器组中任意一个回热换热器的低温通道出口，该混合点的循外输制冷剂与循环制冷剂在混合点温度相同或接近。外输制冷剂与循环制冷剂的混合点可为1～5个，各混合点前的外输制冷剂管路上分别设置截止阀，通过开启相应的截止阀，选择外输制冷剂与制冷循环制冷剂的混合点。

所述外输制冷剂回路中的外输制冷剂流量与全部制冷剂循环流量的比值≤20％。

所述的深冷混合工质为氮气、甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷和异戊烷中的两种或两种以上组分组成的混合制冷工质。

所述的制冷回路的低压管道为制冷回路中的第一节流阀RV1与压缩机CU入口之间的管路及处于其间的回热换热器HX的低温通道。

所述的外输制冷剂循环可采用一次节流循环、带有分离器的分离循环或内复叠循环，这些均属于本行业普通技术人员应知。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，不需要载冷剂循环因而可简化系统结构；易于冷量的较远距离输运；可通过返回点的位置设置以实现与用户分布温度热负荷良好匹配；制冷剂在室温端分离，易实现系统的稳定运行。

附图说明