[發明專利]一種林德循環關鍵節點溫度可調的超低溫制冷裝置

有效

• 申請號: 201710057853.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106595108B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 陳愛強;劉昊東;王美霞;劉斌
• 申請（專利權）人: 天津商業大學
• 主分類號: F25B1/10
• 分類號: F25B1/10;F25B41/20;F25B41/30
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發明公開一種林德循環關鍵節點溫度可調的超低溫制冷裝置，包括由第一壓縮機、風冷式冷卻器、第一套管式換熱器、回熱器、第一節流裝置、蒸發器、第二套管式換熱器組成的林德循環制冷系統；由第一套管式換熱器、第二壓縮機、第一電磁閥、第二電磁閥、第二節流裝置、第三節流裝置、第三電磁閥、第四電磁閥、第五電磁閥、第六電磁閥、冷凝器、第二套管式換熱器組成的輔助調溫制冷系統。本發明由于包含林德制冷循環和輔助調溫制冷系統，且林德循環制冷系統與輔助調溫制冷系統共用第一套管式換熱器及第二套管式換熱器，可根據系統運行特點對系統運行工況進行調節。

技術領域

本發明屬于超低溫制冷技術領域，具體涉及一種利用林德制冷循環和輔助調溫制冷系統實現超低溫制冷的林德循環關鍵節點溫度可調的超低溫制冷裝置。

背景技術

基于逆卡諾制冷原理的普冷(大于-40℃)技術較為簡單且已發展較為成熟。隨著高新技術的發展，食品、醫療、軍工等行業都對特定的低溫環境(-40℃～-150℃)有很迫切的需求，如高TC超導材料研究、半導體材料特性研究、計算機芯片冷卻、紅外探測器及熱像系統冷卻、生物組織的冷凍干燥、低溫醫療、低溫冷泵、微型量熱計等。獲得超低溫環境可采用的方法主要有：經典復疊式制冷、混合工質自復疊和基于林德循環的混合工質等溫節流制冷三種方法。經典復疊制冷技術理論較為成熟，其可行性已經得到廣泛的驗證，但是該技術系統較為復雜、硬件較多且成本較高，并不是一種理想的方案。自復疊制冷系統能夠實現較低的溫度，但系統較為復雜且混合工質不同組分的高效分離不易實現。

深冷混合工質節流制冷基本原理為等溫節流效應，機組結構較為簡單，裝置部件可以采用普冷領域的成熟產品集成；不同沸點的純工質組元構成多元混合物工質，可以實現大溫跨范圍內的高效制冷；可以在硬件系統不做較大改動的情況下，通過充配不同工質實現不同的制冷溫度。制冷效率顯著優于其他方式，具有較高的應用潛力。然而，等溫節流制冷循環采用混合制冷劑作為循環工質，混合制冷劑工作溫度跨度較大，而混合工質的物性隨之變化較大，系統不同降溫階段運行特點差別較大，主要表現為：初始降溫階段壓縮機排氣溫度、壓力較高；降溫階段后期，壓縮機吸氣溫度可能過低，使系統的運行工況惡化，運行效率急劇降低。因此，針對以上問題設計一種可根據系統運行特點對系統運行工況進行調節，并能提高運行效率的超低溫系統，具有重要的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于解決上述的技術問題而提供一種利用林德制冷循環和輔助調溫制冷系統實現超低溫制冷的林德循環關鍵節點溫度可調的超低溫制冷裝置，以解決混合制冷劑大工作溫度跨度下物性隨之變化較大所導致的初始降溫階段壓縮機排氣溫度、壓力較高，而在降溫階段后期，壓縮機吸氣溫度可能過低的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種林德循環關鍵節點溫度可調的超低溫制冷裝置，包括林德循環制冷系統及輔助調溫制冷系統，林德循環制冷系統及輔助調溫制冷系統共用第一套管式換熱器、第二套管式換熱器；

林德循環制冷系統包括第一壓縮機、風冷式冷卻器、回熱器、第一節流裝置及蒸發器：第一壓縮機的排氣口和吸氣口分別與風冷式冷卻器的進口和第二套管式換熱器的內管出口連接；風冷式冷卻器的出口與第一套管式換熱器的內管進口相連；第一套管式換熱器的內管出口與回熱器的一進口連接，回熱器的一出口與第一節流裝置的一端相連，第一節流裝置的另一端與蒸發器的進口相連，蒸發器的出口與回熱器的另一進口相連，回熱器的另一出口與第二套管式換熱器的內管進口相連；