CN102494467A - 带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱 - Google Patents
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Abstract
一种带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱由制冷系统、控制系统和箱体组成，以带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；制冷系统的压缩机模块高压出口连接回热换热器模块高压入口；回热换热器模块高压出口连接节流模块高压入口；节流模块低压出口连接蒸发换热模块入口，蒸发换热模块出口连接回热换热器模块低压入口，回热换热器模块低压出口连接制冷压缩机模块低压入口；制冷系统的回热换热器模块包含二个分凝分离子模块；通过蒸发换热模块为带绝热层的箱体内部提供所需制冷量；控制系统以箱体内部温度为目标值结合制冷系统运行参数和工况通过对压缩机模块及节流模块的操作实施对低温冷冻贮存箱的运行控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用机械式制冷的低温冷冻贮存箱，特别涉及一种带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱。
背景技术
低温冷冻保存是保持生物材料活性等最主要的方法，低温冷冻贮存箱已经成为生物医学工程、农牧、水产等领域的重要基础设备。低温冷冻贮存箱通常是指有效贮存温度在-30℃以下的机械式制冷低温冷冻贮存设备，其也被俗称为低温冰箱或超低温冰箱。机械式制冷低温冷冻贮存箱是制冷与低温技术与科学仪器技术的有机结合，而其最本质的是制冷和低温技术的创新。
低温冷冻贮存箱技术是应生物医学技术的需求在最近的几十年内迅速发展起来的，并已得到相当广泛的应用。随着需求的变化及制冷和低温技术的发展，其技术上也在不断进步，并处于一个快速发展期。国际上通用的低温冷冻贮存箱对不同温区需要采用不同的制冷技术：-40℃以上通常采用单级蒸汽压缩节流制冷系统(如图1所示)。由于制冷工质性能和压缩机特性限制，单级蒸汽压缩节流制冷系统在-40℃时效率已十分低下，而且容易造成压缩机过热；-40℃以下至-86℃温区通常采用两级复叠节流制冷系统(如图2所示)。单级压缩两级复叠节流制冷系统的有效制冷温度最低一般在-80℃左右，当环境温度较高时，例如在32℃时，其箱内温度很难真正实现-86℃，通常使用温度在-80℃甚至以上；更低温度则一般采用更为复杂的传统多级外复叠或自动复叠节流制冷系统。三级外复叠节流制冷系统曾在早期用于实现-120℃的低温冷冻贮存箱，但由于难以实现成本与可靠性兼顾，除两级外复叠外目前多级外复叠已很少用于低温冷冻贮存箱。目前仅有少量采用自动复叠节流制冷系统的技术，如：日本三洋生产的-135℃和-152℃两个温区低温冷冻储存箱采用了带预冷级的混合工质自动复叠节流制冷系统，具体为一个单级蒸汽压缩节流制冷系统预冷一个自动复叠节流制冷系统，低温级自动复叠节流制冷系统采取了二个汽液分离器和三组都需要精调的节流器件(图3所示)；美国Thermo(Revco品牌)生产的-135℃和-152℃两个温区低温冷冻储存箱采取的是带三个汽液分离器和四组都需要精调的节流器件的完全自动复叠节流制冷系统(见图4)；国内外还有多个类似工作或专利。另外，中国专利(申请号：03116151.0和03116152.9等)则利用内复叠流程中的多温度级实现多温室低温冷冻箱。但这一技术由于制造和调试过程过于复杂造成生产效率低下，并未形成规模，在-86℃以下温区仍然是另外一些厂商的液氮生物容器占据绝大部分市场。由于传统制冷方式的限制，不同的温区的低温冷冻贮存箱需要采用不同的技术，使生产过程复杂化，难以实现大规模的低成本制造，且普遍存在系统复杂、效率低等问题。近年来，本专利发明人通过深入研究提出以实现高效回热来组织混合工质节流制冷系统和进行工质优化的思想，成功地实现一种采用新型回热式混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其可以用常规油润滑单级压缩机驱动高效地实现从-30℃至液氮的全温区，从制冷性能和技术经济性等均能更好地满足了全温区低温冷冻贮存箱的需求。但是，受工质物性限制及为了满足高效回热的实现，该技术通常需要采用含较多可燃成份的多元混合工质，因而在应用场合上受到一定制约。
低温冷冻储存箱通常需放置在一些相对密闭的实验室内，因此国际上一些地区对其所用工质的可燃性有极为严格的限制，其中以市场容量最大的北美(目前约为50-60％)最为严格(要求完全不可燃)，欧洲虽然更重视环保问题，但也要求单台设备工质中总可燃组份小于250克。低温冷冻储存箱通常工质总量在1公斤以上，为了解决低温下系统的可靠性和效率等问题，通常的回热式混合工质节流制冷系统的工质中需要含有30％至60％的可燃成份。要达到不可燃要求，可供上述混合工质回热式制冷系统选择的组元十分有限，一是绝大部分在高温区参予回热的(同时满足不可燃、环保、无毒等条件)工质通常常压下凝固点都在-70℃至-130℃之间，二是在甲烷工作温区尚无低价格、不可燃组元可供选择。
研究发现：一些不可燃的高沸点工质在可供选用的低沸点工质中有一定的溶解能力，通过组份控制和工质对选择可以有效避免高沸点组份在低温下的凝固阻塞问题。本发明专利以实现高效回热为基本出发点，提出了一种采用带二级分凝分离的回热式混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。其通过在制冷系统中低温下适当温区增设一级分凝分离器的方法(图3所示)，很好地解决了工质可燃性问题，并兼顾了在低温区系列中不能采用甲烷工质而使系统制冷效率下降的难题。新增的分凝分离级利用回流低压冷流体冷却富含高沸点的高压流体，使高压流体中的部分高沸点组份实现分凝分离回流，回流液体在节流并回热后返回低压，因而可有效控制了进入更低温区的高沸点组份的量，在高效实现高沸点组份分离回流的同时兼具了回热换热作用，可以在保证制冷系统高热力效率的同时，以低廉的成本有效避免过多的高沸点组份进入低温区，实现制冷系统既高效又可靠运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其采用常规油润滑单级压缩机驱动，通过在制冷系统中低温下适当温区增设一级分凝分离器的方法，很好地解决了工质可燃性问题，并兼顾了在低温区系列中不能采用甲烷工质而使系统制冷效率下降的难题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，由制冷系统R、控制系统C和箱体B组成，所述制冷系统R为带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷系统以提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路但组成，其连接方式为：制冷压缩机模块CU的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块CU的低压入口；
如图5所示，制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU置于箱体下方形成立式结构或置于箱体内一侧形成卧式结构；
如图5.1所示，所述的压缩机模块CU包括压缩机CU1、第一前冷却器CU21及连接管路，其连接为：压缩机CU1高压出口连接第一前冷却器CU21进口；第一前冷却器CU21出口为压缩机模块CU高压出口；压缩机CU1低压进口为压缩机模块CU低压进口；
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式为：第一分凝分离子模块RU1高压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂高压入口，第一分凝分离子模块RU1高压出口连接第二分凝分离子模块RU2的高压入口，第二分凝分离子模块RU2的高压出口作为回热换热器模块RU的高压出口；第二分凝分离子模块RU2的低压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，第二分凝分离子模块RU2的低压出口连接第一分凝分离子模块RU1低压入口，第一分凝分离子模块RU1低压出口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压出口；
如图5.3所示，所述分凝分离子模块RU1与第二分凝分离子模块RU2结构相同，二者均包括垂直放置的分凝分离器RF1、第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路，其连接为：制冷压缩机模块CU高压出口排出的高压来流连接至分凝分离换热器RF1下部高压入口，经分凝分离后高压来流主流从分凝分离换热器RF1顶部高压出口连接至第一回热换热器RF2第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2第一高压出口连接至第二回热换热器RF4高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4高压出口排出；蒸发换热模块EU出口排出的低压来流连接至第二回热换热器RF4低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4低压出口连接至第一回热换热器RF2低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2低压出口连接至分凝分离换热器RF1上部低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RF1底部低压出口排出；所述高压来流的其余来流由分凝分离换热器RF1底部高压出口流出经由中间节流元件RF3连接至所述第二回热换热器RF4低压出口及第一回热换热器RF2低压入口之间的连接管路；
如图5.4所示，所述节流模块JU由并联的n个节流组件及连接管路组成，n为整数，5≥n≥1；n个节流组件中有m个节流组件带通/断控制，m≤n，m为整数；
如图5.5所示，所述蒸发换热模块EU由均化分配组件EU0和j个蒸发组件及连接管路组成，j为整数，36≥j≥1；其连接为：节流模块JU出口排出的低压来流经均化分配组件EU0均化后形成j股支流，该j股支流分别接至j个蒸发组件的每一蒸发组件入口，并由每一蒸发组件出口合并后排出；
所述控制系统C通过控制制冷系统R的制冷能力调控箱体B内部温度；
所述蒸发换热模块EU的j个蒸发组件采用低温胶粘接、低熔点钎焊或机械压接固定于低温冷冻贮存箱箱体B内胆的外表面上。
所述带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的制冷工质为由s(s为整数，3≤s≤30)个组元经物理混合形成的不可燃混合物；
本发明的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，所述的制冷系统R、控制系统C和低温冷冻贮存箱B还可为分体式结构，其制冷系统R的压缩机模块CU与低温冷冻贮存箱B分置，控制系统C置于低温冷冻贮存箱B之上、置于制冷压缩机模块CU之上或独立放置，各部分之间由连接管路和电缆连接。
如图5.6所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述的压缩机模块CU还包括第二前冷却器CU22和润滑油过滤回油器CU3；所述第一前冷却器CU21出口通过一个三通连接管件分别与第二前冷却器CU22进口及润滑油过滤回油器CU3进口相连，第二前冷却器CU22出口作为压缩机模块CU高压出口，润滑油过滤回油器CU3出口连接另一个三通管件，该三通管件的另外两个接口中的一个接口连接压缩机CU1低压进口，另一个接口作为压缩机模块CU低压进口。
如图5.7所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征还在于：所述分凝分离子模块RU1及第二分凝分离子模块RU2中的第一回热换热器RF2均设有第二高压入口和第二高压出口，所述分凝分离换热器RF1底部高压出口连接第一回热换热器RF2第二高压入口，第一回热换热器RF2第二高压出口连接中间节流元件RF3入口。
如图5.8所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征还在于：所述分凝分离子模块RU1或第二分凝分离子模块RU2的分凝分离换热器RF1底部高压出口连接分凝分离换热器RF1底部高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RF1中部高压出口连接中间节流元件RF3入口。
如图5.9所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征还在于：所述分凝分离子模块RU1与或第二分凝分离子模块RU2的分凝分离换热器RF1底部高压出口连接分凝分离换热器RF1底部高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RF1中部高压出口连接第一回热换热器RF2第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2第二高压出口连接中间节流元件RF3的入口。
如图5.10所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征还在于：所述分凝分离子模块RU1或第二分凝分离子模块RU2均还包括前回热换热器RF0；制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出。
如图5.11所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征还在于：所述分凝分离子模块RU1或第二分凝分离子模块RU2均还包括前回热换热器RF0，制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0的高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出。
如图5.12所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征还在于：所述分凝分离子模块RU1或第二分凝分离子模块RU2均还包括前回热换热器RF0，制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出。
如图5.13所示，所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征还在于：所述分凝分离子模块RU1或第二分凝分离子模块RU2均还包括前回热换热器RF0，制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出。
本发明提供的带二级分凝分离的回热式混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其的优点在于：采用的制冷系统由单台压缩机驱动，简单可靠；由于采用二级分凝分离，不仅摒弃了低温系统必须的常规润滑油精确过滤分离系统，而且很好地解决了工质可燃性问题并兼顾了在低温区系列中不能采用甲烷工质而使系统制冷效率下降的难题；两个分凝分离级利用回流低压冷流体冷却富含高沸点的高压流体，使高压流体中的部分高沸点组份实现分凝分离回流，回流液体在节流并回热后返回低压，因而可有效控制了进入更低温区的高沸点组份的量，在高效实现高沸点组份分离回流的同时兼具了回热换热作用，可以在保证制冷系统高热力效率的同时，以低廉的成本有效避免过多的高沸点组份进入低温区，实现制冷系统既高效又可靠运行。
附图说明
图1单级蒸汽压缩节流制冷系统原理简图；
图2两级复叠节流制冷系统原理简图；
图3带预冷的自动复叠(三级)节流制冷系统原理简图；
图4单压缩机自动复叠(四级)节流制冷系统原理简图；
图5为本发明中的制冷系统结构示意图；
图5.1为一种压缩机模块CU结构示意图；
图5.2为本发明中的回热换热模块RU结构示意图；
图5.3为本发明中的回热换热模块RU的一种分凝分离子模块结构示意图；
图5.4为一种节流模块JU结构示意图；
图5.5为一种蒸发模块EU结构示意图；
图5.6为另一种压缩机模块CU结构示意图；
图5.7为回热换热模块RU的第二种分凝分离子模块结构示意图；
图5.8为回热换热模块RU的第三种分凝分离子模块结构示意图；
图5.9为回热换热模块RU的第四种分凝分离子模块结构示意图；
图5.10为回热换热模块RU的第五种分凝分离子模块结构示意图；
图5.11为回热换热模块RU的第六种分凝分离子模块结构示意图；
图5.12为回热换热模块RU的第七种分凝分离子模块结构示意图；
图5.13为回热换热模块RU的第八种分凝分离子模块结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：一种带二级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
如图5所示，一种带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，由制冷系统R、控制系统C和箱体B组成，所述制冷系统R为带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷系统以提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路但组成，其连接方式为：制冷压缩机模块CU的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块CU的低压入口；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU置于箱体内一侧形成卧式结构；
如图5.1所示，所述的压缩机模块CU包括压缩机CU1、第一前冷却器CU21及连接管路，其连接为：压缩机CU1高压出口连接第一前冷却器CU21进口；第一前冷却器CU21出口为压缩机模块CU高压出口；压缩机CU1低压进口为压缩机模块CU低压进口；
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式为：第一分凝分离子模块RU1高压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂高压入口，第一分凝分离子模块RU1高压出口连接第二分凝分离子模块RU2的高压入口，第二分凝分离子模块RU2的高压出口作为回热换热器模块RU的高压出口；第二分凝分离子模块RU2的低压入口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，第二分凝分离子模块RU2的低压出口连接第一分凝分离子模块RU1低压入口，第一分凝分离子模块RU1低压出口作为回热换热器模块RU的制冷剂低压出口；
如图5.3所示，所述分凝分离子模块RU1与第二分凝分离子模块RU2结构相同，二者均包括垂直放置的分凝分离器RF1、第一回热换热器RF2、中间节流元件RF3、第二回热换热器RF4及连接管路，其连接为：制冷压缩机模块CU高压出口排出的高压来流连接至分凝分离换热器RF1下部高压入口，经分凝分离后高压来流主流从分凝分离换热器RF1顶部高压出口连接至第一回热换热器RF2第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2第一高压出口连接至第二回热换热器RF4高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4高压出口排出；蒸发换热模块EU出口排出的低压来流连接至第二回热换热器RF4低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RF4低压出口连接至第一回热换热器RF2低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2低压出口连接至分凝分离换热器RF1上部低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RF1底部低压出口排出；所述高压来流的其余来流由分凝分离换热器RF1底部高压出口流出经由中间节流元件RF3连接至所述第二回热换热器RF4低压出口及第一回热换热器RF2低压入口之间的连接管路；
如图5.4所示，所述节流模块JU由并联的n个节流组件及连接管路组成，n为整数，5≥n≥1；n个节流组件中有m个节流组件带通/断控制，m≤n，m为整数；
如图5.5所示，所述蒸发换热模块EU由均化分配组件EU0和j个蒸发组件及连接管路组成，j为整数，36≥j≥1；其连接为：节流模块JU出口排出的低压来流经均化分配组件EU0均化后形成j股支流，该j股支流分别接至j个蒸发组件的每一蒸发组件入口，并由每一蒸发组件出口合并后排出；
所述控制系统C通过控制制冷系统R的制冷能力调控箱体B内部温度；
所述蒸发换热模块EU的j个蒸发组件采用低温胶粘接、低熔点钎焊或机械压接固定于低温冷冻贮存箱箱体B内胆的外表面上。
低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷和氮气5个组元经物理混合形成的。
实施例2：一种带二级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
一种带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，由制冷系统R、控制系统C和箱体B组成，所述制冷系统R为带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷系统以提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式同实施例1；制冷系统R、控制系统C和箱体B为分体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU与箱体分置，控制系统C置于箱体B上各部分之间由连接管路和电缆连接。所述的压缩机模块CU包括压缩机CU1、第一前冷却器CU21、第二前冷却器CU22和润滑油过滤回油器CU3，其连接方式为：压缩机CU1的高压出口管连接第一前冷却器CU21的进口管，第一前冷却器CU21的出口通过一个三通连接管件同时与第二前冷却器CU22进口及润滑油过滤回油器CU3的进口相连，第二前冷却器CU22的出口作为压缩机模块CU的高压出口，润滑油过滤回油器CU3的出口连接一个三通管件，三通管件的另外两个接口中一个连接压缩机CU1的低压进口，一个作为压缩机模块CU的低压进口。
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式同实施例1。
所述第一分凝分离子模块RU1结构同实施例1。第二分凝分离子模块RU2与实施例1相比，第一回热换热器RF2均设有第二高压入口和第二高压出口，所述分凝分离换热器RF1底部高压出口连接第一回热换热器RF2第二高压入口，第一回热换热器RF2第二高压出口连接中间节流元件RF3入口，如图5.7所示。
节流模块JU由第一节流组件EJ1至第4节流组件EJ4共4个节流组件及连接管路组成，4个节流组件中有1个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；
蒸发换热模块EU由均化分配组件EU0、EU1至EU30组蒸发组件及连接管路组成，其连接方式为：来流经分配组件均化后形成30股支流分别接至EU1至Eu30的入口，EU1至Eu30的出口合并后排出；各蒸发组件EU1至EU30由便于传热的低温胶粘接固定于箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施；
低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、氮气及三氟化氮6个组元经物理混合形成的。
实施例3：一种带二级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式同实施例1；制冷系统R、控制系统C和箱体B为分体式结构，同实施例2。压缩机模块CU同实施例1。
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式同实施例1。
所述第一分凝分离子模块RU1结构同实施例1相比，分凝分离换热器RF1底部高压出口连接分凝分离换热器RF1底部高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RF1中部高压出口连接中间节流元件RF3入口，如图5.8所示。第二分凝分离子模块RU2与实施例2相同。
节流模块JU由第一节流组件EJ1至第3节流组件EJ3共3个节流组件及连接管路组成，3个节流组件中有3个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；
蒸发换热模块EU由均化分配组件EU0、EU1至EU20组蒸发组件及连接管路组成，其连接方式为：来流经分配组件均化后形成20股支流分别接至EU1至Eu20的入口，EU1至Eu20的出口合并后排出；各蒸发组件EU1至EU20由机械压接组件固定于箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施；
低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、氖气及三氟化氮6个组元经物理混合形成的。
实施例4：一种带二级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式同实施例1；制冷系统R、控制系统C和箱体B为分体式结构，同实施例2。压缩机模块CU同实施例1。
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式同实施例1。
所述的第一分凝分离子模块RU1结构与实施例3相同。所述的第二分凝分离子模块RU2结构与实施例1相比，分凝分离换热器RF1底部高压出口连接分凝分离换热器RF1底部高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RF1中部高压出口连接第一回热换热器RF2第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RF2第二高压出口连接中间节流元件RF3的入口，如图5.9所示。
节流模块JU由第一节流组件EJ1至第5节流组件EJ5共5个节流组件及连接管路组成，5个节流组件中有2个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；蒸发换热模块EU同实施例3。
低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷及三氟化氮5个组元经物理混合形成的。
实施例5：一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式同实施例1；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例2。
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式同实施例1。
所述的第一分凝分离子模块RU1结构与实施例1相同。所述的第二分凝分离子模块RU2结构与实施例1相比，还包括前回热换热器RF0，其连接方式为：制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出；如图5.10所示。
节流模块JU由第一节流组件EJ1及连接管路组成，节流组件EJ1带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；蒸发换热模块EU由均化分配组件EU0、EU1至EU10组蒸发组件及连接管路组成，其连接方式为：来流经分配组件均化后形成10股支流分别接至EU1至Eu10的入口，EU1至Eu10的出口合并后排出；各蒸发组件EU1至EU10由机械压接组件固定于箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施。
低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由乙烷、丙烷、异丁烷及氮气4个组元经物理混合形成的。
实施例6：一种带二级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式同实施例1；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例1。
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式同实施例1。
所述的第一分凝分离子模块RU1结构与实施例1的第二分凝分离子模块RU2相比，还包括前回热换热器RF0，其连接方式为：制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0的高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出，如图5.11所示。所述的第二分凝分离子模块RU2结构与实施例1相同。
节流模块JU同实施例1；蒸发换热模块EU同实施例1。低温冷冻贮存箱制冷系统工质同实施例1。
实施例7：一种带二级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式同实施例1；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例1。
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式同实施例1。
所述的第一分凝分离子模块RU1结构与实施例3相比，还包括前回热换热器RF0，其连接方式为：制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出，如图5.12所示。所述的第二分凝分离子模块RU2结构与实施例5相同。
节流模块JU同实施例2；蒸发换热模块EU同实施例1。低温冷冻贮存箱制冷系统工质同实施例2。
实施例8：一种带二级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式同实施例1；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例2。
如图5.2所示，所述的回热换热器模块RU由第一分凝分离子模块RU1和第二分凝分离子模块RU2组成，其连接方式同实施例1。
所述的第一分凝分离子模块RU1结构与实施例4的第二分凝分离子模块RU2相比，还包括前回热换热器RF0，其连接方式为：制冷剂高压来流连接前回热换热器RF0高压入口，前回热换热器RF0高压出口连接分凝分离换热器RF1下部高压入口；分凝分离换热器RF1低压出口连接前回热换热器RF0低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RF0低压出口排出，如图5.13所示。所述的第二分凝分离子模块RU2结构与实施例1相同。
节流模块JU同实施例1；蒸发换热模块EU同实施例3。低温冷冻贮存箱制冷系统工质同实施例3。
Claims (10)
1.一种带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，由制冷系统(R)，控制系统(C)和低温冷冻贮存箱箱体(B)组成，所述制冷系统(R)为带二级分凝分离回热混合工质节流制冷系统以提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块(CU)、回热换热器模块(RU)、节流模块(JU)和蒸发换热模块(EU)及其连接管路组成，其连接为：制冷压缩机模块(CU)高压出口连接回热换热器模块(RU)制冷剂高压入口；回热换热器模块(RU)制冷剂高压出口连接节流模块(JU)制冷剂高压入口；节流模块(JU)制冷剂低压出口连接蒸发换热模块(EU)入口，蒸发换热模块(EU)出口连接回热换热器模块(RU)制冷剂低压入口，回热换热器模块(RU)制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块(CU)低压入口；其特征在于：
所述的压缩机模块(CU)包括压缩机(CU1)、第一前冷却器(CU21)及连接管路，其连接为：压缩机(CU1)高压出口连接第一前冷却器(CU21)进口；第一前冷却器(CU21)出口为压缩机模块(CU)高压出口；压缩机(CU1)低压进口为压缩机模块(CU)低压进口；
所述的回热换热器模块(RU)由第一分凝分离子模块(RU1)和第二分凝分离子模块(RU2)组成，其连接为：第一分凝分离子模块(RU1)高压入口作为回热换热器模块(RU)制冷剂高压入口，第一分凝分离子模块(RU1)高压出口连接第二分凝分离子模块(RU2)高压入口，第二分凝分离子模块(RU2)高压出口作为回热换热器模块(RU)的高压出口；第二分凝分离子模块(RU2)低压入口作为回热换热器模块(RU)制冷剂低压入口，第二分凝分离子模块(RU2)低压出口连接第一分凝分离子模块(RU1)低压入口，第一分凝分离子模块(RU1)低压出口作为回热换热器模块(RU)制冷剂低压出口；
所述分凝分离子模块(RU1)与第二分凝分离子模块(RU2)结构相同，二者均包括垂直放置的分凝分离器(RF1)、第一回热换热器(RF2)、中间节流元件(RF3)、第二回热换热器(RF4)及连接管路，其连接为：制冷压缩机模块(CU)高压出口排出的高压来流连接至分凝分离换热器(RF1)下部高压入口，经分凝分离后高压来流主流从分凝分离换热器(RF1)顶部高压出口连接至第一回热换热器(RF2)第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RF2)第一高压出口连接至第二回热换热器(RF4)高压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)高压出口排出；蒸发换热模块(EU)出口排出的低压来流连接至第二回热换热器(RF4)低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RF4)低压出口连接至第一回热换热器(RF2)低压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RF2)低压出口连接至分凝分离换热器(RF1)上部低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RF1)底部低压出口排出；所述高压来流的其余来流由分凝分离换热器(RF1)底部高压出口流出经由中间节流元件(RF3)连接至所述第二回热换热器(RF4)低压出口及第一回热换热器(RF2)低压入口之间的连接管路；
所述节流模块(JU)由并联的n个节流组件及连接管路组成，n为整数，5≥n≥1；n个节流组件中有m个节流组件带通/断控制，m≤n，m为整数；
所述蒸发换热模块EU由均化分配组件(EU0)和j个蒸发组件及连接管路组成，j为整数，36≥j≥1；其连接为：节流模块(JU)出口排出的低压来流经均化分配组件(EU0)均化后形成j股支流，该j股支流分别接至j个蒸发组件的每一蒸发组件入口，并由每一蒸发组件出口合并后排出；
所述控制系统(C)通过控制制冷系统(R)的制冷能力调控箱体(B)内部温度；
所述蒸发换热模块(EU)的j个蒸发组件采用低温胶粘接、低熔点钎焊或机械压接固定于低温冷冻贮存箱箱体(B)内胆的外表面上。
2.按权利要求1所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：制冷系统(R)、控制系统(C)和低温冷冻贮存箱(B)为分体式结构或一体式结构；
所述分体式结构：制冷系统(R)的压缩机模块(CU)与低温冷冻贮存箱(B)分置，控制系统(C)置于低温冷冻贮存箱(B)之上、置于制冷压缩机模块(CU)之上或独立放置，各部分之间由连接管路和电缆连接；
所述的一体式结构：制冷系统(R)的制冷压缩机模块(CU)置于低温冷冻贮存箱箱体(B)下方形成立式结构或置于贮存箱箱体(B)内一侧成卧式结构。
3.按权利要求1所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述的压缩机模块(CU)还包括第二前冷却器(CU22)和润滑油过滤回油器(CU3)；所述第一前冷却器(CU21)出口通过一个三通连接管件分别与第二前冷却器(CU22)进口及润滑油过滤回油器(CU3)进口相连，第二前冷却器(CU22)出口作为压缩机模块(CU)高压出口，润滑油过滤回油器(CU3)出口连接另一个三通管件，该三通管件的另外两个接口中的一个接口连接压缩机(CU1)低压进口，另一个接口作为压缩机模块(CU)低压进口。
4.按权利要求1所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述分凝分离子模块(RU1)及第二分凝分离子模块(RU2)中的第一回热换热器(RF2)均设有第二高压入口和第二高压出口，所述分凝分离换热器(RF1)底部高压出口连接第一回热换热器(RF2)第二高压入口，第一回热换热器(RF2)第二高压出口连接中间节流元件(RF3)入口。
5.按权利要求1所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述分凝分离子模块(RU1)及第二分凝分离子模块(RU2)的分凝分离换热器(RF1)底部高压出口均连接分凝分离换热器(RF1)底部高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RF1)中部高压出口连接中间节流元件(RF3)入口。
6.按权利要求4所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述分凝分离子模块(RU1)及第二分凝分离子模块(RU2)的分凝分离换热器(RF1)底部高压出口均连接分凝分离换热器(RF1)底部高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RF1)中部高压出口连接第一回热换热器(RF2)第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(RF2)第二高压出口连接中间节流元件(RF3)的入口。
7.按权利要求1所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述分凝分离子模块(RU1)或第二分凝分离子模块(RU2)还包括前回热换热器(RF0)；制冷剂高压来流连接前回热换热器(RF0)高压入口，前回热换热器(RF0)高压出口连接分凝分离换热器(RF1)下部高压入口；分凝分离换热器(RF1)低压出口连接前回热换热器(RF0)低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器(RF0)低压出口排出。
8.按权利要求4所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述分凝分离子模块(RU1)或第二分凝分离子模块(RU2)还包括前回热换热器(RF0)，制冷剂高压来流连接前回热换热器(RF0)的高压入口，前回热换热器(RF0)高压出口连接分凝分离换热器(RF1)下部高压入口；分凝分离换热器(RF1)低压出口连接前回热换热器(RF0)低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器(RF0)低压出口排出。
9.按权利要求5所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述分凝分离子模块(RU1)或第二分凝分离子模块(RU2)还包括前回热换热器(RF0)，制冷剂高压来流连接前回热换热器(RF0)高压入口，前回热换热器(RF0)高压出口连接分凝分离换热器(RF1)下部高压入口；分凝分离换热器(RF1)低压出口连接前回热换热器(RF0)低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器(RF0)低压出口排出。
10.按权利要求6所述的带二级分凝分离回热式混合工质节流制冷的冷冻贮存箱，其特征在于：所述分凝分离子模块(RU1)或第二分凝分离子模块(RU2)还包括前回热换热器(RF0)，制冷剂高压来流连接前回热换热器(RF0)高压入口，前回热换热器(RF0)高压出口连接分凝分离换热器(RF1)下部高压入口；分凝分离换热器(RF1)低压出口连接前回热换热器(RF0)低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器(RF0)低压出口排出。
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