CN100414216C - 以天然气为制冷剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种以天然气为制冷剂的方法及其设备，方法是使天然气的制冷工作状态为汽液混合状态，将天然气冷凝至高于沸点10～40℃。设备是有由一级制冷装置、二级制冷装置构成的双级复迭式制冷装置，与二级制冷装置中的蒸发冷凝器(1)相连接有以天然气为制冷剂的三级制冷装置。克服了现有技术所存在的必须将制冷剂全部液化后才能进行蒸发制冷的技术偏见，将汽液混合状态的天然气作为蒸发制冷时的工作制冷剂。因此，只用现有的蒸发冷凝器对其冷凝，即可使其达到所需要的温度，从而能够产生超低温制冷的效果。天然气资源丰富、成本低廉，可降低整个超低温制冷的成本，解决了用天然气不能超低温制冷的难题，具有较高的经济效益和社会效益。
Description
技术领域：
本发明涉及一种制泠剂的应用方法，尤其使以天然气为制冷剂的方法及其设备。
背景技术：
目前，高温或中温制冷技术已经在人们的日常生活中得到广泛的应用，如空调、冰箱等。而低温制冷技术在工业生产中应用比较普遍，如食品、石油化工、有机合成等工业中的分离精炼、结晶、浓缩、提纯、液化等。而对于某些物质(半导体等)却必须在超低温环境下才能正常工作。然而，传统的使用制冷剂的方法却限制了超低温(-100～-160℃)制泠技术的发展。现在，制冷设备中所采用的制冷剂基本上是R12、R13、R14、R22、R502等，其制冷设备也都是由压缩机、水冷凝器、油分离器、蒸发器、与蒸发器相连的膨胀容器以及截止阀、电磁阀、膨胀阀、干燥过滤器等构成单机制冷器，或者蒸发器为蒸发冷凝器，连接两个单机制冷机(同一种制冷剂)构成双级复迭式制冷机，蒸发冷凝器作为前一级的蒸发器、后一级的泠凝器。其制冷工作原理都是蒸发的制冷剂气体经压缩机压缩后，经水冷凝器、油分离器、蒸发冷凝器冷凝，必须成为液体后再蒸发吸收热量制冷，循环往复。这样，如果采用高中温制冷剂进行超低温制冷时，会产生蒸汽压力过低的现象。而如果采用低温制冷剂进行超低温制冷时，虽然会解决蒸发压力过低的问题，但是同时却又存在着冷凝压力过大的问题。因此，超低温制冷成为目前所要解决的难题之一。
甲烷等天然气具有低沸点、低凝固点的特点，本应很好地应用在超低温制冷技术中，但是，由于现在的制冷技术还不能将天然气冷凝到完全是液体的状态，加之现有的制冷设备还不能解决普通机油在超低温状态下所发生的结腊现象。因此，到目前为止，还没有以天然气为制冷剂应用在超低温制冷技术中的方法及其设备。
发明内容：
本发明是为了解决现有技术所存在的难以实现超低温制冷的技术问题，提供一种以天然气为制冷剂的方法及其设备。
本发明的技术解决方案是：一种以天然气为制冷剂的方法，是使天然气的制冷工作状态为汽液混合状态。
是将天然气冷凝至高于沸点10～40℃而使天然气处于汽液混合状态。
所述的冷凝为用双级复迭式制冷装置中的最后一级蒸发冷凝器进行冷凝。
所述的冷凝是用两个双级复迭式制冷装置中的最后一级蒸发冷凝器相串联进行冷凝，并以第一个双级复迭式制冷装置中的最后一级蒸发冷凝器为低温油汽分离器进行油汽分离。
所述的双级复迭式制冷装置中的每一级的制冷剂为不同的制冷剂。
所述的天然气为甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯。
一种以天然气为制冷剂的制冷设备，设有由一级制冷装置、二级制冷装置构成的双级复迭式制冷装置，其特征在于：与二级制冷装置中的蒸发冷凝器1相连接有以天然气为制冷剂的三级制冷装置。
与三级制冷装置中的蒸发冷凝器2相连接有以天然气为制冷剂的四级制冷装置。
还设有由附加一级制冷装置、附加二级制冷装置构成的双级复迭式制泠装置，所述的四级制冷装置与附加二级制冷装置中的蒸发冷凝器3相连接。
所述的蒸发冷凝器3为低温油汽分离器，其回油管与四级制冷装置中的压缩机相接。
本发明克服了现有技术所存在的必须将制冷剂全部液化后才能进行蒸发制冷的技术偏见，将汽液混合状态的天然气作为蒸发制冷时的工作制冷剂。因此，只用现有的蒸发冷凝器对其冷凝，即可使其达到所需要的温度，从而能够产生超低温制冷的效果。其制冷设备是用几级单机制冷机复迭而成，比现有技术增加了以天然气为制冷剂的三级、四级单机制冷机。尤其是增加了由附加一级制冷装置、附加二级制冷装置构成的双级复迭式制冷机，使汽液状态天然气两次经过不同温度的蒸发冷凝器冷凝，可及时将制冷剂中的机油分离出来，避免产生由于冷凝制冷剂而出现的机油结腊现象。天然气资源丰富、成本低廉，可降低整个超低温制冷的成本，解决了用天然气不能超低温制冷的难题，具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明：
图1为本发明实施例的结构系统图。
具体实施方式：
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。
实施例1如图1所示：
一种以天然气为制冷剂的制冷设备，设有由R22为制冷剂的一级制冷装置、以R13为制冷剂的二级制冷装置构成的双级复迭式制冷装置，一级制冷装置与二级制冷装置均由压缩机、水冷凝器、油分离器、蒸发器以及与蒸发器相连的膨胀容器等构成，整个装置应为耐压容器。与二级制冷装置中的蒸发冷凝器1(最后一级蒸发冷凝器)相连接有以乙烯为制冷剂的三级制冷装置。乙烯的沸点为-103℃，通过蒸发冷凝器1可将其冷凝至-83～-93℃，其机油应采用防冻机油。由于制冷剂是在完全密闭状态下，因此乙烯在-83～-93℃时为汽液共存的混合状态。通过蒸发器时，其液态乙烯吸热蒸发制冷。
实施例2如图1所示：是与三级制冷装置中的蒸发冷凝器2相连接有以甲烷为制冷剂的四级制冷装置，同实施例1相同，整个装置应为耐压装置。制冷剂甲烷通过油分离器后，再通过蒸发冷凝器2冷凝，可将其冷凝至-121～-131℃(甲烷的沸点为-161℃)，其机油应采用防冻机油。由于制冷剂是在完全密闭状态下，因此甲烷在-121～-131℃时为汽液共存的混合状态。通过蒸发器时，其液态甲烷吸热蒸发制冷。
实施例3如图1所示：是在实施例2的基础上，还增加了由附加一级制冷装置、附加二级制冷装置构成的双级复迭式制冷装置，附加一级制冷装置用R22为制冷剂、附加二级制冷装置用R13为制冷剂。四级制冷装置通过油分离器与附加二级制冷装置中的蒸发冷凝器3相连接后再与三级制冷装置中的蒸发冷凝器2相连接。
四级制冷装置中的普通机油可通过油分离器分离，再通过蒸发冷凝器3分离，分离的机油通过回油管路回到压缩机内。通过串联的蒸发冷凝器2、蒸发冷凝器3可将其冷凝至-121～-131℃(甲烷的沸点为-161℃)，其机油应采用防冻机油。由于制冷剂是在完全密闭状态下，因此甲烷在-121～-131℃时为汽液共存的混合状态。通过蒸发器时，其液态甲烷吸热蒸发制冷。
在以上三个实施例中的制冷剂可为乙烷、丙烷、丙烯等天然气。
Claims (4)
1. 一种以天然气为制冷剂的方法，天然气的制冷工作状态为汽液混合状态，其特征在于：将天然气冷凝至高于沸点10～40℃。
2. 根据权利要求1所述的以天然气为制冷剂的方法，其特征在于：所述的冷凝为用双级复迭式制冷装置中的最后一级蒸发冷凝器进行冷凝。
3. 根据权利要求1所述的以天然气为制冷剂的方法，其特征在于：所述的冷凝是用两个双级复迭式制冷装置中的最后一级蒸发冷凝器相串联进行冷凝，并以第一个双级复迭式制冷装置中的最后一级蒸发冷凝器为低温油汽分离器进行油汽分离。
4. 根据权利要求2或3所述的以天然气为制冷剂的方法，其特征在于：所述的双级复迭式制冷装置中的每一级的制冷剂为不同的制冷剂。
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