CN106595121A - 一种单压缩机驱动的多温区混合制冷系统 - Google Patents

一种单压缩机驱动的多温区混合制冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单压缩机驱动的多温区混合制冷系统，具有这样的特征:压缩机，用于压缩制冷剂，具有多个用于排出压缩后的制冷剂的出口；气体膨胀机，通过控制阀与压缩机的其中一个出口连通，让制冷剂膨胀制冷；以及至少一台脉管制冷器，分别通过控制阀与压缩机的另外两个出口相连通，让制冷剂膨胀制冷。

Description

一种单压缩机驱动的多温区混合制冷系统
技术领域
本发明涉及一种能够同时提供不同的低温区间的单压缩机驱动的多温区混合制冷系统。
背景技术
随着社会的发展，人们的生活水平的提高，普通冰箱或制冷剂机(温度一般高于-18℃)的制冷能力已无法完全满足人们对一些物品的冷冻需求，比如许多海鲜需要-40℃甚至更低的温度才可以保鲜不变质；一些速冻食品其冻结要在-30～-18℃下进行温度迅速降低到微生物生长活动温度之下，有利于抑制微生物的活动及酶促生化反应；又如一些医疗机构需要超低温来保存药物或者疫苗等。
在现有的技术中的多温区混合制冷系统，其制冷的范围较小，而且无法同时实现在不同的区域内获得不同的温区的要求，在实际应用中受到限制。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的是在于提供一种能够在不同区域内获得不同的温区的混合制冷系统。
本发明提供一种单压缩机驱动的多温区混合制冷系统，具有这样的特征:压缩机，用于压缩制冷剂，具有多个用于排出压缩后的制冷剂的出口；气体膨胀机，通过控制阀与压缩机的其中一个出口连通，让制冷剂膨胀制冷；以及至少一台脉管制冷器，分别通过控制阀与压缩机的另外两个出口相连通，让制冷剂膨胀制冷。
在本发明涉及的多温区混合制冷系统中，还可以具有这样的特征：压缩机为对置动磁式线性压缩机。
在本发明涉及的多温区混合制冷系统中，还可以具有这样的特征：气体膨胀机是按照斯特林工作原理运行以实现气体膨胀制冷的。
在本发明涉及的多温区混合制冷系统中，还可以具有这样的特征：气体膨胀机是由室温腔和膨胀活塞组成的，制冷剂在室温腔内推动膨胀活塞进行气体膨胀从而实现制冷。
在本发明涉及的多温区混合制冷系统中，还可以具有这样的特征：脉管制冷器是直线型脉管制冷器。
在本发明涉及的多温区混合制冷系统中，还可以具有这样的特征：直线型脉管制冷器分别是由级后冷却器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、调相器依次连通组成的。
在本发明涉及的多温区混合制冷系统中，还可以具有这样的特征：调相器是由惯性管和气库组成的，用于调节脉管的冷端的压力波和质量流的相位。其中，脉管制冷器的气库采用共用方式。
在本发明涉及的多温区混合制冷系统中，还可以具有这样的特征：脉管制冷器的台数为两台，其中一台脉管制冷器的制冷温度范围是-60～-100℃，另一台脉管制冷器的制冷温度范围是-100～-150℃。
发明的作用与效果
根据本发明的单压缩机驱动的多温区混合制冷系统，因为线性压缩机同时连接了气体膨胀机和直线型脉管制冷器，并且在连通处安装了控制制冷剂的进入量的控制阀，所以能够在不同区域内获得不同的制冷温区，从而拥有更广泛的应用范围来满足人们对于一些物品的冷冻需求。
附图说明
图1是本发明的单压缩机驱动的多温区混合制冷机结构图；
图2是本发明的气动膨胀机的工作结构图；以及
图3是本发明的直线型脉管制冷器的工作结构图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所涉及的单压缩机驱动的多温区混合制冷系统作具体阐述。
图1是本发明的单压缩机驱动的多温区混合制冷系统结构图。
如图1所示，本发明的单压缩机驱动的多温区混合制冷系统100主要是由线性压缩机10、气动膨胀机20、直线型脉管制冷器30、直线型脉管制冷器40组成的。
在本实施例中，线性压缩机10采用的是对置动磁式线性压缩机，是由动磁式直线电机驱动的。线性压缩机10包括壳体11、压缩腔12外磁极13、线圈14、压缩活塞15以及板弹簧16。
壳体11用于容纳制冷剂和内部设备，有一个提供压缩制冷剂的空间的压缩腔12。
外磁极13置于在壳体11的内壁上，用于导磁。
线圈14固定于外磁极13内部，通过连通电流，产生交变磁场。
压缩活塞15设置在壳体11内部，通过板弹簧16与壳体11的轴向内壁连接，用于压缩制冷剂。
图2是本发明的气动膨胀机的工作结构图。
如图2所示，本发明的气动膨胀机20是由控制阀21、壳体22膨胀活塞23、柱弹簧24、室温腔25、膨胀腔26、热端换热器27、狭缝换热器28、回热器29、狭缝换热器2a以及冷头2b组成的。
控制阀21安装在气体膨胀机20的进气管上，用于控制制冷剂的进入量。
壳体22通过进气管与控制阀21相连，用于承纳制冷剂气体和其他设备，具有一个腔室。
膨胀活塞23设置在壳体22内部，通过柱弹簧24与壳体22的内壁相连，用于推动制冷剂，将壳体22的腔室分为室温腔25和膨胀腔26。
室温腔25与进气管连通，用于容纳制冷剂。
膨胀腔26远离进气管的一端的壳体21的内部空间，提供制冷剂膨胀的空间。
热端换热器27安装在壳体11的进气管一端的内壁上，用于释放热量到外界环境中。
狭缝换热器28安装在热端换热器26的表面，用于释放热量。
回热器29安装在膨胀活塞23所处于的壳体22的轴向内壁上，用于冷却气体和蓄热。
狭缝换热器2a安装在远离进气管的壳体21的一端的内壁上，用于释放热量。
冷头2b与膨胀腔25相连，用于输出冷量。
图3是本发明的直线型脉管制冷器的工作结构图。
如图3所示，直线型脉管制冷器30主要是由控制阀31、级后冷却器32、回热器33、冷端换热器34、层流化元件35、脉管36、热端换热器37、调相器38组成的。
控制阀31安装在直线型脉管制冷器30的进气管上，用于控制制冷剂的进入量。
级后冷却器32与进气管的另一端连通，用于将制冷剂的部分热量导出到外界中。
回热器33与级后冷却器32相连，用于冷却制冷剂并起到蓄热的作用。
冷端换热器34与回热器33连接，用于冷却制冷剂。
层流化元件35与冷端换热器34连通，目的是防止紊流，使制冷剂以层流的方式流出。
脉管36与层流化元件35连通，提供制冷剂膨胀的空间。
热端换热器37和脉管36相连，将制冷剂的热量导出到外界环境中。
调相器38与热端换热器相连，是由惯性管381和气库382组成的，用于减小体积和复杂度，调节直线型脉管制冷器中压力波和速度波之间的相位关系。
如图3所示，在本实施例中直线型脉管制冷器40和直线型脉管制冷器30具有相同的结构，所以以直线型脉管制冷器30为例进行详细阐述，而且直线型脉管制冷器30和直线型脉管制冷器40是共用一个气库382的。
本实施例的单压缩机驱动的多温区混合制冷系统的使用方法：如图1所示，对置动磁式线性压缩机10工作时通过压缩活塞15压缩制冷剂，本实施例中制冷剂采用的是氦气。氦气进入排出管道后分为多路，一路流经控制阀21后进入气动膨胀机20，通过气动力驱动气动膨胀机20的膨胀活塞23运动，实现膨胀制冷；另外一路流经控制阀31后进入级后冷却器32散热，然后经回热器33，冷端换热器34，脉管36，热端换热器37和惯性管381后进入气库382，利用脉管内的气体活塞作用实现膨胀制冷。
如图2所示，对置动磁式线性压缩机10压缩时，通过调节控制阀21，制冷剂由进气管进入气动膨胀机的室温腔25，室温腔25内温度升高，压力增大，室温腔25内的部分热量会通过狭缝换热器28和热端换热器27传到外界环境中，室温腔25内制冷剂产生的气动力驱动膨胀活塞23向膨胀腔26运动，膨胀腔26内容积减小，同时部分制冷剂从膨胀腔进入回热器29。对置动磁式线性压缩机10收缩时，室温腔25内压力降低，膨胀活塞23在气动力及柱弹簧24的作用下向室温腔25移动，膨胀腔26内容积增大，此时膨胀腔26内的制冷剂开始膨胀，产生制冷效应，将冷量通过狭缝换热器2a及冷头2b输出。同时室温腔25内的部分制冷剂，进入回热器29，向其中释放部分热量后进入膨胀腔26，完成一个循环。气动膨胀机20的制冷量及制冷温度可以通过控制阀21来调节，以满足0～-60℃之间不同温度区间的制冷。
如图3所示，对置动磁式线性压缩机10压缩时，通过调节控制阀31，使制冷剂进入级后冷却器32中，其部分热量会由级后冷却器32导出到外界中。然后制冷剂进入回热器33，在回热器33中被回热器内的回热填料冷却，释放部分热量，此时回热器33起到蓄热的作用。制冷剂在回热器中填料冷却后，进入冷端换热器34，然后流经层流化元件35，使制冷剂以层流的方式进入脉管36，此时气体受到挤压，压力和温度上升，脉管热端的热端换热器37会将制冷剂的部分热量导出到外界环境中，使气体的温度降低。同时，部分高压制冷剂会通过惯性管381流入气库382内。惯性管381-气库382结构可以利用脉管中的气体振荡导致的惯性效应来控制制冷机中压力波和速度波之间的相位关系。对置动磁式线性压缩机10收缩时，部分气库382中的制冷剂会通过惯性管381返回脉管36，在脉管36内膨胀，压力和温度降低，产生制冷效应，并通过冷端换热器34将冷量输出。膨胀后的低压气体经过冷端换热器34之后，进入回热器33，吸收回热填料中的热量，制冷剂的温度升高，然后分别通过级后冷却器32、控制阀31返回对置动磁式线性压缩机10的入口，至此，完成一个循环。
如上所述，线性压缩机10通过控制阀21、控制阀31、控制阀41连通气动膨胀机20、直线型脉管制冷器30，直线型脉管制冷器40，结合了斯特林制冷和脉管制冷的优点，并通过控制阀的调节能够实现在不同区域内获得不同的制冷温区。
实施例的作用与效果
根据本发明的单压缩机驱动的多温区混合制冷系统，因为对置动磁式线性压缩机10同时连通气动膨胀机20、直线型脉管制冷器30、直线型脉管制冷器40。由控制阀21、控制阀31、控制阀41控制制冷剂的进入量，所以实现了在不同位置上获得不同的制冷温区，同时还能够控制不同的制冷温区的制冷量。
以上实施方式为本发明的一个优选案例，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，在本实施案例中，两台直线型脉管制冷器是共用一个气库的，通过合理设计气库的大小可以满足两台直线型脉管制冷器的同时高效制冷要求。

Claims (8)

1.一种单压缩机驱动的多温区混合制冷系统，用于实现在不同区域获得不同的制冷温区，其特征在于，具有:
压缩机，用于压缩制冷剂，具有多个用于排出压缩后的所述制冷剂的出口；
气体膨胀机，通过控制阀与所述压缩机的其中一个出口连通，让所述制冷剂膨胀制冷；以及
至少一台脉管制冷器，分别通过控制阀与所述压缩机的另外的出口相连通，让所述制冷剂膨胀制冷。
2.根据权利要求1的多温区混合制冷系统，其特征在于：
其中，所述压缩机为对置动磁式线性压缩机。
3.根据权利要求1的多温区混合制冷系统，其特征在于：
其中，所述气体膨胀机是按照斯特林工作原理运行以实现气体膨胀制冷的。
4.根据权利要求1的多温区混合制冷系统，其特征在于：
其中，所述气体膨胀机是由室温腔和膨胀活塞组成的，所述制冷剂在所述室温腔内推动所述膨胀活塞进行气体膨胀从而实现制冷。
5.根据权利要求1的多温区混合制冷系统，其特征在于：
其中，所述脉管制冷器为直线型脉管制冷器。
6.根据权利要求5的多温区混合制冷系统，其特征在于：
其中，所述直线型脉管制冷器是由级后冷却器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、调相器依次连通组成的。
7.根据权利要求6的多温区混合制冷系统，其特征在于：
其中，所述调相器是由惯性管和气库组成的，用于调节所述脉管的冷端的压力波和质量流的相位。其中，脉管制冷器的气库采用共用方式。
8.根据权利要求1的多温区混合制冷系统，其特征在于：
其中，所述脉管制冷器的台数为两台，其中一台所述脉管制冷器的制冷温度范围是-60～-100℃，另一台所述脉管制冷器的制冷温度范围是-100～-150℃。
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