CN104266400B - 超低温自动复叠式制冷系统及制冷方法 - Google Patents

Abstract

超低温自动复叠式制冷系统及制冷方法。传统的制冷循环在获取低温时，通常采用的是复叠式制冷循环，主要可以分为两类：一类是经典的复叠式制冷循环，其通常都由两部分组成，分别称为高温循环及低温循环。另一类是自动复叠式制冷系统。一种超低温自动复叠式制冷系统，其组成包括：制冷压缩机（1），所述的制冷压缩机与油分离器一（3）连接，所述的油分离器与冷凝板换（7）连接，所述的冷凝板换与储液器（5）连接，所述的储液器通过主管道分别与一组分离罐和一组高压储液罐连接。本发明应用于超低温制冷。

Description

超低温自动复叠式制冷系统及制冷方法

技术领域：

本发明涉及一种超低温自动复叠式制冷系统及制冷方法，可用于太空环境仓冷源，模拟太空环境，超低温测试等领域。

背景技术：

传统的制冷循环在获取低温时，通常采用的是复叠式制冷循环，主要可以分为两类：一类是经典的复叠式制冷循环，其通常都由两部分组成，分别称为高温循环及低温循环，高温循环使用高、中温制冷剂，低温循环使用低温制冷剂；另一类是自动复叠式制冷系统，但是在一些领域中传统的制冷循环很难达到工作所需要的温度。

发明内容：

本发明的目的是提供一种超低温自动复叠式制冷系统及制冷方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种超低温自动复叠式制冷系统，其组成包括：制冷压缩机，所述的制冷压缩机与油分离器一连接，所述的油分离器与冷凝板换连接，所述的冷凝板换与储液器连接，所述的储液器通过主管道分别与一组分离罐和一组高压储液罐连接。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的一组分离罐包括分离罐一、分离罐二、分离罐三、分离罐四；所述的一组高压储液罐包括高压储液罐一、高压储液罐二、高压储液罐三。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的螺杆压缩机与油分离器二连接，所述的油分离器二与油冷连接，所述的油冷与螺杆压缩机连接，所述的油分离器二与冷凝器连接，所述的冷凝器与分离罐一连接，所述的过冷器与气液分离器连接，所述的气液分离器与螺杆压缩机连接。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的分离罐一分别与冷凝器、过冷器、一级过冷器一、分离罐二、二级过冷器一连接，所述的分离罐二分别与二级过冷器一、高压储液器一、过冷器、二级过冷器二连接，所述的分离罐三分别与二级过冷器一、高压储液器二、二级过冷器三、一级过冷器一连接，所述的分离罐四分别与二级过冷器三、高压储液器三、一级过冷器二连接。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的高压储液器一分别与一级过冷器一、高压储液器二、高压储液器三连接，所述的高压储液器二分别与一级过冷器二、高压储液器三连接，所述的高压储液器三与一级过冷器三连接。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，其特征是：所述的过冷器分别与气液分离器、一级过冷器一连接，所述的二级过冷器一与一级过冷器一连接，所述的二级过冷器二与一级过冷器二连接，所述的二级过冷器三与一级过冷器三连接。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的冷凝器为板式换热器。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的一组分离罐内都设有两套换热的盘管，一套盘管内来自是辅助制冷系统中冷凝后的R404A液体节流后进入盘管，在盘管内蒸发为要冷凝的气体降温。

所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的一组高压储液器内存储的制冷剂分别为R23、R14、R740。

一种所述的超低温自动复叠式制冷系统的制冷方法,其硬件系统一部分是主要的制冷系统，通过单台压缩机将制冷剂压缩，采用的制冷剂为非共沸的混合制冷剂，压缩后的制冷剂的气体通过油分离器再经过冷凝后进入R22分离罐，经过过冷后R22仍为液体留在R22的分离罐内，其他制冷剂蒸发后变为气体经过过冷器后进入R23的分离罐内继续过冷使R23凝结留在罐体内，剩余气体离开进入R14分离罐过冷后凝结，最后剩下的R740气体进入R740分离罐过后也被冷凝成液体，此时R740的温度已经接近-180℃。供液输送到蒸发器内，R740液体蒸发后，先回到R740的二级过冷器为R740的过冷分离提供冷量，再进入R740的一级过冷器为供液的进一步过冷提供冷量，同时使R740的回气得到过热，过热后的R740回气与R14混合为R14的一级过冷提供冷量，同时使回气过热，同理经过回气经过R22和R23的一级过冷器后回到气液分离器后回到压缩机，另一部的循环主要是为上一系统中的制冷剂更好的分离提供冷量，其循环的制冷剂是R404A，各制冷剂的分离罐相当于R404A制冷系统的蒸发器。

本发明的有益效果：

1.本发明采用自动复叠式制冷系统，该系统能够通过单台压缩机压缩四种非共沸混合制冷剂，通过对制冷剂的分离实现了蒸发温度可达到最低-180℃，该系统采用的非共沸制冷剂自复叠形式，减少了系统中压缩机的应用，与其他系统相比，大大降低了系统的功耗。

本发明该系统能够获得较低的蒸发温度，主要利用了非共沸的混合制冷剂的沸点不同这一特点，通过对各种制冷剂的分离，最后分离出了沸点较低的制冷剂到蒸发器内进行蒸发得到了较低的蒸发温度。系统中充分的利用了各制冷剂分离过程产生的冷量，回收了大量的系统余热，系统运行的节能效果明显。

本发明采用了四级分离罐，每级分离罐前都装有过冷装置，为分离制冷剂使制冷剂达到较低的温度，进入分离罐后，通过换热使该分离罐内的制冷剂温度达到沸点以下凝结为液体，留在罐体内。

本发明为了能够将制冷剂完全的冷凝分离，各分离罐内都设有两套换热的盘管，一套盘管内来自是辅助制冷系统中冷凝后的R404A液体节流后进入盘管，在盘管内蒸发为要冷凝的气体降温；在前两个分离罐内，另一个盘管都为R22节流后进入盘管蒸发，R14分离罐内是R23节流后进入盘管蒸发，R740分离罐内是R14节流后进入盘管内蒸发；除R404A制冷剂以外，其它从盘管内蒸发后的制冷剂会进入前一级分离罐前的过冷器，为其提供冷量。

本发明系统中的冷凝和过冷装置全部采用的板式换热器，板换热器的换热效率较高，过冷装置的冷源全部来自系统内部，无需外部冷源。

6.本发明的最低蒸发温度可达到-180℃，可用于太空环境仓冷源，模拟太空环境，超低温测试，机械加工，低温装配，冶炼行业，医药行业，汽车行业，化工行业，电子行业等。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种超低温自动复叠式制冷系统，其组成包括：制冷压缩机1，所述的制冷压缩机与油分离器一3连接，所述的油分离器与冷凝板换7连接，所述的冷凝板换与储液器5连接，所述的储液器通过主管道分别与一组分离罐和一组高压储液罐连接。

所述的一组分离罐包括分离罐一11、分离罐二12、分离罐三13、分离罐四14；所述的高压储液罐包括高压储液罐一17、高压储液罐二16、高压储液罐三15。

实施例2：

根据实施例1所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的螺杆压缩机与油分离器二6连接，所述的油分离器二与油冷8连接，所述的油冷与螺杆压缩机2连接，所述的油分离器二与冷凝器9连接，所述的冷凝器与分离罐一连接，所述的过冷器与气液分离器4连接，所述的气液分离器与螺杆压缩机连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的分离罐一分别与冷凝器、过冷器10、一级过冷器一23、分离罐二、二级过冷器一18连接，所述的分离罐二分别与所述的二级过冷器一、高压储液器一17、过冷器、二级过冷器二19连接，所述的分离罐三分别与二级过冷器一、高压储液器二16、二级过冷器三20、一级过冷器一连接，所述的分离罐四分别与二级过冷器三、高压储液器三15、一级过冷器二22连接。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的高压储液器一分别与一级过冷器一、高压储液器二、高压储液器三连接，所述的高压储液器二分别与一级过冷器二、高压储液器三、连接，所述的高压储液器三与一级过冷器三21连接。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的过冷器分别与气液分离器、一级过冷器一连接，所述的二级过冷器一与一级过冷器一连接，所述的二级过冷器二与一级过冷器二连接，所述的二级过冷器三与一级过冷器三连接。

实施例6：

根据实施例1或2或3或4或5所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的冷凝器为板式换热器。

实施例7：

根据实施例1或2或3或4或5或6所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的一组分离罐内都设有两套换热的盘管，一套盘管内来自是辅助制冷系统中冷凝后的R404A液体节流后进入盘管，在盘管内蒸发为要冷凝的气体降温。

实施例8：

根据实施例1或2或3或4或5或6或7所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的一组高压储液器为R23、R14、R740。

实施例9：

根据实施例1或2或3或4或5或6或7或8所述的超低温自动复叠式制冷系统，所述的制冷剂包括R22、R23、R14和R740。

实施例10：

利用实施例1—9所述的超低温自动复叠式制冷系统进行制冷的方法,该方法包括如下步骤：一部分是主要的制冷系统，通过单台压缩机将制冷剂压缩，采用的制冷剂为非共沸的混合制冷剂，压缩后的制冷剂的气体通过油分离器再经过冷凝后进入R22分离罐，经过过冷后R22仍为液体留在R22的分离罐内，其他制冷剂蒸发后变为气体经过过冷器后进入R23的分离罐内继续过冷使R23凝结留在罐体内，剩余气体离开进入R14分离罐过冷后凝结，最后剩下的R740气体进入R740分离罐过后也被冷凝成液体，此时R740的温度可接近-180℃。供液输送到蒸发器内，R740液体蒸发后，先回到R740的二级过冷器为R740的过冷分离提供冷量，再进入R740的一级过冷器为供液的进一步过冷提供冷量，同时使R740的回气得到过热，过热后的R740回气与R14混合为R14的一级过冷提供冷量，同时使回气过热，同理经过回气经过R22和R23的一级过冷器后回到气液分离器后回到压缩机，另一部的循环主要是为上一系统中的制冷剂更好的分离提供冷量，其循环的制冷剂是R404A冷剂，各制冷剂的分离罐相当于R404A制冷系统的蒸发器。

Claims (2)

1.一种超低温自动复叠式制冷系统，其组成包括：制冷压缩机，其特征是：所述的制冷压缩机与油分离器一连接，所述的油分离器一与冷凝板换连接，所述的冷凝板换与储液器连接，所述的储液器通过主管道分别与一组分离罐和一组高压储液器连接；

所述的一组分离罐包括分离罐一、分离罐二、分离罐三、分离罐四；所述的一组高压储液器包括高压储液器一、高压储液器二、高压储液器三；

螺杆压缩机与油分离器二连接，所述的油分离器二与油冷连接，所述的油冷与螺杆压缩机连接，所述的油分离器二与冷凝器连接，所述的冷凝器与分离罐一连接，过冷器与气液分离器连接，所述的气液分离器与螺杆压缩机连接；

所述的分离罐一分别与冷凝器、过冷器、一级过冷器一、分离罐二、二级过冷器一连接，所述的分离罐二分别与二级过冷器一、高压储液器一、过冷器、二级过冷器二连接，所述的分离罐三分别与二级过冷器一、高压储液器二、二级过冷器三、一级过冷器一连接，所述的分离罐四分别与二级过冷器三、高压储液器三、一级过冷器二连接；

所述的高压储液器一分别与一级过冷器一、高压储液器二、高压储液器三连接，所述的高压储液器二分别与一级过冷器二、高压储液器三连接，所述的高压储液器三与一级过冷器三连接；

所述的过冷器分别与气液分离器、一级过冷器一连接，所述的二级过冷器一与一级过冷器一连接，所述的二级过冷器二与一级过冷器二连接，所述的二级过冷器三与一级过冷器三连接。

2.根据权利要求1所述的超低温自动复叠式制冷系统，其特征是：所述的冷凝器为板式换热器。