[發明專利]一種具有儲冷器的混合工質節流循環低溫制冷機

有效

• 申請號: 201110398901.7
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN103148625A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 吳鐵暉;吳裕遠;葉軍;劉六美
• 申請（專利權）人: 蘇州仟望成冷機有限公司
• 主分類號: F25B1/00
• 分類號: F25B1/00;F25B43/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于工程熱物理與能源利用學科領域，涉及一種低溫制冷機，特別是一種具有儲冷器的混合工質節流循環低溫制冷機。

背景技術

隨著科技和社會的發展，電子、制藥、光學、新材料、新能源、醫療和國防等領域，尤其是高真空鍍膜、生物制藥等先進制造生產過程對-90℃以下低溫的需求越來越迫切和巨大。

傳統應用中為獲得-90℃以下低溫，一種方法是采用-196℃液氮提供冷量，但這種方法需要附近有空分裝置可以利用，液氮的儲運使用繁瑣且浪費嚴重。另一種方法是使用三級以上復疊制冷機，但這種制冷機結構復雜，各級制冷過程間的匹配和運行控制相當困難，因此系統故障率高，實際工程應用可靠性差。而其他低溫制冷技術，如G-M制冷機和逆布雷頓制冷機等，需要精密而高級的特殊壓縮機和透平膨脹機等特殊零部件，設備成本和運行維護費用昂貴，僅用于科研和航空航天等需要超低溫度的特殊場合。

20世紀90年代以來，采用烷烴類和其他制冷劑組成的混合工質，僅采用一臺普通單級油潤滑制冷壓縮機就能實現-90℃以下溫度的混合工質節流循環低溫制冷機技術，開始逐步走向成熟。這種制冷機可通過工質配比的變化實現-40℃～-190℃廣泛溫區里的不同溫度制冷的需求，具有上節所述各種傳統制冷技術方案無法比擬的低成本，長壽命，維護簡單和運行可靠等優點，可便捷高效的滿足各領域對于-90℃以下低溫的需求。

然而，由于混合工質節流循環低溫制冷機采用的制冷工質中含有大量臨界溫度很低的工質，如甲烷和氮氣等，結果造成機組從常溫狀態啟動時，壓縮機排氣壓力和排氣溫度過高的現象，造成安全隱患和機組壽命下降，嚴重的還會直接導致壓縮機損毀，機組無法工作甚至報廢。工程技術人員先前采用了種種技術來解決這個問題，雖然控制了啟動壓力，但往往也會造成啟動制冷量偏小，降溫速度偏低的問題。

混合工質節流循環低溫制冷機實際應用中還會出現不同時段冷量需求的矛盾，例如在真空鍍膜和生物制藥工藝過程中，開始時需要很大的制冷量快速達到所需要的低溫，而真正維持低溫所需要的制冷量卻小得多。如采用較大冷量的機組，雖能滿足開始時的大冷量需求，但會造成機組設備成本偏高，和大部分時段運行費用的浪費；而采取較小冷量的機組，雖能節約機組設備成本和大部分時段的運行費用，但也會造成達到所需低溫的時間過長，導致需要低溫的生產過程實際效率低下。

混合工質節流循環低溫制冷機采用普通單級油潤制冷壓縮機，機組運行過程中必須將制冷工質中夾帶的潤滑油分離并返回到壓縮機中。由于制冷溫度遠低于潤滑油-50℃左右的凝固溫度，所以機組運行一段時間后，潤滑油在系統的低溫部分積累到一定量后，容易凝固堵塞節流閥，造成制冷機無法正常工作。工程技術人員先前要么采用高成本的精密油氣分離器，要么采用龐大復雜的精餾分離裝置，往往所費不菲而效果欠佳。

發明內容

本發明旨在克服混合工質節流循環低溫制冷機所存在的上述缺陷和不足，提出一種具有儲冷器的混合工質節流循環低溫制冷機。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：

一種具有儲冷器的混合工質節流循環低溫制冷機，包括一個制冷壓縮機，制冷壓縮機的高壓端通過管路與油氣分離器、冷凝器和回熱換熱器高壓側相連通，并通過串聯設置的高沸點工質氣液分離器、高沸點工質換熱器高壓側、中沸點工質氣液分離器、中沸點工質換熱器高壓側、低沸點工質氣液分離器、低沸點工質換熱器高壓側、儲冷器高壓側、制冷液體電磁閥、制冷節流閥和蒸發器相連通；

制冷壓縮機的低壓端，通過管路與回熱換熱器低壓側、高沸點工質氣液分離器內分油換熱器、高沸點工質換熱器低壓側、中沸點工質氣液分離器內分油換熱器、中沸點工質換熱器低壓側、低沸點工質氣液分離器內分油換熱器、低沸點工質換熱器低壓側和蒸發器相連通；

進一步的，回熱換熱器低壓側與高沸點工質換熱器低壓側之間設置了高沸點工質氣液分離器內分油換熱器，高沸點工質換熱器與中沸點工質換熱器低壓側之間設置了中沸點工質氣液分離器內分油換熱器，中沸點工質換熱器與低沸點工質換熱器低壓側之間設置了低沸點工質氣液分離器內分油換熱器；高沸點工質氣液分離器內分油換熱器纏裹了與分油換熱器接觸良好的金屬絲網，中沸點工質氣液分離器內分油換熱器纏裹了與分油換熱器接觸良好的金屬絲網，低沸點工質氣液分離器內分油換熱器纏裹了與分油換熱器接觸良好的金屬絲網；