[實用新型]一種林德循環(huán)關(guān)鍵節(jié)點溫度可調(diào)的超低溫制冷裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720099100.3
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN206449923U
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 陳愛強;劉昊東;王美霞;劉斌
• 申請（專利權(quán)）人: 天津商業(yè)大學
• 主分類號: F25B1/10
• 分類號: F25B1/10;F25B41/04;F25B41/06
• 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

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于超低溫制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用林德制冷循環(huán)和輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)實現(xiàn)超低溫制冷的林德循環(huán)關(guān)鍵節(jié)點溫度可調(diào)的超低溫制冷裝置。

背景技術(shù)

基于逆卡諾制冷原理的普冷(大于-40℃)技術(shù)較為簡單且已發(fā)展較為成熟。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，食品、醫(yī)療、軍工等行業(yè)都對特定的低溫環(huán)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(tǒng)冷卻、生物組織的冷凍干燥、低溫醫(yī)療、低溫冷泵、微型量熱計等。獲得超低溫環(huán)境可采用的方法主要有：經(jīng)典復疊式制冷、混合工質(zhì)自復疊和基于林德循環(huán)的混合工質(zhì)等溫節(jié)流制冷三種方法。經(jīng)典復疊制冷技術(shù)理論較為成熟，其可行性已經(jīng)得到廣泛的驗證，但是該技術(shù)系統(tǒng)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(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較低的溫度，但系統(tǒng)較為復雜且混合工質(zhì)不同組分的高效分離不易實現(xiàn)。

深冷混合工質(zhì)節(jié)流制冷基本原理為等溫節(jié)流效應，機組結(jié)構(gòu)較為簡單，裝置部件可以采用普冷領(lǐng)域的成熟產(chǎn)品集成；不同沸點的純工質(zhì)組元構(gòu)成多元混合物工質(zhì)，可以實現(xiàn)大溫跨范圍內(nèi)的高效制冷；可以在硬件系統(tǒng)不做較大改動的情況下，通過充配不同工質(zhì)實現(xiàn)不同的制冷溫度。制冷效率顯著優(yōu)于其他方式，具有較高的應用潛力。然而，等溫節(jié)流制冷循環(huán)采用混合制冷劑作為循環(huán)工質(zhì)，混合制冷劑工作溫度跨度較大，而混合工質(zhì)的物性隨之變化較大，系統(tǒng)不同降溫階段運行特點差別較大，主要表現(xiàn)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(tǒng)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(jù)系統(tǒng)運行特點對系統(tǒng)運行工況進行調(diào)節(jié)，并能提高運行效率的超低溫系統(tǒng)，具有重要的應用前景。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于解決上述的技術(shù)問題而提供一種利用林德制冷循環(huán)和輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)實現(xiàn)超低溫制冷的林德循環(huán)關(guān)鍵節(jié)點溫度可調(diào)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(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種林德循環(huán)關(guān)鍵節(jié)點溫度可調(diào)的超低溫制冷裝置，包括林德循環(huán)制冷系統(tǒng)及輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)，林德循環(huán)制冷系統(tǒng)及輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)共用第一套管式換熱器、第二套管式換熱器；

林德循環(huán)制冷系統(tǒng)包括第一壓縮機、風冷式冷卻器、回熱器、第一節(jié)流裝置及蒸發(fā)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(nèi)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(nèi)管進口相連；第一套管式換熱器的內(nèi)管出口與回熱器的一進口連接，回熱器的一出口與第一節(jié)流裝置的一端相連，第一節(jié)流裝置的另一端與蒸發(fā)器的進口相連，蒸發(fā)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(nèi)管進口相連；

輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)包括第二壓縮機、冷凝器、第二節(jié)流裝置、第三節(jié)流裝置；第二壓縮機的排氣口與冷凝器的進口連接，冷凝器的出口管路分為兩路分別與第二節(jié)流裝置的進口和第五電磁閥連接；第二節(jié)流裝置的出口連接管路分為兩路分別與第二電磁閥和第六電磁閥連接，第二電磁閥與第一套管式換熱器的外管進口連接，第六電磁閥的出口管路與第五電磁閥的出口管路匯合后與第二套管式換熱器的外管進口連接；第一電磁閥的和第三電磁閥的一端分別與第一套管式換熱器的外管出口和第二套管式換熱器的外管出口連接，另一端匯合后與第二壓縮機的吸氣口連接；第四電磁閥的一端與第三電磁閥和第二套管式換熱器的外管出口間的管路連接，另一端與第三節(jié)流裝置的進口連接，第三節(jié)流裝置的出口與第二節(jié)流裝置的出口管路連接。

所述蒸發(fā)器設在圍護結(jié)構(gòu)中。

所述第一節(jié)流裝置、第二節(jié)流裝置、第三節(jié)流裝置為節(jié)流閥。

本實用新型的林德循環(huán)制冷系統(tǒng)與輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)通過共用第一套管式換熱器和第二套管式換熱器而連接，通過林德循環(huán)制冷系統(tǒng)運行降低蒸發(fā)器所在空間的溫度，通過輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)內(nèi)電磁閥開閉狀態(tài)的調(diào)控及組合，使其以不同功能運行并分別以套管式換熱器為冷凝器或蒸發(fā)器，依此調(diào)節(jié)林德循環(huán)制冷系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的溫度值。

本實用新型利用林德制冷循環(huán)和輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)，可根據(jù)系統(tǒng)運行特點對系統(tǒng)運行工況進行調(diào)節(jié)，并能提高運行效率，表現(xiàn)在：

1)林德循環(huán)制冷系統(tǒng)初始運行階段，利用輔助調(diào)溫制冷系統(tǒng)對運行初始階段的壓縮機排出的氣體進行有效降溫，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和運行效率；